CN1666410A - 半导体集成电路及半导体集成电路的制造方法 - Google Patents

Abstract

由共源共栅串联的P沟道MOSFET4和5构成放大AM广播信号的RF放大电路21。通过共源共栅串联减小P沟道MOSFET4的源－栅间的反馈电容，使之稳定地工作。另外，通过用P沟道MOSFET构成AM广播信号的放大电路降低闪烁噪声，且可采用与CMOS数字电路相同的CMOS工艺制造。

Description

半导体集成电路及半导体集成电路的制造方法

技术领域

本发明涉及设有放大AM广播信号的放大电路的半导体集成电路及其制造方法。

背景技术

图5表示传统的AM广播接收电路的结构。图5(a)表示调谐电路形式的结构，图5(b)表示非调谐电路形式的结构.。

图5(a)所示的调谐电路形式的AM广播接收电路由电容101、电阻102、信号放大用FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)103、调谐电路104、IC106构成。其中，电容101、电阻102、信号放大用FET103及调谐电路104构成RF放大器.。

这里，电容101用以隔断从天线(未作图示)输入的AM广播信号的直流成分，由调谐电容C1和调谐线圈L1、L2构成调谐电路104。该调谐电路104的一端与电源Vcc连接。另外，IC106接收来自调谐电路104输出的RF放大信号，并进行包含混频、变频等AM广播接收所必需的后级信号处理。

另外，如图5(b)所示，非调谐电路形式的AM广播接收电路由电容101、电阻102、信号放大用FET103、耦合电容105、IC106、线圈107构成。其中，RF放大器由电容101、电阻102、信号放大用FET103、耦合电容105及线圈107构成。

近年，在处理2.4GHz频带或5GHz频带等的高频信号的无线终端领域，随着RF电路集成化的进展，用MOS技术开发了将迄今作为模拟的分立元件安装在芯片外的RF电路集成到1个芯片上的LSI(大规模集成电路)。另外，在使用76M～90MHz的频带的FM广播接收机中，也开发出了用MOS技术集成RF电路的LSI。这些集成于1个芯片的RF电路中也包含RF接收放大器。

另一方面，在使用530K～1710KHz的中波频带、153k～279KHz的长波频带等低频信号的AM广播接收机中，由于该频带处于闪烁噪声成分大的区域，因此被认为难以用MOSFET构成RF放大器。

因此，传统技术中，如图5所示，将结型FET(JFET)103用于RF放大器，或将JFET和双极型晶体管组合来设计AM广播接收机的RF放大器。

但是，由于JEFT的制造工艺与MOS不同，不能集成到1个芯片上，JFET被作为分立元件安装在IC106芯片外。结果，存在不能将高频无线终端的RF电路小型化的问题。

另外，由于AM放大电路进行微弱信号的放大，要求给FET加上相对电源电压的变动等稳定的偏压。

发明的公开

本发明的课题是将放大AM广播信号的放大电路和CMO数字电路集成到1个芯片上。本发明的另一课题是将AM放大电路的偏压稳定化。

本发明的半导体集成电路中设有：由放大AM广播信号的第一P沟道MOSFET和与上述第一P沟道MOSFET共源共栅串联的第二P沟道MOSFET构成的AM广播信号放大电路，以及CMOS数字电路。

依据本发明，由于使用P沟道MOSFET而降低了放大AM广播信号的放大电路的闪烁噪声，而且能够将AM广播信号放大电路和CMOS数字电路用例如CMOS工艺集成到1个芯片上。

本发明的另一半导体集成电路中设有：由放大AM广播信号的第一P沟道MOSFET和给上述第一P沟道MOSFET提供一定偏压的偏置电路构成的AM广播信号放大电路，以及CMOS数字电路。上述第一P沟道MOSFET、偏置电路及CMOS数字电路采用CMOS工艺在同一电路基板上形成。

依据本发明，能够降低放大AM广播信号的放大电路的闪烁噪声，并能将AM广播信号的放大电路和CMOS数字电路用CMOS工艺集成到1个芯片上。另外，能够向第一P沟道MOSFET提供相对电源电压变动等稳定的偏压。

上述发明中，设有用以控制上述第二P沟道MOSFET的放大率的AGC电路。

通过这样的结构，例如，能够根据接收信号电平对第二P沟道MOSFET的放大率进行AGC控制。

上述发明中，上述偏置电路中设有构成上述第一P沟道MOSFET和电流反射镜电路的第三MOSFET。

通过这样的结构，例如，能够将流过第二P沟道MOSFET的电流和流过第三MOSFET的电流设定成一定的比例关系。从而，能够针对电源电压变动等使第一P沟道MOSFET的偏压稳定化。

上述发明中，上述偏置电路中设有构成上述第一P沟道MOSFET和电流反射镜电路的第三MOSFET，该第三MOSFET的沟道宽度与上述第一P沟道MOSFET的沟道宽度之比构成1∶k(k≥1)的关系。

通过这样的结构，例如，将沟道长设为相同时，能够使流向第三MOSFET的电流的k倍的电流流到第一P沟道MOSFET，且能够使第一P沟道MOSFET的偏压稳定化。

上述发明的上述偏置电路中，源极与电源电压连接，漏极与恒流源连接，栅极也与该恒流源连接。

通过这样的结构，由于能够使流向第三MOSFET的电流保持恒定，因此，能够使流向第一P沟道MOSFET的电流保持恒定。从而，能够在存在电源电压的变动等的情况下，使第一P沟道MOSFET的工作点稳定。

附图的简单说明

图1是表示第一实施例的RF放大电路的电路结构的示图。

图2是第一实施例的AM接收机用IC的框图，

图3是闪烁噪声的说明图。

图4是表示第二实施例的RF放大电路的电路结构的示图。

图5是表示传统的AM广播接收电路结构的示图。

发明的最佳实施方式

以下，参照附图就本发明的实施例进行说明。

图1是表示本发明的第一实施例的放大AM广播信号的RF放大电路21的电路结构的示图。

如图1所示，在电容1的一端输入由天线(未作图示)接收的AM广播信号。该电容1的另一端与P沟道MOSFET(第一P沟道MOSFET)4的栅极连接。电容1用以隔断AM广播信号的直流成分。

P沟道MOSFET4的栅极上被加上偏压，即电源电压经电阻2和电阻7分压后的电压。电阻2和电阻7串联连接，电阻2的另一端与电源Vcc连接，电阻7的另一端接地。

P沟道MOSFET(第二P沟道MOSFET)5与P沟道MOSFET4共源共栅串联。P沟道MOSFET5的栅极上，连接有与电源Vcc连接的电阻3和后述的N沟道MOSFET9的漏极。而且，P沟道MOSFET5的栅极上连接有旁路电容10，该电容10的另一端接地。

通过P沟道MOSFET4和P沟道MOSFET5之间的共源共栅串联，减小了P沟道MOSFET4的栅源间的反馈电容，改善了P沟道MOSFET4的高频特性。

P沟道MOSFET5的漏极与调谐电路6连接。调谐电路6由调谐电容C1和调谐线圈L1、L2构成，它是将P沟道MOSFET5输出的AGC控制的AM广播信号选频并加以输出的电路。再有，调谐电容C1及调谐线圈L1、L2的另一端接地。

上述的P沟道MOSFET4、5构成放大AM广播信号的RF放大电路21。

在N沟道MOSFET8的漏极上，输入用以从AGC(Auto Gain Control)电路(未作图示)控制RF放大电路21的增益的AGC电流I AGC。N沟道MOSFET8的漏极和栅极相连接，其源极接地。

N沟道MOSFET9的栅极与N沟道MOSFET8的栅极连接。而且，其漏极与P沟道MOSFET5的栅极连接，其源极接地。

N沟道MOSFET8和N沟道MOSFET9构成电流反射镜电路，与流入N沟道MOSFET8的漏极的AGC电流I AGC成比例的电流流过N沟道MOSFET9。

从而，由于有AGC电路输出的AGC电流I AGC，p沟道MOSFET5的偏压会变化，P沟道MOSFET5的放大率受到控制，输出的RF信号的电平就会变化。

再有，P沟道MOSFET5的栅极不一定必须被AGC控制，例如也可以为固定偏压。

上述的RF放大电路21，与进行包含混频、变频等的AM广播接收所必需的后级信号处理的电路以及后述的锁存器电路、移位寄存器等数字电路一起被共同集成在1个芯片上，调谐电路6的输出信号被输出到后述的混频电路等。

接着，说明上述结构的RF放大电路21的工作。

由天线(未作图示)输入的AM广播信号中的直流成分被电容1隔断，其交流成分经P沟道MOSFET4放大。然后，从P沟道MOSFET4输出的RF信号由被AGC控制的P沟道MOSFET5放大到一定电平，并输出到调谐电路6。

即，N沟道MOSFET8的源极电流I AGC所对应的电流I1流向N沟道MOSFET9的源极。一旦电流I AGC的值增大，对应的电流I1的值也增大，P沟道MOSFET5的偏压变化。从而，P沟道MOSFET4的源-漏极间电压VDS变化，降低该VDS来控制增益。

依据第一实施例的AM广播用放大电路，通过P沟道MOSFET4和P沟道MOSFET5的共源共栅串联，能够减小P沟道MOSFET4的源漏间的反馈电容Cgd。从而，能够改善P沟道MOSFET4的高频特性，提高放大电路21的稳定性。

而且，通过P沟道MOSFET5的栅极与AGC电路的输出端连接，能够用AGC信号控制P沟道MOSFET5的放大率，并使RF信号的电平处于恒定。

调谐电路6对从第二P沟道MOSFET5输出的恒定电平的RF信号进行高频放大，并输出到下一级的混频器(未作图示)。在包含混频器或变频部的后级的信号处理电路(未作图示)中，进行AM广播接收所需的其他处理并进行的输入信号的选台，同时在输出级中进行放大、检波等处理，然后作为声音信号输出。

图2是将由P沟道MOSFET构成的AM广播用放大电路21和CMOS数字电路集成到1个芯片上的AM接收机用IC(半导体集成电路)31的框图。

该AM接收机用IC31用CMOS工艺形成在1个芯片上，IC31中包括：由对天线12输入的信号进行频率选择等的输入电路23、放大AM广播信号的RF放大电路21和将经RF放大电路21放大的AM广播信号变换成中频的混频电路(MIX)24等构成的FM、AM接收电路，以及由锁存器电路25、移位寄存器26、PLL合成器27和频率计数器28等构成的CMOS数字电路。

图3是表示JFET、P沟道MOSFET、N沟道MOSFET的闪烁噪声特性的示图。

如图3所示，MOS半导体的内部噪声即闪烁噪声的噪声电平与频率成反比例地增大。因而，在处理信号为AM广播那样的低频信号时，若用MOS电路构成RF放大器，则噪声电平比采用JFET时大。

但是，N沟道MOSFET和P沟道MOSFET相比较时，P沟道MOSFET的噪声电平在低频区也比N沟道MOSFET的小。本实施例中，由于用P沟道MOSFET构成进行AM广播信号放大的RF放大电路21，从而能够将闪烁噪声的电平抑制得较小。

而且，由于P沟道MOSFET能够用CMOS工艺制造，所以能够将包含RF放大电路21的AM广播信号的接收电路及锁存器电路25、移位寄存器26等的CMOS数字电路集成到1个芯片上，因此能够将接收机的电路小型化。另外，由于用相同CMOS工艺制造无线电收音机的整个电路，因此，能够简化制造工序并降低制造成本。

图4是表示本发明的第二实施例的RF放大电路31的结构的示图。另外，图4的说明中，对与图1相同的部分标有相同的符号，其说明省略。

关于图4的电路与图1的电路的不同点，其一是P沟道MOSFET5的栅极上输入由AGC电路(未作图示)输出的AGC控制电压V AGC，其二是设有P沟道MOSFET4和构成电流反射镜电路的偏置电路42。

图4中，在P沟道MOSFET5的栅极上，经由电阻40输入AGC控制电压V AGC，P沟道MOSFET4的源-漏极间电压VDS随着该AGC控制电压V AGC改变而变化，降低该VDS而控制增益。再有，VDS＝Vcc-(V AGC+VGS5)，VGS5是P沟道MOSFET5的栅-源间电压。

偏置电路42由包含恒流源44的P沟道MOSFET43组成。

P沟道MOSFET43的源极与电源Vcc直接连接，漏极与恒流源44连接，栅极和漏极相互连接。而且，P沟道MOSFET43的栅极经由电阻45与P沟道MOSFET4的栅极连接。

与P沟道MOSFET43的栅极串联连接的电阻45，用以不使AM广播信号绕道进入P沟道MOSFET43一侧，并用以提高P沟道MOSFET4的输入阻抗。

由于P沟道MOSFET4和P沟道MOSFET43构成电流反射镜电路，当两者的沟道面积相等时，流过的电流成为相等。

因而，分别设定沟道长和沟道宽度，使得在P沟道MOSFET4的沟道长为L1、沟道宽度为W1、P沟道MOSFET43的沟道长为L2、沟道宽度为W2时，L1＝L2、W1＝k·W2(k≥1，实施例中k为大于1的常数)的关系成立。另外，常数k设定成共源共栅串联的第一P沟道MOSFET4的增益成为最佳值。

第二实施例的RF放大电路41与上述的第一实施例相同，由于用以放大AM广播信号的P沟道MOSFET4和P沟道MOSFET5共源共栅串联，使P沟道MOSFET4的反馈电容减小，从而能够提高RF放大电路41的稳定性。

另外，通过由P沟道MOSFET4和偏置电路42的P沟道MOSFET43构成电流反射镜电路，能够给P沟道MOSFET 4提供稳定的偏压。从而，能够面对电源电压的变动等而将P沟道MOSFET4的偏压稳定化。

而且，通过将偏置电路42的P沟道MOSFET43的沟道宽度设定成P沟道MOSFET4的沟道宽度的1/k，在1/k的电流流过P沟道MOSFET43时，能够在P沟道MOSFET4中流过其k倍的电流。另外，通过将P沟道MOSFET43的漏极与恒流源44连接，能够使流向P沟道MOSFET43的电流保持恒定。从而，能够面对电源电压的变动、温度变化等而将P沟道MOSFET4的工作点稳定化。

本发明并不限于上述的实施方式，也可采用以下的结构。

(1)本发明的AM广播信号的放大电路，并不限于AM接收机用IC，也可装入具有对应于更高频率的无线电路的便携电话机及无线局域网(LAN)等中采用的通信用IC。

(2)偏置电路42并不限于由P沟道MOSFET或N沟道MOSFET、电流源44构成的电流反射镜电路，只要是可将偏压稳定化的电路即可。

依据本发明，能够抑制AM广播的频带中的闪烁噪声，且将AM广播信号的放大电路和CMOS数字电路集成在1个芯片上。而且，通过设置偏置电路，能够面对电压电压的变动等将偏压稳定化。

Claims (11)

1.一种半导体集成电路，其中设有：

由放大AM广播信号的第一P沟道MOSFET和与所述第一P沟道MOSFET共源共栅串联的第二P沟道MOSFET构成的AM广播信号的放大电路；以及

CMOS数字电路。

2.一种半导体集成电路，其中设有：

由放大AM广播信号的第一P沟道MOSFET和与所述第一P沟道MOSFET共源共栅串联的第二P沟道MOSFET构成的AM广播信号的放大电路，以及

CMOS数字电路；

所述第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET及CMOS数字电路用CMOS工艺形成在同一电路基板上。

3.一种半导体集成电路，其中设有：

由放大AM广播信号的第一P沟道MOSFET和给所述第一P沟道MOSFET提供恒定偏压的偏置电路构成的AM广播信号的放大电路，以及

CMOS数字电路；

所述第一P沟道MOSFET、偏置电路及CMOS数字电路用CMOS工艺形成在同一电路基板上。

4.一种半导体集成电路，其中设有：

由放大AM广播信号的第一P沟道MOSFET、与所述第一P沟道MOSFET共源共栅串联的第二P沟道MOSFET和给所述第一P沟道MOSFET提供恒定偏压的偏置电路构成的AM广播信号的放大电路；以及

CMOS数字电路；

所述第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET、偏置电路及CMOS数字电路用CMOS工艺形成在同一电路基板上。

5.如权利要求1、2或4所述的半导体集成电路，其中设有：控制所述第二P沟道MOSFET的放大率的AGC电路。

6.如权利要求2、3、4或5所述的半导体集成电路，其中：所述偏置电路含有所述第一P沟道MOSFET和构成电流反射镜电路的第三MOSFET。

7.如权利要求6所述的半导体集成电路，其中：

所述偏置电路含有所述第一P沟道MOSFET和构成电流反射镜电路的第三MOSFET；

该第三MOSFET的沟道宽度与所述第一P沟道MOSFET的沟道宽度之比设置成1∶k(k≥1)的关系。

8.如权利要求6或7所述的半导体集成电路，其中：所述偏置电路中，漏极和源极中的一方与电源电压连接，漏极和源极的另一方与恒流源连接，栅极连接至该恒流源。

9.一种半导体集成电路的制造方法，其中：

放大AM广播信号的第一P沟道MOSFET，

与所述第一P沟道MOSFET共源共栅串联的第二P沟道MOSFET，以及

CMOS数字电路用CMOS工艺形成在同一电路基板上。

10.如权利要求9所述的半导体集成电路的制造方法，其中：设有控制所述第二P沟道MOSFET的放大率的AGC电路。

11.如权利要求9所述的半导体集成电路的制造方法，其中：

形成构成所述第二P沟道MOSFET和电流反射镜电路的第三MOSFET；

该第三MOSFET的沟道宽度与所述第一P沟道MOSFET的沟道宽度之比设置成1∶k(k≥1)的关系。

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