DE69637117T2 - Elektronische anordnung mit mitteln zum kompensieren von parasitären kapazitäten - Google Patents

Elektronische anordnung mit mitteln zum kompensieren von parasitären kapazitäten Download PDF

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Anordnung mit zwei Knoten und Mitteln zum Kompensieren mindestens eines Teils einer kapazitiven Impedanz zwischen den Knoten.
  • Auf dem Gebiet der elektronischen Anordnungen beschränken unerwünschte oder parasitäre Kapazitäten zwischen zwei Knoten (nodes) häufig die Nutzbarkeit einer solchen Anordnung, da diese unerwünschten Kapazitäten die obere Frequenz begrenzen, bei denen die Anordnung noch benutzt werden kann, oder sogar zu Instabilitäten der Anordnung führen. Im allgemeinen Stand der Technik wird häufig eine Spule als Mittel benutzt, die unerwünschten Kapazitäten zu kompensieren, indem die Spule zwischen die Knoten und somit parallel zu der unerwünschten Kapazität geschaltet wird. Ein Nachteil einer solchen Spule ist, dass sie bei einer Integration eine sehr große Oberfläche auf einer integrierten Schaltung erfordert und somit teuer ist. Eine externe Spule erfordert zusätzliche Anschlüsse an der integrierten Schaltung. Darüber hinaus kann die Spule einen Abgleich zwecks genauer Kompensation erfordern.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum mindestens teilweisen Kompensieren einer unerwünschten Kapazität vorzuschlagen, wobei das Mittel dazu kompakt und leicht integrierbar ist.
  • Ein Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine an die Knoten angeschlossene, in Sperrrichtung vorgespannte Diode enthält, die in den Durchbruchbereich gesteuert wird.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Impedanz einer in Sperrrichtung vorgespannten Diode das Verhalten einer Kapazität mit negativem Wert besitzt, die parallel zu einem Widerstandswert geschaltet ist und in vorteilhafter Weise zur Kompensation einer unerwünschten Kapazität benutzt werden kann. Durch Parallelschalten der negativen Kapazität zu der unerwünschten positiven Kapazität kann diese positive Kapazität zumindest teilweise ausgeglichen wer den. Durch Ausnutzen dieser Maßnahme gemäß der Erfindung kann ein kompaktes und leicht integrierbares Mittel zum Kompensieren einer unerwünschten Kapazität realisiert werden.
  • Die Benutzung einer in Sperrrichtung vorgespannten Diode zur Kompensation einer gegebenen Kapazität ist bekannt, z.B. aus US-A-4.360.745 , wo das Kompensieren einer nichtlinearen positiven Kapazität durch eine andere, entgegengesetzt nichtlineare positive Kapazität vorgeschlagen wird, um eine Summenkapazität mit linearer Charakteristik zu bilden. Diese kompensierende, in Sperrrichtung vorgespannte Diode hat jedoch eine positive Kapazität und wird nicht im Durchbruchbereich betrieben.
  • Eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Transistor in Kollektorschaltung enthält und dass die Diode zwischen einem Emitter des Transistors und einem Referenzpotential angeschlossen ist.
  • Eine Transistorschaltung in Kollektorschaltung, deren Emitterausgang mit einer signifikanten – oft unerwünschten – Kapazität belastet ist, kann unstabil werden. Durch Kompensieren der unerwünschten Kapazität mit einer mit dem Emitterausgang gekoppelten, im Durchbruchbereich betriebenen Diode kann die Stabilität der Transistor-Kollektorschaltung deutlich verbessert werden.
  • Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Transistor in Emitterschaltung enthält und dass die Diode zwischen einem Kollektor des Transistors und einem Referenzpotential angeschlossen ist. Die Bandbreite einer Transistor-Emitter-Schaltung wird häufig durch parasitäre oder unerwünschte Kapazitäten am Kollektorausgang der Schaltung begrenzt. Durch eine mit dem Kollektorausgang gekoppelte, im Durchbruchbereich betriebene Diode kann die Bandbreite deutlich verbessert werden. Ein weiterer Vorteil besteht aufgrund des verbleibenden differentiellen Widerstandes der Diode; ein Kollektorwiderstand ist nicht mehr erforderlich, weil der differentielle Widerstand der Diode als Kollektorwiderstand benutzt werden kann, wenn die Diode auf geeignete Weise dimensioniert ist.
  • Eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine integrierte Schaltung auf einem Halbleitermaterial ist. Die Maßnahme der Erfindung ist besonders geeignet für die Integration auf Halbleitermaterial, da keine externen Komponenten erforderlich sind. Darüber hinaus beschränkt insbesondere auf dem Gebiet der Halbleiterbauelemente das Problem der unerwünschten oder parasitären Kapazitäten die Eigenschaften solcher Bauelemente.
  • Eine andere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass einer der Knoten mit einem Bondpad verbunden ist. In integrierten Schaltungen werden Eingänge und Ausgänge der Schaltung über Bondpads hergestellt. Ein Bondpad weist eine signifikante Kapazität zum Substrat des Halbleitermaterials auf und begrenzt somit die Bandbreite der Eingänge oder Ausgänge der integrierten Schaltung. Diese parasitäre Kapazität kann durch Koppeln einer im Durchbruchbereich betriebenen Diode mit dem Bondpad ausgeglichen werden.
  • Eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass einer der Knoten mit einem Verbindungsdraht der integrierten Schaltung verbunden ist. Verbindungsdrähte auf integrierten Schaltungen werden dazu benutzt, verschiedene Komponenten in der Schaltung miteinander zu verbinden. Da diese Drähte nahe am Halbleitermaterial liegen, weisen sie eine parasitäre Kapazität auf, die durch die Maßnahme der vorliegenden Erfindung kompensiert werden kann.
  • Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bondpad oder Verbindungsdraht und einem Substrat des Halbleitermaterials eine vergrabene Schicht angeordnet ist und dass die Diode zwischen den Bondpad oder Verbindungsdraht und der vergrabenen Schicht geschaltet ist. Durch Vorsehen einer vergrabenen Schicht in dem Halbleitermaterial unter dem Bondpad oder Verbindungsdraht bildet sich die parasitäre Kapazität nun zwischen dem Bondpad oder Verbindungsdraht und der vergrabenen Schicht und nicht zwischen dem Bondpad oder Verbindungsdraht und dem Substrat. Nun ist der Wert der parasitären Kapazität gut definiert, da während der Herstellung des Halbleitermaterials der Abstand zwischen der Schicht und dem Bondpad oder Verbindungsdraht genau festgelegt werden kann. Damit ist eine genaue Kompensation der parasitären Kapazität durch geeignetes Dimensionieren der im Durchbruchbereich betriebenen Diode möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die parasitäre Kapazität zwischen dem Bondpad oder Verbindungsdraht und der Schicht besteht, wodurch die Kopplung mit anderen Bauteilen auf dem Halbleitermaterial reduziert wird.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus Mittel zum Bereitstellen eines Vorstromes durch die Diode vorsieht. Durch Auswählen eines Vorstroms durch die Diode ist es möglich, einen geeigneten Wert für die negative Kapazität der Diode festzulegen, der eine genaue Kompensation der unerwünschten Kapazitäten in Situationen zuläßt, in denen der Wert der negativen Kapazität auf einen Wert der unerwünschten Kapazität abgeglichen werden muß.
  • Die oben genannten Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen hervor. Es zeigen:
  • 1 eine äquivalente Schaltung einer Diode im Durchbruchbereich bei Frequenzen unterhalb der Avalanche-Frequenz,
  • 2 eine Annäherung an die äquivalente Schaltung einer Diode im Durchbruchbereich bei Frequenzen unterhalb der Avalanche-Frequenz,
  • 3 ein Schaltbild einer ersten bekannten Verstärkerschaltung,
  • 4 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer elektronischen Anordnung gemäß der Erfindung,
  • 5 ein Schaltbild einer zweiten bekannten Verstärkerschaltung,
  • 6 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer elektronischen Anordnung gemäß der Erfindung,
  • 7 eine Darstellung einer integrierten Halbleiteranordnung,
  • 8 einen Schnitt durch eine Halbleiteranordnung mit einem Bondpad und, schematisch, einer Diode gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung,
  • 9 ein Schaltbild einer Vorstromschaltung für eine Diode, benutzt gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung.
  • In den Figuren sind identische Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In der Zeitschrift IEEE Transactions an Electron Devices, Band ED-13, Nr. 1, ist auf den Seiten 169 bis 174 das Verhalten von Avalanche-Dioden beschrieben. Dieser Artikel konzentriert sich auf den Effekt, dass bei Frequenzen oberhalb der Avalanche-Frequenz der Widerstandswert der Impedanz der Diode negativ ist. Dieser Effekt kann in vorteilhafter Weise für z.B. Oszillatoren ausgenutzt werden. Bei Frequenzen unterhalb der Avalanche-Frequenz kann die Diode als Serienanordnung eines Widerstandes mit einer Spule betrachtet werden. Dies ist auch aus diesem Artikel bekannt. 1 zeigt die äquivalente Schaltung einer Diode im Durchbruchbereich bei Frequenzen unterhalb der Avalanche-Frequenz; sie besteht aus einer Serienschaltung eines Widerstandes mit dem Widerstandswert R und einer Spule mit einer Induktivität L. Der Scheinleitwert Ys der Serienschaltung der 1 ist
    Figure 00050001
    hierbei ist w die Kreisfrequenz.
  • Ist der Widerstandswert des Widerstandes deutlich größer als die Impedanz der Spule, so kann diese Serienschaltung durch eine Parallelschaltung des Widerstandes mit einem Kondensator angenähert werden, die eine negative Kapazität hat. Diese Annäherung ist gültig für Frequenzen, die unterhalb der Avalanche-Frequenz liegen. 2 zeigt die Annäherung der äquivalenten Schaltung durch die Parallelschaltung eines Leitwertes G, wobei G = 1/R ist, und eines Kondensa tors mit der Kapazität C. Der Scheinleitwert YP der Parallelschaltung nach 2 ist YP = G + j w C
  • Da diese Scheinleitwerte YS und YP gleich sein sollten, folgt aus den Gleichungen für YS und VP, dass die Kapazität C negativ und frequenzabhängig ist:
    Figure 00060001
  • Somit kann die im Durchbruchbereich betriebene Diode bei Frequenzen unterhalb der Avalanche-Frequenz als die Parallelschaltung eines Leitwertes G und einer negativen Kapazität C betrachtet werden. Durch Parallelschalten einer negativen Kapazität zu einer positiven Kapazität wird letztere kompensiert. Somit kann durch das Parallelschalten einer im Durchbruchbereich betriebenen Diode zu einer eine kapazitive Komponente enthaltenden Impedanz diese kapazitive Komponente wirksam kompensiert werden. Da eine Diode ein einfaches und kleines Bauelement ist sowie leicht integriert werden kann, bietet die vorliegende Erfindung eine attraktive Lösung zur Kompensation von unerwünschten Kapazitäten, besonders in integrierten Schaltungen. Der hier erwähnte Durchbruch ist die Erzeugung von Ladungsträgern, die durch den Band-zu-Band-Tunneleffekt, durch Impakt-Ionisation oder durch beide hervorgerufen werden. Somit ist der Durchbruchmechanismus nicht auf den Avalanche-Durchbruch beschränkt, sondern schließt auch andere Durchbruchmechanismen wie den Tunneleffekt ein.
  • 3 zeigt ein Schaltbild einer ersten bekannten Verstärkerschaltung in sogenannter Kollektorschaltung. Eine Spannungsquelle 1 ist über einen Widerstand 3 mit der Basis eines Transistors T1 verbunden. Der Emitter des Transistors T1 ist mit einem ersten Knoten 20 verbunden. Eine Stromquelle 5 ist zwischen den ersten und zweiten Knoten 20 bzw. 21 angeschlossen, von denen mindestens einer ein Signal führt. Der zweite Knoten 21 ist mit einem Referenzpotential 31 verbunden. Eine Betriebsspannungsquelle 7 ist an die Referenzpotentiale 30 und 31 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors T1 ist mit dem Referenzpotential 30 verbunden. Diese Verstärkerschaltung wird häufig als Pufferstufe zwischen einem Ausgang mit hoher Impedanz, hier als Spannungsquelle 1 und einen Wi derstand 3 dargestellt, und einer Last mit niedriger Impedanz benutzt. Die Last enthält häufig einen hohen kapazitiven Anteil, hier als zwischen die Knoten 20 und 21 geschalteten Kondensator dargestellt. Diese kapazitive Last kann verschiedene Ursachen haben. Zum Beispiel ist der Ausgang der Verstärkerschaltung gewöhnlich mit den Eingängen anderer Transistorschaltungen gekoppelt. Die Eingänge dieser Transistorschaltungen weisen häufig parasitäre Kapazitäten auf, insbesondere in integrierten Schaltungen, und belasten den Ausgang der Verstärkerschaltung kapazitiv. Darüber hinaus weisen in integrierten Schaltungen die Verbindungsdrähte zwischen dem Ausgang der Verstärkerschaltung und anderen Schaltungen häufig parasitäre Kapazitäten auf. Das Zusammentreffen eines Ausganges mit hoher Impedanz mit einer kapazitiven Last führt häufig zu Instabilitäten der Verstärkerschaltung bei hohen Frequenzen.
  • 4 zeigt ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer elektronischen Anordnung gemäß der Erfindung. 4 unterscheidet sich von 3 dadurch, dass der Verstärkerschaltung eine im Durchbruchbereich betriebene Diode 11 hinzugefügt wurde, wobei die Anode der Diode mit dem Knoten 20 und die Kathode der Diode mit dem Knoten 21 verbunden ist. Durch Benutzung einer im Durchbruchbereich betriebenen Diode parallel zu der kapazitiven Last kann der kapazitive Anteil der Last in einem bestimmten Frequenzband vollständig (oder teilweise, wenn gewünscht) kompensiert werden, wodurch die oben erwähnte Instabilität vermieden wird. Der Wert der negativen Kapazität kann durch Vorsehen einer zusätzlichen Stromquelle in Serie mit der Diode eingestellt werden, da der Wert der negativen Kapazität eine Funktion des Stromes durch die Diode ist. Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, dass die Benutzung einer Diode im Durchbruchbereich nicht auf die Kompensation der parasitären Kapazitäten am Ausgang eines Verstärkers beschränkt ist, sondern auch die Kompensation von parasitären Kapazitäten am Eingang eines Verstärkers einschließt.
  • 5 zeigt nun ein Schaltbild einer zweiten bekannten Verstärkerschaltung. 5 unterscheidet sich von 3 in den folgenden Punkten:
    • – ein Widerstand 13 ist zwischen dem Kollektor des Transistors T1 und dem Referenzpotential 30 angeordnet;
    • – ein Transistor T2 und eine Stromquelle 15 sind hinzugefügt, wobei die Basis des Transistors T2 mit dem Kollektor des Transistors T1, der Kollektor des Transistors T2 mit dem Referenzpotential 30 sowie eine Seite der Stromquelle 15 mit dem Emitter des Transistors T2 und die andere Seite mit dem Referenzpotential 31 verbunden ist;
    • – der Knoten 20 ist nun der Knoten, mit dem der Kollektor des Transistors T1 und die Basis des Transistors T2 verbunden sind;
    • – der Knoten 21 ist mit dem Referenzpotential 30 verbunden;
    • – der Kondensator 9, der die parasitären Kapazitäten darstellt, ist mit den Knoten 20 und 21 gekoppelt; und
    • – es ist ein Kondensator 10 vorgesehen, so dass der Emitter des Transistors T1 für Wechselspannungssignale virtuell zum Referenzpotential 31 kurzgeschlossen ist.
  • Diese Art von Verstärkerschaltung wird gewöhnlich in integrierten Schaltungen auf dem Gebiete der Hochfrequenz benutzt. Die deutliche Einschränkung der Bandbreite dieser Verstärkerschaltung wird hauptsächlich durch die Zeitkonstante bestimmt, die aus dem Produkt aus dem Widerstandswert des Widerstandes 13 und der Gesamtkapazität der parasitären Kapazitäten des Transistors T1 (Kollektor-Substrat- und Kollektor-Basis-Kapazitäten), der Drähte und des Transistors T2 (Kollektor-Basis- und Basis-Emitter- und Diffusions-Kapazitäten) bestimmt wird; dieser resultierende Kapazitätswert wirkt zwischen den Knoten 20 und 21 als Kapazität des Kondensators 9.
  • 6 ist ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer elektronischen Anordnung gemäß der Erfindung. 6 weicht von der 5 dadurch ab, dass der Widerstand 13 durch eine Diode 11 ersetzt ist, wobei die Anode der Diode 11 mit dem Knoten 21 und die Kathode der Diode mit dem Knoten 20 verbunden ist. Durch Ersetzen des Widerstandes 13 durch eine im Durchbruchbereich betriebenen Diode kann der Kapazitätswert der Kapazität 9 (zumindest teilweise) kompensiert werden, wodurch die Bandbreite der Verstärkerschaltung erhöht wird. Der differentielle Widerstand der im Durchbruchbereich betriebenen Diode kann als Ersatz des Widerstandes 13 dienen, obwohl es auch möglich ist, die Diode parallel zum Widerstand 13 zu schalten. Der Transistor T2 ist für die Verstärkerschaltung nach den 5 und 6 nicht notwendig, er dient nur zur Illustration einer möglichen Quelle von parasitären Kapazitäten, die die Bandbreite der Verstärkerschaltung begrenzen. Außerdem ist es möglich, die Kollektor- Basis-Kapazität des Transistors T1 in 5 durch Koppeln einer im Durchbruchbereich betriebenen Diode über die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors T1 zu kompensieren, wobei die Anode der Diode mit der Basis des Transistors und die Kathode der Diode mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist. Eine Variante der Verstärkerschaltung nach 5, in der ein Rückkopplungswiderstand zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors angeordnet ist, kann ebenfalls mit einer im Durchbruchbereich betriebenen Diode zur Kompensation der Kollektor-Basis-Kapazität des Transistors ausgestattet werden. Für eine solche Kompensation ist die Anode der Diode mit der Basis des Transistors und die Kathode der Diode mit dem Kollektor des Transistors verbunden.
  • 7 ist eine Darstellung einer integrierten Halbleiteranordnung. Ein Halbleiterkörper 62 ist in einem Gehäuse 61 auf einem Träger 63 montiert und Bondpads 66 der integrierten Schaltung sind über Bonddrähte 65 mit den Anschlüssen 64 verbunden. Ein Bondpad in einer integrierten Halbleiteranordnung weist eine parasitäre Kapazität zum Substrat der Halbleiteranordnung auf. Diese parasitäre Kapazität zwischen dem Bondpad und dem Substrat kann durch eine im Durchbruchbereich betriebene Diode kompensiert werden, die zwischen Bondpad und Substrat geschaltet ist. Die integrierte Halbleiteranordnung enthält mindestens einen Verbindungsdraht 67, der in diesem speziellen Beispiel mit dem Bondpad 66 verbunden ist. Wie allgemein bekannt ist, werden Verbindungsdrähte zur Herstellung von Verbindungen zwischen Bauelementen benutzt, die in den Halbleiterkörper 62 integriert sind. Verbindungsdrähte in integrierten Schaltungen weisen parasitäre Kapazitäten zwischen dem Draht und z.B. dem Substrat des Halbleiterkörpers 62 auf, die durch eine im Durchbruchbereich betriebene Diode kompensiert werden können, die zwischen dem Draht und dem Substrat angeschlossen ist. Obwohl es in der Praxis sein kann, dass die Diode sowieso mit einem Verbindungsdraht gekoppelt ist, ist dieses Beispiel nur dazu gedacht, zu erläutern, dass die im Durchbruchbereich betriebene Diode auch zur Kompensation der parasitären Kapazität eines solchen Verbindungsdrahtes benutzt werden kann.
  • 8 zeigt einen Schnitt durch eine Halbleiteranordnung mit einem Bondpad und (schematisch) einer Diode, die entsprechend der Lehre der Erfindung be nutzt wird. Der Aufbau der Halbleiteranordnung ist nur zu Erläuterungszwecken gezeigt und soll nicht als Einschränkung gesehen werden.
  • Das Halbleitermaterial wird in allgemein bekannten Prozessschritten hergestellt. Der Bereich I ist ein metallischer Bondpad ähnlich den Bondpads 66 in 7. Anstelle des Bondpads kann dieser Bereich I auch einen Verbindungsdraht darstellen. Der Bereich II ist eine Isolierschicht aus SiO2. Der Bereich III ist eine dünne Schicht aus SiO2 mit metallischen Kontakten VIII, die eine Verbindung mit Bereichen V und VI herstellen, die Bereiche aus hochdotiertem n-Material sind. Der Bereich VI ist eine sogenannte vergrabene n-Schicht und mit einem Referenzpotential verbunden. Der Bereich IV ist eine weitere SiO2-Schicht. Der Bereich VII ist das p-Substrat aus Halbleitermaterial und gewöhnlich mit Masse-Referenzpotential verbunden. Ohne die vergrabene n-Schicht würde eine parasitäre Kapazität zwischen dem Bondpad (Bereich I) und dem Substrat (Bereich VII) existieren. In dicht gepackten Halbleiteranordnungen mit einer großen Anzahl von im engen Abstand voneinander angeordneten Bauelementen auf dem Halbleiterkörper können parasitäre Kapazitäten zwischen den Bondpads und den Bauelementen auftreten, die sich in der Nähe der Bondpads befinden. Dies führt zu einer Anzahl von parasitären Kapazitäten, die von dem Bondpad ausgehen. Die Anzahl und die Werte der Kapazitäten sind nicht genau definiert und daher schwer zu kompensieren. Durch zusätzliches Anordnen einer vergrabenen n-Schicht VI wird eine parasitäre Kapazität zwischen dem Bondpad und der vergrabenen n-Schicht definiert. Da der Abstand zwischen der Schicht und dem Bondpad durch die Dicke der dazwischen liegenden Schichten genau definiert werden kann, entsteht eine genau definierte parasitäre Kapazität, die auf den Bereich zwischen dem Bondpad und der vergrabenen n-Schicht begrenzt ist. Somit befinden sich keine signifikanten parasitären Kapazitäten mehr zwischen dem Bondpad und den benachbarten Bauelementen. Eine gut definierte parasitäre Kapazität kann leichter kompensiert werden als eine weniger genau definierte parasitäre Kapazität von einem Bondpad zu einem Substrat oder auch zu benachbarte Bauelementen. Zur Kompensation der parasitären Kapazität kann eine im Durchbruchbereich betriebene Diode 11 benutzt werden, die zwischen den Bondpad und die vergrabene n-Schicht geschaltet ist. Zu diesem Zweck kann der Bondpad mit einer relativ niedrigen Spannung und die vergrabene n-Schicht mit einer relativ hohen Spannung vorgespannt werden, um die in Sperrrichtung vorgespannte Diode 11 in den Durchbruchbereich zu steuern.
  • Durch Auswahl einer geeigneten Vorspannungskomponente der durch die Spannungsquelle 1 in 4 zugeführten Spannung wird die Diode 11 in den Durchbruchbereich gesteuert. Durch Auswahl eines geeigneten Wertes der durch die Spannungsquelle 7 zugeführten Spannung wird die Diode 11 in 6 ebenfalls automatisch in den Durchbruchbereich gesteuert. Im Falle einer zum Beispiel an einen Bondpad und ein Substrat angeschlossenen Diode kann eine getrennte Vorspannschaltung erforderlich werden, um die Diode in den Durchbruchbereich zu steuern. In 9 ist ein Schaltbild für eine Vorspannschaltung für eine Diode gezeigt, die entsprechend der Lehre der Erfindung aufgebaut ist. Diese Schaltung kann benutzt werden, wenn durch eine geeignete Auswahl der Betriebs- oder Vorspannungen kein Durchbruch erzeugt werden kann wie in den 4 und 6. Die Schaltung ist im Prinzip eine einfache Transistorschaltung, in der die Basis des Transistors T3 eine durch eine Spannungsquelle 17 gelieferte Vorspannung erhält. Der Emitter des Transistors T3 ist über einen Widerstand 19 mit einem Referenzpotential 30 verbunden. Die Diode ist zwischen den Knoten 21, der mit dem Referenzpotential 31 verbunden ist, und den Knoten 20, der mit dem Kollektor des Transistors T3 verbunden ist, geschaltet. Die Spannungsquelle 7 ist mit den Referenzanschlüssen 30 und 31 verbunden. Ist die Spannung über der Diode 11 ausreichend groß, so wird die Diode 11 in den Durchbruchbereich gesteuert. Durch geeignete Auswahl der durch die Spannungsquelle 17 zugeführten Spannung und des Widerstandswertes des Widerstandes 19 kann der Strom durch die Diode auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Diese Vorspannschaltung kann zum Beispiel zum Vorspannen der Diode dienen, wenn diese mit einem Bondpad, dargestellt durch den Knoten 20, gekoppelt ist, wobei das Substrat durch den Knoten 21 dargestellt ist.
  • Eine im Durchbruchbereich betriebene Diode kann in vorteilhafter Weise auch zum Reduzieren des Minimalkapazitätswertes einer Diode mit variabler Kapazität benutzt werden durch Parallelschalten einer im Durchbruchbereich betriebenen Diode, wodurch der relative Bereich der variablen Kapazität vergrößert wird. Andere Anwendungen wie die Kompensation der Eingangskapazität eines Oberflächenakustikwellenfilters (SAW-Filter) mit einer im Durchbruchbereich betriebenen Diode oder die Benutzung einer im Durchbruchbereich betriebenen Diode in einem Impedanz-Anpassungsnetzwerk sind denkbar.
  • Die Benutzung einer im Durchbruchbereich betriebenen Diode als Kompensationsmittel hat den weiteren Vorteil gegenüber konventionellen Kompensationsmitteln wie einer Spule, dass aufgrund des verbleibenden differentiellen Widerstandes der Diode für Gleichstrom kein Kurzschluss entsteht. Dies bedeutet, dass kein Gleichstrom-Trennkondensator erforderlich ist; ein solcher Gleichstrom-Trennkondensator wäre in der Regel in integrierten Schaltungen unerwünscht, da er entweder für einen ausreichend großen Kapazitätswert einen hohen Chipflächenbedarf bedeutet oder einen externen Kondensator erfordert, der wiederum zusätzliche, mit der integrierten Schaltung verbundene Anschlüsse für den externen Anschluß des Gleichstrom-Trennkondensators bedeutet. Eine entsprechende Lösung ist in 6 gezeigt, in der die Diode die Kapazität 9 kompensiert und gleichzeitig den Widerstand 13 der 5 ersetzt.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden, hierin beschriebenen Erfindung sind als Erläuterung zu verstehen und nicht im einschränkenden Sinne. In den vorher gezeigten Schaltungen können die NPN-Transistoren (oder PNP-Transistoren) selbstverständlich auch durch PNP-Transistoren (oder NPN-Transistoren) ersetzt werden, in welchen Fällen die Polarität der Diode 11 umgekehrt werden müßte. Die Diode kann als Transistor ausgebildet sein, bei dem nur die Basis-Emitter- oder die Basis-Kollektor-Strecke benutzt wird. Verschiedene andere Modifikationen können durch den Fachmann an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne sich von dem Schutzumfang der in den Ansprüchen definierten Erfindung zu entfernen.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Kompensieren mindestens eines Teils einer kapazitiven Impedanz zwischen zwei Knoten (20, 21) einer elektronischen Anordnung mittels einer in Sperrrichtung vorgespannten und an die beiden Knoten (20, 21) angeschlossenen Diode (11), dadurch gekennzeichnet, dass die in Sperrrichtung vorgespannte Diode (11) in den Durchbruchbereich gesteuert wird, hierdurch das Verhalten einer negativen Kapazität annimmt und die kapazitive Impedanz zwischen den Knoten kompensiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Transistor (TI) in Kollektorschaltung enthält und dass die Diode (11) zwischen einem Emitter des Transistors (TI) und einem Referenzpotential (31) angeschlossen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Transistor (TI) in Emitterschaltung enthält und dass die Diode (11) zwischen einem Kollektor des Transistors (TI) und einem Referenzpotential (30) angeschlossen ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine integrierte Schaltung auf einem Halbleitermaterial ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Knoten mit einem Bondpad verbunden ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Knoten mit einem Verbindungsdraht der integrierten Schaltung verbunden ist und dass eine Kapazität des Drahtes zu dem Substrat ein Teil der zu kompensierenden kapazitiven Impedanz ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bondpad oder Verbindungsdraht und einem Substrat des Halbleitermaterials eine vergrabene Schicht angeordnet ist und dass die Diode zwischen den Bondpad oder Verbindungsdraht und der vergrabenen Schicht geschaltet ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung darüber hinaus Mittel zum Bereitstellen eines Vorstromes durch die Diode (11) enthält.
DE69637117T 1995-03-13 1996-02-15 Elektronische anordnung mit mitteln zum kompensieren von parasitären kapazitäten Expired - Lifetime DE69637117T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP95200600 1995-03-13
EP95200600 1995-03-13
PCT/IB1996/000112 WO1996028847A1 (en) 1995-03-13 1996-02-15 Electronic device comprising means for compensating an undesired capacitance

Publications (2)

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DE69637117D1 DE69637117D1 (de) 2007-07-19
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