频率混合电路
阅读：248发布：2020-05-31
专利汇可以提供频率混合电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 频率 混合 电路 为目的，该电路能够降低用CMOS工艺或MOS工艺在 半导体 衬底上一体成形时所发生的低频噪声。构成FM接收机的高频放大电路11，混频电路12，本机 振荡器 13，中频 滤波器 14、16，中频 放大器 15， 限幅 电路17，FM检波电路18以及立体声解调电路19作为单芯片部件10形成。混频电路12用CMOS工艺或MOS工艺形成在半导体衬底上，构成电路的晶体管使用p 沟道 型FET。，下面是频率混合电路专利的具体信息内容。
技术领域
背景技术
采用超外差方式的一般接收机，对经由天线接收的调制信号进 行高频放大，然后使用频率混合电路进行频率变换，变换成具有预 定频率的中频信号后进行解调处理。
特别是，最近随着在半导体衬底上以CMOS工艺或MOS工艺一 体形成包含频率混合电路的模拟电路的技术的研究的深入，该技术 在一部分装置中被实用化。由于能够通过用CMOS工艺或MOS工艺 在一个芯片上形成各种电路，使整个装置小型化并降低成本等，因 此，今后将扩大在一个芯片上所形成的装置的范围。
然而，在以CMOS工艺或MOS工艺形成频率混合电路时，存在 由于使用的频带使被称为1/f噪声的低频噪声增加的问题。特别是， 与双极晶体管相比MOS型FET的1/f噪声多，而且，为了合成两种类 型的信号，在频率混合电路中使用了很多晶体管，因此，各自成为 噪声源，整个电路所产生的噪声增多。在频率混合电路中所发生的1/f 噪声变多，是指中频信号的1/f噪声成分的所占比例相应变高，因此， 使接收质量由于SN比(信号噪声比)的恶化而变差。
特别是，最近随着在半导体衬底上以CMOS工艺或MOS工艺一 体形成包含频率混合电路的模拟电路的技术的研究的深入，该技术 在一部分装置中被实用化。由于能够通过用CMOS工艺或MOS工艺 在一个芯片上形成各种电路，使整个装置小型化并降低成本等，因 此，今后将扩大在一个芯片上所形成的装置的范围。
然而，在以CMOS工艺或MOS工艺形成频率混合电路时，存在 由于使用的频带使被称为1/f噪声的低频噪声增加的问题。特别是， 与双极晶体管相比MOS型FET的1/f噪声多，而且，为了合成两种类 型的信号，在频率混合电路中使用了很多晶体管，因此，各自成为 噪声源，整个电路所产生的噪声增多。在频率混合电路中所发生的1/f 噪声变多，是指中频信号的1/f噪声成分的所占比例相应变高，因此， 使接收质量由于SN比(信号噪声比)的恶化而变差。
发明内容
本发明是鉴于以上问题而提出，其目的在于：提供一种能够降 低采用CMOS工艺或MOS工艺在半导体衬底上一体成形时所发生的 低频噪声的频率混合电路。
为了解决上述问题，本发明的频率混合电路中，用CMOS工艺或 MOS工艺在半导体衬底上一体形成包含晶体管的构成部件，该晶体 管用p沟道型FET形成。通过用迁移率小的p沟道型FET作为包含在频 率混合电路中的晶体管，能够使各晶体管中所发生的1/f噪声自身减 小，因此，能够降低整个频率混合电路中所发生的低频噪声。
另外，最好在上述的半导体衬底中形成N阱，在该N阱上形成构 成部件。通过在N阱上形成包含p沟道型FET的频率混合电路的所有 部件，N阱与其下的半导体衬底之间形成pn结面，因此，能够防止噪 声电流经由该结面流入，从而能够防止在频率混合电路中所发生的 噪声通过半导体衬底蔓延到其它部件。
另外，最好在上述的半导体衬底上，即在构成部件的周围形成 保护环(guard link)。由此，能够更有效地防止在频率混合电路中 所发生的噪声通过半导体衬底蔓延到其它部件。
另外，最好在上述的构成部件的周围，从半导体衬底表面至比N 阱还深的位置形成保护环。通过将保护环形成到比N阱还深的位置， 能够除去在跨过该保护环形成于N阱上的部件与外部的部件之间蔓延 的低频区域的噪声。
附图的简单说明
图1是一实施例的FM接收机的结构示图。
图2是用CMOS工艺或MOS工艺制造的FET的噪声特性图。
图3是表示混频电路的具体结构的电路图。
图4是表示混频电路的变更例的截面图。
图5是图4中所示的混频电路的平面图。
图6是混频电路的另一变更例的示图。
图7是表示保护环的变更例的截面图。
本发明的最佳实施例
以下，就采用本发明的一实施例的频率混合电路(以后简称为 “混频电路”)进行详细的说明。
图1是包含本实施例的混频电路的FM接收机的结构示图。图1所 示的FM接收机包含以下部分构成：作为单芯片部件10形成的高频放 大电路11，混频电路12，本机振荡器13，中频滤波器14、16，中频 放大电路15、限幅电路17，FM检波电路18，立体声解调电路19。
用高频放大电路11对经天线20接收的FM调制信号进行放大后， 通过混合从本机振荡器13输出的本机振荡信号，进行从高频信号到 中频信号的变换。中频滤波器14、16设置在中频放大电路15的前级 和后级，从被输入的中频信号只抽出预定的频带成分。中频放大电 路15对通过中频滤波器14、16的一部分中频信号进行放大。
限幅电路17以高增益放大输入的中频信号。FM检波电路18对从 限幅电路17输出的振幅一定的信号进行FM检波处理。立体声解调电 路19对从FM检波电路18输出的FM检波后的复合信号进行立体声解调 处理，并生成左信号和右信号。
上述的本实施例的单芯片部件10，通过用CMOS工艺或MOS工 艺在半导体衬底上一体形成。在该半导体衬底上，除了只形成构成 图1所示的单芯片部件10的各电路的场合以外，还形成各种模拟电路 和数字电路。由于用CMOS工艺或MOS工艺很容易形成各种CMOS部 件，因此，最好将例如为了设定接收频率而能够改变本机振荡器13 的振荡频率的频率合成器、显示装置与其控制电路等在相同的半导 体衬底上形成。
然而，一般与双极晶体管相比，以CMOS工艺或MOS工艺形成 的FET具有低频噪声即1/f噪声大的特点。因此，如果用CMOS工艺或 MOS工艺在单芯片上形成图1所示的单芯片部件10，则作为其中所包 含的放大元件的FET将成为1/f噪声的发生源。而且，如果用混频电路 12将高频的调制信号变换成低频的中频信号，则该中频信号的1/f噪 声成分的所占比例变高，由此，使接收质量因SN比的恶化而变差。
因而，在构成本实施例的FM接收机的单芯片部件10中，作为至 少包含在混频电路12中的放大元件(晶体管)采用p沟道型FET。
图2是用CMOS工艺或MOS工艺制造的FET的噪声特性图。横轴 和纵轴分别表示频率和噪声电平。另外，用实线和虚线分别表示了p 沟道型FET的噪声特性和n沟道型FET的噪声特性。如图2所示，p沟 道型FET的在低频区域所表现的1/f噪声小于n沟道型FET。可以认为 这是由于p沟道型FET的迁移率小的原因。
因此，通过将p沟道型FET作为放大元件使用，能够使包含在混 频电路12中的FET所发生的1/f噪声本身减小，从而能够减少混频电路 12中的低频噪声的发生，提高整个接收机的SN比并改善信号质量。
图3是表示混频电路12的具体结构的电路图，并作为一例表示了 以差动方式工作的例子。图3所示的混频电路12包含以下部分构成： 生成一定电流的FET31、32，电流源33，用以合成两种输入信号的6 个FET41～46，两个负载电阻47、48。具体地说，来自高频放大电路 11的输入信号(IN+、IN-)输入到FET41、42，来自本机振荡器13 的输入信号(Lo+，Lo-)输入到FET43～46。该结构中所包含的 FET31、32、41～46均采用p沟道型。另外，通过采用负载电阻47、48 取出输出信号，能够将构成上述混频电路12的所有部件形成在半导 体衬底上。
图4是表示上述实施例的混频电路12的变更例的截面图。另外， 图5是图4所示结构的平面图。在这些图中所示的结构中，混频电路12 的所有部件均在N阱52上形成。由于在N阱52与P型半导体衬底50之 间形成PN结面，因此，在N阱52的电位高于半导体衬底50时，从N阱 52向半导体衬底50流入的电流被该PN结面断开。从而能够防止在混 频电路12中发生的噪声通过半导体衬底50蔓延到其它电路中。
另外，如图5所示，在半导体衬底50的表面附近，即在包围N阱52 的周边区域形成保护环54。该保护环54是将P型半导体衬底50的一部 分在N型区域形成。由于通过保护环54与半导体衬底50形成PNP层， 因此，能够有效地防止在混频电路12中发生的噪声通过半导体衬底50 的表面附近蔓延到其它电路。
另外，本发明不仅限定于上述实施例，在本发明要旨的范围内 可以进行各种变更。例如，在上述的实施例中，就FM接收机进行了 说明，但即便是AM接收机和数据终端装置等各种接收机和发送机或 通信机，也可以采用本发明。
另外，在上述的实施例中，虽然没有特别地言及本机振荡信号 的频率与调制信号的载波频率之间的关系，但这些频率之间的差越 小，从混频电路12输出的中频信号的频率也就越低，因此，1/f噪声 的影响也就变成最大。因此，通过在被这样设定的接收机中使用本 发明的混频电路，能够使噪声降低的效果达到最大。
另外，在上述的实施例中，将混频电路12的所有部件形成在半 导体衬底上，但也可以将一部分部件外设。
图6是混频电路的另一变更例的示图。图6所示的混频电路12A， 将图3所示的混频电路12的负载电阻47、48置换成变压器60和电容器 62。在半导体衬底上，一体形成除了这些变压器60和电容器62以外 的混频电路12A的各部件，并经由印刷电路布线等连接作为外设部件 的变压器60和电容器62。
另外，在图4所示的例中，在半导体衬底50的表面附近形成保护 环54，但如图7所示，也可以代替该保护环54，而使用从半导体衬底 50的表面至比N阱52还深的位置形成的保护环54A。由此，在N阱52 上形成的混频电路12中所发生的噪声通过保护环54A的下侧(半导体 衬底50的内部)蔓延到其它电路时，更能够防止低频成分的蔓延。
工业上的利用可能性
如上所述，依据本发明，通过用迁移率小的p沟道型FET作为频 率混合电路所包含的晶体管，能够使各晶体管中所发生的1/f噪声自 身减小，因此，能够降低整个频率混合电路中所发生的低频噪声。
为了解决上述问题，本发明的频率混合电路中，用CMOS工艺或 MOS工艺在半导体衬底上一体形成包含晶体管的构成部件，该晶体 管用p沟道型FET形成。通过用迁移率小的p沟道型FET作为包含在频 率混合电路中的晶体管，能够使各晶体管中所发生的1/f噪声自身减 小，因此，能够降低整个频率混合电路中所发生的低频噪声。
另外，最好在上述的半导体衬底中形成N阱，在该N阱上形成构 成部件。通过在N阱上形成包含p沟道型FET的频率混合电路的所有 部件，N阱与其下的半导体衬底之间形成pn结面，因此，能够防止噪 声电流经由该结面流入，从而能够防止在频率混合电路中所发生的 噪声通过半导体衬底蔓延到其它部件。
另外，最好在上述的半导体衬底上，即在构成部件的周围形成 保护环(guard link)。由此，能够更有效地防止在频率混合电路中 所发生的噪声通过半导体衬底蔓延到其它部件。
另外，最好在上述的构成部件的周围，从半导体衬底表面至比N 阱还深的位置形成保护环。通过将保护环形成到比N阱还深的位置， 能够除去在跨过该保护环形成于N阱上的部件与外部的部件之间蔓延 的低频区域的噪声。
附图的简单说明
图1是一实施例的FM接收机的结构示图。
图2是用CMOS工艺或MOS工艺制造的FET的噪声特性图。
图3是表示混频电路的具体结构的电路图。
图4是表示混频电路的变更例的截面图。
图5是图4中所示的混频电路的平面图。
图6是混频电路的另一变更例的示图。
图7是表示保护环的变更例的截面图。
本发明的最佳实施例
以下，就采用本发明的一实施例的频率混合电路(以后简称为 “混频电路”)进行详细的说明。
图1是包含本实施例的混频电路的FM接收机的结构示图。图1所 示的FM接收机包含以下部分构成：作为单芯片部件10形成的高频放 大电路11，混频电路12，本机振荡器13，中频滤波器14、16，中频 放大电路15、限幅电路17，FM检波电路18，立体声解调电路19。
用高频放大电路11对经天线20接收的FM调制信号进行放大后， 通过混合从本机振荡器13输出的本机振荡信号，进行从高频信号到 中频信号的变换。中频滤波器14、16设置在中频放大电路15的前级 和后级，从被输入的中频信号只抽出预定的频带成分。中频放大电 路15对通过中频滤波器14、16的一部分中频信号进行放大。
限幅电路17以高增益放大输入的中频信号。FM检波电路18对从 限幅电路17输出的振幅一定的信号进行FM检波处理。立体声解调电 路19对从FM检波电路18输出的FM检波后的复合信号进行立体声解调 处理，并生成左信号和右信号。
上述的本实施例的单芯片部件10，通过用CMOS工艺或MOS工 艺在半导体衬底上一体形成。在该半导体衬底上，除了只形成构成 图1所示的单芯片部件10的各电路的场合以外，还形成各种模拟电路 和数字电路。由于用CMOS工艺或MOS工艺很容易形成各种CMOS部 件，因此，最好将例如为了设定接收频率而能够改变本机振荡器13 的振荡频率的频率合成器、显示装置与其控制电路等在相同的半导 体衬底上形成。
然而，一般与双极晶体管相比，以CMOS工艺或MOS工艺形成 的FET具有低频噪声即1/f噪声大的特点。因此，如果用CMOS工艺或 MOS工艺在单芯片上形成图1所示的单芯片部件10，则作为其中所包 含的放大元件的FET将成为1/f噪声的发生源。而且，如果用混频电路 12将高频的调制信号变换成低频的中频信号，则该中频信号的1/f噪 声成分的所占比例变高，由此，使接收质量因SN比的恶化而变差。
因而，在构成本实施例的FM接收机的单芯片部件10中，作为至 少包含在混频电路12中的放大元件(晶体管)采用p沟道型FET。
图2是用CMOS工艺或MOS工艺制造的FET的噪声特性图。横轴 和纵轴分别表示频率和噪声电平。另外，用实线和虚线分别表示了p 沟道型FET的噪声特性和n沟道型FET的噪声特性。如图2所示，p沟 道型FET的在低频区域所表现的1/f噪声小于n沟道型FET。可以认为 这是由于p沟道型FET的迁移率小的原因。
因此，通过将p沟道型FET作为放大元件使用，能够使包含在混 频电路12中的FET所发生的1/f噪声本身减小，从而能够减少混频电路 12中的低频噪声的发生，提高整个接收机的SN比并改善信号质量。
图3是表示混频电路12的具体结构的电路图，并作为一例表示了 以差动方式工作的例子。图3所示的混频电路12包含以下部分构成： 生成一定电流的FET31、32，电流源33，用以合成两种输入信号的6 个FET41～46，两个负载电阻47、48。具体地说，来自高频放大电路 11的输入信号(IN+、IN-)输入到FET41、42，来自本机振荡器13 的输入信号(Lo+，Lo-)输入到FET43～46。该结构中所包含的 FET31、32、41～46均采用p沟道型。另外，通过采用负载电阻47、48 取出输出信号，能够将构成上述混频电路12的所有部件形成在半导 体衬底上。
图4是表示上述实施例的混频电路12的变更例的截面图。另外， 图5是图4所示结构的平面图。在这些图中所示的结构中，混频电路12 的所有部件均在N阱52上形成。由于在N阱52与P型半导体衬底50之 间形成PN结面，因此，在N阱52的电位高于半导体衬底50时，从N阱 52向半导体衬底50流入的电流被该PN结面断开。从而能够防止在混 频电路12中发生的噪声通过半导体衬底50蔓延到其它电路中。
另外，如图5所示，在半导体衬底50的表面附近，即在包围N阱52 的周边区域形成保护环54。该保护环54是将P型半导体衬底50的一部 分在N型区域形成。由于通过保护环54与半导体衬底50形成PNP层， 因此，能够有效地防止在混频电路12中发生的噪声通过半导体衬底50 的表面附近蔓延到其它电路。
另外，本发明不仅限定于上述实施例，在本发明要旨的范围内 可以进行各种变更。例如，在上述的实施例中，就FM接收机进行了 说明，但即便是AM接收机和数据终端装置等各种接收机和发送机或 通信机，也可以采用本发明。
另外，在上述的实施例中，虽然没有特别地言及本机振荡信号 的频率与调制信号的载波频率之间的关系，但这些频率之间的差越 小，从混频电路12输出的中频信号的频率也就越低，因此，1/f噪声 的影响也就变成最大。因此，通过在被这样设定的接收机中使用本 发明的混频电路，能够使噪声降低的效果达到最大。
另外，在上述的实施例中，将混频电路12的所有部件形成在半 导体衬底上，但也可以将一部分部件外设。
图6是混频电路的另一变更例的示图。图6所示的混频电路12A， 将图3所示的混频电路12的负载电阻47、48置换成变压器60和电容器 62。在半导体衬底上，一体形成除了这些变压器60和电容器62以外 的混频电路12A的各部件，并经由印刷电路布线等连接作为外设部件 的变压器60和电容器62。
另外，在图4所示的例中，在半导体衬底50的表面附近形成保护 环54，但如图7所示，也可以代替该保护环54，而使用从半导体衬底 50的表面至比N阱52还深的位置形成的保护环54A。由此，在N阱52 上形成的混频电路12中所发生的噪声通过保护环54A的下侧(半导体 衬底50的内部)蔓延到其它电路时，更能够防止低频成分的蔓延。
工业上的利用可能性
如上所述，依据本发明，通过用迁移率小的p沟道型FET作为频 率混合电路所包含的晶体管，能够使各晶体管中所发生的1/f噪声自 身减小，因此，能够降低整个频率混合电路中所发生的低频噪声。
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