JP3675130B2 - 増幅回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は増幅回路に係り、特に、半導体基板上に形成される増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置に搭載される抵抗は、通常、半導体基板上にアイソレーション領域を形成し、形成されたアイソレーション領域にアイソレーション領域とは逆の極性で抵抗素子を形成していた。このとき、寄生のPN接合により基板から抵抗素子領域、又は、抵抗素子領域から基板に電流が流れないようにアイソレーション領域に抵抗素子領域の電位より高い電位、すなわち、電源Vccをバイアス電圧として印加し、抵抗素子領域と基板とを分離している。
【0003】
図8に従来の半導体装置に搭載される抵抗の一例の平面図、図9に従来の半導体装置に搭載される抵抗の一例の断面図を示す。
従来、半導体基板1上に抵抗を形成する場合、まず、半導体基板1上にアイソレーション領域2を形成し、アイソレーション領域2内に抵抗素子領域3を形成し、アイソレーション領域2にアイソレーション領域2より高濃度にドーピングされたコンタクト4を設け、定電圧源5によりコンタクト部4を介して一定電位のバイアス電圧を付与する。
【0004】
ここで、図9に示すように半導体基板1、アイソレーション領域2、及び、抵抗素子領域3により、寄生素子として抵抗R1 〜R4、トランジスタQ1、コンデンサC1、C2、ダイオードD1、D2等が発生する。
抵抗素子領域3が、これらの寄生素子、抵抗R1 〜R5、トランジスタQ1、コンデンサC1、C2、ダイオードD1、D2の影響を受けないようにするために、コンタクト部4を設け、トランジスタQ1、及び、ダイオードD1、D2に対してバイアス電圧をかけ、抵抗素子領域3に影響がでないようにしていた。
【0005】
図10に従来の半導体装置の抵抗回路の一例の適用例の動作波形図を示す。同図中、実線は抵抗素子領域3を通過する入力信号Vin、破線はアイソレーション領域2のコンタクト部4に印加される電位Vi を示す。
従来の半導体装置に搭載される抵抗回路1では、アイソレーション領域2には図10に破線で示すようにアイソレーション領域2が可能な一定の電位Vi 、例えば、電源電圧Vccが固定的に印加されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の半導体装置の抵抗回路では、アイソレーション領域を一定の電位、例えば、電源電位Vccで吊っていたため、信号ライン上に設けられたとき、信号ライン上の信号が一方のピーク値のときには、電源電位Vccとの電位差Aが小さくなり、逆に信号が他方のピーク値のときには、電源電位Vccとの電位差Bが大きくなる。このため、信号に応じて抵抗素子領域とアイソレーション領域との間に電圧が変動することになり、抵抗素子領域3とアイソレーション領域2との空乏層の影響により抵抗が電圧依存性をもつ。例えば、図10に実線で示すような信号が抵抗素子領域3に供給された場合、信号が正のピーク値を示した場合、図10に破線で示すアイソレーション領域2の電位Vi との電位差Aは最小となり、信号が負のピーク値を示した場合、図10に破線で示すアイソレーション領域2の電位との電位差Bは最大となる。すなわち、信号に応じてアイソレーション領域と抵抗素子領域との電位差が異なる。よって、空乏層の幅が変化して抵抗が電圧依存性をもって歪率を悪化させる等の問題点がある。
【0007】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、歪率を低減できる増幅回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、オペアンプと、該オペアンプの反転入力端子に接続された入力抵抗と、前記入力抵抗と反転入力端子との接続点と前記オペアンプの出力との間に接続された帰還抵抗とを有する増幅回路において、入力抵抗及び帰還抵抗は、各々第1の極性の半導体からなる半導体基板上に第2の極性の半導体から形成されたアイソレーション領域と、アイソレーション領域に形成され、第1の極性からなり抵抗を形成する抵抗素子領域とから構成され、定電流を発生し、入力抵抗のアイソレーション領域及び帰還抵抗のアイソレーション領域の各々に供給する定電流源と、入力抵抗の抵抗素子領域の一端の電位に比例した電流を定電流源から引き込み、入力抵抗のアイソレーション領域の電位を入力抵抗の抵抗素子領域の一端の電位に対して一定の電位差の電位に保持する第1の制御手段と、帰還抵抗の抵抗素子領域の一端の電位に比例した電流を定電流源から引き込み、帰還抵抗のアイソレーション領域の電位を帰還抵抗の抵抗素子領域の一端の電位に対して一定の電位差の電位に保持する第2の制御手段とを有することを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、入力抵抗及び帰還抵抗の抵抗素子領域の一端の電位に比例した電流を定電流源から引き込み、入力抵抗及び帰還抵抗のアイソレーション領域の電位を入力抵抗及び帰還抵抗の抵抗素子領域の一端の電位に対して一定の電位差の電位に保持することにより、常に、アイソレーション領域と抵抗素子領域との電位を一定にできる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の半導体装置の抵抗回路の一実施例の平面概略構成図、図2に本発明の半導体装置の抵抗回路の一実施例の断面概略構成図を示す。同図中、図6、図7と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施例の半導体装置の抵抗回路100は、P型にドーピングされた半導体からなる半導体基板1上にN型にドーピングされた半導体から形成されるアイソレーション領域2を形成し、アイソレーション領域2にP型にドーピングされ、抵抗を形成する抵抗素子領域3を形成してなる。
【0013】
抵抗素子領域3は、いわゆる、ベース抵抗を形成しており、その端部には入出力コンタクトT1、T2が形成されている。アイソレーション領域2及び抵抗素子領域3には、電位制御回路140が接続される。電位制御回路140は、抵抗素子領域3に印加される電位に応じてアイソレーション領域2に印加する電位を制御する。
【0014】
電位制御回路140は、電源電圧から定電流を生成する定電流回路141、及び、抵抗素子領域3のコンタクトT1の電位V1に応じた電流を定電流回路141から引き込む電流制御回路142を有し、定電流回路141で生成された定電流から電流制御回路142に電流を流し込み、アイソレーション領域2の電位を抵抗素子領域3のコンタクトT1の電位V1より所定の電位だけ高い電位とする構成とされている。 定電流回路141は、特許請求の範囲中の定電流回路に相当し、電源電圧Vccから定電流を生成する。定電流回路141は、抵抗R1、PNPトランジスタQ10、Q11から構成され、いわゆる、カレントミラー回路を構成している。
【0015】
定電流回路141は、電源電圧Vccから定電流I1 を生成し、トランジスタQ11のコレクタから出力する。
定電流回路141のトランジスタQ11のコレクタには、電流制御回路142が接続される。電流制御回路142は、PNPトランジスタQ12、及び、ダイオードD10から構成される。
【0016】
トランジスタQ12は、エミッタがダイオードD10を介してトランジスタQ11のコレクタに接続され、コレクタが接地され、ベースが抵抗素子領域3のコンタクトT1に接続されている。
NPNトランジスタQ12は、抵抗素子領域3のコンタクトT1の電位V1が変化すると、変化に応じたエミッタ電流を流れる。このため、ダイオードD1に順方向に電流が流れる。このとき、ダイオードD1 及びトランジスタQ12に順方向電圧VF (0.6〔V〕)が発生し、アイソレーション領域2のコンタクト4の電位は、コンタクトT1の電位V1に対して、2×VF の電位が保持される。
【0017】
すなわち、アイソレーション領域2のコンタクト4の電位は、(V1 +2Vf)となる。なお、本実施例では、トランジスタQ12のエミッタ側にダイオードD1 を順方向に接続することにより、トランジスタQ12及びダイオードD1 によりアイソレーション領域2のコンタクト4の電位を(V1 +2Vf)としたが、ダイオードD1を除去し、トランジスタQ12のベース−エミッタ間電圧によりアイソレーション領域2のコンタクト4の電位を(V1 +Vf)としたり、ダイオードD1を2つ直列に接続して、アイソレーション領域2のコンタクト4の電位を(V1 +3Vf)にしてもよく、要は、アイソレーション領域2のコンタクト4の電位を抵抗素子領域3のコンタクトT1の電位V1より十分に大きくできればよい。
【0018】
図3に本発明の一実施例の適用例のブロック構成図を示す。
本適用例は半導体基板上に差動入力構成のアンプを形成し、その抵抗として図1、図2に示す構成の抵抗回路100を用いたものである。
図3では、オペアンプ150、及び、抵抗Ra、Rbにより反転増幅回路が構成されている。図3に示すようにオペアンプ150の負側の入力抵抗、及び、帰還抵抗として図1、図2に示す抵抗回路100を適用した。
【0019】
このとき、抵抗Raの電位制御回路140aと抵抗Rbの電位制御回路140bとで定電流回路141を共用している。よって、回路構成を簡略化できる。
次に、電位制御回路140の動作を図面とともに説明する。
図4に本発明の一実施例の動作波形図を示す。
抵抗素子領域3のコンタクトT1の電位が図4で実線に示すように変化したとすると、アイソレーション領域2のコンタクト4に印加される電位は、(V1 +2Vf)で決定されるので、図4に破線で示すように変化する。
【0020】
このように、本実施例によれば、定電流回路141、及び、電流制御回路142によりアイソレーション領域2に印加する電位を抵抗素子領域3に供給される信号に比例した電位とすることができるので、アイソレーション領域2の電位を抵抗素子領域3から一定の電位差の電位に保持でき、アイソレーション領域2と抵抗素子領域3との間の寄生素子の状態を一定の状態に保持し、寄生素子の影響を抑制できる。
【0021】
なお、本実施例では、抵抗素子としてベース抵抗を用いたが、これに限ることはなく、エミッタ抵抗やイオン打ち込み抵抗などでも同様な作用、効果を奏する。
図5に本発明の一実施例の適用例の出力電圧−歪率の特性図を示す。
図3に示す構成のアンプ回路の負側の入力抵抗Ra、及び、帰還抵抗Rbとして、図1、図2に示す構成の抵抗回路100を適用することにより、一般に使用する領域である出力電圧、0〔dB〕付近で、図5に●で示す抵抗回路100を適用したアンプの歪率は、図5に▲で示す従来の信号に応じて補正を行わないものに比べて小さくなる。よって、アンプとしての特性は抵抗回路100を適用したものの方が良好となる。なお、このとき、正側の入力抵抗Rc、及び、バイアス抵抗Rdは、抵抗回路100を適用しなくても、図5に■に示すように歪率は小さくなるので、補正は行わない。
【0022】
したがって、図3に示すようなアンプ回路に抵抗回路100を適用する場合には、図3に示すように反転入力側の入力抵抗Ra、及び、帰還抵抗Rbにのみ適用することにより効率のよい補正が可能となる。
なお、図3に示すアンプ回路では、抵抗Ra、Rbの入力側の電位を検出し、アイソレーション領域2に印加する電圧を制御したが、これに限られるものではない。
【0023】
図6に本発明の一実施例の第2適用例の回路構成図を示す。
図6に示す反転増幅回路では、抵抗Ra、Rbの出力側の電位に応じてアイソレーション領域2に印加する電流を制御している。
図7に本発明の一実施例の第3適用例の回路構成図を示す。
図7に示す反転増幅回路では、抵抗Raは入力側、抵抗Rbは出力側の電位に応じてアイソレーション領域2に印加する電流を制御している。
【0024】
なお、本実施例の抵抗回路は、図3、図6、図7に示す反転増幅回路だけでなく、抵抗回路として半導体基板上の各種回路に適用できることは言うまでもない。
【0025】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、入力抵抗及び帰還抵抗の抵抗素子領域の一端の電位に比例した電流を定電流源から引き込み、入力抵抗及び帰還抵抗のアイソレーション領域の電位を入力抵抗及び帰還抵抗の抵抗素子領域の一端の電位に対して一定の電位差の電位に保持することにより、常に、アイソレーション領域と抵抗素子領域との電位を一定にでき、抵抗の電圧依存性の影響を抑制できるなどの特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の抵抗回路の一実施例の平面概略構成図である。
【図2】本発明の半導体装置の抵抗回路の一実施例の断面概略構成図である。
【図3】本発明の半導体装置の抵抗回路の一実施例の第1適用例の回路構成図である。
【図4】本発明の半導体装置の抵抗回路の一実施例の動作波形図である。
【図5】本発明の半導体装置の抵抗回路の一実施例の適用例の出力電圧に対する歪率の特性図である。
【図6】本発明の一実施例の第2適用例の回路構成図である。
【図7】本発明の一実施例の第3適用例の回路構成図である。
【図8】従来の半導体装置の抵抗回路の一例の平面構成図である。
【図9】従来の半導体装置の抵抗回路の一例の断面構成図である。
【図10】従来の半導体装置の抵抗回路の一例の適用例の動作波形図である。
【符号の説明】
100 抵抗回路
1 半導体基板
2 アイソレーション領域
3 抵抗素子領域
140 電位制御回路
141 定電流回路
142 電流制御回路
150 オペアンプ
Q10、Q11、Q12 PNPトランジスタ
R1 抵抗
D1 ダイオード
Claims (1)
- オペアンプと、該オペアンプの反転入力端子に接続された入力抵抗と、前記入力抵抗と反転入力端子との接続点と前記オペアンプの出力との間に接続された帰還抵抗とを有する増幅回路において、
前記入力抵抗及び前記帰還抵抗は、各々第1の極性の半導体からなる半導体基板上に第2の極性の半導体から形成されたアイソレーション領域と、該アイソレーション領域に形成され、該第1の極性からなり抵抗を形成する抵抗素子領域とから構成され、
定電流を発生し、前記入力抵抗のアイソレーション領域及び前記帰還抵抗のアイソレーション領域の各々に供給する定電流源と、
前記入力抵抗の前記抵抗素子領域の一端の電位に比例した電流を前記定電流源から引き込み、前記入力抵抗のアイソレーション領域の電位を前記入力抵抗の前記抵抗素子領域の一端の電位に対して一定の電位差の電位に保持する第1の制御手段と、
前記帰還抵抗の前記抵抗素子領域の一端の電位に比例した電流を前記定電流源から引き込み、前記帰還抵抗のアイソレーション領域の電位を前記帰還抵抗の前記抵抗素子領域の一端の電位に対して一定の電位差の電位に保持する第2の制御手段とを有することを特徴とする増幅回路。
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JPH11103019A JPH11103019A (ja) | 1999-04-13 |
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- 1997-09-29 JP JP26453697A patent/JP3675130B2/ja not_active Expired - Fee Related
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