Hintergrund der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine Halbleiterschaltungsvorrichtung, die eine
Differenzverstärkerschaltung aufweist.
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Eine Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung ist im Stand der Technik als
Beispiel einer Halbleiterschaltungsvorrichtung mit einer Differenzverstärkerschaltung
wohlbekannt. In dem Fall, daß die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung
durch eine integrierte Halbleiterschaltung implementiert ist, weist die
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung ein Halbleitersubstrat, erste bis dritte
Widerstände, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, und die
Differenzverstärkerschaltung, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, auf. Die
Differenzverstärkerschaltung weist erste und zweite Eingangsanschlußstellen und eine
Ausgangsanschlußstelle auf. Der erste Widerstand ist zwischen einer
Signal-Eingangsanschlußstelle und der ersten Eingangsanschlußstelle durch ein erstes
Verdrahtungsmuster verbunden. Der erste Widerstand und das erste Verdrahtungsmuster
dienen als Signal-Eingangsleitung. Ein zweiter Widerstand ist zwischen der
Ausgangsanschlußstelle und der zweiten Eingangsanschlußstelle durch ein zweites
Verdrahtungsmuster verbunden. Weiterhin ist die zweite Eingangsanschlußstelle
durch den dritten Widerstand geerdet. Der ersten Eingangsanschlußstelle wird ein
Eingangssignal durch den ersten Widerstand zugeführt, und sie hat ein erstes
elektrisches Eingangspotential oder eine erste Eingangsspannung. Die zweite
Eingangsanschlußstelle hat ein zweites elektrisches Eingangspotential oder eine
zweite Eingangsspannung.
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Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung verstärkt eine Differenzspannung
zwischen der ersten und der zweiten Eingangsspannung und gibt ein verstärktes
Signal zur Ausgangsanschlußstelle als Ausgangssignal mit einer vorbestimmten
Referenzspannung aus. Der zweite Widerstand dient als Rückkoppelwiderstand
zum Rückkoppeln des Ausgangssignals zur zweiten Eingangsanschlußstelle.
Daher dienen der zweite Widerstand und das zweite Verdrahtungsmuster als
Rückkoppelleitung. Der dritte Widerstand dient als Spannungsteilungswiderstand.
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Dabei ist es unvermeidbar, daß die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung eine
erste und eine zweite parasitäre Kapazität hat. Die erste parasitäre Kapazität wird
zwischen der Signal-Eingangsleitung und dem Halbleitersubstrat ausgebildet, und
zwar insbesondere zwischen dem ersten Widerstand und dem Halbleitersubstrat.
Die erste parasitäre Kapazität hat einen ersten Kapazitätswert. Gleichermaßen
wird die zweite parasitäre Kapazität zwischen der Rückkoppelleitung und dem
Halbleitersubstrat ausgebildet, und zwar insbesondere zwischen dem zweiten
Widerstand und dem Halbleitersubstrat. Die zweite parasitäre Kapazität hat einen
zweiten Kapazitätswert. Der erste und der zweite Kapazitätswert sind
unterschiedlich voneinander. Die erste und die zweite Eingangsspannung werden jeweils
durch die erste und die zweite parasitäre Kapazität beeinflußt. Wenn sich ein
äußeres Rauschen auf die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung aufschaltet,
schwanken die erste und die zweite Eingangsspannung einzeln in bezug auf die
Amplitude mit einer Zeitverzögerung, weil der erste und der zweite Kapazitätswert
unterschiedlich voneinander sind. In diesem Fall hat das Ausgangssignal eine
große Amplitudenschwankung. Dies bedeutet, daß die
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung sich schwer tut, das Ausgangssignal mit der vorbestimmten
Referenzspannung zu erzeugen.
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"Patent Abstracts of Japan, vol. 9, no. 47 (E-299); = JP-A-59,185,432" offenbart
eine Schaltung zum Reduzieren von Rausch- bzw. Störkomponenten, die durch
Parallelschalten eines Kondensators zu einer Kapazität gleich der parasitären
Kapazität einer Photodiode und durch Einprägen ihrer Ausgangssignale jeweils zum
invertierten und nicht invertierten Eingangsanschluß eines Differenzverstärkers zu
einer Vorspannungsversorgungsquelle gemischt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Halbleiterschaltungsvorrichtung
zu schaffen, die einen Einfluß parasitärer Kapazitäten reduzieren kann.
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Andere Aufgaben dieser Erfindung werden im Verlauf der Beschreibung klar.
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Eine Halbleiterschaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist im unabhängigen
Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche definieren besondere
Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Während hierin nachfolgend mehrere Ausführungsbeispiele der
Halbleiterschaltungsvorrichtung beschrieben sind, soll verstanden werden, daß nur die in
Zusammenhang mit den Fig. 12 bis 19 beschriebenen Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind und die anderen lediglich für Erklärungszwecke
beschrieben sind.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist eine Halbleiterschaltungsvorrichtung
folgendes auf: ein Halbleitersubstrat und eine Differenzverstärkerschaltung, die auf dem
Halbleitersubstrat ausgebildet ist und die einen ersten und einen zweiten
Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß aufweist. Der
Differenzverstärkerschaltung wird ein Eingangssignal über einen ersten Widerstand zugeführt, der mit
dem ersten Eingangsanschluß verbunden ist und ein Ausgangssignal durch den
Ausgangsanschluß erzeugt. Der Differenzverstärkerschaltung wird das
Ausgangssignal durch einen zweiten Widerstand zugeführt, der zwischen dem zweiten
Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß angeschlossen ist. Die
Halbleiterschaltungsvorrichtung hat eine erste parasitäre Kapazität bzw. einen ersten
parasitären Kondensator, der zwischen dem Halbleitersubstrat und dem ersten
Widerstand ausgebildet ist, und einen zweiten parasitären Kondensator, der zwischen
dem Halbleitersubstrat und dem zweiten Widerstand ausgebildet ist.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist jeder von dem ersten und dem zweiten
Widerstand durch ein Verdrahtungsmuster implementiert und ist in einer
Verdrahtungsschicht ausgebildet, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, so daß der
erste und der zweite parasitäre Kondensator gleich zueinander sind.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine Halbleiterschaltungsvorrichtung
folgendes auf: ein Halbleitersubstrat, eine Differenzverstärkerschaltung, die auf
dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und die einen ersten und einen zweiten
Eingangsanschluß aufweist, und ein Schaltungselement, das auf dem
Halbleitersubstrat ausgebildet ist und mit einem von dem ersten und dem zweiten
Eingangsanschluß verbunden ist. Die Halbleiterschaltungsvorrichtung hat einen ersten
parasitären Kondensator, der zwischen dem Schaltungselement und dem
Halbleitersubstrat ausgebildet ist.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Halbleiterschaltungsvorrichtung
weiterhin folgendes auf: ein Blindschaltungselement, das auf dem
Halbleitersubstrat derart ausgebildet ist, daß es neben dem Schaltungselement liegt, um
zwischen dem Blindschaltungselement und dem Halbleitersubstrat einen zweiten
parasitären Kondensator auszubilden, der gleich dem ersten parasitären
Kondensator ist. Das Blindschaltungselement ist mit einem weiteren von dem ersten und
dem zweiten Eingangsanschluß verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung:
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Fig. 1 zeigt einen Schaltungsaufbau einer herkömmlichen
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung;
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Fig. 2 zeigt Wellenformen zum Beschreiben eines Betriebs der in Fig. 1
dargestellten Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung;
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Fig. 3 zeigt einen Schaltungsaufbau einer herkömmlichen invertierenden
Verstärkerschaltung;
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Fig. 4 zeigt einen Schaltungsaufbau einer in Fig. 3 dargestellten
Differenzverstärkerschaltung;
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Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines Halbleitersubstrats zum Beschreiben
einer ersten Art, die zum Ausbilden eines ersten und eines zweiten
Widerstandes dient, die in Fig. 3 dargestellt sind;
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Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats zum Beschreiben
einer zweiten Art, die zum Ausbilden des ersten und des zweiten
Widerstandes dient, die in Fig. 3 dargestellt sind;
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Fig. 7 zeigt eine flächenmäßige Ansicht zum Beschreiben einer Art, die zum
Ausbilden eines ersten und eines zweiten Widerstandes dient, die in
einer Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung enthalten sind;
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Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht entlang den Linien A-A' der Fig. 7;
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Fig. 9 zeigt Wellenformen zum Beschreiben eines Betriebs der
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung;
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Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht zum Beschreiben eines weiteren Beispiels
der Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung;
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Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht zum Beschreiben eines weiteren Beispiels
der Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung;
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Fig. 12 zeigt einen Schaltungsaufbau einer invertierenden
Verstärkerschaltung als Beispiel einer Halbleiterschaltungsvorrichtung gemäß dieser
Erfindung;
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Fig. 13 zeigt eine Schnittansicht eines Halbleitersubstrats zum Beschreiben
einer ersten Art, die zum Ausbilden eines ersten und eines zweiten
Widerstandes dient, die in Fig. 12 dargestellt sind;
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Fig. 14 zeigt einen flächenmäßige Ansicht zum Beschreiben einer
Verbindungsart, die zum Verbinden des ersten und des zweiten
Widerstandes, die in Fig. 12 dargestellt sind, und von
Aluminiumverdrahtungsmustern dient;
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Fig. 15 zeigt eine flächenmäßige Ansicht zum Beschreiben einer weiteren
Verbindungsart, die zum Verbinden des ersten und des zweiten
Widerstandes und der Aluminiumverdrahtungsmuster dient;
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Fig. 16 zeigt eine flächenmäßige Ansicht zum Beschreiben einer weiteren
Verbindungsart, die zum Verbinden des ersten und des zweiten
Widerstandes und der Aluminiumverdrahtungsmuster dient;
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Fig. 17 zeigt eine Schnittansicht eines Halbleitersubstrats zum Beschreiben
einer zweiten Art, die zum Ausbilden des ersten und des zweiten
Widerstandes dient, die in Fig. 12 dargestellt sind;
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Fig. 18 zeigt einen Schaltungsaufbau eines weiteren Beispiels der
Halbleiterschaltungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung; und
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Fig. 19 zeigt einen Schaltungsaufbau eines weiteren Beispiels der
Halbleiterschaltungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele:
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Zuerst wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 eine Referenzspannungs-
Erzeugungsschaltung als erstes Beispiel einer herkömmlichen
Halbleiterschaltungsvorrichtung beschrieben, um ein Verstehen dieser Erfindung zu erleichtern.
Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung weist folgendes auf: erste bis dritte
Widerstände 21 bis 23 und eine Differenzverstärkerschaltung 24 mit ersten und
zweiten Eingangsanschlüssen 24-1 und 24-2 und einem Ausgangsanschluß 24-3.
Der erste Eingangsanschluß 24-1 ist durch den ersten Widerstand 21 mit einem
Signal-Eingangsanschluß 25 verbunden, und ihm wird ein Eingangssignal mit
einem konstanten elektrischen Potential oder einer konstanten elektrischen
Spannung zugeführt. Der zweite Eingangsanschluß 24-2 ist durch den zweiten
Widerstand 22 mit dem Ausgangsanschluß 24-3 verbunden und ist durch den dritten
Widerstand 23 geerdet. Wie es klar werden wird, dient der zweite Widerstand 22 als
Rückkoppelwiderstand zum Rückkoppeln eines von der
Differenzverstärkerschaltung 24 ausgegebenen Ausgangssignals zum zweiten Eingangsanschluß 24-2. Der
dritte Widerstand 23 dient als Spannungsteilungswiderstand. Die
Differenzverstärkerschaltung 24 kann Komparatorschaltung genannt werden.
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In dem Fall, in dem die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung durch eine
integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung implementiert ist, ist die
Differenzverstärkerschaltung 24 auf einem Halbleitersubstrat (nicht gezeigt) ausgebildet. Der erste
Widerstand 21 ist zwischen dem Signal-Eingangsanschluß 25 und dem ersten
Eingangsanschluß 24-1 durch ein erstes Verdrahtungsmuster angeschlossen. Der
erste Widerstand 21 und das erste Verdrahtungsmuster werden gemeinsam
Signal-Eingangsleitung genannt. Das erste Verdrahtungsmuster ist in einer oberen
Verdrahtungsschicht ausgebildet, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist.
Der zweite Widerstand 22 ist zwischen dem Ausgangsanschluß 24-3 und dem
zweiten Eingangsanschluß 24-2 durch ein zweites Verdrahtungsmuster
angeschlossen. Der zweite Widerstand 22 und das zweite Verdrahtungsmuster werden
gemeinsam Rückkoppelleitung genannt. Das zweite Verdrahtungsmuster ist in
einer mittleren Verdrahtungsschicht ausgebildet, die zwischen der oberen
Verdrahtungsschicht und dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist. Der Ausgangsanschluß
24-3 und der Signal-Ausgangsanschluß 26 sind durch ein drittes
Verdrahtungsmuster verbunden, das Signal-Ausgangsleitung genannt wird. Der dritte Widerstand
23 ist durch eine Erdungsleitung geerdet. Die Erdungsleitung ist durch ein
Erdungsverdrahtungsmuster implementiert.
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Wenn das Eingangssignal durch den Signal-Eingangsanschluß 25 zum ersten
Eingangsanschluß 24-1 zugeführt wird, hat der erste Eingangsanschluß 24-1 ein
erstes elektrisches Potential P1. Das Ausgangssignal wird durch die
Rückkoppelleitung zum zweiten Eingangsanschluß 24-2 zurückgebracht. In diesem Zustand hat
der zweite Eingangsanschluß 24-2 ein zweites elektrisches Potential P2, das durch
Werte des ersten und des zweiten Widerstandes 22 und 23 bestimmt wird. Wenn
ein elektrisches Ausgangspotential OP des Ausgangssignals größer wird, wird das
zweite elektrische Potential P2 höher als das erste elektrische Potential P1. In
diesem Fall handelt die Differenzverstärkerschaltung 24 zum Absenken eines
differentiellen elektrischen Potentials zwischen dem ersten und dem zweiten
elektrischen Potential. Als Ergebnis wird das elektrische Ausgangspotential OP des
Ausgangssignals reduziert, so daß das erste und das zweite elektrische Potential P1
und P2 gleich zueinander sind.
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Wenn das elektrische Ausgangspotential OP kleiner wird, wird das zweite
elektrische Potential P2 niedriger als das erste elektrische Potential P1. In diesem Fall
handelt die Differenzverstärkerschaltung 24 zum Absenken des differentiellen
elektrischen Potentials zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen
Potential P1 und P2. Als Ergebnis wird das elektrische Ausgangspotential OP des
Ausgangssignals erhöht, so daß das erste und das zweite elektrische Potential P1 und
P2 zueinander gleich werden. Durch einen Rückkoppeloperation durch die
Rückkoppelleitung gibt die Differenzverstärkerschaltung 24 durch den Signal-
Ausgangsanschluß 26 das Ausgangssignal mit einem konstanten elektrischen
Ausgangspotential aus.
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Die oben angegebene Operation ist eine ideale Operation in einem idealen
Zustand. In der Praxis hat die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung einen ersten
und einen zweiten parasitären Kondensator, die symbolisch bei C1 und C2 gezeigt
sind. Der erste parasitäre Kondensator C1 hat einen ersten Kapazitätswert. Der
erste parasitäre Kondensator C1 ist zwischen dem ersten Widerstand 21 und dem
Halbleitersubstrat und zwischen dem ersten Verdrahtungsmuster und den anderen
Verdrahtungsmustern, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, ausgebildet.
Gleichermaßen hat der zweite parasitäre Kondensator T2 einen zweiten
Kapazitätswert. Der zweite parasitäre Kondensator T2 ist zwischen dem zweiten
Widerstand 22 und dem Halbleitersubstrat und zwischen dem zweiten
Verdrahtungsmu
ster und den anderen Verdrahtungsmustern, die auf dem Halbleitersubstrat
ausgebildet sind, ausgebildet.
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Allgemein sind der erste und der zweite Kapazitätswert stark unterschiedlich
voneinander. Dies ist so, weil das erste Verdrahtungsmuster und das zweite
Verdrahtungsmuster in der oberen und in der mittleren Verdrahtungsschicht ausgebildet
sind, die bezüglich der Stelle und bezüglich einer Ausbildungsbedingung
voneinander unterschiedlich sind. Dies bedeutet, daß das erste und das zweite
elektrische Potential P1 und P2 jeweils durch den ersten und den zweiten parasitären
Kondensator individuell beeinflußt werden. Wenn eine äußere Störung sich auf die
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung aufschaltet, schwanken das erste und
das zweite elektrische Potential P1 und P2 individuell bezüglich der Amplitude mit
einer Zeitverzögerung. Als Ergebnis schwankt das elektrische Ausgangspotential
OP bezüglich der Amplitude extrem, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
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Unter Bezugnahme auf Figur. 3 wird eine invertierende Verstärkerschaltung als
zweites Beispiel der herkömmlichen Halbleiterschaltungsvorrichtung beschrieben.
Die invertierende Verstärkerschaltung weist folgendes auf: einen ersten
Widerstand 31 mit einem ersten Widerstandswert R1, einen zweiten Widerstand 32 mit
einem zweiten Widerstandswert R2 und eine Differenzverstärkerschaltung 33, die
einen invertierenden Anschluß 33-1, einen nichtinvertierenden Anschluß 33-2 und
einen Ausgangsanschluß 33-3 aufweist. Der invertierende Anschluß 33-1 ist durch
den ersten Widerstand 31 mit einem Signal-Eingangsanschluß 34 verbunden,
während der nichtinvertierende Anschluß 33-2 direkt mit einem Referenzspannungs-
Eingangsanschluß 35 verbunden ist. Der zweite Widerstand 32 dient als
Rückkoppelwiderstand und ist zwischen dem invertierenden Anschluß 33-1 und dem
Ausgangsanschluß 33-3 angeschlossen.
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Dem Signal-Eingangsanschluß 34 wird ein Eingangssignal mit einer
Eingangsspannung Vi zugeführt, während dem Referenzspannungs-Eingangsanschluß 35
eine Referenzspannung Vr zugeführt wird. Der invertierende Verstärker verstärkt
eine Differenzspannung zwischen der Eingangsspannung Vi und der
Referenzspannung Vr und gibt ein verstärktes Signal mit einer Ausgangsspannung Vo als
Ausgangssignal zu einem Signal-Ausgangsanschluß 36 aus. Die
Ausgangsspannung Vo ist gegeben durch:
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Vo = (-R2/R1)(Vi-Vr) + Vr.
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Gemäß Fig. 4 weist die Differenzverstärkerschaltung 33 einen
Differenzverstärkerabschnitt 33-4, einen Ausgangsverstärkerabschnitt 33-5 und einen
Vorspannungserzeugungsabschnitt 33-6 auf. Der Differenzverstärkerabschnitt 33-4 weist
einen ersten und einen zweiten MOS-Transistor Q1 und Q2 vom n-Kanaltyp und
einen dritten und einen vierten MOS-Transistor Q3 und Q4 vom p-Kanal-Typ auf,
die in einer Stromspiegelschaltung verbunden sind. Der erste und der zweite MOS-
Transistor Q1 und Q2 haben Gate-Elektroden, die jeweils mit dem invertierenden
und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß 33-1 und 33-2 verbunden sind.
Der dritte und der vierte MOS-Transistor Q3 und Q4 dienen jeweils als aktive
Lasten für den ersten und den zweiten MOS-Transistor Q1 und Q2. Der
Differenzverstärkerabschnitt 33-4 weist weiterhin einen fünften MOS-Transistor Q5 vom n-
Kanal-Typ zum Zuführen eines konstanten Stroms zum ersten und zum zweiten
MOS-Transistor Q1 und Q2 auf. Der fünfte MOS-Transistor Q5 dient als
Stromquelle für den Differenzverstärkerabschnitt 33-4.
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Der Ausgangsverstärkerabschnitt 33-5 weist einen sechsten und einen siebten
MOS-Transistor Q6 und Q7 auf, die in Reihe geschaltet sind. Der sechste und der
siebte MOS-Transistor Q6 und Q7 sind jeweils vom p-Kanal-Typ und vom n-Kanal-
Typ. Der siebte MOS-Transistor Q7 dient als Stromquelle für den
Ausgangsverstärkerabschnitt 33-5. Der Vorspannungserzeugungsabschnitt 33-6 ist zwischen
einer Hochspannungsversorgungsleitung 37 und einer
Niederspannungsversorgungsleitung 38 angeschlossen. Die Hochspannungsversorgungsleitung 37 hat
einen erste Spannung Vdd, während die Niederspannungsversorgungsleitung 38
eine zweite Spannung Vss hat, die niedriger als die erste Spannung Vdd ist. Der
Vorspannungserzeugungsabschnitt 33-6 weist einen Widerstand 33-7 und einen
achten MOS-Transistor Q8 vom n-Kanal-Typ auf, die in Reihe geschaltet sind. Der
Vorspannungserzeugungsabschnitt 33-6 dient zum Erzeugen einer Gate-
Vorspannung zum Zuführen der Gate-Vorspannung zu Gate-Elektroden des
fünften und des siebten MOS-Transistors Q5 und Q7.
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Ein invertierendes Ausgangssignal des Differenzverstärkerabschnitts 33-4
erscheint an einer Verbindungs- bzw. Anschlußstelle CP1 zwischen einer Drain-
Elektrode des zweiten MOS-Transistors Q2 und einer Drain-Elektrode des vierten
MOS-Transistors Q4. Das invertierende Ausgangssignal wird durch den
Ausgangsverstärkerabschnitt 33-5 verstärkt und wird vom Ausgangsanschluß 33-3
ausgegeben.
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Die invertierende Verstärkerschaltung kann durch eine integrierte
Halbleiterschaltung aus einem einzelnen Chip implementiert sein. In diesem Fall können der erste
und der zweite Widerstand 31 und 32 auf eine erste und eine zweite Art
ausgebildet sein. Bei der ersten Art kann jeder von dem ersten und dem zweiten
Widerstand 31 und 32 durch eine in einem Halbleitersubstrat ausgebildete
Diffusionsschicht implementiert sein. Beispielsweise können bei einer integrierten Silizium-
Halbleiterschaltung der erste und der zweite Widerstand 31 und 32 durch eine auf
einem Siliziumkristallsubstrat von einem p-Typ ausgebildete n&spplus;-Diffusionsschicht
implementiert sein, wie es kurz beschrieben wird. Bei der zweiten Art kann jeder
von dem ersten und dem zweiten Widerstand 31 und 32 durch eine leitende
Schicht mit einem hohen Schichtwiderstandswert implementiert sein. Die leitende
Schicht ist auf einer Isolierschicht ausgebildet, die Feldbereich bzw. -fläche
genannt wird. Bei der integrierten Silizium-Halbleiterschaltung können der erste und
der zweite Widerstand 31 und 32 durch einen auf einem Feldoxidfilm (SiO&sub2;)
ausgebildeten Polykristall-Siliziumfilm implementiert sein, wie es später beschrieben
wird.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird die erste Art beschrieben. Ein Feldoxidfilm 41 ist
auf einem Siliziumsubstrat 40 von einem p-Typ ausgebildet und hat eine erste und
eine zweite Öffnung 41-1 und 41-2. Das Siliziumsubstrat 40 dient als das
Halbleitersubstrat. Unter der ersten und der zweiten Öffnung 41-1 und 41-2 sind eine
erste und eine zweite n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und 40-2 auf dem Siliziumsubstrat 40
ausgebildet. Die erste und die zweite n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und 40-2 dienen
jeweils als der erste und der zweite Widerstand 31 und 32. Die erste n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-1 ist zwischen dem Signal-Eingangsanschluß 34 und dem
invertierenden Anschluß 33-1 durch Aluminiumverdrahtungsmuster 42-1 und 42-2
angeschlossen. Die Aluminiumverdrahtungsmuster 42-1 und 42-2 können
gemeinsam das erste Verdrahtungsmuster genannt werden. Die zweite n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-2 ist zwischen dem invertierenden Anschluß 33-1 und dem
Ausgangsanschluß 33-3 durch Aluminiumverdrahtungsmuster 43-1 und 43-2
angeschlossen. Die Aluminiumverdrahtungsmuster 43-1 und 43-2 können gemeinsam
das zweite Verdrahtungsmuster genannt werden. Der Referenzspannungs-
Eingangsanschluß 35 ist durch ein Aluminiumverdrahtungsmuster mit dem
nichtinvertierenden Anschluß 33-2 verbunden. Obwohl die Differenzverstärkerschaltung
33 und die Aluminiumverdrahtungsmuster 42-1, 42-2, 43-1, 43-2 und 44 der
angenehmeren Darstellung halber außerhalb vom Siliziumsubstrat 40 dargestellt sind,
sind diese in der Praxis auf dem Siliziumsubstrat 40 ausgebildet. Dies gilt auch für
den Signal-Eingangsanschluß 34, den Referenzspannungs-Eingangsanschluß 35
und den Signal-Ausgangsanschluß 36.
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Eine p&spplus;-Diffusionsschicht 45 ist auf dem Siliziumsubstrat 40 durch eine dritte
Öffnung 41-3 ausgebildet. Die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 ist mit einer
Leistungsversorgungsquelle 46 verbunden und dient zum Zuführen einer Substrat-Vorspannung
Vb zum Siliziumsubstrat 40, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Für ein
besseres Verstehen der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß ein MOS-
Transistor Qn auf dem Siliziumsubstrat 40 ausgebildet ist. Der MOS-Transistor Qn
ist von einen n-Kanal-Typ und wird für eine weitere Schaltung (nicht gezeigt)
verwendet, die auf dem Siliziumsubstrat 40 ausgebildet ist. Eine dritte und eine vierte
n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 und 40-4 sind auf dem Siliziumsubstrat 40 durch eine
vierte und eine fünfte Öffnung 41-4 und 41-5 ausgebildet und dienen jeweils als
Drain- und Source-Elektrode.
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In einer solchen invertierenden Verstärkerschaltung, die durch die integrierte
Schaltung aus einem einzelnen Chip implementiert ist, ist ein S/N (Signal-zu-
Rausch-Verhältnis) dazu geeignet, das äußere Rauschen zu reduzieren, das ein
Potential des Siliziumsubstrats 40 ändert. Dies basiert auf dem folgenden Grund.
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Die invertierende Verstärkerschaltung hat parasitäre Kondensatoren zwischen dem
Siliziumsubstrat 40 und jeder einzelnen von der ersten und der zweiten n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-1 und 40-2, der p&spplus;-Diffusionsschicht 45 und der dritten und der
vierten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 und 40-4. Bei dem dargestellten Beispiel sind
erste bis dritte parasitäre Kondensatoren der angenehmeren Beschreibung halber
symbolisch jeweils bei Ca, Cb und Cx gezeigt. Der erste parasitäre Kondensator
Ca ist zwischen dem Siliziumsubstrat 40 und der ersten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1
ausgebildet, während der zweite parasitäre Kondensator Cb zwischen dem
Siliziumsubstrat 40 und der zweiten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-2 ausgebildet ist. Der dritte
parasitäre Kondensator Cx ist zwischen dem Siliziumsubstrat 40 und der dritten n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-3 ausgebildet. Die ersten bis dritten parasitären
Kondensatoren Ca, Cb und Cx sind in bezug auf ihren Kapazitätswert unterschiedlich
voneinander.
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Zusätzlich zu den oben angegebenen parasitären Kondensatoren hat die
invertierende Verstärkerschaltung parasitäre Widerstände, weil das Siliziumsubstrat 40
eine Widerstandskomponente hat. Bei dem Beispiel sind erste bis vierte parasitäre
Widerstände symbolisch bei Rw1, Rw2, Rw3 und Rw4 gezeigt. Die erste n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-1 und die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 sind durch den ersten
parasitären Widerstand Rw1 und den ersten parasitären Kondensator Ca verbunden,
während die zweite n&spplus;-Diffusionsschicht 40-2 und die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 durch
einen zweiten parasitären Widerstand Rw2 und den zweiten parasitären
Kondensator Cb verbunden sind. Die erste n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und die dritte n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-3 sind durch einen dritten parasitären Widerstand Rw3 und
den ersten parasitären Kondensator Ca verbunden, während die zweite n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-2 und die dritte n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 durch den vierten
parasitären Widerstand Rw4 und den zweiten parasitären Kondensator Cb
verbunden sind.
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Wenn das äußere Rauschen in die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 hineindringt, verursacht
es eine Schwankung des Potentials des Siliziumsubstrats 40. Eine solche
Schwankung des Potentials wird durch den ersten parasitären Widerstand Rw1 und den
ersten parasitären Kondensator Ca zur ersten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 übertragen
und wird durch den zweiten parasitären Widerstand Rw2 und den zweiten
parasitären Kondensator Cb zur zweiten n&spplus;-Diffusionsschicht 45-2 übertragen. In diesem
Fall verursacht es eine Schwankung der Potentiale der ersten und der zweiten n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-1 und 40-2, nämlich des ersten und des zweiten Widerstandes
31 und 32.
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Andererseits wird dann, wenn das Potential der dritten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3,
nämlich der Drain-Elektrode, mit dem Betrieb des MOS-Transistors Qn schwankt,
die Schwankung durch den dritten parasitären Kondensator Cx zum
Siliziumsubstrat 40 übertragen. In diesem Fall verursacht es die Schwankung des
Potentials des Siliziumsubstrats 40. Die Schwankung des Potentials wird durch den dritten
parasitären Widerstand Rw3 und den ersten parasitären Kondensator Ca zur
ersten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 übertragen und wird durch den vierten parasitären
Widerstand Rw4 und den zweiten parasitären Kondensator Cb zur zweiten n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-2 übertragen. Sie verursacht die Schwankung der Potentiale
des ersten und des zweiten Widerstandes 31 und 32.
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Insoweit die Schwankung der Potentiale des ersten und des zweiten Widerstandes
31 und 32 durch die Differenzverstärkerschaltung 33 zusammen mit dem vom
Signal-Eingangsanschluß 34 zugeführten Eingangssignal verstärkt werden, hat die
invertierende Verstärkerschaltung ein verringertes S/N. Der erste und der zweite
Widerstand 31 und 32 sollen den ersten und den zweiten Widerstandswert R1 und
R2 haben, die jeweils gleich 1 (kΩ) und 100 (kΩ) sind. Die Referenzspannung Vr
und die Eingangsspannung Vi sind jeweils gleich 0 (V) und 10 (mV). In diesem Fall
wird die Ausgangsspannung Vo gleich -1 (mV) ohne ein Einbringen des äußeren
Rauschens. Andererseits ist dann, wenn das äußere Rauschen von 1 (mv)
aufgrund des ersten und des zweiten parasitären Kondensators Ca und Cb zum
invertierenden Anschluß 33-1 hinzugefügt wird, das Rauschen von 100 (mV) in der
Ausgangsspannung Vo enthalten.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird die zweite Art beschrieben. Eine invertierende
Verstärkerschaltung weist gleiche Teile auf, die mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet sind, außer daß der erste und der zweite Widerstand 31 und 32 jeweils
durch ein erstes und ein zweites Polykristall-Siliziummuster 48-1 und 48-2
implementiert sind, die auf dem Feldoxidfilm 41 ausgebildet sind.
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Aus dem gleichen Grund, der in Zusammenhang mit Fig. 5 angegeben ist, hat die
invertierende Verstärkerschaltung erste bis dritte parasitäre Kondensatoren, die
durch den Feldoxidfilm 41 verursacht sind und die symbolisch mit Ca', Cb' und Cx'
gezeigt sind. Der erste parasitäre Kondensator Ca' ist zwischen dem
Siliziumsubstrat 40 und dem ersten Polykristall-Siliziummuster 48-1 ausgebildet, während
der zweite parasitäre Kondensator Cb' zwischen dem Siliziumsubstrat 40 und dem
zweiten Polykristall-Siliziummuster 48-2 ausgebildet ist. Der dritte parasitäre
Kondensator Cx' ist zwischen dem Siliziumsubstrat 40 und der dritten n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-3 ausgebildet.
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Allgemein hat der Feldoxidfilm 41 eine Dicke, die dicker als diejenige eines
weiteren Films ist, wie beispielsweise eines Gate-Oxidfilms im MOS-Transistor, um
einen Kapazitätswert des parasitären Kondensators in den Verdrahtungsmustern zu
reduzieren, die auf dem Feldoxidfilm 41 auszubilden sind. Dies bedeutet, daß der
Kapazitätswert pro Einheitsbereich bzw. -fläche klein ist. Jedoch hat das
Polykristall-Siliziummuster einen kleinen Schichtwiderstandswert. Zum Verwenden des
Polykristall-Siliziummusters als Widerstand ist es erforderlich, eine große Fläche zu
haben. Dies bedeutet, daß die invertierende Verstärkerschaltung die ersten bis
dritten parasitären Kondensatoren Ca', Cb' und Cx' hat, die in bezug auf den
Kapazitätswert nicht vernachlässigt werden können.
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Zusätzlich zu den ersten bis dritten parasitären Kondensatoren Ca', Cb' und Cx' hat
die invertierende Verstärkerschaltung erste bis vierte parasitäre Widerstände Rw1',
Rw2', Rw3' und Rw4'. Das erste Polykristall-Siliziummuster 48-1 und die p&spplus;-
Diffusionsschicht 45 sind durch den ersten parasitären Widerstand Rw1' und den
ersten parasitären Kondensator Ca' verbunden, während das zweite Polykristall-
Siliziummuster 48-2 und die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 durch einen zweiten
parasitären Widerstand Rw2' und den zweiten parasitären Kondensator Cb' verbunden
sind. Das erste Polykristall-Siliziummuster 48-1 und die dritte n&spplus;-Diffusionsschicht
40-3 sind durch einen dritten parasitären Widerstand Rw3' und den ersten
parasitären Kondensator Ca' verbunden, während das zweite Polykristall-Siliziummuster
48-2 und die dritte n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 durch den vierten parasitären
Widerstand Rw4' und den zweiten parasitären Kondensator Cb' verbunden sind.
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Wenn das äußere Rauschen in die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 eindringt, veranlaßt es
die Schwankung der Potentiale des ersten und des zweiten Widerstandes 31 und
32 aus demselben Grund, der in Zusammenhang mit Fig. 5 angegeben ist.
Andererseits veranlaßt es dann, wenn das Potential der dritten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-2
mit dem Betrieb des MOS-Transistors Qn schwankt, die Schwankung der
Potentiale des ersten und des zweiten Widerstandes 31 und 32. In diesem Fall hat die
invertierende Verstärkerschaltung das verringerte S/N, wie es in Zusammenhang mit
Fig. 5 angegeben ist.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 wird im weiteren Verlauf eine
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung als ein Beispiel einer
Halbleiterschaltungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben. Die
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung weist gleiche Teile auf, wie sie in Fig. 1
dargestellt sind. Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung ist auf die Art
charakterisiert, wie der erste und der zweite Widerstand 21 und 22 ausgebildet sind.
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In den Fig. 7 und 8 sind, obwohl die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung auf
einem Halbleitersubstrat 50 ausgebildet ist, der dritte Widerstand 23 (Fig. 1) und
die Differenzverstärkerschaltung 24 (Fig. 1) der Annehmlichkeit halber nicht
dargestellt. Der erste und der zweite Widerstand 21 und 22 sind durch das erste und
das zweite Verdrahtungsmuster 51 und 52 implementiert, die in einer
Verdrahtungsschicht 53 ausgebildet sind. Die Verdrahtungsschicht 53 ist aus einem
isolierenden Material hergestellt und ist auf dem Halbleitersubstrat 50 ausgebildet. Die
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung hat einen ersten parasitären
Kondensa
tor zwischen dem ersten Verdrahtungsmuster 51 und dem Halbleitersubstrat 50
und hat einen zweiten parasitären Kondensator zwischen dem zweiten
Verdrahtungsmuster 52 und dem Halbleitersubstrat 50. Es sollte hier beachtet werden, daß
das erste und das zweite Verdrahtungsmuster 51 und 52 so ausgebildet sind, daß
der erste und der zweite parasitäre Kondensator in bezug auf den Kapazitätswert
gleich zueinander sind.
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Das Halbleitersubstrat 50 weist eine Diffusionsschicht 50-1 auf, die an einer oberen
Seite davon ausgebildet ist, und an einer Gesamtfläche, die einer
Ausbildungsfläche des ersten und des zweiten Verdrahtungsmusters 51 und 52 entspricht. Die
Diffusionsschicht 50-1 dient zum Abschirmen eines elektrischen Feldes, das durch
das Halbleitersubstrat 50 verursacht wird, und ist durch eine n&spplus;-Diffusionsschicht
oder eine p&spplus;-Diffusionsschicht implementiert.
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Insoweit der erste und der zweite parasitäre Kondensator gleich zueinander sind,
teilt der erste und der zweite parasitäre Kondensator denselben Einfluß zum ersten
und zum zweiten elektrischen Potential P1 und P2 (Fig. 1) zu. In diesem Fall haben
das erste und das zweite Potential P1 und P2 dieselbe Schwankung bezüglich der
Amplitude und der Zeit, und zwar selbst dann, wenn das äußere Rauschen in die
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung eindringt. Als Ergebnis kann die
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung das Ausgangssignal ohne die Schwankung
des elektrischen Ausgangspotentials OP erzeugen, wie es in Fig. 9 dargestellt ist.
Zusätzlich kann die Diffusionsschicht 50-1 entfernt werden.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 10 wird im weiteren Verlauf eine Referenzspannungs-
Erzeugungsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung
beschrieben. Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung weist gleiche Teile
auf, die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, außer einem leitenden
Film 56 und einem dritten Verdrahtungsmuster 57. Wie in Fig. 8 sind, obwohl die
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung auf dem Halbleitersubstrat 50
ausgebildet ist, der dritte Widerstand 23 (Fig. 1) und die Differenzverstärkerschaltung 24
(Fig. 1) nicht dargestellt.
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Der leitende Film 56 ist aus metallischem Material hergestellt, wie beispielsweise
aus Aluminium, und ist in der Verdrahtungsschicht 53 derart ausgebildet, daß er
das erste und das zweite Verdrahtungsmuster 51 und 52 bedeckt. Das dritte
Verdrahtungsmuster 53 wird für eine weitere Schaltung verwendet, die auf dem
Halb
leitersubstrat 50 ausgebildet ist, und ist auf der Verdrahtungsschicht 57
ausgebildet. Der leitende Film 56 dient als Abschirmschicht zum Abschirmen des
elektrischen Feldes, das durch das dritte Verdrahtungsmuster 57 verursacht wird. Somit
werden das erste und das zweite Verdrahtungsmuster 51 und 52 durch die
Diffusionsschicht 50-1 abgeschirmt, und der leitende Film 56 vom elektrischen Feld, das
durch das Halbleitersubstrat 50 und das dritte Verdrahtungsmuster 57 verursacht
wird. Dies bedeutet, daß die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung im Betrieb
stabiler als diejenige ist, die in Fig. 8 dargestellt ist.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird eine
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung
beschrieben. Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung weist gleiche Teile
auf, die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, außer daß die
Diffusionsschicht 50-1 und der leitende Film 56 durch wenigstens zwei Durchgangslöcher
58 verbunden sind und daß der leitende Film 56 und das dritte
Verdrahtungsmuster 57 durch wenigstens ein Durchgangsloch 59 verbunden sind. Dies bedeutet,
daß die Diffusionsschicht 50-1, der leitende Film 56 und das dritte
Verdrahtungsmuster 57 auf demselben elektrischen Potential gehalten werden. Es ist
wünschenswert, daß dasselbe elektrische Potential gleich einem Erdpotential ist. Somit
ist es möglich, einen Abschirmeffekt relativ zu demjenigen der
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltungen zu erhöhen, die in den Fig. 8 und 10 dargestellt
sind. Zusätzlich sind der Annehmlichkeit halber der dritte Widerstand 23 (Fig. 1)
und die Differenzverstärkerschaltung 24 (Fig. 1) nicht dargestellt.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird im weiteren Verlauf eine invertierende
Verstärkerschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung
beschrieben. Die invertierende Verstärkerschaltung ist gleich derjenigen, die in Fig. 3
dargestellt ist, außer daß ein erster und ein zweiter Blindwiderstand 61 und 62 auf
dem Halbleitersubstrat (nicht gezeigt) derart ausgebildet sind, daß sie jeweils
neben dem ersten und dem zweiten Widerstand 31 und 32 liegen.
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Wie es in Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 beschrieben ist, hat die
invertierende Verstärkerschaltung die ersten parasitären Kondensatoren Ca zwischen dem
ersten Widerstand 31 und dem Halbleitersubstrat 40 ausgebildet und den zweiten
parasitären Kondensator Cb zwischen dem zweiten Widerstand 32 und dem
Halbleitersubstrat 40 ausgebildet. Wie es klar werden wird, hat der erste
Blindwiderstand 61 dieselbe Form wie der erste Widerstand 31 bezüglich einer Flächenform
und einer Schnittform. Gleichermaßen hat der zweite Blindwiderstand 62 dieselbe
Form wie der zweite Widerstand 32 bezüglich der Flächenform und der
Schnittform. Als Ergebnis ist ein erster parasitärer Blindkondensator zwischen dem ersten
Blindwiderstand 61 und dem Halbleitersubstrat ausgebildet, während ein zweiter
parasitärer Blindkondensator zwischen dem zweiten Blindwiderstand 62 und dem
Halbleitersubstrat ausgebildet ist.
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In dem Fall, daß der erste Widerstand 31 mit dem invertierenden Anschluß 33-1
verbunden ist, ist ein Ende des ersten Blindwiderstandes 61 mit dem
nichtinvertierenden Anschluß 33-2 verbunden. Ein anderes Ende des ersten Blindwiderstandes
61 ist offen bzw. im Leerlauf. Gleichermaßen ist ein Ende des zweiten
Blindwiderstandes 62 mit dem nichtinvertierenden Anschluß 33-2 verbunden, weil der zweite
Widerstand 32 mit dem invertierenden Anschluß 33-1 verbunden ist. Ein anderes
Ende des zweiten Blindwiderstandes 62 ist offen bzw. im Leerlauf.
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Gemäß Fig. 13 ist die invertierende Verstärkerschaltung gleich derjenigen, die in
Fig. 5 dargestellt ist, außer daß eine erste und eine zweite n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 66 und 67 durch eine sechste und eine siebte Öffnung 41-6 und
41-7 des Feldoxidfilms 41 auf dem Halbleitersubstrat 40 ausgebildet sind, und daß
ein Ende der ersten und der zweiten n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66 und 67 jeweils
durch Aluminiumverdrahtungsmuster 68 und 69 mit dem nichtinvertierenden
Anschluß 33-2 verbunden sind. Es muß nicht gesagt werden, daß die erste und die
zweite n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66 und 67 jeweils als der erste und der zweite
Blindwiderstand 61 und 62 dienen. Der erste und der zweite parasitäre
Blindkondensator sind jeweils mit Cad und Cbd symbolisch gezeigt.
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Wie es in Zusammenhang mit Fig. 5 angegeben ist, sind die erste n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-1 und die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 durch den ersten parasitären
Widerstand Rw1 und den ersten parasitären Kondensator Ca verbunden, während
die zweite n&spplus;-Diffusionsschicht 40-2 und die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 durch den
zweiten parasitären Widerstand Rw1 und den zweiten parasitären Kondensator Cb
verbunden sind. Die erste n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und die dritte n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-3 sind durch den dritten parasitären Widerstand Rw3 und den
ersten parasitären Kondensator Ca verbunden, während die zweite n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-2 und die dritte n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 durch den vierten
parasitären Widerstand Rw4 und den zweiten parasitären Kondensator Cb
verbunden sind.
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Gleichermaßen sind die erste n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66 und die p&spplus;-
Diffusionsschicht 45 durch einen ersten parasitären Blindwiderstand Rwd1 und den
ersten parasitären Blindkondensator Cad verbunden, während die zweite n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 67 und die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 durch einen zweiten
parasitären Blindwiderstand Rwd2 und den zweiten parasitären Blindkondensator Cbd
verbunden sind. Die erste n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66 und die dritte n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-3 sind durch einen dritten parasitären Blindwiderstand Rwd3
und den ersten parasitären Blindkondensator Cad verbunden, während die zweite
n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 67 und die dritte n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 durch einen
vierten parasitären Blindwiderstand Rwd4 und den zweiten parasitären
Blindkondensator Cbd verbunden sind.
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Es sollte hier beachtet werden, daß der erste parasitäre Kondensator Ca und der
erste parasitäre Blindkondensator Cad in bezug auf den Kapazitätswert gleich
zueinander sind, und daß der erste parasitäre Widerstand Rw1 und der erste
parasitäre Blindwiderstand Rwd1 in bezug auf den Widerstandswert ungefähr gleich
zueinander sind, weil der erste Widerstand 31 und der erste Blindwiderstand 61
gleich zueinander sind. Gleichermaßen sind der zweite parasitäre Kondensator Cb
und der zweite parasitäre Blindkondensator Cbd in bezug auf den Kapazitätswert
gleich zueinander. Der zweite parasitäre Widerstand Rw2 und der zweite
parasitäre Blindwiderstand Rwd2 sind in bezug auf den Widerstandswert ungefähr gleich
zueinander. Dies gilt für den dritten parasitären Widerstand Rw3 und den dritten
parasitären Blindwiderstand Rwd3 und für den vierten parasitären Widerstand Rw4
und den vierten parasitären Blindwiderstand Rwd4.
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Gemäß Fig. 14 sind die erste n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und die erste n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 66 derart parallel ausgebildet, daß sie zueinander benachbart
sind. Wie es zuvor angegeben ist, haben die erste n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und
die erste n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66 dieselbe Flächenform und dieselbe
Schnittform. Ein Ende der ersten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 ist mit dem Signal-
Eingangsanschluß 34 (Fig. 12) durch das Aluminiumverdrahtungsmuster 42-1
verbunden, das teilweise dargestellt ist. Ein anderes Ende der ersten n&spplus;-
Diffusionsschicht 40-1 ist mit dem invertierenden Anschluß 33-1 durch das
Aluminiumverdrahtungsmuster 42-2 verbunden, das teilweise dargestellt ist. Ein Ende
der ersten n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66 ist mit dem nichtinvertierenden Anschluß
33-2 durch das Aluminiumverdrahtungsmuster 68 verbunden, das teilweise
dargestellt ist.
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In der Praxis sind die erste n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und die erste n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 66 durch eine Isolierschicht 70 zusammen mit dem Feldoxidfilm
41 bedeckt. In diesem Fall sind beide Enden der ersten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1
mit Aluminiummustern 42-1 und 42-2 durch Kontaktlöcher 71 und 72 verbunden,
die durch die Isolierschicht 70 ausgebildet sind. Gleichermaßen ist die erste n&spplus;-
Blind-Diffusionsschicht 66 mit dem Aluminiummuster 68 durch ein Kontaktloch 73
verbunden, das durch die Isolierschicht 70 ausgebildet ist. Jedes der Kontaktlöcher
71 bis 73 kann Durchgangsloch genannt werden.
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Gemäß Fig. 15 sind die erste n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und die erste n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 66 parallel derart ausgebildet, daß sie benachbart zueinander
sind. Der Annehmlichkeit halber ist die Isolierschicht 70 (Fig. 14) nicht gezeigt. Bei
dem Beispiel erstreckt sich das Aluminiumverdrahtungsmuster 68 zu dem anderen
Ende der ersten n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66. Die erste n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht
66 ist durch das Aluminiumverdrahtungsmuster 68 an ihren beiden Enden durch
das Kontaktloch 73 und ein Kontaktloch 74 verkürzt.
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Gemäß Fig. 16 sind die erste n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und die erste n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 66 parallel derart ausgebildet, daß sie parallel zueinander sind.
Die Isolierschicht 70 (Fig. 14) ist nicht gezeigt. Bei dem Beispiel erstreckt sich das
Aluminiumverdrahtungsmuster 68 zu einem zentralen Teil der ersten n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 66 und ist mit der ersten n&spplus;-Blind-Diffussionsschicht 66 bei dem
mittleren Teil durch ein Kontaktloch 75 verbunden.
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Wendet man sich wieder der Fig. 13 zu, wird der Fall beschrieben, bei dem das
äußere Rauschen in die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 eindringt. In diesem Fall veranlaßt
es die Schwankung des Potentials des Siliziumsubstrats 14, wie es in
Zusammenhang mit Fig. 5 angegeben ist. Eine solche Schwankung des Potentials wird durch
den ersten parasitären Widerstand Rw1 und den ersten parasitären Kondensator
Ca zur ersten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 übertragen. Die Schwankung des
Potentials wird durch den zweiten parasitären Widerstand Rw1 und den zweiten
parasitären Kondensator Cb auch zur zweiten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-2 übertragen. In
diesem Fall veranlaßt es die Schwankung des Potentials des invertierenden
An
schlusses 33-1, weil der invertierende Anschluß 33-1 mit der ersten und der
zweiten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und 40-2 verbunden ist.
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Andererseits wird die Schwankung des Potentials, die durch die p&spplus;-
Diffusionsschicht 45 verursacht wird, durch den ersten parasitären Blindwiderstand
Rwd1 und den ersten parasitären Blindkondensator Cad zur ersten n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 66 übertragen, und wird durch den zweiten parasitären
Blindwiderstand Rwd2 und den zweiten parasitären Blindkondensator Cbd zur
zweiten n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 67 übertragen. In diesem Fall verursacht es die
Schwankung des Potentials des nichtinvertierenden Anschlusses 33-2, weil der
nichtinvertierende Anschluß 33-2 mit der ersten und der zweiten n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 66 und 67 verbunden ist.
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Wie es oben angegeben ist, sind der erste und der zweite parasitäre Widerstand
Rw1 und Rw2 in bezug auf den Widerstandswert jeweils zu demjenigen des ersten
und des zweiten parasitären Blindwiderstands Rwd1 und Rwd2 gleich. Der erste
und der zweite parasitäre Kondensator Ca und Cb sind in bezug auf den
Kapazitätswert jeweils zu demjenigen des ersten und des zweiten parasitären
Blindkondensators Cad und Cbd gleich. In diesem Fall haben der invertierende und
der nichtinvertierende Anschluß 33-1 und 33-2 dieselbe Schwankung in bezug auf
die Amplitude und die Zeit oder Phase, und zwar selbst dann, wenn das äußere
Rauschen in die p&spplus;-Diffusionsschicht 45 eindringt. Dies bedeutet, daß die
Schwankung der Ausgangsspannung Vo um ein
Gleichtaktunterdrückungsverhältnis reduziert werden kann, wenn das Siliziumsubstrat 40 die Schwankung
des Potentials hat, das durch das äußere Rauschen verursacht wird.
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Wenn das Potential der dritten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3, nämlich der Drain-
Elektrode, mit dem Betrieb des MOS-Transistors Qn schwankt, wird die
Schwankung durch den dritten parasitären Kondensator Cx zum Siliziumsubstrat 40
übertragen. Eine solche Schwankung des Potentials wird durch den dritten
parasitären Widerstand RW3 und den ersten parasitären Kondensator Ca zur
ersten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 übertragen. Die Schwankung des Potentials wird
auch durch den vierten parasitären Widerstand Rw4 und den zweiten parasitären
Kondensator Cw zur zweiten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-2 übertragen. Es verursacht
die Schwankung des Potentials des invertierenden Anschlusses 33-1.
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Andererseits wird die durch die dritte n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 verursachte
Schwankung des Potentials durch den dritten parasitären Blindwiderstand Rw3 und
den ersten parasitären Blindkondensator Cad zur ersten n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht
66 übertragen, und wird durch den vierten parasitären Blindwiderstand Rwd4 und
den zweiten parasitären Blindkondensator Cws zur zweiten n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 67 übertragen. In diesem Fall veranlaßt sie die Schwankung des
Potentials des nichtinvertierenden Anschlusses 33-2.
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Wie es oben angegeben ist, sind der dritte und der vierte parasitäre Widerstand
Rw3 und Rw4 in bezug auf den Widerstandswert jeweils zu demjenigen des dritten
und des vierten parasitären Blindwiderstands Rwd3 und Rwd4 gleich. In diesem
Fall haben der invertierende und der nichtinvertierende Anschluß 33-1 und 33-2
dieselbe Schwankung bezüglich der Amplitude und bezüglich der Phase, und zwar
selbst dann, wenn das Siliziumsubstrat 40 die durch die dritte n&spplus;-Diffusionsschicht
40-3 verursachte Schwankung des Potentials hat. Als Ergebnis kann die
Schwankung der Ausgangsspannung Vo um das
Gleichtaktunterdrückungsverhältnis reduziert werden, wenn das Siliziumsubstrat 40 die durch das äußere
Rauschen verursachte Schwankung des Potentials hat.
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Der erste und der zweite Widerstand 31 und 32 sollen den ersten und den zweiten
Widerstandswert R1 und R2 haben, die jeweils gleich 1 (kΩ) und 100 (kΩ) sind. Die
Referenzspannung Vr und die Eingangsspannung Vi sind jeweils gleich 0 (V) bzw.
10 (mV). In diesem Zustand hat dann, wenn der invertierende Anschluß 33-1 die
Schwankung von 1 (mV) hat, die durch die Schwankung des Potentials im
Siliziumsubstrat 40 verursacht wird, der nichtinvertierende Anschluß 33-2 auch die
Schwankung von 1 (mv). Wenn die Differenzverstärkerschaltung 33 das
Gleichtaktunterdrückungsverhältnis von 80 (dB) hat, kann die Schwankung der
Ausgangsspannung Vo um 0,01 (mV) reduziert werden. Eine derartige Schwankung
der Ausgangsspannung Vo ist extrem niedriger als diejenige der herkömmlichen
invertierenden Verstärkerspannung, die in Fig. 5 dargestellt ist.
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Obwohl die obige Beschreibung in bezug auf die invertierende Verstärkerschaltung
gemacht wurde, kann diese Erfindung auf eine nichtinvertierende
Verstärkerschaltung angewendet werden. In diesem Fall wird der Signal-
Eingangsanschluß 34 als Spannungs-Eingangsanschluß zum Empfangen einer
Offsetspannung einer konstanten Spannung Vc verwendet. Der
Referenzspannungs-Eingangsanschluß 35 wird als Signal-Eingangsanschluß zum
Empfangen eines Eingangssignals mit einer Signalspannung Vs verwendet. Die
Ausgangsspannung Vo des Ausgangssignals ist gegeben durch:
-
Vo = (1 + (R2/R1))Vs - (R2/R1)Vc.
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In jedem Fall kann die nichtinvertierende Verstärkerschaltung das Ausgangssignal
ohne ein verringertes S/N erzeugen, das durch die Schwankung des Potentials im
Halbleitersubstrat verursacht wird.
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Weiterhin kann die invertierende Verstärkerschaltung eine Vielzahl von
Widerständen zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Widerstand 31 und 32
aufweisen, wobei jeder von ihnen gleich dem ersten Widerstand 31 ist, und wobei
jeder von ihnen als Signaleingangswiderstand dient. In diesem Fall ist eine Vielzahl
von Blindwiderständen derart ausgebildet, daß sie neben den jeweiligen
Widerständen in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung liegen. Eine solche invertierende
Verstärkerschaltung kann auf eine Addiererschaltung angewendet werden.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 17 wird eine analoge invertierende Verstärkerschaltung
beschrieben. Die analoge invertierende Verstärkerschaltung ist gleich derjenigen,
die in Fig. 12 dargestellt ist, außer daß ein dritter Widerstand 78 zwischen dem
Referenzspannungs-Eingangsanschluß 35 und dem nichtinvertierenden Anschluß
33-2 angeschlossen ist und daß ein dritter Blindwiderstand 79 derart ausgebildet
ist, daß er neben dem dritten Widerstand 78 liegt. Wie es im Stand der Technik
wohlbekannt ist, dient der dritte Widerstand 78 zum Eliminieren eines Offsets einer
Eingabe.
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Es muß nicht gesagt werden, daß der dritte Blindwiderstand 79 in bezug auf seine
Flächenform und seine Schnittform ähnlich dem dritten Widerstand 78 ist. Ein Ende
des dritten Blindwiderstandes 79 ist mit dem invertierenden Anschluß 33-1
verbunden, weil der dritte Widerstand 78 mit dem nichtinvertierenden Anschluß 33-
2 verbunden ist. Ein anderes Ende des dritten Blindwiderstandes 79 ist offen bzw.
im Leerlauf. Aus demselben Grund, wie er in Zusammenhang mit Fig. 13
angegeben ist, kann die analoge invertierende Verstärkerschaltung eine
Verschlechterung des S/N verhindern, das durch die Schwankung des Potentials im
Halbleitersubstrat verursacht wird.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 18 wird eine integrierende Schaltung als ein weiteres
Beispiel der Halbleiterschaltungsvorrichtung beschrieben. Die integrierende
Schaltung weist gleiche Teile auf, die mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind,
außer einem MOS-Transistor Q11 vom n-Kanal-Typ, einem Blind-MOS-Transistor
Qd11, einem Kondensator C11 mit einem Kapazitätswert C, einem
Blindkondensator Cd11 und einer Rücksetzschaltung 80.
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Wie es oben angegeben ist, ist der erste Blindwiderstand 61 derart ausgebildet,
daß er neben dem ersten Widerstand 31 liegt und er bezüglich seiner Flächenform
und seiner Schnittform ähnlich dem ersten Widerstand 31 ist. Gleichermaßen ist
der Blind-MOS-Transistor Qd11 derart ausgebildet, daß er neben dem MOS-
Transistor Q11 liegt und bezüglich seiner Flächenform und seiner Schnittform
ähnlich dem MOS-Transistor Q11 ist. Der Blindkondensator Cd11 ist derart
ausgebildet, daß er neben dem Kondensator C11 liegt und bezüglich seiner
Flächenform und seiner Schnittform ähnlich dem Kondensator C11 ist.
-
Der MOS-Transistor Q11 dient zum Entladen elektrischer Ladungen, die im
Kondensator C11 geladen sind, bei einem Rücksetzen der integrierenden
Schaltung. Zu diesem Zweck ist eine Gate-Elektrode des MOS-Transistors Q11 mit
der Rücksetzschaltung 80 verbunden. Anders ausgedrückt wird der MOS-
Transistor Q11 durch die Rücksetzschaltung 80 in einen Ein-Zustand versetzt,
wenn die integrierende Schaltung rückgesetzt wird. Bei dem Beispiel ist eine
Source-Elektrode des Blind-MOS-Transistors Qd11 mit dem nichtinvertierenden
Anschluß 33-2 verbunden, weil eine Source-Elektrode des MOS-Transistors Q11
mit dem invertierenden Anschluß 33-1 verbunden ist. Eine Drain-Elektrode des
Blind-MOS-Transistors Qd11 ist offen. Eine Gate-Elektrode des Blind-MOS-
Transistors Qd11 ist mit der Rücksetzschaltung 80 verbunden. Gleichermaßen ist
ein Ende des Blindkondensators Cd11 mit dem nichtinvertierenden Anschluß 33-2
verbunden, weil ein Ende des Kondensators C11 mit dem invertierenden Anschluß
33-1 verbunden ist. Ein weiteres Ende des Blindkondensators Cd11 ist offen.
Wenn der MOS-Transistor Q11 in einen Aus-Zustand versetzt wird, ist die
Ausgangsspannung Vo gegeben durch:
-
Vo = -(1/C · R1) · Vidt.
-
Somit führt die integrierende Schaltung eine integrierende Operation aus.
-
Gemäß Fig. 19 sind die erste n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 und die erste n&spplus;-Blind-
Diffusionsschicht 66 auf dem Siliziumsubstrat 40 derart ausgebildet, daß sie
benachbart zueinander sind. Der Kondensator C11 und der Blindkondensator Cd11
sind auf dem Siliziumsubstrat 40 derart ausgebildet, daß sie benachbart zueinander
sind. Gleichermaßen sind der MOS-Transistor Q11 und der Blind-MOS-Transistor
Qd11 auf dem Siliziumsubstrat 40 derart ausgebildet, daß sie benachbart
zueinander sind. Obwohl es in Fig. 19 nicht gezeigt ist, wird angenommen, daß die
p&spplus;-Diffusionsschicht 45 (Fig. 13) und der MOS-Transistor Qn (Fig. 13) auf dem
Siliziumsubstrat 40 ausgebildet sind.
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Der erste parasitäre Kondensator Ca ist zwischen der ersten n&spplus;-Diffusionsschicht
40-1 und dem Siliziumsubstrat 40 ausgebildet, während der erste parasitäre
Blindkondensator Cad zwischen der ersten n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66 und dem
Siliziumsubstrat 40 ausgebildet ist. Der erste parasitäre Kondensator Ca und der
erste parasitäre Blindkondensator Cad sind bezüglich des Kapazitätswerts gleich
zueinander. Ein dritter parasitärer Kondensator Cc ist zwischen dem Kondensator
C11 und dem Siliziumsubstrat 40 ausgebildet, während ein dritter parasitärer
Blindkondensator Ccd zwischen dem Blindkondensator Cd11 und dem
Siliziumsubstrat 40 ausgebildet ist. Der dritte parasitäre Kondensator Cc und der
dritte parasitäre Blindkondensator Ccd sind bezüglich des Kapazitätswerts gleich
zueinander. Gleichermaßen ist ein vierter parasitärer Kondensator Cd zwischen
einer Source-Schicht 81 des MOS-Transistors Q11 und dem Siliziumsubstrat 40
ausgebildet, während ein vierter parasitärer Blindkondensator Cdd zwischen einer
Blind-Source-Schicht 82 des Blind-MOS-Transistors Qd11 und dem
Siliziumsubstrat 40 ausgebildet ist. Der vierte parasitäre Kondensator Cd und der
vierte parasitäre Blindkondensator Cdd sind in bezug auf den Kapazitätswert
zueinander gleich. Jede der Source- und der Blind-Source-Schicht 81 und 82 ist
durch die n&spplus;-Diffusionsschicht implementiert.
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Wie es in Zusammenhang mit Fig. 13 angegeben ist, ist die erste
n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 mit der p&spplus;-Diffusionsschicht 45 (Fig. 13) durch den ersten
parasitären Widerstand Rw1 und den ersten parasitären Kondensator Ca
verbunden und ist mit der dritten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 des MOS-Transistors Qn
(Fig. 13) durch den dritten parasitären Widerstand Rw3 und den ersten parasitären
Kondensator Ca verbunden. Die erste n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66 ist mit der
p&spplus;-Diffusionsschicht 45 durch den ersten parasitären Blindwiderstand Rwd1 und
den ersten parasitären Blindkondensator Cad verbunden, und ist mit der dritten
n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 durch den dritten parasitären Blindwiderstand Rwd3 und
den ersten parasitären Blindkondensator Cad verbunden. Dies gilt für jeden von
dem Kondensator C11, dem Blindkondensator Cd11, dem MOS-Transistor Q11
und dem Blind-MOS-Transistor Qd11.
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Beispielsweise ist der Kondensator C11 mit der p&spplus;-Diffusionsschicht 45 durch einen
parasitären Widerstand Rc1 und den dritten parasitären Kondensator Cc
verbunden, und ist mit der dritten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 des MOS-Transistors
Qn durch einen parasitären Widerstand Rc2 und den dritten parasitären
Kondensator Cc verbunden.
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Wenn das Siliziumsubstrat 40 die Schwankung des Potentials hat, die durch die
p&spplus;-Diffusionsschicht 45 verursacht wird, und zwar aus dem in Zusammenhang in
Fig. 13 angegebenen Grund, wird die Schwankung des Potentials durch den ersten
parasitären Widerstand Rw1 und den ersten parasitären Kondensator Ca zur ersten
n&spplus;-Diffusionsschicht 40-1 übertragen. Die Schwankung wird auch durch den
parasitären Widerstand Rc1 und den dritten parasitären Kondensator Ca zum
Kondensator C11 übertragen. Die Schwankung wird weiterhin durch einen
parasitären Widerstand Rq1 und den vierten parasitären Kondensator Cd zur
Source-Schicht 81 übertragen. Diese Schwankungen veranlassen die Schwankung
des Potentials im invertierenden Anschluß 33-1.
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Andererseits wird die Schwankung des Potentials, die durch die
p&spplus;-Diffusionsschicht 45 verursacht wird, durch den ersten parasitären
Blindwiderstand Rwd1 und den ersten parasitären Blindkondensator Cad zur ersten
n&spplus;-Blind-Diffusionsschicht 66 übertragen. Die Schwankung wird auch durch den
parasitären Blindwiderstand Rcd1 und den dritten parasitären Blindkondensator
Ccd zum Blindkondensator Cd11 übertragen. Die Schwankung wird weiterhin durch
einen parasitären Blindwiderstand Rqd1 und den vierten parasitären
Blindkondensator Cdd zur Blind-Source-Schicht 82 übertragen. Diese
Schwankungen verursachen die Schwankung des Potentials im nichtinvertierenden
Anschluß 33-2. Die Schwankung des Potentials im nichtinvertierenden Anschluß
33-2 ist bezüglich der Amplitude und der Phase gleich derjenigen des
invertierenden Anschlusses 33-1 und zwar aus demselben Grund, wie er in
Zusammenhang mit Fig. 13 angegeben ist. Dies bedeutet, daß die Schwankung der
Ausgangsspannung Vo um das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis reduziert
werden kann, wenn das Siliziumsubstrat 40 die Schwankung des Potentials hat, die
durch das äußere Rauschen verursacht wird.
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Dies gilt für den Fall, daß das Potential der dritten n&spplus;-Diffusionsschicht 40-3 (Fig.
13) mit dem Betrieb des MOS-Transistors Qn (Fig. 13) schwankt. In diesem Fall
werden der dritte parasitäre Widerstand Rw3, der dritte parasitäre Blindwiderstand
Rwd3, parasitäre Widerstände Rc2 und Rq2 und parasitäre Blindwiderstände Rcd2
und Rqd2 anstelle des ersten parasitären Widerstandes Rw1, des ersten
parasitären Blindwiderstandes Rwd1, der parasitären Widerstände Rc1 und Rq1
und der parasitären Blindwiderstände Rcd1 und Rqd1 verwendet.
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Während diese Erfindung soweit in Zusammenhang mit einigen
Ausführungsbeispielen von ihr beschrieben worden ist, wird es für Fachleute auf
dem Gebiet schnell möglich sein, diese Erfindung auf verschiedene andere Weisen
in die Praxis umzusetzen.