專(zhuān)利名稱(chēng)：接受機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行頻率變換的接收機(jī)。
背景技術(shù)：
一般的采用超外差方式的接收機(jī)在將經(jīng)天線接收的調(diào)制信號(hào)高頻放大之后，再使用混頻電路進(jìn)行頻率變換，在變換成具有規(guī)定的頻率的中頻信號(hào)之后再進(jìn)行解調(diào)處理。
特別在最近，正在進(jìn)行利用CMOS工藝或MOS工藝在半導(dǎo)體襯底上一體形成包含高頻元件的模擬電路的技術(shù)的研究，部分裝置已經(jīng)實(shí)用化。通過(guò)利用CMOS工藝或MOS工藝在1個(gè)芯片上形成各種電路，可以使整個(gè)裝置小型化，或降低成本等，因此今后可以考慮擴(kuò)大在1個(gè)芯片上形成的裝置的范圍。
若使用CMOS工藝或MOS工藝在1個(gè)芯片上形成先有的采用超外差方式的接受機(jī)的各元件，則存在稱(chēng)之為1/f噪聲的低頻噪聲的問(wèn)題。一般，與雙極性晶體管相比，MOS型FET具有1/f噪聲大的特征，若使用CMOS工藝或MOS工藝在1個(gè)芯片上型形成構(gòu)成接受機(jī)的各元件，則作為包含在其中的放大元件的FET就會(huì)變成1/f的噪聲源。而且，當(dāng)使用混頻電路將高頻調(diào)制信號(hào)變換成頻率較低的中頻信號(hào)時(shí)，因?yàn)樵谠撝蓄l信號(hào)中，1/f噪聲成分所占的比例高，所以，會(huì)因S/N(信噪比)的下降而使接收質(zhì)量變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述各點(diǎn)而創(chuàng)作的，其目的在于提供一種接收機(jī)，當(dāng)使用CMOS工藝或MOS工藝在半導(dǎo)體襯底上一體形成時(shí)，可以降低所產(chǎn)生的低頻噪聲。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的接收機(jī)具有高頻放大電路、本機(jī)振蕩器、混頻電路、中頻放大電路和中頻濾波器。高頻放大電路放大經(jīng)天線接受的調(diào)制信號(hào)。本機(jī)振蕩器產(chǎn)生規(guī)定的本振信號(hào)。混頻電路使高頻放大電路放大的調(diào)制信號(hào)和本機(jī)振蕩器輸出的本振信號(hào)混頻后輸出。中頻放大電路放大混頻電路輸出的中頻信號(hào)。中頻濾波器有選擇地輸出中頻信號(hào)。而且，在使用CMOS工藝或MOS工藝在半導(dǎo)體襯底上至少一體形成混頻電路、中頻放大電路、中頻濾波器和本機(jī)振蕩器的同時(shí)，使用p溝道FET形成它們所包含的放大元件。通過(guò)使用移動(dòng)度小的p溝道FET作為放大元件，可以減小1/f噪聲，所以，即使在使用CMOS工藝或MOS工藝在半導(dǎo)體襯底上至少一體形成混頻電路、中頻放大電路、中頻濾波器和本機(jī)振蕩器的情況下，也可以減小由它們產(chǎn)生的1/f噪聲。
此外，上述中頻濾波器最好將調(diào)制信號(hào)和本振信號(hào)的差頻信號(hào)作為中頻信號(hào)抽出。當(dāng)使用差頻信號(hào)時(shí)，因頻率變換后的中頻信號(hào)的頻率比調(diào)制信號(hào)的頻率低，故使用CMOS工藝或MOS工藝形成的放大元件中的1/f噪聲的影響很明顯。因此，這時(shí)，通過(guò)利用p溝道的FET形成變成噪聲源的放大元件，大大增加噪聲降低的效果。
此外，上述本振信號(hào)的頻率和調(diào)制信號(hào)的載波頻率的差最好比調(diào)制信號(hào)的占有頻帶寬度小。特別，當(dāng)未進(jìn)行這樣的調(diào)制信號(hào)和本振信號(hào)的頻率設(shè)定時(shí)，因?qū)⒅绷鞲浇膮^(qū)域作為信號(hào)頻帶使用，故1/f噪聲的影響最大，因此，這時(shí)，通過(guò)利用p溝道的FET形成變成噪聲源的放大元件，使噪聲降低的效果最大。
此外，上述混頻電路和中頻放大器及中頻濾波器級(jí)聯(lián)連接，當(dāng)設(shè)計(jì)作為它們所包含的放大元件的多級(jí)連接的FET時(shí)，最好將前一級(jí)的FET的柵極長(zhǎng)度L和寬度W設(shè)定為比后一級(jí)的FET的柵極長(zhǎng)度L和寬度W大的值。眾所周知，一般FET產(chǎn)生的1/f噪聲與柵極長(zhǎng)度L和寬度W的倒數(shù)成比例增大。因此，通過(guò)將柵極長(zhǎng)度L和寬度W設(shè)定得大一些，可以降低該FET產(chǎn)生的1/f噪聲。特別，當(dāng)考慮將多級(jí)連接的FET作為放大元件時(shí)，因前一級(jí)FET產(chǎn)生的1/f噪聲被后一級(jí)FET放大，故為了降低整體低頻噪聲，最好降低前一級(jí)FET產(chǎn)生的1/f噪聲。此外，因后級(jí)FET產(chǎn)生的1/f噪聲被再后一級(jí)FET放大的程度小，故可以認(rèn)為其對(duì)整體低頻噪聲降低的貢獻(xiàn)比例小。因此，通過(guò)將該后級(jí)的FET的柵極長(zhǎng)度L和寬度W設(shè)定為比前一級(jí)的FET小的值，可以減小FET的占有面積，可以實(shí)現(xiàn)芯片的小型化從而降低成本。
此外，當(dāng)使上述混頻電路、中頻放大器和中頻濾波器級(jí)聯(lián)連接，并著眼于作為它們之中的放大元件的多級(jí)連接的任意位置的上述FET時(shí)，最好將各FET的柵極長(zhǎng)度L和寬度W設(shè)定成使該FET產(chǎn)生的噪聲成分比輸入信號(hào)包含的噪聲成分小。通過(guò)使任何一個(gè)FET產(chǎn)生的噪聲成分比該FET的輸入信號(hào)中的噪聲成分小，可以降低整體低頻噪聲。
此外，最好在上述半導(dǎo)體襯底上形成N阱，再在該N阱上形成至少包含混頻電路、中頻放大電路、中頻濾波器和本機(jī)振蕩器的構(gòu)成元件。通過(guò)使這些構(gòu)成元件在N阱上形成，可以防止經(jīng)在N阱及其下面的半導(dǎo)體襯底之間形成的pn界面而流過(guò)噪聲電流，可以防止N阱上的電路產(chǎn)生的噪聲經(jīng)半導(dǎo)體襯底流入其它的元件中。
此外，在上述半導(dǎo)體襯底上，最好在構(gòu)成元件的周?chē)纬杀Ｗo(hù)圈。由此，可以進(jìn)一步有效地防止N阱上形成的電路產(chǎn)生的噪聲經(jīng)半導(dǎo)體襯底流入其它的元件中。
此外，上述保護(hù)圈最好在半導(dǎo)體襯底的表面之下比N阱更深的位置上形成。通過(guò)在深部位置形成保護(hù)圈，可以除去繞過(guò)該保護(hù)圈而進(jìn)入低頻區(qū)域的1/f噪聲。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是表示一實(shí)施形態(tài)的FM接收機(jī)的構(gòu)成的圖。
圖2是表示使用CMOS工藝或MOS工藝制造的FET的噪聲特性的圖。
圖3是表示多級(jí)連接的放大元件的概略圖。
圖4是表示FET的柵極寬度W和柵極長(zhǎng)度L的圖。
圖5是表示在N阱上形成構(gòu)成元件時(shí)的概略結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖6是圖5所示的結(jié)構(gòu)的截面圖。
發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
下面，詳細(xì)說(shuō)明適用本發(fā)明的一實(shí)施形態(tài)的接收機(jī)。
圖1是表示一實(shí)施形態(tài)的FM接收機(jī)的構(gòu)成的圖。圖1所示的FM接收機(jī)的構(gòu)成包括作為單芯片元件10形成的高頻放大電路11、混頻電路12、本機(jī)振蕩器13、中頻濾波器14、16、中頻放大電路15、限幅電路17、FM檢波電路18和立體聲解調(diào)電路19。
利用高頻放大電路11將由天線20接收的FM調(diào)制信號(hào)放大后，再與本機(jī)振蕩器13輸出的本振信號(hào)混頻，由此，進(jìn)行高頻信號(hào)到中頻信號(hào)的變換。例如，設(shè)從高頻放大電路11輸出的調(diào)制信號(hào)的載波頻率為f1，本機(jī)振蕩器13輸出的本振信號(hào)的頻率為f2，則從混頻電路12輸出具有f1-f2的頻率的中頻信號(hào)。
中頻濾波器14、16設(shè)在中頻放大電路15的前一級(jí)和后一級(jí)，從輸入的中頻信號(hào)中只抽出規(guī)定頻帶的成分。中頻放大電路15放大通過(guò)中頻濾波器14、16的一部分中頻信號(hào)。
限幅電路17以很高的增益放大輸入的中頻信號(hào)。FM檢波電路18對(duì)從限幅電路17來(lái)的振幅一定的信號(hào)進(jìn)行FM檢波處理。立體聲解調(diào)電路19對(duì)從FM檢波電路18輸出的FM檢波后的混頻信號(hào)進(jìn)行立體聲解調(diào)處理，再生成L信號(hào)和R信號(hào)。
上述本實(shí)施形態(tài)的單芯片元件10使用CMOS工藝或MOS工藝在半導(dǎo)體襯底上一體形成。在該半導(dǎo)體襯底上，除了只形成圖1所示的構(gòu)成單芯片元件10的各電路之外，還形成各種模擬電路和數(shù)字電路。因使用CMOS工藝或MOS工藝容易形成各種CMOS元件，故最好在同一塊半導(dǎo)體襯底上形成為了設(shè)定例如接收頻率而使本機(jī)振蕩器13的振蕩頻率可變的頻率合成器或顯示裝置及其控制電路等。
一般，與雙極性晶體管相比，利用CMOS工藝或MOS工藝形成的FET具有低頻噪聲、即1/f噪聲大的特征。因此，若使用CMOS工藝或MOS工藝在1個(gè)芯片上形成圖1所示的單芯片元件10，則作為包含在其中的放大元件的FET便成為1/f噪聲源。而且，若使用混頻電路12將頻率較高的調(diào)制信號(hào)變換成頻率較低的中頻信號(hào)，則該中頻信號(hào)中的1/f噪聲成分所占的比例高，會(huì)使SN比變差從而影響接收質(zhì)量。
因此，在構(gòu)成本實(shí)施形態(tài)的接收機(jī)的單芯片元件10中，使用p溝道FET作為至少包含在混頻電路12、中頻濾波器14、16、中頻放大電路15和本機(jī)振蕩器13中的放大元件。
圖2是表示使用CMOS工藝或MOS工藝制造的FET的噪聲特性的圖。橫軸和縱軸分別表示頻率和噪聲電平。此外，實(shí)線所示的特性和虛線所示的特性分別表示p溝道FET的噪聲特性和n溝道FET的噪聲特性。如圖2所示，p溝道FET與n溝道FET相比，低頻區(qū)域出現(xiàn)的1/f噪聲小。這是因?yàn)閜溝道FET的移動(dòng)度小的緣故。
因此，因通過(guò)使用p溝道FET作為放大元件而可以減小1/f噪聲本身，故可以減小1個(gè)芯片10中的低頻噪聲的發(fā)生，可以提高整個(gè)接收機(jī)的SN比并改善基準(zhǔn)信號(hào)的品質(zhì)。
此外，當(dāng)考慮上述1個(gè)芯片10所包含的混頻電路12直到后級(jí)的中頻濾波器16(或限幅電路17)時(shí)，如果考察這些電路包含的放大倍數(shù)大于1的放大元件，則可以將多級(jí)放大元件等效地看作是多級(jí)連接的。
圖3是表示多級(jí)連接的放大元件的概略圖。如圖3所示，n級(jí)放大元件30-1、30-2、...30-n形成多級(jí)連接。如上所述，各放大元件30-1等由p溝道FET構(gòu)成。
一般，MOS型FET產(chǎn)生的噪聲電壓Vn可表示為Vn＝√((8kT(1+η)/(3gm))+KF/(2fCoxWLK’))Δf)這里，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，gm是互導(dǎo)，Cox是中間夾有柵極氧化膜的柵極和溝道間的電容量，W是柵極寬度，L是柵極長(zhǎng)度，f是頻率，Δf是頻率F的帶寬。KF是噪聲參數(shù)，其值為10-20～10-25左右。此外，η和K’是規(guī)定的參數(shù)。
在該式中，右邊的第2項(xiàng)表示1/f噪聲，與f的倒數(shù)成正比，即，頻率f越低1/f噪聲越大。
此外，由該式可知，1/f噪聲與FET的柵極寬度W的倒數(shù)或柵極長(zhǎng)度L的倒數(shù)成正比。圖4是表示FET的柵極寬度W和柵極長(zhǎng)度L的圖，是表示在半導(dǎo)體襯底的表面附近形成的FET整體的平面圖。
因此，可知通過(guò)將柵極寬度W或柵極長(zhǎng)度L設(shè)定為較大的值也可以降低1/f噪聲。但是，對(duì)所有FET而言，若柵極寬度W和柵極長(zhǎng)度L大，則各FET的視面積大引起芯片面積的增加，所以，最好只對(duì)1/f噪聲降低效果大的FET，才將柵極寬度W和柵極長(zhǎng)度L設(shè)定為規(guī)定值。
特別，當(dāng)考慮將由FET構(gòu)成的放大元件30-1等變成多級(jí)連接時(shí)，因前級(jí)部分包含的放大元件產(chǎn)生的1/f噪聲被后一級(jí)的放大元件放大，故為了降低整體的低頻噪聲，最好降低前級(jí)部分包含的放大元件產(chǎn)生的噪聲。另一方面，因后級(jí)部分包含的放大元件產(chǎn)生的1/f噪聲被后一級(jí)放大元件放大的程度小，故對(duì)降低整體低頻噪聲的貢獻(xiàn)小。因此，通過(guò)將構(gòu)成該后級(jí)部分包含的放大元件的FET的柵極長(zhǎng)度L和寬度W設(shè)定為比前一級(jí)的FET的長(zhǎng)度和寬度小的值，可以減小FET的占有面積，可以因芯片小型化而降低成本。
或者，當(dāng)著眼于構(gòu)成圖3所示的任意位置的放大元件的FET時(shí)，也可以將構(gòu)成各放大元件的FET的柵極長(zhǎng)度L和寬度W設(shè)定成使由該FET產(chǎn)生的噪聲成分比該FET的輸入信號(hào)包含的噪聲成分小。通過(guò)使構(gòu)成任何一個(gè)放大元件的FET產(chǎn)生的噪聲成分都比該FET的輸入信號(hào)中的噪聲成分小，可以降低整體低頻噪聲。
再有，本發(fā)明不限于上述實(shí)施形態(tài)，在本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行種種變形實(shí)施。例如，在上述實(shí)施形態(tài)中，說(shuō)明了FM接收機(jī)，但本發(fā)明也可以適用于AM接收機(jī)或數(shù)據(jù)終端裝置等各種接收機(jī)或發(fā)射機(jī)或者各種通訊機(jī)器。此外，為了進(jìn)行正交調(diào)制，對(duì)于具有2個(gè)混頻電路、1個(gè)本機(jī)振蕩器和1個(gè)移相器的接收機(jī)等，本發(fā)明也可以適用。
此外，在上述實(shí)施形態(tài)中，特別提到了本振信號(hào)的頻率和調(diào)制信號(hào)的載波頻率之間的關(guān)系，但當(dāng)它們的頻率差比調(diào)制信號(hào)的占有頻帶小時(shí)，因在混頻電路12輸出的中頻信號(hào)中將直流成分附近區(qū)域作為信號(hào)頻帶使用，故1/f噪聲的影響最大。因此，通過(guò)將本發(fā)明用于這樣設(shè)定了的接收機(jī)，可以使噪聲減小的效果最大。
此外，在上述實(shí)施形態(tài)中，當(dāng)在半導(dǎo)體襯底上一體形成至少包括混頻電路12、中頻放大電路15、中頻濾波器14、16和本機(jī)振蕩器13的構(gòu)成元件時(shí)，通過(guò)在N阱上形成這些構(gòu)成元件，可以防止噪聲繞過(guò)半導(dǎo)體襯底從這些構(gòu)成元件進(jìn)入其它電路。
圖5是表示在N阱上形成構(gòu)成元件時(shí)的概略結(jié)構(gòu)的平面圖。圖6是圖5所示的結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖5所示的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)包含在至少包括混頻電路12、中頻放大電路15、中頻濾波器14、16和本機(jī)振蕩器13的構(gòu)成元件40中的多級(jí)連接的放大元件使用p溝道型FET構(gòu)成時(shí)，該構(gòu)成元件40在N阱上形成。
因在N阱52和P型半導(dǎo)體襯底50之間形成PN界面，故當(dāng)N阱52的電位比不對(duì)頭襯底50高時(shí)，從N阱52向半導(dǎo)體襯底50流過(guò)的電流被該P(yáng)N界面截?cái)?。因此，可以防止在N阱52上形成的構(gòu)成元件40中產(chǎn)生的噪聲通過(guò)半導(dǎo)體襯底50流入其它電路。
此外，如圖6所示，在半導(dǎo)體50的表面附近的包圍N阱的周?chē)鷧^(qū)域形成保護(hù)圈54。該保護(hù)圈54是將P型半導(dǎo)體襯底50的一部分在N阱區(qū)域形成而得到的。因由保護(hù)圈54和半導(dǎo)體襯底50形成PNP層，故可以有效防止在N阱52上形成的構(gòu)成元件40中產(chǎn)生的噪聲通過(guò)半導(dǎo)體襯底50的表面附近流入其它電路。
特別提一下，該保護(hù)圈54的形成最好使其從半導(dǎo)體襯底50到達(dá)深層區(qū)域，例如，到達(dá)比N阱52更深的地方。由此，當(dāng)在N阱52上形成的構(gòu)成元件40中產(chǎn)生的噪聲繞過(guò)保護(hù)圈54的下側(cè)(半導(dǎo)體襯底50的內(nèi)部)流入其它電路時(shí)，可以防止更低頻成分的噪聲進(jìn)入。
如上所述，若按照本發(fā)明，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用移動(dòng)度小的p溝道型FET作為放大元件可以減小本身的1/f噪聲，所以，即使在利用CMOS工藝或MOS工藝在半導(dǎo)體襯底上至少一體形成混頻電路、中頻放大電路、中頻濾波器和本機(jī)振蕩器的情況下，也可以降低由它們產(chǎn)生的低頻噪聲。
權(quán)利要求
1.一種接收機(jī)，其特征在于具有高頻放大電路、本機(jī)振蕩器、混頻電路、中頻放大電路和中頻濾波器，高頻放大電路放大經(jīng)天線接受的調(diào)制信號(hào)，本機(jī)振蕩器產(chǎn)生規(guī)定的本振信號(hào)，混頻電路使上述高頻放大電路放大的調(diào)制信號(hào)和上述本機(jī)振蕩器輸出的本振信號(hào)混頻后輸出，中頻放大電路放大上述混頻電路輸出的中頻信號(hào)，中頻濾波器有選擇地輸出上述中頻信號(hào)。在使用CMOS工藝或MOS工藝在半導(dǎo)體襯底上至少一體形成上述混頻電路、上述中頻放大電路、上述中頻濾波器和上述本機(jī)振蕩器的同時(shí)，使用p溝道FET形成它們所包含的放大元件。
2.權(quán)利要求1記載的接收機(jī)，其特征在于上述中頻濾波器將上述調(diào)制信號(hào)和上述本振信號(hào)的差頻信號(hào)作為上述中頻信號(hào)抽出。
3.權(quán)利要求1記載的接收機(jī)，其特征在于上述本振信號(hào)的頻率和上述調(diào)制信號(hào)的載波頻率的差比上述調(diào)制信號(hào)的占有頻帶小。
4.權(quán)利要求1記載的接收機(jī)，其特征在于上述混頻電路、上述中頻放大器和上述中頻濾波器級(jí)聯(lián)連接，當(dāng)設(shè)計(jì)作為它們所包含的上述放大元件的多級(jí)連接的上述FET時(shí)，將前一級(jí)的上述FET的柵極長(zhǎng)度L和寬度W設(shè)定為比后一級(jí)的上述FET的柵極長(zhǎng)度L和寬度W大的值。
5.權(quán)利要求1記載的接收機(jī)，其特征在于當(dāng)使上述混頻電路、上述中頻放大器和上述中頻濾波器級(jí)聯(lián)連接，并著眼于作為它們之中的上述放大元件的多級(jí)連接的任意位置的上述FET時(shí)，將上述各FET的柵極長(zhǎng)度L和寬度W設(shè)定成使該FET產(chǎn)生的噪聲成分比輸入信號(hào)包含的噪聲成分小。
6.權(quán)利要求1記載的接收機(jī)，其特征在于在上述半導(dǎo)體襯底上形成N阱，再在該N阱上形成至少包含上述混頻電路、上述中頻放大電路、上述中頻濾波器和上述本機(jī)振蕩器的構(gòu)成元件。
7.權(quán)利要求6記載的接收機(jī)，其特征在于在上述半導(dǎo)體襯底上，在構(gòu)成元件的周?chē)纬杀Ｗo(hù)圈。
8.權(quán)利要求7記載的接收機(jī)，其特征在于上述保護(hù)圈在上述半導(dǎo)體襯底的表面之下比上述N阱深的位置上形成。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種接收機(jī)，當(dāng)使用CMOS工藝或MOS工藝在半導(dǎo)體襯底上一體形成時(shí)，可以降低所產(chǎn)生的低頻噪聲。構(gòu)成FM接收機(jī)的高頻放大電路(11)、混頻電路(12)、本機(jī)振蕩器(13)、中頻濾波器(14、16)、中頻放大器(15)、限幅電路(17)、FM檢波電路(18)和立體聲解調(diào)電路(19)作為單芯片元件(10)形成。該單芯片元件(10)使用CMOS工藝或MOS工藝在半導(dǎo)體襯底上形成，使用p溝道FET形成混頻電路(12)、中頻濾波器(14、16)、中頻放大器(15)和本機(jī)振蕩器(13)所包含的放大元件。
文檔編號(hào)H04B1/28GK1650531SQ0281322
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者宮城弘 申請(qǐng)人:新瀉精密株式會(huì)社