JP2006506801A - 周波数に独立な分圧器 - Google Patents

Abstract

本発明による周波数に独立な分圧器によると、抵抗器（２０）の分布寄生キャパシタンスを補償するための分布補償キャパシタンス構造（１０）は抵抗器（２０）と基板（５０）との間に配置される。このため、補償構造（１０）は抵抗器（２０）を基板（５０）から部分的に遮蔽し、従って寄生キャパシタンスを遮蔽する。これにより補償が改善される。

Description

本発明は、参照端子と、参照端子に対する入力信号を受け取るための入力端子と、参照端子に対する出力信号を供給するための出力端子と、基板上に配置され、入力端子と参照端子との間に結合された抵抗器とを備える分圧器装置に関する。

このような分圧器装置においては、各々の補償キャパシタが周波数に独立な分圧機能を提供するために組み込まれる。周波数に独立な分圧器は一般的技術水準から公知である。一例として、米国特許第６，１００，７５０号明細書には、冒頭のパラグラフに定義されるタイプの周波数に独立な分圧器装置を開示するが、そこでは、一方の側は入力端子に結合され、もう一方の側は抵抗器に結合された分布補償キャパシタが分布形式にて設けられる。より詳細には、この分布補償キャパシタは、抵抗器の導体トラックと、この導体トラックを少なくとも部分的にカバーする、入力端子に結合された、もう一つの導体トラックと、一方の導体トラックをもう一つの導体トラックから絶縁する絶縁体とから構成される。

図１は、この周波数に独立な分圧器の概略の回路図を示す。抵抗器は、２つ以上の抵抗Ｒ_１〜Ｒ_Ｍ＋１を有する抵抗の直列接続を有している。この直列接続のある任意のノードは、寄生キャパシタ（ＣＰ_ｋ）が取り付けられる。補償キャパシタ（ＣＣＭＰ_ｋ）が、それと関連する任意のノードとこの回路図の左側に配置された入力端子との間に結合される。上述のようにして、抵抗Ｒの分布寄生キャパシタンス（ＣＰ）が、分布補償キャパシタンス（ＣＣＭＰ）によって補償される。図１においては、この回路図の右側の所の最後のノードＭ＋１は、アースに接続されるものと想定される。

周波数に独立な抵抗性挙動を達成するためには、各ノード上の容量性分圧と抵抗性分圧とが完全に一致べきである。このことは、全てのｋ（ｋ＝１，２，．．．Ｍ）に対して、以下の式が満たされるべきであることを意味する。

もし上述の基準が満たされる場合は、入力端子からノードに伝達される全ての信号は、入力信号の周波数に独立となる。この結果、周波数に独立な複数の出力信号を取り出すために、複数の出力端子を複数のノードに結合することが可能となる。

一つの実際的例においては、上述の原理に基づく周波数に独立な分圧器は、集積された抵抗を介して実現することができる。この場合は、この集積された抵抗は、無数の無限小の直列接続された抵抗Ｒ_１からＲ_Ｍ＋１とみなすこともでき、ここで、Ｍは無限大へと接近する。

図２は、上述の従来技術において記述されるような曲折した形状を有する折り重ねられた集積された抵抗２０の平面図を示す。上述の基準を満たすために、分布補償キャパシタンス１０は、導電層１０を抵抗器２０の上面に形成することで生成され、絶縁層３０にて分離される。この集積された抵抗器２０は入力端子２と参照端子１との間に接続され、他方、分布補償キャパシタンス１０の入力端子２に接続される。

図３は、この公知の周波数に独立な分圧器の側面図を示すが、ここで集積された抵抗２０は基板或いはハンドルウェーハ５０から第一の絶縁体４０によって隔離され、補償は分布補償キャパシタンス、例えば、集積された抵抗２０から第二の絶縁層３０によって隔離された導電体トラック１０を通じて行なわれる。インデックスｋの値が小さな場合は、ＣＰ_ｋ／ＣＣＭＰ_ｋの比は零に接近しなければならない。このことは、ＣＣＭＰ_ｋは無限大に増加すべきことを意味する。ただし、これは、集積された抵抗２０の本体の幅の制約のために、達成することはできない。このために、補償には本質的に誤りが伴う。

従って、本発明の一つの目的は、それによると寄生キャパシタンス補償が改善されるような周波数に独立な分圧器装置を提供することにある。

この目的は請求項１に請求されるような分圧器装置にて達成される。

こうして、周波数に独立な分圧器を構成する新たなやり方が提唱される。寄生キャパシタンスの影響は抵抗器と基板との間に配置された補償キャパシタンス構造によって補償される。構成のためのこの新たなやり方によると、より良好な補償が得られるとともに、これら分圧器を、集積回路プロセス内に或いは公知の構造は不可能な状況において用いることに対する新たな可能性が開かれる。この補償構造は抵抗と基板との間に配置されるという事実のために、この補償構造はこの抵抗を基板から部分的に遮蔽し、従って、寄生キャパシタンスを遮蔽する。公知の分布抵抗においては抵抗の個々のセグメントの寄生キャパシタンスが等しくされるが、本発明による分布抵抗においては寄生キャパシタンスと補償キャパシタンスの面積の総和が等しくされる。このやり方では、小さなｋの値に対して、零に接近するような寄生キャパシタンスと補償キャパシタンスの比を達成することが可能となるという事実により、より良好な補償が許される。

この抵抗器は、曲折した形状を有し、ポリシリコンから形成してもよい。分布補償キャパシタンス構造は、所定の形状、例えば、三角形の導電層を含み、適当な導電材、例えば、強くドーピングされたシリコンから形成してもよい。更に、分布補償キャパシタンス構造は、抵抗器と基板からそれぞれの絶縁層によって分離し、これら絶縁層は、適当な非導電材、例えば、酸化ケイ素から形成してもよい。分布補償キャパシタンス構造をこれら絶縁層間に配置するこのやり方によると、更に、これら絶縁層は、適用されるＩＣプロセスによっては、公知の従来の構造の場合より大きな電圧に耐えることができるという長所も得られる。

更なる有益な進展が従属請求項に定義されている。

以下では、本発明について、一つの好ましい形態に基づいて添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。

以下では、好ましい実施例について曲折した形状の抵抗器２０を有する集積された分圧器に基づいて説明する。

図４はこの好ましい実施例による周波数に独立な分圧器の側面図を示す。図３の公知の配置とは対照的に、ここではこの分布補償キャパシタンス構造１０は、抵抗器２０を基板５０から部分的に遮蔽する。それによって、分布寄生キャパシタンスも遮蔽される。図３の公知の設計においては、抵抗器２０の個々のセグメントの寄生キャパシタンスが等しくされるが、ここでは寄生キャパシタンスＣＰ_ｋと補償キャパシタンスＣＣＭＰ_ｋの面積の総和が等しくされる。これは、より良い補償が許される。その理由は、ｋの値が低い場合、公知の設計ではＣＣＭＰ_ｋを無限大に増加させることを要求されるため不可能であったが、零に接近するＣＰ_ｋ／ＣＣＭＰ_ｋの比を達成することが可能となるためである。

最適な補償を達成するためには、分布補償キャパシタンス構造の補償層の幅Ｄ_ｋを個々のｋ＝１，２，．．．Ｍに対して決定しなければならない。これを達成するためには、抵抗器２０の抵抗は、個々のセグメントｋについて等しいものと、つまり、Ｒ_１＝Ｒ_２＝．．．＝Ｒ_ｍ＋１であるものと想定される。

さらに、ＣＰ_ｋ＝ＣＰ_ｓｑ・（ＤＲ−Ｄ_ｋ）・ＷＲであり、ここでＣＰ_ｓｑは抵抗の単位面積当りの寄生キャパシタンスを表し、ＷＲは抵抗器２０の抵抗本体の幅を表し、ＤＲは一つの抵抗セグメントの長さ或いは抵抗レイアウト全体の幅を表し、Ｄ_ｋは補償キャパシタンス構造のセグメントｋにおける幅を表す。

この結果として、補償キャパシタンスは以下のように計算することができる：
ＣＣＭＰ_ｋ＝ＣＣＭＰ_ｓｑ・Ｄ_ｋ・ＷＲ ［２］
式［１］に基づいて以下の式を得ることができる：

上の式［３］から、補償構造１０の幅は以下のように計算することができる：

補償キャパシタンス構造１０の結果としての形状は図５に示されるような三角形と一致する。この補償構造１０は抵抗器２０と基板５０との間に配置され、それぞれの上側と下側絶縁層３０、４０によって分離される。上側絶縁層３０と下側絶縁層４０は、両方とも、例えば、酸化ケイ素或いは他の適当な非導電材から形成される。補償キャパシタンス構造１０は、強くドープされたシリコンから形成することも、或いは他の適当な導電材から形成することもでき、抵抗器２０はポリシリコンから形成してもよい。

図６は、それぞれの接続端子１，２，３を有する提唱される周波数に独立な分圧器の等価図を示す。曲折した抵抗器２０の所には、入力端子２、出力端子３、及び参照端子１が設けられ、ここで参照端子１は基板５０とアース電位とに接続される。更に、等価寄生キャパシタンスが簡略的に示されており、そしてこれによって補償キャパシタンス構造の遮蔽機能が明らかにされている。

この提唱される改善された周波数に独立な分圧器は、とりわけ、高周波用途、例えば、ＴＶ集積回路内のＲＧＢ増幅器、無線周波数（ＲＦ）増幅器、オシロスコーププローブ等内に用いることができる。

本発明は、上述の好ましい実施例に制限されるものではなく、分布補償キャパシタンス構造が抵抗器の分布寄生キャパシタンスを補償するために設けられるような任意の分圧器装置内で用いることができることに注意する。より詳細には、抵抗器２０及び補償キャパシタンス構造１０は、要求される補償が得られるように、例えば、式［１］として記述される基準が満足できるように、任意の形状にて設けることもできる。更に、任意の他の適当な導電材を抵抗器２０及び補償キャパシタンス構造を実現するために用いることもできる。上述の好ましい実施例は、それゆえ、添付のクレームの範囲内で変更し得る。

周波数に独立な分圧器の概略の等価回路図である。 公知の周波数に独立な分圧器のレイアウトの平面図である。 図２の公知の周波数に独立な分圧器の側面図である。 本発明の好ましい実施例による周波数に独立な分圧器の側面図である。 この好ましい実施例による周波数に独立な分圧器の平面図である。 この好ましい実施例による、接続端子を有する周波数に独立な分圧器の略断面側面図である。

Claims (7)

1. 参照端子と、前記参照端子に対する入力信号を受け取るための入力端子と、前記参照端子に対する出力信号を供給するための出力端子と、基板上に配置され、前記入力端子と前記参照端子との間に結合された抵抗器とを備える分圧器装置であって、分布寄生キャパシタンスの影響を補償するための分布補償キャパシタンス構造が前記抵抗器と前記基板との間に配置されることを特徴とする分圧器装置。
2. 前記分圧器装置は、曲折した形状を有することを特徴とする請求項１記載の分圧器装置。
3. 前記抵抗器は、ポリシリコンから形成されることを特徴とする請求項２記載の分圧器装置。
4. 前記分布補償キャパシタンス構造は、所定の形状の導電層を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分圧器装置。
5. 前記所定の形状は、三角形であることを特徴とする請求項４記載の分圧器装置。
6. 前記導電層の水平方向における幅は、以下の式に従って選択され：
   

   

   ここで、ＣＰ_ｓｑは抵抗の単位面積当りの寄生キャパシタンスを表し、ＤＲは前記抵抗器の長さを表し、ｋは前記抵抗器の一セグメントのインデックスを表し；Ｍは前記抵抗器のセグメントの総数を表し、ＣＣＭＰ_ｓｑは抵抗の単位面積当りの分布補償キャパシタンスを表し、Ｄ_ｋは前記導電層の前記幅を表すことを特徴とする請求項４または５記載の分圧器装置。
7. 前記分布補償キャパシタンス構造は、前記抵抗器及び前記基板からそれぞれの絶縁層によって分離されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の分圧器装置。

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