DE1261249B

DE1261249B - Band filter designed as an integrated circuit

Info

Publication number: DE1261249B
Application number: DE1965S0099483
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Offner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-09-17
Filing date: 1965-09-17
Publication date: 1968-02-15
Also published as: SE345051B; NL6610593A; CH450566A; GB1155715A; AT264583B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

H03hH03h

Deutsche Kl,: 21g-34 German class: 21g -34

Nummer: 1261249Number: 1261249

Aktenzeichen: S 99483IX d/21 gFile number: S 99483IX d / 21 g

Anmeldetag: 17. September 1965 Filing date: September 17, 1965

Auslegetag: 15. Februar 1968Open date: February 15, 1968

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein als integrierter Schaltkreis ausgebildetes Bandfilter, das beispielsweise als frequenzbestimmendes Organ für einen Resonanzverstärker dienen kann.The present invention relates to an integrated circuit band filter which for example, can serve as a frequency-determining organ for a resonance amplifier.

In der integrierten Technik können Bandfilter nicht wie in der herkömmlichen Schaltungstechnik durch Induktivitäten und Kapazitäten realisiert werden, da es bisher nicht möglich war, Induktivitäten brauchbarer Größenordnung auf einer kleinen Fläche zu realisieren.Band filters cannot be used in integrated technology as in conventional circuit technology be realized by inductors and capacitances, since it was previously not possible to use inductors of a usable order of magnitude in a small area.

Es ist daher nach Möglichkeiten gesucht worden, Bandfilter ohne Induktivität aufzubauen.It has therefore been looked for ways to build band filters without inductance.

Eine Möglichkeit zur Realisierung von Bandfiltern ohne Induktivitäten besteht darin, einen Breitbandverstärker durch ein .RC-Filter mit wenigstens einem Dämpfungsmaximum gegenzukoppeln. Solche RC- Filter werden als i?C-Nullfilter bezeichnet. In der Umgebung der Nullstelle des RC-Filters nimmt die Dämpfung wieder ab. Da der Breitbandverstärker einen konstanten Frequenzgang besitzt, ist seine Ver- äo Stärkung — unter Voraussetzung der erwähnten Gegenkopplung — beim Dämpfungsmaximum des RC-F'ilteis maximal. Da in der Umgebung dieses Maximums die Dämpfung des RC-Filters wieder abnimmt, nimmt die Verstärkung des Breitbandverstärkers entsprechend ab. Insgesamt zeigt also eine derartige Schaltungsanordnung das Resonanzverhalten von LC-Bandfiltern.One possibility for realizing band filters without inductances is to counter-couple a broadband amplifier through an RC filter with at least one attenuation maximum. Such RC filters are referred to as i? C zero filters. The attenuation decreases again in the vicinity of the zero point of the RC filter. Since the broadband amplifier has a constant frequency response, its amplification - assuming the mentioned negative feedback - is at its maximum at the attenuation maximum of the RC filter. Since the attenuation of the RC filter decreases again in the vicinity of this maximum, the gain of the broadband amplifier decreases accordingly. Overall, such a circuit arrangement shows the resonance behavior of LC band filters.

Es ist bekannt, elektronische Schaltungsanordnungen als Festkörperschaltkreise auszubilden, derart, daß die aktiven und passiven Elemente durch Diffusionsprozesse in einem Halbleitergrundkörper erzeugt werden. Dabei ergeben sich jedoch durch die passiven Elemente bedingte Nachteile. Es sind nämlich einerseits diffundierte Widerstände mit großem Temperaturkoeffizienten behaftet, und andererseits sind die durch pn-Ubergänge gebildeten Kapazitäten spannungsabhängig. Die Toleranzen eines derartigen Festkörperschaltkreises sind relativ groß.It is known to design electronic circuit arrangements as solid-state circuits in such a way that that the active and passive elements by diffusion processes in a semiconductor body be generated. However, there are disadvantages caused by the passive elements. Because there are on the one hand, diffused resistors with large temperature coefficients, and on the other hand the capacities formed by pn junctions are voltage-dependent. The tolerances of such a Solid-state circuits are relatively large.

Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, die passiven Elemente in Hybrid-Technik auf einem passiven Substrat herzustellen und die aktiven Elemente in dieses so gebildete Netzwerk einzulöten. Dabei wird jedoch der Raumbedarf groß.Another known possibility is to use the passive elements in hybrid technology on one produce passive substrate and solder the active elements into this network formed in this way. However, the space requirement becomes large.

Die vorliegende Erfindung geht davon aus, unter Verwendung der vorgenannten bekannten Techniken ein Bandfilter zu schaffen, bei dem die Filterparameter unabhängig von den Stromverstärkungsfaktoren der aktiven Elemente, d.h. der Transistoren des vorerwähnten Breitbandverstärkers sind.The present invention proceeds from using the aforementioned known techniques to create a band filter in which the filter parameters are independent of the current gain factors of the active elements, i.e. the transistors of the aforementioned broadband amplifier.

Dadurch wird die Möglichkeit und der Vorteil gegeben, ohne besondere Anforderungen an die Her-Ais integrierter Schaltkreis
ausgebildetes BandfilterThis gives the possibility and advantage without special requirements for the Her-Ais integrated circuit
trained band filter

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft,Siemens Aktiengesellschaft,

Berlin und München,Berlin and Munich,

8000 München 2, Wittelsbacherplatz 28000 Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Ing. Manfred Offner, 8000 MünchenDipl.-Ing. Manfred Offner, 8000 Munich

Stellungstechnik ein Filter mit konstanten Parametern herzustellen. Insbesondere können die aktiven Elemente, d. h. die Transistoren des Breitbandverstärkers mit normalen Toleranzen hergestellt werden_s d.h. die in der Praxis in aller Regel auftretende Streuung der Stromverstärkungsfaktoren braucht nicht gesondert berücksichtigt zu werden.Positioning technique to produce a filter with constant parameters. In particular, the active elements, _s are made that the transistors of the broadband amplifier with normal tolerances ie usually occurs in practice scattering of current amplification factors are not considered separately needs.

Bei einem als integrierter Schaltkreis ausgebildeten Bandfilter beispielsweise als frequenzbestimmendes Organ eines Resonanzverstärkers, das aus einem durch ein wenigstens ein Dämpfungsmaximum aufweisendes RC-Filter gegengekoppelten Breitbandverstärker besteht, wobei der Breitbandverstärker aus einem Festkörperschaltkreis, insbesondere aus einem nach der Halbleiter-Planar-Technik hergestellten Festkörperschaltkreis besteht und die passiven Elemente das den Breitbandverstärker gegenkoppelnden RC-Filters in Dünnfilmtechnik auf den die aktiven Elemente des Verstärkers enthaltenden Halbleiterkörper aufgebracht sind, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die gesamte Stromverstärkung des Breitbandverstärkers etwa 72mal größer als die geforderte Güte für das Bandfilter ist.In the case of a band filter designed as an integrated circuit, for example as a frequency-determining filter Organ of a resonance amplifier, which consists of a through at least one damping maximum having RC filter negative feedback broadband amplifier consists, the broadband amplifier from a solid-state circuit, in particular from one produced according to the semiconductor planar technology Solid-state circuit and the passive elements that feed back the broadband amplifier RC filter in thin-film technology on the semiconductor body containing the active elements of the amplifier are applied, it is provided according to the invention that the entire current gain of the broadband amplifier is about 72 times greater than the quality required for the band filter.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält der als Festkörperschaltkreis ausgebildete Breitbandverstärker wenigstens drei je eine Verstärkerstufe bildende Transistoren.According to a development of the invention, the solid-state circuit contains the broadband amplifier at least three transistors each forming an amplifier stage.

Weiterhin ist nach einem besonderen Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß das RC-Filter als verteiltes Filter mit einem gegen den Belastungswiderstand des Bandfilters großen, etwa 30mal so großen Widerstand ausgebildet ist.Furthermore, it is provided according to a special feature of the invention that the RC filter as a distributed Filter with a size that is about 30 times as large as compared to the load resistance of the band filter Resistance is formed.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der F i g. 1 bis 4.Further details of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment on the basis of FIG. 1 to 4.

■;■:■. . : 809 508/276■; ■: ■. . : 809 508/276

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Bandfilter, das als aktives .RC-Filter bezeichnet wird. Es besteht aus einem breitbandigen Verstärker 1 und einem gegenkoppelnden i?C-Filter 2 mit einem Dämpfungsmaximum. Der Eingang liegt zwischen den Klemmen 3 und 4 und der Ausgang zwischen den Klemmen S und 6, an die der Lastwiderstand R_L angeschlossen ist.Fig. 1 shows schematically a band filter which is referred to as an active .RC filter. It consists of a broadband amplifier 1 and a negative feedback i? C filter 2 with a maximum attenuation. The input is between terminals 3 and 4 and the output between terminals S and 6, to which the load resistor R _{L is} connected.

Ersatzbilder . möglicher Ausführungsformen des i?C-Filters mit Dämpfungsmaximum zeigen die Fig. 2 und 3.Substitute images. possible embodiments of the i? C filter with attenuation maximum are shown in FIGS Figs. 2 and 3.

Bei der integrierten Technik hat man es auf Grund der Herstellungsverfahren nicht mehr mit .RC-Filtern aus ""konstanten Schaltelementen, sondern mit »verteilten ÄC-Filtern« zu tun. Beispielsweise bildet ein diffundierter oder aufgedampfter Widerstand eine 2?C-Kette, welcher in symbolischer Darstellung das aus den ElementenR und C nach Fig. 2 und 3 gebildete Ersatzschema zukommen soll. Zur Ausbildung der Dämpfungscharakteristik, welche in F i g. 4 als funktionialer Zusammenhang des Verhältnisses ■ der Ausgangsspannung U_A zur Eingangsspannung U_E und der Frequenz/ dargestellt ist, wird dieser RC-Kette entweder ein Widerstand R₁ im Längszweig (Fig. 2) oder .eine überbrückende Kapazität C₁ (F i g. 3) zugeschaltet; Gemäß der Erfindung wird nun der breitbandige Verstärker 6 nach F i g. 1 als Festkörperschaltkreis ausgebildet. So können beispielsweise in ein,Siliziumsubstrat Zonen abwechselnden Leitungstyps eindiffundiert werden, um die Ver-Stärkertransistoren herzustellen. Auf den mit einer isolierenden Deckschicht versehenen Halbleiterkörper werden sodann die passiven Elemente, d. h. die Elemente des i?C-Filters und die Koppelelemente der Transistoren, in Dünnfilmtechnik aufgedampft und über die entsprechenden Elektroden miteinander verbunden.In the case of integrated technology, due to the manufacturing process, one no longer has to deal with .RC filters made of "" constant switching elements, but with "distributed AC filters". For example, a diffused or vapor-deposited resistor forms a 2 [deg.] C chain to which the substitute scheme formed from the elements R and C according to FIGS. 2 and 3 should be assigned in a symbolic representation. To develop the damping characteristics which are shown in FIG. 4 is shown as the functional relationship between the ratio ■ of the output voltage U _A to the input voltage U _E and the frequency /, this RC chain is either a resistor R ₁ in the series branch (Fig. 2) or a bridging capacitance C ₁ (F i g 3) switched on; According to the invention, the broadband amplifier 6 according to FIG. 1 designed as a solid-state circuit. For example, zones of alternating conductivity types can be diffused into a silicon substrate in order to produce the amplifier transistors. The passive elements, ie the elements of the i? C filter and the coupling elements of the transistors, are then vapor-deposited onto the semiconductor body provided with an insulating cover layer using thin-film technology and connected to one another via the corresponding electrodes.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der in Festkörperschaltkreistechnik hergestellte Transistorverstärker dreistufig ausgebildet. Damit beeinflußt die Gesamtverstärkung die geforderte Güte des Bandfilters nicht. Weiterhin ist der Widerstand R des jRC-Filters (s. F i g. 2 und 3) groß gegen den Lastwiderstand des Filters.According to a preferred exemplary embodiment of the invention, the transistor amplifier produced using solid-state circuit technology is designed in three stages. The overall gain therefore does not affect the required quality of the band filter. Furthermore, the resistance R of the jRC filter (see Figs. 2 and 3) is large compared to the load resistance of the filter.

Der Erfindung zugrunde liegende quantitative Überlegungen haben gezeigt, daß bei einer Stromverstärkung des Breitbandverstärkers, welche etwa 72mal größer als die aus schaltungstechnischen Gesichtspunkten erforderliche Güte des Bandfilters ist, die Bandfilterparameter unabhängig von den Stromverstärkungsfaktoren der einzelnen Transistoren werden. Damit ergibt sich der Vorteil, daß die Bandfilterwerte unabhängig von Exemplarstreuungen der Transistoren werden.Quantitative considerations on which the invention is based have shown that when the current is amplified of the broadband amplifier, which is about 72 times larger than that from a circuit-technical point of view The required quality of the band filter is, the band filter parameters are independent of the current gain factors of the individual transistors will be. This has the advantage that the band filter values are independent of the specimen tolerances Transistors will be.

Die oben angegebene Bedingung für die Größe des ÄC-Filter-Widerstandes R garantiert bei einem bestimmten Verhältnis RfR₁ bzw. CfC₁, das kleiner als das für die Nullstelle des ÄC-Filters sich ergebende ist, die Stabilität des Bandfilters, da bei Einhaltung dieser Bedingung der Abschlußwiderstand des Verstärkers als reell angesehen werden kann. Insbesondere gilt als Bedingung:The above condition for the size of the ÄC filter resistance R guarantees the stability of the band filter at a certain ratio RfR ₁ or CfC ₁ , which is smaller than that resulting for the zero point of the ÄC filter, since if this is observed Condition the terminating resistance of the amplifier can be regarded as real. In particular, the following applies:

R > 3,6 R_L R> 3.6 R _L

Claims

Patent claims:

1. A band filter designed as an integrated circuit, for example as a frequency-determining one Organ of a resonance amplifier, which consists of a through at least one attenuation maximum exhibiting ÄC filter with negative feedback Broadband amplifier consists, the broadband amplifier consisting of a solid-state circuit, in particular consists of a solid-state circuit manufactured according to the semiconductor planar technology and the passive elements of the λC filter with negative feedback from the broadband amplifier in Thin-film technology on the semiconductor body containing the active elements of the amplifier are applied, characterized in that the total current gain of the broadband amplifier (1) is about 72 times greater than the quality required for the band filter.

2. Integrated circuit according to claim 1, characterized in that the solid-state circuit trained broadband amplifiers (1) at least three each forming an amplifier stage Contains transistors in a semiconductor body serving as a substrate.

3. Integrated circuit according to claim 1 and 2, characterized in that the RC filter (2) is designed as a distributed filter with a resistance (R) which is large against the load resistance of the band filter, in particular about 30 times as large.

Considered publications:
"Funkschau", Vol. 34, 1962, No. 9, p. 213.

1 sheet of drawings