[發(fā)明專利]包括輸入信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)的放大電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310153733.4
• 申請(qǐng)日: 2013-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN103384143A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: I·穆徹;P·提克維奇;M·馬特加
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 亞德諾半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號(hào): H03F1/32
• 分類號(hào): H03F1/32;H03F1/22;H01L27/02;H01L27/06
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 金曉

本發(fā)明涉及包括半導(dǎo)體襯底的用于換能器信號(hào)的集成放大電路。半導(dǎo)體襯底包括信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)，該信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)包括耦合在前置放大器的輸入和集成放大電路的第一預(yù)定電位之間的第一和第二平行支路。第一支路包括被耦合為通過限制網(wǎng)絡(luò)沿第一方向傳導(dǎo)電流的多個(gè)級(jí)聯(lián)的半導(dǎo)體二極管，以及第二支路包括被耦合通過限制網(wǎng)絡(luò)沿第二方向傳導(dǎo)電流的多個(gè)級(jí)聯(lián)的半導(dǎo)體二極管。電流阻擋件被配置為中斷在第一支路或者第二支路的半導(dǎo)體二極管的陽極或者陰極和半導(dǎo)體襯底之間的寄生電流路徑。

背景技術(shù)

具有大信號(hào)幅值的換能器信號(hào)的可接受處理對(duì)集成放大電路（尤其是處理來自電容性駐極體或者電容換能器元件的信號(hào)的放大電路）的輸入提出了重大挑戰(zhàn)。微型ECM可以包括這種微型電容性駐極體或者電容換能器元件用于在如移動(dòng)端子、助聽器、頭戴式耳機(jī)、錄音攝影機(jī)等的便攜式設(shè)備中執(zhí)行聲音獲取或者記錄。

由換能器提供的大信號(hào)幅值必須由前置放大器的輸入級(jí)以基本線性的方式處理至期望的最大幅值。在期望的最大幅值之上，換能器信號(hào)必須被限制以避免對(duì)耦合至集成放大電路的輸入的前置放大器和/或其它有源或無源電路組件的輸入設(shè)備造成不可逆的損傷。限制輸入信號(hào)最大幅值的已知方法是將包括一對(duì)反向并聯(lián)二極管的輸入信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)放置在前置放大器的輸入和接地之間，或者設(shè)置電源電壓和接地之間的任何其它合適的電位，以便超過大約+/-一個(gè)二極管壓降（通常為+/-0.5-0.6V）的輸入信號(hào)幅值被限制至后者的峰值電平。然而，該最大幅值電平遠(yuǎn)低于由當(dāng)代微型ECM和其它類型的電容性麥克風(fēng)傳遞的最大未失真幅值電平。當(dāng)用于電容性麥克風(fēng)（例如微型ECM）的麥克風(fēng)前置放大器時(shí)，輸入信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)的較低的最大幅值處理能力導(dǎo)致過早失真和音頻信號(hào)限幅。過早失真和音頻信號(hào)限幅意味著電容性麥克風(fēng)的動(dòng)態(tài)范圍的上部分（例如，高于110、120或者130dB?SPL等的聲壓級(jí)，該聲壓級(jí)取決于麥克風(fēng)靈敏度）變得毫無用處。

因此，人們非常需要提供能夠在大約+/-0.5-0.6V的上述峰-峰電平之上處理好最大幅值的輸入信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)。輸入信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地在現(xiàn)有集成半導(dǎo)體工藝（例如亞微米CMOS）中可實(shí)現(xiàn)并且占據(jù)小的半導(dǎo)體管芯面積以保持低成本。

在前置放大器的輸入處增加最大輸入信號(hào)能力的一個(gè)可能的方法是將多于一個(gè)二極管或者其它非線性組件串聯(lián)放置在輸入信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)支路中。然而，由于在阱中制造的任何擴(kuò)散二極管受到耦合在阱和半導(dǎo)體襯底之間的寄生二極管的不良影響，因此這在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝中是不可行的。由于半導(dǎo)體襯底耦合至接地，因此當(dāng)被正向偏置時(shí)，寄生二極管創(chuàng)建從陽極或者陰極至接地的寄生電流路徑，并且破壞了對(duì)于大輸入信號(hào)幅值（例如，高于前述大約+/-0.5-0.6V的峰-峰電平）的輸入信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體二極管的預(yù)期操作。根據(jù)本發(fā)明，這一問題得到了規(guī)避，在本發(fā)明中電流阻擋件被配置為中斷從半導(dǎo)體二極管的陽極或者陰極至半導(dǎo)體襯底的寄生電流路徑。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例基于包括電流阻擋件的二極管拓?fù)浠蛘咴O(shè)計(jì)的提供，所述電流阻擋件創(chuàng)建除了朝向半導(dǎo)體襯底的第一寄生二極管以外的第二寄生二極管。該第二、附加的寄生二極管與第一寄生二極管串聯(lián)耦合并且被安排用于沿第一寄生二極管的相反方向向前傳導(dǎo)，從而阻擋向半導(dǎo)體襯底的寄生電流的任何流動(dòng)或者來自半導(dǎo)體襯底的寄生電流的任何流動(dòng)。與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝相比，該半導(dǎo)體二極管拓?fù)鋬?yōu)選地基于提供額外阱擴(kuò)散的半導(dǎo)體工藝。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例基于二極管拓?fù)浠蛘咴O(shè)計(jì)的提供，所述二極管拓?fù)浠蛘咴O(shè)計(jì)包括第一極性的第一多晶硅件和第二極性的第二多晶硅件，其被設(shè)置為在厚氧化層的與半導(dǎo)體襯底相反的頂部上電接觸。厚氧化層起電流阻擋件的作用，以使得二極管拓?fù)涞年帢O端子和陽極端子與半導(dǎo)體襯底絕緣，并且相應(yīng)地阻止到接地的任何寄生二極管電流路徑的創(chuàng)建。

現(xiàn)有技術(shù)

US2011/0026739A1描述了雙路徑麥克風(fēng)前置放大器結(jié)構(gòu)，其包括耦合至放大電路的輸入端的信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)。該信號(hào)限制網(wǎng)絡(luò)包括一對(duì)支路，其中每個(gè)支路包括沿正向傳導(dǎo)的相同方向耦合的2至5個(gè)級(jí)聯(lián)二極管。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一方面涉及包括半導(dǎo)體襯底的用于換能器信號(hào)的集成放大電路。半導(dǎo)體襯底包括第一極性的半導(dǎo)體材料并且所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)一步包括：

-前置放大器，包括用于接收所述換能器信號(hào)的輸入，