光泄漏电流补偿电路以及使用该电路的光信号用电路制造技术

一种光泄漏电流补偿电路，补偿在集成电路中构成、由第１个ＰＮＰ晶体管（ＱＰ１）和该第１个ＰＮＰ晶体管（ＱＰ１）的基极被连接到集电极上的第２个ＮＰＮ晶体管（ＱＮ１）组成的达林顿电路（４１）中产生的光泄漏电流，其特征在于，具有由发射极与所述第１个ＰＮＰ晶体管（ＱＰ１）的集电极连接、集电极接地，以吸收所述第１个ＰＮＰ晶体管（ＱＰ１）的集电极电流来进行补偿的第３个ＰＮＰ晶体管（ＱＰ１１），和所述第３个ＰＮＰ晶体管（ＱＰ１１）的基极与集电极连接、基极和发射极彼此相连的二极管结构的第４个ＮＰＮ晶体管（ＱＮ１１）构成的达林顿电路。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及补偿形成于集成电路内的达林顿电路的光泄漏电流的电路，特别涉及带有这种光泄漏电流补偿电路、靠近发光二极管以及光电二极管等的电光变换元件以及光电变换元件而设置的光信号用电路。
技术介绍
靠近红外线遥控器接收用的IC、光拾取器信号接收用的IC、LED驱动用IC等的所述发光二极管以及光电二极管等的电光变换元件以及光电变换元件而设计的集成电路中，通过信号光的衍射光以及散射光，以及荧光灯等噪声光，在寄生光电二极管中产生光电流，这是电路误操作的原因。尤其是，横向(横型)结构的晶体管中，由于N型外延层(PNP晶体管中的基极扩散区域、NPN晶体管中的集电极扩散区域)的面积加大，由于所述寄生光电二极管产生的光电流，PNP晶体管的基极电流以及NPN晶体管的集电极电流加大，对电路特性造成大的影响。使用图6-附图说明图12说明这种情况。图6是示意性表示横向PNP晶体管1的结构图，图7是其等效电路图。在P型衬底层2上层叠N型外延层3，由沟道4分离该N型外延层3，从而变为各个元件区域。然后，在集成电路结构上，在变为基极扩散区域的所述N型外延层3和衬底层2之间产生寄生光电二极管5，将该寄生光电二极管5连接在PNP晶体管1的基极端子和衬底层2(接地)之间。因此，通过入射光，如图6所示，一旦产生从N型外延层3到衬底层2的光电流Ipd，则该光电流Ipd作为PNP晶体管1的基极电流Ib而起作用，对电路特性产生很大影响。该光电流Ipd由于随着入射光量而增加，因此在将PNP晶体管1靠近光电变换元件而配置的情况下，它变得较大。并且光电流Ipd随着N型外延层3的面积而增加，因此该PNP晶体管1的电流容量变为多大，它就变为多大。同样地，图8是示意性表示横向NPN晶体管11的结构图，图9是其等效电路图。在P型衬底层12上层叠N型外延层13，由沟道14分离该N型外延层13，从而变为各个元件区域。然后，在变为集电极扩散区域的所述N型外延层13和衬底层12之间产生寄生光电二极管15，将该寄生光电二极管15连接在NPN晶体管11的集电极端子和衬底层12(接地)之间。因此，通过入射光，如图8所示，一旦产生从N型外延层13到衬底层12的光电流Ipd，则NPN晶体管11的集电极电流仅减小该光电流Ipd大小，对电路特性产生很大影响。该光电流Ipd随着入射光量而增加，并且随着N型外延层13的面积而增加。但是，NPN晶体管11与PNP晶体管1相比，其电流驱动能力大，可以减小所述N型外延层13的面积，并且由于所产生的光电流影响集电极电流，因此可以考虑光电流Ipd造成的影响减小了电流放大率hfe的大小。即使是纵向晶体管，所述光电流的影响也小。使用图10以及图11说明纵向晶体管的结构。图10是示意性表示纵向PNP晶体管21的结构图，图11是其等效电路图。在P型衬底层22上层叠N型外延层23，由沟道24分离该N型外延层23，从而变为各个元件区域的结构与所述横向晶体管1、21相同。虽然在衬底层22和N型外延层23之间产生寄生光电二极管25，但是在纵向晶体管的结构上，N型外延层23仅提供预定电位(通常为电源电压Vcc)，光泄漏电流对晶体管操作没有影响。并且虽然在基极扩散区(N)和集电极扩散区(P)之间也存在寄生光电二极管26，但是由于基极扩散面积小，寄生光电二极管的影响与所述横向PNP晶体管相比非常小。但是，由于掩模个数的减小等的关系，在所述结构上必须采用横向晶体管。并且通常，为了提高输入阻抗，最好使用使NPN晶体管的集电极与PNP晶体管的基极相连的达林顿电路。这种达林顿电路，由于在NPN晶体管的集电极上产生的光泄漏电流变为PNP晶体管的基极电流，因此即使是所述纵向晶体管，所述光泄漏电流也会成为问题。图12是这种达林顿电路31的电路图。将PNP晶体管qp1的发射极与高电平电源等的偏置源相连，集电极变为输出端，将基极如上所述与NPN晶体管qn1的集电极相连。该NPN晶体管qn1的基极变为输入端，发射极与所述输出端相连。然后，在由所述N型外延层组成的PNP晶体管qp1的基极上产生寄生光电二极管dp1，在NPN晶体管qn1的集电极上产生寄生光电二极管dn1，分别流过光泄漏电流i1、i2。这里，如果分别将N型外延层、即PNP晶体管qp1的基极扩散区以及NPN晶体管qn1的集电极扩散区的面积设为s1、s2，则所述光泄漏电流变为i1＝s1×Ipd(p)，i2＝s2×Ipd(n)。其中，Ipd(p)是PNP晶体管的N型外延层的每单位面积上的光泄漏电流量，Ipd(n)是NPN晶体管的N型外延层的每单位面积上的光泄漏电流量。因而，这些光泄漏电流i1、i2的影响在PNP晶体管qp1上为hfe倍，自输出端输出以下光泄漏电流Ileak，对电路特性有大影响。Ileak＝hfe(p)×{s1×Ipd(p)+s2×Ipd(n)} ......(1)其中，hfe(p)是PNP晶体管qp1的电流放大率。作为降低由这种寄生光电二极管dp1、dn1造成的光泄漏电流影响的方法，有这样的方法首先用配线用金属覆盖元件表面，从而阻断自该元件表面射入的光。但是，存在不能充分应对从作为遮光部分的芯片侧面以及芯片边缘射入的光的情况。最近，为了低成本化，谋求芯片面积的缩小以及削减掩模的个数，不能充分进行由配线用金属进行遮光。另外，为了节约能源而推行低消耗电流，这种由于寄生光电二极管造成的光电流的影响有相对增加的倾向。因此，为了解决这样的问题，提出了作为典型现有技术的在日本公开专利公报(特开平3-262153号公报(公开日1991年11月21日))以及日本公开专利公报(特开平6-45536号公报(公开日1994年2月18日))上记载的光电流补偿用电路。这些现有技术展示了补偿由于单个PNP晶体管的基极电流而造成的光泄漏电流。对于组合了所述NPN晶体管的达林顿电路适用这些现有技术的例子，在图13中示出。图13中，对应于图12结构的部分附加了相同的参考符号，省略对其的说明。补偿电路32具有PNP晶体管qp11、qp12，NPN晶体管qn11。PNP晶体管qp11的发射极与所述高电平电源等的偏置源相连，自集电极流出补偿电流io。所述PNP晶体管qp11的基极与构成电流镜像电路的PNP晶体管qp12的基极以及集电极相连，该PNP晶体管qp12的发射极与所述高电平电源等的偏置源相连，集电极与所述PNP晶体管qp11的基极以及NPN晶体管qn11的集电极相连。NPN晶体管qn11的基极与发射极一起接地。因此，如上所述，在PNP晶体管qp11、qp12的基极以及NPN晶体管qn11的集电极上分别产生寄生光电二极管dp11、dp12、dn11，流过光泄漏电流i3、i4、i5。这里，如果将N型外延层、即PNP晶体管qp11、qp12的基极扩散区以及NPN晶体管qn11的集电极扩散区的面积分别设为s3、s4、s5，则变为i3＝s3×Ipd(p)，i4＝s4×Ipd(p)，i5＝s5×Ipd(n)。这里，为了简化而忽略晶体管的基极电流，即如果假设电流放大率hfe→∞，则io(qp11)＝(m1/m2)×{s5×Ipd(n)+(s3+s4)×Ipd(p)} ...(2)Ileak＝hfe(p)×[{s1×Ipd(p)+s2×I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光泄漏电流补偿电路，补偿在集成电路中构成、由第1个PNP晶体管(QP1)和该第1个PNP晶体管(QP1)的基极被连接到集电极上的第2个NPN晶体管(QN1)组成的达林顿电路(41)中产生的光泄漏电流，其特征在于，具有由发射极与所述第1个PNP晶体管(QP1)的集电极连接、集电极接地，以吸收所述第1个PNP晶体管(QP1)的集电极电流来进行补偿的第3个PNP晶体管(QP11)，和所述第3个PNP晶体管(QP11)的基极与集电极连接、基极和发射极彼此相连的二极管结构的第4个NPN晶体管(QN11)构成的达林顿电路。2.如权利要求1中记载的光泄漏电流补偿电路，其特征在于，分别将所述第1个PNP晶体管(QP1)以及第2个NPN晶体管(QN1)的N型外延层的面积设为S1、S2，分别将所述第3个PNP晶体管(QP11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：井上高广，横川成一，川岛亮介，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：