NL8001931A

NL8001931A - Monolithisch geintegreerde schakelinrichting voor een digitaal-analoog-omvormer.

Info

Publication number: NL8001931A
Application number: NL8001931A
Authority: NL
Original assignee: Itt
Priority date: 1979-04-07
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1980-10-09
Also published as: IT8021187A0; IE800725L; DE2914108A1; GB2047998A; FR2453546B3; FR2453546A1; GB2047998B; IE49677B1; JPS55135419A; DE2914108C2; IT1193933B; US4331892A

Description

. .. ' 1 * te» \

Monolithisch geïntegreerde schakelinrichting voor een digitaal-analoog-omvormer._

De uitvinding heeft betrekking op een monolithisch geïntegreerde digitaal-analoog-omvormer waarin weerstanden en schakelaars in de vorm van isolatielaag-veldeffecttransistoren zijn uitgevoerd.

In dit verhand wordt gewezen op het tijdschrift "Funk-Technik" 30» 5 nummer 8', 1975» bladzijden 217 tot 219·

Het is uit het Duitse octrooischrift 2.059*933 bekend om bij dergelijke in geïntegreerde MOS-techniek realiseerbare digitaal-’ analoog-omvormers als weerstanden isolatielaag-veldeffecttransisto- ren te gebruiken waarvan de weerstandswaarden door een vooraf be-10 paalde verhouding tussen breedte en lengte van de kanaalzone zijn gekozen.

De uitvinding heeft betrekking op een dergelijke monolithisch geïntegreerde schakelinrichting voor een digitaal-analoog-omvormer zoals beschreven is in de kop van de hoofdconclusie.

1 5 Bij massafabricage van dergelijke monolithisch geïntegreerde schakelinrichtingen door middel van een groot aantal, in de afzonderlijke schakelinrichtingen te verdelen halfgeleiderplaten ontstaat de moeilijkheid dat de uitgangssignalen van dé omvonners op grond van de fabricagevoorwaarden variëren, hetgeen onder bepaalde 20 omstandigheden leidt tot aanzienlijke variaties in opbrengst. Er werd vastgesteld dat weliswaar de variaties over één halfgeleider-plaat minder problematisch zijn maar over een groot aantal halfgeleiderplaten aanzienlijk kunnen zijn.

De uitvinding heeft nu ten doel een schakelingsmaatregel te 25 verschaffen voor een monolithisch geïntegreerde schakelinrichting zoals beschreven in de kop van de hoofdconclusie, waardoor de invloeden van de variaties in de fabricagevoorwaarden op de opbrengst van een massafabricageproces van bovengenoemde soort in hoge mate kunnen worden geëlimineerd.

30 Aan deze doelstelling wordt volgens de uitvinding voldaan door de in het kenmerkende deel van de hoofdconclusie.'aangegeven schakelingsmaatregel.

Als constante stroombron wordt bij voorkeur een in geïntegreerde schakelingstechniek realiseerbare in temperatuur gecompenseerde 35 constante stroombron van bekend type gebruikt.

Door de verdere isolatielaag-veldeffecttransistoren in de monolithisch geïntegreerde schakelinrichting volgens de uitvinding 800 1 9 31 w f .

2 worden wel variaties in de fabricage-omstandigheden vereffend.

Omdat echter als stroombronnen in verzadiging bedreven isolatielaag-veldeffecttransisfcoren van het verrijkingstype worden gebruikt zijn de weerstandswaarden daarvan tamelijk afhankelijk van de variaties 5 van de aan de drain-elektroden optredende spanning Vo, die invloed hebben op de effectieve kanaallengte L.

Volgens een inventieve verdere uitvoeringsvorm van de mono- lithisch geïntegreerde schakeling volgens de uitvinding worden deze kanaallengte-variaties gecompenseerd, doordat de verdere isolatie-10 laag-veldeffecttransistor in serie wordt geschakeld met het source-drain-traject van een in de vorm van een isolatielaag-veld-effecttransistor uitgevoerde regeltransistor van het verrijkings-type, waarvan de gate-elektrode op de uitgangspotentiaal wordt gelegd.

1 5 De monolithisch geïntegreerde schakelinrichting volgens de uitvinding wordt in het volgende aan de hand van de figuren nader verklaard.

Fig. 1 toont het schema van de monolithisch geïntegreerde schakelinrichting volgens de uitvinding.

20 Fig. 2 toont het schema van de genoemde inventieve verdere uitvoeringsvorm van de monolithisch geïntegreerde schakelinrichting volgens de uitvinding.

De monolithisch geïntegreerde digitaal-analoog-omvormer bevat om te beginnen een aantal source-drain-serieschakelingen van 25 isolatielaag-veldeffecttransistoren (Q1 , T1 j Q2, T2; Q3> T3>......), waarvan drie serieschakelingen in de figuren zijn weergegeven.

Deze serieschakelingen liggen tussen de uitgangspotentiaal Vo en massa. De uitgangspotentiaal Vo valt over de belastingsweerstand R^, die aangesloten is op de spanning V^ en waardoor de stroom Io loopt. 30 In overeenstemming met de bekende stand der techniek volgens het Duitse octrooischrift 2.059*933 worden door de bovenste op de uitgangspotentiaal Yo aangesloten isolatielaag-veldeffecttransis-toren Q1, Q2, Q3> ··· de weerstanden nagebootst waarvan de stromen door een vooraf bepaalde verhouding tussen breedte en lengte van 35 de kanaalzone worden gekozen. Deze transistoren Q1, Q2, Q3> ··· worden echter in verzadiging bedreven. De gate-elektroden ervan worden gemeenschappelijk aan de regelspanningspotentiaal Yr gelegd, welke potentiaal van het knooppunt 1 van een serieschakeling van een stroombron Ik met een verdere isolatielaag-veldeffecttransistor 40 Qk, waardoor deregelstroom Ir loopt, wordt afgenomen. Het knooppunt 1 800 1 9 31 3 «r \ tussen de stroombron Ik en de verdere isolatielaag-veldeffect- * transistor is gekoppeld met de drain-elektrode van deze transistor en wordt met zijn gate-elektrode verbonden.

Gebruikmakend van de bekende relatie voor de source-drain-5 stroom van de isolatielaag-veldeffecttransistor Qk; Q1, Q2, Q3»...

“ - E i (¾ - ™>2 zie "SCP and Solid-State Technology" (november 1966), bladzijden 10 33-38, met drempelspanning Yt en K = Co^u/2 kan men aantonen dat waaruit duidelijk wordt dat de aan de fabricagevoorwaarden onder-15 worpen grootheden, namelijk de drempelspanning Yt en de specifieke capaciteit Co en daarmee ook de variaties daarvan geëlimineerd zijn. Omdat de belastingsweerstand HT onderworpen is aan dezelfde il variaties van de fabricagevoorwaarden treedt er nog een probleem op in zoverre, dat de uitgangspotentiaal Vo eveneens aan deze varia-20 ties is onderworpen. De variaties in de uitgangspotentiaal Yo komen tot uiting in variaties van de effectieve kanaallengte L van de veldeffecttransistoren 0,1 , 02, 03» ..., omdat de effectieve kanaallengte L gelijk is aan de afstanden tussen de source-gebieden en de drain-gebieden, telkens met aftrek van de spanningsafhankelijke 25 veldzone van het drain-gebied. De kanaallengte-variaties van de veldeffecttransistoren Q1 , 02, 03» ··· verschillen over, met ΔΥο van Yo afwijkende waarden van de kanaallengte-variaties van de verdere isolatielaag-veldeffecttransistor Qk,

Grote waarden van de kanaallengte L verbeteren de nauwkeurig-30 heid omdat de door ΔΥο veroorzaakte relatieve kanaallengte- verandering kleiner wordt. Bij eenmaal vastgelegde V/l-verhoudingen is de invloed van ΔΥο des te minder naarmate het W/L-produkt, dat wil zeggen het kanaaloppervlak, groter wordt bemeten.

Yr is daarmee onderworpen aan temperatuur- en procesvariaties, 35 hetgeen zowel invloed heeft op de door de veldeffecttransistoren Q1, Q2, Q3, ... lopende source-stromen maar niet op de verhoudingen daarvan.

De schakelinrichting volgens fig. 2 onderscheidt zinh van de inrichting uit fig. 1 doordat de verdere isolatielaag-veldeffect-40 transistor Qk in serie geschakeld is met het source-drain-traject 800 1 9 31 * f 4 φ van een regeltransistor Tk, die uitgevoerd is in de vorm van een isolatielaag-veldeffecttransistor. De gate-elektrode daarvan staat op de uitgangspotentiaal Vo, terwijl de source-elektrode is verbonden met de referentiepotentiaal. Deze regeltransistor Tk dient ter 5 compensatie van de op grond van de voedingsspanningspotentiaal-variaties ΑΎο optredende variaties in de effectieve kanaallengten.

Deze compensatie wordt bereikt door een terugkoppeling van Vo naar Vr via de regeltransistor Tk. Zonder deze regeltransistor Tk zouden bij dalende Vo de stromen 11, 12 en 13 eveneens dalen 10 omdat de effectieve kanaallengte L van deze transistoren op grond van de vermindering van de veldzone van de PN-overgang van het drain-gebied vergroot zou worden.

Door deze terugkoppeling via de regeltransistor Tk is echter slechts gedeeltelijk een compensatie van de genoemde kanaallengte-15 variaties mogelijk, omdat bij dalende Vo de potentiaal Vb toeneemt, hetgeen de drempelspanning Vt met een factor op grond van het substraateffect verhoogt. Bij toenemende drempelwaarde Vt van de verdere isolatielaag-veldeffecttransistor Qk nemen ook de in de veldeffecttransistoren Q1, Q2, Q3> ... lopende stromen toe. Een 20 compensatie op de beschreven wijze aan de hand van de schakel-inrichting volgens fig. 2 is derhalve slechts over een begrensd • .... gebied van de voedingsspanningspotentiaal Vo bevredigend.

800 1 9 31

Claims

5 3

1. Monolithisch geïntegreerde schakelinrichting voor een digitaal-analoog-omvormer met parallel geschakelde en in de vorm van isolatielaag-veldeffecttransistoren uitgevoerde weerstanden 5 waarvan de uitgangsstromen door een vooraf bepaalde verhouding tussen breedte en lengte van het kanaalgebied zijn gekozen en waarvan de souree-drain-stromen door middel van elk in de vorm van een isolatielaag-veldeffecttransistor uitgevoerde schakel-transistor worden gestuurd, met het kenmerk, dat 10 het source-drain-trajeet van elk der transistoren (Q1, Q2, Q3,...) van het verrijkingstype in serie is geschakeld met het source-drain-traject van elk een verdere schakeltransistor (T1, T2, tussen de uitgangspotentiaal (Vo)· en de referentiepotentiaal, dat de gate-elektroden van de in verzadiging bedreven veldeffect-15 transistoren (Q1, Q2, Q3, ...) zijn verbonden met de gate-elektrode en de drain-elektrode van een verdere isolatielaag-veldeffect-transistor (Qk) van het verrijkingstype, waarvan het source-drain-traject in serie geschakeld is tussen een constante stroombron (ik) en de referentiepotentiaal en waarvan de W/L-v.erhouding gelijk is 20 aan die van de veldeffecttransistor met de kleinste w/L-verhouding.

2. Monolithisch geïntegreerde schakelinrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat. de verdere isolatielaag-veldeffecttransistor (Qk) in serie geschakeld is met het source-drain-traject van een in de vorm van een isolatielaag-veldeffect-25 transistor uitgevoerde regeltransistor (Tk), waarvan de gate-elektrode op de uitgangspotentiaal (Vo) is geplaatst. 800 1 9 31