Интегральный К-МОП дифференциальный усилитель Советский патент 1993 года по МПК H01L27/04 

Изобретение относится к электрон- нок технике и может быть использовано при разработке аналоговых интегральных схем операционных усилителей, компараторов напряжения, аналого-цифровых преобразователей и других схем, содержащих К-МОП дифференциальные усилители (ДУ).

Цель изобретения - расширение входных синфазных сигналов, повышение коэффициентов усиления и подавления синфазных входных сигналов, снижение высокочастотных входных шумов.

На чертеже итоОраяена электрическая схема ДУ с р-кан.шьными входными транзисторами.

Р-канальный транзистор 1 выполняет функции генератора тока ДУ, р-каналь- ные транзисторы 2 и 3 с общим истоком, подключенным к стоку генератора тока, и подложкой, подключенной к источнику положительного питания, являются активными (входными) приборами, а транзисторы 4 и 5 с каналами n-типа являются нагрузками входных транзисторов ДУ. Для определенности покатан частный случай, когда нагрузочные транзисторы,4 и 5 включены по схеме токового зеркала, образуя несимметричный выход ДУ, Для нор, ильной работы ДУ необходимо, чтобч все пять транзисторов работали в пглогоп

СЛ 1

сл

ро

СЛ

области ВАХ, т„е. в области насыщения. В ДУ согласно изобретению это достигается тем, что при обработке входных сигналов, близких к потенциа

лу U

се

входные транзисторы 2 и 3

имеют встроенный канал с напряжением

NpZ

2C9K(UTH +

qЈs(U

-S4Ucc Выражение дает минимальную,величину концентрации примеси в подложках входных транзисторов при которой еще возможна реализация ДУ по изобретению в зависимости от параметров транзисторов и режима работы ДУ, при этом Ucc и Ujj - напряжения положительного и отрицательного питания; С0(с - емкость затворного диэлектрика МОП- транзисторов; UTH - пороговое напряжение нагрузочных МОП-транзисторов} 10 - постоянный ток генератора тока

т

К„

к.

дифференциального усилителя; jv0 , ирх , Кн - удельная крутизна МОП-транзисторов генератора тока, входных и нагрузочных соответственно; 65 диэлектрическая проницаемость; q - заряд электрона; U8x MMN минимальный уровень входных синфазных сигналов.

Глубина перекомпенсированной области встроенного канала задана не более 0,2 мкм, так как при большей глубине канал невозможно перекрыть приемлемым напряжением на затворе. Концентрация примеси в области встроенного канала задана в диапазоне (2-6) «10 1/см3 для обеспечения напряжения отсечки встроенного канала на уровне 0,3-0,8 В, что соответствует минимальному напряжению насыщения обычно используемых транзисторов генератора тока. При этом максимальный допустимый уровень входного синфазного сигнала достигает Ucc.

В отличие от известного ДУ встроенный канал имеется только у входных транзисторов, а транзистор генератора

тока имеет индуцированный канал с большой величиной порогового напряжения, так как концентрация примеси в его подложке повышена до уровня большего И

п мин

Последнее позволяет обеспечить высокое дифференциальное сопротивление транзистора генератора тока, а следовательно, повысить коэффициент подавления синфазных входных

а

1575850

отсечки более

т.е. при сохранении для транзистора 1 режима насыщения входные транзисторы 2 и 3 при потенциале на их затворах, равном UCc, остаются нормально открытыми и нормальное функционирование ДУ сохраняется.

1о

+ 10.

вХ (МИН

I)4

«

15

20

25

Lb J.lЈ ч . .2КМ 2KB

сигналов и снизить коэффициенты влияния источников питания. Наряду с обеспечением расширенного вплоть до суммы питающих напряжений рабочего диапазона входных синфазных сигналов, использование изобретения позволяет повысить коэффициент усиления ДУ за счет повышенной концентрации примеси в подложке входных транзисторов, и, следовательно, повышение дифференциального сопротивления сток-исток входных транзисторов, особенно если они имеют короткие каналы. В отличие от известных ДУ при таком повышении концентрации примеси в подложке входных транзисторов и транзистора генератора тока не ведет к сужению диапазона входных сигналов и, следовательно, не ограничено сверху. Снижение уровня низкочастотных шумов заявляемого ДУ обусловлено, во-первых, возможностью использования длиннока- нальных нагрузочных транзисторов с низкой крутизной, которые практически не вносят вклад в общий шум ДУ, и, во-вторых,.снижением шумов входных транзисторов за счет наличия скрытого канала в мелкой перекомпенсированной области, отделенного от границы с затворным диэлектриком обедненным елеем. В последнем случае носители в скрытом (заглУбленном в

45 объем ) канале не рассеиваются на ловушках границы с окислом, что ведет к повышению удельной крутизны транзистора, а также снижению НЧ-шума тока канала.

30

35

40

Формула изобретения

Интегральный К-МОП дифференциальный усилитель, включающий МОП-транзистор генератора тока с каналом первого типа проводимости, два входных МОП-транзистора с каналами второго типа проводимости с обисим истоком, подключенным к стоку транзипора генератора тока, с затворами, являющимися входами дифференциального усилителя и стоками, подключенными соответственно к стокам двух нагрузочных МСП-транзисторов с каналами второго типа проводимости -с общим истоком, оба затвора которых подключены К стоку одного из входных транзисторов, а подложка, в которой сформированы транзистор генератора тока и два входных транзистора, подключена к истоку транзистора генератора тока, обличающийся тем, что, с целью расширения диапазона входных

синфазных сигналов, повышения коэффи,- циента усиления и подавления сннфаз- ных входных сигналов, снижения низко частотных входных шумов, в области каналов входных МОП-транзисторов выполнены области первого типа проводимости глубиной менее 0,2 мкм концентрацией (2-6)-10 1/смэ, при этом МОП-транзистор генератора тока и входные транзисторы выполнены в подложке с эффективной концентрацией (Nn) примеси второго типа проводимости на глубине, превышающей 0,2 мкм, удов- летв.оряющей условию

Изобретение откосится к электронной технике и может быть использо- эано при разработке аналоговых интегральных схем операционных усилителей, компараторов напряжений, аналого-цифровых преобразователен и других схем, содержащих К-МОП дифференциальные усилители. Цель изобретения - расширение диапазона входных синфазных сигналов, повышение коэффициентов усиления и подавления синфазных входных сигналов, снижение низкочастотных входных шумов. К-МОП дифферен - циальныи усилитель включает транчис- тор 1 генератора тока, пару входных транзисторов 2 и 3, истоки которых соединены со стоком транзистора генератора тока, и пару нагрузочных транзисторов 4 и 5. В области канала входных транзисторов сформированы мелкие области, образующие встроенный канал при нулевом смещении истоков относительно их подложки, при этом максимальном смещении исток- подложка эффективное пороговое напряжение входных транзисторов долтно превышать пороговое направление нагрузочных транзисторов. 1 ил. с СО С

де U

ее

HUjj Со

UfH1я -

емкость затворного диэлектрика МОП-транзисторов ;

пороговое напряжение нагрузочных МОП-транзисторов;

постоянный ток генератора тока дифференциального усилителя;

25

#

ее

крутизна МОП-тралзисторов генератора тока, входных и нагрузочных со ответственно; Ј5 диэлектрическая проницаемость подложки} q - заряд электрона} . UBx уйми минимальный уровень входных синфазных сигналов

Г

Ц0#Л7