DE4027686A1 - Integrierte schaltung und ihre anschlussschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schaltung und ihre Anschlußschaltung, die durch eine Anschlußklemmenkonfiguration einer integrierten Hochfrequenzschaltung für symmetrischen Betrieb und durch ihre inneren Verbindungen gekennzeichnet ist, und die weiter durch eine Methode zur Herstellung der Verbindungen mit anderen gleichartigen integrierten Schaltungen gekennzeichnet ist.

Entsprechend der jüngsten Entwicklung auf dem Gebiete der Halbleitervorrichtungen ist damit begonnen worden, Hochfrequenzschaltungen im Höchstfrequenzbereich und im Ultrahochfrequenzbereich als integrierte Schaltungen auszuführen.

Es gibt den Fall, daß eine Hochfrequenzschaltung aus einem ersten integrierten Schaltkreis (im folgenden als IC bezeichnet), beispielsweise aus einem PLL-FM-Demodulationskreis (eingerastete Phasenregelschleife mit Frequenzdemodulation), sowie einem zweiten IC besteht, der ein Hochfrequenz-Differentialverstärkerkreis ist. In einem solchen Falle besitzt der erste IC eine Hochfrequenzsignaleingangsklemme und eine Demodulationssignalausgangsklemme und weist im Inneren des IC eine PLL-Demodulationsschaltung auf, die einen spannungsgesteuerten Oszillator (im folgenden als VCO bezeichnet) und einen Phasenkomparator umfaßt. Die erwähnte Eingangsklemme bildet einen symmetrischen Eingang, während die Ausgangsklemme einen symmetrischen Ausgang bildet. Weiter besitzt der IC eine symmetrische Eingangsklemme und eine unsymmetrische Ausgangsklemme.

Das Eingangssignal für den ersten IC wird beispielsweise über einen konvertierenden Symmetrieübertrager oder dgl. an die Symmetrieeingangsklemme des ersten IC gespeist.

Der erste IC besitzt weiter eine Klemme zum Anschließen eines Tankkreises an eine VCO-Erdungsklemme sowie eine Klemme für die Leistungsversorgung.

Das Signal der symmetrischen Ausgangsklemme des ersten IC wird beispielsweise über ein Voreil-Verzögerungsfilter an die symmetrische Eingangsklemme des zweiten IC geliefert.

Der zweite IC symmetriert und verstärkt das Eingangssignal und liefert ein unsymmetrisches Ausgangssignal an der Ausgangsklemme. Auch dieser zweite IC besitzt eine Erdungsklemme und eine Leistungsversorgungsquelle.

Wie erwähnt, nimmt bei der Herstellung einer Hochfrequenzschaltung als IC der Innenaufbau des IC grundsätzlich die Gestalt eines Differentialverstärkers an, jedoch ist die Druckfestigkeit der hierzu verwendeten Hochgeschwindigkeitseinrichtung so niedrig, daß nur eine Versorgungsquelle mit niedriger Spannung verwendet und daher der dynamische Eingangs-Ausgangs-Bereich des IC nicht groß gemacht werden kann. Aus diesem Grunde wird der aus einem Differentialverstärker gebildete IC für Symmetrierbetrieb ausgelegt. Andererseits wird die außen an den IC angeschlossene Schaltung (die Symmetriebübertragereingangswicklung oder das Voreil-Verzögetungsfilter) im nichtkompensierenden Betrieb verwendet.

Wenn die Hochfrequenzerdungsoberfläche groß gemacht wird, wird das Erdungspotential sowie die durch die erwähnte Leistungsversorgungsleitung oder dgl. in die Signalleitung erfolgende Rauschinduktion verringert; jedoch ist im IC die Erdungsoberfläche so klein, daß die Verringerung des Erdungspotentials nahezu unmöglich ist. Daher wird beim IC ein Verfahren zur Beseitigung des Phasenrauschens durch Symmetrieren des Schaltkreises angewandt. Wenn der Schaltkreis nicht kompensatorisch, sondern durch Erden einer der symmetrischen Ausgangsklemmen des IC zwangsweise unabgeglichen betrieben wird, wird eine doppelt so große Amplitude wie im Falle des Symmetrierbetriebes benötigt, wodurch der dynamische Eingangsbereich zu einem Problem wird. Weiter entsteht der Nachteil, daß der Verbindungsdraht oder dgl. im IC an der anderen Eingangsklemme, die geerdet ist, eine neue Impedanz bildet und der von der geerdeten Klemme gelieferte Induktonsbeitrag groß wird.

Nun besitzt zwar die Symmetriebetriebsschaltung die oben erwähnte Wirkung, kann aber nicht das durch die Induktion zwischen den Signalklemmen erzeugte Rauschen beseitigen. Deshalb wird beispielsweise eine unbesetzte Anschlußklemme zwischen den Symmetrieeingangsklemmen angebracht, so daß die Induktion zwischen den Signalklemmen reduziert oder der Abstand zwischen den symmetrischen Ausgangsklemmen des IC groß gemacht wird, um die Eingangs- oder Ausgangsklemmen des IC voneinander zu trennen.

Wird jedoch eine solche freie Klemme angebracht, obwohl die Schaltung als integrierte Schaltung ausgeführt ist und der Integrationsgrad erhöht wird, nimmt die Anzahl der Klemmen zu, so daß die Abmessungen der Baugruppe groß werden und die übrigen Funktionen montagemäßig eingeschränkt werden.

Auch wenn eine Mehrklemmenbaugruppe verwendet wird, werden die Längen der von den jeweiligen Klemmen, wie etwa der Erdungsklemme, der Spannungsversorgungsquelle und der Signalquelle, zum Chip im IC verlaufenden inneren Verbindungsdrähte so groß, daß die Hochfrequenzkennlinie verschlechtert wird, und daß, da die entsprechenden Längen unterschiedlich sind, die Wirkung des Symmetrierbetriebs zur Beseitigung des Phaseninduktionsrauschens (durch die Leistungsversorgungsleitung oder dgl.) abnimmt.

Wie erwähnt, wird bei der konventionellen integrierten Hochfrequenzschaltung für die Symmetrierung eine unbesetzte Klemme zwischen zwei Signalquellen angebracht, so daß die Induktion zwischen den Signalquellen verringert werden kann. Aufgrund der Längen der jeweiligen Verbindungsdrähte zwischen den jeweiligen Signalklemmen sowie der Erdungsklemme und dem inneren Chip hat sich aber das Problem ergeben, daß sich aufgrund der relativ unterschiedlichen Längen die Hochfrequenzkennlinie verschlechtert, das Phaseninduktionsgeräusch nicht einwandfrei beseitigt und die Anzahl der Klemmen groß wird.

Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Schaltung mit Anschlußschaltungen zu schaffen, bei der die Hochfrequenzkennlinie und die Wirkung in Bezug auf die Beseitigung des Induktionsrauschens verbessert sind.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer integrierten Schaltung, bei der die Anzahl der Anschlußklemmen nicht erhöht, sondern beibehalten wird.

Dementsprechend ist die erste erfinderische Lösung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Klemme zum Erden und ein Paar von Signalklemmen besitzt, die zu beiden Seiten neben der ersten Klemme angeordnet sind, und daß aus diesem Klemmenpaar Signaleingangs- oder Signalausgangsklemmen gebildet sind.

Die zweite Erfindungslösung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste integrierte Schaltung mit einer ersten Klemme zum Erden und einem Paar von Signalausgangsklemmen zu beiden Seiten neben der ersten Klemme, eine zweite integrierte Schaltung mit einer zweiten Klemme zum Erden und einem Paar von Signaleingangsklemmen zu beiden Seiten neben der zweiten Klemme, und Mittel zum gemeinsamen Verbinden und Erden der erwähnten ersten und zweiten Erdungsklemmen und zum Verbinden jeweils des erwähnten Paares von Signalausgangsklemmen mit dem erwähnten entsprechenden Paar von Signaleingangsklemmen aufweist.

Die dritte Erfindungslösung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Klemme zum Erden und ein Paar von Signalklemmen zu beiden Seiten neben der ersten Klemme aufweist, wobei aus diesem Signalklemmenpaar Signaleingangs- oder Signalausgangsklemmen gemacht werden, und daß Elektrodengruppen zum Verbinden der ersten Klemme und des Signalgruppenpaares mit einem inneren Chip jeweils durch Verbindungsdrähte angeschlossen sind, wobei zwei den Chip an das erwähnte Paar von Signalklemmen anschließende Verbindungsdrähte symmetrisch zueinander angeordnet sind, während der andere Verbindungsdraht den Chip mit der ersten Klemme als Mittelpunkt verbindet.

Nachfolgend wird der Gegenstand der Zeichnungen kurz beschrieben.

Fig. 1 stellt das Aufbaudiagramm einer ersten Ausführungsform der integrierten Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 stellt ein äquivalentes Schaltungsdiagramm innerhalb des integrierten Schaltkreises der Fig. 1 dar; und

Fig. 3 stellt ein Wellenformdiagramm dar, das die Beseitigung des induzierten Rauschens gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Ausführungsform einer integrierten Schaltung und ihrer Verbindungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - eine Hochfrequenzsignaleingangsklemme; 2 - eine Ausgangsklemme für das demodulierte Ausgangssignal; 3 - einen Frequenzdemodulations-IC auf Basis einer PLL einschließlich eines VCO und eines Phasenkomparators; und 4 - einen Hochfrequenz-Differentialverstärker-IC. Der IC 3 besitzt symmetrische Eingangssignalklemmen P10 und P12, symmetrische Ausgangssignalklemmen P3 und P5 sowie eine Erdungsklemme P4. Der IC 4 besitzt symmetrische Eingangssignalklemmen P17 und P19, unsymmetrische Ausgangssignalklemme P11 und P20 sowie eine Erdungsklemme P18.

Die Eingangsklemme 1 ist über einen Anschlußkondensator 5 an eine nichtabgeglichene Eingangswindung eines Symmetrieübertragers 6 angeschlossen. Eine abgeglichene Ausgangswindung des Symmetrieübertragers 6 ist mit einem Ende an die symmetrische Eingangsklemme P10 des IC 3 und mit dem anderen Ende über einen Kondensator 7 an die symmetrische Eingangsklemme P12 des IC 3 angeschlossen.

Im Falle des IC 3 sind die Klemmen P1 und P2 Anschlußklemmen für einen VCO-Tankkreis, wobei entsprechend der Tankkreis 8 mit den Klemmen P1 und P2 verbunden ist. Die Tankschaltung 8 besteht aus parallelen Kreisen (nicht dargestellt) mit einer Spule und einem veränderlichen Kondensator, an welche das Ausgangssignal der Klemme P20 des IC 4 angelegt wird. Bei den Klemmen P7 und P15 des IC 3 und des IC 4 handelt es sich um Leistungsversorgungsklemmen, die jeweils mit Leistungsquellen 9 und 10 verbunden sind.

Bei den beiden IC 3 und IC 4 sind die Ausgangsklemme P5 und die Eingangsklemme P17 sowie die Ausgangsklemme P3 und die Eingangsklemme P19 jeweils miteinander durch Kondensatoren 11 und 12 verbunden, während die Verbindungsleitung der Erdungsklemmen P4 und P18 an Erde gelegt ist. Im übrigen ist ein Widerstand 13 zur Einstellung des Gewinns an die Ausgangsklemme P11 des IC 4 angeschlossen.

Bei dieser Beschaltung wird die Ausgabe symmetrisch an den IC 4 geliefert, und somit ist es nicht mehr wie bisher erforderlich, den Abstand zwischen den symmetrischen Klemmen groß zu wählen oder ein Filter oder dgl. einzufügen, das den induzierten Signalanteil erdet. Was die Induktion zwischen den Signalklemmen P3 und P5 sowie zwischen den Signalklemmen P17 und P19 anbetrifft, ist sie reduziert, weil durch die Erdungsklemmen P4 und P18 der Klemmenabstand bewirkt wird.

Andererseits wird im kompensierten Betrieb das Ausgangssignal des IC 3 in den inneren Chip des IC 4 durch eine äquivalente Schaltung eingespeist, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt eine äquivalente Hochfrequenzschaltung, bei der Drähte von den Eingangsklemmen P17 bis P19 des IC 4 mit dem inneren Chip verbunden sind. Gemäß Fig. 2 sind Verbindungsdrähte 21, 22 und 23 von den Klemmen P17, P18 und P19 des IC 4 mit dem inneren Chip verbunden. Zwischen den Klemmen P17 und P18 sowie zwischen den Klemmen P18 und P19 treten jeweils Gehäusekapazitäten C₁ und C₂ auf, während über die Induktion der Verbindungsdrähte 21, 22 und 23 Gegeninduktivitäten M₁ und M₂ auftreten.

Die erwähnten Kapazitäten und Gegeninduktivitäten fallen hier anders als bei benachbarten Klemmen aus und sind wertmäßig kleiner als diejenigen zwischen benachbarten Klemmen. Im vorliegenden Falle verlaufen die Verbindungsdrähte 21 und 23 geometrisch symmetrisch zueinander, mit dem Erdverbindungsdraht 22 in der Mitte. Damit gilt für die Kapazitäten C₁ und C₂ folgendes:

C₁=C₂=C (1)

und

M₁=M₂=M (2)

Das bedeutet, daß zwischen den Klemmen P17 bzw. P19 und der Erdungsklemme P18 eine Kopplung durch die gleiche Kapazität C sowie eine induktive Kopplung durch die gleiche Induktivität L gegeben ist.

Wenn daher Wellenformsignale wie die in Fig. 3 dargestellten Signale S₁ und S₂ durch die Klemmen P17 und P19 eingespeist werden, besitzt die an der Erdungsklemme P18 erscheinende Wellenform die in Fig. 3 wiedergegebene Form S₂. In Fig. 3 stellt S₂ eine signallose Wellenform dar, die an der Erdungsklemme P18 nicht erscheint, wenn Signale S₁ und S₃ gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase induziert werden, wie es durch die in gestrichelter Linie dargestellte Wellenform S₁′ sowie durch die strichpunktiert eingezeichnete Wellenform S₃′ veranschaulicht ist, wobei sich die beiden Wellen gegenseitig auslöschen. Im strikten Sinne bildet das in der Erdklemme P18 induzierte Signal die Summe der kapazitiven und induktiven Komponenten. Solange also die Impedanzen der Erdungsklemme P18 und der gegenüberliegenden Bodenfläche nicht definiert sind, löschen sich die Signale nicht gegenseitig vollständig aus. Wird jedoch beispielshalber angenommen, daß gleiche induktive Phasenkopplung herrscht, trifft das Signal S₁ im wesentlichen genau mit dem Signal S₁′ zusammen, wobei das gleiche für die Signale S₃ und S₃′ zutrifft, so daß sich die in der Erdungsklemme P18 induzierten Komponenten gegenseitig auslöschen können.

Beziehungen wie die oben erwähnten Formeln (1) und (2) können auch auf die Klemmen P3, P4 und P5 des IC 3 angewandt werden, und die in der Erdungsklemme induzierte Signalkomponente kann ebenfalls durch den von der Chipseite zur Klemmenseite verlaufenden Verbindungsdraht beseitigt werden. Das heißt mit anderen Worten, daß wenn die Kopplungen zwischen den Klemmen untereinander symmetrisch, mit der Erdungsklemme im Mittelpunkt, sind, die Formeln (1) und (2) gelten und auf jeden Eingang und Ausgang unabhängig von deren Kapazitäts- und Induktivitätswerten anwendbar sind.

Im konventionellen Falle hingegen wird, weil die symmetrischen Signalklemmen nebeneinander angeordnet sind, die Eingangsamplitude reduziert und es gilt, weil die Klemmenstruktur asymmetrisch ist, folgendes:

C₁≠C₂ und M₁≠M₂ (3)

Dabei bleibt das Hochfrequenzsignal auf dem Erdpotential des IC-Chips. Es tritt der sog. Erdungsgleitzustand ein.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ergeben sich hingegen Wirkungen, aufgrund derer die Hochfrequenzleistung erhöht werden kann, wobei, da keine freie Klemme benötigt wird, die Baugruppe dimensionsmäßig kleiner ausgeführt und für eine weitere Funktion eingesetzt werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann auch in dem Falle angewandt werden, daß der Eingangsblock einen symmetrierten Ausgang besitzt und die Erdungsleitungen in gleichen Abständen zwischen den symmetrierten Leitungen verlaufen, unabhängig von der Klemmenstruktur der Eingangsstufenschaltungen bzw. der Klemmenstruktur der IC′s der hinteren Stufe.

Wie erläutert, werden gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Signalklemmen durch eine Erdungsklemme voneinander getrennt, wobei ein Abstand erzeugt wird, der die direkte Induktion zwischen den Signalklemmen reduziert. Die in der Erdungsklemme auftretenden Rauschsignale aufgrund der in der Erdungsklemme jeweils durch die Signalklemmen induzierten Signale löschen sich gegenseitig durch die gleich groß werdenden und in Gegenphase liegenden Amplituden aus. Außerdem kann die Erdungsklemme als Bezugspotentialquelle verwendet werden, so daß die Anzahl der Klemen knapp gehalten werden kann. Im Ergebnis wird eine integrierte Schaltung gewonnen, die keine unbesetzte Klemme aufweist, hoch in den Hochfrequenzkennwerten liegt und die Fähigkeit der Beseitigung induzierter Störsignale besitzt.

Claims (3)

1. Integrierte Schaltung mit symmetrischen Signaleingangs­ oder -ausgangsklemmen: gekennzeichnet durch eine erste Klemme (P4 bzw. P18) zum Erden und ein Paar von Signalklemmen (P3 und P5 oder P19 und P17), die zu beiden Seiten neben der ersten Klemme (P4 bzw. P18) angeordnet sind und Signaleingangsklemmen (P19 und P17) oder Signalausgangsklemmen (P3 und P5) des genannten Klemmenpaares bilden.

2. Schaltung, bestehend aus zwei integrierten Schaltkreisen mit symmetrischen Signalseingangs- oder -ausgangsklemmen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten integrierten Schaltkreis (3) mit einer ersten Klemme (P4) zum Erden und einem Paar von Signalausgangsklemmen zu beiden Seiten neben der ersten Klemme (P4), einen zweiten integrierten Schaltkreis (4) mit einer zweiten Erdungsklemme (P18) und einem Paar von Signaleingangsklemmen (P19 und P17) zu beiden Seiten neben der zweiten Klemme (P18), und Mittel zum gemeinsamen Verbinden und Erden der ersten und zweiten Erdungsklemmen (P4, P18) und zum Verbinden jeweils des Paares der Signalausgangsklemmen (P3 und P5) und des entsprechenden Paares von Signaleingangsklemmen (P19 und P17) aufweist.

3. Integrierte Schaltung mit symmetrischen Signalseingangs- oder -ausgangsklemmen, die über Verbindungsdrähte mit Elektroden eines inneren Chips verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Klemme (P18) zum Erden und ein Paar von Signalklemmen (P17, P19) zu beiden Seiten neben der ersten Klemme (P18), welche Signaleingangs- bzw. Signalausgangsklemmen für das genannte Klemmenpaar (P17, P19) bilden, und eine Elektrodengruppe zum Verbinden der ersten Klemme (P18) und des Signalklemmenpaares (P17, P19) an den inneren Chip (20) aufweist, wobei der Chip jeweils über Verbindungsdrähte (21, 22, 23) angeschlossen ist und zwei Verbindungsdrähte (21, 23) den Chip (20) mit dem genannten Signalklemmenpaar (P17, P19) verbinden, die ihrerseits symmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei der Verbindungsdraht (22) die erste Klemme (P18) und den Chip (20) mittig miteinander verbinden.