JP2013207413A - Inverting buffer circuit - Google Patents

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寛貴 小楠
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverting buffer circuit that suppresses a signal distortion due to a change in resistance value under the influence of a potential of a semiconductor substrate or the like around a resistive element layer.SOLUTION: The inverting buffer circuit includes a first resistive element R1 as an input resistance, and a second resistive element R2 as a feedback resistance. The first resistive element R1 includes a first resistive element layer formed on the semiconductor substrate via an insulating layer. The second resistive element R2 includes a second resistive element layer formed on the semiconductor substrate via an insulating layer with one end being connected to one end of the first resistive element layer, and a first conductive layer arranged under or over the second resistive element layer and biased by a predetermined bias potential based on a potential of the other end of the second resistive element layer. Where a resistance ratio of a resistance value of the first resistive element R1 to a resistance value of the second resistive element R2 is 1:x (1≤x), a voltage value of the predetermined bias potential is (x+1)/(2x) times the potential of the other end of the second resistive element layer.

Description

本発明は、抵抗素子を含む反転バッファ回路に関し、特にその抵抗素子の抵抗値の変化に起因する信号の歪みを抑えるようにした反転バッファ回路に関する。   The present invention relates to an inverting buffer circuit including a resistance element, and more particularly to an inverting buffer circuit configured to suppress signal distortion caused by a change in resistance value of the resistance element.

半導体集積回路では、抵抗素子、コンデンサ、トランジスタ等の素子を組み合わせて所望の電子回路を構成する。このため、各素子は、特性がなるべく変わらないことが望ましい。抵抗素子を例にすると、抵抗素子の抵抗値が変化してしまうことは、電子回路を構成する上で極めて好ましいことではない。
しかしながら、半導体基板上に形成される抵抗素子は、ポリシリコンや拡散層を素材としており、その周辺(上面や下面)の半導体基板等の電位と、抵抗素子の電位との電位差で空乏層の広がり状態が変わり、導電領域の幅が変わる。このため、抵抗素子の抵抗値が変化する。
In a semiconductor integrated circuit, a desired electronic circuit is configured by combining elements such as a resistance element, a capacitor, and a transistor. For this reason, it is desirable that the characteristics of each element remain as small as possible. Taking a resistance element as an example, the change in resistance value of the resistance element is not very preferable in constructing an electronic circuit.
However, the resistance element formed on the semiconductor substrate is made of polysilicon or a diffusion layer, and the depletion layer spreads by the potential difference between the potential of the semiconductor substrate in the periphery (upper surface and lower surface) and the potential of the resistance element. The state changes and the width of the conductive region changes. For this reason, the resistance value of the resistance element changes.

半導体基板上に形成される抵抗素子では、抵抗素子の上面および下面からの抵抗値の変化は本質的に同等であるため、以下では下面からの変化のみを議論する。
いま、図9に示すように、半導体基板上に形成される抵抗素子の抵抗値Rと、その抵抗素子の下面の基板電位V0との関係は、以下の式で表される。
In the resistance element formed on the semiconductor substrate, the change in resistance value from the upper surface and the lower surface of the resistance element is essentially the same, so only the change from the lower surface will be discussed below.
Now, as shown in FIG. 9, the relationship between the resistance value R of the resistance element formed on the semiconductor substrate and the substrate potential V0 on the lower surface of the resistance element is expressed by the following equation.

Figure 2013207413
Figure 2013207413

ここで、VAおよびVBは抵抗素子の両端にそれぞれ印加される電圧、R0は抵抗素子の抵抗値の変化がない場合の理想的な抵抗値、kは基板電圧依存性の一次係数である。
このような、周辺の半導体基板等との電位によって、抵抗値が変化することを抑えるために、図10に示すような特許文献1の半導体装置(抵抗素子)10が知られている。
Here, VA and VB are voltages applied to both ends of the resistance element, R0 is an ideal resistance value when there is no change in the resistance value of the resistance element, and k is a primary coefficient depending on the substrate voltage.
A semiconductor device (resistive element) 10 of Patent Document 1 as shown in FIG. 10 is known in order to suppress a change in resistance value due to such a potential with a peripheral semiconductor substrate or the like.

この半導体装置10は、P型の半導体基板11に形成されたN型の島領域12の主面に、P型の拡散領域13が形成されている。この表面に、高電位電圧を印加する第1の電極14と低電位電圧を印加する第2の電極15とを設けると共に、P型の拡散領域13の表面の外側の島領域12の表面に高電位電圧を印加する第3の電極16と低電位電圧を印加する第4の電極17とを設けている。
これにより、半導体装置10は、島領域12の電位分布が、P型の拡散領域13の電位分布に沿うように構成されている。
In this semiconductor device 10, a P-type diffusion region 13 is formed on the main surface of an N-type island region 12 formed on a P-type semiconductor substrate 11. On this surface, a first electrode 14 for applying a high potential voltage and a second electrode 15 for applying a low potential voltage are provided, and a high voltage is provided on the surface of the island region 12 outside the surface of the P-type diffusion region 13. A third electrode 16 for applying a potential voltage and a fourth electrode 17 for applying a low potential voltage are provided.
As a result, the semiconductor device 10 is configured such that the potential distribution of the island region 12 follows the potential distribution of the P-type diffusion region 13.

特開平5−190773号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-190773

ところで、半導体基板に抵抗素子を形成する場合に、抵抗素子の下面の電位によって抵抗値が変化することを抑えるために、図11に示すような抵抗素子20が考えられる。
この抵抗素子20は、半導体基板24上に、第1の電極21及び第2の電極22を有する抵抗素子層23が形成されている。第1の電極21の電位によってバイアスされた第1の導電層25と、第2の電極22の電位によってバイアスされた第2の導電層26とで、抵抗素子層23の下部が均等に覆われている。このように、両端をバイアスされた抵抗素子層23の下部又は上部の少なくとも一方を覆う第1の導電層25及び第2の導電層26によって、抵抗素子層23の周辺の半導体基板24等との電圧差による抵抗値の変化を相殺することで、抵抗値の変化を抑える。
By the way, when forming a resistance element in a semiconductor substrate, in order to suppress that a resistance value changes with the electric potential of the lower surface of a resistance element, the resistance element 20 as shown in FIG. 11 can be considered.
In the resistance element 20, a resistance element layer 23 having a first electrode 21 and a second electrode 22 is formed on a semiconductor substrate 24. The lower portion of the resistance element layer 23 is uniformly covered with the first conductive layer 25 biased by the potential of the first electrode 21 and the second conductive layer 26 biased by the potential of the second electrode 22. ing. As described above, the first conductive layer 25 and the second conductive layer 26 that cover at least one of the lower or upper portion of the resistive element layer 23 biased at both ends are connected to the semiconductor substrate 24 and the like around the resistive element layer 23. The change in the resistance value is suppressed by canceling out the change in the resistance value due to the voltage difference.

例えば、半導体基板24をP型基板とし、第1の導電層25および第2の導電層26はNウェルとよばれる不純物濃度の薄いN型の拡散層とした時、抵抗素子20には半導体基板24の電位以上の電圧を印加することが可能である。
また、図12に示すように、半導体基板24をP型基板とし、電源電圧VDDが印加されたN−ウェル24aにより、第1の導電層25および第2の導電層26を半導体基板24から分離した時、抵抗素子には電源電圧以下の電圧を印加することが可能である。
For example, when the semiconductor substrate 24 is a P-type substrate and the first conductive layer 25 and the second conductive layer 26 are N-type diffusion layers having a low impurity concentration called N-well, the resistance element 20 includes a semiconductor substrate. It is possible to apply a voltage greater than 24 potentials.
Further, as shown in FIG. 12, the semiconductor substrate 24 is a P-type substrate, and the first conductive layer 25 and the second conductive layer 26 are separated from the semiconductor substrate 24 by an N-well 24a to which the power supply voltage VDD is applied. In this case, a voltage equal to or lower than the power supply voltage can be applied to the resistance element.

図13は、図11、図12に示す抵抗素子20を用いた一般的な反転バッファ回路40の構成の回路図である。
反転バッファ回路40は、オペアンプ(演算増幅器)41と、抵抗素子20からなる抵抗素子R10、R20とを用いて構成されている。また、抵抗素子R10、R20は、その周囲の半導体基板等との電位によって抵抗値が変わらない。このため、反転バッファ回路40は、入力信号が高い電圧の場合と低い電圧の場合とでゲインが同じであり、出力に歪みが発生しない。
FIG. 13 is a circuit diagram of a configuration of a general inverting buffer circuit 40 using the resistance element 20 shown in FIGS. 11 and 12.
The inverting buffer circuit 40 is configured using an operational amplifier (operational amplifier) 41 and resistance elements R10 and R20 including the resistance element 20. Further, the resistance values of the resistance elements R10 and R20 do not change depending on the potential with the surrounding semiconductor substrate or the like. For this reason, the inverting buffer circuit 40 has the same gain when the input signal is at a high voltage and when the input signal is at a low voltage, and no distortion occurs in the output.

しかしながら、上記の反転バッファ回路40では、図11、図12に示す抵抗素子20を使用している。このため、半導体基板24をP型基板とした時、第1の導電層25および第2の導電層26と半導体基板24間、もしくは電源電圧VDDが印加されたN−ウェル24a間の接合容量を介して、基板電圧、または電源電圧に重畳したノイズが、高インピーダンスノードとなるオペアンプ41の負入力端子(−)において、信号電圧に重畳してしまうことがある。   However, the inverting buffer circuit 40 uses the resistance element 20 shown in FIGS. Therefore, when the semiconductor substrate 24 is a P-type substrate, the junction capacitance between the first conductive layer 25 and the second conductive layer 26 and the semiconductor substrate 24 or between the N-well 24a to which the power supply voltage VDD is applied is obtained. Thus, noise superimposed on the substrate voltage or the power supply voltage may be superimposed on the signal voltage at the negative input terminal (−) of the operational amplifier 41 serving as a high impedance node.

また、第1の導電層25および第2の導電層26を電気的に分離するために、抵抗素子層23のみの面積に比べ、抵抗素子20全体の面積は増大し、反転バッファ回路40のレイアウト面積が増大する。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、抵抗素子層の周辺の半導体基板などの電位の影響を受けて、抵抗値が変化することに起因する信号の歪みを抑えることが可能となる反転バッファ回路を提供することを目的とする。
Further, since the first conductive layer 25 and the second conductive layer 26 are electrically separated, the entire area of the resistive element 20 is increased as compared to the area of the resistive element layer 23 alone, and the layout of the inverting buffer circuit 40 is increased. The area increases.
In view of the above problems, the present invention provides an inversion buffer that can suppress signal distortion caused by a change in resistance value under the influence of a potential of a semiconductor substrate or the like around a resistance element layer. An object is to provide a circuit.

上記の目的を達成するために、本発明は以下のような構成からなる。
本発明の一態様は、入力抵抗素子および帰還抵抗素子を含む反転バッファ回路において、半導体基板に絶縁層を介して形成された第1抵抗素子層を備える第1の抵抗素子と、一端が前記第1抵抗素子層の一端に接続され、前記半導体基板に絶縁層を介して形成された第2抵抗素子層と、前記第2抵抗素子層の下部又は上部に配置され前記第2抵抗素子層の他端の電位に基づく所定のバイアス電位でバイアスされる第1導電層と、を備える第2の抵抗素子と、を備え、前記第1の抵抗素子および前記第2の抵抗素子は、前記入力抵抗素子および前記帰還抵抗素子のそれぞれのいずれかとし、前記第1抵抗素子の抵抗値と前記第2抵抗素子の抵抗値の抵抗比が1:xのとき(1≦x)、前記所定のバイアス電位の電圧値は前記第2抵抗素子層の他端の電位に対して(x+1)/(2x)倍であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
One aspect of the present invention is an inverting buffer circuit including an input resistance element and a feedback resistance element. The first resistance element includes a first resistance element layer formed on a semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween, and one end of the first resistance element is the first resistance element. A second resistive element layer connected to one end of the first resistive element layer and formed on the semiconductor substrate via an insulating layer; and a second resistive element layer disposed below or above the second resistive element layer. A first conductive layer biased at a predetermined bias potential based on an end potential, and the first resistive element and the second resistive element are the input resistive element. And when the resistance ratio of the resistance value of the first resistance element and the resistance value of the second resistance element is 1: x (1 ≦ x), The voltage value is other than the second resistance element layer. Characterized in that (x + 1) / (2x) a fold with respect to the potential.

本発明によれば、基板電圧、または電源電圧に重畳したノイズの信号に対する経路を追加することなく、抵抗素子層の周辺の半導体基板や、抵抗素子層の上部を通過する電源線、信号線等の電位の影響を受けて、抵抗値が変化することに起因した信号の歪みを抑えることができる反転バッファ回路などの提供が可能となる。
さらに、導電層により抵抗素子層の下部又は上部の電位を制御する箇所が減少するため、導電層分離に伴うレイアウト面積増大分が抑制される。
According to the present invention, without adding a path for a substrate voltage or a noise signal superimposed on a power supply voltage, a semiconductor substrate around the resistive element layer, a power supply line passing through the upper part of the resistive element layer, a signal line, etc. Thus, it is possible to provide an inverting buffer circuit or the like that can suppress signal distortion caused by a change in resistance value under the influence of the potential of the.
Further, since the number of portions where the potential of the lower or upper portion of the resistive element layer is controlled by the conductive layer is reduced, an increase in layout area due to the separation of the conductive layer is suppressed.

本発明の反転バッファ回路の第1実施形態の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of an inverting buffer circuit of the present invention. FIG. 図1に示す電圧制御回路の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a voltage control circuit shown in FIG. 1. 図1に示す抵抗素子群の構成を示す平面図(上面図)である。It is a top view (top view) which shows the structure of the resistive element group shown in FIG. 図3のA−A線の断面図である。It is sectional drawing of the AA line of FIG. 本発明の反転バッファ回路の第2実施形態の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of 2nd Embodiment of the inversion buffer circuit of this invention. 本発明の反転バッファ回路の第3実施形態の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of 3rd Embodiment of the inversion buffer circuit of this invention. 図6に示す抵抗素子群の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the resistive element group shown in FIG. 図7のA−A線の断面図である。It is sectional drawing of the AA line of FIG. 半導体基板上に形成される抵抗素子の抵抗値と、その抵抗素子の下面の電位との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the resistance value of the resistive element formed on a semiconductor substrate, and the electric potential of the lower surface of the resistive element. 従来の抵抗素子の断面図である。It is sectional drawing of the conventional resistive element. 半導体基板に抵抗素子を形成する場合に、抵抗素子の下面の電位によって抵抗値が変化することを抑えるために考えられる抵抗素子の断面図である。It is sectional drawing of the resistive element considered in order to suppress that a resistance value changes with the electric potential of the lower surface of a resistive element, when forming a resistive element in a semiconductor substrate. 半導体基板に抵抗素子を形成する場合に、抵抗素子の下面の電位によって抵抗値が変化することを抑えるために考えられる他の抵抗素子の断面図である。When forming a resistance element in a semiconductor substrate, it is sectional drawing of the other resistance element considered in order to suppress that a resistance value changes with the electric potential of the lower surface of a resistance element. 図11、図12に示す抵抗素子を用いた従来の反転バッファ回路の回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram of a conventional inverting buffer circuit using the resistance element shown in FIGS. 11 and 12.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態〕
図1は、本発明の反転バッファ回路の第1実施形態の構成を示す回路図である。
この第1実施形態に係る反転バッファ回路100は、図1に示すように、信号入力端子101と、信号出力端子102と、オペアンプ300と、2つの抵抗素子R1、R2からなる抵抗素子群200と、電圧制御回路400と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of an inverting buffer circuit according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the inverting buffer circuit 100 according to the first embodiment includes a signal input terminal 101, a signal output terminal 102, an operational amplifier 300, and a resistance element group 200 including two resistance elements R1 and R2. The voltage control circuit 400 is provided.

信号入力端子101には、入力信号である入力電圧VINが供給される。信号出力端子102からは、出力信号である出力電圧VOUTが出力される。
オペアンプ300は、負側入力端子(−)、正側入力端子(+)、および出力端子を有する。オペアンプ300の正側入力端子(+)には基準電圧(コモン電圧)VCOMが印加され、オペアンプ300の出力端子は信号出力端子102に接続されている。
An input voltage VIN that is an input signal is supplied to the signal input terminal 101. An output voltage VOUT that is an output signal is output from the signal output terminal 102.
The operational amplifier 300 has a negative input terminal (−), a positive input terminal (+), and an output terminal. A reference voltage (common voltage) VCOM is applied to the positive input terminal (+) of the operational amplifier 300, and the output terminal of the operational amplifier 300 is connected to the signal output terminal 102.

抵抗素子群200は、図1に示すように、2つの抵抗素子R1、R2を備え、これらは直列に接続されている。そして、抵抗素子R1、R2の抵抗値は、実数x(1≦x)を用いて、1:xの比となっている(図1参照)。また、図1の抵抗素子群200において、N1〜N4のそれぞれはノードを示す。
抵抗素子R1は、入力抵抗素子として機能し、信号入力端子101とオペアンプ300の負側入力端子(−)との間に接続されている。
As shown in FIG. 1, the resistive element group 200 includes two resistive elements R1 and R2, which are connected in series. The resistance values of the resistance elements R1 and R2 are in a ratio of 1: x using a real number x (1 ≦ x) (see FIG. 1). In the resistance element group 200 of FIG. 1, each of N1 to N4 represents a node.
The resistance element R <b> 1 functions as an input resistance element and is connected between the signal input terminal 101 and the negative side input terminal (−) of the operational amplifier 300.

抵抗素子R2は、帰還抵抗素子として機能し、その一端であるノードN2側がオペアンプ300の負側入力端子(−)に接続され、その他端であるノードN3側がオペアンプ300の出力端子および信号出力端子102に接続されている。
このような構成の反転バッファ回路100は、入力抵抗にあたる抵抗素子R1と、帰還抵抗にあたる抵抗素子R2の抵抗比が1:xとなるため、コモン電圧がVCOMの入力電圧VINを増幅率x(1≦x)に増幅させる電子回路である。
The resistance element R2 functions as a feedback resistance element, and the node N2 side which is one end thereof is connected to the negative side input terminal (−) of the operational amplifier 300, and the node N3 side which is the other end is the output terminal and the signal output terminal 102 of the operational amplifier 300. It is connected to the.
In the inverting buffer circuit 100 configured as described above, since the resistance ratio of the resistance element R1 corresponding to the input resistance and the resistance element R2 corresponding to the feedback resistance is 1: x, the input voltage VIN having the common voltage VCOM is amplified by the amplification factor x (1 ≦ x) is an electronic circuit to be amplified.

さらに、抵抗素子R2は、その下部に図4に示すような導電層205が設けられている。そして、その導電層205に係るノードN4は、電圧制御回路400から出力される所定のバイアス電位で、バイアスされるようになっている。
電圧制御回路400は、入力端子INにノードN3の電圧が入力し、この入力電圧に基づいて出力電圧を生成し、この生成電圧を出力端子OUTから抵抗素子R2の下部の導電層205に出力する。すなわち、電圧制御回路400は、反転バッファ回路100の増幅率がxのときに、入力端子INの入力電圧(信号出力端子102の出力電圧VOUT)を基に、コモン電圧VCOMを基準として、(x+1)/(2x)倍の電圧を生成し、この生成電圧を出力端子OUTから抵抗素子R2の下部の導電層205に出力する回路である。
Further, the resistance element R2 is provided with a conductive layer 205 as shown in FIG. The node N4 related to the conductive layer 205 is biased with a predetermined bias potential output from the voltage control circuit 400.
The voltage control circuit 400 receives the voltage of the node N3 at the input terminal IN, generates an output voltage based on the input voltage, and outputs the generated voltage from the output terminal OUT to the conductive layer 205 below the resistance element R2. . That is, when the amplification factor of the inverting buffer circuit 100 is x, the voltage control circuit 400 uses the input voltage of the input terminal IN (the output voltage VOUT of the signal output terminal 102) as the reference and the (x + 1) based on the common voltage VCOM. ) / (2x) times the voltage, and this generated voltage is output from the output terminal OUT to the conductive layer 205 below the resistor element R2.

このため、電圧制御回路400は、例えば図2に示すように、入力端子INと、出力端子OUTと、2つ抵抗素子R401、R402と、を備えている。
入力端子INは、抵抗素子R2のノードN3側と接続されている。出力端子OUTは、導電層205に接続されている。抵抗素子R401は、入力端子INと出力端子OUTとの間に接続されている。抵抗素子R401は、その一端側が出力端子OUTに接続され、その他端側にはコモン電圧VCOMが印加される。抵抗素子R401とR402の抵抗値の比は、(x−1)/2:(x+1)/2である。
Therefore, the voltage control circuit 400 includes an input terminal IN, an output terminal OUT, and two resistance elements R401 and R402 as shown in FIG. 2, for example.
The input terminal IN is connected to the node N3 side of the resistance element R2. The output terminal OUT is connected to the conductive layer 205. The resistance element R401 is connected between the input terminal IN and the output terminal OUT. One end of the resistance element R401 is connected to the output terminal OUT, and a common voltage VCOM is applied to the other end. The ratio of the resistance values of the resistance elements R401 and R402 is (x-1) / 2: (x + 1) / 2.

次に、図1に示す抵抗素子群200の具体的な構成について、図3および図4を参照して説明する。図3は抵抗素子群200を上方から見た平面図であり、図4は図3のA−A線の断面図である。
抵抗素子群200は、図3および図4に示すように、2つの抵抗素子R1、R2からなり、これらは半導体基板であるP型基板208上に形成される。
Next, a specific configuration of the resistance element group 200 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a plan view of the resistance element group 200 as viewed from above, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
As shown in FIGS. 3 and 4, the resistance element group 200 includes two resistance elements R1 and R2, which are formed on a P-type substrate 208, which is a semiconductor substrate.

抵抗素子R1は、ポリシリコンなどからなる抵抗素子層201などにより構成される。抵抗素子層201は、P型基板208上に、絶縁層である酸化シリコン(SiO2)等の層間絶縁膜203を介して形成される。抵抗素子201のノードN1側は、信号入力端子101に接続される。
抵抗素子R2は、ポリシリコンからなる抵抗素子層202と、抵抗素子層202の下部に配置されバイアス電位が印加される導電層205と、を備えている。抵抗素子層202のノードN2側は、抵抗素子層201のノードN2側と接続される。抵抗素子層202のノードN3側は、電圧制御回路400の入力端子INおよび信号出力端子102にそれぞれ接続される。
The resistance element R1 includes a resistance element layer 201 made of polysilicon or the like. The resistance element layer 201 is formed on the P-type substrate 208 via an interlayer insulating film 203 such as silicon oxide (SiO 2) which is an insulating layer. The node N 1 side of the resistance element 201 is connected to the signal input terminal 101.
The resistance element R2 includes a resistance element layer 202 made of polysilicon, and a conductive layer 205 that is disposed below the resistance element layer 202 and to which a bias potential is applied. The node N2 side of the resistive element layer 202 is connected to the node N2 side of the resistive element layer 201. The node N3 side of the resistance element layer 202 is connected to the input terminal IN and the signal output terminal 102 of the voltage control circuit 400, respectively.

抵抗素子層202は、P型基板208上に、酸化シリコン等の層間絶縁膜204を介して形成される。導電層205は、抵抗素子層202の下部に配置され、P−ウェルからなる。また、導電層205は、不純物濃度の薄いN型の拡散層(N−ウェル)207によりP型基板208から分離されている。さらに、導電層205には、P+とよばれる不純物濃度の濃いP型の拡散層206が形成されている。導電層205は、拡散層206により電圧制御回路400の出力端子OUTと接続される。   The resistance element layer 202 is formed on the P-type substrate 208 via an interlayer insulating film 204 such as silicon oxide. The conductive layer 205 is disposed below the resistance element layer 202 and is formed of a P-well. The conductive layer 205 is separated from the P-type substrate 208 by an N-type diffusion layer (N-well) 207 having a low impurity concentration. Further, a P-type diffusion layer 206 having a high impurity concentration called P + is formed in the conductive layer 205. The conductive layer 205 is connected to the output terminal OUT of the voltage control circuit 400 by the diffusion layer 206.

このような構成の抵抗素子群200では、抵抗素子R1は、抵抗素子層201の下部に、層間絶縁膜203を介して、VSSに接地されたP型基板208を備えている。また、抵抗素子R2は、抵抗素子層202の下部に、層間絶縁膜204を介して導電層205を備えている。そして、導電層205には、電圧制御回路400の出力端子OUTからの出力電圧がバイアス電圧として印加される。   In the resistance element group 200 having such a configuration, the resistance element R1 includes a P-type substrate 208 that is grounded to VSS via the interlayer insulating film 203 below the resistance element layer 201. The resistance element R2 includes a conductive layer 205 below the resistance element layer 202 with an interlayer insulating film 204 interposed therebetween. An output voltage from the output terminal OUT of the voltage control circuit 400 is applied to the conductive layer 205 as a bias voltage.

なお、図3および図4に示す抵抗素子群200は、抵抗素子層202の下部に導電層205を配置するようにしたが、これに代えて抵抗素子層202の上部に導電層を配置するようにしても良い。この場合には、導電層は、抵抗素子層202の上部に層間絶縁体を介して配置される。この点の置き換えについては、後述の実施形態の抵抗素子群についても同様である。   3 and 4, the conductive layer 205 is disposed below the resistive element layer 202. Instead, the conductive layer is disposed above the resistive element layer 202. Anyway. In this case, the conductive layer is disposed on the resistance element layer 202 via an interlayer insulator. The replacement of this point is the same for the resistance element group of the embodiment described later.

次に、反転バッファ回路100の信号入力端子101に入力電圧VINが印加された時、信号出力端子102からの出力電圧VOUTにおいて、抵抗素子の基板電圧依存性が相殺され、信号に歪が生成しないことを以下に説明する。
いま、ノードN1の印加電圧(V1)を、V(N1)=VIN+VCOMとした時、抵抗値の基板電圧依存性による微小な変化を無視すると、ノードN2〜N4の各電圧はV(N2)、V(N3)、V(N4)は以下のようになる。
Next, when the input voltage VIN is applied to the signal input terminal 101 of the inverting buffer circuit 100, the substrate voltage dependence of the resistance element is canceled out in the output voltage VOUT from the signal output terminal 102, and no distortion is generated in the signal. This will be described below.
Now, assuming that the applied voltage (V1) of the node N1 is V (N1) = VIN + VCOM, ignoring a minute change due to the substrate voltage dependency of the resistance value, the voltages of the nodes N2 to N4 are V (N2), V (N3) and V (N4) are as follows.

V(N2)=VCOM
V(N3)=−xVIN+VCOM
V(N4)=−{(x+1)/2}VIN+VCOM
このとき、抵抗素子R1の理想的な抵抗値Rとした時、抵抗素子R2の理想的な抵抗値はxRとなるので、以下のようになる。
V (N2) = VCOM
V (N3) = − xVIN + VCOM
V (N4) =-{(x + 1) / 2} VIN + VCOM
At this time, when the ideal resistance value R of the resistance element R1 is set, the ideal resistance value of the resistance element R2 is xR.

Figure 2013207413
Figure 2013207413

なお、抵抗値の基板電圧依存性による微小な変化による各ノードの微小な電圧変化を無視することは、上記の数2の式において微小量kに対する高次の項を無視することと等価であり、通常問題とならない。
続いて、この抵抗値を用いて、反転バッファ回路100の伝達関数を微小量kに対して一次の範囲で求めると、次のようになる。
It should be noted that ignoring a minute voltage change at each node due to a minute change due to the substrate voltage dependency of the resistance value is equivalent to ignoring a high-order term with respect to a minute quantity k in the above equation (2). , Usually not a problem.
Subsequently, using this resistance value, the transfer function of the inverting buffer circuit 100 is obtained in a linear range with respect to the minute amount k as follows.

Figure 2013207413
Figure 2013207413

すなわち、第1実施形態に係る反転バッファ回路100は、入力電圧VINによって、出力電圧VOUTにおける伝達関数は変化せず、信号を歪ませないことを意味する。
また、高インピーダンスノードにあたるノードN2に、余分な寄生容量がつくことはないため、基板電圧、または電源電圧に重畳したノイズが、本発明を原因として、信号電圧に重畳してしまうことはない。
さらに、導電層により抵抗素子層の下部又は上部の電位を制御する箇所が減少するため、導電層分離に伴うレイアウト面積増大分が抑制される。
That is, the inverting buffer circuit 100 according to the first embodiment means that the transfer function at the output voltage VOUT does not change with the input voltage VIN, and the signal is not distorted.
Further, since no extra parasitic capacitance is added to the node N2 corresponding to the high impedance node, noise superimposed on the substrate voltage or the power supply voltage is not superimposed on the signal voltage due to the present invention.
Further, since the number of portions where the potential of the lower or upper portion of the resistive element layer is controlled by the conductive layer is reduced, an increase in layout area due to the separation of the conductive layer is suppressed.

(第2実施形態〕
図5は、本発明の反転バッファ回路の第2実施形態の構成を示す回路図である。
この第2実施形態に係る反転バッファ回路500は、図5に示すように、信号入力端子501と、信号出力端子502と、オペアンプ300と、2つの抵抗素子R1、R2からなる抵抗素子群200と、電圧制御回路400と、を備えている。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the second embodiment of the inverting buffer circuit of the present invention.
As shown in FIG. 5, the inverting buffer circuit 500 according to the second embodiment includes a signal input terminal 501, a signal output terminal 502, an operational amplifier 300, and a resistance element group 200 including two resistance elements R1 and R2. The voltage control circuit 400 is provided.

信号入力端子501には、入力信号である入力電圧VINが供給される。信号出力端子502からは、出力信号である出力電圧VOUTが出力される。
オペアンプ300は、負側入力端子(−)、正側入力端子(+)、および出力端子を有する。オペアンプ300の正側入力端子(+)には基準電圧(コモン電圧)VCOMが印加され、オペアンプ300の出力端子は信号出力端子502に接続されている。
An input voltage VIN that is an input signal is supplied to the signal input terminal 501. An output voltage VOUT that is an output signal is output from the signal output terminal 502.
The operational amplifier 300 has a negative input terminal (−), a positive input terminal (+), and an output terminal. A reference voltage (common voltage) VCOM is applied to the positive input terminal (+) of the operational amplifier 300, and the output terminal of the operational amplifier 300 is connected to the signal output terminal 502.

抵抗素子群200は、図1、図3および図4に示す抵抗素子群200と同様に構成される。ただし、抵抗素子R2は、入力抵抗素子として機能するので、信号入力端子501とオペアンプ300の負側入力端子(−)との間に接続されている。また、抵抗素子R1は、帰還抵抗素子として機能し、その一端であるノードN2側がオペアンプ300の負側入力端子(−)に接続され、その他端であるノードN1側がオペアンプ300の出力端子および信号出力端子502に接続されている。   Resistance element group 200 is configured in the same manner as resistance element group 200 shown in FIGS. 1, 3, and 4. However, since the resistance element R2 functions as an input resistance element, it is connected between the signal input terminal 501 and the negative side input terminal (−) of the operational amplifier 300. The resistor element R1 functions as a feedback resistor element, and the node N2 side which is one end thereof is connected to the negative side input terminal (−) of the operational amplifier 300, and the node N1 side which is the other end is connected to the output terminal and signal output of the operational amplifier 300. The terminal 502 is connected.

抵抗素子R2は、その下部に図4に示すような導電層205が設けられている。そして、その導電層205に係るノードN4は、電圧制御回路400の出力端子OUTから出力される所定のバイアス電位で、バイアスされるようになっている。
電圧制御回路400は、入力端子INにノードN3の電圧(入力信号端子501の入力電圧VIN)が入力し、この入力電圧に基づいて出力電圧を生成し、この生成電圧を出力端子OUTから抵抗素子R2の下部の導電層205に出力する。ここで、電圧制御回路400は、図2のように構成するので、その説明は省略する。
The resistance element R2 is provided with a conductive layer 205 as shown in FIG. The node N4 related to the conductive layer 205 is biased with a predetermined bias potential output from the output terminal OUT of the voltage control circuit 400.
The voltage control circuit 400 receives the voltage of the node N3 (the input voltage VIN of the input signal terminal 501) at the input terminal IN, generates an output voltage based on the input voltage, and generates the generated voltage from the output terminal OUT as a resistance element. Output to the conductive layer 205 below R2. Here, the voltage control circuit 400 is configured as shown in FIG.

このような構成からなる反転バッファ回路500は、帰還抵抗にあたる抵抗素子R1と、入力抵抗にあたる抵抗素子R2の抵抗比がx:1となるため、コモン電圧がVCOMで入力信号を減衰率1/x(1≦x)に減衰させる電子回路となる。
また、電圧制御回路400は、入力端子INの入力電圧(信号入力端子501の入力電圧VIN)を基に、コモン電圧VCOMを基準として、(x+1)/(2x)倍の電圧を生成し、この生成電圧を出力端子OUTから抵抗素子R2の下部の導電層205に出力する。
In the inverting buffer circuit 500 having such a configuration, since the resistance ratio of the resistance element R1 corresponding to the feedback resistance and the resistance element R2 corresponding to the input resistance is x: 1, the input voltage is attenuated by 1 / x when the common voltage is VCOM. The electronic circuit is attenuated to (1 ≦ x).
Further, the voltage control circuit 400 generates a voltage (x + 1) / (2x) times based on the common voltage VCOM based on the input voltage of the input terminal IN (the input voltage VIN of the signal input terminal 501). The generated voltage is output from the output terminal OUT to the conductive layer 205 below the resistance element R2.

この時、反転バッファ回路500は、図1に示す反転バッファ回路100と同様に、入力電圧VINによって、出力電圧VOUTにおける伝達関数は変化せず、信号を歪ませない。
また、高インピーダンスノードにあたるノードN2に、余分な寄生容量がつくことはないため、基板電圧、または電源電圧に重畳したノイズが、信号電圧に重畳してしまうことはない。
さらに、導電層により抵抗素子層の下部又は上部の電位を制御する箇所が減少するため、導電層分離に伴うレイアウト面積の増大分が抑制される。
At this time, like the inverting buffer circuit 100 shown in FIG. 1, the inverting buffer circuit 500 does not change the transfer function at the output voltage VOUT by the input voltage VIN, and does not distort the signal.
Further, since no extra parasitic capacitance is added to the node N2 corresponding to the high impedance node, noise superimposed on the substrate voltage or the power supply voltage does not overlap the signal voltage.
Furthermore, since the number of portions where the potential of the lower or upper portion of the resistive element layer is controlled by the conductive layer is reduced, an increase in the layout area accompanying the conductive layer separation is suppressed.

(第3実施形態〕
図6は、本発明の反転バッファ回路の第3実施形態の構成を示す回路図である。
この第3実施形態に係る反転バッファ回路600は、図6に示すように、信号入力端子601と、信号出力端子602と、オペアンプ300と、抵抗素子群700と、半導体スイッチSW1〜SW3と、電圧制御回路400aとを備え、スイッチSW1〜SW3の使用により増幅率が可変できるようになっている。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a third embodiment of the inverting buffer circuit of the present invention.
As shown in FIG. 6, the inverting buffer circuit 600 according to the third embodiment includes a signal input terminal 601, a signal output terminal 602, an operational amplifier 300, a resistor element group 700, semiconductor switches SW1 to SW3, a voltage, The control circuit 400a is provided, and the gain can be varied by using the switches SW1 to SW3.

信号入力端子601には、入力信号である入力電圧VINが供給される。信号出力端子602からは、出力信号である出力電圧VOUTが出力される。
オペアンプ300は、負側入力端子(−)、正側入力端子(+)、および出力端子を有する。オペアンプ300の正側入力端子(+)には基準電圧(コモン電圧)VCOMが印加され、オペアンプ300の出力端子は信号出力端子602に接続されている。
An input voltage VIN that is an input signal is supplied to the signal input terminal 601. An output voltage VOUT, which is an output signal, is output from the signal output terminal 602.
The operational amplifier 300 has a negative input terminal (−), a positive input terminal (+), and an output terminal. A reference voltage (common voltage) VCOM is applied to the positive input terminal (+) of the operational amplifier 300, and the output terminal of the operational amplifier 300 is connected to the signal output terminal 602.

抵抗素子群700は、1つの抵抗素子R1と、3つの抵抗素子R2〜R4とを備えている。そして、抵抗素子群700は、図6に示すように、ノードN1〜N7を有する。また、抵抗素子群900の抵抗素子R1〜R6の抵抗比は、以下の関係にある。
R1:R2:R3:R4=1:2:1:1
抵抗素子R1は、入力抵抗素子として機能し、信号入力端子601とオペアンプ300の負側入力端子(−)との間に接続されている。
The resistance element group 700 includes one resistance element R1 and three resistance elements R2 to R4. The resistance element group 700 includes nodes N1 to N7 as shown in FIG. In addition, the resistance ratio of the resistance elements R1 to R6 of the resistance element group 900 has the following relationship.
R1: R2: R3: R4 = 1: 2: 1: 1
The resistor element R1 functions as an input resistor element, and is connected between the signal input terminal 601 and the negative input terminal (−) of the operational amplifier 300.

抵抗素子R2〜R4は、帰還抵抗素子として機能し、直列に接続されている。そして、スイッチSW1〜SW3の使用により、その抵抗素子R2〜R4のうちの全部または一部を選択し、この選択した抵抗素子をオペアンプ300の負側入力端子(−)と出力端子との間に接続自在になっている。
このため、抵抗素子R2の一端であるノードN3は、スイッチSW3を介してオペアンプの負側入力端子(−)に接続されている。また、抵抗素子R2、R3の共通接続点であるノードN4と抵抗素子R3、R4の共通接続点であるノードN5は、スイッチSW2、SW1を介してオペアンプの負側入力端子(−)にそれぞれ接続されている。さらに、抵抗素子R4の一端であるノードN6は、オペアンプ300の出力端子および信号出力端子602に接続されている。
The resistance elements R2 to R4 function as feedback resistance elements and are connected in series. Then, by using the switches SW1 to SW3, all or a part of the resistance elements R2 to R4 is selected, and the selected resistance element is placed between the negative side input terminal (−) and the output terminal of the operational amplifier 300. It can be connected freely.
For this reason, the node N3 which is one end of the resistance element R2 is connected to the negative side input terminal (−) of the operational amplifier via the switch SW3. A node N4 that is a common connection point of the resistance elements R2 and R3 and a node N5 that is a common connection point of the resistance elements R3 and R4 are respectively connected to the negative input terminal (−) of the operational amplifier via the switches SW2 and SW1. Has been. Further, a node N6 which is one end of the resistance element R4 is connected to the output terminal of the operational amplifier 300 and the signal output terminal 602.

さらに、抵抗素子R2〜R4のそれぞれは、その下部に図8に示すような共通の導電層705が設けられている。そして、導電層705の一端のノードN7は、電圧制御回路400aから出力される所定のバイアス電位により、バイアスされるようになっている。
電圧制御回路400aは、入力端子INにノードN6の電圧を入力し、この入力電圧に基づいて出力電圧を生成し、この生成電圧を出力端子OUTから抵抗素子R2〜R4の下部の各導電層705に出力する。すなわち、電圧制御回路400aは、入力端子INの入力電圧(信号出力端子602の出力電圧VOUT)を基に、コモン電圧VCOMを基準として、所望の電圧を生成し、この生成電圧を出力端子OUTから抵抗素子R2〜R4の下部の導電層705に出力する回路である。
Further, each of the resistance elements R2 to R4 is provided with a common conductive layer 705 as shown in FIG. The node N7 at one end of the conductive layer 705 is biased by a predetermined bias potential output from the voltage control circuit 400a.
The voltage control circuit 400a inputs the voltage of the node N6 to the input terminal IN, generates an output voltage based on the input voltage, and generates the generated voltage from the output terminal OUT to the conductive layers 705 below the resistance elements R2 to R4. Output to. That is, the voltage control circuit 400a generates a desired voltage based on the input voltage of the input terminal IN (the output voltage VOUT of the signal output terminal 602) with reference to the common voltage VCOM, and this generated voltage is output from the output terminal OUT. This circuit outputs to the conductive layer 705 below the resistance elements R2 to R4.

このため、電圧制御回路400aは、例えば図6に示すように、入力端子INと、出力端子OUTと、3つ抵抗素子R401〜R403と、3つの半導体スイッチSW4〜SW6を備えている。
入力端子INは、抵抗素子R4の一端であるノードN6と接続されている。出力端子OUTは、抵抗素子R2〜R4の下部の共通の導電層705に接続されている。
Therefore, the voltage control circuit 400a includes an input terminal IN, an output terminal OUT, three resistance elements R401 to R403, and three semiconductor switches SW4 to SW6, as shown in FIG. 6, for example.
The input terminal IN is connected to a node N6 that is one end of the resistance element R4. The output terminal OUT is connected to a common conductive layer 705 below the resistance elements R2 to R4.

3つの抵抗素子R401〜R403は、直列に接続され、この直列回路の一端は入力端子INに接続され、直列回路の他端にはコモン電圧VCOMが印加される。抵抗素子R401、R402、R403の抵抗比は、2:1:5である。
スイッチSW4は、その一端が抵抗素子R401の一端に接続され、その他端が出力端子OUTに接続されている。スイッチSW5は、その一端が抵抗素子R401、R402の共通接続部であるノードN8に接続され、その他端が出力端子OUTに接続されている。スイッチSW6は、その一端が抵抗素子R402、R403の共通接続部であるノードN9に接続され、その他端が出力端子OUTに接続されている。
The three resistance elements R401 to R403 are connected in series, one end of the series circuit is connected to the input terminal IN, and the common voltage VCOM is applied to the other end of the series circuit. The resistance ratio of the resistance elements R401, R402, and R403 is 2: 1: 5.
The switch SW4 has one end connected to one end of the resistance element R401 and the other end connected to the output terminal OUT. One end of the switch SW5 is connected to the node N8 which is a common connection portion of the resistance elements R401 and R402, and the other end is connected to the output terminal OUT. One end of the switch SW6 is connected to the node N9 which is a common connection portion of the resistance elements R402 and R403, and the other end is connected to the output terminal OUT.

次に、図6に示す抵抗素子群700の具体的な構成について、図7および図8を参照して説明する。図7は抵抗素子群700の平面図であり、図8は図7のA−A線の断面図である。
抵抗素子群700は、図7および図8に示すように、4つの抵抗素子R1〜R4からなり、これらは半導体基板であるP型基板708上に形成される。
Next, a specific configuration of the resistance element group 700 illustrated in FIG. 6 will be described with reference to FIGS. 7 and 8. 7 is a plan view of the resistance element group 700, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
As shown in FIGS. 7 and 8, the resistance element group 700 includes four resistance elements R1 to R4, which are formed on a P-type substrate 708 which is a semiconductor substrate.

抵抗素子R1は、ポリシリコンからなる抵抗素子層701により構成される。抵抗素子層701は、P型基板708上に、絶縁層である酸化シリコン(SiO2)等の層間絶縁膜703を介して形成される。抵抗素子層701のノードN1側は、信号入力端子601に接続される。
抵抗素子R2〜R4のそれぞれは、ポリシリコンからなる抵抗素子層702と、抵抗素子層702の下部に配置されバイアス電位が印加される共通の導電層705とを備えている。各抗素子層702は、P型基板708上に、酸化シリコン等の層間絶縁膜704を介して形成される。導電層705は、3つの抵抗素子層702の下部に配置され、P−ウェルからなる。また、導電層705は、不純物濃度の薄いN型の拡散層(N−ウェル)707によりP型基板708から分離されている。さらに、導電層705には、P+とよばれる不純物濃度の濃いP型の拡散層706が形成されている。
The resistance element R1 includes a resistance element layer 701 made of polysilicon. The resistance element layer 701 is formed on a P-type substrate 708 via an interlayer insulating film 703 such as silicon oxide (SiO 2) that is an insulating layer. The node N1 side of the resistance element layer 701 is connected to the signal input terminal 601.
Each of the resistance elements R2 to R4 includes a resistance element layer 702 made of polysilicon and a common conductive layer 705 that is disposed below the resistance element layer 702 and to which a bias potential is applied. Each anti-element layer 702 is formed on a P-type substrate 708 via an interlayer insulating film 704 such as silicon oxide. The conductive layer 705 is disposed below the three resistance element layers 702 and is formed of a P-well. The conductive layer 705 is separated from the P-type substrate 708 by an N-type diffusion layer (N-well) 707 having a low impurity concentration. Further, a P-type diffusion layer 706 having a high impurity concentration called P + is formed in the conductive layer 705.

抵抗素子R2〜R4に係る3つの抵抗素子層702は、ノードN4、N5によって直列に接続されている。また、抵抗素子R2〜R4に係る共通の導電層705は、ノード7に接続されている。さらに、抵抗素子R4に係る抵抗素子層702のノードN6側は、電圧制御回路400aの入力端子INおよび信号出力端子602に接続される。
このような構成の抵抗素子群700では、抵抗素子R1は、抵抗素子層701の下部に、層間絶縁膜703を介して、VSSに接地されたP型基板708を備えている。また、抵抗素子R2〜R4のそれぞれは、抵抗素子層702の下部に、層間絶縁膜704を介して導電層705を備えている。そして、導電層705には、電圧制御回路400aの出力端子OUTからの出力電圧がバイアス電圧として印加される。
The three resistance element layers 702 related to the resistance elements R2 to R4 are connected in series by nodes N4 and N5. The common conductive layer 705 related to the resistance elements R <b> 2 to R <b> 4 is connected to the node 7. Furthermore, the node N6 side of the resistance element layer 702 related to the resistance element R4 is connected to the input terminal IN and the signal output terminal 602 of the voltage control circuit 400a.
In the resistance element group 700 having such a configuration, the resistance element R1 includes a P-type substrate 708 grounded to VSS via an interlayer insulating film 703 below the resistance element layer 701. In addition, each of the resistance elements R <b> 2 to R <b> 4 includes a conductive layer 705 via an interlayer insulating film 704 below the resistance element layer 702. Then, the output voltage from the output terminal OUT of the voltage control circuit 400a is applied to the conductive layer 705 as a bias voltage.

次に、この第3実施形態の動作例について、図9を参照して説明する。
この第3実施形態では、スイッチSW1をオンにすることにより抵抗素子R4を帰還抵抗として選択し、これをオペアンプ300の負側入力端子(−)と出力端子との間に接続できる。同様に、スイッチSW2をオンにすることにより抵抗素子R3、R4を帰還抵抗として選択し、スイッチSW3をオンにすることにより抵抗素子R2〜R4を帰還抵抗として選択し、これをオペアンプ300の負側入力端子(−)と出力端子との間に接続できる。
Next, an operation example of the third embodiment will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, the resistor element R4 is selected as a feedback resistor by turning on the switch SW1, and this can be connected between the negative side input terminal (−) and the output terminal of the operational amplifier 300. Similarly, the resistance elements R3 and R4 are selected as feedback resistors by turning on the switch SW2, and the resistance elements R2 to R4 are selected as feedback resistors by turning on the switch SW3. It can be connected between the input terminal (−) and the output terminal.

このため、この第3実施形態は、SW1〜SW3を選択的にオンすることにより、入力抵抗にあたる抵抗素子R1と、帰還抵抗にあたる抵抗素子R2〜R4との比を、1:1、1:2、1:4と変化させ、入力信号である入力電圧VINの増幅率を1倍、2倍、4倍に変化させることができる、反転バッファ回路あるいは電子ボリューム回路として機能する。   Therefore, in the third embodiment, by selectively turning on SW1 to SW3, the ratio of the resistance element R1 corresponding to the input resistance and the resistance elements R2 to R4 corresponding to the feedback resistance is 1: 1, 1: 2. , 1: 4, and functions as an inverting buffer circuit or an electronic volume circuit that can change the amplification factor of the input voltage VIN, which is an input signal, by 1, 2 or 4 times.

また、このときには、第3実施形態では、半導体スイッチSW4〜SW6を適切に制御することで、すべての増幅率において、抵抗素子層の周辺の半導体基板や、抵抗素子層の上部を通過する電源線、信号線等の電位の影響を受けて、抵抗値が変化することに起因した信号の歪みが発生しないので、以下にこれについて説明する。
まず、増幅率が1倍の時、スイッチSW1、SW4をオンにし、スイッチはSW2、SW3、SW5、SW6はオフにする。この時、反転バッファ回路600は、図1の反転バッファ回路100の増幅率xが1の時と等価なため、入力電圧VINによって、出力電圧VOUTにおける伝達関数は変化せず、信号を歪ませない。
At this time, in the third embodiment, by appropriately controlling the semiconductor switches SW4 to SW6, the power supply line passing through the semiconductor substrate around the resistive element layer and the upper part of the resistive element layer at all amplification factors. The signal distortion caused by the change of the resistance value due to the influence of the potential of the signal line or the like does not occur. This will be described below.
First, when the amplification factor is 1, the switches SW1 and SW4 are turned on, and the switches SW2, SW3, SW5, and SW6 are turned off. At this time, since the inverting buffer circuit 600 is equivalent to the case where the amplification factor x of the inverting buffer circuit 100 in FIG. 1 is 1, the transfer function at the output voltage VOUT is not changed by the input voltage VIN, and the signal is not distorted. .

次に、増幅率が2倍の時、スイッチSW2、SW5をオンにし、スイッチSW1、SW3、SW4、SW6はオフにする。この時、反転バッファ回路600は、図1の反転バッファ回路100の増幅率xが2の時と等価なため、入力電圧VINによって、出力電圧VOUTにおける伝達関数は変化せず、信号を歪ませない。
さらに、増幅率が4倍の時、半導体スイッチSW3、SW6をオンにし、SW1、SW2、SW4、SW5はオフにする。この時、反転バッファ回路600は、図1の反転バッファ回路100の増幅率xが4の時と等価なため、入力電圧VINによって、出力電圧VOUTにおける伝達関数は変化せず、信号を歪ませない。
Next, when the amplification factor is double, the switches SW2 and SW5 are turned on, and the switches SW1, SW3, SW4, and SW6 are turned off. At this time, since the inverting buffer circuit 600 is equivalent to the case where the amplification factor x of the inverting buffer circuit 100 in FIG. 1 is 2, the transfer function at the output voltage VOUT is not changed by the input voltage VIN, and the signal is not distorted. .
Further, when the amplification factor is four times, the semiconductor switches SW3 and SW6 are turned on, and SW1, SW2, SW4 and SW5 are turned off. At this time, since the inverting buffer circuit 600 is equivalent to the case where the amplification factor x of the inverting buffer circuit 100 in FIG. 1 is 4, the transfer function at the output voltage VOUT is not changed by the input voltage VIN, and the signal is not distorted. .

以上のように、第3実施形態に係る反転バッファ回路600では、各増幅率に対し帰還抵抗の下部の電位を、電圧制御回路400aによる適切な電圧でバイアスするようにした。このため、抵抗素子層の周辺の半導体基板や、抵抗素子層の上部を通過する電源線、信号線等の電位の影響を受けて、抵抗値が変化することに起因した信号の歪みが発生するのを防止できる。   As described above, in the inverting buffer circuit 600 according to the third embodiment, the potential below the feedback resistor is biased with an appropriate voltage by the voltage control circuit 400a for each amplification factor. For this reason, signal distortion caused by the change in the resistance value occurs due to the influence of the potential of the semiconductor substrate around the resistive element layer, the power supply line passing through the upper part of the resistive element layer, the signal line, etc. Can be prevented.

また、図6の反転バッファ回路600において、ゲイン設定を増やす場合には、その帰還抵抗素子群の全体の下部の電位を、電圧制御回路によって適切な電圧に制御すればよい。この時、各ゲインに応じて、帰還抵抗の下部の導電層を分離する必要がないため、面積の増大を最小限に抑えることができる。
なお、ゲイン設定が多数の時は、帰還抵抗素子群の下部の導電層の電圧制御は必ずしも全ゲイン設定に対して行わなくてもよい。設定したゲインに対して、比較的近いゲイン設定における出力電圧に対する電圧を抵抗下部に印加しても一定の効果が期待できるため、半導体スイッチおよびそれに伴う配線を省略することができる。
Further, in the inverting buffer circuit 600 of FIG. 6, when the gain setting is increased, the potential of the entire lower part of the feedback resistance element group may be controlled to an appropriate voltage by the voltage control circuit. At this time, it is not necessary to separate the conductive layer under the feedback resistor in accordance with each gain, so that an increase in area can be minimized.
When there are a large number of gain settings, voltage control of the conductive layer below the feedback resistance element group need not necessarily be performed for all gain settings. Even if a voltage corresponding to the output voltage at a relatively close gain setting is applied to the lower portion of the resistor with respect to the set gain, a certain effect can be expected.

また、第3実施形態に係る反転バッファ回路600おいて、抵抗素子群700の抵抗素子R2〜R4を入力抵抗とし、抵抗素子R1を帰還抵抗とすれば、任意の減衰率を有する反転バッファ回路を実現できる。
この場合には、任意の減衰率に対し、入力抵抗の下部電位を、電圧制御回路400aによる適切な電圧でバイアスすることにより、抵抗素子層の周辺の半導体基板や、抵抗素子層の上部を通過する電源線、信号線等の電位の影響を受けて、抵抗値が変化することに起因した信号の歪みの発生を防止できる。
In the inverting buffer circuit 600 according to the third embodiment, if the resistance elements R2 to R4 of the resistance element group 700 are input resistances and the resistance element R1 is a feedback resistance, an inverting buffer circuit having an arbitrary attenuation factor is obtained. realizable.
In this case, the lower potential of the input resistance is biased with an appropriate voltage by the voltage control circuit 400a for an arbitrary attenuation rate, so that it passes through the semiconductor substrate around the resistive element layer and the upper part of the resistive element layer. It is possible to prevent the occurrence of signal distortion due to the change of the resistance value under the influence of the potential of the power line, the signal line and the like.

本発明の反転バッファ回路は、バッファ回路が必要な各種の電子機器に適用することができる。   The inverting buffer circuit of the present invention can be applied to various electronic devices that require a buffer circuit.

R1〜R4、R401〜R403 抵抗素子
SW1〜SW6 半導体スイッチ(スイッチ)
100、500、600 反転バッファ回路
101、501、601 信号入力端子
102、502、602 信号出力端子
200、700 抵抗素子群
201、202、701、702 抵抗素子層
203、204、703、704 絶縁層
205、705 導電層
208、708 P型基板(半導体基板)
300 オペアンプ
400、400a 電圧制御回路
R1 to R4, R401 to R403 Resistive elements SW1 to SW6 Semiconductor switches (switches)
100, 500, 600 Inverting buffer circuit 101, 501, 601 Signal input terminal 102, 502, 602 Signal output terminal 200, 700 Resistive element group 201, 202, 701, 702 Resistive element layer 203, 204, 703, 704 Insulating layer 205 , 705 Conductive layer 208, 708 P-type substrate (semiconductor substrate)
300 Operational amplifier 400, 400a Voltage control circuit

Claims (7)

入力抵抗素子および帰還抵抗素子を含む反転バッファ回路において、
半導体基板に絶縁層を介して形成された第1抵抗素子層を備える第1の抵抗素子と、
一端が前記第1抵抗素子層の一端に接続され、前記半導体基板に絶縁層を介して形成された第2抵抗素子層と、前記第2抵抗素子層の下部又は上部に配置され前記第2抵抗素子層の他端の電位に基づく所定のバイアス電位でバイアスされる第1導電層と、を備える第2の抵抗素子と、を備え、
前記第1の抵抗素子および前記第2の抵抗素子は、前記入力抵抗素子および前記帰還抵抗素子のそれぞれのいずれかとし、
前記第1抵抗素子の抵抗値と前記第2抵抗素子の抵抗値の抵抗比が1:xのとき(1≦x)、前記所定のバイアス電位の電圧値は前記第2抵抗素子層の他端の電位に対して(x+1)/(2x)倍であることを特徴とする反転バッファ回路。
In an inverting buffer circuit including an input resistance element and a feedback resistance element,
A first resistive element comprising a first resistive element layer formed on a semiconductor substrate via an insulating layer;
One end is connected to one end of the first resistance element layer, the second resistance element layer is formed on the semiconductor substrate through an insulating layer, and the second resistance element layer is disposed below or above the second resistance element layer. A second resistive element comprising: a first conductive layer biased at a predetermined bias potential based on a potential at the other end of the element layer;
The first resistance element and the second resistance element are either the input resistance element or the feedback resistance element,
When the resistance ratio between the resistance value of the first resistance element and the resistance value of the second resistance element is 1: x (1 ≦ x), the voltage value of the predetermined bias potential is the other end of the second resistance element layer. An inverting buffer circuit characterized by being (x + 1) / (2x) times the potential of.
入力信号が入力される信号入力端子と、
出力信号が出力される信号出力端子と、
負側入力端子、正側入力端子、および出力端子を有し、前記正側入力端子に基準電圧が印加されるオペアンプと、
前記信号入力端子と前記オペアンプの負側入力端子との間に接続される入力抵抗素子と、
一端が前記オペアンプの負側入力端子と接続され、他端が前記オペアンプの出力端子および前記信号出力端子に接続される帰還抵抗素子と、を備え、
前記入力抵抗素子は、半導体基板に絶縁層を介して形成された第1抵抗素子層を備える第1の抵抗素子からなり、
前記帰還抵抗素子は、一端が前記第1抵抗素子層の一端に接続され、前記半導体基板に絶縁層を介して形成された第2抵抗素子層と、前記第2抵抗素子層の下部又は上部に配置され前記第2抵抗素子層の他端の電位に基づく所定のバイアス電位でバイアスされる第1導電層と、を備える第2の抵抗素子からなり、
前記第1抵抗素子の抵抗値と前記第2抵抗素子の抵抗値の抵抗比が1:xのとき(1≦x)、前記所定のバイアス電位の電圧値は前記第2抵抗素子層の他端の電位に対して(x+1)/(2x)倍であることを特徴とする反転バッファ回路。
A signal input terminal to which an input signal is input;
A signal output terminal for outputting an output signal;
An operational amplifier having a negative input terminal, a positive input terminal, and an output terminal, and a reference voltage is applied to the positive input terminal;
An input resistance element connected between the signal input terminal and the negative input terminal of the operational amplifier;
A feedback resistor element having one end connected to the negative input terminal of the operational amplifier and the other end connected to the output terminal and the signal output terminal of the operational amplifier;
The input resistance element comprises a first resistance element including a first resistance element layer formed on a semiconductor substrate via an insulating layer,
The feedback resistance element has one end connected to one end of the first resistance element layer, and a second resistance element layer formed on the semiconductor substrate via an insulating layer, and a lower part or an upper part of the second resistance element layer. A first conductive layer disposed and biased at a predetermined bias potential based on a potential at the other end of the second resistive element layer, and a second resistive element,
When the resistance ratio between the resistance value of the first resistance element and the resistance value of the second resistance element is 1: x (1 ≦ x), the voltage value of the predetermined bias potential is the other end of the second resistance element layer. An inverting buffer circuit characterized by being (x + 1) / (2x) times the potential of.
入力信号が入力される信号入力端子と、
出力信号が出力される信号出力端子と、
負側入力端子、正側入力端子、および出力端子を有し、前記正側入力端子に基準電圧が印加されるオペアンプと、
前記信号入力端子と前記オペアンプの負側入力端子との間に接続される入力抵抗素子と、
一端が前記オペアンプの負側入力端子と接続され、他端が前記オペアンプの出力端子および前記信号出力端子に接続される帰還抵抗素子と、を備え、
前記帰還抵抗素子は、半導体基板に絶縁層を介して形成された第1抵抗素子層を備える第1の抵抗素子からなり、
前記入力抵抗素子は、一端が前記第1抵抗素子層の一端に接続され、前記半導体基板に絶縁層を介して形成された第2抵抗素子層と、前記第2抵抗素子層の下部又は上部に配置され前記第2抵抗素子層の他端の電位に基づく所定のバイアス電位でバイアスされる第1導電層と、を備える第2の抵抗素子からなり、
前記第1抵抗素子の抵抗値と前記第2抵抗素子の抵抗値の抵抗比が1:xのとき(1≦x)、前記所定のバイアス電位の電圧値は前記第2抵抗素子層の他端の電位に対して(x+1)/(2x)倍であることを特徴とする反転バッファ回路。
A signal input terminal to which an input signal is input;
A signal output terminal for outputting an output signal;
An operational amplifier having a negative input terminal, a positive input terminal, and an output terminal, and a reference voltage is applied to the positive input terminal;
An input resistance element connected between the signal input terminal and the negative input terminal of the operational amplifier;
A feedback resistor element having one end connected to the negative input terminal of the operational amplifier and the other end connected to the output terminal and the signal output terminal of the operational amplifier;
The feedback resistive element comprises a first resistive element comprising a first resistive element layer formed on a semiconductor substrate via an insulating layer,
The input resistance element has one end connected to one end of the first resistance element layer, a second resistance element layer formed on the semiconductor substrate via an insulating layer, and a lower or upper portion of the second resistance element layer. A first conductive layer disposed and biased at a predetermined bias potential based on a potential at the other end of the second resistive element layer, and a second resistive element,
When the resistance ratio between the resistance value of the first resistance element and the resistance value of the second resistance element is 1: x (1 ≦ x), the voltage value of the predetermined bias potential is the other end of the second resistance element layer. An inverting buffer circuit characterized by being (x + 1) / (2x) times the potential of.
前記所定のバイアス電位を出力する電圧制御回路を、さらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れか1項に記載の反転バッファ回路。   4. The inverting buffer circuit according to claim 1, further comprising a voltage control circuit that outputs the predetermined bias potential. 5. 前記電圧制御回路は、
一端が前記第2抵抗素子層の他端に接続される第3抵抗素子と、
一端が前記第3抵抗素子の他端および前記第1導電層に接続され、他端に基準電圧が印加される第4抵抗素子と、
を備え、
前記第3抵抗素子の抵抗値と前記第4抵抗素子の抵抗値の抵抗比が(x−1)/2:(x+1)/2であることを特徴とする請求項4に記載の反転バッファ回路。
The voltage control circuit includes:
A third resistance element having one end connected to the other end of the second resistance element layer;
A fourth resistance element having one end connected to the other end of the third resistance element and the first conductive layer, and a reference voltage applied to the other end;
With
5. The inverting buffer circuit according to claim 4, wherein a resistance ratio between the resistance value of the third resistance element and the resistance value of the fourth resistance element is (x−1) / 2: (x + 1) / 2. .
前記第2抵抗素子は複数の抵抗素子からなり、
前記複数の抵抗素子のうちの一部または全部を選択する複数の第1スイッチを備え、
前記複数の第1スイッチにより、前記第1抵抗素子の抵抗値と前記第2抵抗素子の抵抗値の抵抗比を可変することを特徴とする請求項5に記載の反転バッファ回路。
The second resistance element comprises a plurality of resistance elements,
A plurality of first switches for selecting some or all of the plurality of resistance elements;
6. The inverting buffer circuit according to claim 5, wherein a resistance ratio between the resistance value of the first resistance element and the resistance value of the second resistance element is varied by the plurality of first switches.
前記第3抵抗素子は複数の抵抗素子からなり、
前記複数の抵抗素子のうちの一部または全部を選択する複数の第2スイッチを備え、
前記複数の第2スイッチにより、前記第3抵抗素子の抵抗値と前記第4抵抗素子の抵抗値の抵抗比を可変することを特徴とする請求項5に記載の反転バッファ回路。
The third resistance element includes a plurality of resistance elements,
A plurality of second switches for selecting some or all of the plurality of resistance elements;
6. The inverting buffer circuit according to claim 5, wherein a resistance ratio of a resistance value of the third resistance element and a resistance value of the fourth resistance element is varied by the plurality of second switches.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07335828A (en) * 1994-06-06 1995-12-22 Yokogawa Electric Corp Semiconductor device

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