NL1004970C2

NL1004970C2 - Meertraps bronvolgerversterker met grote bandbreedte en lage energie-opname.

Info

Publication number: NL1004970C2
Application number: NL1004970A
Authority: NL
Inventors: Takashi Nakano
Original assignee: Nec Corp
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1997-08-26
Also published as: US5825249A; JP3027948B2; JPH09252111A; NL1004970A1

Description

963079/AA/fh

Korte aanduiding: Meertraps bronvolgerversterker met grote bandbreedte en lage energie** opname.

Achtergrond van de uitvinding:

De uitvinding heeft betrekking op een meertraps bronvolgerversterker die gebruikt wordt in een vaste-stof beeldopneemeenheid, zoals een CCD beeldopneemeen-5 heid en in het bijzonder op de meertraps bronvolgerversterker die geschikt is voor hoge-definitie televisie- (HDTV) stelsels.

Tot op heden is het een trend dat een vaste-stof beeldopneemeenheid voor hoge-definitietelevisie (HDTV) 10 als gevolg van een groter aantal beeldcellen (pixels), bijvoorbeeld 2 miljoen pixels, met een hoge aandrijffrequentie aangedreven wordt. Een dergelijke vaste-stof beeldopneemeenheid is op een halfgeleiderschijfje of -substraat gevormd en heeft een aantal fotodioden, een 15 aantal verticale CCD's en een paar horizontale CCD's, die alle op het halfgeleiderschi jf je aangebracht zijn. Bij deze structuur voert elke fotodiode een optisch-elektrische omzetting uit voor het opwekken van een elektrisch signaal dat via de verticale CCD's en de 20 horizontale CCD's verticaal en horizontaal getransporteerd wordt voor levering aan een uitgangsversterker via een bufferversterker bestaande uit een bronvolgerversterker, zoals hiervoor genoemd, en die dient voor impe-dantie-aanpassing tussen de vaste-stof beeldopneemeen-25 heid en de uitgangsversterker.

Recente eisen voor een tussenversterker zijn vergroting van de bandbreedte ter verlaging van ruis en energie-opname, en het hebben van een lineaire ingangs-uitgangskarakteristiek wanneer de aandrijffrequentie in 30 de vaste-stof beeldopneemeenheid hoog wordt. Daartoe is een meertraps bronvolgerversterker geopenbaard door N. Mutoh e.a. in het artikel met als titel "New Low-Noise Output Amplifier for High-Definition CCD Image Sensor" 1004970 2 in TEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol. 38, nr.

5, mei 1991. De in het artikel geopenbaarde meertraps bronvolgerversterker heeft drie trappen die gevormd worden door met elkaar in cascade verbonden bronvolgers 5 en die bestaan uit een ingangstrap of eerste trap, een middelste of tweede trap en een uitgangstrap of derde trap van de bronvolgers. In dit geval is elke trap van de bronvolgers uitgevoerd met een aandrijftransistor en een belastingtransistor die in serie met elkaar verbon-10 den zijn en die gevormd worden door metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistors (MOSFET's).

Er moet opgemerkt worden dat de MOSFET's die in de vaste-stof beeldopneemeenheid van deze soort gebruikt worden onderscheiden worden in een type met oppervlakte-15 kanaal en een type met begraven kanaal, die respectievelijk een kanaal naast een substraatoppervlak en een in hoofdzaak binnen het substraat gevormd kanaal hebben.

In de uit het hiervoorgenoemde artikel bekende meertraps bronvolger wordt alleen de aandrijftransistor 20 van de eerste trap of ingangstrap door de MOSFET van het type met oppervlaktekanaal gevormd, terwijl de overige aandrijf- en belastingtransistors in verband met versterking en ruis door MOSFET's van het type met begraven kanaal gevormd worden.

25 Het is echter gebleken dat deze structuur een gro tere energie-opname veroorzaakt en de lineariteit van de ingangs-uitgangskarakteristiek verslechtert.

Samenvatting van de uitvinding: 30 De uitvinding heeft als doel een meertraps bronvol gerversterker te verschaffen die over een grote bandbreedte een lineaire ingangs-uitgangskarakteristiek heeft.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen 35 van een meertraps bronvolger die geschikt is voor het verlagen van de energie-opname.

1004970 3

Andere doelstellingen van de uitvinding zullen uit de navolgende toelichting duidelijk worden.

Volgens één aspect van de uitvinding wordt een meertraps bronvolgerversterker verschaft die een eerste 5 bronvolgerversterker met een eerste aandrijftransistor en een eerste belasting heeft. De eerste aandrijftransistor en de eerste belasting zijn met de eerste aandrijf transistor verbonden. Een middelste bronvolgerver-sterkereenheid omvat een met de eerste aandrijftransis-10 tor verbonden middelste aandrijftransistor van een type met begraven kanaal en een met de middelste aandrijf-transistor verbonden middelste belasting. Een uitgangs-bronvolgerversterker is elektrisch met de middelste bronvolgerversterkereenheid gekoppeld en heeft een derde 15 transistor van een type met oppervlaktekanaal en een met de derde aandrijftransistor verbonden derde belasting.

Korte toelichting van de tekening:

Fig. 1 toont een ladingsgekoppelde beeldopnemer; 20 fig. 2 toont een ketenschema van een bekende meer traps bronvolgerversterker; fig. 3 toont een doorsnede van een eerste trap van de bekende meertraps bronvolgerversterker van fig. 2; fig. 4 toont vGS“iDS karakteristieken van MOSFET's; 25 fig. 5 toont een ketenschema van een enkele bron volgerversterker ; fig. 6 toont een ketenschema van een meertraps bronvolgerversterker volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding; en 30 fig. 7 toont ingangs-uitgangskarakteristieken van de meertraps bronvolgerversterker van fig. 6.

Toelichting van de voorkeursuitvoerinasvorm:

Voor een beter begrip van de uitvinding zal eerst 35 met verwijzing naar fig. 1 tot en met 5 een bekende meertraps bronvolgerversterker toegelicht worden.

1004970 1 4

In fig. 1 wordt voor een hoge-definitie televisiecamera een ladingsgekoppelde beeldopnemer gebruikt die een vaste-stof beeldopnemer bestaande uit een geïntegreerde halfgeleiderketen kan zijn. De ladingsgekoppelde 5 beeldopnemer omvat fotodioden 11 (aangegeven met een kleine rechthoek) die in een aantal kolommen gerangschikt zijn. Een aantal verticale ladingsgekoppelde eenheden (CCD's) 12 zijn evenwijdig aan elkaar gerangschikt en zijn met de fotodioden 11 van elke correspon-10 derende kolom gekoppeld. Twee horizontale CCD's 13 zijn bij de uiteinden ervan elektrisch met het aantal verticale CCD's 12 gekoppeld. Twee voorversterkers 14 zijn respectievelijk met de horizontale CCD's 13 verbonden.

Elke voorversterker 14 heeft de bekende meertraps 15 bronvolgerversterker.

Elk van de fotodioden 11 voert een optisch-elektri-sche omzetting uit om aan één van de verticale CCD's 12 een elektrisch signaal te leveren. Elk van de verticale CCD's 12 transporteert het elektrische signaal naar de 20 horizontale CCD's 13. Elk van de horizontale CCD's 13 wordt afwisselend op de helft van een gewenste aandrijf-freguentie in werking gesteld en levert het elektrische signaal op de helft van de gewenste aandrijffrequentie aan één van de voorversterkers 14. Als gevolg van de 25 afwisselende werking worden beide horizontale CCD's 13 op de gewenste werkfrequentie bedreven. Elk van de voorversterkers 14 versterkt het elektrische signaal tot een versterkt signaal dat aan een uitwendige keten, zoals een uitgangsversterker (niet getoond) geleverd wordt.

30 In fig. 2 heeft de meertraps bronvolgerversterker (die equivalent aan de voorversterker kan zijn en die daarom met 14 aangegeven is) eerste, tweede en derde bronvolgertrappen 21a, 21b en 21c. De bronvolgers 21a tot en met 21c omvatten een aandrijf transistor 22a, 22b 35 en 22c en een belastingtransistor 23a, 23b en 23c. De bronvolgers 21a, 21b en 21c zijn tussen een ingangsaan-sluiting 24 en een uitgangsaansluiting 25 in cascade met 1004970 5 elkaar verbonden. Bovendien zijn de bronvolgers 21a tot en met 21c parallel aan elkaar tussen een voedingsaan-sluiting 26 (VDD) en aarde 27 (GND) verbonden. Van de aandrijf transistors 22a, 22b en 22c zijn de af voeren 5 gemeenschappelijk met de voedingsaansluiting 26 verbonden en zijn de bronnen met de afvoeren van de belasting-transistors 23a, 23b en 23c verbonden. De bron van de aandrijftransistor 22c en de afvoer van de belasting-transistor 23c zijn gemeenschappelijk met de uitgangs-10 aansluiting 25 verbonden. De aandrijftransistor 22a van de eerste trap heeft een poort die met de ingangsaan-sluiting 24 verbonden is. De aandrijftransistor 22b van de tweede trap heeft een poort die met een knooppunt tussen de bron van de aandrijf transistor 22a en de af-15 voer van de belastingtransistor 23a verbonden is. De aandrijf transistor 22c van de derde trap heeft een poort die met een knooppunt tussen de bron van de aandrijf-transistor 22b en de afvoer van de belastingtransistor 23b verbonden is. De poorten en bronnen van de belas-20 tingtransistors 23a, 23b en 23c zijn gemeenschappelijk met aarde verbonden.

Er moet hier opgemerkt worden dat de aandrijftransistor 22a bestaat uit een metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistor (MOSFET) van oppervlaktekanaaltype 25 ter verkrijging van een lineaire ingangs-uitgangskarak-teristiek van de bronvolgerversterker. De overige aandrijf transistors 22b en 22c en de belastingtransistors 23a, 23b en 23c worden gevormd door MOSFET's van het begraven-kanaaltype ter onderdrukking van interne ruis 30 van de meertraps bronvolgerversterker.

In fig. 3 is de oppervlaktekanaaltype MOSFET met N type kanaal (of aandrijftransistor 22a) aan de rechterkant getoond en heeft een P put 31 die gevormd is door implantatie van ionen in een N type siliciumsubstraat. 35 In dit geval is de ionenimplantatie uitgevoerd met enkele honderden KeV met een dosis in de orde van 1012 cm”2. Een afvoergebied 32 en een uitgangsgebied (brongebied) 1004970 6 33 zijn gevormd door dotering van N type verontreinigingen, bijvoorbeeld fosfor, in de P put 31. Een gedeelte van de P put 31 werkt als een kanaal of een poortgebied tussen het afvoergebied 32 en het uitgangsgebied 33.

5 Door middel van polysilicium op een isolerende laag (niet getoond), zoals een siliciumoxidelaag, is op het poortgebied een poortelektrode 34 gevormd, waarbij tussen twee siliciumoxidelagen een siliciumnitridelaag aangebracht is. In de elektrode 34 zijn N type veront-10 reinigingen, bijvoorbeeld fosfor, gedoteerd, zodat dat de elektrode 34 een lage weerstand, zoals van metaal heeft. Nabij een oppervlak van het poortgebied tussen de afvoerelektrode 32 en het uitgangsgebied 33 is een N type kanaal gevormd wanneer via de ingangsaansluiting 24 15 een ingangsspanning aan de poortelektrode 34 geleverd wordt. De oppervlaktekanaaltype MOSFET is in hoofdzaak gelijk aan een verrijkingstype MOSFET en heeft een positieve drempelspanning. Dit betekent dat de getoonde oppervlaktekanaaltype MOSFET normaal in een uitgescha-20 kelde toestand is.

Anderzijds is de door de belastingtransistor 23a gespecificeerde MOSFET van het begraven-kanaaltype links in fig. 3 getoond. De getoonde MOSFET van het begraven-kanaaltype is een MOSFET met N kanaal en omvat de ge-25 meenschappelijk met de MOSFET van het oppervlaktekanaal-type gebruikte P put 31. In de P put 31 is een bronge-bied 35 gevormd. Een afvoergebied wordt voor het uitgangsgebied 33 gebruikt. Door implantatie van ionen bij enkele honderden KeV met een dosis in de orde van 12 -2 .

30 10 cm is tussen het uitgangsgebied 33 en het bronge-bied 35 een N put 36 gevormd. De N put 36 wordt als poorgebied gebruikt. Boven de N put 36 is net als de elektrode 34 een poortelektrode 37 op de isolerende laag (niet getoond) gevormd. Wanneer aan de poortelektrode 37 35 een ingangsspanning geleverd wordt wordt in hoofdzaak onder de N put 36 tussen het uitgangsgebied 33 en het brongebied 35 een N kanaal gevormd. Hierdoor heeft de 1 004970 7 MOSFET van het begraven-kanaaltype onder de N put 36 een begraven kanaal. In dit geval wordt de poortelektrode 37 geaard. De MOSFET van het begraven-kanaaltype heeft een negatieve drempelspanning en is normaal in een ingescha-5 kelde toestand.

Wanneer tussen het uitgangsgebied 33 en het bronge-bied 35 in de MOSFET van het begraven-kanaaltype een spanning gelegd wordt zal ongeacht de ingangsspanning tussen het uitgangsgebied 33 en het brongebied 35 een 10 afvoerstroom door het begraven kanaal gaan.

Fig. 4 toont vGs-ids Karakteristieken voor de MOSFET van het oppervlaktekanaaltype, de MOSFET van het begraven-kanaaltype en, ter vergelijking, een verar-mingstype MOSFET. Zoals uit fig. 4 blijkt loopt in de 15 MOSFET van het begraven-kanaaltype altijd een stroom IDg door de afvoer- en brongebieden.

De meertraps bronvolgerversterker heeft een bandbreedte die bepaald wordt door een afsnijfrequentie waarbij een versterking van de bekende meertraps bron-20 volgerversterker vanaf een maximale versterking met 3 dB afgenomen is. Het is vereist dat de bandbreedte ongeveer drie maal de werkfrequentie (37 MHz) van de horizontale CCD 14 is. Voor de toekomst wordt verwacht dat de werkfrequentie van de horizontale CCD 14 hoog wordt om te 25 kunnen werken met een groter aantal pixels ter voldoening van de eisen van hoge resolutie en een toename van een dataverwerkingstijd voor multimedia. De bronvolgerversterker moet daarom een grote bandbreedte hebben, zodat het bij een dergelijke werkfrequentie doelmatig 30 kan werken.

Voor een beter begrip van de uitvinding wordt verwezen naar fig. 5 die een enkele bronvolger toont. Een afsni jfrequentie ft van de bronvolger wordt gegeven door: 35 ft = 2*x*gm/C (1) waarin C een belastingscapaciteit is en gm een transcon-ductantie is die gegeven wordt door: 1004970 δ gm = |i*CQX* (W/L) * (Vi-Vo—Vt) (2) waarin μ een elektronenmobiliteit in de aandrijftransistor 22 voorstelt, W een poortbreedte van de aandrijf-transistor 22 voorstelt, L een poortlengte van de aan-5 drijftransistor 23 voorstelt CQX een capaciteit van de aandrijftransistor 22 voorstelt, Vt een drempelspanning van de aandrijf transistor 22 voorstelt, Vi een aan de ingangsaansluiting 24 geleverde ingangsspanning voorstelt, en Vo een aan de uitgangsaansluiting 25 geleverde 10 uitgangsspanning voorstelt.

In het algemeen moet een verhouding W/L van de poortbreedte W tot de poortlengte L groot worden ter verhoging van de af snij frequentie ft in de enkele bron-volger. In dit geval leidt vergroting van W/L tot een 15 verhoging van de uitgangsspanning Vo. In de meertraps bronvolger leidt de verhoging van de uitgangsspanning Vo in een trap tot een verhoging van de ingangsspanning Vi voor een volgende trap. In de volgende trap neemt een spanning "Vi-Vo-Vt" (namelijk een poort-bronspanning 20 VGg-Vt) af to*· een waar<^e die kleiner is dan "een voe-dingsbronspanning VDD-Vo" (namelijk een afvoer-bronspan-ning V^g). Hierdoor werkt de aandrijftransistor 22 van de volgende trap in een lineair gebied (of een onverzadigd gebied).

25 De lineariteit van de ingangs-uitgangskarakteris- tiek van de meertraps bronvolgerversterker wordt dan verslechterd. Daarom zou de toename van de uitgangsspanning Vo in elke trap onderdrukt moeten worden.

Daarom zou in elke trap ook de verhouding van W/L 30 in de belastingtransistor 23 groot moeten worden ter onderdrukking van de toename van de uitgangsspanning Vo wanneer W/L van de aandrijftransistor 22 groot wordt. Een stroom I die vanuit de voedingsbron 26 via de aandrijf transistor 22 en de belastingtransistor 23 naar 35 aarde 27 gaat neemt echter toe. Dit leidt tot een hoger energieverbruik. Verder moeten de inwendige ruis en de 1004970 9 versterking bij de vergroting van de bandbreedte van de meertraps bronvolger in overweging genomen worden.

Hierna wordt een ingangs-uitgangskarakteristiek van de enkele bronvolgerversterker beschouwd.

5 In de enkele bronvolgerversterker wordt de stroom I

gegeven door: I - (1/2)*μ*00χ*(W/L)*(Vi-Vo-Vt)2 (3)

Voor de eenvoud van de toelichting wordt aangenomen dat in het voorbeeld de ingangsspanning Vi, de stroom I 10 en W/L constant zijn. Onder deze omstandigheden wordt, wanneer de drempelspanning Vt laag is, de uitgangsspan-ning Vo hoog. De spanning "Vi-Vo-Vt" verandert niet. In dit geval blijven de transconductantie gm, de versterking en de bandbreedte ongewijzigd, terwijl de spanning 15 "VDD-Vo" lager wordt. Hierdoor werkt de aandrijftransistor 22 in het lineaire gebied en verslechtert de linea-riteit van de ingangs-uitgangskarakteristiek wanneer de ingangsspanning Vi voldoet aan de voorwaarde iVDS<VGS”Vt)' nameli3k (VDS<Vi-Vo-Vt).

20 Dit betekent dat de transistor van het oppervlakte- kanaaltype wat betreft de lineariteit van de ingangs-uitgangskarakteristiek boven de transistor van het be-graven-kanaaltype de voorkeur heeft als aandrijftransistor 22. Dit komt doordat de drempelspanning van de tran-25 sistor van het begraven-kanaaltype lager is dan de drempelspanning van de transistor van het oppervlaktekanaal-type.

Hierna zal de transconductantie gm beschouwd worden. De transconductantie gm is van invloed op de ver-30 sterking en de bandbreedte en is bij voorkeur groot.

Wanneer vergelijking (3) in vergelijking (2) gesubstitueerd wordt, wordt de transconductantie gm gegeven door: gm = 2*1/(Vi-Vo-Vt) (5) 35 Aangenomen wordt dat de stroom I, de ingangsspan ning Vi en de drempelspanning Vt onveranderlijk zijn. In deze situatie wordt, wanneer de uitgangsspanning Vo hoog 1004970 10 wordt, de transconductantie gm zoals gewenst groot, zoals gemakkelijk uit vergelijking (5) volgt. Wanneer de uitgangsspanning Vo echter hoog wordt verslechtert de lineariteit van de ingangs-uitgangskarakteristiek zoals 5 hiervoor toegelicht. Daarom wordt voor de aandrijftransistor 22 bij voorkeur de transistor van het oppervlak-tekanaaltype in plaats van de transistor van het begra-ven-kanaaltype gebruikt omdat de transistor van het oppervlaktekanaaltype een drempelspanning heeft die 10 hoger is dan de drempelspanning van de transistor van het begraven-kanaaltype en een lage uitgangsspanning Vo en een hoge transconductantie gm bereikt.

In de uitgangstrap van de meertraps bronvolgerver-sterker heeft evenzo de transistor van het oppervlakte-15 kanaaltype boven de transistor van het begraven-kanaaltype de voorkeur voor de aandrijftransistor 22. Dit komt doordat de uitgangsspanning begrensd is tot een waarde die lager is dan de bronspanning VDD·

Zoals hiervoor gezegd heeft de transistor van het 20 oppervlaktekanaaltype de voorkeur boven de transistor van het begraven-kanaaltype voor de aandrijftransistor 22 ter vergroting van de bandbreedte zonder verslechtering van de lineariteit van de ingangs-uitgangskarakteristiek en zonder verhoging van de stroomopname.

25 Anderzijds is van de enkele bronvolgerversterker, die de transistor van het oppervlaktekanaaltype als aandrijftransistor 22 heeft, de uitgangsspanning Vo lager dan de ingangsspanning vi. Van de enkele bronvolgerversterker, die de transistor van het begraven-ka-30 naaltype als aandrijftransistor 22 heeft, is de uitgangsspanning Vo bijna gelijk aan de ingangsspanning Vi. Toepassing van de transistor van het oppervlakte-kanaal-type als aandrijftransistor 22 leidt namelijk tot een verlaging van de versterking in de enkele bronvolgerver-35 sterker. In de meertraps bronvolgerversterker verhoogt een verlaging van de uitgangsspanning van elke trap de afvoer-bronspanning VDg van de aandrijftransistor in de 1004970 11 verdere trap. Dit leidt tot straling ten gevolge van hete elektronen. Daarom is het aantal transistors van het oppervlakte-kanaaltype in de meertraps bronvolger-versterker beperkt. Uit experimentele studies van de 5 uitvinder is gebleken dat het aantal bij voorkeur twee is.

Wanneer in de eerste trap van de meertraps bronvol-gerversterker de transistor van het begraven-kanaaltype als aandrijftransistor 22 gebruikt wordt en de ingangs-10 spanning Vi hoger is dan een spanning die iets lager (ongeveer 95% van VDD) dan de voedingsbronspanning VQD is, neemt de ingangsspanning van de verdere trap toe en verslechtert de lineariteit van de ingangs-uitgangska-rakteristiek. Daarom is het gewenst de transistor van 15 het oppervlakte-kanaaltype als aandrijftransistor 22 van de eerste trap van de meertraps bronvolgerversterker te gebruiken.

Verder heeft het de voorkeur dat de transistor van het oppervlakte-kanaaltype als aandrijftransistor 22 van 20 de uitgangstrap van de meertraps bronvolgerversterker gebruikt wordt. Dit komt doordat de uitgangstrap met de externe keten gekoppeld is en de belastingscapaciteit groot is, waardoor de uitgangstrap een hoge transconduc-tantie gm nodig heeft.

25 Wanneer de ingangsspanning Vi lager dan de voe dingsbronspanning VDD is kan de transistor van het be-graven-kanaaltype voor de aandrijftransistor van de eerste trap gebruikt worden. In dit geval wordt de transistor van het oppervlakte-kanaaltype alleen voor de 30 aandrijftransistor van de uitgangstrap gebruikt omdat een werkpunt van de eerste trap laag is.

Overigens veroorzaakt de enkele bronvolgerversterker versterkerruis die thermische ruis en 1/f ruis omvat. Wanneer de thermische ruis uitgedrukt wordt in 35 termen van equivalent ingangsruisvermogen, is het equivalente ingangsruisvermogen evenredig met een verhouding L/W van de aandrijf transistor. Evenzo is het met de 1/f 1004970 12 ruis corresponderende equivalente ingangsruisvermogen evenredig met 1/(L*W) van de aandrijftransistor. De versterkerruis van de bronvolger met de transistor van het begraven-kanaaltype bedraagt ongeveer 60% van de 5 versterkerruis van de bronvolger met de transistor van oppervlakte-kanaaltype. De transistor van het oppervlakte-kanaaltype of de transistor van het begraven-kanaaltype kan echter voor de aandri jf transistor van de laatste trap gebruikt worden omdat de aandrijftransistor van 10 de uitgangstrap een zeer grote W/L en L*W heeft. Daarom, zelfs hoewel voor de aandrijftransistor van de uitgangstrap de transistor van het oppervlakte-kanaaltype gebruikt wordt, ontstaat er voor de versterkerruis geen probleem.

15 Met verwijzing naar fig. 6 en 7 zal een meertraps bronvolgerversterker volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding toegelicht worden. Gelijke onderdelen zijn aangegeven met gelijke verwijzingsnummers.

In fig. 6 wordt een transistor van het oppervlakte-20 kanaaltype als aandrijftransistor 61 van de uitgangs-bronvolgerversterker 21c gebruikt. Elk van de eerste en uitvoerende bronvolgerversterkers 21a en 21c heeft een structuur die in fig. 3 getoond is. Verder hebben de aandrijftransistors 22b en de belastingtransistor 23b 25 een structuur als de belastingtransistors 23a en 23c. Deze transistors hebben echter ten opzichte van elkaar verschillende poortlengten en verschillende poortbreed-ten, zodat de meertraps bronvolgerversterker een vooraf-bepaalde versterking en een voorafbepaalde bandbreedte 30 geeft.

De in fig. 6 getoonde meertraps bronvolgerversterker zal met de in fig. 2 getoonde bekende meertraps bronvolgerversterker vergeleken worden.

In de meertraps bronvolgerversterker van fig. 6 35 hebben de aandrijftransistors 22a, 22b en 61 poortbreed-ten van 8 μα, 32 Mm, 600 Mm en poortlengten van 4 μη, 5 μη respectievelijk 5 μη. De belastingtransistors 23a, 10049T0 13 23b en 23c hebben poortbreedten van 10 μπι, 43 μιη respectievelijk 130 μιη en poortlengten van 26 μιη, 13 μη respectievelijk 13 μη.

In de bekende meertraps bronvolgerversterker van 5 fig. 2 hebben de transistors 22a, 22b en 22c poortbreedten van 8 μη, 32 μιη respectievelijk 600 μιη en poortlengten van 4 μιη, 5 μιη respectievelijk 5 μη. De belasting-transistors 23a, 23b en 23c hebben poortbreedten van 10 μιη, 43 μη respectievelijk 130 μη en poortlengten van 10 26 μη, 13 μη respectievelijk 13 μη.

De uitgangstrap van de meertraps bronvolgerversterker van fig. 6 heeft een stroomopnamekarakteristiek die in fig. 7 met een getrokken lijn 71 getoond is en die gelijk is aan een stroomopnamekarakteristiek van de 15 uitgangstrap van de bekende meertraps bronvolgerversterker. Verder hebben de meertraps bronvolgerversterker van fig. 6 en de bekende meertraps bronvolgerversterker een gemeenschappelijke transconductantie gm, een gemeenschappelijke bandbreedte van 100 MHz en een gemeenschap-20 pelijke versterking van 0,62.

De meertraps bronvolgerversterker van fig. 6 heeft een in fig. 7 met curve 72 getoonde eerste ingangs-uit-gangskarakteristiek. De bekende meertraps bronvolgerversterker heeft een in fig. 7 met curve 73 getoonde tweede 25 ingangs-uitgangskarakteristiek. Terwijl de eerste in-gangs-uitgangskarakteristiek een eerste lineair gebied heeft waar de ingangsspanning kleiner dan 17 V is, heeft de tweede ingangs-uitgangskarakteristiek een tweede lineair gebied waar de ingangsspanning kleiner dan 16 V 30 is. Het eerste lineaire gebied is dus breder dan het tweede lineaire gebied.

Wanneer de ingangsspanning 14 V is is een eerste werkpunt van de meertraps bronvolgerversterker van fig. 6 op 8,5 V en is een tweede werkpunt van de bekende 35 meertraps bronvolgerversterker op 13 V. Dit betekent dat een bandbreedte van een tweede trap vergroot kan worden 1004970 14 en de bandbreedte van de meertraps bronvolgerversterker van fig. 6 vergroot kan worden, zoals zal blijken.

Aangenomen wordt dat de poortbreedte van de aandrijf transistor 61 met 100 μιη vergroot wordt tot 900 μιη.

5 Wanneer de poortbreedte gelijk is aan 600 μιη, 700 μιη, 800 μιη en 900 μιη is de bandbreedte gelijk aan 100 MHz, 105 MHz, 110 MHz respectievelijk 108 MHz. De bandbreedte neemt toe bij vergroting van de poortbreedte tot 800 μιη. Wanneer de poortbreedte gelijk is aan 900 μιη wordt de 10 bandbreedte begrensd door een belastingscapaciteit van de tweede trap. De bandbreedte kan echter op de hiervoor toegelichte wijze verder vergroot worden.

Anderzijds neemt het werkpunt bij de ingangsspan-ning van 14 V ongeveer lineair toe van 8,5 V tot 9 V en 15 neemt de versterking toe van 0,66 tot 0,67 wanneer de poortbreedte toeneemt van 600 μιη tot 900 μη. De opgenomen stroom ligt ongeacht de poortbreedte van de aandrijf transistor 61 vast.

Daarom geeft de meertraps bronvolgerversterker van 20 fig. 6 een grote bandbreedte zonder verhoging van de opgenomen stroom en zonder verslechtering van de ruis en ingangs-uitgangskarakteristiek.

Zoals hiervoor toegelicht worden voor de aandrijf-transistors van de eerste trap en de uitgangstrap tran-25 sistors van het oppervlakte-kanaaltype gebruikt wanneer een maximumspanning van de ingangsspanning Vi hoger is dan een spanning die iets lager is van de voedingsbron-spanning VDD- De spanning is bijvoorbeeld gelijk aan 95% van de bronspanning VDD- wanneer de maximumspanning van 30 de ingangsspanning Vi lager is dan de voedingsbronspan-ning VDD wordt de transistor van het oppervlakte-kanaal-type voor de aandrijftransistor van de uitgangstrap gebruikt. Evenzo worden transistors van het oppervlakte-kanaaltype voor de aandrijftransistors van de eerste 35 trap en de uitgangstrap van een meertraps bronvolgerversterker met vier of meer trappen gebruikt wanneer een maximumspanning van de ingangsspanning Vi hoger is dan 1004970 15 een spanning die iets lager is van de voedingsbronspan-ning VDQ. Verder wordt de transistor van oppervlakte-kanaaltype voor de aandrijftransistor van de uitgangs-trap van de meertraps bronvolgerversterker met vier of 5 meer trappen gebruikt wanneer de maximumspanning van de ingangsspanning Vi lager dan de voedingsbronspanning VDD is.

De uitvinding is zeer doelmatig wanneer de meertraps bronvolgerversterker gekoppeld is met de ladings-10 gekoppelde eenheid die een detector van het zwevende-diffusietype heeft. Dit komt doordat de maximumspanning van de ingangsspanning bijna gelijk is aan de voedingsbronspanning VDD en in dit geval een zeer goede lineari-teit van de ingangs-uitgangskarakteristiek vereist is.

15 Hoewel de uitvinding toegelicht is voor een uitvoe ringsvorm daarvan zal het voor deskundigen duidelijk zijn dat de uitvinding op diverse andere wijzen in de praktijk gebracht kan worden.

Voor de aandrijftransistors en de belastingtransis-20 tors kunnen bijvoorbeeld P kanaaltype HOS transistors gebruikt worden. Verder kunnen met de ingangsaansluiting van de meertraps bronvolgerversterker andere ketens verbonden zijn.

1004970

Claims

1. Meertraps bronvolgerversterker, omvattende: een eerste bronvolgerversterker met een eerste aandrijftransistor en een met de eerste aandrijftransis-tor verbonden eerste belasting; 5 een middelste bronvolgerversterkereenheid die een met de eerste aandrijftransistor verbonden middelste aandrijftransistor van een type met begraven kanaal, en een met de middelste aandrijftransistor verbonden middelste belasting omvat; en 10 een elektrisch met de middelste bronvolgerverster kereenheid gekoppelde uitgangsbronvolgerversterker, die een derde aandri jftransistor van een type met een opper-vlaktekanaal en een met de derde aandrijftransistor verbonden derde belasting heeft.

2. Meertraps bronvolgerversterker volgens conclusie 1, waarbij aan de meertraps bronvolgerversterker een voorafbepaalde voedingsspanning en een ingangssignaal met een ingangsspanning geleverd worden, waarin de eerste aandrijftransistor een transistor van een type met 20 oppervlaktekanaal is wanneer de ingangsspanning niet lager dan de voorafbepaalde spanning is.

3. Meertraps bronvolgerversterker volgens conclusie 1, waarbij aan de meertraps bronvolgerversterker een instelspanning en een ingangssignaal met een ingangs- 25 spanning geleverd worden, waarin de eerste aandrijftransistor een transistor van een type met begraven kanaal is wanneer de ingangsspanning lager dan de voorafbepaalde spanning is.

4. Meertraps bronvolgerversterker volgens conclusie 30 1, waarin de middelste bronvolgerversterkereenheid ver der een met de middelste aandrijftransistor verbonden extra middelste aandrijftransistor van een type met begraven kanaal en een met de extra middelste aandrijftransistor verbonden extra middelste belasting omvat. 1004970

5. Meertraps bronvolgerversterker volgens conclusie 1, waarbij de meertraps bronvolgerversterker gebruikt wordt voor het versterken van een aan een op een halfge-leidersubstraat gevormde ladingsgekoppelde eenheid gele- 5 verd ingangssignaal, waarin de meertraps bronvolgerversterker op het halfgeleidersubstraat gevormd is.

6. Meertraps bronvolgerversterker volgens conclusie 1, waarin de belastingen transistors van een type met begraven kanaal zijn. « '1004970 1