專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有用于實(shí)現(xiàn)直流電壓轉(zhuǎn)換器的集成電路的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有用于實(shí)現(xiàn)一直流電壓轉(zhuǎn)換器的集成電路的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明應(yīng)用于帶有集成電路的半導(dǎo)體器件的制造工業(yè)，這種器件用于移動(dòng)和無(wú)繩電話(huà)，并且，更一般地，用于便攜式裝置。
一般地，對(duì)于便攜式裝置來(lái)說(shuō)，是由電池以正的直流電壓的方式提供電力。這種便攜式裝置可以包括有電話(huà)發(fā)送功能(發(fā)送/接收)和許多其它的功能。若干這些功能由于采用集成電路而得以確保，而這種集成電路一方面很經(jīng)常地需要由電池的直流電壓提供正的直流偏壓，另一方面又很經(jīng)常地需要通過(guò)產(chǎn)生負(fù)偏壓而得到保證。
各種直流電壓的一種發(fā)生器已從專(zhuān)利申請(qǐng)EP 0 176 823獲知。此文件描述了一種用于交流電壓的二極管整流電路，該交流電壓由變壓器的次極繞組產(chǎn)生，而其初級(jí)繞組連接至標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)。
為了提供符號(hào)相反、數(shù)值不等的兩個(gè)直流電壓，該電路既可包括來(lái)自變壓器的兩個(gè)次極繞組的兩個(gè)交流電壓以及由四個(gè)二極管和兩個(gè)電容器加上耦合電容器組成的單個(gè)整流器，又可包括來(lái)自變壓器的一個(gè)次極繞組的一個(gè)交流電壓以及以串聯(lián)方式或并聯(lián)方式配置的兩個(gè)整流器電路，其中，除了附加的電容器之外，需要八個(gè)二極管和四個(gè)電容器。
此器件是不能完全集成的；它需要連接至交流電網(wǎng)，并要采用笨重的變壓器，而且如果變壓器的尺寸減小的話(huà)，該電路本身包括的元件數(shù)量將會(huì)增加。
本發(fā)明的目的是提供一種帶有適用于根據(jù)由標(biāo)準(zhǔn)鈕扣電池或標(biāo)準(zhǔn)電池正的直流電力而產(chǎn)生的負(fù)的直流電壓的完全集成了的電路的半導(dǎo)體器件。
此目的通過(guò)權(quán)利要求1所要求保護(hù)的一種器件而達(dá)到。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，它按微波集成電路技術(shù)可以完全集成化，這種技術(shù)廣泛使用于MMIC型(Monolithic Microwave IntegratedCircuit，單片微波集成電路)的便攜及無(wú)繩電話(huà)和其它便攜式裝置。到目前為止，尚未見(jiàn)到集成半導(dǎo)體器件外加有現(xiàn)有的直流電壓轉(zhuǎn)換器。各種供MMIC電路使用的直流電壓產(chǎn)生于MMIC外部。
此器件的另一優(yōu)點(diǎn)是，它不僅可集成于MMIC的基片上，還可根據(jù)MMIC本身的正偏壓而產(chǎn)生一個(gè)負(fù)直流電壓。結(jié)果是，只需由帶有這些MMIC的便攜式裝置的標(biāo)準(zhǔn)鈕扣電池或標(biāo)準(zhǔn)電池在向MMIC提供電力的同時(shí)向此器件提供電力即可。
本發(fā)明可以一般的方式應(yīng)用于具有需要提供負(fù)電壓和正電壓兩者的級(jí)的任何集成電路。
參照下述實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面可通過(guò)非限制性的例子得以闡述并變得清晰。
附圖中，

圖1表示直流電壓轉(zhuǎn)換器電路的電路圖。
直流電壓轉(zhuǎn)換器電路包括一集成電路構(gòu)成的裝置，用于將標(biāo)準(zhǔn)鈕扣電池或標(biāo)準(zhǔn)電池在端VDD產(chǎn)生的正直流電壓轉(zhuǎn)換成端OUTP的負(fù)直流電壓。正直流電壓用于對(duì)最好是與直流電壓轉(zhuǎn)換器電路處于同一基片上的集成電路構(gòu)成正偏壓。產(chǎn)生于端OUTP的負(fù)直流電壓用于對(duì)此集成電路構(gòu)成負(fù)偏壓。實(shí)際上，當(dāng)集成電路由場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成時(shí)，晶體管的漏極偏壓通常需要正直流電壓，而柵極偏壓通常需要負(fù)直流電壓。
此直流電壓轉(zhuǎn)換器電路由線(xiàn)性元件、電容器、二極管和場(chǎng)效應(yīng)管組成；利用微波電路技術(shù)，所有這些元件可兼容并集成于單一的基片上。目前，這類(lèi)電路以MMIC表示，最好設(shè)置在砷化鎵的半絕緣基片上，包括若干化學(xué)元素表第III-V族的材料的層，其中設(shè)置電路元件的步驟包括例如照相平版印刷工藝。這些MMIC工作于微波頻率范圍，可用于如上所述的通信方面。這些電路是極為緊湊的，對(duì)置入便攜式發(fā)送器件是很有利的。
圖1所示的直流電壓轉(zhuǎn)換器電路首先包括數(shù)值相等的兩個(gè)自感器L1和L2，它們的一端連接至正直流電源端VDD，而其另一端分別連接至標(biāo)以D1和D2的節(jié)點(diǎn)。
圖1的電路還包括標(biāo)以T1和T2的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。晶體管T1的漏極D1構(gòu)成節(jié)點(diǎn)D1，用于連接自感器L1。晶體管T2的漏極D2構(gòu)成節(jié)點(diǎn)D2，用于連接自感器L2。晶體管T1和T2的各源極S1和S2互相連接并接地。
晶體管T1的柵極G1經(jīng)電容器C2連接至晶體管T2的漏極D2。晶體管T2的柵極G2經(jīng)電容器C1連接至晶體管T1的漏極D1。電容器C1和C2除了作為隔直流電容之外沒(méi)有其它的功能。
標(biāo)以O(shè)UTP的電路輸出端一方面經(jīng)一隔直流電容C3接地，另一方面分別經(jīng)標(biāo)以Δ3和Δ4的二極管連接至各柵極G1和G2。
上述電路構(gòu)成了兩個(gè)振蕩器和一個(gè)整流器。各具有振蕩器或整流器功能的電路元件采用本征元件、場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和T2的本征電容器或二極管，因此電路不能分成具有純振蕩器功能的電路部分和具有純整流器功能的電路部分。這兩部分是互相依賴(lài)的。
應(yīng)可看到，具有振蕩器功能的電路部分的任務(wù)不是產(chǎn)生具有按具體目的而預(yù)定的頻率的交流信號(hào)。對(duì)于此電路來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生一高頻交流信號(hào)已足夠。
具有振蕩器功能的電路部分包括相關(guān)的自感器L1和L2以及標(biāo)以CGS1、CGS2的各晶體管T1和T2的本征柵-源電容。自感器L1和L2數(shù)值的選擇與本征電容CGS2、CGS1的數(shù)值有關(guān)，而它們又取決于所選的各晶體管T2和T1。由于這些本征電容CGS1、CGS2很小，所得到的交流信號(hào)的頻率就很高。如上所述，耦合電容器C1和C2對(duì)振蕩頻率無(wú)影響。
為實(shí)現(xiàn)具有振蕩器功能的電路部分，其得益于場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和T2的本征特性。
與自感器L1和L2相關(guān)的晶體管T1和T2構(gòu)成了兩個(gè)放大器，它們這樣交替地連接，即第一個(gè)晶體管T1的輸入端G1連接至第二個(gè)晶體管T2的輸出端D2，而第二個(gè)晶體管T2的輸入端G2連接至第一個(gè)晶體管T1的輸出端D1。
在此情況下，放大了的電路噪聲所產(chǎn)生的不穩(wěn)定性足以使電路執(zhí)行振蕩器的功能。此部分電路產(chǎn)生的交流電壓疊加在直流電壓VDD上。
直流電壓轉(zhuǎn)換器電路還包括具有整流器功能的電路部分。為了執(zhí)行整流器功能，與晶體管T1的本征二極管相關(guān)的二極管Δ3對(duì)交流信號(hào)的第一交變部分進(jìn)行整流，與晶體管T2的本征二極管相關(guān)的二極管Δ4對(duì)交流信號(hào)的第二交變部分進(jìn)行整流。的確，在此電路中，交流信號(hào)的正的交變部分在一個(gè)瞬間出現(xiàn)在Δ3、T1支路，而在半周之后，另一正的交變部分出現(xiàn)在Δ4、T2支路。
因而，由于此振蕩器為一不同模式的振蕩器，所出現(xiàn)的第一正的交變部分由位于圖1所示電路的左支路的二極管Δ3和晶體管T1進(jìn)行整流，半周之后，所出現(xiàn)的第二正的交變部分由位于圖1所示電路的右支路的二極管Δ4和晶體管T2進(jìn)行整流。支路Δ3、T1和支路Δ4、T2輪流工作。
于是，此電路構(gòu)成兩個(gè)半波整流器的組合，它們具有并聯(lián)相接的輸出，可用于相位相反的輸入信號(hào)。
相對(duì)于在端VDD的具有標(biāo)以VDD的值的直流信號(hào)，此電路可于端OUTP得到一具有標(biāo)以VOUTP的值的負(fù)直流電壓，因此，VOUTP≈-2VDD通常，VDD的數(shù)量級(jí)為VDD＝3V，即標(biāo)準(zhǔn)電池電壓，結(jié)果為VOUTP＝-6V此信號(hào)VOUTP最好用于對(duì)用在MMIC中的場(chǎng)效應(yīng)管的柵極進(jìn)行偏置，這種MMIC包含在半導(dǎo)體器件之中并用于便攜式裝置。
如果希望很小的功率消耗，也可采用較低功率的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)此電路，所產(chǎn)生的幅度會(huì)較小，因此，對(duì)于VDD＝3V結(jié)果VOUTP＝-3V。
這樣，作為晶體管功率的函數(shù)(該晶體管具有連接有漏極自感器L1和L2的本征元件)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地得到作為VDD函數(shù)的一個(gè)預(yù)定的VOUTP值。
包括在半導(dǎo)體器件中的這種直流轉(zhuǎn)換器電路最好用于由鈕扣電池或普通電池提供電力的便攜式裝置中。
包括在半導(dǎo)體器件中的這種直流轉(zhuǎn)換器電路最好用于例如由鈕扣電池或普通電池提供電力的便攜式裝置中，比如移動(dòng)電話(huà)中。
包括在半導(dǎo)體器件中的這種直流轉(zhuǎn)換器電路最好用于例如由鈕扣電池或普通電池提供電力的便攜式裝置中，比如無(wú)繩電話(huà)中。
包括在半導(dǎo)體器件中的這種直流轉(zhuǎn)換器電路最好用于例如由鈕扣電池或普通電池提供電力的便攜式裝置中，比如帶處理器的計(jì)算器中，以執(zhí)行個(gè)人計(jì)算機(jī)功能，如通信數(shù)據(jù)傳輸功能。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括具有第一直流偏壓的集成電路，用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)直流電壓轉(zhuǎn)換器，此集成電路包括具有根據(jù)所述第一直流偏壓產(chǎn)生一交流信號(hào)的振蕩器功能的電路元件和具有產(chǎn)生基于經(jīng)整流的交流信號(hào)的、與所述第一偏壓符號(hào)相反的第二直流偏壓的整流器功能的電路元件，這些具有振蕩器和整流器功能的電路元件是互相依賴(lài)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其特征在于，所述集成電路包括，為執(zhí)行振蕩器功能的以不同方式設(shè)置的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大器級(jí)，其源級(jí)是共同接地的，用于產(chǎn)生一交流信號(hào)；還包括，為執(zhí)行整流器功能的以并聯(lián)方式設(shè)置的兩個(gè)半波整流器級(jí)，各自對(duì)相位相反的交流信號(hào)的交變部分進(jìn)行整流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其特征在于，所述放大器級(jí)各包括一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其漏極經(jīng)一取決于相應(yīng)晶體管的柵源電容的自感器而饋入所述第一直流偏壓，各晶體管還使其輸出端連接至另一晶體管的輸入端，用于產(chǎn)生一個(gè)疊加在所述第一偏壓上的交流信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其特征在于，所述半波整流器級(jí)各包括一個(gè)設(shè)置在地和放大器晶體管之一的輸入端之間的二極管，該二極管與所述晶體管的本征二極管相關(guān)聯(lián)，用于輪流對(duì)放大器級(jí)產(chǎn)生的交流信號(hào)的交變部分的各半周進(jìn)行整流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述集成電路包括至少一個(gè)可單片地集成于一基片上的微波型電路元件(MMIC)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的器件，其特征在于，所述基片是第III-V族的半絕緣材料和/或電路元件以設(shè)置在此基片上的第III-V族材料疊層的方式而集成。
7.一種由鈕扣電池或電池提供電力的便攜式裝置，帶有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至4的其中之一的或者根據(jù)權(quán)利要求5或6的其中之一的半導(dǎo)體器件。
8.一種由鈕扣電池或電池提供電力的例如移動(dòng)電話(huà)的便攜式裝置，帶有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的或者根據(jù)權(quán)利要求5或6之一的半導(dǎo)體器件。
9.一種由鈕扣電池或電池提供電力的例如無(wú)繩電話(huà)的便攜式裝置，帶有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的或者根據(jù)權(quán)利要求5或6之一的半導(dǎo)體器件。
10.一種由鈕扣電池或電池提供電力的例如帶有處理器以進(jìn)行通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫€(gè)人計(jì)算機(jī)功能的計(jì)算器的便攜式裝置，帶有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的或者根據(jù)權(quán)利要求5或6之一的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件,包括具有第一直流偏壓(V
文檔編號(hào)G05F1/00GK1250973SQ9912136
公開(kāi)日2000年4月19日 申請(qǐng)日期1999年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者M·I·魯?shù)吕? P·讓 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司