[發(fā)明專利]半導(dǎo)體集成電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210189534.4
• 申請(qǐng)日: 2012-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN102832925A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 大西章申;日隈裕洋;小林和幸;村瀨謙悟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H03K19/094
• 分類號(hào): H03K19/094
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 樊建中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路，特別涉及降低了噪聲水平的半導(dǎo)體集成電路。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體工藝的微細(xì)化，數(shù)字電路能夠?qū)崿F(xiàn)高速化、高集成化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片尺寸的縮小、或者因集成度提高引起的功能單價(jià)的降低、成本下降，并且能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的單芯片化。但是，盡管在微細(xì)化方面有所發(fā)展，但為了保持信號(hào)品質(zhì)，模擬電路需要使用具有某種程度的柵極寬度、柵極長(zhǎng)度的晶體管來構(gòu)成電路。

此外，由于伴隨著微細(xì)化的電源電壓的下降，模擬電路有動(dòng)態(tài)范圍下降、電路拓?fù)涞倪x項(xiàng)受限的趨勢(shì)。盡管如此，對(duì)于開發(fā)模擬-數(shù)字混載的LSI來說，模擬電路的高性能化是必須的。

圖8是作為模擬電路的一例的運(yùn)算放大器的電路圖。該運(yùn)算放大器是P溝道型MOS晶體管輸入型，構(gòu)成單端輸出的結(jié)構(gòu)。P溝道型MOS晶體管M61、M62、M65、N溝道型MOS晶體管M63、M64構(gòu)成第1級(jí)差動(dòng)放大電路11。M61、M62是差動(dòng)輸入晶體管，對(duì)各自的柵極施加差動(dòng)輸入電壓VINN、VINP。由P溝道型MOS晶體管M66、N溝道型MOS晶體管M67構(gòu)成第2級(jí)放大電路12，從它們的連接節(jié)點(diǎn)得到輸出電壓VOUT。

此外，為了防止運(yùn)算放大器振蕩，在第1級(jí)差動(dòng)放大電路11和第2級(jí)放大電路12之間串聯(lián)連接了相位補(bǔ)償電路3，該相位補(bǔ)償電路3由串聯(lián)連接的消零用電阻RZ及相位補(bǔ)償用電容器CC構(gòu)成。

偏壓電路4由P溝道型MOS晶體管M51、M53、M55、M57、N溝道型MOS晶體管M52、M54、M56、M58、及電阻RB1構(gòu)成。當(dāng)對(duì)N溝道型MOS晶體管M52的柵極施加的掉電信號(hào)PWDB為H電平時(shí)，N溝道型MOS晶體管M52導(dǎo)通，偏壓電路4工作。并且，經(jīng)由P溝道型MOS晶體管M57，向作為第1級(jí)差動(dòng)放大電路11的電流源晶體管的P溝道型MOS晶體管M65的柵極、和作為第2級(jí)放大電路12的負(fù)載晶體管的P溝道型MOS晶體管M66的柵極，提供運(yùn)算放大器工作所需的偏壓。專利文獻(xiàn)1中記載了這種運(yùn)算放大器。

隨著供給至該運(yùn)算放大器的電源電壓VDDH下降，由運(yùn)算放大器能夠處理的信號(hào)電平(例如，差動(dòng)輸入電壓VINN、VINP的電平)下降。當(dāng)信號(hào)電平下降時(shí)，會(huì)引起模擬電路的主要特性、即SNR(Signal?To?Noise?Ratio：信噪比)的下降。為了即使信號(hào)電平下降時(shí)也使運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)高性能化，需要降低運(yùn)算放大器自身的噪聲水平。

圖9是表示MOS晶體管的噪聲特性的圖。MOS晶體管的噪聲是分布于低頻的閃爍噪聲、和分布在整個(gè)寬頻帶的熱噪聲。該閃爍噪聲和熱噪聲大致決定了由MOS晶體管構(gòu)成的電路整體的噪聲，通過降低這些噪聲，能夠提高SNR。

首先，說明MOS晶體管的噪聲源之一的閃爍噪聲。

單位帶寬的閃爍噪聲功率Vnf²由以下的式(1)給出。

Vnf²＝K/(Cox×W×L)×(1/f)…(1)

在此，K是依賴于制造工序的常數(shù)，Cox是每單位面積的柵極氧化膜電容，W是MOS晶體管的柵極寬度，L是MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度，f是MOS晶體管的頻率(工作頻率)。

閃爍噪聲具有在低頻處噪聲變大、隨著頻率變高其噪聲變小的特征。特別地，在處理聲音信號(hào)、聲響信號(hào)的頻帶中多數(shù)情況下閃爍噪聲成為主要噪聲，需要降低噪聲水平。此外，由于閃爍噪聲與MOS晶體管的柵極寬度及柵極長(zhǎng)度成反比，因此通過增加?xùn)艠O面積可降低噪聲。

接下來，說明作為MOS晶體管的噪聲源之一的熱噪聲。作為輸入換算噪聲，由以下的式(2)給出施加于柵極的輸入信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)(大部分是該形式)的單位帶寬的熱噪聲Vnin²。

Vnin²＝(8×k×T)/(3×gm)…(2)

在此，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，gm為MOS晶體管的變壓器電導(dǎo)。此外，由以下的式(3)給出MOS晶體管的變壓器電導(dǎo)gm。