(57)【要約】      （修正有）【課題】ほぼ同一の電気的特性を有する複数の増幅器から成る集積増幅器回路を提供する。【解決手段】少なくとも２つの増幅器部分領域から成る増幅器を有し、該増幅器部分領域は対称性原点を中心として配置されており、各増幅器部分領域はトランジスタ領域として配置された複数のトランジスタを有する、集積増幅器回路において、異なる増幅器部分領域のトランジスタが同じトランジスタ領域内に配置されている。【効果】各増幅器部分領域の付加的な空間的分離が達成され、特性勾配が平均される。したがって増幅器部分領域ひいては増幅器の全体での均一な特性が得られる。【選択図】図２
2008278500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの増幅器部分領域（３２，３４）から成る増幅器（１０）を有し、該増幅器部分領域は対称性原点（５８）を中心として配置されており、各増幅器部分領域はトランジスタ領域として配置された複数のトランジスタ（４４）を有する、
集積増幅器回路において、
異なる増幅器部分領域のトランジスタが同じトランジスタ領域内に配置されている
ことを特徴とする集積増幅器回路。
【請求項２】
各トランジスタ領域は対称軸線を有する、請求項１記載の集積増幅器回路。
【請求項３】
トランジスタの少なくとも一部は対称軸線に沿って鏡像対称に配置されている、請求項１または２記載の集積増幅器回路。
【請求項４】
前記対称軸線は鏡像対称軸線（６０，６２，６８，７０）として構成されている、請求項２または３記載の集積増幅器回路。
【請求項５】
全てのトランジスタがトランジスタ領域内で鏡像対称軸線（６０，６２，６８，７０）に沿って鏡像対称に配置されている、請求項４記載の集積増幅器回路。
【請求項６】
トランジスタ領域に対する鏡像対称軸線（６４，６６，６８，７０）は増幅器の対称性原点を通って延在している、請求項３または４記載の集積増幅器回路。
【請求項７】
増幅器は差動増幅器として接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の集積増幅器回路。
【請求項８】
トランジスタ領域のあいだに空間領域が形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の集積増幅器回路。
【請求項９】
トランジスタ領域のトランジスタ（４４）は４点対称に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の集積増幅器回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に点対称に配置された少なくとも２つの増幅器部分領域から成る少なくとも２つの増幅器を有する集積増幅器回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の集積増幅器回路はそれぞれ２つの増幅器部分領域へ分割された２つの増幅器を有しており、ここで各増幅器は電気的に結合されてはいるが空間的には分離された２つのトランジスタを有する。
【０００３】
公知の増幅器回路は半導体モジュールとして実現される。このために、基板、例えば半導体結晶の上に、幾何学的にパターニングされた複数の層から成る層構造体が実現される。複数の層は種々の電気的特性および種々のジオメトリを有する。これにより増幅器の電気モジュールが形成される。
【０００４】
基板を形成し、続いて個々の層を被着およびパターニングする際に、半導体モジュールの個々の層の電気的特性に関して、プロセスに起因する不均一性が生じる。こうした不均一性は均等な増幅器の実現にとって負の影響を有する。このため、増幅器を２つの増幅器部分領域へ分割し、これらを空間的に分離することが知られている。空間的な分離により、基板および層構造体の表面にわたって線形に変化する特性の勾配が少なくとも部分的に補償される。
【０００５】
２つの増幅器部分領域へ分割された２つの増幅器から成る公知の装置は共心装置（common centroid system）と称される。２つの増幅器の各増幅器部分領域は共通の対称性原点に関して点対称に配置され、それぞれ正方形の面を占める。こうした装置は米国出願第２００５／００２６３２２号明細書から公知である。
【０００６】
しかし、集積増幅器回路の適用分野のうち、増幅器の特性について特に小さな偏差しか許されない分野では、公知の装置は半導体モジュールの不均一性を補償するのに充分でない。
【特許文献１】米国出願第２００５／００２６３２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、ほぼ同一の電気的特性を有する複数の増幅器から成る集積増幅器回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、少なくとも２つの増幅器部分領域から成る増幅器を有し、該増幅器部分領域は対称性原点を中心として配置されており、各増幅器部分領域はトランジスタ領域として配置された複数のトランジスタを有する、集積増幅器回路において、異なる増幅器部分領域のトランジスタが同じトランジスタ領域内に配置されている構成により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項の対象となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
さらに、集積増幅器回路では、各増幅器部分領域が少なくとも２つのトランジスタを有する。対応するトランジスタどうしは直接に隣接して配置されてもよいし、相互に所定の距離を置いて配置されてもよい。これにより各増幅器部分領域の付加的な空間的分離が達成され、特性勾配が平均される。したがって増幅器部分領域ひいては増幅器の全体での均一な特性が得られる。つまり、各トランジスタは、製造技術に起因する特性勾配の少なくとも大部分が補償されるように、増幅器部分領域に配置される。
【００１０】
本発明の有利な実施形態によれば、各トランジスタ領域は対称軸線を有しており、異なる増幅器部分領域のトランジスタが１つのトランジスタ領域の内部で対称軸線に沿って配置されている。
【００１１】
本発明の別の有利な実施形態によれば、隣接する増幅器の増幅器部分領域どうしは相互に鏡像対称に配置されている。各増幅器部分領域はそれぞれの増幅器部分領域の電子回路素子によって定められる周囲線すなわち外輪郭を有する。第１の増幅器部分領域の外輪郭は隣接する第２の増幅器部分領域の外輪郭に相応し、当該の第２の増幅器部分領域の外輪郭はさらに別の増幅器部分領域の外輪郭に相応する。隣接する増幅器部分領域の外輪郭は、鏡像対称軸線に関する鏡像対称の操作により相互に合同である。このようにすれば、特性勾配が半導体モジュール上にほぼ線形に延在すると仮定される場合、個々の増幅器部分領域の特性を平均できるので都合が良い。
【００１２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、隣接する増幅器のトランジスタどうしは相互に鏡像対称に配置されている。それぞれの増幅器部分領域のトランジスタは、複数のトランジスタに同じ入力信号が印加されるように接続されている。したがって各トランジスタには各増幅器の機能に基づいて所定の位置が割り当てられる。つまり、本発明によれば、異なる増幅器の増幅器部分領域が隣接している場合に、同じ機能を有するトランジスタが幾何学的な鏡像対称の位置に配置されるように定められている。これにより増幅器に対して半導体モジュールの特性のさらなる均一化が達成される。有利には、増幅器部分領域のトランジスタに対する鏡像対称軸線は増幅器の対称性原点を通って延在する。
【００１３】
本発明の別の有利な実施形態によれば、増幅器部分領域内の各トランジスタは相互に鏡像対称に配置されている。１つの増幅器部分領域内の各トランジスタは増幅器のそれぞれの入力端子に対応しており、相互に異なる入力信号を受け取る。入力信号をできるかぎり均一に処理するために、同じ入力端子に対応するトランジスタは相互に鏡像対称に配置されている。ここで、トランジスタの鏡像対称の配置とは、トランジスタ相互の鏡像対称の操作において写像される第１のケースと自身の鏡像対称の操作において写像される第２のケースとの双方を含む。トランジスタ自身の対称操作による写像は１つまたは複数のトランジスタを通って延在する鏡像対称軸線に関して行われる。有利には、トランジスタの鏡像対称軸線は増幅器部分領域の対称性原点を通って延在する。
【００１４】
本発明の別の有利な実施形態によれば、増幅器は差動増幅器として接続されている。差動増幅器とは印加される２つの電圧のあいだの差を増幅する増幅器である。本発明の増幅器回路では複数のトランジスタがトランジスタ群として対称に配置され、各増幅器の増幅度係数が補償される。ここで増幅度係数は０．５％より小さく、有利には０．２５％より小さく、特に有利には０．１％より小さい。
【００１５】
本発明の別の有利な実施形態によれば、増幅器部分領域のあいだに空間領域が形成されている。当該の空間領域により、隣接する増幅器部分領域間の望ましくない電気的結合が低減される。公知の増幅器では、できるかぎり均一な特性を得るために、増幅器部分領域を相互にできるだけ密に配置することが目指されてきた。これに対して、本発明の増幅器回路では、増幅器部分領域は所定の距離をおいて、すなわち空間領域によって分離されて配置される。なぜなら、トランジスタおよび増幅器部分領域の双方が対称に配置されることにより、半導体モジュールにおける特性勾配の均一化が達成されるからである。
【００１６】
本発明の別の有利な実施形態によれば、増幅器部分領域、特に増幅器部分領域のトランジスタは４点対称（eine vierzaehligen Punktsymmetrie）に配置されている。これにより特に、各増幅器部分領域に分割され相互に結合された２つの増幅器を有する差動増幅器の有利な配置が実現される。"４点対称"とは、対称性原点を中心として、各増幅器部分領域が旋回角９０°の旋回運動によって別の増幅器部分領域へ適切に写像されることを意味する。
【００１７】
本発明の有利な実施形態によれば、トランジスタは電気的にまとめられてトランジスタ群となっており、少なくとも２つのトランジスタ群は共通の中心点を有する。ここで、電気的に共通の入力端子に結合されているトランジスタが１つのトランジスタ群として定義される。１つのトランジスタ群の各トランジスタは、有利には、複数の増幅器部分領域にわたって見れば点対称に配置され、１つの増幅器部分領域の内部で見れば鏡像対称に配置されている。個々のトランジスタは有利には同一の面積を占めるので、トランジスタ群の全てのトランジスタの中心点または重心を求めることができる。本発明の実施形態では、同じ増幅器または異なる増幅器に属する少なくとも２つのトランジスタ群の中心点が一致する。これにより半導体モジュールの特性勾配が均一化されるので特に有利である。
【実施例】
【００１８】
本発明のさらなる特徴および利点を図示の実施例に則して詳細に説明する。
【００１９】
図１の増幅器１０は詳細には図示されていない半導体モジュール上に実現されており、４つの入力端子１２，１４，１６，１８と２つの出力端子２０，２２とを有する。相互に隣接する２つずつの入力端子から成る端子対１２，１４；１６，１８には、詳細には図示されていない電子回路において増幅器１０が使用される際に入力電圧Ｕｅ１；Ｕｅ２が印加される。増幅器１０は詳細には図示されていない端子を介して給電電圧に接続されており、入力電圧Ｕｅ１；Ｕｅ２と対応する増幅器部分領域によって定められる増幅度係数Ｇ１；Ｇ２との積に相当する電圧を出力電圧Ｕａとして出力する。ここで、増幅度係数Ｇ１；Ｇ２は図１では詳細には図示されていない各増幅器部分領域の電気特性によって定められる。
【００２０】
図２には図１の増幅器１０が詳細に示されている。増幅器１０は鏡像対称に形成された２つの増幅器部分領域３２，３４に分割されており、トランジスタのシンボルによって表されている並列に接続された２つのトランジスタ群３６，３８；４０，４２を有する。各トランジスタ群３６，３８，４０，４２は、図３に詳細に示されているように、それぞれ８つのトランジスタから成り、接続点４６を介して給電端子２４，２６へ接続されている。また、各トランジスタ群３６，３８，４０，４２は入力端子１２，１４，１６，１８に接続されており、出力端子２０，２２はそれぞれ前置抵抗２８，３０に接続されている。入力端子１２，１４，１６，１８に印加される電位は対応するトランジスタ群３６，３８，４０，４２に対する制御電圧として用いられる。
【００２１】
種々の入力電圧Ｕｅ１，Ｕｅ２が入力端子１２，１４，１６，１８に印加されると、ＮＭＯＳ電界効果トランジスタとして構成されたトランジスタに対して、印加された入力電圧の電位に基づく電流が発生する。当該の電流はそれぞれ前置抵抗２８，３０を介して流れる。入力電圧Ｕｅ１，Ｕｅ２間の電圧差は２つの前置抵抗２８，３０間の電位差に相当する。当該の電位差は出力端子２０，２２を介してさらなる処理のために取り出される。
【００２２】
図３に詳細に示されているように、各トランジスタ群３６，３８，４０，４２は並列接続された８つのトランジスタから成る装置として構成されている。各トランジスタは図４に示されているように分割されて配置され、これにより詳細には図示されていない半導体モジュールの特性勾配が補償される。図４では各トランジスタが数字の組として示されており、第１の数字すなわち１の位の数はトランジスタ群３６，３８，４０，４２の番号を表し、第２の数字すなわち小数点以下の位の数はそれぞれのトランジスタ群の内部でのトランジスタの番号を表している。
【００２３】
図４には２つの増幅器を有する増幅器回路５０が示されており、各増幅器は１つ当たり８つのトランジスタから成る４つのトランジスタ群を有するので、増幅器回路の全体では６４個のトランジスタが存在している。トランジスタ１．１〜１．８から成る第１のトランジスタ群についての実験に基づいて、増幅器回路の均一な特性に関連する対称性の条件について考察する。
【００２４】
第１のトランジスタ群のトランジスタは、対称性原点５８を通り座標平面に対して垂直に延在する回転軸線を中心としてトランジスタ１．１〜１．４を１回転させることにより対応するトランジスタ１．５〜１．８が写像されるように配置されている。これは、トランジスタ１．１を１８０°回転させるとトランジスタ１．５が得られることを意味する。また、同じトランジスタ群に属する内部のそれぞれのトランジスタは、対称性原点５８を通る各象限の対角線としての鏡像対称軸線６０，６２に関する鏡像対称の操作によって写像されて配置されている。多くのトランジスタがこうした対称操作により写像され、このことは鏡像対称軸線６０に関してトランジスタ４．１を写像するケースについても同様である。
【００２５】
各トランジスタ群のトランジスタ４４は複数の対称条件を満足するように配置されており、これにより矢印５２，５４，５６で表されている特性勾配をほぼ完全に補償できることが保証される。当該の特性勾配は半導体モジュールの製造プロセスに起因して、例えば製造過程において基板材料の表面の蒸着が不均一であるときに発生する。特性勾配は例えば導電性に影響し、この場合導電性は矢印５２の方向で線形に増大する。したがって実験ではトランジスタ８．４がトランジスタ８．８と異なる導電特性を有することが示された。しかし、これら２つのトランジスタは同じトランジスタ群に属し、同じ入力信号を受け取るので、電気的特性の平均化ひいては特性勾配の補償が所望のように行われる。
【００２６】
トランジスタ領域のトランジスタはそれぞれ正方形の輪郭を有し、一定のタイルのようなパターンで配置されているので、各トランジスタは半導体モジュールにおいても同様に正方形の面を占める。隣接するトランジスタ領域どうしは鏡像対称の操作によって写像することができる。ここでは複数のトランジスタ領域にわたって見たときの輪郭の重なりも１つのトランジスタ領域内の各トランジスタの適切な写像も保証される。つまり、鏡像対称軸線６４，６６に関して対称操作が行われると、トランジスタ１．１〜４．４を有するトランジスタ領域は、トランジスタ５．１〜８．４を有する隣接のトランジスタ領域、または、トランジスタ５．５〜８．８を有するトランジスタ領域へ写像されるのである。
【００２７】
増幅器回路５０のトランジスタ群の全てのトランジスタ４４は対称性原点５８に一致する共通の重心を有している。実験によりトランジスタ１．１〜１．８を有する第１のトランジスタ群についてこのことを確認した。当該の対称条件は他のトランジスタ群に対しても相当し、トランジスタ群の全ての重心は対称性原点５８に一致するので、半導体モジュール全体にわたって特に良好な特性勾配の補償が行われる。
【００２８】
トランジスタ４４を４つのトランジスタ領域に配置することにより、各トランジスタ領域の内部で少なくとも１つのさらなる対称条件が満足される。前述したように、第１の数字１，２は当該の数字を有するトランジスタがトランジスタ群３６，３８に属していることを表している。したがってこれらのトランジスタは増幅器部分領域３２に属する。相応に第１の数字３，４を有するトランジスタは増幅器部分領域３４のトランジスタ群４０，４２に属している。このように４つのトランジスタ領域はそれぞれ２つの増幅器部分領域３２，３４のトランジスタ４４を含む。例えば鏡像対称軸線６０を有するトランジスタ領域はトランジスタ４．４，２．４を含む。
【００２９】
さらに、それぞれのトランジスタ領域内ではトランジスタは対称軸線に沿って、有利には鏡像対称軸線６０，６２，６８，７０に沿って配置されている。例えば鏡像対称軸線６０に沿って、トランジスタ４．４，４．３，４．２，３．３，２．４，３．４，１．４，１．３，１．２，１．１，２．１，２．２，２．３，３．２，３．１，４．１が配置されている。ここから、同じ第１の数字を有するトランジスタ（例えばトランジスタ３．４とトランジスタ３．３）が鏡像対称軸線６０に関して鏡像の位置に来ることがわかる。また、基本的には、同じ第１の数字を有するトランジスタは、これらのトランジスタが直接に鏡像対称軸線６０，６２，６８，７０上に配置されないかぎり、各鏡像対称軸線６０，６２，６８，７０に対して垂直な軸線に沿って配置される。
【００３０】
さらに、それぞれ対角的に延在する鏡像対称軸線６０，６２，６８，７０のいずれかを含む４つのトランジスタ領域のトランジスタの配列は正方形になっている。各トランジスタ領域のあいだと各トランジスタ領域の外側とに図４で数字"０"によって表される空間領域が設けられている。ここでトランジスタ領域間の空間領域は鏡像対称軸線６４，６６に関して鏡像対称に配置されている。これらの鏡像対称軸線は対称性原点５８を通って延在している。これによりそれぞれ２つずつのトランジスタ領域が鏡像対称軸線６４または６６に関して鏡像対称となっている。
【００３１】
差動増幅器においてこうした高度の対称性を有するようにトランジスタを配置することにより、それぞれのトランジスタ領域の内部で複数の対称条件が満足される。さらに、トランジスタ領域は、図の平面に対して垂直でありかつ対称性原点５８を通る軸線を中心として９０°回転して相互に写像され、また、軸線６４，６６に関して鏡像対称に写像される。本発明の装置によれば製造プロセスに起因するばらつきを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】複数の入力端子を有する増幅器の概略図である。
【図２】図１の増幅器の内部構造の概略図である。
【図３】図２の増幅器部分領域の詳細図である。
【図４】２つの増幅器から成る増幅器回路のトランジスタの配列の概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  増幅器、  １２，１４，１６，１８  入力端子、  ２０，２２  出力端子、  ２４，２６  給電端子、  ２８，３０  前置抵抗、  ３２，３４  増幅器部分領域、  ３６，３８，４０，４２  トランジスタ群、  ４４  トランジスタ、  ４６  接続点、  ５０  増幅器回路、  ５２，５４，５６  特性勾配、  ５８  対称性原点、  ６０，６２，６４，６６，６８，７０  鏡像対称軸線
【図１】
2008278500.tif 000003
【図２】
2008278500.tif 000004
【図３】
2008278500.tif 000005
【図４】
2008278500.tif 000006