專利名稱：輸入緩沖器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體電路，尤其涉及一種輸入緩沖器電路。
背景技術(shù)：
圖I是表示一般的模擬傳聲器I的等效電路圖。通常，模擬傳聲器包括電容(Cm、Cin)、輸入緩沖器3以及放大器5。圖2是表示圖I的輸入緩沖器的電路圖。如圖2所示，輸入緩沖器3包括連接在電源端與接地端之間的晶體管(Ml、M2)以及連接在晶體管M2輸入端的防靜電電路7。模擬傳聲器I的輸入電壓Vin可以由下列公式表不。Vin = Cm/ (Cm+Cin) * Vs此時，Cm表示振動片(diaphragm)的電容，Cin表示輸入電容。通過上述公式可知，為了將輸入電壓Vs順利地傳輸至輸入緩沖器3的輸入端Vin，必須滿足條件(Cm >> Cin)。此時，輸入電容Cin可以由下列公式表不。 Cin = A* Cox此時，A表示構(gòu)成輸入緩沖器3的晶體管(以下稱為“輸入晶體管”)的面積，Cox
表示氧化膜電容。通過上述公式可知，為了減小輸入電容Cin，可以減少A或減小Cox。但是，Cox由半導(dǎo)體工序決定，因此在電路方面應(yīng)減少A。傳聲器I的SNR(信噪比，Signal to Noise Ratio)與輸入晶體管的閃爍(Flicker)噪聲、即與1/F(頻率，F(xiàn)requency)噪聲相關(guān),并與輸入晶體管的面積成反比。輸入晶體管的面積越大，噪聲越??；但是，輸入電容Cin隨之變大,導(dǎo)致輸入損耗。S卩，對于輸入晶體管的面積，輸入電容(Cin)與噪聲之間存在互為折中(Trade-off)的關(guān)系。例如，在微機電系統(tǒng)(Microelectromechanical System MEMS)傳聲器中，振動片電容為IpF左右，輸入端子電容必須為O. IpF(皮法、微微法)或更小，鑒于上述原因，在現(xiàn)有技術(shù)中，在將模擬傳聲器性能最優(yōu)化的方面，不可避免地存在限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例的目的在于提供一種提高了信噪比的輸入緩沖器電路。本發(fā)明的實施例的一個特征在于，包括焊盤；偏置部，被構(gòu)成為生成恒定的偏置電壓；放大部，被構(gòu)成為以所述偏置電壓為輸入，對經(jīng)由所述焊盤輸入的輸入信號進行放大并生成輸出信號；防噪聲反饋環(huán)路，被構(gòu)成為接收所述輸出信號的反饋并調(diào)整所述偏置電壓。本發(fā)明的實施例的另一個特征在于，包括焊盤；源極跟隨器電路，被構(gòu)成為響應(yīng)于經(jīng)由所述焊盤輸入的輸入信號來生成輸出信號；電阻，所述電阻連接在所述源極跟隨器電路的漏極端子與接地端之之間。本發(fā)明的實施例的再一個特征在于，包括焊盤；源極跟隨器電路，被構(gòu)成為響應(yīng)于經(jīng)由所述焊盤輸入的輸入信號來生成輸出信號；第一電阻，所述第一電阻連接在所述源極跟隨器電路的漏極端子與接地端子之間；電容，所述電容與所述第一電阻并聯(lián)連接。本發(fā)明的實施例的又一個特征在于，此時，焊盤包括層疊的第一至第三金屬格子，所述第一金屬格子與所述第三金屬格子具有相同的形狀，所述第二金屬格子具有與所述第一金屬格子的一部分區(qū)域重疊的形狀。本發(fā)明的實施例的又一個特征在于，此時，焊盤還包括層疊在所述第一金屬格子上部的金屬板。本發(fā)明的實施例的又一個特征在于，此時，防噪聲反饋環(huán)路被構(gòu)成為，直接地響應(yīng)于包含在所述輸出信號內(nèi)的與所述放大部的熱噪聲相對應(yīng)的電壓變化、或響應(yīng)于通過對放
大部的熱噪聲進行復(fù)制而產(chǎn)生的電壓變化來調(diào)整所述偏置電壓，從而消除所述熱噪聲。本發(fā)明的實施例可以通過增大晶體管的尺寸并減少輸入電容來將噪聲抑制在最小程度，提高信噪比。


圖I是表不一般的模擬傳聲器I的結(jié)構(gòu)的圖；圖2是圖I的輸入緩沖器3的電路圖；圖3是本發(fā)明的一個實施例的模擬傳聲器100的框圖；圖4至圖6是圖3的輸入緩沖器300的實施例(300_1 300_3)的電路圖；圖7是表示一般的焊盤的形態(tài)的圖；圖8a至圖Se是本發(fā)明的實施例的焊盤310的形態(tài)和制造方法的說明圖。
具體實施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。圖3是本發(fā)明的實施例的模擬傳聲器100框圖。如圖3所示，本發(fā)明的實施例中，模擬傳聲器100包括聲壓轉(zhuǎn)換部200、輸入緩沖器300和放大部400。聲壓轉(zhuǎn)換部200可以是駐極體(Electret)電容方式或微機電系統(tǒng)(MEMS)方式的振動片。聲壓轉(zhuǎn)換部200將聲壓轉(zhuǎn)換為微電壓的形式并提供給輸入緩沖器300。輸入緩沖器300經(jīng)由焊盤(IN) 310接收聲壓轉(zhuǎn)換部200的輸出并以電源的電平進行緩沖，生成輸出信號OUTPRE。放大部400將輸入緩沖器300的輸出信號OUTPRE放大并生成輸出信號OUT。此時，輸入緩沖器300被設(shè)計為將輸入電容抑制在最小程度，增大構(gòu)成輸入緩沖器300的晶體管的尺寸，減少閃爍(Flicker)噪聲，從而提高信噪比(SNR)，這將在后面進行詳細說明。圖4至圖6是圖3的輸入緩沖器300的實施例(300_1 300_3)的電路本發(fā)明的輸入緩沖器300的結(jié)構(gòu)如圖4至圖6所示。首先，如圖4所示，在本發(fā)明的一個實施例中，輸入緩沖器300-1包括焊盤310、偏置部330、前置放大部340、防靜電部350、以及防噪聲反饋環(huán)路360。焊盤310被構(gòu)成為與圖3的聲壓轉(zhuǎn)換部200連接并接收信號。焊盤310是連接布線(Wiring)或凸起焊球(Bump Ball)等的部位。偏置部330被構(gòu)成為通過電流鏡的動作來向前置放大部340提供恒定的偏置電壓。偏置部(Biasing Block) 330可以設(shè)置為電流鏡(Current Mirror)的方式。電流 鏡包括多個晶體管(Mil M13)。前置放大部340接收偏置電壓的輸入，將經(jīng)由焊盤310接收的輸入信號放大，并生成輸出信號OUTPRE。前置放大部340包括由多個晶體管(M14、M15)構(gòu)成的源極跟隨器(SourceFollower)和電阻 Rs。防靜電部350用于防止經(jīng)由焊盤310流入的靜電。防噪聲反饋環(huán)路360被設(shè)置為形成連接偏置部330和前置放大部340的反饋環(huán)路，經(jīng)由所述環(huán)路去除前置放大部340的熱噪聲(Thermal Noise)。防噪聲反饋環(huán)路360包括晶體管M16，晶體管M16的柵極(Gate)與前置放大部340的電阻Rs的一端相連接，源極接地，而漏極與偏置部330的晶體管Mil、M13的柵極共同地連接。此時，輸入緩沖器300-1的主要噪聲源是前置放大部340的閃爍(Flicker)噪聲、即1/F (Frequency，頻率)噪聲和熱噪聲。特別地，熱噪聲隨著前置放大部340的工作而表現(xiàn)在晶體管M14、M15和電阻Rs上。由于這種熱噪聲，輸出信號OUTPRE的電壓電平與正常電平相比會發(fā)生變化。防噪聲反饋環(huán)路360形成與偏置部330和前置放大部340相連接的反饋環(huán)路。因此，在防噪聲反饋環(huán)路360中，晶體管M16以對熱噪聲下的預(yù)備放大器340的電壓變化進行響應(yīng)的方式工作。通過根據(jù)晶體管M16的工作來調(diào)整偏置部330的偏置電壓，可以去除由包含在輸出信號OUTPRE中的熱噪聲所導(dǎo)致的電壓差。此時,輸入緩沖器300-1的輸入電容相當(dāng)于晶體管M15的柵極的電容與晶體管M16的柵極的電容的串聯(lián)值。因此，晶體管M16實現(xiàn)為具備小的面積，而晶體管M15實現(xiàn)為具備比較大的面積從而具有小的閃爍(flicker)噪聲。這種情況下，輸入電容可以體現(xiàn)為晶體管M16的電容，例如數(shù)fF(毫微微法)，而實質(zhì)上與晶體管M15無關(guān)。另一方面，通常，傳聲器應(yīng)在I. 5V 3. 6V范圍的電源電壓下工作。因此，當(dāng)施加低電壓、例如I. 5V的電源電壓時，為了使本發(fā)明的實施例中的傳聲器100能夠正常工作，應(yīng)使電阻Rs上的壓降為0. 2V或更低。為此，本發(fā)明的實施例采用閾值電壓非常低(例如0. IV)的原生(Native)晶體管來構(gòu)成晶體管M16。
如上所述，本發(fā)明的實施例的輸入緩沖器300-1通過合理地選擇晶體管并調(diào)整面積，不僅能夠?qū)⑤斎腚娙菀种圃谧钚∠薅?，同時也能夠減少閃爍噪聲和熱噪聲。另外，通過改善焊盤310的布局，能夠進一步減小輸入電容，這將在后面進行說明。如圖5所示，本發(fā)明的另一個實施例的輸入緩沖器300-2包括焊盤310、偏置部330、前置放大部341、防靜電部350以及防噪聲反饋環(huán)路361。此時，除了前置放大部341和防噪聲反饋環(huán)路361外，其余結(jié)構(gòu)與圖4的結(jié)構(gòu)相同。前置放大部341包括由多個晶體管(M14、M15)構(gòu)成的源極跟隨器(SourceFollower)、電阻Rs以及電容Cs。與圖4的前置放大部340相比，前置放大部341還包括電容Cs?！る娙軨s在源極跟隨器的漏極、即晶體管M15的漏極與接地端之間與電阻Rs并聯(lián)。電容Cs具有非常小的電容值，例如為數(shù)fF。此時，輸入電容Cin以如下公式定義。Cin = Cin—bottom+Cin—top此時，Cin—bottom和Cin—top分別是指以焊盤310為基準(zhǔn)的下方和上方的電容。Cin—bottom = CgdM15+Cs此時，CgdMl5是晶體管M15的柵極-漏極間的電容。Cin—top = CgsMl 5+CgdM14此時，CgsM15是晶體管M15的柵極-源極間的電容，CgdM14是晶體管M14的柵極-漏極間的電容。在Cin_bottom中，當(dāng)Cs遠小于CgdM15時，實質(zhì)上公式變成Cin_bottom = Cs。另外，當(dāng)晶體管M14的柵極的大小遠小于晶體管M15的柵極的大小時，公式變成Cin_top = CgdM14,相應(yīng)地,Cin = Cs+CgdM14。其結(jié)果，通過在調(diào)整晶體管(M14、M15)的尺寸的同時調(diào)整電容，將噪聲抑制在最小程度，從而可以提高信噪比。防噪聲反饋環(huán)路361包括多個晶體管(M16、M17)和電阻RlI。與圖4的防噪聲反饋環(huán)路360相比，防噪聲反饋環(huán)路361追加了晶體管M17和電阻RlI，但其基本動作是相似的。圖4的防噪聲反饋環(huán)路360經(jīng)由前置放大部340的電阻Rs直接反饋。但是，在圖5的防噪聲反饋環(huán)路361中，使用晶體管Ml7對前置放大部341的電流進行鏡像并經(jīng)由與晶體管M17連接的電阻Rll進行反饋，消除對應(yīng)于熱噪聲的電壓差。另外，在圖4的情況下，電阻Rs上的壓降應(yīng)為0. 2V或更低，因此可以限制輸出信號OUTPRE的電壓幅度，使用原生(Native)晶體管作為晶體管M16。但是，在圖5的情況下，采用電容Cs與電阻Rs并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，因此能夠解決輸出信號OUTPRE的電壓幅度的限制的問題。因此，晶體管M16能夠使用普通的晶體管，而不使用原生晶體管，由此能夠相對地簡化工藝。如圖6所示，本發(fā)明的另一個實施例的輸入緩沖器300-3包括焊盤310、偏置部330、前置放大部341、防靜電部350以及防噪聲反饋環(huán)路362。
此時，除了防噪聲反饋環(huán)路362之外，其余結(jié)構(gòu)與圖5的結(jié)構(gòu)相同。防噪聲反饋環(huán)路362包括多個晶體管(M16、M17、M18)以及電阻R11。防噪聲反饋環(huán)路362與圖5相比追加了晶體管MlS0此時，追加晶體管M18是為了使防噪聲反饋環(huán)路362比圖5更能夠準(zhǔn)確地將熱噪聲導(dǎo)致的電壓變化進行反饋。在采用如上結(jié)構(gòu)的防噪聲反饋環(huán)路362中，使用晶體管(M17、M18)對前置放大部341的電流進行鏡像，并使用與晶體管M18相連接的電阻Rll來獲得反饋，從而能夠調(diào)整輸出信號OUTPRE的電壓電平，據(jù)此消除熱噪聲。另外，本發(fā)明的實施例在利用上述輸入緩沖器300的內(nèi)部電路減小輸入電容之夕卜，還改善了焊盤(IN)310的布局，據(jù)此能夠進一步減小輸入電容，以下將參照圖7至圖Se 進行說明。圖7是表示一般的焊盤的形態(tài)的圖。一般的焊盤為如圖7那樣的多個金屬板層疊的形態(tài)。因此，幾乎所有的區(qū)域都相互對置，故相鄰的金屬板之間形成電容，這會使輸入信號中包含噪聲或者使輸入信號本身衰減，造成不良的作用。圖8a至圖8e是本發(fā)明的實施例的焊盤310的形態(tài)和制造方法的說明圖。在本發(fā)明的實施例中，焊盤310的最上層使用如圖7那樣的形狀的金屬板，但其下層則采用如圖8a的多層格子結(jié)構(gòu)。在圖8a的焊盤310中層疊了圖8b的第一金屬格子、圖8c的第二金屬格子以及圖8e的第三金屬格子而構(gòu)成。S卩，將圖Sb的第一金屬格子與圖Sc的第二金屬格子層疊，生成圖8d的多層金屬格子，并在其上層疊圖Se的第三金屬格子，最終構(gòu)成圖8a的焊盤310 (此時為不包括圖7的金屬板的狀態(tài))。此時，圖8b的第一金屬格子與圖8e的第三金屬格子形成為相互地相同，而圖8c的第二金屬格子與圖8b的第一金屬格子相互錯開。因此，圖8a所示的本發(fā)明中的焊盤310采用一種將相鄰的層之間相互對置的面積最小化了的多層格子結(jié)構(gòu)，從而可以將焊盤310的電容抑制在最小程度。另外，圖8a至圖Se僅是根據(jù)本發(fā)明的實施例的格子結(jié)構(gòu)的一例，除此之外，可以采用四邊形或圓形等各種形狀。如上所述，本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解在不變更本發(fā)明的技術(shù)思想或必要特征的情況下，本發(fā)明能夠?qū)嵤槠渌唧w形態(tài)。因此，以上記述的實施例在所有方面僅為例示，本發(fā)明并不僅限于上述實施例。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書確定，權(quán)利請求范圍的含義和范圍以及由其等價概念導(dǎo)出的所有變更或變形形態(tài)均應(yīng)視為屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種輸入緩沖器電路，包括 焊盤； 偏置部，被構(gòu)成為生成恒定的偏置電壓； 放大部，被構(gòu)成為以所述偏置電壓為輸入，對經(jīng)由所述焊盤輸入的輸入信號進行放大并生成輸出信號；以及 防噪聲反饋環(huán)路，被構(gòu)成為接收所述輸出信號的反饋并調(diào)整所述偏置電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述焊盤包括層疊的第一至第三金屬格子， 所述第一金屬格子與所述第三金屬格子具有相同的形狀，以及 所述第二金屬格子具有與所述第一金屬格子的一部分區(qū)域重疊的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述焊盤還包括層疊在所述第一金屬格子上部的金屬板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述防噪聲反饋環(huán)路響應(yīng)于包含在所述輸出信號內(nèi)的與所述放大部的熱噪聲相對應(yīng)的電壓變化來調(diào)整所述偏置電壓，從而消除所述熱噪聲。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述放大器和所述防噪聲反饋環(huán)路分別利用晶體管的組合而構(gòu)成， 所述放大部中接收所述輸入信號的晶體管的柵極面積大于所述防噪聲反饋環(huán)路中接收所述輸出信號的反饋的晶體管的柵極面積。
6.一種輸入緩沖器電路，包括 焊盤； 源極跟隨器電路，被構(gòu)成為響應(yīng)于經(jīng)由所述焊盤輸入的輸入信號來生成輸出信號，以及 電阻，所述電阻連接在所述源極跟隨器電路的漏極端子與接地端子之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輸入緩沖器電路，還包括 電流鏡，被構(gòu)成為所述源極跟隨器電路提供恒定的偏置電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述源極跟隨器電路包括 第一晶體管，所述第一晶體管的源極與電源端子相連接，柵極接收所述偏置電壓的輸入；以及 第二晶體管，所述第二晶體管的柵極接收所述輸入信號的輸入，源極與所述第一晶體管的漏極相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的輸入緩沖器電路，還包括 第三晶體管，所述第三晶體管的柵極與所述電阻的一端相連接，源極接地，而漏極與所述電流鏡相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述第二晶體管的柵極面積大于所述第三晶體管的柵極面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述第三晶體管由原生晶體管構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述焊盤包括層疊的第一至第三金屬格子， 所述第一金屬格子與所述第三金屬格子具有相同的形狀，以及 所述第二金屬格子具有與所述第一金屬格子的一部分區(qū)域重疊的形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述焊盤還包括層疊在所述第一金屬格子上部的金屬板。
14.一種輸入緩沖器電路，包括 焊盤； 源極跟隨器電路，被構(gòu)成為響應(yīng)于經(jīng)由所述焊盤輸入的輸入信號來生成輸出信號； 第一電阻，所述第一電阻連接在所述源極跟隨器電路的漏極端子與接地端子之間，以及 電容，所述電容與所述第一電阻并聯(lián)連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的輸入緩沖器電路，還包括 電流鏡，被構(gòu)成為向所述源極跟隨器電路提供恒定的偏置電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述源極跟隨器電路包括 第一晶體管，所述第一晶體管的源極與電源端子相連接，柵極接收所述偏置電壓的輸入；以及 第二晶體管，所述第二晶體管的柵極接收所述輸入信號的輸入，源極與所述第一晶體管的漏極相連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的輸入緩沖器電路，還包括 第三晶體管，所述第三晶體管的源極與電源端子相連接，柵極接收所述偏置電壓的輸A ； 第二電阻，所述第二電阻連接在所述第三晶體管的漏極與接地端子之間，以及第四晶體管，所述第四晶體管的柵極與所述第二電阻的一端相連接，源極接地，而漏極與所述電流鏡相連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述第二晶體管的柵極面積大于所述第一晶體管的柵極面積。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述焊盤包括層疊的第一至第三金屬格子， 所述第一金屬格子與所述第三金屬格子具有相同的形狀，以及 所述第二金屬格子具有與所述第一金屬格子的一部分區(qū)域重疊的形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的輸入緩沖器電路，其中， 所述焊盤還包括層疊在所述第一金屬格子上部的金屬板。
全文摘要
本發(fā)明的輸入緩沖器電路包括焊盤；偏置部，被構(gòu)成為生成恒定的偏置電壓；放大部，被構(gòu)成為接收所述偏置電壓，對經(jīng)由所述焊盤輸入的輸入信號進行放大并生成輸出信號；以及防噪聲反饋環(huán)路，被構(gòu)成為接收所述輸出信號的反饋并調(diào)整所述偏置電壓。
文檔編號H03K19/0185GK102882507SQ20111030189
公開日2013年1月16日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者姜永振, 金成基 申請人:多飛多人有限公司