本发明涉及滤波器，具体涉及一种集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器。
背景技术：
1、电磁干扰（electromagnetic interference，emi）是指干扰源（一般为电子设备）通过导电介质（如线缆）或空间辐射把自身电网络上的信号耦合到另一个电网络。滤波器是一种良好的emi解决方案，它可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分。针对某些应用，滤波器可以将系统内部干扰正常信号的噪音或谐波去除，如数字信号、通信、音频、图像、视频压缩、传感器输出等信号处理电路可采用低通滤波器来有效地滤除高频噪声，保留低频信号成分，从而提高信号质量。
2、静电放电（electro-static discharge，esd）是指人体或物质所蓄积的电荷通过导电通道向周围物体放电的一种现象，采用瞬态电压抑制器（transient voltagesuppressor，tvs）可以对电子电路起到高效的静电保护作用。
3、当前，电子产品的设计和应用环境复杂，电磁干扰和静电放电是电子设备应用环境中最常见的两种现象，它们会引起电子产品失效，使电子产品的可靠性降低。近年来由于电子产品趋于小型化，系统的复杂度更高，电子系统内部的信号传输频率和速度也越来越快，emi和esd问题变得日趋严重，emi和esd事件的独立或共同发生均会干扰并降低电子产品的信号完整性，严重时甚至会损坏电子产品内部的电路。
4、图1（a）为现有的典型的p型c-r-c低通滤波器的电路结构示意图，该低通滤波电路是由1个电阻和2个电容串并联组成。图1（b）为典型的p型c-r-c低通滤波器的s21曲线示意图，s21即插入损耗，它反映了信号通过被测设备时的幅度和相位变化。截止频率（cut offfrequency）是指滤波器开始对特定频率的信号进行衰减的频率，此时，低通滤波器不能正常传递高于该频率的信号，通常规定-3 db点处即为截止频率，表明f-3db对应的输出信号已降至最大值的0.707倍。但是，这种电路只能实现滤波功能。
5、图2（a）为现有的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器的电路结构示意图，该种设计方案利用tvs的对地寄生电容充当c-r-c低通滤波电路中的电容，能同时起到静电保护和浪涌保护以及低通滤波的作用。图2（b）为利用pnp型tvs充当滤波电容的结构示意图，但该种设计存在以下几个问题：（1）通常c-r-c低通滤波电路中的电容决定了-3 db的截止带宽，截止带宽确定后，tvs管的对地寄生电容也随之确定；（2）若想增强滤波器的防浪涌能力，tvs管必须设计得很大，因此为兼顾寄生电容的要求，通常倾向于减少tvs管单位面积的寄生电容，因而通常采用基于浮空的pnp管充当tvs管；（3）然而pnp型tvs管由于其电流增益较小，在相同的寄生电容和版图面积下，浪涌防护能力仍不理想。若采用npn型tvs管，在相同的寄生电容和版图面积下，由于其更高的电流增益和更强的静电泄放能力，产品的浪涌防护等级和钳位电压均可进一步显著提升。然而，在实际设计时，由于p型c-r-c低通滤波器的共地性需求，以及浮空基区的需要，单向npn型tvs管通常很难用于p型c-r-c低通滤波器的设计。
技术实现思路
1、为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，通过在集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器内设置相互配合的第一tvs结构、第二tvs结构和电阻r，第一tvs结构、第二tvs结构和电阻r能够组成滤波电路，第一tvs结构包括npn三极管q1和pnp三极管q3，第二tvs结构包括npn三极管q2和pnp三极管q4，利用第一tvs结构、第二tvs结构充当低通滤波电路中的电容，能够实现对高频信号起到衰减抑制作用的同时还能提供优越的静电和浪涌保护能力，并且版图面积小，解决了现有技术中典型的p型c-r-c低通滤波器只能实现滤波功能、集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器的tvs管会占用巨大的版图面积的问题。
2、本发明提供的一种集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，包括n型半导体衬底和设置在所述n型半导体衬底上的第一tvs结构、第二tvs结构和电阻r，所述第一tvs结构、所述第二tvs结构和所述电阻r能够组成滤波电路，所述第一tvs结构设有浮空的第一p型阱区和接地的p+重掺杂有源区，所述第二tvs结构设有浮空的第二p型阱区和接地的p+重掺杂有源区，所述第一p型阱区内设有与i/o端口一相连的n+重掺杂有源区，所述n型半导体衬底的底部接地，所述第一p型阱区内的n+重掺杂有源区与所述n型半导体衬底的底部之间形成有竖直方向的正向esd通路，所述第一tvs结构的p+重掺杂有源区与所述第一p型阱区内的n+重掺杂有源区之间形成有水平方向的反向esd通路，所述第二p型阱区内设有与i/o端口二相连的n+重掺杂有源区，所述第二p型阱区内的n+重掺杂有源区与所述n型半导体衬底的底部之间形成有竖直方向的正向esd通路，所述第二tvs结构的p+重掺杂有源区与所述第二p型阱区内的n+重掺杂有源区之间形成有水平方向的反向esd通路。
3、本发明作进一步改进，所述第一tvs结构包括npn三极管q1和pnp三极管q3，所述第二tvs结构包括npn三极管q2和pnp三极管q4，所述npn三极管q1的集电极与i/o端口一、所述电阻r的一端相连，所述npn三极管q1的基极浮空且与所述pnp三极管q3的集电极相连，所述npn三极管q2的集电极与所述i/o端口二、所述电阻r的另一端相连，所述npn三极管q2的基极浮空且与所述pnp三极管q4的集电极相连，所述npn三极管q1的发射极、所述pnp三极管q3的基极、所述pnp三极管q3的发射极、所述npn三极管q2的发射极、所述pnp三极管q4的基极、所述pnp三极管q4的发射极接地。
4、本发明作进一步改进，所述电阻r为p型有源区电阻。
5、本发明作进一步改进，所述电阻r为n型有源区电阻。
6、本发明作进一步改进，所述电阻r为n阱电阻或p阱电阻或多晶硅电阻。
7、本发明作进一步改进，所述第一tvs结构内的p+重掺杂有源区、所述第二tvs结构内的p+重掺杂有源区与所述n型半导体衬底的底部相连，连接方式为封装时通过打线或重布线层连通，或在pcb板集成时通过金属互连线连接。
8、本发明作进一步改进，所述n型半导体衬底的顶部设有金属导电层，所述第一tvs结构内的p+重掺杂有源区通过所述金属导电层接地，所述第一p型阱区内的n+重掺杂有源区通过所述金属导电层与i/o端口一相连，所述第二tvs结构内的p+重掺杂有源区通过所述金属导电层接地，所述第二p型阱区内的n+重掺杂有源区通过所述金属导电层与i/o端口二相连。
9、本发明作进一步改进，所述n型半导体衬底的顶部还设有接触孔，所述第一tvs结构内的p+重掺杂有源区通过所述接触孔与所述金属导电层相连，所述第一p型阱区内的n+重掺杂有源区通过所述接触孔与所述金属导电层相连，所述第二tvs结构内的p+重掺杂有源区通过所述接触孔与所述金属导电层相连，所述第二p型阱区内的n+重掺杂有源区通过所述接触孔与所述金属导电层相连。
10、本发明作进一步改进，所述第一p型阱区和所述第二p型阱区合并为一个大型p型阱区，所述电阻r为n型有源区电阻且设置于大型p型阱区内，所述大型p型阱区内的n+重掺杂有源区与所述n型半导体衬底的底部之间形成有两条竖直方向的正向esd通路，所述第一tvs结构内的p+重掺杂有源区、所述第二tvs结构内的p+重掺杂有源区与所述大型p型阱区内的n+重掺杂有源区之间形成有两条水平方向的反向esd通路，所述大型p型阱区的两条正向esd通路与两条反向esd通路组成一对双向esd通道。
11、本发明作进一步改进，所述n型半导体衬底上设有3个所述大型p型阱区，每个所述大型p型阱区均有一对双向esd通道。
12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，通过在集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器内设置相互配合的第一tvs结构、第二tvs结构和电阻r，第一tvs结构、第二tvs结构和电阻r能够组成滤波电路，第一tvs结构包括npn三极管q1和pnp三极管q3，第二tvs结构包括npn三极管q2和pnp三极管q4，利用第一tvs结构、第二tvs结构充当低通滤波电路中的电容，使这种滤波器不仅能对高频信号起到抑制作用，并且还能提供优越的静电保护能力和浪涌保护能力，能够实现对高频信号起到衰减抑制作用的同时还能提供优越的静电和浪涌保护能力，并且版图面积小，可节省制造成本和封装成本，适用范围广，可满足多种应用的要求，为电子电路的静电防护和电磁干扰滤波提供了一种良好的集成解决方案，解决了现有技术中典型的p型c-r-c低通滤波器只能实现滤波功能、集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器的tvs管会占用巨大的版图面积的问题。
1.一种集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：包括n型半导体衬底和设置在所述n型半导体衬底上的第一tvs结构、第二tvs结构和电阻r，所述第一tvs结构、所述第二tvs结构和所述电阻r能够组成滤波电路，所述第一tvs结构设有浮空的第一p型阱区和接地的p+重掺杂有源区，所述第二tvs结构设有浮空的第二p型阱区和接地的p+重掺杂有源区，所述第一p型阱区内设有与i/o端口一相连的n+重掺杂有源区，所述n型半导体衬底的底部接地，所述第一p型阱区内的n+重掺杂有源区与所述n型半导体衬底的底部之间形成有竖直方向的正向esd通路，所述第一tvs结构的p+重掺杂有源区与所述第一p型阱区内的n+重掺杂有源区之间形成有水平方向的反向esd通路，所述第二p型阱区内设有与i/o端口二相连的n+重掺杂有源区，所述第二p型阱区内的n+重掺杂有源区与所述n型半导体衬底的底部之间形成有竖直方向的正向esd通路，所述第二tvs结构的p+重掺杂有源区与所述第二p型阱区内的n+重掺杂有源区之间形成有水平方向的反向esd通路。
2.根据权利要求1所述的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：所述第一tvs结构包括npn三极管q1和pnp三极管q3，所述第二tvs结构包括npn三极管q2和pnp三极管q4，所述npn三极管q1的集电极与i/o端口一、所述电阻r的一端相连，所述npn三极管q1的基极浮空且与所述pnp三极管q3的集电极相连，所述npn三极管q2的集电极与所述i/o端口二、所述电阻r的另一端相连，所述npn三极管q2的基极浮空且与所述pnp三极管q4的集电极相连，所述npn三极管q1的发射极、所述pnp三极管q3的基极、所述pnp三极管q3的发射极、所述npn三极管q2的发射极、所述pnp三极管q4的基极、所述pnp三极管q4的发射极接地。
3.根据权利要求2所述的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：所述电阻r为p型有源区电阻。
4.根据权利要求2所述的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：所述电阻r为n型有源区电阻。
5.根据权利要求2所述的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：所述电阻r为n阱电阻或p阱电阻或多晶硅电阻。
6.根据权利要求3-5任一项所述的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：所述第一tvs结构内的p+重掺杂有源区、所述第二tvs结构内的p+重掺杂有源区与所述n型半导体衬底的底部相连，连接方式为封装时通过打线或重布线层连通，或在pcb板集成时通过金属互连线连接。
7.根据权利要求6所述的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：所述n型半导体衬底的顶部设有金属导电层，所述第一tvs结构内的p+重掺杂有源区通过所述金属导电层接地，所述第一p型阱区内的n+重掺杂有源区通过所述金属导电层与i/o端口一相连，所述第二tvs结构内的p+重掺杂有源区通过所述金属导电层接地，所述第二p型阱区内的n+重掺杂有源区通过所述金属导电层与i/o端口二相连。
8.根据权利要求7所述的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：所述n型半导体衬底的顶部还设有接触孔，所述第一tvs结构内的p+重掺杂有源区通过所述接触孔与所述金属导电层相连，所述第一p型阱区内的n+重掺杂有源区通过所述接触孔与所述金属导电层相连，所述第二tvs结构内的p+重掺杂有源区通过所述接触孔与所述金属导电层相连，所述第二p型阱区内的n+重掺杂有源区通过所述接触孔与所述金属导电层相连。
9.根据权利要求2或8所述的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：所述第一p型阱区和所述第二p型阱区合并为一个大型p型阱区，所述电阻r为n型有源区电阻且设置于大型p型阱区内，所述大型p型阱区内的n+重掺杂有源区与所述n型半导体衬底的底部之间形成有两条竖直方向的正向esd通路，所述第一tvs结构内的p+重掺杂有源区、所述第二tvs结构内的p+重掺杂有源区与所述大型p型阱区内的n+重掺杂有源区之间形成有两条水平方向的反向esd通路，所述大型p型阱区的两条正向esd通路与两条反向esd通路组成一对双向esd通道。
10.根据权利要求9所述的集成静电和浪涌保护功能的emi低通滤波器，其特征在于：所述n型半导体衬底上设有3个所述大型p型阱区，每个所述大型p型阱区均有一对双向esd通道。
