CN101546988A - 噪声滤波器以及噪声滤波器内置放大器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种噪声滤波器以及噪声滤波器内置放大器电路，其根据第1电容、和将pn结电容和绝缘电容并联连接的第2电容构成梯形的LPF，所述第1电容由将3端子中的2端子进行二极管连接的晶体管构成。由于使在半导体层设置的pn结电容和在其表面设置的绝缘电容大致重叠来并联连接，所以即使增加电容值也能够避免占有面积的增加。此外，由于第1电容具有迅速返回特性，所以可以从ESD保护具有绝缘电容的第2电容，小型且具有高性能的RFI除去特性，可实现高EDS化。

Description

噪声滤波器以及噪声滤波器内置放大器电路
技术领域
本发明涉及噪声滤波器以及噪声滤波器内置放大器电路，特别涉及实现了RFI(Radio Frequency Interference)的改善的噪声滤波器以及噪声滤波器内置放大器电路。
背景技术
为了进行驻极体电容传声机(Electret condenser Microphone：以下为ECM)的阻抗变换以及放大，使用放大器元件。放大器元件例如由结型场效应晶体管(Junction Field Effect Transistor：以下为J-FET)或放大集成电路元件构成。
但是，在ECM例如搭载在移动电话等的情况下，移动电话的无线频率的电波对布线或相关元件产生影响，作为ECM的噪声被检测。
因此，为了防止信号等的经由布线的噪声的泄漏或入侵，并改善RFI，使用各种噪声滤波器(例如，参照专利文献1、专利文献2)。
图5是表示连接到阻抗变换用的放大集成电路元件的以往的噪声滤波器510、511的电路图。噪声滤波器510、511例如是为了防止电磁干扰的低通滤波器(Low-Pass Filter：LPF)型的EMI(Electro-magnetic interference)滤波器。
图5(A)所示的噪声滤波器510是，将两个电容C11、C12并联连接，在两个电容C11、C12的高电压侧的一端之间串联连接了电阻R的滤波器。噪声滤波器510的输入端子Vi′连接到电源，输出端子Vo′连接到放大集成电路元件(未图示)。
该电路是将两个电容C11、C12以梯形连接，并在它们之间连接了电阻R的LPF，通过将其连接到放大集成电路元件，从而外来的RF噪声被LPF截止，对放大集成电路元件产生的影响非常小，所以能够改善ECM的RFI。
此外，在图5(B)所示的噪声滤波器511是，二极管D1、D2代替上述的电容C11、C12而连接的滤波器，是将二极管D1、D2的结电容C21、C22作为图11(A)所示的电容C11、C12而利用的LPF。
可以将LPF与放大集成电路元件或者与放大集成电路元件相同地用于阻抗变换的J-FET或p沟道型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)集成在同一个芯片上。此时，从静电放电(electrostatic discharge：ESD)或制造工序的观点看，一般使用图5(B)那样的二极管D1、D2的结电容。
[专利文献1](日本)特许公开2007-267168号公报
[专利文献2](日本)特许公表2006-514497号公报
图6是表示将图5(B)所示的噪声滤波器511连接到放大集成电路元件550的情况的一例的电路图。
放大集成电路元件550的输入端子IN连接到ECM560的一端。噪声滤波器511的高电压侧的输出端子Vo′和低电压侧的输出端子(GND)与放大集成电路元件550并联连接。因此，噪声滤波器511和放大集成电路元件550可集成在一个芯片上。
因此，在使用了二极管D1、D2的噪声滤波器511中，根据二极管D1、D2的结电容C21、C22以及电阻R的电阻值，决定LPF的截止频率fc。但为了充分改善RFI，需要降低滤波器的截止频率fc，为此必需增加电容值或者电阻值。
但是，若增加电容值，则存在噪声滤波器511或者将它和放大集成电路元件550集成的噪声滤波器内置放大集成电路元件的芯片尺寸扩大的问题。
此外，若增加电阻R的电阻值，则由于根据从噪声滤波器511输出的降压，施加到放大集成电路元件550的电压也减少，产生来自ECM560的输出降低的问题(输出损失)。
发明内容
本发明是鉴于上述的课题而完成，第1是通过以下方案来解决，即包括：第1电容，由将3端子中的2端子进行二极管连接的晶体管的结电容而构成；第2电容，将pn结电容和绝缘电容并联连接而成；以及电阻，所述噪声滤波器将所述第1电容的高电压侧作为输入，将所述第2电容的高电压侧作为输出，在所述第1电容以及所述第2电容之间连接所述电阻，将所述第1电容以及所述第2电容的低电压侧进行接地连接。
第2是通过以下方案来解决，即包括在噪声滤波器的输出连接的放大器元件，所述噪声滤波器包括：第1电容，由将3端子中的2端子进行二极管连接的晶体管的结电容而构成；第2电容，将pn结电容和绝缘电容并联连接而成；以及电阻，将所述第1电容的高电压侧作为输入，将所述第2电容的高电压侧作为输出，在所述第1电容以及所述第2电容之间连接所述电阻，将所述第1电容以及所述第2电容的低电压侧进行接地连接。
第3是通过以下方案来解决，即包括：构成一个芯片的一导电型半导体层；在该一导电型半导体层设置的噪声滤波器；以及在所述一导电型半导体层设置的放大器元件，所述噪声滤波器包括：第1电容，由将3端子中的2端子进行二极管连接的晶体管的结电容而构成；第2电容，将pn结电容和绝缘电容并联连接而成；以及电阻，所述噪声滤波器将所述第1电容的高电压侧作为输入，将所述第2电容的高电压侧作为输出，在所述第1电容以及所述第2电容之间连接所述电阻，将所述第1电容以及所述第2电容的低电压侧进行接地连接，所述放大器元件连接在所述噪声滤波器的输出。
根据本发明，第1可提供小型且高电容值的噪声滤波器。即，通过将一个电容(第2电容)设为将pn结电容和绝缘电容并联连接的电容，从而得到高电容值而不会增加作为噪声滤波器的尺寸。
第2是，通过将端子进行二极管连接的晶体管的结电容用于第1电容，从而得到高ESD效果。虽然第2电容特别存在绝缘电容抗ESD能力弱的问题。但通过第1电容所具有的迅速返回(snap back)特性和在第1电容和第2电容之间插入的电阻，能够保护第2电容。
第3是，将放大集成电路元件和噪声滤波器集成在同一个芯片上的噪声滤波器内置放大集成电路元件与以往结构相比，能够以同一芯片尺寸实现高的RFI除去特性。
此外，只要能够与以往结构维持相等的RFI除去特性者，就能够缩小芯片尺寸，降低成本。
即，能够提供小型且具有良好的RFI除去特性，并得到高的ESD效果的噪声滤波器内置放大集成电路元件。
附图说明
图1是说明本实施方式的噪声滤波器的电路图。
图2是说明本实施方式的噪声滤波器内置放大器电路的电路图。
图3是说明本实施方式的噪声滤波器的特性图。
图4是说明本实施方式的噪声滤波器内置放大器电路的第2电容的截面图。
图5(A)～(B)是说明以往的噪声滤波器的电路图。
图6是说明内置了以往的噪声滤波器的放大器电路的电路图。
标号说明
10 第1电容
11 P-型半导体层
20 第2电容
20a pn结电容
20b 绝缘电容
22n 型半导体区域
23 绝缘膜
24 导电层
25 第1电容电极
26 第2电容电极
27 第3电容电极
28 GND连接区域
30 电阻
100 噪声滤波器
200 噪声滤波器内置放大器电路
201 放大器元件(J-FET)
250 ECM
510、511 噪声滤波器
550 放大集成电路元件
C11、C12 电容
C21、C22 结电容
Vi、Vi′、IN 输入端子
Vo、Vo′ 输出端子
R 电阻
D1、D2 二极管
具体实施方式
参照图1至图3说明本发明的实施方式。
图1是表示本实施方式的噪声滤波器100的电路图。
噪声滤波器100包括：第1电容10、第2电容20以及电阻30。
第1电容是将3端子中的2端子进行二极管连接的晶体管的结电容。具体地说，晶体管例如是具有源极S、漏极D、栅极G以及连接到源极S的背栅极(back gate)BG的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)，将源极S和栅极G进行二极管连接，并设为阳极A。漏极D成为阴极K，并成为噪声滤波器100的输入端子Vi。
阳极A连接到低电压侧(GND)，阴极K连接到高电压侧(经由负载电阻RL而电源VDD)，由于被施加反偏压，所以作为电容动作而不是二极管(参照图2)。
第2电容20是将pn结电容20a和绝缘电容20b并联连接的电容。一端成为阳极A，另一端成为阴极K，并成为噪声滤波器100的输出端子Vo。阳极A连接到低电压侧(GND)，阴极K连接到高电压侧(经由电阻30以及负载电阻RL而电源VDD)，由于被施加反偏压，所以PN结电容20a作为电容动作而不是二极管(参照图2)。
第1电容10和第2电容20两者的阴极K(高电压侧)之间串联连接了电阻30，构成n型的噪声滤波器100。
噪声滤波器100是例如用于防止电磁干扰的EMI(Electro-magneticinterference)滤波器，以下称为EMI滤波器100。
图2是表示内置了图1的EMI滤波器100的放大器电路200(以下，称为EMI滤波器内置放大器电路200)的电路图。
放大器元件201例如由放大集成电路元件或J-FET等构成，第1端子IN(Gate)连接到驻极体电容传声机(ECM)250的一端，第2端子OUT(Drain)连接到EMI滤波器100的输出端子Vo侧。此外，第3端子GND(Source)连接到GND。
本实施方式的EMI滤波器内置放大器电路200是这样将EMI滤波器100和放大器元件201集成在一个芯片上的集成电路元件。
ECM250将振动膜(振动板)和与其相对的电极配置在壳体内，基于声音的振动膜的振动作为振动膜以及电极之间的静电电容的变化而取出。振动膜例如由高分子材料等构成，通过驻极体(Electret)效果，使振动膜持续具有电荷。
EMI滤波器内置放大器电路200的一端(第1电容10的阴极K(输入端子Vi)经由负载电阻RL而连接到电源VDD。EMI滤波器内置放大器电路200的另一端(第1电容10的阳极A、第2电容的阳极A、放大器电路201的第3端子(GND))连接到GND。
流过放大器电路201的第2端子(OUT)的电流是与EMI滤波器100的截止频率相比非常低的频率(例如，100kHz)，直接通过EMI滤波器100，成为EMI滤波器内置放大器电路200的输出电流。通过该电流流过负载电阻RL，在负载电阻RL的两端产生电位差，该电位差的变化(AC量)作为VOUT输出。
若从VDD或负载电阻RL侧对EMI滤波器100传播不需要的高频信号(RF噪声)，则负载电阻RL和EMI滤波器100作为二次的LPF动作，经由第1电容10、第2电容20而放过RF噪声，所以表示最大-12dB/OCT的截止特性。
这样，能够防止对放大器元件201输入无线频率的高频信号。
在后面详细叙述，但本实施方式的第2电容20是，将在本导体层设置的pn结电容20a、和在半导体层上将绝缘膜设为介质并在其之上配置了导电材料的绝缘电容20b大致重叠地配置，从而并联连接的电容。因此，能够增加电容值而不会增加EMI滤波器100的尺寸。因此，可防止将其内置的EMI滤波器内置放大器电路200的芯片尺寸的增加，提高RFI除去特性。
另一方面，由于绝缘电容20b作为介质使用绝缘膜，所以是抗静电放电(ESD)性能弱的结构。但在本实施方式中，作为第1电容10使用将2端子进行二极管连接的MOSFET。这样，在第1电容10中能够使静电充分放电，大幅地衰减了施加到第2电容20的静电。
图3是表示作为第1电容10的MOSFET的电流I-电压V特性的概要图。这样，由于MOSFET设为二极管连接，所以具有迅速返回(snap back)特性，抗ESD性能强。因此，通过将MOSFET的击穿电压设计为迅速返回(snapback)的电压VSB以下，从而能够充分吸收静电，能够从ESD保护第2电容20以及放大器元件201。
图4是说明本实施方式的EMI滤波器内置放大器电路200的第2电容20部分的结构的截面图。这里，使用p-型半导体基板为例进行说明。
第2电容20由pn结电容20a和绝缘电容20b构成。在Pn结电容20a，设置有在p-型半导体层11的表面扩散了n型(n+型)杂质的n型半导体区域22，在p-型半导体层11的表面设置有绝缘膜23。在p-型半导体层11上，经由设置在绝缘膜23的开口部分，设置了与n型半导体区域22连接的第1电容电极(阴极电极)25。第1电容电极25成为EMI滤波器100的输出端子Vo，并与电阻30的电阻电极以及放大器元件201的漏极电极连接。
在p-型半导体层11的表面，设置了基于高浓度的p型(p+型)杂质区域的其他的GND连接区域28，经由设置在绝缘膜23的开口部分，与第2电容电极(阳极电极)26连接。
通过p-型半导体层11和n型半导体区域22的pn结，形成pn结电容20a。
此外，在p-型半导体层11的表面的绝缘膜23上，配置了导电层(例如多晶硅)24。在多晶硅24上还用绝缘膜23覆盖，多晶硅24的一端与在其之上设置的第3电容电极27连接。第2电容电极26和第3电容电极27连接，并被施加GND电位。这样，构成将绝缘膜23作为介质，将第1电容电极25作为阴极电极，将第3电容电极27作为阳极电极的绝缘电容20b。
通过pn结电容20a和绝缘电容20b的并联连接，与以往结构(图5(A)的电容C12、图5(B)的电容C22)相比，能够增加电容值。
此外，绝缘电容20b与在p-型半导体层11设置的pn结电容20a大致重叠地设置。即，第2电容20作为通过pn结电容20a和绝缘电容20b的并联连接来增加电容值的结构，同时能够防止其占有面积的增加。

Claims (5)

1.一种噪声滤波器，包括：
第1电容，由将3端子中的2端子进行二极管连接的晶体管的结电容而构成；
第2电容，将pn结电容和绝缘电容并联连接而成；以及
电阻，
将所述第1电容的高电压侧作为输入，将所述第2电容的高电压侧作为输出，在所述第1电容以及所述第2电容之间连接所述电阻，
将所述第1电容以及所述第2电容的低电压侧进行接地连接。
2.一种噪声滤波器内置放大器电路，其特征在于，包括在噪声滤波器的输出连接的放大器元件，
所述噪声滤波器包括：
第1电容，由将3端子中的2端子进行二极管连接的晶体管的结电容而构成；
第2电容，将pn结电容和绝缘电容并联连接而成；以及
电阻，
将所述第1电容的高电压侧作为输入，将所述第2电容的高电压侧作为输出，在所述第1电容以及所述第2电容之间连接所述电阻，
将所述第1电容以及所述第2电容的低电压侧进行接地连接。
3.一种噪声滤波器内置放大器电路，其特征在于，包括：
构成一个芯片的一导电型半导体层；
在该一导电型半导体层设置的噪声滤波器；以及
在所述一导电型半导体层设置的放大器元件，
所述噪声滤波器包括：
第1电容，由将3端子中的2端子进行二极管连接的晶体管的结电容而构成；
第2电容，将pn结电容和绝缘电容并联连接而成；以及
电阻，
所述噪声滤波器将所述第1电容的高电压侧作为输入，将所述第2电容的高电压侧作为输出，在所述第1电容以及所述第2电容之间连接所述电阻，将所述第1电容以及所述第2电容的低电压侧进行接地连接，
所述放大器元件连接在所述噪声滤波器的输出。
4.如权利要求3所述的噪声滤波器内置放大器电路，其特征在于，
所述第2电容包括：在所述一导电型半导体层表面设置的反向导电型半导体区域；在所述一导电型半导体层上设置的绝缘膜；以及在该绝缘膜上设置的导电层，
由所述一导电型半导体层和所述反向导电型半导体区域形成所述pn结电容，由所述反向导电型半导体区域和所述绝缘膜以及所述导电层形成所述绝缘电容。
5.如权利要求4所述的噪声滤波器内置放大器电路，其特征在于，
所述pn结电容和所述绝缘电容的至少一部分重叠。
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