JP2006245740A - Amplifier circuit and electret condenser microphone using same - Google Patents
Amplifier circuit and electret condenser microphone using same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006245740A JP2006245740A JP2005055654A JP2005055654A JP2006245740A JP 2006245740 A JP2006245740 A JP 2006245740A JP 2005055654 A JP2005055654 A JP 2005055654A JP 2005055654 A JP2005055654 A JP 2005055654A JP 2006245740 A JP2006245740 A JP 2006245740A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mos transistor
- channel mos
- well
- electrode
- semiconductor substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
この発明は、増幅回路及びこれを用いたエレクトレットコンデンサマイクロフォンに関し、小型化が可能な増幅回路及びこれを用いたエレクトレットコンデンサマイクロフォンを提供するための技術に関する。 The present invention relates to an amplifier circuit and an electret condenser microphone using the same, and more particularly to an amplifier circuit that can be miniaturized and a technique for providing an electret condenser microphone using the amplifier circuit.
近年、携帯電話機、ICレコーダ、PDA等の小型電子機器は、ますます小型化が進む傾向にあり、これらに内蔵されるエレクトレットコンデンサマイクロフォン(以下、ECM(Electret Condenser Microphone)という)についても、より一層小型化することが求められるようになってきている(例えば、特許文献1を参照)。 In recent years, small electronic devices such as mobile phones, IC recorders, and PDAs have been increasingly miniaturized. Electret condenser microphones (hereinafter referred to as ECM (Electret Condenser Microphone)) built into these electronic devices are further increased. There is an increasing demand for miniaturization (see, for example, Patent Document 1).
図10に一般的なECM1の回路例を示している。同図において、エレクトレットコンデンサ11は、導電性の振動板と固定電極とを対向させたものであり、これらのうちのいずれかに誘電体(エレクトレット)が設けられている。振動板又は固定電極のいずれかは、インピーダンス変換素子としての接合型電解効果トランジスタ(以下、J−FET12という)のゲート電極(入力)に接続され、もう一方については接地されている。J−FET12のドレイン電極は、負荷抵抗RI14を介して駆動電圧Vddに接続されており、一方、J−FET12のソース電極は接地されている。 FIG. 10 shows a circuit example of a general ECM1. In the figure, an electret capacitor 11 has a conductive diaphragm and a fixed electrode facing each other, and a dielectric (electret) is provided on any of these. Either the diaphragm or the fixed electrode is connected to a gate electrode (input) of a junction field effect transistor (hereinafter referred to as J-FET 12) as an impedance conversion element, and the other is grounded. The drain electrode of the J-FET 12 is connected to the drive voltage Vdd via the load resistor RI14, while the source electrode of the J-FET 12 is grounded.
J−FET12のゲート電極には、他端が接地されている高抵抗素子13が接続されている。ここで、J−FET12に入力されるノイズを低減し、かつ、上記高抵抗素子13とエレクトレットコンデンサ11とによって構成されるフィルタ回路が低域音声信号(100Hz程度)をも通過させる特性となるようにするために、上記高抵抗素子13の抵抗値は、数百M(メガ)〜数G(ギガ)Ωの値に設定される。 A high resistance element 13 having the other end grounded is connected to the gate electrode of the J-FET 12. Here, the noise input to the J-FET 12 is reduced, and the filter circuit constituted by the high resistance element 13 and the electret capacitor 11 has a characteristic of passing a low-frequency audio signal (about 100 Hz). Therefore, the resistance value of the high-resistance element 13 is set to a value of several hundred M (mega) to several G (giga) Ω.
この回路のエレクトレットコンデンサ11に音声が与えられると、振動板が振動し、これによりエレクトレットコンデンサ11の静電容量が変化する。そしてこの静電容量の変化に対応する音声信号がJ−FET12のゲート電極に入力されて、J−FET12のドレイン電極から上記音声信号に対応する交流電圧が出力される。
ところで、上記高抵抗素子13を、例えばセラミックのような抵抗体によって構成した場合には、占有面積が大きくなり、ECM1の小型化は困難となる。また、上記抵抗体で高抵抗を実現した場合、寄生容量の増大が問題となる。 By the way, when the high resistance element 13 is constituted by a resistor such as ceramic, for example, the occupied area becomes large, and it is difficult to reduce the size of the ECM 1. Further, when a high resistance is realized with the resistor, an increase in parasitic capacitance becomes a problem.
一方、特許文献2では、逆向きに並列接続した1組のダイオードを接続することにより必要な抵抗値を得るようにしているが、一般にダイオードの抵抗値はプロセスによって変化するため、所望の抵抗値を得ることが難しい。 On the other hand, in Patent Document 2, a necessary resistance value is obtained by connecting a pair of diodes connected in parallel in the opposite direction. However, since the resistance value of the diode generally varies depending on the process, a desired resistance value is obtained. Difficult to get.
本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、歩留まりがよく量産性に優れるとともに小型化が可能な増幅回路及びこれを用いたエレクトレットコンデンサマイクロフォンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide an amplifying circuit which has a good yield and is excellent in mass productivity and can be downsized, and an electret condenser microphone using the amplifying circuit.
上記目的を達成するための本発明のうちの主たる発明は、増幅回路であって、インピーダンス変換素子と、前記インピーダンス変換素子の入力に接続され、前記入力をバイアスする高抵抗素子と、を有し、前記高抵抗素子が、同じ半導体基板に形成されているPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタを直列接続することにより構成されてなることとする。 A main invention of the present invention for achieving the above object is an amplifier circuit, comprising: an impedance conversion element; and a high resistance element connected to an input of the impedance conversion element and biasing the input. The high resistance element is formed by connecting a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor formed on the same semiconductor substrate in series.
一般に、PチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタを同じ半導体基板に形成した場合には、各MOSトランジスタのしきい値電圧Vthのばらつきによる抵抗値の変化が少ない。従って、本発明のようにECM等に用いられる増幅回路について、インピーダンス変換素子の入力をバイアスする高抵抗素子を、同じ半導体基板に形成されているPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタを直列接続することにより構成することで、しきい値電圧Vthのばらつきによる抵抗値の変化の少ない高抵抗素子を構成することができ、歩留まりがよく量産性に優れた増幅回路やECMを実現することができる。またMOSトランジスタによって高抵抗素子を構成したことで、微細化や集積化が可能となり、小型の増幅回路やECMを実現することができる。 In general, when a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor are formed on the same semiconductor substrate, there is little change in resistance value due to variations in threshold voltage Vth of each MOS transistor. Therefore, in an amplifier circuit used for ECM or the like as in the present invention, a high resistance element that biases the input of an impedance conversion element is connected in series with a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor formed on the same semiconductor substrate. With this configuration, it is possible to configure a high-resistance element with little change in resistance value due to variations in threshold voltage Vth , and to realize an amplifier circuit and an ECM that have a high yield and excellent mass productivity. . In addition, since the high resistance element is configured by the MOS transistor, miniaturization and integration are possible, and a small amplifier circuit and ECM can be realized.
本発明によれば、歩留まりがよく量産性に優れるとともに小型化が可能な増幅回路及びこれを用いたエレクトレットコンデンサマイクロフォンを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an amplifier circuit that has a good yield and is excellent in mass productivity and can be miniaturized, and an electret condenser microphone using the amplifier circuit.
以下、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1に本発明の一実施形態にかかる増幅回路を有するECM1の回路構成を示している。同図において、エレクトレットコンデンサ11は、導電性の振動板と固定電極とを対向させたものであり、これらのうちいずれかに誘電体(エレクトレット)が設けられている。振動板又は固定電極のいずれかは、インピーダンス変換素子としての接合型電解効果トランジスタ(以下、J−FET12という)のゲート電極(入力)に接続されており、もう一方については接地されている。また、J−FET12のドレイン電極は負荷抵抗RI14を介して駆動電圧Vddに接続されており、一方、J−FET12のソース電極は接地されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows a circuit configuration of an ECM 1 having an amplifier circuit according to an embodiment of the present invention. In the figure, an electret capacitor 11 has a conductive diaphragm and a fixed electrode facing each other, and a dielectric (electret) is provided on any of these. Either the diaphragm or the fixed electrode is connected to a gate electrode (input) of a junction field effect transistor (hereinafter referred to as J-FET 12) as an impedance conversion element, and the other is grounded. Further, the drain electrode of the J-FET 12 is connected to the drive voltage Vdd via the load resistor RI14, while the source electrode of the J-FET 12 is grounded.
J−FET12のゲート電極には、J−FET12のゲート電極をバイアスする高抵抗素子13が接続されている。ここでこの高抵抗素子13は、同じ半導体基板に形成されている2つのMOSトランジスタ131,132を直列接続することによって構成されている。高抵抗素子13を構成しているMOSトランジスタ131,132のうちの一方は、PチャネルMOSトランジスタであり、もう一方はNチャネルMOSトランジスタである。PチャネルMOSトランジスタ131のソース電極は、J−FET12のゲート電極に接続されている。また、PチャネルMOSトランジスタ131のゲート電極は、PチャネルMOSトランジスタ131のドレイン電極に接続されており、PチャネルMOSトランジスタ131はダイオード接続されている。また、NチャネルMOSトランジスタ132のゲート電極は、NチャネルMOSトランジスタ132のドレイン電極に接続されており、NチャネルMOSトランジスタ132はダイオード接続されている。そして、NチャネルMOSトランジスタ132のゲート電極及びドレイン電極は、PチャネルMOSトランジスタ131のゲート電極及びドレイン電極に接続されている。また、NチャネルMOSトランジスタ132のソース電極は接地されている。 A high resistance element 13 that biases the gate electrode of the J-FET 12 is connected to the gate electrode of the J-FET 12. Here, the high resistance element 13 is configured by connecting two MOS transistors 131 and 132 formed on the same semiconductor substrate in series. One of the MOS transistors 131 and 132 constituting the high resistance element 13 is a P-channel MOS transistor, and the other is an N-channel MOS transistor. The source electrode of the P channel MOS transistor 131 is connected to the gate electrode of the J-FET 12. The gate electrode of the P channel MOS transistor 131 is connected to the drain electrode of the P channel MOS transistor 131, and the P channel MOS transistor 131 is diode connected. The gate electrode of the N channel MOS transistor 132 is connected to the drain electrode of the N channel MOS transistor 132, and the N channel MOS transistor 132 is diode connected. The gate electrode and drain electrode of the N channel MOS transistor 132 are connected to the gate electrode and drain electrode of the P channel MOS transistor 131. The source electrode of the N channel MOS transistor 132 is grounded.
図2に高抵抗素子13を構成しているPチャネルMOSトランジスタ131及びNチャネルMOSトランジスタ132が形成されているP型半導体基板201の断面模式図を示している。同図に示すように、PチャネルMOSトランジスタ131は、P型半導体基板201に形成された第1のNウェル202と、第1のNウェル202に形成されたソース電極(P+)203及びドレイン電極(P+)204と、これらソース電極(P+)203及びドレイン電極(P+)204の双方に、図示しないゲート酸化膜を介して形成される、ポリシリコン(又はポリサイド)からなるゲート電極205と、を含んで構成されている。また、第1のNウェル202には、ボディ電極(N+)206が形成されている。 FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a P-type semiconductor substrate 201 on which a P-channel MOS transistor 131 and an N-channel MOS transistor 132 constituting the high resistance element 13 are formed. As shown in the figure, a P-channel MOS transistor 131 includes a first N well 202 formed in a P-type semiconductor substrate 201, and a source electrode (P +) 203 and a drain electrode formed in the first N well 202. (P +) 204 and a gate electrode 205 made of polysilicon (or polycide) formed on both the source electrode (P +) 203 and the drain electrode (P +) 204 through a gate oxide film (not shown). It is configured to include. A body electrode (N +) 206 is formed in the first N well 202.
一方、NチャネルMOSトランジスタ132は、第1のNウェル202とは異なる領域に形成された第2のNウェル211と、第2のNウェル211に形成されたPウェル212と、Pウェル212に形成されたドレイン電極(N+)213及びソース電極(N+)214と、これらドレイン電極(N+)213及びソース電極(N+)214にゲート酸化膜を介して形成される、ポリシリコン(又はポリサイド)からなるゲート電極215と、を含んで構成されている。なお、第2のNウェル212には、駆動電圧Vddが供給される電源電極(N+)216が形成されている。また、Pウェル212にはボディ電極(P+)217が形成されている。 On the other hand, the N-channel MOS transistor 132 includes a second N well 211 formed in a region different from the first N well 202, a P well 212 formed in the second N well 211, and a P well 212. The formed drain electrode (N +) 213 and source electrode (N +) 214, and polysilicon (or polycide) formed on the drain electrode (N +) 213 and source electrode (N +) 214 via a gate oxide film. And the gate electrode 215. Note that a power supply electrode (N +) 216 to which a drive voltage Vdd is supplied is formed in the second N well 212. A body electrode (P +) 217 is formed in the P well 212.
また、図2に示しているように、PチャネルMOSトランジスタ131のソース電極(P+)203及びボディ電極(N+)206は、J−FET12のゲート電極に接続されている。また、PチャネルMOSトランジスタ131のゲート電極205及びドレイン電極(P+)204は、NチャネルMOSトランジスタ132のドレイン電極(N+)213及びゲート電極215と接続されている。NチャネルMOSトランジスタ132のソース電極(N+)214及びボディ電極(P+)217は、接地されている。なお、P型半導体基板201の、第1のNウェル202及び第2のNウェル211の外側には、アース電極(P+)218が形成されていて、このアース電極(P+)218は接地されている。 Further, as shown in FIG. 2, the source electrode (P +) 203 and the body electrode (N +) 206 of the P-channel MOS transistor 131 are connected to the gate electrode of the J-FET 12. The gate electrode 205 and the drain electrode (P +) 204 of the P-channel MOS transistor 131 are connected to the drain electrode (N +) 213 and the gate electrode 215 of the N-channel MOS transistor 132. The source electrode (N +) 214 and the body electrode (P +) 217 of the N-channel MOS transistor 132 are grounded. Note that a ground electrode (P +) 218 is formed outside the first N well 202 and the second N well 211 of the P-type semiconductor substrate 201, and the ground electrode (P +) 218 is grounded. Yes.
以上のように、高抵抗素子13は、同じ半導体基板上に形成された種類の異なるPチャネルMOSトランジスタ131とNチャネルMOSトランジスタ132を直列接続することによって構成されている。ここでこのような構成からなる高抵抗素子13は、抵抗値のばらつきが少ないという特徴を有する。そこで次に、高抵抗素子13がこのような性質を有する仕組みについて説明する。 As described above, the high resistance element 13 is configured by connecting different types of P-channel MOS transistors 131 and N-channel MOS transistors 132 formed on the same semiconductor substrate in series. Here, the high resistance element 13 having such a configuration has a feature that there is little variation in resistance value. Then, next, the mechanism in which the high resistance element 13 has such a property will be described.
一般に、MOSトランジスタをダイオード接続して用いた場合、その抵抗値には製造ばらつきが生じる。ここでこの抵抗値のばらつきは、MOSトランジスタのしきい値電圧Vthのばらつきに起因して生じる。そこでしきい値電圧Vthのばらつきのタイプの違いによる抵抗値の違いを検証すべく、しきい値電圧Vthが異なる3つのNチャネルMOSトランジスタを用い、夫々につき図3に示す回路を構成した場合について、VDS−Id特性をシミュレーションにより求めた。なお、このシミュレーションでは、NチャネルMOSトランジスタのゲート電圧VGSは50mVに固定し、VDSを0Vから100mVに変化させてドレイン電流Idの変化を求めた。 In general, when a MOS transistor is diode-connected, its resistance value has manufacturing variations. Here, the variation in the resistance value is caused by the variation in the threshold voltage Vth of the MOS transistor. Therefore in order to verify the difference in resistance value due to the difference in the type of variation in the threshold voltage V th, using the threshold voltage V th is three different N-channel MOS transistor, and the circuit shown in per Fig. 3 respectively the case was determined by simulation the V DS -I d characteristics. In this simulation, the gate voltage V GS of the N-channel MOS transistor was fixed at 50 mV, and V DS was changed from 0 V to 100 mV to obtain the change in the drain current I d .
シミュレーションの結果を図4A乃至図4C示す。図4Aは、しきい値電圧Vthが386mVである場合(以下、この場合をばらつきのタイプが「Typical」(規定値)であるという)であり、図4Bは、しきい値電圧Vthを280mVとした場合(以下、この場合をばらつきのタイプが「Fast」(抵抗値小)であるという)であり、図4Cは、しきい値電圧Vthを491mVとした場合(以下、この場合をばらつきのタイプが「Slow」(抵抗値大)であるという)である。各図に示すVDS−Id曲線上の各点における接線の傾きの逆数が、各MOSトランジスタの抵抗値に相当する。上述したように、VGSは50mVとしているので、バイアス条件はVDSが50mVの時にNチャネルMOSトランジスタをダイオード接続した時と同じになる。図4A乃至図4Cの各図中、一点鎖線で示す直線は、VDSが50mVの場合に相当し、これら各直線の逆数はダイオード接続時における抵抗値に相当する。 The simulation results are shown in FIGS. 4A to 4C. 4A shows a case where the threshold voltage V th is 386 mV (hereinafter, this case is referred to as “typical” (variable type)), and FIG. 4B shows the threshold voltage V th FIG. 4C shows a case where the threshold voltage Vth is set to 491 mV (hereinafter, this case is referred to as “Fast” (small resistance value)). The variation type is “Slow” (high resistance value). Reciprocal of the gradient of the tangent at each point on the V DS -I d curve shown in each figure corresponds to the resistance value of the MOS transistor. As described above, since V GS is 50 mV, the bias condition is the same as when the N-channel MOS transistor is diode-connected when V DS is 50 mV. In each of FIGS. 4A to 4C, the straight line shown by a dashed line, corresponds to a case V DS is 50 mV, the inverse of each of these straight lines correspond to the resistance value at the time of the diode connection.
一方、図5に示す回路を構成し、一つのNチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧Vthの違いによる抵抗値の違いをシミュレーションによって求めた。なお、このシミュレーションにおいて、ドレイン−ソース間電圧VDSは50mVに固定した。またNチャネルMOSトランジスタのゲート幅を1.5μm、ゲート長Wは1.5μmに夫々設定した。 On the other hand, the circuit shown in FIG. 5 was configured, and the difference in resistance value due to the difference in threshold voltage Vth of one N-channel MOS transistor was obtained by simulation. Note that in this simulation, the drain - voltage V DS between the source was fixed at 50 mV. The gate width of the N channel MOS transistor was set to 1.5 μm and the gate length W was set to 1.5 μm.
その結果を表1に示す。
表1から理解されるように、しきい値電圧Vthが386mVから280mVに変化すると、1.6GΩであった抵抗値が数十MΩまで極端に低下する。つまり、しきい値電圧Vthのばらつきによって抵抗値が大きく変化することが理解できる。 As understood from Table 1, when the threshold voltage Vth is changed from 386 mV to 280 mV, the resistance value which was 1.6 GΩ is extremely reduced to several tens MΩ. That is, it can be understood that the resistance value greatly changes due to variations in the threshold voltage Vth .
ところで、一般に、同種のMOSトランジスタ(PチャネルとPチャネル、又はNチャネルとNチャネル)を同じ半導体基板に形成した場合には、一方のばらつきのタイプが「Fast」であれば他方も「Fast」となり、一方のバラツキのタイプが「Slow」であれば他方も「Slow」となるというように、ばらつきのタイプが同じになる確率が高い。しかし異種のMOSトランジスタ(PチャネルとNチャネル)を同じ半導体基板に形成した場合には、一方のばらつきのタイプが「Fast」であれば他方は「Slow」というように、2つのばらつきのタイプが異なる確率が高くなる。このため、2つのMOSトランジスタを直列接続した場合には、一方が「fast」となることにより抵抗値が低くなった場合でも、他方が「Slow」となって抵抗値が高くなり、直列接続による合成抵抗の抵抗値の変化が抑えられることになる。つまり、2つのMOSトランジスタを直列接続して図1に示す回路における高抵抗素子を構成する場合には、2つのMOSトランジスタとして、異種(PMOSとNMOS)のものを採用することが好ましいといえる。 By the way, generally, when MOS transistors of the same type (P channel and P channel or N channel and N channel) are formed on the same semiconductor substrate, if one variation type is “Fast”, the other is also “Fast”. Thus, if one variation type is “Slow”, the other is also “Slow”, and the probability that the variation types are the same is high. However, when different types of MOS transistors (P channel and N channel) are formed on the same semiconductor substrate, if one variation type is “Fast”, the other variation type is “Slow”. The probability of different increases. For this reason, when two MOS transistors are connected in series, even if one becomes “fast” and the resistance value becomes low, the other becomes “Slow” and the resistance value becomes high. A change in the resistance value of the combined resistor is suppressed. That is, when two MOS transistors are connected in series to form a high resistance element in the circuit shown in FIG. 1, it can be said that it is preferable to employ different types (PMOS and NMOS) of the two MOS transistors.
表2は、PチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧のばらつきのタイプと、NチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧のばらつきのタイプとの組み合わせについて、高抵抗素子として利用可能であるかどうかをまとめたものである。
表2に示す組み合わせのうち、「○」印で記した組み合わせは、しきい値電圧Vthのばらつきに対する抵抗値の変化が少なく、高抵抗素子の抵抗値が適正な範囲内に収まる場合である。また、「×」印で記した組み合わせは、しきい値電圧Vthのばらつきにより高抵抗素子の抵抗値の変化が大きい場合である。また、「△」印を記した組み合わせは、高抵抗素子の抵抗値が高くなる可能性が高い場合である。 Among the combinations shown in Table 2, the combinations marked with “◯” are cases where the resistance value changes little with respect to the variation of the threshold voltage Vth and the resistance value of the high resistance element falls within an appropriate range. . Further, the combinations indicated by “x” marks are cases where the resistance value of the high resistance element changes greatly due to variations in the threshold voltage Vth . A combination marked with “Δ” is a case where the resistance value of the high resistance element is likely to be high.
表2において、「Fast−Fast」の組み合わせについて「×」印が記されているのは、しきい値Vthのばらつきにより2つのMOSトランジスタの双方とも抵抗値が低下してしまうからである。とくに、各MOSトランジスタの抵抗のばらつきが大きいと、これらを直列接続した合成抵抗である高抵抗素子の抵抗値も低くなり、ノイズ等の影響を考慮した場合、図1に示す回路を正常に動作させるための高抵抗素子として機能しなくなる可能性が高くなる。また、表2において、「Slow−Slow」の組み合わせに「△」印が記されているのは、PチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタの双方とも抵抗値が高くなり、各MOSトランジスタのばらつきが大きいと、これらを直列接続した際にその合成抵抗の抵抗値が高くなり、図1に示す回路を正常に動作させるための高抵抗素子として機能しなくなる可能性があるからである。 In Table 2, “x” is marked for the “Fast-Fast” combination because the resistance value of both the two MOS transistors decreases due to the variation of the threshold value Vth . In particular, if the resistance variation of each MOS transistor is large, the resistance value of a high resistance element, which is a combined resistance in which these transistors are connected in series, also decreases, and the circuit shown in FIG. There is a high possibility that it will not function as a high-resistance element. In Table 2, the “Slow-Slow” combination is marked with “Δ” because the resistance value of both the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor is high, and the variation of each MOS transistor varies. If it is large, the resistance value of the combined resistor becomes high when these are connected in series, and it may not function as a high resistance element for operating the circuit shown in FIG. 1 normally.
参考として、2つのMOSトランジスタを「並列」接続した場合における高抵抗素子としての利用可能性についてまとめたものを表3に示す。
表3に示すように、並列接続とした場合には、いずれか一方が「Fast」である場合、すなわち、2つのMOSトランジスタの抵抗値が双方とも小さくなる場合には合成抵抗が小さくなり、高抵抗素子として機能しなくなる。これに対し、「直列」接続の場合には、いずれか一方のみが「Fast」である場合にも高抵抗素子として機能する。以上の考察から、直列接続とした方が、並列接続とするよりも、高抵抗素子として利用できる確率が高くなることが理解される。 As shown in Table 3, in the case of parallel connection, when one of them is “Fast”, that is, when both of the resistance values of the two MOS transistors become small, the combined resistance becomes small and high Does not function as a resistance element. On the other hand, in the case of “series” connection, even if only one of them is “Fast”, it functions as a high resistance element. From the above considerations, it is understood that the probability of being used as a high-resistance element is higher in the series connection than in the parallel connection.
以上に説明したように、本実施形態のECM1は、同じ半導体基板に形成された、PチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタという異種のMOSトランジスタを直列接続することにより高抵抗素子を構成しているので、各MOSトランジスタのしきい値電圧Vthのばらつきによる抵抗値の変化が少ないという特徴を有する。従って、本実施形態のECM1は、歩留まりがよく量産性に優れるという利点を有する。また、MOSトランジスタによって高抵抗素子を実現するようにしたことで、微細化や集積化が可能となり、小型のECM1を構成することが可能となる。 As described above, the ECM 1 of this embodiment forms a high-resistance element by connecting different kinds of MOS transistors, that is, a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor, formed on the same semiconductor substrate in series. Therefore, there is a feature that there is little change in the resistance value due to variations in the threshold voltage Vth of each MOS transistor. Therefore, the ECM 1 of the present embodiment has an advantage that the yield is good and the mass productivity is excellent. In addition, since the high resistance element is realized by the MOS transistor, miniaturization and integration are possible, and a small ECM 1 can be configured.
ところで、以上の実施形態において、高抵抗素子13を構成しているMOSトランジスタの抵抗値は、MOSトランジスタのゲート幅W、ゲート長Lを変えることにより所望の値に自由に設定することができる。より具体的には、NMOSトランジスタを用いたソース接地回路において、ソース−ドレイン間に電圧VBを加えた場合におけるNMOSトランジスタの抵抗値Rは、次式から求めることができる。 By the way, in the above embodiment, the resistance value of the MOS transistor constituting the high resistance element 13 can be freely set to a desired value by changing the gate width W and the gate length L of the MOS transistor. More specifically, the source-grounded circuit using NMOS transistors, the source - the resistance value R of the NMOS transistor when a voltage is applied to V B between the drain can be determined from the following equation.
なお、上式において、ID0は飽和電流、Wはゲート幅、Lはゲート長、Vthはしきい値電圧、nはフィッティング定数である。 In the above equation, ID0 is a saturation current, W is a gate width, L is a gate length, Vth is a threshold voltage, and n is a fitting constant.
高抵抗素子の抵抗値を5G(Ω)程度とした場合におけるゲート幅W及びゲート長Lの数値例を表4に示す。同表にはシート抵抗200(MΩ)のチップ抵抗のチップサイズ及び占有面積を参考として示した。この表から明らかなように、MOSトランジスタを直列接続して高抵抗素子を構成した場合には、チップ抵抗を用いた場合に比べて非常に少ない面積で高い抵抗値を得ることができる。
表4の構成からなるMOSトランジスタを用いて図6に示す回路を構成し、印加電圧VBと抵抗値Rとの関係をシミュレーションした結果を図7に示す。図7に示すように、VBの広い範囲において3.0〜6GΩ程度の抵抗値が得られることがわかる。 FIG. 7 shows the result of simulating the relationship between the applied voltage V B and the resistance value R by configuring the circuit shown in FIG. 6 using the MOS transistor having the configuration shown in Table 4. As shown in FIG. 7, it can be seen that the resistance value of approximately 3.0~6GΩ is obtained in a wide range of V B.
ところで、以上の実施形態の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。 By the way, description of the above embodiment is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
例えば、上記実施形態では、図1に示すように高抵抗素子13を構成している2つのMOSトランジスタのうちPチャネルMOSトランジスタ131がJ−FETのゲート電極の近くに配置するようにしているが、NチャネルMOSトランジスタ132をJ−FETのゲート電極の近くに配置するようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, as shown in FIG. 1, the P-channel MOS transistor 131 of the two MOS transistors constituting the high-resistance element 13 is arranged near the gate electrode of the J-FET. The N channel MOS transistor 132 may be disposed near the gate electrode of the J-FET.
上記実施形態では、2つのMOSトランジスタによって高抵抗素子13を構成しているが、種類の異なる2つのMOSトランジスタの組み合わせからなる素子を複数個直列に接続することにより高抵抗素子13を実現するようにしてもよい。 In the above embodiment, the high resistance element 13 is constituted by two MOS transistors, but the high resistance element 13 is realized by connecting a plurality of elements composed of combinations of two different types of MOS transistors in series. It may be.
図2に示すように、上記実施形態では、第2のNウェル211を介在させてPウェル212を形成している(トリプルウェル構造)が、図8に示すように第2のNウェル211を介在させずに構成することもできる。また、この場合には、図9に示すように、PチャネルMOSトランジスタ131の第1のNウェル202を電源に接続する回路構成とすることもできる。 As shown in FIG. 2, in the above embodiment, the P-well 212 is formed with the second N-well 211 interposed (triple well structure). However, as shown in FIG. It can also be configured without intervening. Further, in this case, as shown in FIG. 9, a circuit configuration in which the first N well 202 of the P-channel MOS transistor 131 is connected to the power source may be employed.
J−FET12は、高抵抗素子13を構成しているPチャネルMOSトランジスタ131及びNチャネルMOSトランジスタ132が形成されている半導体基板(上記実施形態ではP型半導体基板201)と同じ半導体基板に形成するようにしてもよい。 The J-FET 12 is formed on the same semiconductor substrate as the semiconductor substrate (P-type semiconductor substrate 201 in the above embodiment) on which the P-channel MOS transistor 131 and the N-channel MOS transistor 132 constituting the high resistance element 13 are formed. You may do it.
インピーダンス変換素子は、例えば、バイポーラトランジスタであってもよい。 The impedance conversion element may be, for example, a bipolar transistor.
1 ECM
11 エレクトレットコンデンサ
12 J−FET
13 高抵抗素子
14 負荷抵抗
131 PチャネルMOSトランジスタ
132 NチャネルMOSトランジスタ
201 P型半導体基板
202 第1のNウェル
203 ソース電極(P+)
204 ドレイン電極(P+)
205 ゲート電極
211 第2のNウェル
212 Pウェル
213 ドレイン電極(N+)
214 ソース電極(N+)
215 ゲート電極
1 ECM
11 Electret capacitor 12 J-FET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 High resistance element 14 Load resistance 131 P channel MOS transistor 132 N channel MOS transistor 201 P type semiconductor substrate 202 1st N well 203 Source electrode (P +)
204 Drain electrode (P +)
205 Gate electrode 211 Second N well 212 P well 213 Drain electrode (N +)
214 Source electrode (N +)
215 Gate electrode
Claims (8)
前記高抵抗素子が、同じ半導体基板に形成されているPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタを直列接続することにより構成されてなること、
を特徴とする増幅回路。 An impedance conversion element, and a high resistance element connected to an input of the impedance conversion element and biasing the input,
The high resistance element is formed by connecting in series a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor formed on the same semiconductor substrate;
An amplifier circuit characterized by the above.
前記PチャネルMOSトランジスタは、P型半導体基板に形成された第1のNウェルと、前記第1のNウェルに形成されたソース電極(P+)及びドレイン電極(P+)と、前記ドレイン電極(P+)及び前記ソース電極(P+)にゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極と、によって構成されてなり、
前記NチャネルMOSトランジスタは、前記P型半導体基板の、前記第1のNウェルとは異なる領域に形成された第2のNウェルと、前記第2のNウェルに形成されたPウェルと、前記Pウェルに形成されたドレイン電極(N+)及びソース電極(N+)と、前記ドレイン電極(N+)及び前記ソース電極(N+)にゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極と、によって構成されてなること
を特徴とする増幅回路。 The amplifier circuit according to claim 1,
The P-channel MOS transistor includes a first N well formed in a P-type semiconductor substrate, a source electrode (P +) and a drain electrode (P +) formed in the first N well, and the drain electrode (P +). And a gate electrode formed on the source electrode (P +) through a gate oxide film,
The N-channel MOS transistor includes a second N well formed in a region different from the first N well of the P-type semiconductor substrate, a P well formed in the second N well, A drain electrode (N +) and a source electrode (N +) formed in a P well, and a gate electrode formed on the drain electrode (N +) and the source electrode (N +) through a gate oxide film. An amplifier circuit characterized by
前記PチャネルMOSトランジスタは、P型半導体基板に形成されたNウェルと、前記Nウェルに形成されたソース電極(P+)及びドレイン電極(P+)と、前記ドレイン電極(P+)及び前記ソース電極(P+)にゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極と、によって構成されてなり、
前記NチャネルMOSトランジスタは、前記P型半導体基板に形成されたドレイン電極(N+)及びソース電極(N+)と、前記ドレイン電極(N+)及び前記ソース電極(N+)にゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極と、によって構成されてなること
を特徴とする増幅回路。 The amplifier circuit according to claim 1,
The P-channel MOS transistor includes an N well formed in a P-type semiconductor substrate, a source electrode (P +) and a drain electrode (P +) formed in the N well, the drain electrode (P +), and the source electrode ( P +) and a gate electrode formed through a gate oxide film,
The N-channel MOS transistor is formed on the drain electrode (N +) and the source electrode (N +) formed on the P-type semiconductor substrate, and on the drain electrode (N +) and the source electrode (N +) through a gate oxide film. And an amplifying circuit comprising: a gate electrode that is configured to be a gate electrode;
前記インピーダンス変換素子は、電解効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタであることを特徴とする増幅回路。 The amplifier circuit according to claim 1,
The amplifier circuit, wherein the impedance conversion element is a field effect transistor or a bipolar transistor.
前記インピーダンス変換素子が、前記高抵抗素子を構成している前記PチャネルMOSトランジスタ及び前記NチャネルMOSトランジスタが形成された半導体基板と同じ半導体基板に形成されてなること
を特徴とする増幅回路。 The amplifier circuit according to claim 1,
The amplifier circuit, wherein the impedance conversion element is formed on the same semiconductor substrate as the semiconductor substrate on which the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor constituting the high-resistance element are formed.
前記インピーダンス変換素子の前記入力に接続されるエレクトレットコンデンサを含むこと
を特徴とする増幅回路。 The amplifier circuit according to claim 1,
An amplifying circuit comprising: an electret capacitor connected to the input of the impedance conversion element.
前記高抵抗素子は、同じ半導体基板に形成されたPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタを直列接続することにより構成されてなり、
前記PチャネルMOSトランジスタは、P型半導体基板に形成された第1のNウェルと、前記第1のNウェルに形成されたソース電極(P+)及びドレイン電極(P+)と、前記ドレイン電極(P+)及び前記ソース電極(P+)にゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極と、によって構成されてなり、
前記NチャネルMOSトランジスタは、前記P型半導体基板の、前記第1のNウェルとは異なる領域に形成された第2のNウェルと、前記第2のNウェルに形成されたPウェルと、前記Pウェルに形成されたドレイン電極(N+)及びソース電極(N+)と、前記ドレイン電極(N+)及び前記ソース電極(N+)にゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極と、によって構成されてなること
を特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロフォン。 An impedance conversion element, a high resistance element connected to the input of the impedance conversion element and biasing the input, and an electret capacitor connected to the input,
The high resistance element is configured by connecting a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor formed on the same semiconductor substrate in series.
The P-channel MOS transistor includes a first N well formed in a P-type semiconductor substrate, a source electrode (P +) and a drain electrode (P +) formed in the first N well, and the drain electrode (P +). And a gate electrode formed on the source electrode (P +) through a gate oxide film,
The N-channel MOS transistor includes a second N well formed in a region different from the first N well of the P-type semiconductor substrate, a P well formed in the second N well, A drain electrode (N +) and a source electrode (N +) formed in a P well, and a gate electrode formed on the drain electrode (N +) and the source electrode (N +) through a gate oxide film. An electret condenser microphone characterized by
前記高抵抗素子は、同じ半導体基板に形成されたPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタを直列接続することにより構成されてなり、
前記PチャネルMOSトランジスタは、P型半導体基板に形成されたNウェルと、前記Nウェルに形成されたソース電極(P+)及びドレイン電極(P+)と、前記ドレイン電極(P+)及び前記ソース電極(P+)にゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極と、によって構成されてなり、
前記NチャネルMOSトランジスタは、前記P型半導体基板に形成されたドレイン電極(N+)及びソース電極(N+)と、前記ドレイン電極(N+)及び前記ソース電極(N+)にゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極と、によって構成されてなること
を特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロフォン。
An impedance conversion element, a high resistance element connected to the input of the impedance conversion element and biasing the input, and an electret capacitor connected to the input,
The high resistance element is configured by connecting a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor formed on the same semiconductor substrate in series.
The P-channel MOS transistor includes an N well formed in a P-type semiconductor substrate, a source electrode (P +) and a drain electrode (P +) formed in the N well, the drain electrode (P +), and the source electrode ( P +) and a gate electrode formed through a gate oxide film,
The N-channel MOS transistor is formed on the drain electrode (N +) and the source electrode (N +) formed on the P-type semiconductor substrate, and on the drain electrode (N +) and the source electrode (N +) through a gate oxide film. An electret condenser microphone, comprising: a gate electrode that is configured to be formed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005055654A JP2006245740A (en) | 2005-03-01 | 2005-03-01 | Amplifier circuit and electret condenser microphone using same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005055654A JP2006245740A (en) | 2005-03-01 | 2005-03-01 | Amplifier circuit and electret condenser microphone using same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006245740A true JP2006245740A (en) | 2006-09-14 |
Family
ID=37051707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005055654A Pending JP2006245740A (en) | 2005-03-01 | 2005-03-01 | Amplifier circuit and electret condenser microphone using same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006245740A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009239202A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Sanyo Electric Co Ltd | Amplifying element and manufacturing method thereof |
US8362822B2 (en) | 2010-06-03 | 2013-01-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a bias resistor circuit |
WO2013108499A1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-25 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor integrated circuit |
JP2019121937A (en) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | 株式会社村田製作所 | Electric charge detection circuit and piezoelectric microphone |
WO2022056610A1 (en) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | Freedman Electronics Pty Limited | Electret capsule |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62198208A (en) * | 1986-02-26 | 1987-09-01 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
JPS6451649A (en) * | 1987-08-24 | 1989-02-27 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
JPH01216568A (en) * | 1988-02-25 | 1989-08-30 | Seiko Epson Corp | Mos type semiconductor device |
JPH11176950A (en) * | 1997-12-15 | 1999-07-02 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
JPH11317996A (en) * | 1998-05-07 | 1999-11-16 | Audio Technica Corp | Impedance converter |
JP2000216643A (en) * | 1999-01-26 | 2000-08-04 | Seiko Epson Corp | Bias voltage circuit, constant current circuit and mos high resistance element |
JP2003243944A (en) * | 2002-02-15 | 2003-08-29 | Sanyo Electric Co Ltd | High input impedance amplifier, and semiconductor integrated circuit for electret condenser microphone |
-
2005
- 2005-03-01 JP JP2005055654A patent/JP2006245740A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62198208A (en) * | 1986-02-26 | 1987-09-01 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
JPS6451649A (en) * | 1987-08-24 | 1989-02-27 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
JPH01216568A (en) * | 1988-02-25 | 1989-08-30 | Seiko Epson Corp | Mos type semiconductor device |
JPH11176950A (en) * | 1997-12-15 | 1999-07-02 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
JPH11317996A (en) * | 1998-05-07 | 1999-11-16 | Audio Technica Corp | Impedance converter |
JP2000216643A (en) * | 1999-01-26 | 2000-08-04 | Seiko Epson Corp | Bias voltage circuit, constant current circuit and mos high resistance element |
JP2003243944A (en) * | 2002-02-15 | 2003-08-29 | Sanyo Electric Co Ltd | High input impedance amplifier, and semiconductor integrated circuit for electret condenser microphone |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009239202A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Sanyo Electric Co Ltd | Amplifying element and manufacturing method thereof |
US8362822B2 (en) | 2010-06-03 | 2013-01-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a bias resistor circuit |
WO2013108499A1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-25 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor integrated circuit |
JPWO2013108499A1 (en) * | 2012-01-20 | 2015-05-11 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor integrated circuit |
JP2019121937A (en) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | 株式会社村田製作所 | Electric charge detection circuit and piezoelectric microphone |
WO2022056610A1 (en) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | Freedman Electronics Pty Limited | Electret capsule |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7719358B2 (en) | Low frequency analog circuit and design method thereof | |
US7622994B2 (en) | Bias circuit with increased power supply rejection | |
US8983090B2 (en) | MEMS microphone using noise filter | |
KR101098047B1 (en) | Amplifying circuit of condenser microphone | |
US7453318B2 (en) | Operational amplifier for outputting high voltage output signal | |
US20070217628A1 (en) | Two-wire microphone circuit | |
TW201106126A (en) | Reference voltage circuit and electronic device | |
US10637418B2 (en) | Stacked power amplifiers using core devices | |
US8094846B2 (en) | Deep sub-micron MOS preamplifier with thick-oxide input stage transistor | |
WO2011132240A1 (en) | Amplification device for capacitor microphone | |
US20090285412A1 (en) | Integrated circuit biasing a microphone | |
US20220182021A1 (en) | Thin film transistor-based bootstrap structure amplifier and chip | |
JP2006245740A (en) | Amplifier circuit and electret condenser microphone using same | |
US7786800B2 (en) | Class AB amplifier | |
US9559647B2 (en) | Amplifier circuit | |
JPS5913409A (en) | Power amplifying circuit | |
US6392465B1 (en) | Sub-threshold CMOS integrator | |
US6982597B2 (en) | Differential input circuit | |
CN103199849A (en) | Source electrode follower based on deep N-well N-channel metal oxide semiconductor (NMOS) transistor | |
CN203193607U (en) | PMOS transistor-based source follower | |
JP2005204297A (en) | Amplifying device with bias circuit | |
CN203104402U (en) | Source electrode follower based on deep N-well NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor) transistor | |
JP2010130555A (en) | Voltage follower circuit | |
JP2015019328A (en) | Amplification circuit | |
JP2013125829A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080218 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100126 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100601 |