非显而易见杯

专利无效挑战赛

目标专利:158配置用于栅极过偏置的晶体管和由此而来的电路

专利公开号:CN107408946B

专利权人:高通股份有限公司

无效请求书提交日期:2026年


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非显而易见性评估仅供参考,不构成法律建议。



权利要求列表点击可跳转

序号 权利要求内容

1

一种电子电路,包括: 用于将输入/输出I/O节点上拉到第一电压的上拉晶体管; 用于将所述上拉晶体管耦合到所述I/O节点的第一隔离晶体管; 用于将所述I/O节点下拉到第二电压的下拉晶体管;以及 用于将所述下拉晶体管耦合到所述I/O节点的第二隔离晶体管, 其中所述上拉晶体管和所述下拉晶体管包括支持第一最大漏源电压和第一最大栅源电压的第一金属氧化物半导体晶体管MOSFET器件,并且其中所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管包括支持所述第一最大漏源电压和大于所述第一最大栅源电压的第二最大栅源电压的第二MOSFET器件,并且其中第二栅源电压被施加于所述第一和第二隔离晶体管的栅极电极处,其中所述第二栅源电压被配置在大于所述上拉晶体管和下拉晶体管的第一栅源电压的电压电平处,其中所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管在相对于所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的源极节点和漏极节点的过偏置情况中操作。

2

如权利要求1所述的电子电路,其中,第一漏源操作电压和所述第一栅源电压是相同的。

3

如权利要求1所述的电子电路,其中,第一漏源操作电压和所述第二栅源电压配置成使得所述第二MOSFET器件在三极管工作区域中操作。

4

如权利要求1所述的电子电路,其中,所述上拉晶体管包括P型MOSFET器件,而所述下拉晶体管包括N型MOSFET器件。

5

如权利要求1所述的电子电路,其中,所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管中的每一者包括N型MOSFET器件。

6

如权利要求1所述的电子电路,进一步包括与所述第二隔离晶体管串联的至少一个电阻器。

7

如权利要求1所述的电子电路,进一步包括用于选择性地激活所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的逻辑装置。

8

如权利要求1所述的电子电路,进一步包括与所述下拉晶体管串联的电阻电路。

9

一种电子电路,包括: 用于将输入/输出I/O节点上拉到第一电压的上拉晶体管; 用于将所述上拉晶体管耦合到所述I/O节点的第一隔离晶体管; 用于将所述I/O节点下拉到第二电压的下拉晶体管;以及 用于将所述下拉晶体管耦合到所述I/O节点的第二隔离晶体管,其中 所述上拉晶体管和所述下拉晶体管包括支持第一最大漏源电压和第一最大栅源电压的第一金属氧化物半导体晶体管MOSFET器件,并且其中所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管包括支持所述第一最大漏源电压和大于所述第一最大栅源电压的第二最大栅源电压的第二MOSFET器件,其中所述第二最大栅源电压被施加于所述第一和第二隔离晶体管的栅极电极被配置成在过偏置情况中操作所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管;并且其中每一个所述第一MOSFET器件具有第一栅极氧化物厚度和第一沟道长度,其中每一个所述第二MOSFET器件具有第二栅极氧化物厚度和第二沟道长度,其中所述第一沟道长度和所述第二沟道长度基本上相同,并且其中所述第二栅极氧化物厚度基本上大于所述第一栅极氧化物厚度。

10

一种集成电路IC,包括: 内部电路系统; 输入/输出I/O焊盘; 用于基于所述I/O焊盘处的外部输入信号来向所述内部电路系统提供内部输入信号的输入装置;以及用于基于来自所述内部电路系统的内部输出信号和第一偏置电压来在所述I/O焊盘处提供外部输出信号的输出装置,所述输出装置配置用于选择性地将所述I/O焊盘分别上拉到第一参考电压或下拉到第二参考电压,以及用于基于至少一个隔离控制信号和第二偏置电压来选择性地将所述输出装置与所述I/O焊盘隔离的隔离装置;以及其中所述输出装置被配置成针对所述第一偏置电压支持第一最大偏置电压以及针对所述内部输出信号支持第一最大控制电压,并且其中所述隔离装置被配置成针对所述第二偏置电压支持所述第一最大偏置电压以及针对所述至少一个隔离控制信号支持大于所述第一最大控制电压的第二最大控制电压,其中所述第二最大控制电压被施加在所述用于隔离的装置中的隔离晶体管的栅极电极处,其中所述第二最大控制电压被配置在大于施加于所述用于输出的装置第一最大控制电压的电压电平处以使得所述隔离晶体管在过偏置情况中操作。

11

如权利要求10所述的集成电路IC,其中,第一漏源操作电压和第一栅源电压是相同的。

12

如权利要求10所述的集成电路IC,其中,第一漏源操作电压和第二栅源电压配置成使得所述隔离晶体管在三极管工作区域中操作。

13

一种集成电路IC,包括: 内部电路系统; 输入/输出I/O焊盘; 用于基于所述I/O焊盘处的外部输入信号来向所述内部电路系统提供内部输入信号的输入驱动器;以及用于基于来自所述内部电路系统的内部输出信号来在所述I/O节点处提供外部输出信号的输出驱动器,所述输出驱动器包括用于选择性地将所述I/O焊盘分别上拉到第一参考电压或下拉到第二参考电压的上拉晶体管和下拉晶体管、用于选择性地将所述上拉晶体管与所述I/O焊盘隔离的第一隔离晶体管、以及用于选择性地将所述下拉晶体管与所述I/O焊盘隔离的第二隔离晶体管;以及其中所述上拉晶体管和所述下拉晶体管包括支持第一最大漏源电压和第一最大栅源电压的第一金属氧化物半导体晶体管MOSFET器件,并且其中所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管包括支持所述第一最大漏源电压和大于所述第一最大栅源电压的第二最大栅源电压的第二MOSFET器件,并且其中第二栅源电压被施加于所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的栅极电极,其中所述第二栅源电压被配置在大于所述上拉晶体管和下拉晶体管的第一最大栅源电压的电压电平处以使得所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管在相对于所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的源极节点和漏极节点的过偏置情况中操作。

14

如权利要求13所述的集成电路IC,其中,所述上拉晶体管包括P型器件,而所述下拉晶体管包括N型器件。

15

如权利要求13所述的集成电路IC,其中,所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管中的每一者包括N型器件。

16

如权利要求13所述的集成电路IC,进一步包括与所述第二隔离晶体管串联的至少一个电阻器。

17

如权利要求13所述的集成电路IC,进一步包括用于选择性地激活所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的控制逻辑。

18

如权利要求17所述的集成电路IC,其中,所述控制逻辑被配置用于响应于从所述内部电路系统去往所述输出驱动器的信号来选择性地激活所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管。

19

如权利要求13所述的集成电路IC,其中,每一个所述第一MOSFET器件具有第一栅极氧化物厚度和第一沟道长度,其中每一个所述第二MOSFET器件具有第二栅极氧化物厚度和第二沟道长度,其中所述第一沟道长度和所述第二沟道长度基本上相同,并且其中所述第二栅极氧化物厚度基本上大于所述第一栅极氧化物厚度。

20

一种用于保护输出驱动器的方法,所述输出驱动器耦合到集成电路IC的输入/输出I/O焊盘并且包括上拉晶体管和下拉晶体管,所述上拉晶体管和下拉晶体管包括第一金属氧化物半导体晶体管MOSFET器件,所述第一MOSFET器件支持第一最大漏源电压和第一最大栅源电压并配置用于选择性地将所述I/O焊盘分别上拉到第一电压或下拉到第二电压,所述方法包括:提供用于将所述上拉晶体管耦合到所述I/O焊盘的第一隔离晶体管和用于将所述下拉晶体管耦合到所述I/O焊盘的第二隔离晶体管,所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管中的每一者包括第二MOSFET器件,所述第二MOSFET器件支持所述第一最大漏源电压和大于所述第一最大栅源电压的第二最大栅源电压,并且其中第二栅源电压被施加于所述第一和第二隔离晶体管的栅极电极,其中所述第二栅源电压被配置在大于所述上拉晶体管和下拉晶体管的第一最大栅源电压的电压电平处,以使得所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管在相对于所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的源极节点和漏极节点的过偏置情况中操作;以及当所述I/O焊盘被用于输入模式时,停用所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管; 以及 当所述I/O焊盘被用于输出模式时,激活所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管。

21

如权利要求20所述的方法,进一步包括经由所述IC的控制逻辑,基于从所述IC的核心逻辑去往所述控制逻辑的信号,确定所述I/O焊盘是否处于所述输入模式和所述输出模式之一中。

22

如权利要求20所述的方法,进一步包括经由所述IC的控制逻辑基于从所述IC的核心逻辑去往所述输出驱动器的信号,确定所述I/O焊盘是否处于所述输入模式和所述输出模式之一中。

23

如权利要求20所述的方法,进一步包括选择第一漏源操作电压和所述第二栅源电压以使得所述第二MOSFET器件在三极管工作区域中操作。

24

如权利要求20所述的方法,其中,所述提供进一步包括: 将每一个所述第二MOSFET器件选择成具有与所述第一MOSFET器件的沟道长度基本相同的沟道长度,以及将每一个所述第二MOSFET器件选择成具有基本上大于所述第一MOSFET器件的栅极氧化物厚度的栅极氧化物厚度。


对比文件列表

编号 名称
0 1993-06-18_发明专利_JPH05152930A Buffer circuit_+++A_C_L_M_O_b_d+++.docx
0 2000-09-19_发明授权_US6121795A Low-voltage input_output circuit with high voltage tolerance_+++A_B_C_E_F_G_H_I_J_L_M+++.docx
0 2002-08-06_发明授权_US06429716B1 Pre-buffer voltage level shifting circuit and method_+++A_B_C_D_E_F_G_L_j_k+++.docx
0 2006-05-04_发明申请_US20060091907A1 High speed buffered level-up shifters_+++A_C_E_L+++.docx
0 2007-01-11_发明申请_US20070007597A1 ESD structure having different thickness gate oxides_+++A_B_C_D_E_F_G_H_I_M_j+++.docx
0 2007-03-20_发明授权_US07193441B2 Single gate oxide I_O buffer with improved under-drive feature_+++A_C_L+++.docx
0 2007-05-08_发明授权_US07215146B2 High speed buffered level-up shifters_+++A_C_E_F_G_H_J_L_b_d_i+++.docx
0 2008-05-20_发明授权_US07375555B1 Five volt tolerant integrated circuit signal pad with three volt assist_+++A_C_L_O_b_d+++.docx
0 2008-07-09_发明公开_CN101218675A 具有不同厚度栅极氧化物的ESD结构_+++B_C_E_M+++.docx
0 2010-05-25_发明授权_US07724026B1 Single-ended input-output block with reduced leakage current_+++A_C_G_L_M_b_d_e_j_o+++.docx
0 2010-07-08_发明申请_WO2010077233A1 VOLTAGE LEVEL TRANSLATOR CIRCUIT_+++A_C_L+++.docx
0 2011-05-03_发明授权_US07936209B2 I_O buffer with low voltage semiconductor devices_+++A_B_C_D_E_G_L_j+++.docx
0 2012-12-04_发明授权_US08324934B1 Programmable buffer_+++A_C_L_e_j+++.docx
0 2014-04-03_发明申请_US20140091860A1 SYSTEM AND METHOD OF IMPLEMENTING INPUT_OUTPUT DRIVERS WITH LOW VOLTAGE DEVICES_+++A_B_C_D_G_L_N_P_e_j_o+++.docx
0 2015-04-02_发明申请_US20150091860A1 METHOD FOR PREVENTING FALSE ACTIVATION OF TOUCH PAD.docx

权利要求1

一种电子电路,包括: 用于将输入/输出I/O节点上拉到第一电压的上拉晶体管; 用于将所述上拉晶体管耦合到所述I/O节点的第一隔离晶体管; 用于将所述I/O节点下拉到第二电压的下拉晶体管;以及 用于将所述下拉晶体管耦合到所述I/O节点的第二隔离晶体管, 其中所述上拉晶体管和所述下拉晶体管包括支持第一最大漏源电压和第一最大栅源电压的第一金属氧化物半导体晶体管MOSFET器件,并且其中所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管包括支持所述第一最大漏源电压和大于所述第一最大栅源电压的第二最大栅源电压的第二MOSFET器件,并且其中第二栅源电压被施加于所述第一和第二隔离晶体管的栅极电极处,其中所述第二栅源电压被配置在大于所述上拉晶体管和下拉晶体管的第一栅源电压的电压电平处,其中所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管在相对于所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的源极节点和漏极节点的过偏置情况中操作。


未提交复审委

无效理由:专利法第二条

蒋 晓勇
@jxy

你好!作为一名具有多年实务经验的专利代理师,我非常理解在处理这类涉及底层电路工作状态(如电压偏置条件)的案件时,需要极其严谨地将权利要求与说明书的发明构思紧密对齐,并在对比文件中寻找蛛丝马迹。

权利要求1的核心争议点在于技术特征G、H、I,即对隔离晶体管施加更高的栅源电压以实现过偏置(Overbias)操作。我们先结合目标专利说明书,明确这些特征的真实技术含义:

根据目标专利说明书[0033]-[0039]段的记载,为了降低I/O焊盘的电容并满足高速性能,发明人采用了GO-TGX晶体管作为隔离器件。这种晶体管具有与厚氧化物器件相同的厚度,但沟道长度较短。由于厚氧化物会导致驱动电流减弱,说明书提出了一种特定的操作:施加相对于漏源电压(Vds)更高的栅源电压(Vgs),即过偏置(VGS > VDS)。这使得晶体管在保持低电容的同时,恢复了高驱动电流性能。

接下来,我们将这一核心逻辑与对比文件D1(US6121795A)、D2(US20070007597A1)和D3(US07215146B2)进行严格比对。

对比文件详细分析

1. D1 (US6121795A) 的公开情况

D1是评价特征G、H、I最具杀伤力的对比文件。D1公开了一种具有高电压容限的低压I/O电路,其中使用了隔离晶体管(Isolation Transistor 370)来保护内部的薄氧化物上拉晶体管(340)和下拉晶体管(350)。

  • 关于特征G和H(施加更高的第二栅源电压)

    D1原文明确记载:“An isolation drive (second) voltage VGG, which is greater than Vcc... is transmitted to a gate of isolation transistor 370”(一种大于Vcc的隔离驱动电压VGG...被传输到隔离晶体管370的栅极)。同时,原文指明上拉和下拉晶体管由NAND 310和NOR 330驱动,其工作逻辑电平为Vcc。

    分析:D1毫无疑义地公开了向隔离晶体管的栅极施加比上拉/下拉晶体管更高的栅源电压(VGG > Vcc)。

  • 关于特征I(过偏置情况操作)

    D1原文记载:“isolation transistor 370 is driven by VGG such that it will pass a signal... having a voltage level of Vcc or less”。在导通状态下,隔离晶体管370的栅极电压为VGG,而其源/漏极节点传输的最高电压为Vcc。由于VGG > Vcc,其工作时的栅源电压(Vgs)必然大于漏源电压(Vds)。

    分析:D1实质上公开了隔离晶体管在“过偏置情况”中操作这一电气事实。尽管D1的目的是为了无压降地传输Vcc信号,而非目标专利中为了补偿短沟道器件的驱动电流,但物理工作状态是重合的。

  • 结构差异点

    权利要求1限定了分别对应的“第一隔离晶体管”和“第二隔离晶体管”。而D1的图3和图4中,上拉和下拉分支共用了一个隔离晶体管(370或470)。

2. D2 (US20070007597A1) 与 D3 (US07215146B2) 的公开情况

  • D2 涉及ESD保护结构,利用厚/薄氧化物器件串联(204, 206)。原文记载“voltage level at input 214 keeps the thicker gate oxide MOS device 204 in saturation”(输入214的电压电平保持较厚的栅极氧化物MOS器件204处于饱和状态)。D2并未教导为了提升驱动性能而特意配置 Vgs > Vds 的过偏置操作。

  • D3 涉及电平转换器,使用了级联的厚栅晶体管(Cascode PFET/NFET),其偏置电压由Pbias和Nbias提供,主要用于电平转换与缓冲保护。D3并未明确公开针对隔离器件设置大于其漏源电压的过偏置状态特征。


技术特征比对表格

权利要求1技术特征 目标专利说明书解释 对比文件公开情况 详细出处与比对分析
特征G:第二栅源电压被施加于所述第一和第二隔离晶体管的栅极电极处 为GO-TGX隔离器件的栅极提供工作偏置电压([0038]段) D1单独部分公开

D1原文:"transmitted to a gate of isolation transistor 370"


比对:D1公开了向隔离晶体管栅极施加电压,但仅有一个隔离晶体管,未公开“第一和第二”两个隔离器件。

特征H:第二栅源电压被配置在大于所述上拉/下拉晶体管的第一栅源电压的电压电平处 隔离器件的栅极驱动电压(如1.8V)大于核心上拉/下拉器件的栅极驱动电压(如0.8V)([0033]段) D1单独实质公开

D1原文:"voltage VGG, which is greater than Vcc, is generated... transmitted to a gate of isolation transistor 370"


比对:D1中隔离晶体管由大于Vcc的VGG驱动,而上拉/下拉管由Vcc驱动,实质公开了该特征。

特征I:第一和第二隔离晶体管在相对于源极节点和漏极节点的过偏置情况中操作 VGS大于MOSFET沟道所支持的最大VDS(VGS > VDS),以维持短沟道厚氧化物器件的驱动电流([0033]-[0038]段) D1单独实质公开

D1原文:"isolation transistor 370 is driven by VGG such that it will pass a signal... having a voltage level of Vcc or less"


比对:隔离晶体管导通时栅极为VGG,源漏两端最高为Vcc。因VGG > Vcc,必然导致Vgs > Vds,实质进入了过偏置操作状态。


专利性分析与应对策略

综合来看,D1已经实质公开了特征H和特征I中的“过偏置”电气操作状态。尽管D1仅使用了一个隔离晶体管(未完全落入特征G的字面限定),但审查员极易将D1与常规CMOS反相器分离设计的公知常识结合,认为将一个隔离晶体管拆分为上拉和下拉各一个隔离晶体管是本领域技术人员的容易想到之举。

由于电气偏置状态(过偏置)在客观上已被D1的电路工作机制所涵盖,若仅停留在特征G、H、I上进行答辩,被驳回的风险较高。

目标专利的真正贡献在于特定的晶体管物理结构与该偏置状态的协同作用。D1中的隔离晶体管370明确记载为具有“longer channel length”(较长沟道长度);而目标专利说明书[0033]段明确定义GO-TGX晶体管的沟道长度实质上等于核心MOSFET器件的沟道长度。正是因为沟道短,电容才低;又因为采用了过偏置,才弥补了厚氧化物的电流损失。

需要我协助您提取说明书中关于“GO-TGX晶体管沟道长度”的相关特征,并起草一份权利要求1的修改方案和针对D1的答辩提纲吗?

 


未提交复审委

无效理由:专利法第二条

蒋 晓勇
@jxy

你好!作为一名经验丰富的专利代理师,我非常理解在处理这种涉及多层级晶体管架构和混合栅极氧化物厚度(Mixed-Oxide)的电路专利时,梳理技术特征和对比文件之间的异同有多么繁琐和关键。

针对权利要求1,其核心技术方案在于:采用薄栅氧(第一MOSFET)作为上拉和下拉驱动管以保证低电容和高性能,同时采用厚栅氧(第二MOSFET)作为隔离管来承受高压保护内部电路,并且对隔离管的栅极施加“过偏置”电压(第二Vgs > 第一Vgs)来弥补厚栅氧带来的驱动电流损失。

下面我将紧密结合各对比文件原文,为你拆解权利要求1的技术特征,提供特征比对表格,并进行最接近对比文件(CPA)的创造性分析。


一、 对比文件详细技术特征映射分析

在提供的7篇对比文件中,D2D4/D7D6 是与本案I/O缓冲器架构最相关的文献。我们将重点分析这几篇文献。

1. D2 (US6121795A)

D2公开了一种具有高压耐受性的低压I/O电路,与本案权利要求1的相似度极高。

  • 特征A & C(上拉与下拉晶体管):D2毫无异议地公开了这两个特征。原文:“a PMOS pull-up transistor 340 that is connected between Vcc and a first node 345... an NMOS pull-down transistor 350 that is connected between first node 345 and ground.”

  • 特征B & D(隔离晶体管):D2部分/实质公开了隔离特征。在D2的图3中,使用了一个共用的隔离晶体管370(“An NMOS isolation transistor 370 is connected between first node 345 and I/O pin 240(1)”)。它没有像权利要求1那样分别设置“第一”和“第二”两个独立的隔离晶体管,但实质上起到了将上拉和下拉耦合到I/O节点并进行隔离的作用。

  • 特征E & F(第一和第二MOSFET的不同最大电压/厚度):D2毫无异议地公开了薄栅氧(第一)和厚栅氧(第二)的区分。原文:“isolation transistor 370 is formed with a thicker gate oxide and longer channel length than that of pull-down transistor 350 and pull-up transistor 340”。

  • 特征G & H(第二栅源电压大于第一栅源电压):D2毫无异议地公开了对隔离管栅极施加更高电压。原文:“An isolation drive (second) voltage VGG, which is greater than Vcc, is generated... and is transmitted to a gate of isolation transistor 370”。

  • 特征I(过偏置操作):D2实质公开了过偏置情况。由于VGG大于Vcc,当隔离管导通时,其栅源电压处于高偏置状态以允许信号通过(“isolation transistor 370 is driven by VGG such that it will pass a signal...”)。

2. D4 (US20060091907A1) / D7 (US7215146B2)

D4和D7是同族专利,主要公开了高速缓冲升压移位器。

  • 特征A-D(具有隔离管的推挽结构):D4/D7毫无异议地公开了四个晶体管串联的架构。原文指出缓冲器403包含:“PFET 414 is a pull-up PFET... PFET 415 is a cascode PFET [共源共栅/隔离]... NFET 421 is a cascode NFET [共源共栅/隔离]... NFET 424 is a pull-down transistor”。这完全对应了上拉、第一隔离、第二隔离、下拉的物理拓扑。

  • 特征E & F(第一和第二MOSFET的分类):D4/D7未公开权利要求1所限定的特定栅氧组合。原文提及:“The buffer 403 includes thick gate PFETs 414-415; a thick gate NFET 421... and a thin gate NFET 424”。即它的上拉管(414)是厚栅氧,下拉管(424)是薄栅氧,这与权利要求1中“上拉和下拉同为第一MOSFET(低压薄栅氧)”的限定冲突。

3. D6 (US7193441B2)

D6公开了一种带有改进欠驱动特征的单栅极氧化物I/O缓冲器。

  • 特征反向教导:D6未公开特征E和F。D6明确强调为了降低成本和掩膜步骤,全部采用单栅极氧化物(Single Gate Oxide, SGO)。原文:“The I/O buffer circuit 200 utilizes only a single gate oxide (SGO) layer for each transistor...”。因此它不具备不同栅源耐压的“第一”和“第二”MOSFET的区别。

4. 其他对比文件简述

  • D5 (US20070007597A1) 仅公开了将薄栅氧(206)和厚栅氧(204)串联的ESD保护结构,并未公开完整的I/O缓冲器上拉/下拉驱动拓扑。

  • D1 (JPH05152930A)D3 (US06429716B1) 属于常规的缓冲器或电平移位器设计,没有公开针对隔离管的厚栅氧设计以及栅极过偏置特征。


二、 技术特征比对表格

以下是针对最相关对比文件的特征比对表格(“√”表示毫无异议公开,“~”表示实质公开/部分公开,“×”表示未公开):

权利要求1 技术特征 D2 (US6121795A) D4 (US20060091907A1) / D7 D6 (US7193441B2)
A. 上拉晶体管 √ (PMOS 340) √ (PFET 414)
B. 第一隔离晶体管 ~ (共用隔离管 370) √ (Cascode PFET 415) √ (串联/共源共栅管)
C. 下拉晶体管 √ (NMOS 350) √ (NFET 424)
D. 第二隔离晶体管 × (图3共用管,图4无第二管) √ (Cascode NFET 421) √ (串联/共源共栅管)
E. 上拉/下拉同为第一MOSFET(薄栅氧/低压) √ (皆为较薄栅氧) × (上拉414为厚,下拉424为薄) × (全文单栅氧SGO)
F. 隔离管为第二MOSFET(厚栅氧/高压) √ (370为厚栅氧) ~ (隔离管为厚栅氧) × (全文单栅氧SGO)
G. 隔离管施加第二栅源电压 √ (施加VGG) √ (施加Pbias/Nbias)
H. 第二栅源电压 > 第一栅源电压 √ (VGG > Vcc) × (未明确偏置电压大小关系) ×
I. 隔离管在过偏置情况中操作 ~ (由高栅压VGG驱动带来过偏置) × ×

三、 最接近的对比文件(CPA)分析

在创造性评价中,最接近的对比文件(CPA)应是与目标专利解决的技术问题最相似、技术领域相同,且公开了最多相同技术特征的文献。

结论:D2 (US6121795A) 非常适合作为最接近的对比文件。

分析理由如下:

  1. 从整体解决的技术问题来看

    • **本案(目标专利)**旨在解决:在先进工艺节点下,薄栅氧核心晶体管无法承受I/O焊盘的高压,而厚栅氧晶体管又会引入大电容导致性能下降的问题。

    • D2 旨在解决:3.3V(或更低)的PLD在与5V设备接口时,5V信号可能会损坏薄栅氧晶体管的问题(原文:"damage to the transistors... due to their thinner gate oxides"),并试图在不影响性能的情况下实现高压耐受性。两者面临和解决的核心技术矛盾高度一致。

  2. 从技术效果来看

    • 本案通过“薄栅氧驱动管 + 厚栅氧隔离管 + 隔离管栅极过偏置(施加更高电压)”来实现既保护内部薄栅氧管,又弥补厚栅氧管驱动电流不足的效果。

    • D2 同样采用了“薄栅氧上下拉管 (340/350) + 厚栅氧隔离管 (370)”的架构,并且为了保证信号的有效传输,对厚栅氧隔离管施加了一个由电荷泵产生的、高于电源电压Vcc的高压 VGG(即第二栅源电压 > 第一栅源电压)。这在物理机制和技术效果上与本案的“过偏置”如出一辙。

  3. 创造性攻击思路构建

    若以 D2 为CPA,权利要求1的主要区别技术特征在于“分别设置了用于上拉的第一隔离晶体管和用于下拉的第二隔离晶体管”(D2的图3是上下拉共用一个隔离管,图4仅在上拉端有隔离管)。此时,可以结合 D4/D7 这种常见的推挽式四管共源共栅结构(独立的第一和第二隔离管)来论证本案是不具备创造性的,因为将共享隔离管拆分为独立的上下拉隔离支路属于本领域常规的电路设计选择。


希望这份详尽的特征比对与CPA分析能为你的专利无效或答辩策略提供有力的支撑。如果你需要我进一步以D2为核心起草具体的《无效宣告请求书》中的创造性评述逻辑段落,或者对比文件的具体图纸与本案的对应图解,请随时告诉我!



 


未提交复审委

无效理由:专利法第二条

蒋 晓勇
@jxy

你好!作为同行,我非常乐意为您对这组对比文件与目标专利权利要求的关系进行深度的技术拆解。

针对此类涉及底层半导体器件物理特性与电路拓扑结合的专利,我们需要精准剥离出“电路结构(拓扑)”与“器件属性及操作状态(偏置)”的对应关系。为了更直观地理解权利要求中上拉/下拉及隔离晶体管的级联架构,您可以参考以下图示:

下面,我将结合对比文件原文,为您呈现技术特征的比对分析以及最接近对比文件(CPA)的策略建议。


一、 权利要求技术特征比对表

我们将权利要求1拆解为A-I共9个技术特征。为保持清晰,表中用 表示毫无异议公开或实质公开, 表示部分公开或相关, 表示未公开。

技术特征 D1 D2 D3 D4 D5 (US7936209B2) D6 D7 (US20140091860A1)
A (上拉晶体管)
B (第一隔离晶体管)
C (下拉晶体管)
D (第二隔离晶体管)
E (上/下拉为第一MOSFET)
F (隔离为第二MOSFET,具更大Vgs)
G (第二Vgs施加于隔离晶体管)
H (第二Vgs > 第一Vgs)
I (隔离晶体管过偏置操作)

注:D2虽然涉及了不同厚度栅氧器件的串联(特征F的器件属性),但其应用场景为ESD保护结构,且并未公开I/O驱动器的完整拓扑及过偏置操作,因此整体相关度较低。


二、 核心对比文件原文深度剖析

从上述表格可以看出,D5D7 在电路拓扑结构上与权利要求最为契合,是创造性分析的重点对象。

1. 对比文件 D5 (US07936209B2)

  • 实质公开的特征 (A-D):D5明确公开了具有上拉/下拉及其隔离结构的I/O驱动器。

    • 原文对应:D5的 FIG. 3 中展示了 MPIOA 112 (上拉晶体管, 特征A)、MPIOB 114 (过压保护电路/第一隔离晶体管, 特征B)、MNIOA 132 (下拉晶体管, 特征C) 以及 MNIOB 134 (过压保护电路/第二隔离晶体管, 特征D)。

  • 未公开的特征 (E-I)

    • 原文对应:D5在 [0009] 段落中明确指出:“When I/O transistors 112 and 132 are 1.8V devices with a gate oxide thickness of 26 Angstroms...”。这表明D5中所有的晶体管(包括驱动和隔离)均采用相同的低压薄栅氧器件

    • 差异分析:D5并没有区分支持不同最大Vgs的“第一MOSFET”和“第二MOSFET”(特征E、F不满足)。此外,D5的整个发明目的(利用动态偏置电路230和240)是为了防止这些低压器件承受过压([0014]段:protect from DC and transient over-voltage conditions)。因此,D5绝对没有教导将器件置于“过偏置(over-bias)”状态(特征G、H、I不满足)。

2. 对比文件 D7 (US20140091860A1)

  • 实质公开的特征 (A-D):与D5类似,D7也公开了完全一致的级联拓扑。

    • 原文对应:D7中 MP1 (上拉), MP2 (上拉隔离), MN1 (下拉), MN2 (下拉隔离)。

  • 未公开的特征 (E-I)

    • 原文对应:D7在 [0042] 段落提到:“If the devices MP1, MP2, MN1, and MN2 used in I/O driver 100 are manufactured in accordance with 45 nm, 40 nm or 28 nm technology... the maximum voltage across any terminals... is about +2.0V”。

    • 差异分析:D7同样教导了所有四个器件是同规格的低压器件,且其核心创新在于通过复杂的补偿电路(compensation circuit 340, 380)来严格控制节点电压,避免任何器件的Vds或Vgs超过可靠性极限。这同样与本专利故意引入厚栅氧并进行“过偏置”的逻辑背道而驰。


三、 最接近的对比文件(CPA)及创造性分析策略

在评价创造性时,D5 或 D7 均非常适合作为最接近的对比文件(两者技术实质高度相似,可任选其一作为主证)。

1. 整体解决的技术问题

随着半导体工艺节点的演进(如45nm/28nm),核心薄栅氧器件的耐压能力极低。面临的共同技术问题是:如何在保护薄栅氧核心器件免受外部I/O焊盘高压损坏的同时,最小化I/O端口的寄生电容并维持足够高的输出驱动性能。

2. 技术路线与技术效果的根本分歧(创造性论述发力点)

  • D5 / D7 的技术路线:坚持全部使用低压(薄栅氧)器件以获得低电容和高速度,代价是必须引入极为复杂的动态偏置/补偿电路,来严防死守任何瞬态或稳态的过压现象。

  • 目标专利的技术路线:打破了常规思路。它在隔离晶体管位置引入了 GO-TGX 器件(栅极氧化物较厚以耐受高Vgs,但沟道长度较短以维持低电容和低Vds限制)。因为氧化物变厚导致驱动电流减弱,目标专利极为巧妙地对其进行了**过偏置(Over-bias)**操作,从而在不增加大尺寸厚氧器件(高电容)的前提下,恢复了高驱动性能。

3. 创造性答辩逻辑构建

如果审查员以 D5 或 D7 结合本领域常规技术手段(如D2中的厚薄栅氧混合使用)来评述缺乏创造性,我们可以这样反驳:

D5 和 D7 的核心发明点(发明初心)就在于防止任何形式的过偏置。将目标专利的特征F至I(即引入厚栅氧并故意实施过偏置)结合到D5或D7中,将直接破坏D5/D7的整体动态偏置逻辑与设计初衷。换句话说,D5/D7给出了“绝对不要过偏置”的相反教导(Teach away)。本领域技术人员在面对简化I/O电路的需求时,无法顺理成章地从D5/D7演进到目标专利的过偏置技术方案。


希望这份拆解能为您的后续工作提供清晰的思路。需要我为您草拟一份针对审查意见的创造性答辩论述(Argument)大纲,或是对特定的对比文件进行更深度的逐字特征比对吗?



 


权利要求2

如权利要求1所述的电子电路,其中,第一漏源操作电压和所述第一栅源电压是相同的。


权利要求3

如权利要求1所述的电子电路,其中,第一漏源操作电压和所述第二栅源电压配置成使得所述第二MOSFET器件在三极管工作区域中操作。


权利要求4

如权利要求1所述的电子电路,其中,所述上拉晶体管包括P型MOSFET器件,而所述下拉晶体管包括N型MOSFET器件。


权利要求5

如权利要求1所述的电子电路,其中,所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管中的每一者包括N型MOSFET器件。


权利要求6

如权利要求1所述的电子电路,进一步包括与所述第二隔离晶体管串联的至少一个电阻器。


权利要求7

如权利要求1所述的电子电路,进一步包括用于选择性地激活所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的逻辑装置。


权利要求8

如权利要求1所述的电子电路,进一步包括与所述下拉晶体管串联的电阻电路。


权利要求9

一种电子电路,包括: 用于将输入/输出I/O节点上拉到第一电压的上拉晶体管; 用于将所述上拉晶体管耦合到所述I/O节点的第一隔离晶体管; 用于将所述I/O节点下拉到第二电压的下拉晶体管;以及 用于将所述下拉晶体管耦合到所述I/O节点的第二隔离晶体管,其中 所述上拉晶体管和所述下拉晶体管包括支持第一最大漏源电压和第一最大栅源电压的第一金属氧化物半导体晶体管MOSFET器件,并且其中所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管包括支持所述第一最大漏源电压和大于所述第一最大栅源电压的第二最大栅源电压的第二MOSFET器件,其中所述第二最大栅源电压被施加于所述第一和第二隔离晶体管的栅极电极被配置成在过偏置情况中操作所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管;并且其中每一个所述第一MOSFET器件具有第一栅极氧化物厚度和第一沟道长度,其中每一个所述第二MOSFET器件具有第二栅极氧化物厚度和第二沟道长度,其中所述第一沟道长度和所述第二沟道长度基本上相同,并且其中所述第二栅极氧化物厚度基本上大于所述第一栅极氧化物厚度。


权利要求10

一种集成电路IC,包括: 内部电路系统; 输入/输出I/O焊盘; 用于基于所述I/O焊盘处的外部输入信号来向所述内部电路系统提供内部输入信号的输入装置;以及用于基于来自所述内部电路系统的内部输出信号和第一偏置电压来在所述I/O焊盘处提供外部输出信号的输出装置,所述输出装置配置用于选择性地将所述I/O焊盘分别上拉到第一参考电压或下拉到第二参考电压,以及用于基于至少一个隔离控制信号和第二偏置电压来选择性地将所述输出装置与所述I/O焊盘隔离的隔离装置;以及其中所述输出装置被配置成针对所述第一偏置电压支持第一最大偏置电压以及针对所述内部输出信号支持第一最大控制电压,并且其中所述隔离装置被配置成针对所述第二偏置电压支持所述第一最大偏置电压以及针对所述至少一个隔离控制信号支持大于所述第一最大控制电压的第二最大控制电压,其中所述第二最大控制电压被施加在所述用于隔离的装置中的隔离晶体管的栅极电极处,其中所述第二最大控制电压被配置在大于施加于所述用于输出的装置第一最大控制电压的电压电平处以使得所述隔离晶体管在过偏置情况中操作。


权利要求11

如权利要求10所述的集成电路IC,其中,第一漏源操作电压和第一栅源电压是相同的。


权利要求12

如权利要求10所述的集成电路IC,其中,第一漏源操作电压和第二栅源电压配置成使得所述隔离晶体管在三极管工作区域中操作。


权利要求13

一种集成电路IC,包括: 内部电路系统; 输入/输出I/O焊盘; 用于基于所述I/O焊盘处的外部输入信号来向所述内部电路系统提供内部输入信号的输入驱动器;以及用于基于来自所述内部电路系统的内部输出信号来在所述I/O节点处提供外部输出信号的输出驱动器,所述输出驱动器包括用于选择性地将所述I/O焊盘分别上拉到第一参考电压或下拉到第二参考电压的上拉晶体管和下拉晶体管、用于选择性地将所述上拉晶体管与所述I/O焊盘隔离的第一隔离晶体管、以及用于选择性地将所述下拉晶体管与所述I/O焊盘隔离的第二隔离晶体管;以及其中所述上拉晶体管和所述下拉晶体管包括支持第一最大漏源电压和第一最大栅源电压的第一金属氧化物半导体晶体管MOSFET器件,并且其中所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管包括支持所述第一最大漏源电压和大于所述第一最大栅源电压的第二最大栅源电压的第二MOSFET器件,并且其中第二栅源电压被施加于所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的栅极电极,其中所述第二栅源电压被配置在大于所述上拉晶体管和下拉晶体管的第一最大栅源电压的电压电平处以使得所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管在相对于所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的源极节点和漏极节点的过偏置情况中操作。


权利要求14

如权利要求13所述的集成电路IC,其中,所述上拉晶体管包括P型器件,而所述下拉晶体管包括N型器件。


权利要求15

如权利要求13所述的集成电路IC,其中,所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管中的每一者包括N型器件。


权利要求16

如权利要求13所述的集成电路IC,进一步包括与所述第二隔离晶体管串联的至少一个电阻器。


权利要求17

如权利要求13所述的集成电路IC,进一步包括用于选择性地激活所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的控制逻辑。


权利要求18

如权利要求17所述的集成电路IC,其中,所述控制逻辑被配置用于响应于从所述内部电路系统去往所述输出驱动器的信号来选择性地激活所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管。


权利要求19

如权利要求13所述的集成电路IC,其中,每一个所述第一MOSFET器件具有第一栅极氧化物厚度和第一沟道长度,其中每一个所述第二MOSFET器件具有第二栅极氧化物厚度和第二沟道长度,其中所述第一沟道长度和所述第二沟道长度基本上相同,并且其中所述第二栅极氧化物厚度基本上大于所述第一栅极氧化物厚度。


权利要求20

一种用于保护输出驱动器的方法,所述输出驱动器耦合到集成电路IC的输入/输出I/O焊盘并且包括上拉晶体管和下拉晶体管,所述上拉晶体管和下拉晶体管包括第一金属氧化物半导体晶体管MOSFET器件,所述第一MOSFET器件支持第一最大漏源电压和第一最大栅源电压并配置用于选择性地将所述I/O焊盘分别上拉到第一电压或下拉到第二电压,所述方法包括:提供用于将所述上拉晶体管耦合到所述I/O焊盘的第一隔离晶体管和用于将所述下拉晶体管耦合到所述I/O焊盘的第二隔离晶体管,所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管中的每一者包括第二MOSFET器件,所述第二MOSFET器件支持所述第一最大漏源电压和大于所述第一最大栅源电压的第二最大栅源电压,并且其中第二栅源电压被施加于所述第一和第二隔离晶体管的栅极电极,其中所述第二栅源电压被配置在大于所述上拉晶体管和下拉晶体管的第一最大栅源电压的电压电平处,以使得所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管在相对于所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管的源极节点和漏极节点的过偏置情况中操作;以及当所述I/O焊盘被用于输入模式时,停用所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管; 以及 当所述I/O焊盘被用于输出模式时,激活所述第一隔离晶体管和所述第二隔离晶体管。


权利要求21

如权利要求20所述的方法,进一步包括经由所述IC的控制逻辑,基于从所述IC的核心逻辑去往所述控制逻辑的信号,确定所述I/O焊盘是否处于所述输入模式和所述输出模式之一中。


权利要求22

如权利要求20所述的方法,进一步包括经由所述IC的控制逻辑基于从所述IC的核心逻辑去往所述输出驱动器的信号,确定所述I/O焊盘是否处于所述输入模式和所述输出模式之一中。


权利要求23

如权利要求20所述的方法,进一步包括选择第一漏源操作电压和所述第二栅源电压以使得所述第二MOSFET器件在三极管工作区域中操作。


权利要求24

如权利要求20所述的方法,其中,所述提供进一步包括: 将每一个所述第二MOSFET器件选择成具有与所述第一MOSFET器件的沟道长度基本相同的沟道长度,以及将每一个所述第二MOSFET器件选择成具有基本上大于所述第一MOSFET器件的栅极氧化物厚度的栅极氧化物厚度。


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