EP1266410A1

EP1266410A1 - Elektronisches bauelement mit kapazitätsdioden, verwendung des bauelements in einer empfangseinheit und schaltungsanordnung mit dem bauelement

Info

Publication number: EP1266410A1
Application number: EP01916913A
Authority: EP
Inventors: Henning Hohmann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2002-12-18
Also published as: CN1418378A; JP2003527014A; CN1238905C; TW544837B; DE10012872C1; WO2001069687A1; KR20020084192A; US6842094B2; US20030048140A1

Abstract

Es ist ein Bauelement vorgesehen mit zumindest einer ersten Diode (D1) und einer zweiten Diode (D2), welche Kapazitätsdioden sind. Die Kennlinie der zweiten Diode hat ein festes, bekanntes Verhältnis zu der der ersten Diode. Beispielsweise können die erste Diode (D1) und die zweite Diode (D2) ein gleiches Variationsverhältnis aufweisen, welches der Quotient aus größter und kleinster einstellbarer Kapazität ist. Diese Bauelemente sind zur Anwendung in Fernseh-Tunern, beispielsweise in Drei-Band-Tunern geeignet, wobei jeweils Dioden (D1, D2, D3) mit gleicher Kennlinie aus verschiedenen Bauelementen (IC1, IC2, IC3, IC4) in einer Teilempfangseinheit (VHF1, VHF2, UHF) angeordnet und verschaltet sind. Die Integration mehrerer Dioden (D1, D2, D3) reduziert die Anzahl der erforderlichen Bauelement, sowie Aufwand und Kosten bei der Zusammenstellung von Dioden mit guten Gleichlaufeigenschaften.

Description

Beschreibung

Elektronisches Bauelement mit Kapazitätsdioden, Verwendung des Bauelements in einer Empfangseinheit und Schaltungsanord- nung mit dem Bauelement

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, beispielsweise einen Drei-Band-Fernseh-Tuner, mit mehreren Kapazitätsdioden, die Verwendung des Bauelements in einer Emp- fangseinheit und eine Schaltungsanordnung, welche eines oder mehrere dieser Bauelemente aufweist.

Zum Empfang verschiedener Fernsehprogramme wird der Empfänger auf die Frequenz abgestimmt, mit der das jeweilige Programm ausgestrahlt wird.

Die zu Übertragungszwecken benutzten Frequenzen, beispielsweise in der Fernsehtechnik, sind in Bereiche eingeteilt, die als Frequenzbänder bezeichnet werden. Üblicherweise sind Emp- fänger auf ein Frequenzband oder mehrere Frequenzbänder einstellbar. Das hat den Vorteil, daß eine Empfangseinheit nicht für alle zu empfangenden Frequenzen ausgelegt sein muß, sondern Teilempfangseinheiten vorgesehen sein können, die jeweils nur ein Frequenzband abdecken. Die Abstimmkreise in den Teilempfangseinheiten sind dann auf das verhältnismäßig kleine Frequenzspektrum des jeweiligen Bandes optimiert, vergleiche beispielsweise DE 36 06 437 C2.

Die bei der Fernsehübertragung benutzten Frequenzen sind in drei Bänder unterteilt. Das untere VΗF-Band umfaßt z. B. das

Frequenzspektrum von 45 bis 126 Megahertz, das obere VΗF-Band die Frequenzen 133 bis 407 Megahertz und das UHF-Band das Frequenzintervall von 415 bis 860 Megahertz. Für den VHF- und den UHF-Bereich werden üblicherweise elektrisch unabhängige Teilempfangseinheiten eingesetzt, die üblicherweise einen Mischer und einen Oszillator enthalten. Jede Teilempfangseinheit enthält mehrere Schwingkreise, welche auf die Empfangs-

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welche jeweils eine mit einer Steuerspannung in einem Kapazitätsbereich zwischen einer kleinsten Kapazität und einer größten Kapazität einstellbare Kapazität aufweisen, und welche jeweils eine Kennlinie der Kapazität in Abhängigkeit von der Steuerspannung aufweisen, wobei die Kennlinie der zweiten Diode ein festes, bekanntes Verhältnis zu der der ersten Diode hat .

Bezüglich der Verwendung wird die Aufgabe gelöst durch Ver- wendung eines oder mehrerer Bauelemente gemäß obiger Beschreibung in einer Empfangseinheit, welche eine erste und eine zweite Teilempfangseinheit aufweist, wobei die ersten Dioden als Abstimmdioden in der ersten Empfangseinheit und die zweiten Dioden als Abstimmdioden in der zweiten Empfangs- einheit eingesetzt werden.

Besonders gute Gleichlaufeigenschaften, insbesondere der ersten Dioden untereinander und der zweiten Dioden untereinander, ergeben sich dann, wenn für die Bauelemente verwendete Chips, welche die Dioden aufweisen, bei der Herstellung vor dem Zersägen auf einem afer unmittelbar benachbart sind.

Bezüglich der Schaltungsanordnung wird die Aufgabe mit einer Tunerschaltung gelöst, mit einem oder mehreren Bauelementen gemäß obiger Beschreibung, aufweisend einen ersten Teiltuner, in welchem die ersten Dioden der Bauelemente angeordnet sind, und einen zweiten Teiltuner, in welchem die zweiten Dioden der Bauelemente angeordnet sind.

Das beschriebene Bauelement weist zumindest zwei Dioden auf, wobei die Kapazität der Dioden jeweils mittels einer Steuerspannung einstellbar ist. Die kleinste einstellbare Kapazität und die größte einstellbare Kapazität begrenzen den Kapazitätsbereich der Dioden nach unten beziehungsweise oben. Eine Kennlinie beschreibt die Abhängigkeit der Kapazität von der

Steuerspannung. Die Kennlinie der zweiten Diode hat dabei ein festes, bekanntes Verhältnis zu dem der ersten Diode. Durch Ausmessen der Kennlinie der ersten Diode läßt sich zuverlässig auf die Kennlinie der zweiten Diode schließen.

Die Integration mehrerer Dioden in einem Bauteil bietet eine Kostenersparnis, da eine Verkleinerung der benötigten

Chipfläche möglich wird, sowie in Anwendungen, in denen diese Bauelemente benutzt werden, die Anzahl der erforderlichen Bauelemente reduziert werden kann. Die Produktionskosten solcher Anwendungen, beispielsweise als Empfangseinheiten, sin- ken.

Bei solchen Anwendungen, bei denen sehr hohe Anforderungen an den Gleichlauf der verwendeten Kapazitätsdioden gestellt werden, führt das beschriebene Prinzip ebenfalls zu einer Ko- stensenkung, da jeweils nur noch eine Diode eines Bauelements kontrolliert werden muß. Denn wenn die elektrischen Eigenschaften einer Diode eines Bauelements meßtechnisch erfaßt sind, so sind die elektrischen Eigenschaften der weiteren, auf demselben Bauelement angeordneten Dioden ebenfalls be- kannt. Denn die Dioden eines Bauelementes sind den gleichen

Fertigungsbedingungen, Umgebungsbedingungen und damit verbundener Toleranzen unterworfen. Vergleicht man nun die elektrischen Eigenschaften, beispielsweise den Kapazitätsbereich, welcher insbesondere durch kleinste und größte einstellbare Kapazität gekennzeichnet ist, mehrerer erster Dioden verschiedener Bauelemente, beispielsweise durch Messung, und sind diese ersten Dioden im Gleichlauf, so sind auch alle zweiten beziehungsweise weiteren Dioden verschiedener Bauelemente im Gleichlauf. Dies führt zu einem reduzierten Testauf- wand und damit zu einer Kostensenkung.

Die Zusammenfassung mehrerer Dioden auf einem Bauelement führt weiterhin zu einer höheren Ausbeute.

Die zweite Diode weist ein bezüglich der ersten Diode festes, bekanntes Kennlinien-Verhältnis auf. Somit gestattet die meßtechnische Erfassung der Kennlinie der ersten Diode, das heißt die Kapazität der Diode als Funktion der angelegten Steuerspannung, welche beispielsweise durch Messung an mehreren Punkten erfassbar ist, Rückschlüsse auf die tatsächliche Kennlinie der zweiten Diode.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die erste und zweite Diode eines Bauelements ein gleiches Variationsverhältnis auf. Das Variationsverhältnis einer Kapazitätsdiode ist definiert als Quotient aus größter und klein- ster einstellbarer Kapazität. Dieses Variationsverhältnis ist unmittelbar abhängig von der Fläche einer Kapazitätsdiode. Wenn beispielsweise die zweite Diode die doppelte Fläche der ersten Diode aufweist, so führt dies zu einer vierfachen Kapazität . Derartige Bauelemente sind besonders zur Anwendung in Empfangseinheiten, welche mehrere Teilempfangseinheiten mit verschiedenen Frequenzbändern aufweisen, geeignet. Für höhere Frequenzen sind Kapazitätsdioden mit kleinerer Kapazität und kleinerem Kapazitätsbereich erforderlich.

Das Verhältnis von größter einstellbarer Kapazität zu kleinster einstellbarer Kapazität kann als Steilheit bezeichnet werden. Wenn erste und zweite Diode in einem Herstellungsverfahren bezüglich Implantationen und Dotierungen gleiche Fertigungsschritte durchlaufen haben, so ist die Steilheit ihrer Kennlinien gleich. Dies gilt auch dann, wenn durch eine Größenskalierung die Fläche einer ersten Diode ein Vielfaches der Fläche einer zweiten Diode ist. Haben erste und zweite Diode maskengesteuert unterschiedliche Fertigungsschritte durchlaufen, so ist die Steilheit ihrer Kennlinien unter- schiedlich.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erste und die zweite Diode in einem Bauelement monolithisch integriert.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind auf einem Bauelement benachbarte Dioden entgegengesetzt gepolt, um die Verkopplung der Dioden zu verringern.

Das Verbinden der Kathoden der Dioden eines Bauelements mit hochohmigen Widerständen ermöglicht weitere Platz- und Kostenersparnis, da in diesem Fall nur noch ein Widerstand für die Sperrspannungsversorgung des Bauelements notwendig ist.

In einigen Anwendungen für das beschriebene Bauelement werden zusätzliche Koppeldioden benötigt. Eine derartige Koppeldiode kann im beschriebenen Bauelement mit integriert sein.

In Zwei -Band-Tunern werden Schaltdioden zum Umschalten einer Teilempfangseinheit zwischen zwei Frequenzbändern benötigt. Diese Schaltdioden können im Bauelement integriert sein.

Die unmittelbar benachbarte Anordnung mehrerer Kapazitätsdioden auf einem Wafer bei der Herstellung des Bauelements vor dem Zersägen führt zu einer besonders hohen Paarung der Dioden der Bauelemente. Dies führt dazu, daß jeweils die ersten Dioden der Bauelemente sehr gute Gleichlaufeigenschaften aufweisen, ebenso die zweiten Dioden der Bauelemente. Dies ist besonders für Anwendungen vorteilhaft, bei denen hohe Gleichlaufeigenschaften an Dioden eines Bestückungssatzes ge- stellt werden. Dies ist beispielsweise in Empfangseinheiten von Fernsehgeräten, welche mehrere Teilempfangseinheiten aufweisen können, gegeben.

Weitere Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen: Figur 1 Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer ersten und einer zweiten Kapazitätsdiode,

Figur 2 Ein Bauelement gemäß Figur 1 mit einer dritten Kapazitätsdiode ,

Figur 3 Ein Bauelement gemäß Figur 1, mit hochohmig verbundenen Kathoden der Dioden,

Figur 4 Ein Bauelement gemäß Figur 2 mit hochohmig verbundenen Kathoden der Dioden,

Figur 5 Ein Bauelement gemäß Figur 1 mit einer Koppeldiode,

Figur 6 Ein Bauelement mit einer Kapazitätsdiode und einer Schaltdiode,

Figur 7 Ein Bauelement mit einer ersten und einer zweiten Kapazitätsdiode und mit einer Schaltdiode,

Figur 8 Ein Anwendungsbeispiel mit vier Bauelementen gemäß Figur 2 in einem 3 -Band-Tuner , und

Figur 9 Ein Anwendungsbeispiel mit vier Bauelementen gemäß Figur 7 in einem 2 -Band-Tuner .

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bauelements mit einer ersten Kapazitätsdiode Dl und einer zweiten Kapazitätsdiode D2. Diese sind in einem Bauelement integriert. Die Kennlinie der zweiten Diode D2 weist ein festes, bekanntes Verhältnis zu dem Kapazitätsbereich der ersten Diode Dl auf. Beispielsweise kann durch einfaches Skalieren der Dioden der Kapazitätsbereich der zweiten gegenüber der ersten Diode verschieden sein. Denn wenn die zweite Diode eine kleinere Fläche als die erste Diode aufweist, so ist auch ihre Kapazität kleiner. Eine Verringerung der Kapazität um den Faktor 4 führt dazu, daß der Kapazitätsbereich der zweiten Diode von 1/4 pF bis 5 pF variierbar ist bei einem Kapazitätsbereich der ersten Diode von 1 pF bis 20 pF . Das Variationsverhältnis, welches gleich dem Quotienten aus größter zu kleinster einstellbarer Kapazität ist, bleibt bei dieser einfachen Größenskalierung der Dioden, bei der lediglich die Diodenfläche verändert ist, gleich. Im Zahlenbeispiel beträgt das Variationsverhältnis der ersten und der zweiten Diode jeweils 20.

Wenn die Variation des Kapazitätsbereichs der Dioden durch einfaches Größenskalieren, das heißt Vergrößern oder Verkleinern der Diodenfläche der zweiten Diode D2 bezüglich der Diodenfläche der ersten Diode Dl, nicht ausreicht, so ist ei- ne geeignete Implantation durch ein Dotieren des Halbleitermaterials mit Maskensteuerung bei der Herstellung des Bauelementes möglich. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, daß der Kapazitätsbereich der zweiten Diode von 1 pF bis 30 pF reicht, während derjenige der ersten Diode von 1 pF bis 20 pF reicht. Die erste und zweite Diode des Bauelements gemäß Figur 1 sind entgegengesetzt gepolt, um eine möglichst geringe Kopplung der Dioden miteinander zu erreichen.

Das Bauelement gemäß Figur 2 weist ebenso wie das Bauelement gemäß Figur 1 eine erste und eine zweite Kapazitätsdiode Dl, D2 auf, darüberhinaus ist aber eine dritte Kapazitätsdiode D3 vorgesehen. Gegenüber den ersten beiden Dioden Dl, D2 kann die dritte Diode D3 ebenfalls durch Größenskalierung einen veränderten Frequenzbereich aufweisen. Ein derartiges Bauele- ment , welches drei Kapazitätsdioden mit jeweils verschiedenem Kapazitätsbereich aufweist, ist beispielsweise zur Anwendung in Drei-Band-Tunern geeignet, da zur Abstimmung der Resonanzkreise der verschiedenen Frequenzbänder an die Frequenzen angepaßte Kapazitätsdioden erforderlich sind. Je höher die Fre- quenz des entsprechenden Frequenzbandes ist, desto kleiner ist die Kapazität sowie der Kapazitätsbereich der zu verwendenden Abstimmdiode.

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der Bauelemente erlaubt diese Skalierung eine erleichterte Dimensionierung der PLL (Phase Locked Loop) -Synthesizer. Es ergibt sich ein verbessertes Rauschverhalten der Oszillatoren LOl, L02, L03. Die Teilempfangseinheiten VHFl, VHF2 , UHF wei- sen jeweils einen Verstärker VI, V2 , V3 auf, denen ein Steuersignal I zuführbar ist. Das verstärkte Ausgangssignal O ist an den Ausgängen der Mischer Ml, M2 , M3 ableitbar.

Die Diodensätze, welche Dioden aufweisen, die sich jeweils im Gleichlauf befinden, können nunmehr in einfacherer Weise zusammengestellt werden, da es genügt, jeweils alle ersten oder alle zweiten oder alle dritten Dioden bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften, beispielsweise Kennlinie oder dem Kapazitätsbereich, zu erfassen und zu vergleichen. Das Verhält- nis des Kapazitätsbereichs der übrigen Dioden der Bauelemente zu den verglichenen Dioden ist bekannt, daher sind dann auch diese Dioden im Gleichlauf.

Wenn bei der Herstellung der Bauelemente, welche mehrere, mo- nolithisch integrierte Kapazitätsdioden aufweisen, die späteren Bauelemente auf dem Wafer unmittelbar benachbart angeordnet werden, so lassen sich besonders gute Gleichlaufeigen- schaften der ersten, zweiten und dritten Dioden jeweils untereinander erreichen.

Figur 9 zeigt einen Zwei-Band-Tuner für Fernsehgeräte, wobei der untere Teilempfänger VHF umschaltbar zwischen zwei Frequenzbändern ausgeführt ist. Hierfür sind Schaltdioden Sl vorgesehen, mit denen Induktivitäten (nicht eingezeichnet) kurzgeschlossen werden und so zwischen zwei Frequenzbereichen umgeschaltet werden kann. Für die ersten und zweiten Dioden Dl, D2 gilt sinngemäß das in der Figurenbeschreibung der Figur 8 ausgeführte. Auf einem Bauelement ICl, IC2, IC3, IC4 sind hierbei jeweils eine erste Diode Dl, eine zweite Diode D2 und eine Schaltdiode Sl angeordnet.

Claims

Patentansprüche

1. Elektronisches Bauelement mit einer ersten Diode (Dl) und einer zweiten Diode (D2) , welche in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, welche jeweils eine mit einer Steuerspannung (U) in einem Kapazitätsbereich zwischen einer kleinsten Kapazität und einer größten Kapazität einstellbare Kapazität aufweisen, und welche jeweils eine Kennlinie der Kapazität in Abhängigkeit von der Steuerspannung (U) aufweisen, wobei die Kennlinie der zweiten Diode (D2) ein festes, bekanntes Verhältnis zu der der ersten Diode (Dl) hat.

2. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das aus dem Quotienten aus größter und kleinster einstellbarer Kapazität gebildete Variationsverhältnis der ersten Diode (Dl) und der zweiten Diode (D2) gleich ist.

3. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Diode (Dl) und die zweite Diode (D2) in dem Bauelement monolithisch integriert sind.

4. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die einstellbaren Kapazitätsbereiche der ersten Diode (Dl) und der zweiten Diode (D2) verschieden sind.

5. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß benachbarte Dioden (Dl, D2 ) entgegengesetzt gepolt sind.

6. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kathodenanschlüsse der Dioden (Dl, D2 ) miteinander über Widerstände (Rl, R2) verbunden sind.

7. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Koppeldiode (D4) vorgesehen ist, deren Kathodenanschluß mit den Kathodenanschlüssen der ersten Diode (Dl) und der zweiten Diode (D2) verbunden ist.

8. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Bauelement eine Schaltdiode (Sl) aufweist.

9. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anschlüsse der ersten und zweiten Dioden (Dl, D2) aus dem Gehäuse herausgeführt sind.

10. Verwendung eines oder mehrerer Bauelemente (ICl, IC2 , IC3, IC4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in einer Empfangseinheit, welche eine erste und eine zweite Teilempfangseinheit aufweist, wobei die ersten Dioden (Dl) als Abstimmdioden in der ersten Empfangseinheit (VHFl) und die zweiten Dioden (D2) als Abstimmdioden in der zweiten Empfangseinheit (VHF2) eingesetzt werden.

11. Herstellung eines oder mehrerer Bauelemente (ICl, IC2,

IC3, IC4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zur Herstellung der Bauelemente (ICl, IC2, IC3, IC4) verwendeten Chips auf dem Wafer vor einem Zersägen desselben un- mittelbar benachbart sind.

12. Tunerschaltung mit einem oder mehreren Bauelementen (ICl, IC2, IC3, IC4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend einen ersten Teiltuner, in welcher die ersten Dioden (Dl) der Bauelemente (ICl, IC2, IC3 , IC4) angeordnet sind und einen zweiten Teiltuner, in welcher die zweiten Dioden (D2) der Bauelemente (ICl, IC2, IC3 , IC4) angeordnet sind.