DE3103204A1

DE3103204A1 - Integrierte schaltung mit mindestens zwei verstaerkerstufen

Info

Publication number: DE3103204A1
Application number: DE19813103204
Authority: DE
Inventors: Max Edward Flemington N.J. Malchow
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1981-11-19
Also published as: FR2475321B1; DE3103204C2; IT1135226B; US4327332A; IT8119407A0; JPS56122211A; CA1149889A; GB2068670A; FR2475321A1; GB2068670B

Description

RCA 74087

U.S.Ser.No. 117,079

AT: 31. Januar 1980 RCA 74087 Dr.v.B/Schä

RCA Corporation New York, N.Y., V.St.A.

Integrierte Schaltung mit mindestens zwei Verstärkerstufen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von entkoppelten Betriebsspannungen für Verstärkerstufen, die sich in einer integrierten Schaltung befinden können.

Wenn Verstärkerstufen in Kaskade, d.h. hintereinandeijgeschaltet sind und von einer gemeinsamen Leistungsquelle mit Betriebsspannungen versorgt werden, können unerwünschte Schwingungen auftreten. Die Schwingungen können entstehen, da die Leistungs- oder Stromversorgungsleitung einen Rückkopplungsweg bildet, über den Wechsel Spannungssignale

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von einer Stufe auf die vorangehende Stufe zurückgekoppelt werden können. Wenn die hintereinandergeschalteten Stufen eine Phasenverschiebung von 180 Grad und eine Verstärkung von mehr als eins zwischen einem Eingangspunkt und einem Ausgangspunkt, die durch die Stromversorgungsleitung miteinandergekoppelt sind, bewirken, liegen die Voraussetzungen für das Entstehen von Schwingungen vor.

Um das Auftreten von Störschwingungen der oben erwähnten Art zu verhindern, wird oft ein Kondensator zwischen einen Punkt in der Nähe des Anfangs der Stromversorgungsleitung und einen signalmäßig auf Masse liegenden Schaltungspunkt geschaltet. Dieser Kondensator leitet die Wechselspannungssignale nach Masse ab und verringert dadurch ihre Amplitude auf der Stromversorgungsleitung. Diese Maßnahme ist jedoch nicht sehr wirksam, wenn die Stromversorgungsleitung zwischen den durch sie miteinandergekoppelten Punkten einen verhältnismäßig hohen Widerstand hat. Solche Verhältnisse liegen aber bei integrierten Schaltungen häufig vor, bei denen mehrere hintereinandergeschaltete Verstärkerstufen durch eine verhältnismäßig dünne Metallisierungsschicht, die in der Technik der integrierten Schaltungen als Leistungsversorgungs- oder Betriebsspannungs-Schiene bezeichnet wird, mit Betriebsspannung gespeist werden.

Bei Schaltungen aus diskreten Bauelementen können längs der Leistungsversorgungsleitung an Punkten, mit denen die verschiedenen Verstärkerstufen verbunden sind, individuelle Ableitkondensatoren angeschlossen werden, um die Wechselspannungssignale auf der Leistungsversorgungsleitung zu dämpfen, die auf vorangehende Stufen zurückgekoppelt werden können. Diese Maßnahme eignet sich jedoch nicht besonders gut für integrierte Schaltungen, da Kondensatoren mit Werten, die für eine Entkopplung der verschiedenen Punkte längs der Leistungsversorgungsleitung und zur Verhinderung von Schwingungen der normalerweise auftretenden Frequenzen ausreichen, in integrierten Schaltungen ein Übermaß an Schaltungsfläche benötigen.

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In integrierten Schaltungen können die Leistungsversorgungsanschlüsse der einzelnen Verstärkerstufen durch Transistoren in Emitterföl gerschal tung entkoppelt werden, wie es z.B. aus der US-PS 35 18 458 (Camenzind) bekannt ist. Bei dieser Schaltung ist der Leistungsversorgungspunkt jeder Verstärkerstufe einer integrierten Schaltung mit der Emitterelektrode eines entsprechenden Emitterfolger-Transistors verbunden. Die Basiselektrode jedes dieser Transistoren ist an eine verhältnismäßig stabile Spannungsquelle, wie eine Zenerdiode angeschlossen. Die Leistungsversorgungspunkte der einzelnen Verstärkerstufen werden dadurch verhältnismäßig gut entkoppelt, da die in Emitterfolgeroder Kollektorschaltung arbeitenden Transistoren eine einseitige Impedanztransformation von einem verhältnismäßig hohen Impedanzwert an ihren Basiselektroden auf einen relativ niedrigen Impedanzwert an ihren Emitterelektroden bewirken. Als Folge davon werden die in einer Verstärkerstufe entwickelten alternierenden Signale daran gehindert, die Spannungsquelle sowie die Leistungsversorgungspunkte der anderen Verstärkerstufen zu erreichen und möglicherweise zu beeinflussen. Die durch Transistoren in Emitterfolgerschaltung bewirkte Isolation ist jedoch leider auf Anwendungen mit verhältnismäßig niedrigen Frequenzen, z.B. unter 10 MHz, beschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schwingungen verhältnismäßig hoher Frequenz, z.B. im Bereich von 10 bis 20 MHz, zu unterdrücken, die in einer integrierten Schaltung in unerwünschte Weise auftreten können, wenn Verstärkerstufen mit gemeinsamer Leistungsversorgungsleitung über zwischengeschaltete Block- oder Kopplungskondensatoren hintereinandergeschaltet sind, um eine Gleichspannungs-Trennung sowie eine Verringerung der Stör- oder Rauschbandbreite zu bewirken.

Diese Aufgabe wird bei der integrieten Schaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

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Weiterbildüngen und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung enthält also jede Verstärkerstufe eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen mindestens einer Betriebsspannung für diese Stufe in Ansprache auf einen Strom, der ihr von einer Stromquelle zugeführt wird. In jeder Stufe ist der Kollektor eines zugehörigen Lateraltransistors oder einer der Kollektoren eines gemeinsamen oder mehrfach ausgenutzten Mehrkollektor-Lateraltransistors an einen Punkt angeschlossen, an dem die die Betriebsspannung erzeugende Schaltungsanordnung ihren Strom erhält. Der individuelle oder gemeinsame Lateraltransistor kann in einer Verstärkerschaltung zum Spiegeln oder Kopieren des von der Stromquelle gelieferten Stromes enthalten sein, bei der sein Emitter mit einer gemeinsamen Leistungsversorgungsleitung oder -schiene und sein Kollektor mit der die Spannung erzeugenden Schaltung verbunden sind. Die letzterwähnte Anordnung bewirkt, wie unten noch näher erläutert werden wird, eine Entkopplung oder Isolation der Schaltung für die Erzeugung der Betriebsspannung für jede Stufe von alternierenden Signalen, die von einer anderen Stufe auf die gemeinsame Leistungsversorgungsleitung gelangt sein können.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein teilweise in Blockform dargestelltes Schaltbild eines FM-Rundfunkempfängers mit einer integrierten Schaltung, die hintereinandergeschaltete und mit einer gemeinsamen Leistungsversorgungsleitung gekoppelte Zwischenfrequenzverstärkerstufen und entsprechende Schaltungen zur Erzeugung von Betriebsspannungen enthalten, die voneinander gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entkoppelt sind und

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Figur 2 ein Schaltbild einer speziellen Ausführungsform für die Zwischenfrequenzverstärkerstufen gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein FM-Rundfunkempfanger schematisch dargestellt, dem ein hochfrequenter Träger mit einer Frequenz im FM-Rundfunkbereich von einer Antenne 1 zugeführt wird. An die Antenne 1 ist ein Hochfrequenzverstärker- und Filter- bzw. Abstimmten! 3 angeschlossen. Der Hochfrequenzteil 3 wird durch eine Abstimmsteuerspannung von einem Stationswähler 5 auf den einer gewünschten Station entsprechenden hochfrequenten Träger abgestimmt. Die Abstimmsteuerspannung stimmt ferner einen örtlichen Oszillator 7 ab, der ein Oszillatorsignal mit einer dem gewählten Kanal zugeordneten Oszillatorfrequenz liefert. Der gewählte hochfrequente Träger und das Oszillatorsignal werden in einer Mischstufe 9 gemischt, die ein entsprechendes Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) liefert.

Das ZF-Signal wird durch ein erstes ZF-Bandfilter 11 gefiltert und über einen Kondensator 13 einer Signal eingangs klemme 15 einer integrierten FM-Signalverarbeitungsschaltung 17 zugeführt. Das der Signaleingangsklemme 15 zugeführte Eingangssignal wird durch einen Vorverstärker 19 verstärkt, und über eine Klemme 21 einem zweiten ZF-Bandpaßfilter 23 zugeführt. Das gefilterte Signal wird über einen Kondensator 25 und eine Klemme 27 drei hintereinandergeschalteten Verstärkerstufen 29, 31 und 33 zugeführt. Das ZF-Signal wird durch die drei Stufen 29, 31 und 33 sukzessive auf eine obere und eine untere Spannungsgrenze verstärkt, so daß ein Impulssignal entsteht.

Das Impulsausgangssignal wird einem FM-Demodulatorteil 35 zugeführt, der eine interne Kollektor- oder Emitterfolgerstufe 37, eine externe Frequenzdiskriminatorschaltung 39 und einen internen Spitzendemodulator 41 enthält, die zusammen ein Audio-Frequenzsignal mit einer Amplitude erzeugen, die von der Abweichung der Frequenz des Impulssignals von einer vorgegebenen festen Frequenz abhängt. Ein FM-Demodulator, der sich als FM-Demodulator 35 eignet, ist in der DE-OS 30 27 275 beschrieben.

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Das Audio-Signal wird über eine Klemme 43 einer Audio-Signalverarbeitungsschaltung 45 zugeführt, die beispielsweise einen Stereo-Decoder, Audio-Verstärker und Endstufen (nicht dargestellt) zum Speisen von Lautsprechern 47, 49 enthalten kann.

Die integrierte Schaltung 17 kann noch andere Schaltungsanordnungen enthalten, z.B. zum Erzeugen eines die Empfangsfeldstärke anzeigenden Signales zur Verstärkungsregelung, Stummabstimmung und Sendersuchlauf. Diese Schaltungen sind hier jedoch nicht dargestellt, da sie nicht zur eigentlichen Erfindung gehören, welche hier Maßnahmen betrifft, durch die Schaltungen zum Erzeugen von Betriebsspannungen für die verschiedenen Verstärkerstufen 29, 31 und 33 voneinander entkoppelt werden, um Störschwingungen zu verhindern.

Der integrierten Schaltung wird Leistung in Form einer Betriebsspannung B+ über eine Klemme 53 zugeführt, an die eine Leistungsversorgungsschiene oderf-Leitung 51 angeschlossen ist. Die signalmäßige Masse des Empfängers ist über eine Klemme 57 mit einer Masseschiene oder -leitung 55 verbunden. Die signalmäßige Masse ist ferner über einen Anschluß 59 an das Substrat der integrierten Schaltung angeschlossen, auf bzw. in dem die Komponenten der integrierten Schaltung 17 gebildet sind.

Die Verstärkerstufen 29, 31 und 33 enthalten jeweils einen Differenzverstärker 61, 63 bzw. 65. Differenzverstärker werden verwendet, da sie Gleichtaktsignale unterdrücken, wodurch die Verstärkung unerwünschter Störsignale verringert wird. Die Verstärkerstufen 29, 31 und 33 sind ferner über Gleichstrom-Block- oder Kopplungs-Kondensatoren mit der jeweils verangehenden Verstärkerstufe verbunden, um die Bandbreite des ZF-Teiles nach unten auf z.B. 2 bis 3 MHz zu begrenzen und die übertragung der im allgemeinen relativ breitbandigen Störsignale zu verringern. Insbesondere ist der einen unsymmetrischen Ausgang aufweisende Vorverstärker mit dem unsymmetrischen Eingang des Verstärkers 61 über das ZF-Bandpaßfilter 23 und den Kondensator 25 gekoppelt. Die Differenz- oder Gegentaktausgangssignale des Verstärkers 61 werden den Differenzeingängen des Verstärkers 63 über

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Kondensatoren 67 und 69 zugeführt. Die Differenz-Ausgangssignale des Verstärkers 63 werden den Differenz-Eingängen des Verstärkers 65 über Kondensatoren 71 und 73 zugeführt.

Da die Verstärker 61, 63 und 65 alle mit der Leistungsversorgungsleitung 51 gekoppelt sind, besteht die Gefahr, daß Signal Schwankungen, die an einem Punkt eines Verstärkers auftreten, auf einen Punkt im vorangehenden Verstärker rückgekoppelt werden. Wenn zwischen den betreffenden Punkten eine Phasenverschiebung von 180 Grad auftritt und die Signalverstärkung größer als eins ist, können Störschwingungen auftreten. Solche Störschwingungen sind wegen der hohen Signalverstärkung, die die begrenzenden Verstärker 61, 63 und 65 bewirken, hier besonders wahrscheinlich. Wegen der Gleichstrom sperrenden Kopplungskondensatoren zwischen den Stufen 61, 63 und 65 sind die Störschwingungen auf verhältnismäßig hohe Frequenzen beschränkt, z.B. zwischen 10 und 20 MHz.

Die Verstärkerstufen 29, 31 und 33 enthalten entsprechende individuelle Schaltungen zur Erzeugung von Betriebsspannungen für die zugehörigen Verstärker 61, 63 bzw. 65. Diese Spannungsversorgungsschaltungen liefern für jede der Stufen 29, 31 und 33 stabile Betriebsspannungen, die durch Temperaturänderungen und relativ niederfrequente Schwankungen, die der Spannung B+ überlagert sein können, nicht wesentlich beeinflußt werden. Außerdem entkoppeln die individuellen Schaltungen zum Erzeugen der Betriebsspannungen für die Verstärker 61, 63 und 65 die jeweiligen Verstärker von den relativ hochfrequenten Signalen, die auf der Leistungsversorgungsleitung 51 auftreten, und verhindern dadurch das Entstehen von relativ hochfrequenten Schwingungen.

Da alle Schaltungen zum Erzeugen von Betriebsspannungen dieselben Grundschaltungselemente enthalten, wird nur die Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Betriebsspannungen für den Verstärker 61 im einzelnen erläutert. Die Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Betriebsspannungen enthält eine Stromquelle 75 mit einem npn-Transistor 77, dessen Emitter über einen Widerstand 79 mit der Signal masse und dessen Basis mit einem

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Ausgang einer Referenzspannungsquelle 63 verbunden sind. Die Referenzspannung bestimmt die Spannung am Widerstand 79 und dadurch (über das Ohmsche Gesetz) den Emitterstrom des Transistors 77. Der Kollektorstrom des Transistors 77 ist im wesentlichen gleich seinem Emitterstrom abzüglich des wesentliche kleineren Basisstroms.

Der Kollektorstrom des Transistors 77 wird einem ersten Kollektor 81 eines pnp-Transistors 83 zugeführt. Der pnp-Transistor 83 ist in einer Stromspiegel- oder Stromkopierschaltung 85 enthalten, die den dem ersten Kollektor 81 zugeführten Strom an einem zweiten Kollektor 87 reproduziert. Der am zweiten Kollektor 87 des Transistors 83 erzeugte Strom wird einer Spannungserzeugungsschaltung 89 an einem Punkt a zugeführt, welche Betriebsspannungen für den Verstärker 61 unter Steuerung durch den Strom erzeugt, der ihr vom Kollektor 87 des Transistors 83 zugeführt wird. Die Spannungserzeugungsschaltung 89 kann einfach einen Widerstandsspannungsteiler enthalten, der zwischen den Kollektor 87 und Signalmasse oder einen Referenzspannungspunkt geschaltet ist. Eine durch die Spannungserzeugungsschaltung 89 erzeugte erste Betriebsspannung wird durch einen in Emitterfolger- oder Kollektorschaltung arbeitenden npn-Transistor einer Vorspannungsschaltung des Verstärkers 61 zugeführt. Eine zweite Betriebsspannung, die von der Spannungserzeugungsschaltung 89 erzeugt wird, wird über einen weiteren in Emitterfolgeroder Kollektorschaltung arbeitenden Transistor 93 einem Lastkreis des Verstärkers 61 zugeführt. Die in Emitterfolgerschaltung arbeitenden npn-Transistören 91 und 93 isolieren die Vorspannungs- und die Lastschaltung des Verstärkers 61 voneinander.

Der pnp-Transistor 83 kann als einer Schaltung entsprechend angesehen werden, die zwei pnp-Transistören mit identischen Emitter-Basisübergängen enthält, wobei die beiden Emitter mit der Leistungsversorgungsleitung 51 und die Basiselektroden miteinander verbunden sind. Als solches wird ein konventioneller Stromspiegelverstärker mit einem Haupt- oder Master-Transistor und einem Folgeoder Hilfstransistor gebildet, der den im Kollektor 81 fließenden Strom im Kollektor 87 dupliziert oder reproduziert. Ein pnp-Transistor

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ist in einen Gegenkopplungsweg zwischen dem Kollektor 81 und der Basis des Transistors 83 geschaltet und mit seiner Basis an den Kollektor 81 des Transistors 83, mit seinem Emitter an die Basis des pnp-Transistors sowie mit seinem Kollektor an Signalmasse angeschlossen. Der pnp-Transistor 84 strebt effektiv die Unterschiede der Stromverstärkungsfaktoren der beiden Transistoren der Äquivalenzschaltung zu verringern, durch die ihre Stromreproduktionsoperation beeinträchtigt werden könnte.

Bei relativ niedrigen Frequenzen, bei denen die Kapazitäten zwischen den Elektroden und andere Hochfrequenzeigenschaften der Transistoren vernachlässigbar sind, treten Schwankungen der Spannung B+ in gleicher Weise an den Basis und den Emitterelektroden des Haupt- und des Hilfstransistors auf. Die Spannungsdifferenz zwischen dem Emitter und der Basis dieser Transistoren ist daher unabhängig von relativ niederfrequenten Schwankungen der Spannung B+, als Folge davon sind auch die Ströme in den Kollektoren 81 und 87 unabhängig von relativ niederfrequenten Änderungen der Spannung B+, die z.B. durch Temperaturschwankungen und Laständerungen verursacht werden. Dies ist z.B. wünschenswert, wenn der Empfänger in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, da B+ von der Fahrzeugbatterie geliefert wird, deren Spannung von der Temperatur, dem Ladungszustand und der Belastung abhängt.

Da der Strom, der der Spannungserzeugungsschaltung 89 vom Kollektor 87 des pnp-Transistors 83 zugeführt wird und die durch die Spannungserzeugungsschaltung 89 erzeugten Betriebsspannungen durch den Strom im Kollektor 81 bestimmt werden, ist es wünschenswert, daß die Referenzspannungsquelle 63 Referenzspannungen liefert, die durch Temperaturänderungen praktisch nicht beeinflußt werden. Man kann zu diesem Zweck eine Bandlücken-Referenzspannungsquelle verwenden, wie sie z.B. in der US-PS 40 58 760 (Ahmed) beschrieben ist. Ein weiterer Vorteil einer solchen Bandlücken-Referenzspannungsquelle besteht darin, daß die von ihr erzeugten Referenzspannungen verhältnismäßig rauschfrei sind im Vergleich zu Referenzspannungen, welche an Halbleiterübergängen, die in Sperrichtung in den Lawinendurchbruch vorgespannt sind, erzeugt werden und daher gewöhnlich äußere Ableitkondensatoren benötigen.

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Die Signal Schwankungen im Verstärker 61 gelangen durch die Ströme, die in den Kollektor-Emitter-Strecken der Emitterfolger-Transistoren 91 und 93 fließen, zur Leistungsversorgungsleitung 51. Die Signal Schwankungen in den anderen Stufen werden über die zugehörigen Emitterfolger in entsprechender Weise auf die Leistungsversorgungsleitung 51 übertragen. Der pnp-Transistor 83 der Stromspiegelschaltung 85 bewirkt jedoch aus den folgenden Gründen eine Entkopplung für relativ hochfrequente Schwankungen auf der Leistungsversorgungsleitung 51:

Der pnp-Transistor 83 ist in der integrierten Schaltung 17 als Lateral- oder Querstruktur gebildet, d.h. seine Basis-, Emitter- und Kollektorelektrode sind lateral und nicht vertikal in Bezug aufeinander und das Substrat orientiert. Bei einer solchen Anordnung hat die segmentierte Kollektorzone verhältnismäßig große Oberflächenbereiche, die mit dem Substrat verhältnismäßig große Kapazitäten bilden. Außerdem ist die Hochfrequenzverstärkung von Lateraltransistoren in jeder Schaltung schlecht.

Diese Eigenschaften des Lateral-pnp-Transistores 83 ermöglichen es diesem, aus den folgenden Gründen die Spannungserzeugungsschaltung 89 gegen relativ hochfrequente Signale, die auf den Leistungsversorgungsleitungen auftreten, zu entkoppeln. Als erstes ist die Hochfrequenz-Stromverstärkung zwischen dem Emitter des Lateral-pnp-Transistors 83 und jedem seiner Kollektoren 81 und 87 extrem niedrig, beispielsweise zwischen 0,01 und 0,1 im Bereich der Schwingungsfrequenzen, z.B. zwischen 10 und 20 MHz, der Verstärkerschaltung. Etwaige hochfrequente Signale, die der Spannungserzeugungsschaltung 89 durch den Lateralpnp-Transistor 83 zugeführt werden, haben daher relativ niedrige Amplituden. Zweitens werden alle hochfrequenten Signale, die den Kollektor 87 des pnp-Transistors erreichen, durch die Kapazität zwischen dem Kollektor 87 und dem für Signal auf Masse liegenden Substrat nach Masse abgeleitet.

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Bei niedrigen Frequenzen bildet der Transistor 84 einen Gegenkopplungsweg zwischen dem Kollektor 81 und der Basis des Transistors 83, der die Stromkopieroperation der Stromspiegelschaltung 85 in der oben beschriebenen Weise verbessert. Es wurde ferner festgestellt, daß der pnp-Transistor 84 glücklicherweise auch einen Gegenkopplungsweg zwischen dem Kollektor 81 und der Basis des Transistors 83 im Frequenzbereich, z.B. zwischen 10 und 20 MHz, bildet, in dem infolge der geschlossenen Schleife, welche die in Reihe, geschalteten Verstärker 61,63 und 65 sowie die Leistungsversorgungsleitung 51 enthält, Schwingungen auftreten können. Dadurch wird die Stromverstärkung des Transistors 83 in dem interessierenden Frequenzbereich auf einem niedrigen Wert gehalten.

Die durch den Transistor 84 bewirkte Phasenverschiebung kann jedoch unglücklicherweise bei gewissen Frequenzen, z.B. 4 bis 6 MHz, einen Mitkopplungsweg entstehen lassen, durch den in der geschlossenen Schleife, die die Transistoren 83 und 84 enthält, Schwingungen auftreten können. Um diese Störschwingungen zu verhindern, ist es wünschenswert, Maßnahmen zur Herabsetzung der Stromverstärkung des pnp-Transistors 84 zu treffen. Dies kann dadurch geschehen, daß man ρ -Material im Emittermaterial wegläßt. Dies bewirkt eine Verringerung der Stromverstärkung durch eine Reduzierung des Strominjektionswirkungsgrades. Ein ähnliches Ergebnis kann man dadurch erzielen, daß man einen Widerstand in die durch den pnp-Transistor 84 gebildete Rückkopplungsschleife einfügt. Zu diesem Zweck kann ein Widerstandselement zwischen den Kollektor 81 des Transistors 83 und die Basis des Transistors 84 oder zwischen den Emitter des Transistors 84 und die Basis des Transistors 83 eingeschaltet werden. Es ist auch möglich, die Hochfrequenz-Stromverstärkung des pnp-Transistors 84 durch Erhöhen der Kapazität zwischen dem Kollektor 81 des Transistors oder der Basis des Transistors 83 nach Signalmasse zu verringern. Da ein Kondensator verhältnismäßig großen Wertes erforderlich sein kann, um Schwingungen bei Frequenzen zwischen 4 und 6 MHz zu unterdrücken, ist dieser Lösungsweg nicht so vorteilhaft wie die anderen. Schließlich kann es zweckmäßig sein, den pnp-Transistor 84, der gewöhnlich als Vertikaltransistor gebildet werden wird, um Schaltungsfläche zu sparen, als Lateraltransistor auszubilden, da ein solcher

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ein schlechteres Hochfrequenzverhalten hat, wie oben in Verbindung mit dem Lateral-pnp-Transistör 83 erläutert wurde.

In Fig. 2 sind vorteilhafte Ausführungsformen der Verstärkerstufen 29, 31 und 33 dargestellt. Die vorliegende Erfindung betrifft dabei die Schaltungen zum Erzeugen der Vorspannung und Last- oder Betriebsspannung für jede Stufe. Die Verstärker 29, 31 und 33, deren Schaltung denen ähnelt, die in den integrierten Schaltungen CA3089 und CA3189,vorliegen, die von der Solid State Division der RCA Corporation, New Jersey, Vereinigte Staaten von Amerika, hergestellt werden, werden daher nicht im einzelnen beschrieben.

Der Verstärker 61 in der Verstärkerstufe 29 enthält einen Differenz-Kaskode-Verstärker mit einem unsymmetrischen Eingang und Differenz-Ausgängen. Die Schaltung zum Erzeugen der Betriebsspannung für die Stufe 61 ist im wesentlichen die gleiche wie die Schaltung, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die Spannungserzeugungsschaltung 89 ist ein einfacher Widerstandsspannungsteiler, der zwischen den Kollektor 87 des pnp-Transistors 83 und Signalmasse geschaltet ist. Die am Kollektor 87 erzeugte Betriebsspannung wird über einen als Emitterfolger geschalteten npn-Transistor 93 Lastwiderständen 97 und 99 des Verstärkers 61 zugeführt. Eine Betriebsspannung, die an einem Abgreifpunkt des Spannungsteilers 89 zur Verfügung steht, wird über einen als Emitterfolger geschalteten pnp-Transistör 91 den Basen von npn-Transistören 101 und 103 sowie den Basen von npn-Transistoren 105 und 107 über Widerstände 109 und 111 zugeführt, um den Kaskode-Differenzverstärker vorzuspannen.

Der Verstärker 63 in der Verstärkerstufe 31 enthält als Emitterfolger geschaltete npn-Transistoren 113 und 115, denen ein erster und ein zweiter Differenzverstärker 117 und 119, welche jeweils Differenzeingänge und Differenzausgänge aufweisen, in direkt-gekoppelter Kaskade nachgeschaltet sind. Die Schaltung zum Erzeugen der Betriebsspannungen für den Verstärker 63 unterscheidet sich von der entsprechenden Schaltung in der Stufe 29 in zweierlei Hinsicht. Erstens enthält sie einen als Stromspiegel geschalteten Lateral-pnp-Transistör 121, der drei Kollek-

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toren 123, 125 und 127 anstatt nur zwei enthält. Der Kollektor 123 enthält den zu spiegelnden oder zu kopierenden Strom vom Kollektor eines npn-Transistors 129, der zu einer Stromquellenschaltung gehört und mit seinem Emitter über einen Widerstand 130 mit Masse gekoppelt ist. Der Kollektor 125 liefert einen Strom an eine Spannungserzeugungsschaltung 131 zum Erzeugen von Betriebsspannungen für den Verstärker 63. Der Kollektor 127 liefert einen Strom an eine Spannungserzeugungsstufe der Verstärkerstufe 33. Die Spannungserzeugungsschaltungen 131 und 133 sind daher jeweils durch die Verwendung eines einzigen Mehrkollektor-Lateral-pnp-Transistors von den relativ hochfrequenten Signalen gekoppelt, die auf der Leistungsversorgungsleitung 51 auftreten. Zweitens enthält die Spannungserzeugungsschaltung 131 einen Widerstandsspannungsteiler, der in Reihe mit dem Emitter-Kollektor-Übergang eines pnp-Transistors 135 und nicht direkt nach Signalmasse geschaltet ist. Dies ist vorteilhaft, da z.B. durch Temperatureinflüsse verursachte Schwankungen der Spannungsdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des npn-Transistors 129 im wesentlichen durch entsprechende Schwankungen der Spannungsdifferenz zwischen dem Emitter und der Basis des pnp-Transistors 135 kompensiert werden.

An Abgriffen des Widerstandsspannungsteilers der Spannungserzeugungsschaltung 131 werden Betriebsspannungen abgegriffen und durch als Emitterfolger geschaltete npn-Transistören 137 und 139 den Lastwiderständen der Differenzverstärker 117 und 119 bzw. den Kollektoren von Emitterfolgern 112 und 115 zugeführt. Eine andere Betriebsspannung, die einem weiteren Abgriff des Widerstandsspannungsteilers der Spannungserzeugungsschaltung 131 entsteht, wird über einen als Emitterfolger geschalteten npn-Transistor 141 den Basen von als Emitterfolger geschalteten Transistoren 113 und 115 zugeführt, um die Vorspannungen für den Verstärker 63 zu erzeugen.

Der Verstärker 65 in der Verstärkerstufe 33 enthält zwei als Emitterfolger geschaltete npn-Transistoren 143 und 145, denen in direkt gekoppelter Kaskade ein erster und ein zweiter Differenzverstärker und 149 folgen. Der Differenzverstärker 147 hat Differenzeingänge und

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Differenz-Ausgänge während der Differenzverstärker 149 Differenzeingänge und einen unsymmetrischen Ausgang aufweist.

An einem Widerstandsspannungsteiler der Spannungserzeugungsschaltung werden Betriebsspannungen abgegriffen, über als Emitterfolger geschaltete npn-Transistören 151 und 153 werden in Lastwiderständen der Differenzverstärker 149 bzw. 147 Betriebsspannungen zugeführt. Eine weitere Betriebsspannung wird den Basen von als Emitterfolger geschalteten npn-Transistören 143 und 145 über einen als Emitterfolger geschalteten npn-Transistor zugeführt, um den Arbeitspunkt des Verstärkers 65 einzustellen.

Die vorliegende Erfindung wurde am Beispiel einer Anordnung beschrieben, bei der die Kollektoren von mindestens zwei getrennten Lateral transistoren mit entsprechenden Spannungserzeugungsschaltungen verbunden sind. Selbstverständlich kann man auch eine Anordnung verwenden, bei der getrennte Kollektoren eines einzigen Mehrkollektor-Lateraltransistors mit den verschiedenen Spannungserzeugungsschaltungen verbunden sind. Ferner wurde die vorliegende Erfindung anhand eines Beispiels erläutert, bei welchem mindestens zwei getrennte Stromquellen vorgesehen sind, um den Strom an die entsprechenden Spannungserzeugungsschaltungen zu liefern; stattdessen kann man auch eine Anordnung verwenden, bei der eine einzige Stromquelle alle Spannungserzeugungsschaltungen mit Strom versorgt. Außerdem können anstelle der beschriebenen Stromspiegelverstärkerschaltungen, die einen einzigen Mehrkollektorlateral-Transistor enthalten, auch Stromspiegel Verstärkerschaltungen mit zwei getrennten Lateral transistoren verwendet werden. Während die beschriebenen Stromspiegelverstärkerschaltungen einen Strom liefern, der im wesentlichen gleich dem von einer Stromquelle erhaltenen Strom ist, können ferner Stromspiegel Verstärkerschaltungen verwendet werden, die in bekannter Weise einen Strom liefern, der sich von dem von der Stromquelle erhaltenen Strom unterscheidet. Bei den beschriebenen Ausführungsbei spiel en sind ferner die Stromspiegel-Verstärkerschaltungen mit den Emittern direkt an die Leistungsversorgungsleitung angeschlossen, man kann jedoch stattdessen auch die Emitter

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indirekt, z.B. über Widerstände, mit einer Leistungsversorgungsleitung koppeln. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich selbstverständlich auch noch in anderer Hinsicht abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

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L e e r s e ι t e

Claims

Patentansprüche

M. Auf einem Substrat gebildete integrierte Schaltung mit mindestens zwei Verstärkerstufen, die jweils einen Verstärker enthalten,

einer Kopplungsschaltung, durch die die Verstärker in Kaskade geschaltet sind,

einer Leistungsversorgungsleitung sowie

einer Signalmasseleitung, zwischen die jeder der Verstärker gekoppelt ist, und

eine Anordnung, durch die dem Substrat an der Signalmasseleitung ein Potential zuführbar ist,

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dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkerstufe (29, 31, 33) eine eigene Spannungserzeugungsanordnung (89) enthält, die einen entsprechenden Stromempfangspunkt (a) zum Erzeugen mindestens einer Betriebsspannung für den entsprechenden Verstärker (61, 63, 65) in Ansprache auf die Zuführung eines vorgegebenen Stromes zum Stromempfangspunkt aufweist, und

daß eine Stromversorgungsanordnung (75, 85) vorgesehen ist, welche eine Lateraltransistoranordnung (83) mit einer getrennten Kollektorelektrode (87) die mit einem entsprechenden Stromempfangspunkt (a) gekoppelt ist, und mit mindestens einem Paar von Basis- und Emitterelektrode, von denen die letztere mit der Leistungsversorgungsleitung (51) gekoppelt ist, und welche ferner eine Anordnung (75, 84) enthält, die den Übergang zwischen dem Paar von Basis- und Emitterelektroden in einen solchen Zustand versetzt, daß jedem der Stromempfangspunkte (a) über die zugehörige Kollektorelektrode (87) ein vorgegebener Strom zugeführt wird.
2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lateraltransistoranordnung so ausgebildet ist, daß unerwünschte Schwingungsfrequenzen gedämpft werden, wenn die Verstärkerstufen kapazitiv gekoppelt sind.
3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die für den Übergang vorgesehene Anordnung (75, 84) mindestens eine Stromquelle (75), die einen Hauptstrom liefert, mindestens eine Stromspiegelverstärkeranordnung (75, 83, 84), die den Übergang zwischen dem Paar von Basis- und Emitterelektroden der Lateraltransistoranordnung (83) enthält, und einen Punkt zur Aufnahme des Hauptstromes zur Lieferung eines HiIfs- oder Folgestromes (von 87) für mindestens einen Stromempfangspunkt (a) durch die zugehörige Kollektorelektrode in Ansprache auf den Hauptstrom aufweist.
4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chnet, daß die den Strom liefernde Anordnung (75, 85) einen Transistor (84) mit Basis-, Emitter- und Kollektor-Elektrode

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enthält, der für eine Gegenkopplung zwischen dem Punkt zum Empfang des Hauptstromes und der Basiselektrode des Basis-Emitter-Elektrodenpaares geschaltet ist und daß Maßnahmen (Dotierung von 84) zur Reduzierung der Verstärkung des Gegenkopplungstransistors (84) in dem vorgegebenen Frequenzbereich vorgesehen sind.
5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet, daß die Lateraltransistoranordnung (83) einen getrennten Lateraltransistor mit einer Basiselektrode, einer Emitterelektrode und mindestens einer Kollektorelektrode

(87) für jede der Spannungserzeugungsanordnungen (89) enthält und daß die Kollektorelektroden jedes der getrennten Transistoren mit einem zugehörigen der Stromempfangspunkte (a) gekoppelt ist.
6. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzei chnet, daß jeder Lateraltransistor eine zusätzliche Kollektorelektrode (81) enthält und daß die dem Basis-Emitterelektroden-Paar zugeordnete Anordnung (75, 84) eine Anordnung zum Liefern eines Hauptstromes an jede der zusätzlichen Kollektorelektroden (81) enthält.
7. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß die Lateraltransistoranordnung (121 in Fig. 2) einen Mehrkollektor-Lateraltransistor mit einer Basiselektrode, einer Emitterelektrode und mindestens zwei getrennten Kollektorelektroden (125, 127) enthält, welch letztere mit einem zugehörigen Stromempfangspunkt verbunden sind.
8. Integrierte Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzei chnet, daß der Mehrkollektor-Lateraltransistor (121) eine zusätzliche Kollektorelektrode (123) enthält und daß die dem Basis-Emitterelektroden-Paar zugeordnete Anordnung (129 in Fig, 2) eine Anordnung (129) zur Speisung der zusätzlichen Kollektorelektrode (123) mit einem Hauptstrom enthält.

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9. Integrierte Schaltung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzei chnet, daß die Anordnung zur Lieferung des Hauptstromes (129 in Fig. 2) eine erste Widerstandsanordnung (130) mit einem ersten und einem zweiten Ende, ferner einen ersten Transistor

(129) mit einer an ein erstes Ende der ersten Widerstandsanordnung

(130) angeschlossenen Emitterelektrode, einer Basiselektrode, zwischen die und das zweite Ende der ersten Widerstandsanordnung (130) eine Anordnung (63) zum Erzeugen einer Referenzspannung (V_DCC.) geschaltet ist,

Ktr

und einer Kollektorelektrode, an der der Hauptstrom geliefert wird, enthält.
10. Integrierte Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekenn ze i chnet, daß mindestens eine der Spannungserzeugungsanordnungen eine zweite Widerstandsanordnung (131) mit einem ersten und einem zweiten Ende enthält, daß das erste Ende der zweiten Widerstandsanordnung mit dem entsprechenden Stromempfangspunkt verbunden ist; daß ein zweiter Transistor (135) vorgesehen ist, der einen Leitungstyp, welcher dem des ersten Transistors in der Anordnung zum Liefern des Hauptstromes entgegengesetzt ist, eine Basiselektrode, eine mit dem zweiten Ende der zweiten Widerstandsanordnung

(131) verbundene Emitterelektrode und eine Kollektorelektrode aufweist, und daß eine Anordnung (63) zum Erzeugen einer Referenzspannung zwischen die Basis- und die Kollektorelektrode des zweiten Transistors (135) geschaltet ist.
11. Integrierte Schaltung nach Anspruch 9 oder 10, dad u r c h gekennzei chnet, daß die Anordnung (63) zum Erzeugen einer Referenzspannung zwischen der Basiselektrode des ersten Transistors (129) und dem zweiten Ende der ersten Widerstandsanordnung (130) eine Bandlücken-Referenzspannungsquelle enthält.
12. Integrierte Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzei chnet, daß die Anordnung (63) zum Erzeugen der Referenzspannung zwischen der Basis- und Kollektorelektrode des zweiten Transistors (135) eine Bandlücken-Referenzspannungsquelle enthält.

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13. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkerstufe (29, 31, 33) eine Vorspannungsschaltung (109, 111) zum Erzeugen einer Vorspannung für den zugehörigen Verstärker und einen Lastkreis (97, 99) des Verstärkers enthält und daß jede der Spannungserzeugungsanordnungen eine Spannungsteileranordnung (89) zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten Betriebsspannung für die Verstärkerstufe, einen ersten, als Emitterfolger-Verstärker geschalteten ersten Transistor (91) mit Basis-, Emitter- und Kollektorelektrode enthält, wobei die erste Betriebsspannung der Basiselektrode zugeführt ist, die Emitterelektrode mit der Vorspannungsschaltung (109, 111) gekoppelt ist und die Kollektorelektrode mit der Leistungsversorgungsleitung (51) verbunden ist, und einen als Emitterfolger-Verstärker geschalteten zweiten Transistor (93) mit Basis-, Emitter- und Kollektorelektrode enthält, wobei die zweite Betriebsspannung der Basiselektrode des zweiten Transistors zugeführt ist, die Emitterelektrode des zweiten Transistors mit der Lastschaltung verbunden ist und die Kollektorelektrode des zweiten Transistors mit der Leistungsversorgungsleitung (91) verbunden ist.
14. Integrierte Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzei chnet, daß jede der Verstärkerstufen mindestens einen Differenzverstärker (101 bis 107) enthält.

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