DE3017628C2 - Integrierte Signalverarbeitungsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Signal­ verarbeitungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Haupt­ anspruchs.

In einer aus der GB-PS 13 37 991, dortige Fig. 2A, bekannten Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist das dort genannte Schaltungselement im Regelsignal-Generatorkreis ein als Diode geschalteter zweiter Transistor 50, dessen gemeinsame Kollektor- und Basiselektroden mit einem Punkt konstanten Potentials über einen veränderlichen Widerstand 51 verbunden sind, und wobei der Emitter mit dem Emitter eines dritten Tran­ sistors 38 verbunden ist, der in die Phasenverschiebungs­ anordnung aufgenommen ist. Die Aufgabe der Reihenschaltung aus dem veränderlichen Widerstand 51 und dem zweiten Transistor 50 ist es, den Strom durch den dritten Tran­ sistor 38 entsprechend der Einstellung des veränderlichen Widerstands 51 zu regeln, wobei dieser Strom die von der Phasenverschiebungsanordnung herbeigeführte Phasenver­ schiebung bestimmt. Die Aufgabe des zweiten Transistors 50 ist es, Temperaturgleichlauf und Vorspannungsstabili­ sierung zu schaffen.

Aus der Zeitschrift "Radio-Electronics", 1969, Band 40, Nr. 8, Seiten 64 bis 67, ist es bekannt, nebeneinander auf einem Halbleiterkörper einen Widerstand und eine Kapazität zu erzeugen. Dabei ist die Kapazität durch einen pn- Übergang gebildet. Eines der dotierten Gebiete, die den Übergang bilden, ist weniger hoch dotiert als das andere. Das Widerstandselement, das in einem weiteren dotierten Gebiet mit einem Paar elektrischer Kontakte gebildet ist, weist in seinem weiteren dotierten Gebiet denselben Leitfähigkeitstyp auf und ist während desselben Dotierungsschrittes gebildet wie eines der dotierten Gebiete, die zum pn-Übergang gehören.

Es ist bekannt, daß die Übergangsfrequenz f_T eines Tran­ sistors sich auf die Weite des Basisgebietes des Tran­ sistors bezieht; je kleiner die Weite ist, um so höher ist der Wert von f_T. Wenn ein Signal über eine Signalstrecke übertragen wird, die sich durch den Transistor erstreckt, wird das Signal in dem Transistor in der Phase verzögert, und zwar wegen der endlichen Höhe der Transistor-Über­ gangsfrequenz. Wenn die Frequenz des Signals weit unter der Übergangsfrequenz liegt, wird diese Phasenverzögerung normalerweise vernachlässigbar sein. Aber wenn die Frequenz des Signals sich der Übergangsfrequenz nähert, wird dies nicht der Fall sein und die Phasenverzögerung sollte beim Entwurf der Schaltungsanordnung mit dem Transistor berücksichtigt werden. Wenn beispielsweise der Transistor einen Teil eines Gyratorkreises bildet, wobei ein Tor durch eine Kapazität belastet wird, so daß das andere Tor induktiv ist, wobei dieses andere Tor mit einer Kapazität verbunden ist zur Bildung eines Parallel- oder eines Reihenresonanzkreises, wird der Gütefaktor Q des Resonanzkreises vergrößert, wenn die durch den Transistor verursachte Phasenverzögerung in Signalen, die durch den Transistor gehen, wesentlich ist, es sei denn, daß diese Phasenverzögerung auf irgendeine Weise ausgeglichen wird. In einem derartigen Fall sollen, wenn der Resonanzkreis den erforderlichen Gütefaktor aufweisen soll, entweder die Basisparameter derart gewählt werden, daß dieser Güte­ faktor erhalten wird, und es soll ein Phasenausgleich vorgesehen werden, oder die Basisparameter sollen derart gewählt werden, daß ein Gütefaktor entsteht, der gerade um einen derartigen Betrag unter demjenigen liegt, der erforderlich ist, was zu dem erforderliche Gütefaktor führt, der nach Vergrößerung durch die Phasenverzögerung erhalten werden würde.

Heutige Herstellungstechniken für integrierte Schaltungen sind derart, daß die Weite der Basisgebiete und folglich die Übergangsfrequenzen von Transistoren in Schaltungs­ anordnungen von Partie zu Partie wesentlich unterschied­ lich sein kann. Deswegen wird, wenn der obengenannte Resonanzkreis, bei dem das induktive Element durch einen kapazitiv belasteten Gyrator gebildet ist, als integrierte Schaltung konstruiert ist, die Phasenverzögerung, die in den jeweiligen Transistoren des Gyrators auftritt, weit­ gehend unvorhersagbar sein mit dem Resultat, daß der Güte­ faktor des Resonanzkreises ebenfalls weitgehend unvorher­ sagbar sein wird, wenn die Resonanzfrequenz des Kreises derart ist, daß diese Phasenverzögerungen wesentlich sind. Dies gilt sogar, wenn ein fester, d. h. basisweiten­ unabhängiger Phasenausgleich in dem Kreis eingebaut ist. Wenn der erforderliche Gütefaktor nur eine sehr eng begrenzte Toleranz aufweisen soll, kann dies zu einer hohen Ausschußquote bei der Massenherstellung führen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, Mittel zu schaffen, durch die die im Transistor der integrierten Schaltung auftretenden, chargenabhängigen Fertigungsstreuungen in der Phasenverzögerung wenigstens weitgehend kompensierbar sind.

Die Aufgabe wird elfindungsgemäß bei einer integrierten Signalverarbeitungsschaltung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils gelöst.

Es wurde gefunden, daß der Widerstandswert eines soge­ nannten "Basis-unter-Emitter" -Widerstandes in einer integrierten Schaltung mit der Basisweite eines Tran­ sistors oder von Transistoren, die ebenfalls in der integrierten Schaltung vorhanden sind, unter der Voraus­ setzung korrelieren können, daß der Transistor bzw. die Transistoren und der Widerstand entsprechende dotierte Zonen enthalten, die während derselben Dotierungsschritte gebildet sind, wodurch es möglich wird, daß ein Regel­ signal, dessen Wert von diesem Widerstandswert abhängig ist, erzeugt wird, welches Signal zur Regelung der Phasen­ verschiebung benutzt wird, die von einer Phasenver­ schiebungsanordnung herbeigeführt wird, die in einer Signalstrecke durch den bzw. jeden Transistor derart liegt, daß die Unterschiede in der Phasenverschiebung, die in der Signalstrecke herbeigeführt werden, durch die Änderungen in der Basisweite des oder jedes Transistors von Partie zu Partie auftritt, wenn derartige integrierte Schaltungen in Massenherstellung hergestellt werden, wobei der Ausschuß verringert wird, der sonst auftreten würde durch Phasenverschiebungen in den Signalstrecken, die außerhalb der dabei gestellten Toleranzgrenzen liegen.

Um mit Änderungen in der bzw. den Transistorbasisweite(n) große Änderungen in dem Widerstandswert des Widerstands zu erhalten, soll das vierte Gebiet sich von einem ersten Teil des dritten Gebietes zu einem zweiten Teil des dritten Gebietes über eine Strecke erstrecken, die zwischen den Kontakten des Paares liegt.

Eine besonders einfache Art und Weise, ein Regelsignal zu erzeugen, ist, den Widerstand zwischen dem Ausgang einer Konstantstromquelle und einem Punkt mit einem festen Potential vorzusehen und einen Punkt der Verbindung zwischen der Konstantstromquelle und dem Widerstand gleichstrommäßig mit dem Ausgang des Regelsignal- Generatorkreises zu verbinden.

Eine ganz einfache Verwirklichung der Phasenverschiebungs­ anordnung kann erhalten werden, wenn diese eine Wider­ stands-Kapazitäts-Kombination enthält, in der die Kapazi­ tät durch einen pn-Übergang gebildet wird, der durch das Ausgangssignal des Regelsignal-Generatorkreises im Betrieb in Sperrichtung vorgespannt werden kann. Wenn eines der dotierten Gebiete, die den pn-Übergang definieren, weniger hoch dotiert ist als das andere der dotierten Gebiete, die den Übergang definieren, wird der Grad der Dotierung dieses einen der dotierten Gebiete die Kapazität durch den Übergang für bestimmte Werte der zugeführten Sperrvorspannung weitgehend bestimmen. Weil dieser Dotierungsgrad von Partie zu Partie variieren kann, wenn derartige integrierte Schaltungen in Massenherstellung hergestellt werden, werden diese Variationen nach wie vor zu nicht einwandfreiem Phasenausgleich in der Signal­ strecke führen, was eine hohe Ausschußquote zur Folge hat, es sei denn, daß Schritte unternommen werden, um dies auszugleichen. Es wurde gefunden, daß ein derartiger Ausgleich erhalten und folglich der Ausschuß verringert werden kann, wenn der Regelsignal-Generatorkreis ein Widerstandselement enthält mit einem weiteren dotierten Gebiet mit einem Paar elektrischer Kontakte, und wenn das weitere dotierte Gebiet von demselben Leitfähigkeitstyp ist und während desselben Dotierungsschrittes gebildet wird wie das eine der dotierten Gebiete, die den Übergang definieren, wobei dieses Widerstandselement derart in dem Regelsignal-Generatorkreis liegt, daß das Ausgangssignal des Regelsignal-Generatorkreises von dem Widerstandswert des Widerstandselementes derart abhängig ist, daß die Sperrvorspannung geringer ist, je höher der Widerstands­ wert ist.

Wenn die Phasenverschiebungsanordnung eine Widerstands- Kapazitäts-Kombination enthält, in der die Kapazität durch einen in Sperrichtung vorgespannten pn-Übergang wie obenstehend erwähnt gebildet ist, kann eine besonders einfache Konstruktion für diese Anordnung erhalten werden, wenn die Widerstandskomponente dieser Widerstands-Kapazitäts- Kombination durch den Widerstand eines bestimmten der dotierten Gebiete, die den Übergang definieren, gebildet wird, wobei dieses eine der dotierten Gebiete dann mit ersten und zweiten elektrischen Kontakten versehen ist.

Eine bequeme Art und Weise, eine derartige Anordnung in der Signalstrecke durch den Transistor anzuordnen, ist, daß eine der dotierten Gebiete mit einem dritten elek­ trischen Kontakt zu versehen derart, daß dieser dritte Kontakt elektrisch in gleichem Abstand von dem ersten und dem zweiten Kontakt steht, die ersten und zweiten Kontakte mit dem Emitter des Transistors bzw. mit dem Emitter eines weiteren Transistors und den dritten Kontakt mit dem Ausgang einer Stromquelle zu verbinden.

Eine derartige Anordnung hat sich als besonders vorteil­ haft gezeigt, und bietet die Möglichkeit, einen befriedi­ genden Ausgleich zu ergeben, wenn der erstgenannte Tran­ sistor einen Teil einer ersten spannungsgeregelten Strom­ quellenschaltung bildet, wobei der Ausgang mit dem Eingang einer zweiten spannungsgeregelten Stromquellenschaltung verbunden ist, deren Ausgang mit dem Eingang der ersten spannungsgeregelten Stromquellenschaltung verbunden ist, wobei eine der Stromquellenschaltungen invertierend wirkt und die andere nicht invertierend, so daß die Stromquellen­ schaltungen zusammen einen Gyratorkreis bilden, wobei ein Kondensator über ein Tor des Gyratorkreises angeschlossen ist. Bekanntlich ist das andere Tor eines derartigen Gyratorkreises induktiv, und dadurch, daß dieses andere Tor mit einem weiteren Kondensator verbunden wird, kann ein Resonanzkreis gebildet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform,

Fig. 2 einen Schaltplan einer möglichen Konstruktion für die Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung, die zeigt, wie bestimmte Elemente in der Konstruktion nach Fig. 2 in integrierter Schaltungsform vorgesehen sind,

Fig. 4 eine Darstellung möglicher alternativer Konstruktionen für einen der Blöcke aus Fig. 1.

In Fig. 1 enthält eine integrierte Schaltung einen Transistorkreis 1, beispielsweise einen Verstärkerkreis, dessen Eingang 2 mit einer Eingangsklemme 3 für ein Eingangssignal gekoppelt ist. Nach Signalverarbeitung in dem Transistorkreis i erscheint das Eingangssignal an dem Ausgang 4 und wird dem Eingang 5 einer Phasenver­ schiebungsanordnung 6 zugeführt. Die Anordnung 6 ist derart ausgebildet, daß der Wert der darin verursachten Phasenverschiebung von dem Wert eines einem Regelsignal­ eingang 7 zugeführten Gleichstrom-Regelsignals abhängig ist, wodurch das dem Eingang 5 zugeführte Signal an dem Ausgang 8 um einen Betrag phasenverschoben erscheint, der von dem Wert dieses Regelsignals abhängig ist. Das an dem Ausgang 8 erscheinende Signal wird einer Ausgangsklemme 9 zugeführt. Der Regelsignaleingang 7 wird aus dem Ausgang 10 eines Regelsignal-Generatorkreises 11 gespeist.

Der Generatorkreis 11 enthält einen Widerstand 12 mit dotierten Zonen der integrierten Schaltung, die der Kollektor-, Basis- bzw. Emitterzone eines Transistors bzw. von Transistoren in dieser Schaltung entsprechen, wobei jede Zone während desselben Dotierungsschrittes entsprechend den Zonen des Transistors bzw. der Tran­ sistoren gebildet ist. Insbesondere enthält der bzw. jeder Transistor ein erstes Gebiet des einen Leitfähigkeitstyps mit einem elektrischen Kontakt, ein erstes Gebiet ent­ gegengesetzten Leitfähigkeitstyps, das in dem ersten Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet und mit einem elektrischen Kontakt versehen ist, und ein zweites Gebiet des einen Leitfähigkeitstyps, das in dem ersten Gebiet entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet und mit einem elektrischen Kontakt versehen ist. Der Wider­ stand 12 enthält ein drittes Gebiet des ersten Leitfähig­ keitstyps, ein zweites Gebiet entgegengesetzten Leitfähig­ keitstyps, das in dem dritten Gebiet gebildet und mit einem elektrischen Kontaktpaar versehen ist, welche Kontakte die Anschlußklemmen des Widerstandes bilden, und ein viertes Gebiet des einen Leitfähigkeitstyps, das in dem zweiten Gebiet entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet ist. Bei der Herstellung des Widerstandes und des Transistors bzw. der Transistoren sind die ersten und dritten Gebiete des einen Leitfähigkeitstyps während desselben Dotierungsschrittes gebildet, die ersten und zweiten Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps sind dabei während desselben Dotierungsschrittes gebildet und die zweiten und vierten Gebiete des einen Leitfähigkeits­ typs sind während desselben Dotierungsschrittes gebildet. Der Widerstand 12 hat folglich einen Widerstandswert, der größer ist, je nachdem das Basisgebiet des oder jedes Transistors kleiner ist, wobei dies der Widerstandswert der Zone des Widerstands 12 ist, die dem Basisgebiet des oder jedes Transistors entspricht. Der Widerstand 12 liegt derart in dem Generatorkreis 11, daß der Wert des Ausgangssignals des Generatorkreises 11 von dem Widerstandswert des Widerstandes und folglich der Weite des Basisgebietes oder der Basisgebiete abhängig ist. Der Ausgang 10 ist mit dem Regelsignaleingang 7 derart verbunden, daß Signale, die über die Strecke von der Eingangsklemme 3 zu der Ausgangsklemme 9 gehen, eine Phasenverschiebung in der Anordnung 6 erfahren, die in der Phasenvoreilrichtung größer oder in der Phasennacheil­ richtung kleiner ist, je größer der Wert der Basisweite des oder jedes genannten Transistors in dem Transistor­ kreis 1 ist, d. h. je größer die Phasenverzögerung ist, die von dem Transistor bzw. den Transistoren herbeigeführt wird. In den meisten Fällen ist es selbstverständlich erwünscht, die jeweiligen Schaltungsparameter derart zu wählen, daß die Gesamtphasenverschiebung, die (gegebenen­ falls) zwischen den Klemmen 3 und 9 auftritt, von der Basisweite des oder jedes genannten Transistors in dem Transistorkreis 1 nahezu unabhängig ist.

Es dürfte einleuchten, daß in einer Abwandlung der Transistorkreis 1 in die Signalstrecke zwischen dem Ausgang 8 und der Ausgangsklemme 9 eingefügt werden kann oder daß, wenn der Transistorkreis 1 die dargestellte Lage hat, ein weiterer Transistorkreis, der eine basisweiten­ abhängige Phasenverschiebung erzeugt, die durch die Anord­ nung 11, 6 ebenfalls ausgeglichen werden muß, zwischen dem Ausgang 8 und der Ausgangsklemme 9 vorhanden sein kann.

Fig. 2 zeigt den Schaltplan einer möglichen Konstruktion der integrierten Schaltung aus Fig. 1, wobei dieselben Elemente so weit als möglich mit denselben Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 1. Die Schaltungsanordnung aus Fig. 2 enthält ein Durchgangsfilter zwischen der Eingangs­ klemme 3 und der Ausgangsklemme 9, wobei das kapazitive Element dieses Filters ein Kondensator 13 ist und das induktive Element, das parallel zu dem Kondensator 13 liegt, ein Tor 14 eines Gyratorkreises ist, wobei das andere Tor 15 durch einen Kondensator 16 belastet ist. Auf herkömmliche Weise enthält die Gyratorschaltung einen nicht invertierenden, spannungsgeregelten Stromquellen­ kreis, der das Tor 14 mit dem Tor 15 koppelt, und einen invertierenden, spannungsgeregelten Stromquellenkreis, der das Tor 15 mit dem Tor 14 koppelt.

Der nicht invertierende Stromquellenkreis enthält ein Transistorpaar 17 und 18, deren Emitterelektroden über Widerstände 19A und 19B mit gleichem Wert mit Erde ver­ bunden sind, und eine Stromquelle 20, die den beiden Transistoren gemeinsam ist. Die Kollektorelektroden dieser Transistoren werden über die Stromquellen 21 und 22 von der positiven Speiseleitung gespeist. Die Basis des Transistors 17 bildet den Eingang dieses Stromquellen­ kreises und ist mit dem Kondensator 13 verbunden, und der gemeinsame Punkt des Kollektors des Transistors 18 und der Stromquelle 22 bildet den Ausgang dieses Stromquellen­ kreises und ist mit dem Kondensator 16 verbunden. Die Basis des Transistors 18 liegt an Erde.

Der invertierende Stromquellenkreis enthält einen Transistor 23, dessen Emitter über einen Widerstand 24A und eine Stromquelle 25 mit Erde und dessen Kollektor über eine Stromquelle 26 mit der positiven Speiseleitung verbunden ist. Die Basis des Transistors 23 bildet den Eingang dieses Stromquellenkreises und ist mit dem Kondensator 16 verbunden, und der gemeinsame Punkt des Kollektors des Transistors 23 und der Stromquelle 26 bildet den Ausgang dieses Stromquellenkreises und ist mit dem Kondensator 13 verbunden.

Die Eingangsklemme 3 ist mit der Parallelschaltung des Tores 14 und des Kondensators 13 über einen Transistor 27 verbunden, dessen Kollektor mit der positiven Speise­ leitung verbunden ist und dessen Emitter mit dem gemein­ samen Punkt des Widerstandes 24A und der Stromquelle 25 über einen Widerstand 24B mit demselben Wert wie der Widerstand 24A verbunden ist. Die Eingangsklemme 3 liegt an der Basis des Transistors 27.

Die Parallelschaltung des Tores 14 und des Kondensators 13 ist mit der Ausgangsklemme 9 über den Transistor 17 verbunden, wobei die Ausgangsklemme 9 mit dem gemeinsamen Punkt des Kollektors des Transistors 17 und der Strom­ quelle 21 verbunden ist.

Die Widerstände 24A und 24B sind durch eine mittenange­ zapfte, flache, p-leitende Zone in einer n-leitenden Insel in dem Halbleiterchip gebildet, in dem die integrierte Schaltung gebildet ist, wie detailliert untenstehend noch beschrieben wird, wobei die Verbindung zwischen dieser Zone und der Insel in Sperrichtung vorgespannt ist. Die Insel ist bei 28 auf schematische Weise dargestellt. (Im wesentlichen sind die Widerstände 19A und 19B auf gleiche Weise gebildet.) Diese Struktur bildet die Phasen­ verschiebungsanordnung 6 aus Fig. 1.

Die Schaltungsanordnung aus Fig. 2 enthält ebenfalls einen Regelsignal-Generatorkreis 11, dessen Ausgang 10 mit dem Regelsignaleingang 7 der Phasenverschiebungsanordnung 6, d. h. mit der obengenannten n-leitenden Insel, verbunden ist. Der Generatorkreis 11 enthält einen Transistor 29, dessen Basis und Kollektor miteinander und über eine Stromquelle 30 mit Erde verbunden sind und dessen Emitter über einen Widerstand 40 mit der positiven Speiseleitung verbunden ist, und einen Transistor 31, dessen Emitter über die Reihenschaltung aus den Widerständen 32 und 33 mit der positiven Speiseleitung verbunden ist, dessen Basis mit dem gemeinsamen Punkt der Stromquelle 30 und der Basis und des Kollektors des Transistors 29 verbunden ist und dessen Kollektor über die Reihenschaltung aus den Widerständen 34 und 35 mit Erde verbunden ist. Der gemein­ same Punkt des Kollektors des Transistors 31 und des Widerstands 34 liegt an dem Ausgang 10, und zwar aus Gründen der Impedanzanpassung über eine Emitterfolger­ schaltung vom Darlington-Typ, wobei diese Emitterfolger­ schaltung die Transistoren 36 und 37 enthält, deren Kollektorelektroden mit der positiven Speiseleitung ver­ bunden sind. Die Basis des Transistors 36 liegt an dem gemeinsamen Punkt des Kollektors des Transistors 31 und des Widerstandes 34, der Emitter des Transistors 36 ist mit der Basis des Transistors 37 unmittelbar und mit dem Emitter des Transistors 37 über einen Widerstand 38 ver­ bunden, und der Emitter des Transistors 37 ist mit dem Ausgang 10 und über einen Widerstand 39 mit Erde ver­ bunden. Die Elemente 29-33 und 40 bilden eine "Stromspiegel"-Schaltung, wobei ein Strom, der in einem spezifischen Verhältnis zu dem durch die Stromquelle 30 erzeugten Strom steht, durch den Kollektor des Tran­ sistors 31 getragen wird. Wenn also der Basisstrom des Transistors 36 vernachlässigt wird, wird durch die Wider­ stände 34 und 35 ein vorbestimmter konstanter Strom hindurchgeführt, und folglich steht an diesen Widerständen eine Gleichspannung proportional zu deren Werten und wird dem Ausgang 10 über die Emitterfolgerschaltung 36-39 zugeführt.

Der Widerstand 34 besteht aus einem sogenannten "Basis-unter-Emitter" -Widerstand, wie untenstehend noch näher beschrieben wird, und bildet den Widerstand 12 aus Fig. 1. Er enthält dotierte Zonen, die den Kollektor-, Basis- bzw. Emitterzonen der Transistoren 17, 18, 23 und 27 entsprechen und je während desselben Dotierungs­ schrittes wie die entsprechenden Zonen der genannten Transistoren gebildet sind. Wie aus dem Untenstehenden einleuchten dürfte, bezieht sich der Wert des Wider­ standes 34 folglich auf die Basisweiten der genannten Transistoren; je kleiner diese Weiten sind, desto größer ist der Wert des Widerstandes 34 und folglich desto größer ist die Spannung am Ausgang 10. Es dürfte einleuchten, daß das Potential am Ausgang 10 die Sperrvorspannung zwischen der n-leitenden Insel 28 und der p-leitenden Zone, die die Widerstände 24A und 24B bildet, beherrscht; je größer das Potential am Ausgang 10, desto höher ist die Sperrvorspannung und folglich wird die Kapazität zwischen der p-leitenden Zone, die die Widerstände 24A und 24B bildet, und der n-leitenden Insel 28 desto niedriger sein. Weil diese Insel im wesentlichen Erdpotential hat, sofern es sich um Wechselstromsignale handelt, und weil der Emitter des Transistors 27 eine niedrige Impedanz an dem mit ihm verbundenen Ende des Widerstandes 24B aufweist, ist im wesentlichen der Emitter des Transistors 23 über die Parallelschaltung des Widerstandes 24 und der genannten Kapazität mit Erde verbunden. Das Vorhandensein dieser Parallelschaltung führt deswegen zu Signalen, die durch den Transistor 24 von dem Tor 15 zu dem Tor 14 übertragen werden, wobei diese Signale in bezug auf die Phase, die sie sonst haben würden, in Vorwärtsrichtung phasen­ verschoben werden, und wobei die Größe der Phasen­ verschiebung in Vorwärtsrichtung größer sein wird, je höher der Wert der genannten Kapazität ist, d. h. je größer die Basisweite der Transistoren 17, 18, 23 und 27 ist. Je größer diese Basisweiten sind, desto niedriger sind die Übergangsfrequenzen dieser Transistoren und folglich desto größer ist die durch diese Transistoren verursachte Phasenverzögerung. Die insgesamt durch die Tran­ sistoren 17, 18 und 23 herbeigeführte Phasenverzögerung ist die wichtigste in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 (die die Transistoren in der Gyratorschaltung sind), und der Regelsignal-Generatorkreis 11 ist derart gebildet, daß diese Gesamt-Phasenverzögerung durch die in der oben genannten Parallelschaltung herbeigeführte Phasenver­ schiebung in der Vorwärtsrichtung im wesentlichen genau ausgeglichen wird. (Der Zweck des Widerstandes 35, der den Effekt der Änderungen in dem Wert des Widerstandes 34 verringert, ist, dazu beizutragen.)
Die wirklich zwischen der p-leitenden Zone, die den Widerstand 24A, 24B bildet, und der n-leitenden Insel 28 auftretende Kapazität für spezifische Werte der positiven Regelspannung, die der Insel 28 zugeführt wird, wird bekanntlich von dem Dotierungsgrad der n-leitenden Insel abhängig sein (die Dotierungskonzentration darin ist geringer als die in der p-leitenden Zone).

Folglich würden, wenn keine Maßnahmen getroffen werden würden, um diesem Effekt entgegenzuwirken, Schwankungen in dem Dotierungsgrad der Insel 28, die von Partie zu Partie auftreten können, wenn integrierte Schaltungen wie oben­ stehend beschrieben in Massenherstellung hergestellt werden, verantwortlich sein für einen nicht vollständigen oder einen zu großen Ausgleich der durch die Tran­ sistoren 17, 18 und 23 erzeugten und erhaltenen Phasen­ verzögerungen. Um diesen Effekt zu verringern, ist der Widerstand 33 als isolierte Insel der integrierten Schaltung ausgebildet, wobei die Dotierung dieser Insel während desselben Dotierungsschrittes wie das Dotieren der Insel 28 durchgeführt wird. Je niedriger der Dotierungs­ grad der Insel 28 ist, um so niedriger wird die Kapazität zwischen dieser Insel und der Zone sein, die den Wider­ stand 24A, 24B bildet, und umgekehrt. Weil die Insel, die den Widerstand 33 bildet, während desselben Dotierungs­ schrittes wie die Insel 28 gebildet wird, wird der Dotierungsgrad der Insel, die den Widerstand 33 bildet, um so niedriger sein, je niedriger der Dotierungsgrad der Insel 28 ist, und folglich wird der Wert des Wider­ standes 33 um so höher sein. Je höher der Wert des Widerstandes 33 ist, um so niedriger wird der von dem Kollektor des Transistors 31 geführte Strom sein, und folglich um so niedriger wird die Spannung an den Widerständen 34 und 35 und daher auch am Ausgang 10 sein, was zu einer erhöhten Kapazität zwischen der Zone, die den Widerstand 24A bildet, und der Insel 28 führt, wodurch die wegen des zu niedrigen Dotierungsgrades der Insel 28 verringerte Kapazität ausgeglichen wird. Selbstverständ­ lich arbeitet die Schaltung in entgegengesetzter Weise, wenn der Dotierungsgrad zu hoch ist. Der Regelsignal- Generatorkreis 11 ist derart ausgebildet, daß die Abhängigkeit der Spannung an dem Ausgang 10 von dem Wert des Widerstandes 33 derart ist, daß Änderungen in dem Dotierungsgrad der Insel 28 auf diese Weise im wesent­ lichen genau ausgeglichen werden. Der Widerstand 32, der den Effekt der Schwankung in dem Wert des Widerstandes 33 verringert, ist zum Beitragen zu diesem Effekt vorgesehen.

In der Praxis kann die Basis jedes der Transistoren 17, 18 und 24 über einen (nicht dargestellten) einzelnen Emitterfolger gespeist werden, mit einem Emitter- Belastungswiderstand, dessen Wert in der Größenordnung von beispielsweise 10 kOhm liegt. Derartige Emitterfolger können, wenn dies erforderlich ist, Gleichstrompegel­ verschiebungen herbeiführen, und zwar wegen der benutzten Gleichstromkopplungen. Die Werte jedes der mitten­ angezapften Widerstände 19 und 24 können beispielsweise in der Größenordnung von 1 kOhm liegen. Die jeweiligen ("Konstant-") Stromquellen können beispielsweise durch Widerstände mit hohem Wert oder durch geeignet vorge­ spannte Transistoren im gemeinsamen Emitterbetrieb ausge­ bildet werden (pnp-Transistoren für die Stromquellen 21, 22 und 26 und npn-Transistoren für die Stromquellen 20 und 30). Die Werte der Widerstände 32, 34 und 39 können beispielsweise in der Größenordnung von 1 kOhm liegen, die Werte der Widerstände 35 und 38 in der Größenordnung von 10 kOhm und der Wert des Widerstandes 33 in der Größen­ ordnung von 100 Ohm. Die Werte des Widerstandes 40 und der Ausgangsstrom der Stromquelle 30 können derart gewählt werden, daß der Kollektorstrom des Transistors 31 etwa 500 µA beträgt, was etwa +5 V am Ausgang 10 ergibt. Die positive Speiseleitung kann 12 V in bezug auf Erde führen.

Fig. 3 zeigt, wie der Transistor 17, der Widerstand 34, der angezapfte Widerstand 24 und der Widerstand 33 aus Fig. 2 in integrierter Schaltungsform ausgebildet sein können. (Die Transistoren 18, 23 und 27 aus Fig. 2 können auf die Art und Weise ausgebildet sein, wie dies für den Transistor 17 dargestellt wurde, und die Widerstände 32 und 35 aus Fig. 2 können je auf die Art und Weise ausge­ bildet sein, wie dies für den Widerstand 24, aber ohne Abgriff, dargestellt ist.) Fig. 3 ist eine (nicht maßgerechte) perspektivische Darstellung der wesentlichen Elemente derjenigen Teile des Halbleiterchips, auf dem die Schaltung aus Fig. 2 hergestellt ist, die den Tran­ sistor 17, den Widerstand 34, den angezapften Wider­ stand 24 und den Widerstand 33 enthält, wobei diese Teile über ihre Symmetrieachse in einer Ebene senkrecht zu der Ebene des Chips durchgeschnitten sind, so daß die Fläche 41 sichtbar wird. Der Chip hat die Form eines p-leitenden Substrats 42, auf dem eine n-leitende Epitaxialschicht 43 gebildet ist. Die Epitaxialschicht 43 ist elektrisch in erste, zweite, dritte und vierte Inseln 44, 45, 46 bzw. 47 durch eine p⁺-leitende Isolier­ diffusion 48 aufgeteilt. Die Insel 44 bildet den Kollektor des Transistors 17 und ist mit einem Aluminium-Kontakt 49 versehen, wobei der Kontakt 49 die Insel 44 über eine flache n⁺-diffundierte Zone 75 in der Insel 44 kontak­ tiert. Die Basiszone 50 des Transistors 17 ist durch eine flache p-leitende Diffusion in der Insel 44 gebildet und ist mit einem Aluminium-Kontakt 51 versehen. Die Emitter­ zone 52 des Transistors 17 ist durch eine flache n-leitende Diffusion in der Basiszone 50 gebildet und ist mit einem Aluminium-Kontakt 53 versehen. Der Widerstand 34 aus Fig. 2 ist in der Insel 45 gebildet und enthält eine flache p-leitend diffundierte Zone 54 mit den Aluminium- Kontakten 55 und 56. Über dem Teil der Zone 54, der sich zwischen den Kontakten 55 und 56 erstreckt, ist eine flache n-leitend diffundierte Zone 57 vorgesehen, von der jedes Ende (nur das Ende 58 ist dargestellt) sich bis in das n-leitende Material der Insel 45 erstreckt, so daß ein sogenannter "Basis- unter-Emitter"-Widerstand gebildet ist. Der Widerstand 24A, 24B aus Fig. 2 besteht aus einer flachen p-leitenden Zone 59, die durch Diffusion in der Insel 46 gebildet ist, wobei diese Zone mit einem Aluminiumkontakt 60 versehen ist, der den Mittenabgriff des Widerstandes bildet, und mit Aluminiumkontakten 61 und 62, die die zwei enden dem Widerstandes bilden. Die Insel 46 entspricht der Insel 28 in Fig. 2 und ist mit einem Aluminiumkontakt 63 versehen, der über eine flache n⁺-diffundierte Zone 76 in der Insel 46 diese Insel kontaktiert. Der Widerstand 33 aus Fig. 2 besteht aus dem Material der Insel 47, die mit den Aluminiumkontakten 64 und 65 versehen ist, die über die flachen n⁺-diffundierten Zonen 77 und 78 in der Insel 47 diese Insel kontaktieren. Während der Herstellung der integrierten Schaltung werden die Inseln 44, 45, 56 und 47 alle während desselben Dotierungsschrittes (während der Bildung der Epitaxial­ schicht 43) gebildet, und die Zonen 50, 54 und 59 einer­ seits sowie die Zonen 52 und 57 andererseits sind jeweils während desselben Dotierungsschrittes gebildet, so daß der Wert des Widerstands 54, 55, 56, 57, 58 in Wechsel­ beziehung zu der Basisweite (Kollektor-Emitter-Abstand) des Transistors 44, 49, 50, 51, 52, 53 und der Wert des Widerstands 47, 64, 65 in Wechselbeziehung zu dem Dotierungsgrad in der Insel 46 steht, wie dies erforder­ lich ist.

Es dürfte einleuchten, daß es nicht wesentlich ist, daß sich jedes Ende der Zone 57 aus Fig. 3 bis in das n-leitende Material der Insel 45 erstreckt; ein oder die beiden Enden können innerhalb der Zone 54 enden. Aber in einem derartigen Fall wird vielmehr ein Teil des Stromes, der zwischen den Kontakten 55 und 56 im Betrieb fließt, um die Zone 57 herum statt unter der Zone 57 fließen, so daß der Widerstandswert zwischen den Kontakten 55 und 56 von dem Raum zwischen der Unterseite der Zone 57 und dem benachbarten Teil der Insel 45 weniger abhängig ist und folglich weniger abhängig von der Basisweite des Transistors 17 (dem Raum zwischen der Zone 52 und der Insel 44).

Fig. 4 zeigt einige mögliche alternative Ausführungsformen der Phasenverschiebungsanordnung 6 aus Fig. 1. In Fig. 4A enthält die Phasenverschiebungsanordnung 6 einen Tran­ sistor 66, mit dessen Kollektor der Eingang 5 über einen Widerstand 67 und mit dessen Basis der Regelsignal­ eingang 7 über einen Widerstand 68 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 66 ist mit Erde und der Kollektor ist über einen Kondensator 69 mit seiner Basis und eben­ falls mit dem Ausgang 8 verbunden. Der Regelsignal­ eingang 7 befindet sich effektiv auf Erdpotential, soweit es das Wechselstromsignal vom Eingang 5 zum Ausgang 8 anbelangt, und der Strom in dem Kondensator 69 wird durch den Kollektorstrom des Transistors 66 gespiegelt, so daß das Ende des Widerstandes 67, das vom Eingang 5 entfernt liegt, eine parallele Kapazität "sieht", deren Effektiv­ wert dem Wert des Kondensators 69, vergrößert um einen Faktor proportional zur Verstärkung des Transistors 66, entspricht. Die Verstärkung des Transistors 66 nimmt zu, wenn die dem Regelsignaleingang 7 zugeführte (positive) Spannung zunimmt, d. h. die Anordnung 6 erzeugt eine Phasenverzögerung, deren Wert mit der Zunahme der Spannung am Regelsignaleingang 7 zunimmt. Mit dieser Konstruktion für die Phasenverschiebungsanordnung 6 muß daher der Generatorkreis 11 aus Fig. 1 zum Zuführen einer positiven Spannung zum Regelsignaleingang 7 konstruiert sein, und zwar derart, daß diese Spannung geringer ist, je größer die Basisweite von wenigstens einem Transistor in dem Transistorkreis 1 ist. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung für den Generatorkreis 11 kann deswegen zum Speisen des Regelsignaleingangs 7 aus Fig. 4A benutzt werden.

In Fig. 4B enthält die Anordnung 6 einen Widerstand 70, der den Eingang 5 mit dem Ausgang 8 verbindet, und eine veränderliche Kapazitätsdiode 71 zwischen dem Regelsignal­ eingang 7 und dem Ausgang 8. Die Anordnung erzeugt dadurch eine Phasenverzögerung am Ausgang 8 gegenüber dem Eingang 5, wobei der Wert dieser Verzögerung zunimmt bei Zunahme des Kapazitätswertes der Kapazitätsdiode 71. Mit dieser Konstruktion für die Anordnung 6 muß daher der Generatorkreis 11 aus Fig. 1 zum Zuführen einer (negativen) Regelspannung zum Regelsignaleingang 7 konstruiert sein, und zwar derart, daß der Wert dieser negativen Spannung größer wird, je größer die Basisweite von wenigstens einem Transistor in dem Transistorkreis 1 wird.

Claims (8)

1. Integrierte Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten eines Signals mit
einem Transistor (23),
einer Phasenverschiebungsanordnung (6) wobei der Wert der durch diese Anordnung (6) herbeigeführten Phasenverschiebung durch Zuführen eines Regelsignals zu einem Regeleingang (7) der Phasenverschiebungsanordnung (6) regelbar ist, und wobei die Phasenverschiebungsanordnung (6) in einer Signalverarbeitungsstrecke (von 3 nach 9) liegt, die sich durch den Transistor erstreckt,
und mit einem Regelsignal-Generatorkreis (11), dessen Ausgang (10) mit dem Regeleingang (7) verbunden ist, wobei der Regelsignal-Generatorkreis (11) ein Schaltungselement (12) enthält mit dotierten Zonen, die den Kollektor-, Basis- und Emitterzonen des Transistors (17) entsprechen, wobei das Schaltungselement (12) derart in dem Regelsignal-Generatorkreis (11) liegt, daß der Wert des Ausgangssignals (an 10) des Regelsignal-Genera­ torkreises (11) von dem Wert einer elektrischen Eigenschaft des Schaltungselementes (12) abhängig ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement (12) ein Widerstand (34) ist und die elektrische Eigenschaft der Widerstandswert des Wider­ standes (34) ist, der Transistor (23)
ein erstes Gebiet (44) von einem (ersten) Leitfähig­ keitstyp enthält, das mit einem elektrischen Kontakt (49) versehen ist,
ein erstes Gebiet (50) von entgegengesetztem Leit­ fähigkeitstyp, gebildet in dem ersten Gebiet (44) vom ersten Leitfähigkeitstyp und mit einem elek­ trischen Kontakt (51) versehen,
und ein zweites Gebiet (52) vom ersten Leitfähig­ keitstyp, gebildet in dem ersten Gebiet (50) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und mit einem elektrischen Kontakt (53) versehen,
und wobei der Widerstand (34) ein drittes Gebiet (45) vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält,
ein zweites Gebiet (54) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, gebildet in dem dritten Gebiet (45) und mit einem Paar elektrischer Kontakte (55, 56) versehen, die die Anschlußklemmen des Wider­ standes (34) bilden,
und ein viertes Gebiet (57) vom ersten Leitfähig­ keitstyp, gebildet in dem zweiten Gebiet (54) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp,
wobei die ersten und dritten Gebiete (44, 45) vom ersten Leitfähigkeitstyp während desselben Dotierungsschrittes gebildet sind
und die ersten und zweiten Gebiete (50, 54) vom entgegen­ gesetzten Leitfähigkeitstyp während desselben Dotierungsschrittes gebildet sind,
und die zweiten und vierten Gebiete (52, 57) vom ersten Leitfähigkeitstyp während desselben Dotierungsschrittes gebildet sind,
so daß der Widerstand (34) zwischen den Kontakten des Paares (55, 56) größer sein wird, je kleiner die Basis­ weite des Transistors (23) ist,
wobei die Verbindung des Ausganges (10) des Regelsignal- Generatorkreises (11) mit dem Regeleingang (7) eine derartige Richtung aufweist, daß Signale, die über die Signalstrecke (von 3 nach 9) übertragen werden, eine Phasenverschiebung in der Phasenverschiebungsanordnung (6) erfahren, die in der Phasenvoreilrichtung größer oder in der Phasennacheilrichtung kleiner ist, je größer der Wert der Basisweite von (23) und folglich je kleiner der Wert des Widerstandes (34) ist.

2. Integrierte Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Gebiet (57) sich von einem ersten Teil des dritten Gebietes (45) zu einem zweiten Teil des dritten Gebietes (45) über eine Strecke erstreckt, die zwischen den Kontakten des genannten Paares (55, 56) hindurchgeht.

3. Integrierte Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (34) zwischen dem Ausgang einer Konstantstromquelle (29-33, 40) und einem Punkt festen Potentials (Erde) liegt, wobei ein Punkt (Kollektor von 31) in der Verbindung zwischen der Konstantstromquelle (29-33, 40) und dem Widerstand (34) mit dem Ausgang (10) des Regelsignal-Generatorkreises (11) gleichstrommäßig (36, 37) gekoppelt ist.

4. Integrierte Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungsanord­ nung (6) eine Widerstands-Kapazitäts-Kombination (24, 28) enthält, wobei die Kapazität durch einen pn-Übergang (zwischen 24 und 28) gebildet ist, der durch das Ausgangs­ signal (an 10) des Regelsignal-Generatorkreises (11) im Betrieb in Sperrichtung vorgespannt wird.

5. Integrierte Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines (46) der dotierten Gebiete, die den Übergang (zwischen 24 und 28) definieren, weniger hoch dotiert ist als das andere (59) der dotierten Gebiete, die den Übergang (zwischen 24 und 28) definieren, wobei der Regelsignal-Generatorkreis (11) ein Wider­ standselement (33) enthält mit einem weiteren dotierten Gebiet (47) mit einem Paar elektrischer Kontakte (64, 65), und das weitere dotierte Gebiet (47) vom selben Leitfähig­ keitstyp ist und während desselben Dotierungsschrittes gebildet wird wie das eine (46) der dotierten Gebiete, die den Übergang (zwischen 24 und 28) definieren, wobei das Widerstandselement (33) derart in dem Regelsignal-Genera­ torkreis (11) liegt, daß das Ausgangssignal (an 10) des Regelsignal-Generatorkreises (11) von dem Widerstandswert des Widerstandselementes (33) derart abhängig ist, daß die Umkehrsperrvorspannung geringer sein wird, je höher der Widerstandswert ist.

6. Integrierte Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskomponente (24) der Widerstands-Kapazitäts-Kombination (24, 28) durch den Widerstand eines bestimmten (59) der dotierten Gebiete (46, 59) gebildet ist, die den Übergang (zwischen 24 und 28) definieren, und daß das bestimmte (59) der dotierten Gebiete (46, 59) mit ersten und zweiten elektrischen Kontakten (61, 62) versehen ist.

7. Integrierte Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bestimmte (59) der dotierten Gebiete (46, 59) mit einem dritten elektrischen Kontakt (60) versehen ist derart, daß der dritte Kontakt (60) in elektrischer Hinsicht äquidistant liegt von den ersten (61) und zweiten (62) Kontakten, wobei die ersten (61) bzw. zweiten (62) Kontakte mit dem Emitter eines weiteren Transistors (27) verbunden sind, und wobei der dritte Kontakt (60) mit dem Ausgang einer Stromquelle (25) verbunden ist.

8. Integrierte Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (23) aus Anspruch 1 einen Teil einer ersten spannungsgeregelten Stromquellenschaltung (23 bis 28) bildet, wobei der Ausgang mit dem Eingang einer zweiten spannungsgeregelten Stromquellenschaltung (17 bis 22) verbunden ist, deren Ausgang mit dem Eingang der ersten spannungsgeregelten Stromquellenschaltung (23 bis 28) verbunden ist, wobei eine (23 bis 28) der Stromquellenschaltungen invertierend wirkt und die andere (17 bis 22) nicht invertierend, so daß die Stromquellenschaltungen (17 bis 22, 23 bis 28) zusammen einen Gyratorkreis bilden, wobei ein Kondensator (16) über ein Tor (15) des Gyratorkreises angeschlossen ist.