DE2653484A1 - Integrierbarer konstantwiderstand - Google Patents

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: RA 974 020

Integrierbarer Kons tantwiders tand

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit konstantem Widerstandsverhalten, insbesondere für integrierte Analogschaltungen.

Bei den bisher bekannten integrierten Schaltungen, insbesondere solchen für analoge Schaltungsanwendungen, war es üblich, diskrete Widerstände einzusetzen oder auf der Oberfläche des Schaltungsträgers eine entsprechende Widerstandsschicht vorzusehen. Im Hinblick auf den bei integrierten Halbleiterschaltungen, insbesondere solchen mit Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (IGFET), erreichten Entwicklungsstand ist die Verwendung diskreter Widerstandselemente sowohl unter Kostengesichtspunkten als auch angesichts der begrenzten Anschlußmöglichkeiten auf dem Chip zu aufwendig. Das gleiche gilt für auf der Chip-Oberfläche aufzubringende Widerstandsschichten wegen der damit zusammenhängenden besonderen und vor allem zusätzlichen Bearbeitungsschritte sowie des damit verbundenen Platzaufwandes auf dem Chip. Derartige Widerstandsschichten sind weiterhin insofern nachteilig, als der erzielbare Widerstandsbereich nach oben hin dadurch gegrenzt ist, daß sehr hohe Widerstandswerte ausgesprochen schmale Schichtbreiten erfordern, was in besonderem Maße herstellungsmäßig sowie unter Zuverlässigkeitsgesichtspunkten problematisch ist.

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Λ-

Es ist in diesem Zusammenhang ebenfalls bekannt, Feldeffekttransistoren als stromsteuernde Elemente und damit als Ersatz für Widerstände einzusetzen. Feldeffekttransistoren weisen jedoch nicht die insbesondere in Analogschaltungen erforderliche Linearität auf, vor allem nicht über einen typisch erforderlichen Spannungsbereich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst konstantes Widerstandselement anzugeben, das die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll es herstellungsmäßig mit üblichen Bauelementen, insbesondere integrierten Schaltungsbauelementen, vereinbar sein. Die zur Lösung dieser Aufgabe wesentlichen Merkmale sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild der Grundschaltung nach der

Erfindung und

Fig. 2 ein aus Grundschaltungen nach Fig. 1 zusammengesetztes und zur Erlangung höherer Widerstände oder größerer Anschlußspannungen erweitertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Grundschaltung nach der Erfindung besteht aus zwei ähnlichen Feldeffekttransistoren 10 und 11, deren Source-Elektroden miteinander verbunden sind und an einer Spannungsquelle V_g liegen. In gleicher Weise sind die Drain-Elektroden der beiden Feldeffekttransistoren miteinander verbunden und an die Spannungsquelle V-. (bzw. Leitung 13) angeschlossen. Von den Gate-Elektroden 15 und 16 der beiden FeId-

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effekttransistoren ist die eine (15) mit dem gemeinsamen Drain-Anschluß (Leitung 13) und die andere (16) mit dem gemeinsamen Source-Anschluß verbunden. Die Feldeffekttransistoren sind solche vom Verarmungstyp/ was durch die Schraffierung im Gate-Bereich angedeutet sein soll. Charakteristisch für diesen Feldeffekttransistortyp ist, daß bei zwischen Source und Drain angelegter Spannung ein Stromfluß durch den Feldeffekttransistor auftritt. Um diesen Stromfluß zu unterbinden, ist es nötig, eine gegenüber Source negative Spannung (-VL₁) an das Gate anzulegen.

Für ein solches Paar von Feldeffekttransistoren kann bei entsprechender Parametereinstellung ein hochlineares Strom-Spannungsverhalten erreicht werden. Der Drain-Strom für den Feldeffekttransistor 10 kann angenähert wie folgt ausgedrückt werden:

Entsprechend ergibt sich der Strom für den Feldeffekttransistor 11 ungefähr zu:

¹H-TJT^ t(-V_T)(V_D-V_s)-1/2(V_D-V_s)²] mit-V_T> V_D-V_S

W₁₀ und W₁₁ bedeuten dabei die Kanalbreiten der Feldeffekttransistoren 10 und 11; entsprechend bezeichnen L₁₀ und L₁₁ die Kanallängen. C bedeutet den Kapazitätswert des Gate-Oxids pro Flächeneinheit, μ bezeichnet die Elektronenbeweglichkeit im Halbleitermaterial, V_g ist die Source-Spannung, V₀ die Drain-Spannung und ν» ist die Einschalt- bzw. Schwellenspannung.

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. jT ·

Für den üblichen Fall, daß W₁₀ - W₁₁ = VJ und L₁₀ = L₁₁ ^β L ist, gilt für den Gesaratstrom I die folgende Beziehung:

2.W.C.p.V_T

Der äquivalente Widerstandswert R beträgt;

I ; 2.W.C.U.V_T

Daraus ist ersichtlich, daß der sich durch die beschriebene Schaltung mit dem Feldeffekttransistorpaar ergebende Widerstandswert nur von den einmal gewählten festen Parametern abhängt und somit unabhängig von dem Strom bzv/. der Spannung in der jeweiligen Schaltung ist. Diese Eigenschaft des konstanten Widerstandsverhalitens liegt jedoch nur solange vor, wie die Source-Drain-Spannung j nicht größer ist als die Schwellenspannung V_T·

j Diese Einschränkung hinsichtlich der Spannungen kann durch eine Anordnung der in Fig. 2 gezeigten Art überwunden werden. Darin j sind zwischen zwei spannungsführenden Leitungen V₁ und V₂ 1 j deren Differenzspannung größer als -V_n, sein kann, mehrere Schal- !tungen der in Fig. 1 gezeigten Art in Reihe zueinander ange-I ordnet. Bei gleichen Auslegungsparametern der Feldeffekttransistoren sind die Widerstandswerte der einzelnen Stufen untereinander gleich und die Differenzspannung V₁ zu V₂ teilt sich gleichmäßig über die gezeigte Reihenschaltung auf, so daß für kein Feldeffekttransistorpaar die resultierende Spannung größer als V_T ist.

Mit Schaltungen des in Fig. 2 ersichtlichen Aufbaus kann auch nach Art eines Spannungsteilers eine an den Endpunkten ange-[legte Spannung in mehrere gleiche Teilspannungen unterteilt werden. Es kann aber auch eine ungleichmäßige Aufteilung der

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Eingangsspannung erreicht werden, wenn man die Parameter W und j

L in den Stufen nicht gleich wählt, so daß unterschiedliche :

ITeilspannungen über den einzelnen Stufen abfallen. Dabei muß

I jedoch beachtet werden, daß die maximale Spannung an einer :

'Stufe nicht den Wert -V- dieser Stufe überschreitet. |

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Claims (5)

1. PATENTAN S P RÜ CHE

   Schaltungsanordnung mit konstantem Widerstandsverhalten, insbesondere für integrierte Analogschaltungen, gekennzeichnet durch mindestens eine Anordnung zweier hinsichtlich Drain und Source parallelgeschalteter Isolierschicht Feldeffekttransistoren mit je einer Gate-Source-VerbindUng beim einen und einer Gate-Drain-Verbindung beim anderen Feldeffekttransistor.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise parallelgeschalteten Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp sind.
3. 3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere solcher Stufen aus zwei teilweise parallelgeschalteten Feldeffekttransistoren zueinander in Reihe geschaltet sind.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenwiderstände in der Reihenschaltung, insbesondere die Werte für die Kanalbreite und/oder die Kanallänge der Feldeffekttransistoren unterschiedlich gewählt sind.
5. 5. Schaltungsanordnung mindestens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei in einem Halbleitersubstrat angeordnete relativ hochleitfähige Bereiche als Source-Bereiche sowie durch zwei weitere vergleichbare Bereiche als Drain-Bereiche, durch je eine Verbindung der Source-Bereiche sowie der Drain-Bereiche miteinander und einem Spannungsanschluß, durch je isoliert über dem Substratbereich zwischen Source und Drain des jeweiligen Feldeffekttransistors angeordnete Gate-Elektroden, von denen eine elektrisch mit dem Source-Bereich des einen Feldeffekttransistors und die andere mit dem Drain-Bereich des anderen Feldeffekttransistors in Verbindung steht.

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