DE3333959C2

DE3333959C2 -

Info

Publication number: DE3333959C2
Application number: DE3333959A
Authority: DE
Inventors: Kuniaki Yokohama Jp Goto
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-09-20
Filing date: 1983-09-20
Publication date: 1990-05-23
Also published as: GB2128427B; JPH0418459B2; GB2128427A; JPS5952874A; GB8324322D0; US4547743A; DE3333959A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkungsregel-Schaltung mit:

a) einem ersten und einem zweiten Transistor von einem ersten Leitungstyp in Differenzschaltung,
b) einem ersten und einem zweiten Widerstand zwischen dem Kollektor des ersten bzw. des zweiten Transistors und einem ersten Potential,
c) einem dritten und einem vierten Widerstand zwischen dem Emitter des ersten bzw. zweiten Transistors und einem zweiten Potential,
d) einem fünften Widerstand zwischen den Emittern des ersten und des zweiten Transistors,
e) einem dritten und einem vierten Transistor vom entgegengesetzten Leitungstyp, die jeweils an den Emitter des ersten bzw. des zweiten Transistors angeschlossen sind,
f) einer Verstärkungsregel-Spannungsquelle, die an den dritten und vierten Transistor angeschlossen ist.

Solche Verstärkungsregel-Schaltungen sollen bevorzugt in TV-Signalverstärkungsschaltungen eingesetzt werden.

Aus der DE-OS 31 16 228 ist eine Verstärkerschaltung mit steuerbarem Verstärkungsgrad bekannt. Sie enthält einen ersten und zweiten Transistor von einem ersten Leitungstyp sowie einen dritten und vierten Transistor von einem entgegengesetzten Leitungstyp. Die bekannte Verstärkungsregel-Spannungsquelle ist an die Emitter des dritten und vierten Transistors angeschlossen, während deren Kollektoren mit Erdpotential verbunden sind. Durch diesen Aufbau ist der Nachteil gegeben, daß der Emitter-Kollektor-Widerstand des dritten und vierten Transistors jeweils als variable Lastimpedanz wirkt. Daher ist es notwendig, die Emitterströme dieser beiden Transistoren innerhalb eines großen Bereiches zu verändern, um die variable Lastimpedanz zu verändern. Die Veränderung der Emitterströme innerhalb weiter Bereiche bedeutet aber, daß der vom AVR-System ausgehende Steuerstrom im großen Umfange verändert werden muß.

Aus der DE-OS 31 16 229 sowie aus der DE-OS 31 16 230 sind ebenfalls Verstärkungsschaltungen mit steuerbarem Verstärkungsgrad bekannt, welche ähnlich der der DE-OS 31 16 228 sind.

In den bekannten Schaltungen für eine automatisch arbeitende Verstärkungsregel-Leistungsstufe sind Widerstände mit den Emittern zweier Transistoren verbunden, die ein Differenzschaltungspaar bilden. Der dritte und vierte Transistor sind als sog. aktive Last eingefügt. Durch Ändern der Verstärkungsregel-Spannungsquelle, die mit dem dritten und vierten Transistor verbunden sind, können deren Sättigungswiderstandswerte verändert werden. Daraus ergibt sich, daß sich die Emitter-Widerstandswerte der beiden Transistoren des Differenzschaltungspaares ändern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkungsregel-Schaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit einem geringen Steuerstrom eine vereinfachte Schaltung bzw. ein vorteilhafterer Schaltungsaufbau erzielt werden soll.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Emitter des dritten Transistors bzw. vierten Transistors mit dem Emitter des ersten Transistors bzw. des zweiten Transistors verbunden ist und die Kollektoren des dritten und vierten Transistors untereinander in Verbindung stehen, und die Verstärkungsregel-Spannungsquelle über einen sechsten Widerstand den miteinander verbundenen Basen des dritten und vierten Transistors zugeführt ist.

In vorteilhafter Weise sind die Kollektoren des dritten und vierten Transistors miteinander verbunden. Die Emitter dieser beiden Transistoren sind hingegen nicht zusammengeführt, sondern jeweils mit den Emittern des ersten und zweiten Transistors verbunden. Die Sättigungsimpedanz zwischen den Kollektoren und Emittern der Transistoren wirkt als variable Lastimpedanz. Diese variable Lastimpedanz kann durch Zuführung eines geringen Steuerstroms der Verstärkungsregel-Spannungsquelle in weitem Umfang verändert werden. Darüber hinaus ergibt sich eine geringe Anzahl von Halbleiter-Inselbereichen, so daß die für die gesamte Schaltung erforderliche Fläche verkleinert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild einer integrierten Verstär kungsregel-Schaltung mit variab lem Widerstand;

Fig. 2A eine Draufsicht auf die integrierte Schaltung in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2B einen Schnitt durch die Schaltung der Fig. 2A entlang der Linie A-A′;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der integrierten Schaltung; und

Fig. 4 eine nochmals andere Ausführungsform der Schaltung, ebenfalls in Draufsicht.

Das Ersatzschaltbild der integrierten Verstärkungsregel- Schaltung mit variablem Widerstand gemäß Fig. 1 zeigt zwei npn-Transistoren 11 und 12, die ein Differenzpaar bilden. Die Differenz-Eingangspannung V _in wird den Basen der Transistoren 11 und 12 zugeleitet. Ihre Kollektoren sind mit einer ersten Spannungsquelle V _cc über Widerstände 13 und 14 verbunden, während ihre Emitter mit einer zweiten Spannungsquelle (z.B. Masse V _ss) über Widerstände 15 und 16 verbunden sind. Ein Widerstand 17 liegt zwischen den Emittern der Transistoren 11 und 12, welche außerdem mit den Emittern zweier pnp-Transistoren 18 und 19 verbunden sind, die als variable Last dienen. Deren Basen stehen mit einander direkt und außerdem mit einer Verstärkungsregel- Spannungsquelle 21 über einen Widerstand 20 in Verbindung. Der Stromwert der Verstärkungsregel-Spannungsquelle 20, die mit ihrer anderen Anschlußseite mit Masse V _ss verbunden ist, kann variabel sein. Die Differenz-Ausgangsspannung V₀ wird an den Kollektoren der Transistoren 11 und 12 abgegriffen.

Der Verstärkungsfaktor wird auf folgende Weise geregelt. Wenn der Stromwert der Verstärkungsregel-Spannungsquelle 21 auf Null gestellt ist, ist der Gesamtverstärkungsfaktor der Schaltung ein vorgegebener Wert, der durch das Verhält nis der Gruppe von Widerständen 15, 16 und 17 zu den Last widerständen 13 und 14 bestimmt ist. Ist dagegen der Strom wert der Verstärkungsregel-Spannungsquelle 21 groß genug, so daß die Transistoren 18 und 19 im Sättigungsbereich ar beiten, dann sind die Sättigungswiderstände der Transistoren 18 und 19 erheblich niedriger als die Widerstandswerte der Widerstände 15, 16 und 17, so daß die Werte der Emitter widerstände der Transistoren 18 und 19 verringert erschei nen. In diesem Fall ist der Verstärkungsfaktor der Schal tung erhöht, verglichen mit dem vorherigen Zustand. Eine Änderung im Stromwert der Verstärkungsregel-Spannungs quelle 21 zieht also aufgrund der Sättigungswiderstände eine Änderung des Verstärkungsfaktors der Schaltung nach sich.

Fig. 2A gibt eine Draufsicht der integrierten Verstärkungs regelschaltung mit variablem Widerstand wieder, dessen Ersatzschaltbild in der Fig. 1 dargestellt ist, wäh rend Fig. 2B einen Schnitt entlang der Linie A-A′ in der Fig. 2A zeigt. Beide Figuren zeigen nur einen Ausschnitt aus der integrierten Schaltung. Gemäß diesem Ausführungsbei spiel der Erfindung sind die Transistoren 18 und 19 und der Widerstand 17 in einem einzigen Halbleiter-Inselbereich ausgebildet, damit die Schaltung (Fig. 1) als integrierte Schaltung ausgebildet wird.

Eine vergrabene n⁺-Schicht 31 wird auf einem p-Silizium- Substrat 30 hergestellt. Ein n-Halbleiterbereich 32 wird durch epitaxiales Aufwachsen oder auf ähnliche Weise über der vergrabenen n⁺-Schicht 31 erzeugt. Der n-Halbleiter bereich 32, der der vergrabenen n⁺-Schicht 31 entspricht, ist von einem p⁺-Isolationsbereich (Abschirmring) 33 umge ben, der mit Hilfe von Diffusionstechnik erzeugt wird, und ist von den übrigen n-Halbleiterbereichen (nicht ge zeigt) isoliert, so daß ein Inselbereich entsteht. Ein ringförmiger Halbleiterbereich 34 ist durch Diffusions technik im Halbleiterbereich 32 als Inselbereich erzeugt, der von allen übrigen Halbleiterbereichen isoliert ist. Ein p-Halbleiterbereich 35 innerhalb des ringförmigen Halblei terbereichs 34, der von letzterem einen Abstand einhält, ist durch Diffusionstechnik im Oberflächenschichtbereich des Halbleiterbereiches 32 ausgebildet. Ein ringförmiger p-Halbleiterbereich 36 und ein p-Halbleiterbereich 37 innerhalb des Bereichs 36 und mit Abstand zu letzterem sind durch Diffusionstechnik in einer anderen Zone der Oberflächenschicht des Halbleiterbereichs 32 erzeugt und halten gegenüber den Halbleiterbereichen 34 und 35 einen Abstand. Durch Diffusionstechnik ist in einem wieder ande ren Bereich der Oberflächenschicht des n-Halbleiterbereichs 32 ein p-Halbleiterbereich 38 zwischen den beiden p-Halblei terbereichen 34 und 36 ausgebildet. Außerdem ist ein n⁺- Halbleiterbereich 39 durch Diffusionstechnik im wesentli chen auf der Mitte zwischen den beiden ringförmigen Halb leiterbereichen 34 und 36 ausgebildet. Ein Siliziumoxid film 40 deckt die ganze Oberfläche dieses wie vorstehend beschriebenen Aufbaus ab; er wird erzeugt, nachdem die Diffusionsvorgänge beendet sind. Der Siliziumoxidfilm 40 ist selektiv geätzt, damit Teilflächen der p-Halbleiterbe reiche 34, 35, 36, 37 und 38 freiliegen, damit zu den p- Halbleiterbereichen 34 und 35 Kontaktlöcher 41 und 42 und zu den p-Halbleiterbereichen 36 und 37 Kontaktlöcher 43 und 44 vorhanden sind. Im Bereich der beiden Enden des p- Halbleiterbereichs 38 sind Kontaktlöcher 45 und 46 erzeugt. Außerdem ist der Siliziumoxidfilm 40 stellenweise so ge ätzt, daß die Oberfläche des n⁺-Halbleiterbereichs 39 zu einem Teil freiliegt und damit ein Kontaktloch 47 zum n⁺- Halbleiterbereich 39 besteht. Ein leitfähiges Material wie Aluminium wird auf der gesamten Oberfläche in einer bestimmten Stärke nach Bildung der Kontaktlöcher nieder geschlagen. Danach wird der Aluminiumfilm in einem Muster durch selektives Ätzen weggeätzt, so daß der p-Halbleiter bereich 35 mit einem Ende des p-Halbleiterbereichs 38 durch die Kontaktlöcher 42 und 45 hindurch mit der leitfä higen Schicht 48 verbunden sind. Diese steht auch mit dem Emitterbereich des Transistors 11 in Verbindung, der einen weiteren (nicht gezeigten) Inselbereich darstellt. In gleicher Weise ist der p-Halbleiterbereich 37 mit dem an deren Ende des p-Halbleiterbereichs 38 über die Kontaktlöcher 44 und 46 mit Hilfe der leitfähigen Schicht 49 verbunden. Diese steht auch mit dem Emitterbereich des Transistors 12, der als weiterer Inselbereich (nicht gezeigt) ausgebildet ist, in Verbindung. Eine leitfähige Schicht 50 verbindet die p-Halbleiterbereiche 34 und 36 über deren Kontaktlöcher 41 und 43. Eine leitfähige Schicht 51 verbindet den n⁺- Halbleiterbereich 39 mit einem Ende des Widerstands 20, der in einem weiteren Inselbereich (nicht gezeigt) formiert ist, über das Kontaktloch 47. Danach wird ein Siliziumoxid film 52 auf einem freiliegenden Abschnitt des p-Halbleiter bereichs 38 abgelagert.

Pnp-Transistor 18, pnp-Transistor 19 und Widerstand 17 sind im n-Halbleiterbereich 32 ausgebildet, der durch den p⁺- Isolationsbereich 33 isoliert ist. Pnp-Transistor 18 ent hält als Kollektorbereich den p-Halbleiterbereich 34, als Emitterbereich den p-Halbleiterbereich 35 und als Basisbe reich den n-Halbleiterbereich 32. Der pnp-Transistor 19 be sitzt als Kollektorbereich den p-Halbleiterbereich 36, als Emitterbereich den p-Halbleiterbereich 37 und als Basisbe reich den n-Halbleiterbereich 32. Widerstand 17 wird durch p-Halbleiterbereich 38 dargestellt, der zwischen den Tran sitoren 18 und 19 ausgebildet ist. Die Kollektoren der Transistoren 18 und 19 sind miteinander durch die Leiter schicht 50 verbunden. Der Emitter des Transistors 18 ist mit dem Widerstand 17 über die leitfähige Schicht 48 ver bunden. Der Emitter des Transistors 19 ist mit dem Wider stand 17 über die leitfähige Schicht 49 verbunden. Tran sistor 18 und 19 besitzen einen gemeinsamen Basisbereich, so daß ihre Basen miteinander in Verbindung stehen.

Da die Transistoren 18 und 19 und der Widerstand 17 in ei nem einzigen Halbleiterbereich ausgebildet sind, ist die Anzahl der erforderlichen Halbleiterbereiche vermindert. Aus diesem Grund kann die für das Muster erforderliche Fläche im Vergleich zu herkömmlichen Musterflächen ver mindert werden, was geringere Kosten bedeutet.

Fig. 3 zeigt die Draufsicht einer erfindungsgemäßen inte grierten Verstärkungsregel-Schaltung mit variablem Wi derstand in einer anderen Ausführungsform. Die Transistoren 18 und 19 und der Widerstand 17 sind dabei in einem einzi gen Halbleiterbereich in derselben Weise wie beim Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 2 ausgebildet. Der p-Halbleiterbe reich 38 dient als Widerstand 17 und ist nicht gesondert ausgebildet. Die zwei p-Halbleiterbereiche 35 und 37, die als Emitterbereiche der Transistoren 18 und 19 dienen, sind einteilig ausgebildet, so daß sie den p-Halbleiter bereich 53 darstellen, der sich dazwischen erstreckt. Ein Teil des p-Halbleiterbereichs 53 wird als Widerstand 17 verwendet. Aus diesem Grund birgt das Kontaktloch 42, das für den Emitter des Transistors 18 dient, auch als Kontakt loch (45 in Fig. 2) des Widerstands 17. Gleiches gilt für das Kontaktloch 44 des Emitters des Transistors 19, das auch als Kontaktloch (46 in Fig. 2) des Widerstands 17 dient. Die Ausbildungsmuster der p-Halbleiterbereiche 34′ und 36′, die zu den Transistoren 18 bzw. 19 gehören, sind gegenüber der Form des in Fig. 2 gezeigten Musters modi fiziert, damit sie das Muster des p-Halbleiterbereichs 53 nicht überlappen. Da alle übrigen Teile im wesentlichen genauso sind wie in Fig. 2, kann eine ins Einzelne gehen de Beschreibung unterbleiben.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht einer integrierten Verstär kungsregel-Schaltung mit variablem Widerstand in einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung. Die Tran sistoren 18 und 19 und der Widerstand 17 sind in einem ein zigen Halbleiterbereich so formiert, wie bereits in Fig. 2 gezeigt. Darüber hinaus wird Widerstand 17 zu einem Teil durch einen p-Halbleiterbereich 53 gebildet, der als ge meinsamer Emitterbereich der Transistoren 18 und 19 dient, wie dies auch bereits in Verbindung mit dem Ausführungsbei spiel nach Fig. 3 beschrieben wurde. Die p-Halbleiterberei che 34, 36 (Fig. 2), die dort als Kollektorbereiche der Transistoren 18 und 19 dienen, sind einstückig geformt und bilden den einzigen p-Halbleiterbereich 54. Kontaktlöcher 55 und 56 sind so angebracht, daß sie Teile der Oberflä che dieses p-Halbleiterbereichs 54 freilegen. Aus Aluminium hergestellte leitende Schichten 57 und 58 decken die Kon taktlöcher 55 und 56 ab, so daß dadurch die Sättigungswider stände der Transistoren 18 und 19 ausreichend verringert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs formen beschränkt, da verschiedene Änderungen und Abwand lungen innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich sind. Anstelle der in der Beschreibung aufgeführten pnp-Tran sistoren 18 und 19 können diese auch als npn-Transistoren ausgebildet sein. Die Leitfähigkeiten der anderen Bereiche sind dann entsprechend zu ändern. Statt des Aluminiums als Material für die leitfähigen Schichten 48 und 49 läßt sich auch polykristallines Silizium oder eine Kombination dessen mit einem Metall einsetzen.

Claims

1. Verstärkungsregel-Schaltung mit

a) einem ersten und einem zweiten Transistor (11, 12) von einem ersten Leitungstyp in Differenzschaltung,
b) einem ersten und einem zweiten Widerstand (13, 14) zwischen dem Kollektor des ersten bzw. des zweiten Transistors (11 bzw. 12) und einem ersten Potential (V _cc),
c) einem dritten und einem vierten Widerstand (15, 16) zwischen dem Emitter des ersten bzw. zweiten Transistors (11, 12) und einem zweiten Potential (V _ss),
d) einem fünften Widerstand (17) zwischen den Emittern des ersten und des zweiten Transistors (11, 12),
e) einem dritten und einem vierten Transistor (18, 19) vom entgegengesetzten Leitungstyp, die jeweils an den Emitter des ersten bzw. des zweiten Transistors (11, 12) angeschlossen sind,
f) einer Verstärkungsregel-Spannungsquelle (21), die an den dritten und vierten Transistor (18, 19) angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

g) der Emitter des dritten Transistors (18) bzw. vierten Transistors (19) mit dem Emitter des ersten Transistors (11) bzw. des zweiten Transistors (12) verbunden ist und die Kollektoren des dritten und vierten Transistors (18, 19) untereinander in Verbindung stehen, und
h) die Verstärkungsregel-Spannungsquelle (21) über einen sechsten Widerstand (20) den miteinander verbundenen Basen des dritten und vierten Transistors (18, 19) zugeführt ist.

2. Verstärkungsregel-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor (18) und vierte Transistor (19) mit dem fünften Widerstand (17) einen Halbleiter-Inselbereich (32) bilden, wobei der fünfte Widerstand (17) zwischen dem dritten und vierten Transistor (18, 19) ausgebildet ist.

3. Verstärkungsregel-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor (18) als Basisbereich in einer Oberflächenschicht eines Halbleitersubstrats (30) eines ersten Leitfähigkeitstyps einen ersten Halbleiterbereich (32) eines zweiten Leitfähigkeitstyps hat, der als Halblei ter-Inselbereich dient und so ausgebildet ist, daß er ge genüber weiteren Halbleiterbereichen isoliert ist, und daß Emitter- und Kollektorbereiche, die als zweite und dritte Halbleiterbereiche (35, 34) des ersten Leitfähig keitstyps dienen, einander benachbart innerhalb des ersten Halbleiterbereichs formiert sind, daß der vierte Transistor (19) einen ersten Halbleiterbereich (32) als Basisbereich und vierte und fünfte Halbleiterbereiche (37, 38) des ersten Leitfähigkeitstyps als Emitter und Kollektorbereiche hat, die von dem zweiten und dritten Halbleiterbereich abgesetzt sind, einander benachbart und im ersten Halbleiterbereich ausgebildet sind, und daß der fünfte Widerstand (17) einen sechsten Halbleiterbereich (38) des ersten Leitfähigkeits typs aufweist und zwischen dem dritten und vierten Transis tor (18, 19) innerhalb des ersten Halbleiterbereichs for miert ist.

4. Verstärkungsregel-Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine leitfähige Schicht (48), die den sechsten Halbleiter bereich (38) mit dem zweiten Halbleiterbereich (35) verbin det, sowie eine leitfähige Schicht (49), die den sechsten Halbleiterbereich (38) mit dem vierten Halbleiterbereich (37) verbindet.

5. Verstärkungsregel-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und der vierte Transistor einen gemeinsa men Emitterbereich haben.

6. Verstärkungsregel-Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Widerstand (17) Teile des gemeinsamen Emit terbereichs umfaßt.

7. Verstärkungsregel-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor (18) als Basisbereich in einer Oberflächenschicht eines Halbleitersubstrats (30) einer ersten Leitfähigkeitstype einen ersten Halbleiterbereich (32) des zweiten Leitfähigkeitstyps hat, der als Halblei ter-Inselbereich dient und so formiert ist, daß er von ei nem weiteren Halbleiter-Inselbereich isoliert ist, sowie einen zweiten und einen dritten Halbleiterbereich (53, 34′) des ersten Leitfähigkeitstyps hat, der als Emitter- bzw. Kollektorbereich dient und dem ersten Halbleiterbereich (32) benachbart formiert ist, daß der vierte Transistor (19) den ersten Halbleiterbereich (32) als Basisbereich, den zweiten Halbleiterbereich (53) als Emitterbereich und ei nen vierten Halbleiterbereich (36′) als Kollektorbereich, hat, der vom dritten Halbleiterbereich (34′) abgesetzt, dem zwei ten Halbleiterbereich (53) benachbart und im ersten Halb leiterbereich (32) formiert ist, und daß der fünfte Widerstand (17) einen Teil des zweiten Halbleiterbereichs (53) einnimmt.

8. Verstärkungsregel-Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und der vierte Transistor (18, 19) einen gemeinsamen Kollektorbereich haben.

9. Verstärkungsregel-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor (18) als Basisbereich in einer Oberflächenschicht eines Halbleitersubstrats (30) eines ersten Leitfähigkeitstyps einen ersten Halbleiterbereich (32) der zweiten Leitfähigkeitstype, der als Halbleiter- Inselbereich dient und so formiert ist, daß er von einem anderen Halbleiter-Inselbereich isoliert ist, und einen zweiten und einen dritten Halbleiterbereich (53, 54) des zweiten Leitfähigkeitstyps als Emitter- bzw. Kollektor-Be reich hat, die im ersten Halbleiterbereich (32) mit Ab stand zueinander ausgebildet sind, daß der vierte Transis tor (19) den ersten Halbleiterbereich (32) als Basisbe reich, den zweiten Halbleiterbereich (53) als Emitterbe reich und den dritten Halbleiterbereich (54) als Kollek torbereich hat, und daß der fünfte Widerstand (17) Teil des zweiten Halbleiterbereichs (53) ist.

10. Verstärkungsregel-Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitfähige Schicht (57) die Oberfläche des drit ten Halbleiterbereichs (54) teilweise überdeckt.