JPS632365B2 - - Google Patents

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JPS632365B2
JPS632365B2 JP56081086A JP8108681A JPS632365B2 JP S632365 B2 JPS632365 B2 JP S632365B2 JP 56081086 A JP56081086 A JP 56081086A JP 8108681 A JP8108681 A JP 8108681A JP S632365 B2 JPS632365 B2 JP S632365B2
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JP
Japan
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power supply
circuit
voltage
substrate
type
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JP56081086A
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JPS5717220A (en
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Toshiro Suzuki
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H19/00Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
    • H03H19/004Switched capacitor networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体集積回路化されたスイツチドキ
ヤパシタ型フイルタ装置に関し、特に電源抑圧比
(Power Supply Rejection Retio:PSRR)の改
良に関するものである。
半導体集積回路技術の進歩に伴ない、通信回路
分野でも各種回路のLSI化が盛んである。通信用
LSIの典形例は符号器と復号器とを1つの半導体
基板上の構成する所謂コーデツク(CODEC)と
称される装置であり、この装置の前段回路にはア
ナログ入力信号の周波数帯域を制限するためのフ
イルタが必要となる。
フイルタは抵抗素子と演算増幅器(以下オペア
ンプと呼ぶ)とからなるアナログ積分器あるいは
微分器を複数個組み合せることによつて構成で
き、LSI化のためには上記抵抗素子の代りにスイ
ツチドキヤバシタ(Switched Capacitor:SW−
C)を用いた回路構成が有効である。
しかしながら、上記SW−C型のフイルタを適
用すると、電源ラインに重畳される漏話やロジツ
ク雑音等が信号ラインに混入し、通信用LSI装置
で可能な限り高い値を要求される電源抑圧比
PSRRが劣化することが判明した。例えば、コー
デツクの開発では信号の劣化を抑えるため100Hz
で70dB、1KHzで50dBのPSRRを保証する必要が
あるが、従来のLSI構造ではPSRRが目標値を
20dB程度下まわる。
本発明の目的は上記したSW−C型フイルタ装
置におけるPSRRの値を向上しうるLSI構造を提
供することにあり、以下、本発明の詳細を図面を
参照して説明する。
第1図〜第3図は従来知られているSW−C型
フイルタ基本要素となるアナログ積分回路の基本
的構成の1例を示す図である。
第1図は最も基本的な積分回路Xを示し、
MOSトランジスタからなるスイツチSW1がパル
スφが“1”の期間にオンとなり、入力端子1N
の電圧をトランスフア用キヤパシタC1に充電す
る。この電圧はパルス(φが“0”)の期間に
スイツチSW2を介してオペアンプAに入力され
る。C2はオペアンプAのフイードバツク用キヤ
パシタであり、上記SW1,SW2,C1からなる
SW−C構造部が等価的な抵抗素子として作用す
る。(尚、C−MOSプロセスの場合、上記スイツ
チSW1,SW2は一般にPチヤンネルとNチヤ
ンネルの対トランジスタとなるが、図では1つの
トランジスタで代表させてある。)また、CS0
CS1、CS2は、半導体LSI化したとき各スイツチの
ソースまたはドレインと基板(C−MOS構造の
場合には基板またはP型ウエル領域)との間に形
成される寄生容量を示す。
上記積分回路XはキヤパシタC1に並列に挿入
された形となる寄生容量CS1が積分定数に直接影
響を与えるため、これを解決したのが第2図、第
3図の積分回路Y,Zである。これらの積分回路
Y,Zでは、SW−Cが4個のスイツチを有し、
SW1,SW1′,SW1″がパルスφが“1”で閉
じられ、SW2,SW2′,SW2″がパルスで閉
じられる。
上述した積分回路X,Y,ZはいずれもSW−
C部とオペアンプ部からなつているため、PSRR
の劣化原因は上記いずれかの部分にあると考えら
れるが、従来装置での測定結果によれば、オペア
ンプ部には問題がなく、PSRRの劣化は主として
SW−C部にあることが判明した。すなわちX,
Y,Zのいずれの積分回路においても、トランス
フア・キヤパシタC1とオペアンプAとの間に寄
生容量CS1、CS2が存在するため、これらの容量が
基板(またはP型ウエル領域)に与えられる電源
電圧ノイズを信号線Bに混入させていることが判
つた。
第4図〜第6図はSW−Cを構成するスイツチ
およびキヤパシタのLSI断面構造である。
第4図はNチヤンネル型MOSトランジスタの
構造図であり、10はN型半導体基板、11はP
型ウエル領域、12はソースおよびドレインとな
るN型不純物拡散領域、14はゲート領域の
SiO2膜、15は上記SiO2膜上に形成されたポリ
シリコン層、19は素子間分離のためのフイール
ド・オキサイド膜を示す。
第5図はキヤパシタの構造図であり、15′は
下部電極となるポリシリコン層、16は上記ポリ
シリコン層上に熱酸化あるいはCVD(Chemical
Vapor Deposition)法により形成されたSiO2膜、
17は上部電極となるAl層、14′はSiO2によつ
て構成されたフイールド絶縁層、を示す。
第6図はPチヤンネル型MOSトランジスタの
構造図であり、13はN型基板10の表面部に形
成されるソースまたはドレインとなるP型不純物
拡散領域、14″,15″は前記14,15と同様
のゲート構造部である。
尚、第4図、第6図の各MOSトランジスタは、
表面部と更にSiO2膜が形成され、選択的に穴開
けされた部分でソース、ゲート、ドレインの各領
域と接触するAl配線が形成されて他の回路素子
と結合されるが、これらの配線については図面上
省略されている。
第4図〜第6図に示した各素子において第1図
〜第3図に示した寄生容量CS1、CS2は以下の部位
に発生する。すなわち第4図のNチヤンネル型
MOSトランジスタはソース、ドレインを形成す
るN型拡散領域12とPウエル11の間に形成さ
れるPN接合領域の接合容量、第5図のキヤパシ
タでは、上下電極を構成するポリシリコン層1
6、Al層17と半導体基板10がフイールド絶
縁層14′を介して構成する容量、第6図のPチ
ヤネル型MOSトランジスタではP型拡散領域1
3と基板10の間に発生する接合容量が寄生容量
となる。
これらの寄生容量CS1、CS2のうち、キヤパシタ
C1の電極板と基板間に形成されるものは、例え
ばキヤパシタ下部電極を常に低インピーダンスの
ノード(オペアンプの出力側あるいはグランド
側)に接続することにより影響を少なくすること
ができる。しかしながら、スイツチ用トランジス
タのソースまたはドレインと基板(またはP型ウ
エル領域)間の接合容量に起因する寄生容量は、
適用されるLSI製造プロセスにより定まる最小値
以下には減少できないため、従来の方式に従う限
りPSRRの改善には限度がある。
したがつて信号線に対する電源雑音の混入を低
減させるためには、第4図〜第6図に示した寄生
容量の接続先である基板10又はPウエル11に
供給きれる電圧を極力雑音のない高品位の電圧と
することが必要となる。
一般的にLSI装置では半導体基板には正又は負
の最高電位を印加する必要があるため基板は雑音
の多い外部供給電源に直接接続され、PSRRを悪
化させる。しかしながら、ウエル領域11は素子
性能を保持する範囲で適当な電位を与えれば良
く、外部供給電源の雑音分をしや断した別途の電
圧を印加することが容易である。
以上の検討結果から、本発明では寄生容量CS1
CS2により電源と結合されるスイツチ用トランジ
スタを、半導体基板表面のウエル領域内に形成
し、このウエル領域には雑音を除去した安定な電
圧を印加するようにしたことを特徴とする。
本発明を実現するための最も簡単な手段は、上
記CS1、CS2が寄生するスイツチ用・トランジスタ
(例えば第1図のSW1,SW2、第2図のSW
1′,SW2′、第3図のSW1″,SW2″)をP型
ウエル内に形成されるNチヤンネルMOSトラン
ジスタで構成し、上記P型ウエルに安定化された
電圧を印加することである。
以下本発明を実施例を用いて説明する。
第7図は第1図に示したSW−C積分回路Xに
本発明を実施して例を示すもので、20は安定化
電源回路、21はウエル電位発生回路、22はレ
ベルシフト回路である。図示するようにスイツチ
ドランジスタSW1,SW2のウエルはウエル電
位発生回路21から供給されているため、もし外
部電源電圧が雑音等により変動しても安定化電源
20の出力が十分に安定であるならば、電源雑音
は信号線Bには混入しない。
第8図A〜Cはウエル領域に動作電圧を与える
ウエル電位発生回路21の回路例を示す。LSIチ
ツプ内に基準電圧源20がある場合は、その出力
を適当な電位に変換してウエル供給電圧Vwとす
ればよい。第8図Aは基準電圧源20の出力電圧
が負値の場合、第8図Bは基準電圧源20′の出
力が正値の場合を示す。
また、基準電圧源がないときは、第8図Cのよ
うに負側電源線から大きなデカツプリング時定数
を介してP型ウエル電圧Vwを得ることが出来る。
デカツプリング時定数はCp、Rpで決まるが、P
型ウエルにはリーク電流程度の微小電流しか流れ
込まないため、Rpの値を大きくすることが可能
で、Cpは比較的小さなもので済む。
なお、Cpとして必要な容量値がIC内で実現可
能な値よりも大きな時は、例えば、H.Ohara他
がIEEE J.Solid−State Circuits vol.SC−15、
No.6、pp.1005−1013、Dec.1980.に発表している
ような能動回路を用いたミラー形容量増倍回路を
用いてCpを構成することも容易である。
第7図22に示したレベルシフト回路はスイツ
チ用トランジスタSW1,SW2がNチヤネル
MOSトランジスタのみを用いて構成された場合
でも十分正負のアナログ信号を開閉し得るようゲ
ート制御電位を直流的にシフトするものであり、
その実施例は第9図に示される。図中、スイツチ
制御信号φがローレベル、すなわちSW1又は
SW2がオフのとき、レベルシフト用MOSトラン
ジスタスイツチ23がオンとなり、レベルシフト
用キヤパシタ24は適宜のバイアス電圧VBと論
理ローレベルの差の電圧まで充電される。次にス
イツチ制御信号φがハイレベル、すなわちSW1
又はSW2がオンとなつたとき、スイツチ23は
オフとなり、スイツチ制御用ゲート端子25の電
圧は論理ハイレベルより論理ローレベルとVB
電圧だけ高い電圧が発生する。このVBを適当な
電圧に設定することにより、SW1又はSW2が
NチヤネルMOSトランジスタのみで構成されて
いる場合でもアナログ信号を十分にオン、オフさ
せることが可能となる。なお、第9図に示したよ
うなレベルシフト回路を用いず、スイツチ用Nチ
ヤネルMOSトランジスタのしきい値電圧を半導
体構造プロセスの調整により変化させることによ
り同等の効果を実現できることはいうまでもな
い。
以上に示したように本発明を用いることにより
電源に発生した雑音を信号線に混入させることの
ない、言いかえればPSRRの非常に大きいSW−
C形LSI化アナログフイルタ回路を容易に実現す
ることが可能となる。このことは高精度、低雑音
を必須とする通信用CODECを初めとする各種ア
ナログLSIの高性能化に多大な効果をもたらす。
なお、ここに示した実施例ではP型のウエルを
用いる場合について示したが、N型ウエルを用い
るLSIにおいても同様の回路構造を実現すること
は容易である。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図はそれぞれスイツチドキヤパシ
タ型積分回路の基本的構成を示す回路図、第4図
〜第6図は半導体集積回路化したスイツチ用
MOSトランジスタとキヤパシタの構造例を示す
断面図、第7図は本発明の一実施例、第8図A〜
Cはウエル領域に電位を与えるための電源回路の
構成例を示す図、第9図は制御信号のレベルシフ
ト回路例を示すものである。 図においてX,Y,Y1,Y2,Y4,Y5,Z,
Z3,Z6は積分回路、C1はトランスフアキヤパシ
タ、SW1,SW1′,SW1″,SW2,SW2′,
SW2″はスイツチ用トランジスタ、Aはオペア
ンプを示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 トランスフア・キヤパシタと演算増幅器とを
    スイツチ用電界効果型トラジスタで結合してなる
    回路を有する半導体集積回路化されたフイルタ装
    置において、上記トランジスタを半導体基板表面
    のウエル領域内に形成し、上記半導体基板には外
    部供給電源から所定の電位を与え、上記トランジ
    スタが形成されるウエル領域には上記外部供給電
    源からの雑音を遮断した当該ウエル専用の電源電
    位を供給したことを特徴とするスイツチドキヤパ
    シタ型フイルタ装置。
JP8108681A 1981-05-29 1981-05-29 Switched capacitor type filter device Granted JPS5717220A (en)

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