SE439228B - Halvledare-transmissionskrets - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 40 7805663-2 2 En halvledaromkopplingsanordning enligt uppfinningen uppvisar de särdrag som är angivna i den kännetecknande delen av patentkravet 1. Den därvid använda transmissionsomkopplingstransistorn är symmetrisk och innehåller en första och en andra elektriskt identiskt lika trans- missionsregioner samt en basregion, och den i anordningen ingående förspänníngskretsen innefattar högimpediva kretsar som är kopplade till en av transmissionsregionerna och till basregionen för att upp- 'rätthålla likströmmar av lika stor amplitud genom basen och den an- slutna av transmissionsregionerna, varvid signalströmmar som över- föres genom transistorn via dess transmíssionsregioner ej är kopplade _ till förspänningskretsen.

På bifogade ritning med fig. 1 - 3 är fig. 1 ett schema över en omkopplingskrets i enlighet med uppfinningen. Pig. 2 är en vy sedd uppifrån av symmetriska transmissionstransistorkorsningspunkter som §ig¿_â är en genomskärningsbild _» har framställts i integrerad form. efter linjen 2-2 i fig. 2.

Allmänt sett innefattar en analog omkopplingskrets enligt uppfinningen en symmetrisk transmissionsomkopplingstransistor och styrbara högimpediva strömstyrningskretsar för selektiv mättning av transmissionsomkopplingstransistorn. Transmissicnsomkopplingstransis- torn har identiskt lika transmissionselektroder, av vilka var och en fungerar antingen som en transistoremitter eller som en transistor- kollektor beroende på riktningen för signalöverföringen genom transistorn. Av denna anledning kallas dessa elektroder i det följande "emitterlkollektor-elektroder". Strömstyrningskretsarna är kopplade till transmissionstransistorns bas- och emitterlkollektor- -elektroder. Det är lämpligt att placera en strömstyrningskrets i endast en emitter/kollektoranslutningskrets; det är emellertid även möjligt att tillämpa uppfinningen genom att anordna strömstyrnings- kretsar i båda emitter/kollektorelektroderna. Strömstyrningskretsarna har till uppgift att upprätthålla likhet mellan strömmarna i bas- och emitter/kollektorkretsarna.

I fig. 1 visas något mera i detalj en dubbelriktad bipolär transistor 101 vilken används för att selektivt koppla ihop ingångs- signalkällan 102 med utgángskretsen 103. Ehuru transmission är visad endast i riktningen från signalkällan 102 till utgångskretsen 103 bör det observeras att transistorn 101 är en dubbelriktad omkopplare som kan användas för att dubbelriktat överföra bipolära signaler.

I enlighet med uppfinningen är korsnlngspunkt-förspänningskrets innefattande transistorerua 105, 131 och 113 anordnad att avge till- 10 15 20 25 30 35 40 -»>..W-_.-~~.~..- ...M » 3 7803063-2 räcklig ström för att mätta transistorn 101 (båda övergångarna för- spända i framriktningen) och för att säkerställa att den likström (IB2) som går till emitter/kollektorn 118 är lika med den likström (IB1) som går ut från transistorns 101 bas. De delar av förspän- ningskretsen som är kopplade till emitter/kollektorn och basen hos transistorn 101 innefattar dessutom strömstyrningskretsar som vardera uppvisar hög utgångsimpedans.

Eftersom strömmarna i bas- och emitter/kollektor~kretsarna är lika, behöver basförspänningsström för transistorn 101 ej àterföras eller tillföras genom de yttre kretsarna 102 och 103. Eftersom ut- gângsimpedanserna hos de förspänningskretsar som är kopplade till 7 basen och emitter/kollektorn hos transistorn är höga, avkopplar de effektivt de transmissionssignaler som tillföres av ingångskrctsen 102 från styrningskretsarna.

I fig. 1 innefattar transistorn 105 en enda emitter och ett flertal kollektorer. Transistorn 105 är så konstruerad att dess elektriska data för kollektorerna 107, 108 och 140 är identiskt lika.

Transistorn 104 är anordnad att under styrning medelst signaler på styrningsklämman 130 styra transistorn 105. En positiv signal på klämman 130 gör transistorn 104 ledande och bríngar kollektorn 106 ungefär på jordpotential. Under dessa förhållanden kommer strömmen genom resistorn 109 att tillföras huvudsakligen från kollcktorn 140 som är ansluten till transistorns 105 bas 111. Strömmen genom kollektorn 140 (betecknad med IBQB) bestämmes därför av resistorn 109 och spänningen V1 minus transistorns 105 emitter-bas-spänning och transistorns 104 kollektor-emitter-spänning. Följaktligen kommer transistorn 105 att vara ledande, och lika stora strömmar märkta IB2 och IBZA (vardera lika med IBZB) kommer att gå genom kollektorer- nas 107 och 108 yttre kretsar.

En strömbalanskrets, som innehåller den diodkopplade transistorn 131 och transistorn 113, har till uppgift att upprätthålla lika stora strömmar i transistorns 101 bas- och emitter/kollektor-kretsar.

Som framgår av fig. 1 är transistorns 131 kollektorklämma 116 an- sluten till dess basklämma 112, så att transistorn 131 verkar som en diod mellan basen 112 och emittern 133. Då basklämmorna 112, 117 resp. emitterklämmorna 133, 132 hos transistorerna 131 och 113 är förbundna med varandra, kommer spänningsfallet över bas-emitter-över- gången 112-133 hos den diodkopplade transistorn 131 att vara liva med spänningsfallet över övergången 117-132 i transistorn 113. Eftersom transistorerna 131 och 113 är konstruerade för att ha identiskt samma PDOR QUALITY 10 15 20 25 30 35' 40 7803063-2 l* driftsegenskaper, kommer de ovan beskrivna anslutningarna att med- föra att i stort sett samma strömstyrka går genom den diodkopplade transistorn 131 och genom transistorns 113 kollektor-emitterkrets.

Eftersom dessutom den ström som går från kollektorn 107 i transistorn 105 till emittern i transistorn 101 är lika med strömmen i kollektorn 108, uppnås det önskade förhållandet att den ström som tíllföres till transistorns 101 bas är lika med den ström som uttages från denna transistors emitter/kollektor.

Det antages att signaler som skall sändas från en källa, exempelvis 102, till en belastning, exempelvis 103, är begränsade till sin amplitud så att den transmissionsomkopplande transistorn 101 kommer att hållas i mattningstillstånd för alla överförda signaler.

'Under dessa omständigheter kommer transistorn 101 att erbjuda en relativt låg impedans mellan anslutníngsklämmorna 118 och 119, och transistorns 101 driftskaraktäristika kommer att förbli linjär omkring området för spänning/ström-kurvans nollgenomgâng.

~ När en transmissionsomkopplingstransistor konstrueras i integrerad form, exempelvis i enlighet med vad som visas i fig. 2 och 3 och vad som beskrives i det följande, förefinns i enlighet med vad som visas i fig. 1 två parasitiska PNP-transistorer 120 och 121 vilka är anslutna till var sin av de båda emitterlkollektor- klämmorna hos transistorn 101. Vardera av de parasitiska transistorer- na 120 och 121 innefattar och delar emitter~ och basregioner med transmissionsomkopplingstransistorn 101, och kollektorregionerna hos dessa parasitiska transistorer innehåller aktiva delar av det suhstrat på vilket den integrerade kretsen är uppbyggd. Följaktligen kommer kollektorerna hos transistorerna 120 och 121 att vara anslutna till samma potential som substratet. Vid de här beskrivna kretsanslut- ningarna går en viss förspännings- eller polariseringsström genom dessa parasitiska transistorer, men för varje spänningsfall i yttre växelströmssignal genom transistorn 120 till substratet kom- mer en växelströmssignal av samma amplitud och motsatt polaritet att gå genom transistorn 121, om transistorn 101 är perfekt symmetrisk.

För alla yttre växelströmssignaler som tillföres till en emitterlkol- lektorklämma, exempelvis 118, kommer nettoeffekten av de parasitiska transistorerna 120, 121 att vara noll.

Det bör observeras att transmissionsomkopplingstransistorn och drivkretsarna enligt uppfinningen kan vara utförda i diskret form istället för lingstransistorer som är anordnade i diskret form innehåller dock i form av integrerade kretsar. Transmíssionsomkopp- ._ .,... -._,,,,.,.c......,..- \ f . .. V 10 15 20 25 30 35 40 5 2 vsozoes-2 ej de ovannämnda parasitiska transistorerna, och den ovan beskrivna fördelen med de parasitiska transistorernas balanserande verkan kan då ej erhållas.

I fig. 2 visas två transmissionsomkopplingstransistorer som Ett tvärsnitt fig. 3. I fig. kropp som är utförda i en typisk integrerad kretskonfiguration. av den övre transmissíonstransistorn i fig. 2 visas i 2 och 3 är transmissionstransistorerna utformade i en innehåller ett p-typ-substrat 201 och ett epitaxiellt n-typ-skikt ett flertal "baljor" och 202 som ligger ovanpå substratet 201. I kroppen finns nedsänkta områden 212 av typ n+, vilka områden kallas över vilka de individuella transmissionsomkopplingstransistorerna är framställda. Transistorerna i fig. 2 och 3 innefattar remsformade (dvs. ej ringformiga) emitter/kollektor-elektrodregioner 205, 205, vilka uppvisar samma storlek, form och dopningstäthet. Dessa emitter/kollektor-elektrodregioner är anslutbara genom metalliseringar 207, 208 samt ledarna 209 och 210. Den del 202 av det epitaxiella skiktet som befinner sig mellan de båda emitter/kollektorelektrod- regionerna 205, 206 innefattar basen hos transmissionsomkopplings~ transistorn. Anslutningsmöjlighet till denna bas erhålles via den nedsänkta "baljan" 212 av typ n+, den rektangulära regionen 20k som sträcker sig från det epitaxiella skiktets fria yta till den nedsänkta “baljan", metalliseringen 213 och ledaren 21U. De indivi- duella omkopplingstransistor-korsningspunkterna är isolerade genom de djupa rektangulära isolationsregionerna 203 av typ p+. De valfria djupa oxidregionerna 302 och 303 har till uppgift att begränsa inbördes växelverkan mellan regionen 204 av typ n+, isolations- regionen 203 samt de båda emítter/kollektorregionerna 205, 206.

Som beskrivits i anslutning till fig. 1 innehåller en symmetrisk transistor av det i fig. 2 och 3 visade slaget i integrerad form två parasitiska transistorer 120, 121. Dylika parasitiska transistorer enligt fig. 2 och 3 innefattar exempelvis en emitter/kollektorregion 205, en del av det nedsänkta skiktet 212 av typ n+ samt en del av substratet 201. En liknande parasitisk transistor är anordnad i an- slutning till emitter/kollektor-regionen 206. De i fig. 1 visade för- spänningskretsarna visas ej i fig. 2 och 3, men dylika kretsar kan vara anordnade på samma bricka eller på en annan bricka.

I fig. 1 visas förspänningskretsarna anslutna till emitterlkol- lektorelektrodregionen 118. Det bör observeras att dessa förspän- ningskretsar lika väl kan vara anslutna uteslutande till emitterlkol- lektor-elektrodregionen 119 eller också kan förspänningskretsar vara '10 '15 Ävsosoes-2 anslutna till båda emitter/kollektor-elektrodregionerna 118 och 119, och strömmarna i dessa kretsar kan injusteras så att de är inbördes lika och så att deras summa är lika med den ström IB1 som går 5 Las- kretsen. Vid det sistnämnda arrangemanget kan likspännings~assymmetrin mellan de båda emittor/kollektor-anslutningarna i hög grad reduceras, vilket kan innebära vissa fördelar i en del applikationer där kretsen ifråga kan komma till användning. I analoga transmíssionskretsar av den här beskrivna typen är dock denna reducering av assymmetrin av liten eller ingen betydelse.

I fig. 1, 2 och 3 har transmissionsomkopplingstransistorn 101 visats såsom en PNP-struktur och transistortyperna i förspännings- kretsarna är valda med hänsyn härtill. Det är uppenbart att man även kan använda NPN-korsningspunkter vid tillämpning av uppfinningen, och i detta fall skall transistorerna i förspänningsstyrningskretsarna väljas för att samverka med korsníngspunkter av NPN-typ.

Claims (3)

7803063-2 7 PATENTKRAV

1. Halvledare-transmissionskrets innefattande en transmissions- omkopplingstransistor och förspänningskretsar för denna, varvid transmissionsomkopplíngstransistorn (1013 är symmetrisk och innehål- ler elektriskt identiskt lika emitter- och kollektorregioner (fig. 3; 205 och 206) som erbjuder en lågimpediv strömbana för överföring av växelströmssignaler därigenom när omkopplingstransistorn är förspänd till sitt ledande tillstånd, samt en basregiqn (202'), k ä n n e t e c k n a d av att förspänningskretsarna_innefattar en första (105) högimpediv strömstyrkrets, som är anêlvten till en av nämnda emitter- eller kollektorregioner samt en andra (113-131) högimpediv strömstyrkrets som är ansluten mellan den första styr- kretsen och basregionen, varvid nämnda första och andra styrkretsar avger en förspänningsström till omkepplingstransistgrn för att selektivt bringa denna att omkastas mellan sina ledande och oledande tillstånd, varvid, i en första utföringsform, styrkretsarna avger strömmar med lika stor amplitud för att underhålla likströmmar av lika stor amplitud genom basregionen och den anslutna av nämnda emitter- eller kollektorregioner, och, i en andra ntföringsform, en tredje högimpediv strömstyrkrets är kopplad mellan den andra (t.ex. 119) av nämnda emítter- eller kollektorregíoner och nämnda andra styrkrets, varvid den första och den tredje styrkretsen avger ström- mar av lika stor amplitud och är anordnade att nnderhålla likström- mar i vardera av emítterregignen och kollektorregipnen, vilka lik- strömmars summa är lika med strömmen genom basregiqnen, varvid i båda utföríngsformerna växelströmssignglströmmar som överföras genom transistorn via dennas emitter- gon kollektorregío- ner ej är kopplade till förßpänningskretsarna,

2. Krets enligt kravet 1, k ä n n e t e g k n a d av att om- kopplingstransistorn är en bipolär dubbelriktade transistor, samt att förspänningskretsarna är anordnade att förspänna transistorn till mättning i hela området för de växelstrëmssignaler som skall överföras genom densamma.

3. Krets enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att den första styrkretsen innefattar en första (107) Den en andra (108) högímpedív strömkälla vilka är anordnade att avge konstanta strömmar (IB2 och IBZA) av samma storlek, varvid den ena strömkällan är kopplad till den anslutna av nämnda emitter- eller kollektorregio- ner, och den andra styrkretsen innehåller ett stpömregleringsdon som är kopplat mellan den andra av strömkällorna och transistorns bas- 7803Û65*2 8 region för' att hålla transístorns basström (IB1) lika med strömmen från var' och en av nämnda strömkällor. å. Kr-ets enligt kravet 14, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda för-sta och andra str-ömkällor innefattar olika kollektor-r-egioner' i samma transístor (105).