DE3140433C2

DE3140433C2 - Vorrichtung zum Erzeugen einer Reihe binär gewichteter Werte einer elektrischen Größe

Info

Publication number: DE3140433C2
Application number: DE3140433A
Authority: DE
Inventors: Johannes Eindhoven Meijer Cluwen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-10-20
Filing date: 1981-10-12
Publication date: 1986-06-19
Also published as: AU7656181A; IE812435L; KR900003134B1; DE3140433A1; GB2085684B; FR2492613A1; IE52319B1; FR2492613B1; JPS5799028A; AU545438B2; IT8124542A0; IT1139240B; JPH0123010B2; NL8005756A; CA1180123A; KR830008563A; US4471482A; GB2085684A

Abstract

Die Vorrichtung nach der Erfindung erzeugt mit Hilfe geschalteter Kapazitäten eine Reihe von Werten einer elektrischen Größe (Ladung oder Spannung), die sich wie die Glieder einer geometrischen Reihe verhalten. Durch die dabei durchgeführten Schaltvorgänge werden Fehler erster Ordnung infolge von Ungenauigkeiten in den Kapazitätswerten der verwendeten Kondensatoren völlig beseitigt. Weiter werden Verfahren angegeben, durch die der Einfluß unvermeidlicher Streukapazitäten in der Vorrichtung auf ein Mindestmaß beschränkt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist in integrierter Form aus der DE-OS 27 08 636 bekannt Dabei wird von einer Spannungsquelle mit einem definierten Wert V ausgegangen, die an einen Kondensator mit mit einem Kapazitätswert C angeschlossen wird, so daß dieser Kondensator eine Ladung Q = CV enthält. Wenn dann die Verbindung zwischen der Spannungsquelle und diesem Kondensator unterbrochen und danach dieser Kondensator zu einem genau gleich großen Kondensator parallelgeschaltet wird, verteilt die Ladung Q sich über beide Kondensatoren gleichmäßig, so daß die Ladung in

jedem der Kondensatoren - Q beträgt. Dadurch, daß in

der Praxis zwei Kondensatoren aber nie genau die gleiche Kapazität aufweisen, ist diese gleiche Ladungsverteilung praktisch nicht verwirklichbar, so daß das oben angegebene Verfahren sich nicht dazu eignet, eine Reihe von genau halbierter elektrischer Ladungen zu erzeugen. Es läßt sich lediglich nachweisen, daß bei der bekannten Anordnung eine Reihe von elektrischer Ladungen erzeugt wird, die sich tatsächlich relativ genau um den Faktor 4 unterscheiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine Reihe elektrischer Ladungen erzeugt wird, die sich sehr genau jeweils um den Faktor 2 unterscheiden, ohne daß dabei strenge Anforderungen an die Genauigkeit der verwendeten Kondensatoren gestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch das Aufladen jeweils einer Reihenschaltung von Kondensatoren wird eine Ladungsteilung erreicht, die jedoch nicht genau ist, wenn die Werte der Kondensatoren nicht genau übereinstimmen. Durch die anschließende Parallelschaltung werden dann jedoch die Fehler mindestens erster Ordnung ausgeglichen, so daß danach eine genaue Ladungsteilung erfolgt ist.

Bei der Ausführung der Vorrichtung für Ladungsteilung nach der Erfindung sind Streukapazitäten unvermeidlich, und sie werden vor allem in integrierten Ausführungsformen einen nicht vernachlässigbaren Einfluß ausüben. Um den Einfluß der wichtigsten Streukapazitäten zu neutralisieren, kann es vorteilhaft sein, wenn eine Ausgestaltung der Krfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß in wenigstens einem Abschnitt die eine Elektrode eines der Kondensatoren mit einem gemeinsamen Anschlußpunkt verbunden ist und die einen Elektroden der übrigen Kondensatoren dieses Abschnittes während der Zeit, in der die Kondensatoren dieses Abschnittes parallelgeschaltet sind, über elektronische Schalter mit dem gemeinsamen Anschlußpunkl

verbunden werden, wobei die letzteren einen Elektroden Streukapazitäten aufweisen und Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe mindestens eine dieser Streukapazitäten jeweils, bevor die Kondensatoren eines Abschnittes in Reihe geschaltet werden, aaf ein Potential aufgeladen wird, das dem Potential entspricht, das, wenn die Kondensatoren dieses Abschnittes in Reihe geschaltet werden, an der einen Elektrode des zu der Streukapazität gehörigen Kondensators liegen würde, wenn eine Streukapazitäten vorhanden wären.

Es ist in bezug auf das vorherige Aufladen der Streukapazitäten des ersten Abschnittes vorteilhaft, daß die Mittel wenigstens eine Hilfskapazität enthalten, die mittels eines siebten Schalters mit einem Eingangsanschluß gekoppelt ist und mittels eines achten Schalters zu einer Streukapazität des mit dem Eingangsanschluß gekoppelten Abschnittes parallelgeschaltet wird.

Um auch die Streukapazitäten der anderen Alischnitte vorher aufzuladen, ist es vorteilhaft, daß die Mittel weitere Schalter enthalten, die entsprechende Streukapazitäten benachbarter Abschnitte miteinander koppeln.

Bei Integration der Vorrichtung für Ladungsteilung nach der Erfindung auf z. B. einem Siliciumsubstrat kann es vorteilhaft sein, die Streukapazität zwischen den Kondensatoren und dem Substrat klein zu halten.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Halbleiterkörper integriert ist, wobei wenigstens die Kondensatoren jedes Abschnittes, die eine für die Wirkung der Vorrichtung nachteilige Streukapazität aufweisen, auf der Oberseite eines Teiles einer durch örtliche Oxidation erhaltenen verhältnismäßig dicken isolierenden Oxidschicht gebildet sind.

Bei Integration kann es in bezug auf die Kapazitäts-Verhältnisse zwischen der Hilfskapazität und den Streukapazitäten vorteilhaft sein, daß das Dielektrikum der Hilfskapazität durch einen Teil der genannten verhältnismäßig dicken isolierenden Oxidschicht gebildet wird.

Hinige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung zur Ladungsteilung,

Fig. 2 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Übersicht der unterschiedlichen Taktsignale zur Steuerung der Schaltung nach Fig. 2, und

F i g. 4 einen Schnitt durch einen Halbleiterkörper, in dem einige Einzelteile der Schaltung nach Fig. 2 integriert sind.

F i g. 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung für Ladungsteilung, die aus drei Kondensatoren C₁O, C₂o und C30, fünf Schaltern Sm,, S₂O₁SiO₁S₄₀ und S₅₀ und einer Bezugs-Spannungsquelle B mit einer Spannung V aufgebaut ist. Diese Schaltung wirkt wie folgt:
Zunächst wird durch die Steueranordnung K der Schalter Sn, geschlossen, während die übrigen Schalter geöffnet sind. Der Kondensator C_i0, dessen Kapazitätswert annahmeweise gleich C ist, wird dann von der Quelle B über den Schalters^ auf eine Spannung von KVoltaufgcladen. Die Ladung des Kondensators C₁₀ beträgt also Q = CV Coulomb. Dann wird der Schalter S₁₀ geöffnet und der Schalter S_2n geschlossen, wodurch der Kondensator Cm zu dem Kondensator C20 parallelgeschaltet wird, dessen Kapazitätswert annahmeweise gleich C(I + 2x) ist, wobei χ klein gegenüber 1 ist. Wenn angenommen wird, daß die Ladung am Kondensator C₂o vorher gleich Null war, und wenn Tenne zweiter und höherer Ordnungen vernachlässigt werden, nimmt die

Ladung am Kondensator Cw auf -· Q (1-jc) ab, während

die Ladung am Kondensator C₂₀ auf - Q (1 + jt)

zunimmt Der Schalter S₂o wird nun geöffnet und der Schalter S30 zeitweilig geschlossen, wodurch die Ladung des Kondensators Ci₀ abgeleitet wird. Anschließend werden die Kondensatoren C10 und C₂o wieder dadurch parallelgeschaltet, daß der Schalter S₂₀ geschlossen

wird. Die Ladung -Q(I +x) am KondensatorS₂₀ ver-

teilt sich dann derart, daß gilt:

CV + C(I +2Jt)K'= y Q(I

wobei V die endgültige Spannung über der Parallelschaltung der Kondensatoren C_rü und Qg ist. Aus der Formel (1) läßt sich ableiten, daß die Ladung am Kondensator Cio gleich

Q' = CV = i- Q

wird, also gleich einem Viertel der ursprünglichen Ladung, wobei der Fehler erster Ordnung durch den Vorgang beseitigt ist. Dieser Vorgang kann dadurch fortgesetzt werden, daß der Schaltzyklus von dem Zeitpunkt an, zu dem der Schalter S20 ^zum ersten Mal geschlossen wird, wiederholt wird. Auf diese Weise kann eine Reihe von Ladungswerten gemäß der Reihe

- Q, — Q, — Q usw. erzeugt werden.
4 16 64

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß von dem Zeitpunkt an, zu dem der Kondensator C?o zum ersten Mal aufgeladen wird, also nachdem der Schalter C₂o zum ersten Mal geschlossen gewesen ist, der Schalter S40 geschlossen und somit der Kondensator C30 mit dem Kapazitätswert C(I + 2y) mity «1 zu dem Kondensator C₂₀ parallelgeschaltet wird. Die Ladung -Q(I + x)

verteilt sich nun über die Kondensatoren C₂₀ und C30 derart, daß:

C(I + 2x)V" + C(I + 2y) Γ=|ο(1+ jt) (3)

wobei V" die endgültige Spannung über der Parallelschaltung der beiden Kondensatoren C₂₀ und C₃₀ ist. Aus der Formel (3) läßt sich ableiten, daß die Ladung am Kondensator C₃₀ nach dieser Ladungsverteilung

Q" = C(I + Iy) V" =

betragen wird, wobei bei dieser Ableitung die Terme zweiter Ordnung vernachlässigt sind.

Wenn inzwischen die Ladung am Kondensator C₁₀ abgeleitet ist und der Schalter S₅₀ geschlossen wird, gilt, daß:

CV" + C(I + Iy) V" =

so daß dem Kondensator C₁₀ die Ladung

Q'" = CV" = j Q

(6)

zugeführt werden wird, wobei der Fehler erster Ordnung wieder durch den Vorgang beseitigt ist. ' S

Dieser Vorgang kann wiederholter Male nacheinander durchlaufen werden, wobei der relative Fehler in dem Ergebnis der wiederholten Spannungsteilung in bezug auf den gewünschten Wert zwar immer größer werden kann, aber der Einfluß dieses Fehlers auf das endgültige analoge Signal wird immer geringer.

Die erhaltenen Ladungen, je mit dem dem Gewicht entsprechenden Bit des digitalen Eingangssignals gewichtet, können mit Hilfe von Ladungsverschiebungsanordnungen (CTD's = Charge Transfer Devi- is ces), wie Eimerkettenspeicher (BB's = Bucket Brigades), oder ladungsgekoppelten Anordnungen (CCD's = Charge Coupled Devices), zu einem Ausgang weitergeschoben werden, an dem dann nach Integration das analoge Ausgangssignal erscheint.

Die Schaltung nach F i g. 2 ist aus durch elektronische Schalter miteinander verbundene Kondensatoren aufgebaut, die eine Anordnung in Form einer Leiter bilden, wobei jeder Abschnitt der Leiter aus einer Anzahl (im dargestellten Beispiel zwei) Kondensatoren besteht. Während der Taktphase Φ,, in der die zugehörigen elektronischen Schalter geschlossen werden, wird die Spannungsquelle B_] über die Eingangsanschlüsse 70 und 80 an die Reihenschaltung der Kondensatoren C₁ und C₁ des ersten Abschnittes 1 angeschlossen. Wenn angenommen wird, daß diese Kondensatoren etwa gleich groß sind, wird jeder der Kondensatoren daher etwa die

halbe Spannung - V fuhren. Während der Taktphase Φ₂

werden nun die beiden Kondensatoren C] und C] des Abschnittes 1 parallelgeschaltet, so daß eine etwaige Ungleichheit zwischen den Spannungen über diesen Kondensatoren ausgeglichen wird. Weiter werden während dieser Taktphase Φ₂ die Kondensatoren C₁ und C] des Abschnittes 1 an die Reihenschaltung der Kondensatoren C₂ und C₂ des Abschnittes2 angeschlossen. Die Spannung nimmt dadurch bei gleichen Kapazitätswerten aller Kondensatoren von - V auf - V ab, aber während jeder folgenden Taktphase Φ, wird der Pegel von - V über den Kondensatoren C, und C₁ des ersten

Abschnittes immer wiederhergestellt.

Der Grenzwert, dem sich die Spannung über jedem der Kondensatoren des Abschnittes 2 nach einer Anzahl

Taktperioden nähert, beträgt - V; bei dem Abschnitt 3 ist dieser Grenzwert - V, usw. Dieser Grenzwert wird in

der Praxis schon bald nachdem die Taktimpulse Φ) und Φ₂ die zugehörigen elektronischen Schalter einige Male geschlossen und geöffnet haben, erreicht Gegenseitige Gleichheit der Kondensatoren jedes Abschnittes ist nur von geringer Bedeutung, während Gleichheit der Kondensatoren aus verschiedenen Abschnitten noch unwesentlicher ist.

Oben wurde stillschweigend angenommen, daß der Einfluß von Streukapazitäten vernachlässigbar ist. Bei Anwendung diskreter Elemente kann diese Bedingung leicht erfüllt werden, aber bei Ausführung der Vorrichtung als integrierte Schaltung kann der Einfluß von Streukapazitäten nicht außer Betracht gelassen werden. Wenn der Abschnitt 1 der Schaltung nach Fig. 2 betrachtet wird, spielt insbesondere die Kapazität C₁₁₁ von dem Verbindungsweg zwischen dem Fußpunkt des Kondensators C| und dem oberen Anschluß des Kondensators C] zur Erde eine wichtige Rolle. Während der Parallelschaltung der Kondensatoren C₁ und C] ist diese Kapazität C_pl nämlich kurzgeschlossen. Wenn die Kondensatoren C\ und C] dann während der folgenden Taktphase in Reihe geschaltet werden, liegt die Streukapazität Cpi plötzlich parallel zu dem Kondensator C₁, wodurch diesem Kondensator C₁ Ladung entzogen wird. Wenn angenommen wird, daß die Kondensatoren C₁ und C₁ genau die gewünschte Spannung führen würden (z. B. genau - V), wird, indem der Streukapazität

C_px Ladung entzogen wird, die Spannung über C] etwas abnehmen und die über Ci etwas zunehmen.

Die in der Kapazität C_rl gespeicherte Ladung geht bei Parallelschaltung der Kondensatoren C| und C] über den Schalter Si₁ verloren, wodurch naturgemäß ein zusätzlicher Fehler auftritt.

Ähnliches gilt selbstverständlich auch für alle anderen Abschnitte. Dieser unerwünschte Effekt kann erheblich dadurch unterdrückt werden, daß in einem Zeitintervall zwischen den Taktphasen Φ₂ und Φ,, und zwar nach dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter 5,, geöffnet wird, und vor dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter S₁₂ geschlossen wird, die Kapazität C,,i auf den gewünschten Spannungspegel (im vorliegenden Falle

- V) aufgeladen wird.

Die einfachste Weise, auf die dies erreicht werden kann, ist die Anbringung einer Hilfskapazität C_h mit einem Kapazitätswert, der nahezu gleich dem der Streukapazität C_p 1 ist. Diese Kapazität C_h wird z. B. während einer Taktphase Φ₃ (siehe Fig. 3) auf die Spannung V aufgeladen und dann während der Taktphase Φ₄ (siehe F i g. 3), die nach der Taktphase Φ₂, aber vor der nächstfolgenden Taktphase Φ, auftritt, zu der Streukapazität C₁,1 parallelgeschaltet, wodurch diese auf eine Spannung - V aufgeladen wird. In der darauffolgenden Taktphase Φ ι ist dann der Ladestrom (der Reihenschaltung der Kondensatoren C| und C₁) zu der Kapazität Qi nahezu auf Null herabgesunken. Auf analoge Weise kann die Ladung an der Streukapazität C₁,1 durch das Schließen des Schalters S_2i über diese und die folgende Streukapazität C^₂ verteilt werden, wodurch diese Kapazitäten, wenn angenommen wird, daß sie gleich groß

sind, eine Spannung = - V führen. In der darauffolgenden Taktphase Φ₂ ist dann daher kein Ladestrom für die Streukapazität C_p2 erforderlich, so daß der Einfluß der obengenannten Fehlerquelle unterdrückt wird.

Wenn es nicht möglich sein sollte, die Werte der Streukapazität C^₁, C„₂ usw. und der Hilfskapazität C„ in genügendem MaJSe zu beherrschen, können die an Hand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Mittel für Ladungsteilung verwendet werden. Die Streukapazität C„2 kann dann z. B. während einer Taktphase Φ₅ (die Taktphasen Φ₃ und Φ₄ sind annahmeweise nicht vorhanden) mit der Spannungsquelle ß, verbunden und anschließend während einer Taktphase Φ_ή zu einer Hilfskapazität etwa gleicher Größe (nicht dargestellt) parallelgeschaltet werden. Dann wird die Kapazität C_p2 während der Taktphase Φι entladen, wonach der Taktimpuls Φ₆ nochmals eine Verbindung mit der genannten Hilfskapazität herstellt, so daß danach die Spannung über der Kapazität C„₂ unter Vernachlässigung von

Fehlern zweiter Ordnung - : V beträgt, wie an Hand der

Fig. 1 erläutert wurde. Auf ähnliche Weise könnten auch die anderen Streukapazitäten in der Leiter vorher auf den erforderlichen Spannungspegel aufgeladen werden. Da der Einfluß von Abweichungen dieser Streukapazitäten auf das endgültige analoge Ausgangssignal immer geringer wird, kann man bei diesen Kapazitäten in der Regel mit der Anwendung des bereits an Hand der Fig. 2 beschriebenen Verfahrens mit den Taktimpulsen Φ., und Φ₄ auskommen (wobei dann die Auftrittszeitpunkte dieser Impulse angepaßt werden müsen, z. B. Φ₃ nach Φ₅ und Φ₆, aber vor Φ_χ usw.).

Das obenbeschriebene Verfahren zum vorherigen Aufladen der Streukapazitäten auf den erforderlichen Spannungspegel kann bei der Kapazität C_pl nicht angewendet werden, da von allen Streukapazitäten der Einfluß dieser Kapazität auf das analoge Ausgangssignal gerade der größte ist. Diesem Problem kann aber in erheblichem Maße dadurch abgeholfen werden, daß auf analoge Weise wie bei den Kondensatoren Ci-Ci in Fig. 2 angegeben Reihen/Parallelumschaltung angewandt wird. Der Fußpunkt des Hilfskondensators C₁, wird dazu nicht direkt, sondern über einen ersten elektronischen Schalter mit Masse verbunden, während ein zweiter elektronischer Schalter zwischen dem Fußpunkt der Hilfskapazität C_h und dem oberen Punkt der Streukapazität C,,\ angeordnet wird.

Während der Taktphase Φ₅ ί siehe Fig. 3), die nach Φ₂, aber vor Φ, auftritt, kann dann die Reihenschaltung von C₁, und C,,, aus der Spannungsquelle Ä, aufgeladen werden, so daß jede dieser Kapazitäten eine Spannung

von etwa - V führt, wonach während der Taktphase Φ_η

die Kapazitäten C₁, und C_pl parallelgeschaltet werden. Der Taktimpuls Φ_η darf während der Taktphase Φ_χ vorhanden sein; er muß während der Taktphase Φ₂ vorhanden sein, weil bei Entladung von C_p\ auch C_h entladen werden muß. Für Φ_η kann daher die Invertierung der Taktphase Φ₅ gewählt werden.

Grundsätzlich kann die Schaltung nach Fig. 2 auch mit mehr als zwei Kondensatoren pro Abschnitt ausgeführt werden, die auch dann mit Hilfe elektronischer Schalter abwechselnd in Reihe und parallel geschaltet werden. Mit Rücksicht auf den wesentlichen Einfluß, den Streukapazitäten auf das endgültige Ergebnis ausüben, während auch für ADCs und DACs der Bedarf an einer Reihe von Spannungswerten, die sich wie die Glieder einer geometrischen Reihe mit einem Verhältnis kleiner als - verhalten, gering ist, werden vorzugsweise zwei Kondensatoren pro Abschnitt verwendet.

Zum Erhalten eines analogen Ausgangssignalwertes als Funktion eines digitalen Eingangssignals müßten mit Hilfe elektronischer (nicht dargestellter) Schalter die Verbindungen sämtlicher Kondensatoren C_k und C'_k (mit 1 < k < n) mit Masse unterbrochen werden. Wenn in Abhängigkeit von dem digitalen Eingangssignal die in dem A:-ten Abschnitt erzeugte Spannung zum Erhalten des analogen Ausgangssignals verwendet werden muß, wird der Verbindungsschalter zwischen dem Fußpunkt des Kondensators C_k und dem oberen Punkt des Kondensators C'_k geschlossen; wenn diese Spannung nicht verwendet werden muß, wird der elektronische Schalter, der die oberen Punkt der Kondensatoren C_k und C_k miteinander verbindet, geschlossen. Wenn z. B. Bit 1, aber nicht Bit 2 verwendet werden muß, werden die elektronischen Schalter zwischen dem Fußpunkt von Ci und der Spitze von C\, zwischen den Spitzen von C\ und C₂ und zwischen den Spitzen von C₂ und C₂ geschlossen.
In F i g. 2 ist weiter eine Lösung dargestellt, die auf der aufeinanderfolgenden Abtastung der Spannungen über den Kondensatoren C₁, basiert, wobei die abgetasteten Spannungswerte, je mit dem dem Gewicht entsprechenden Bit des digitalen Eingangssignals gewichtet, in einem integrierenden Verstärker summiert werden, der aus einem MOS-Transistor T, einem Kondensator C₁ und einem Widerstand R, besteht. Es ist zu bevorzugen, dabei die Kondensatoren Q und C'_k jedes Abschnittes parallel zu schalten. Nacheinander werden die Schalter S₃,, S₃₂ bzw. S_3n zeitweilig geschlossen. Die eigentliche Abtastung erfolgt dadurch, daß während konstanter Abtastperioden der Schalter S₄₀ geschlossen wird. Nach jeder Abtastperiode wird der Schalter S₄i zeitweilig geschlossen, um die Steuerelektrode des MOS-Transistors T zu entladen. Beim Abtasten werden, wie bereits erwähnt, diejenigen Werte, bei denen das dem Gewicht entsprechende Bit des digitalen Eingangssignals gleich Null ist, überschlagen. Vor dem Beginn eines Abtastzyklus wird der Kondensator C₁ dadurch entladen, daß der Schalter S₄₂ zeitweilig geschlossen wird.

Zum Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals als Funktion eines analogen Eingangssignals kann auf bekannte Weise das am Ausgang Λ 0 erzeugte Signal mit dem analogen Eingangssignal verglichen werden, und in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs können, die Schalter S₃,, S₃₂ bzw. S_3n gegebenenfalls geschlossen werden.

In Fig. 4 ist angegeben, wie die Kondensatoren C_k und C'_k auf einem Halbleiterkörper angebracht werden können. Es wird von einem Halbleiterkörper21 aus z. B.

schwach p-dotiertem Silicium ausgegangen.

Die Oberfläche dieses Halbleiterkörpers wird mit Siliciumnitrid überzogen, in das dann örtlich Löcher geätzt werden. An den Stellen dieser Löcher wird das Silicium dadurch oxidiert, daß es in einem Ofen auf hohe Temperatur in eine sauerstoffreiche Atmosphäre gebracht wird. Dieser Vorgang ist in der Literatur unter der Bezeichnung »LOCOS« bekannt. Auf diese Weise können die Oxidzonen 22 und 23 erzeugt werden. Anschließend wird die Siliciumnitridschicht weggeätzt und die η-dotierte Siliciumschicht 24 aufgewachsen, die an den Stellen der Oxidzonen 22 und 23 polykristallin und an anderen Stellen einkristallin ist. Ein Teil dieser Schicht wird weggeätzt, derart, daß auf den Oxidzonen 22 und 23 die Inseln aus η-leitendem Silicium 24a und 246 übrigbleiben, die als eine Elektrode zu bildender Kondensatoren wirken. Außerdem wird eine p-dotierte Zone 25 in dem Halbleiterkörper 21 angebracht, die als die eine Elektrode eines Kondensators mit einer an Masse liegenden Elektrode dient. Dann wird eine

dünne Isolierschicht 26, vorzugsweise aus Siliciumnitrid, auf dem Körper z. B. durch Ablagerung aus der Dampfphase niedergeschlagen, und danach werden die Metallelektroden 27 angebracht
Die Zone 246 und die zugehörige Metallelektrode 27 bilden mit dem durch die Isolierschicht 26 gebildeten Dielektrikum einen der Kondensatoren C_k oder C'_k nach F i g. 2; die Zone 25 und die zugehörige Metallelektrode 27 können mit dem Dielektrikum 26 erwünschtenfalls einen der Kondensatoren C'_k nach Fig. 2 bilden.

In der Praxis ist es möglich, die Dicke der Schicht 26 und die Oberflächen der Zonen 246,25 und 27 derart zu beherrschen, daß Kapazitätsabweichungen zwischen den Kondensatoren C_k und C'_k innerhalb von 1% blei-

ben. Da die Schicht 26 erheblich dünner als die Schicht 23 und die Dielektrizitätskonstante der Schicht 26 z. B. um einen Faktor 3 höher als die der Schicht 23 sein kann, ist auch ein Kapazitätswert möglich, der erheblich (z. B. mehr als fünfzigmal) höher als der der Streukapazität ist, die die Zone 24b in bezug auf den Halbleiterkörper 21 aufweist. Dieser Körper wird an Masse gelegt, und diese Streukapazität bildet eine der Kapazitäten C_pUC_p2...C_r nach F ig. 2.

Um die Hilfskapazität C₁, nach F i g. 2 zu erhalten, sind die Oxidzone 22 und die Zone 24a angebracht, wobei die letztere Zone eine praktisch gleich große Kapazität zu Masse (Körper 21) wie die Zone 24b aufweist. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß Q innerhalb einiger Prozent gleich C_pk (mit 1 < k < n) ist, und weil C_pk einige zehn Male kleiner als C_k bzw. C'_k sein kann, kann der Einfluß von Streukapazitäten auf weniger als l°/oo herabgesetzt werden.

Selbstverständlich werden die übrigen Kondensatoren C_k durch mehrfache Ausführung der Struktur 23, 24b, 26,27 und die übrigen Kondensatoren Q. entweder als C_k oder durch mehrfache Ausführung der Struktur 25, 26, 27 erhalten. Als elektronische Schalter werden vorzugsweise Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGFET's) verwendet, die mittels der Integrationsschritte, durch die die Zonen und Elektroden 25, 26,27 erzeugt werden, erhalten werden könnten. Insbesondere kann die Zone 26 als die Isolierzone zwischen der Gate-Elektrode und dem Kanal eines solchen Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate dienen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer Reihe von Weiten einer elektrischen Größe, die sich wie die Glieder einer geometrischen Reihe verhalten, insbesondere für Analog/Digital- bzw. Digital/Analog-Umsetzer, mit Hilfe von Kondensatoren und Schaltern, wobei von den Kondensatoren mindestens einer zunächst auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen und danach mindestens einem anderen Kondensator über einen anderen Schalter parallelgeschaltet wird und durch Ladungsteilung jeweils eine etwa halbierte Ladung erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,

daß eine Anordnung in Form einer Leiter von Kondensatorabschnitten (1,2 bzw. n) vorgesehen ist, von denen jeder eine Anzahl (vorzugsweise zwei) Kondensatoren (C₁, C₁; C₂, C₂... bzw. C_n, C_n) enthält, die mit Hilfe von Taktsignalen (Φ,, Φ₂) gesteuerter elektronischer Schalter (Si, S₂ bzw. S_2n; Su, S^₂, Si₃, 5)4 bzw. Si_n, Sin+i) abwechselnd in Reihe und parallelgeschaltet werden, wobei, wenn die Kondensatoren (Ci, C'i) eines Abschnittes (1) parallel geschaltet werden, die Kondensatoren (C₂, C₂) des nächstfolgenden Abschnittes (2) in Reihe geschaltet werden und diese Reihenschaltung zu mindestens einem und vorzugsweise zu allen parallelgeschalteten Kondensatoren (Ci, C'i) des vorhergehenden Abschnittes (1) parallelgeschaltet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Abschnitt (1, 2 bzw. n) die eine Elektrode eines der Kondensatoren (C'i, C₂ bzw. C_n) mit einem gemeinsamen Anschlußpunkt (80) verbunden ist und die einen Elektroden der übrigen Kondensatoren (Ci, C₂ bzw. C_n) dieses Abschnittes (1,2 bzw. n) während der Zeit, in der die Kondensatoren dieses Abschnittes parallel geschaltet sind, über elektronische Schalter (Sw, S_i2 bzw. Si„) mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt (80) verbunden werden, wobei die letzteren einen Elektroden Streukapazitäten (C₁,\, C_p2 bzw. C_11n) aufweisen und Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe mindestens eine dieser Streukapazitäten (C„\, C,,₂ bzw. C_n„) jeweils, bevor die Kondensatoren eines Abschnittes (1,2 bzw. n) in Reihe geschaltet werden, auf ein Potential aufgeladen werden, das dem Potential entspricht, das, wenn die Kondensatoren dieses Abschnittes (1,2 bzw. n) in Reihe geschaltet werden, an der einen Elektrode der zu der Streukapazität gehörigen Kapazität liegen würde, wenn keine Streukapazitäten vorhanden wären.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel mindestens eine Hilfskapazität (C,,) enthalten, die mittels eines siebten Schalters (S₂]) mit einem Eingangsanschluß (70) gekoppelt ist und mittels eines achten Schalters (S₂₂) zu einer Streukapazität (C,,,) des mit dem Eingangsanschluß (70) gekoppelten Abschnittes (1) parallelgeschaltet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel weitere Schalter (S₂₃, S_2n) enthalten, die entsprechende Streukapazitäten (C,,,, C_n2 bzw. C₁₁₁₁) benachbarter Abschnitte miteinander koppeln.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Halbleiterkörper integriert ist, wobei wenigstens die Kon-

densatoren (Cj, C₂ bzw. CJ jedes Abschnittes, die einer für Wirkung der Schaltung ungünstige Streukapazität (C₁, ι, C_p2 bzw. C_e„) aufweisen, auf der Oberseite eines Teiles (23) einer durch örtliche Oxidation erhaltenen verhältnismäßig dicken isolierenden Oxidschicht gebildet sind.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum der Hilfskapazität durch einen Teil (22) der verhältnismäßig dicken Oxidschicht gebildet wird.