JP3781736B2

JP3781736B2 - 半導体装置及びこれを用いたオーディオ機器

Info

Publication number: JP3781736B2
Application number: JP2003131935A
Authority: JP
Inventors: 崇大木
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: US7006030B2; CN1551348A; TW200507234A; US20040222915A1; KR20040096776A; CN100447999C; JP2004335876A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アナログ信号配線とディジタル信号配線を同一基板上に形成して成る半導体装置、及びこれを用いたオーディオ機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アナログ信号配線とディジタル信号配線を同一基板上に形成して成る半導体装置の配線レイアウトにおいて、配線間のクロストーク対策は非常に重要である。従来の半導体装置では、上記クロストーク対策として、（１）両配線の交差面積を極力小さくする（図３（ａ）を参照）、（２）両配線が交差しないように配線を迂回して引き回す（図３（ｂ）を参照）、（３）インピーダンスの小さい回路へのアナログ信号配線のみをディジタル信号配線と交差させる（図３（ｃ）を参照）、といった手法が一般に採用されていた。なお、図３では、アナログ信号配線をＬ１、ディジタル信号配線をＬ２として示している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−４７９４３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２３８８４６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記クロストーク対策を施した半導体装置であれば、ディジタル信号配線からアナログ信号配線へのノイズ飛び込みを低減して、良好なアナログ信号伝達を実現することが可能である。
【０００５】
しかし、上記（１）の手法では、微細化された配線の抵抗成分が増大して信号減衰率が大きくなる、という課題があった。また、上記（２）の手法では、迂回配線の抵抗成分が増大して信号減衰率が大きくなる上、チップサイズも不必要に拡大する、という課題があった。また、上記（３）の手法では、ディジタル信号配線と交差可能なアナログ信号配線が限定される、という課題があった。
【０００６】
特に、多チャンネル対応のオーディオ機器（５．１チャンネル対応のホームシアター装置やテレビ受像装置など）に搭載されるオペアンプＩＣでは、アナログ信号配線の抵抗成分を極力低減すべきであること、多系統アナログ信号配線の迂回レイアウトに限界があること、アナログ信号配線の接続先となるオペアンプ回路の入力インピーダンスが高いこと、などを理由として、上記（１）〜（３）の手法を採用することが難しかった。そのため、上記オーディオ機器では、オーディオ信号（アナログ信号）の再生中にディジタル操作（ボリューム調整など）を行うと、ディジタル信号配線からアナログ信号配線にノイズが飛び込み、オーディオ出力に雑音を生じるおそれがあった。
【０００７】
なお、従来より、上記手法以外のクロストーク対策として、アナログ信号配線とディジタル信号配線の間に低インピーダンスのシールド配線を挿入する技術が開示・提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００８】
確かに、上記文献に開示された半導体集積装置であれば、ディジタル信号配線からアナログ信号配線へのノイズ飛び込みを低減して、良好なアナログ信号伝達を実現することが可能である。
【０００９】
しかしながら、アナログ信号配線とディジタル信号配線を同一基板上に形成して成る一般的な半導体装置では、アナログ信号の伝達品質向上よりもディジタル信号の伝達品質向上や応答性向上を優先するのが常であり、上記文献に開示された半導体集積装置でも、それに倣い、ディジタル信号配線が低インピーダンスのアルミニウム配線とされ、アナログ信号配線が高インピーダンスのポリシリコン配線とされていた。すなわち、上記文献に開示された半導体集積装置を含め、従来の半導体装置では、ディジタル信号配線よりもアナログ信号配線を優先してアルミニウム配線とすることはなかった。そのため、上記の従来技術には、アナログ信号配線の抵抗成分が大きくなってノイズが重畳し易くなり、シールド配線の挿入効果を減ずる形となる上、アナログ信号自体の信号減衰率を悪化させる要因にもなる、という負の一面があった。
【００１０】
もちろん、ディジタル信号が数１００［ＭＨｚ］以上の高周波信号であれば、その伝達品質向上や応答性向上を優先して、上記従来技術を採用するのもやむを得ないが、オーディオ機器に搭載されるオペアンプＩＣなど、再生音質を左右するアナログ信号（オーディオ信号）の伝達品質向上が最優先であり、ディジタル信号（例えば、周波数１［ＭＨｚ］以下の機器操作信号）の伝達品質等はさほど重要でない半導体装置について言えば、上記文献に開示されたクロストーク対策が最善の構成とは言えなかった。
【００１１】
また、従来より、信号周波数に応じて複数層の配線を使い分ける技術が本願出願人によって開示・提案されている（特許文献２を参照）。しかしながら、当該文献に開示された技術が解決しようとする課題は、あくまでディジタル回路の低周波回路に冗長性をもたせる点にあり、本発明が解決しようとする課題（ディジタル信号配線からアナログ信号配線へのノイズ飛び込み低減）については、回路配置を工夫することによる配慮が為されているだけであった。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑み、アナログ信号の伝達品質向上を最優先とし、ディジタル信号配線からアナログ信号配線へのノイズ飛び込みを低減することが可能な半導体装置及びこれを用いたオーディオ機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、アナログ信号配線とディジタル信号配線を同一基板上に形成して成る半導体装置であって、前記アナログ信号配線が前記ディジタル信号配線よりも低インピーダンス配線とされている構成としている。
【００１４】
なお、上記構成から成る半導体装置は、アナログ信号配線とディジタル信号配線との間に、少なくとも１層のシールド配線を有する構成にするとよい。
【００１５】
また、上記構成から成る半導体装置において、前記シールド配線は、前記アナログ信号配線の全長に亘ってそれと平行に敷設されている構成にするとよい。
【００１６】
また、本発明に係るオーディオ機器は、上記構成から成る半導体装置をオペアンプＩＣとして有する構成としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下では、多チャンネル対応のオーディオ機器に搭載されるオペアンプＩＣに本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行う。図１は本発明に係るオペアンプＩＣの信号系統を示すブロック図である。本図に示すように、本実施形態のオペアンプＩＣ１は、オーディオ信号生成部２（ＤＶＤ再生装置のピックアップ等）から入力された多系統のオーディオ信号（アナログ信号）を所定のゲインで増幅し、次段のオーディオ信号再生部３（スピーカ等）に送出する集積回路である。また、オペアンプＩＣ１のゲイン調整等は、マイコン４から入力される操作信号（周波数１［ＭＨｚ］以下のディジタル信号）によって制御される。
【００１８】
次に、オペアンプＩＣ１におけるクロストーク対策について図２を参照しながら説明を行う。図２はオペアンプＩＣ１の一実施形態を示す縦断面図であり、アナログ信号配線とディジタル信号配線が縦方向に並列配置されている場合のクロストーク対策を示している。なお、本実施形態では、オペアンプＩＣ１が２層Ａｌプロセスで形成されている場合を例に挙げて説明を行う。
【００１９】
本図に示すように、本実施形態のオペアンプＩＣ１は、最下層のポリシリコン配線Ｐをディジタル信号配線とし、その上部の１層目アルミニウム配線ＡＬ１をシールド配線とし、最上層の２層目アルミニウム配線ＡＬ２をアナログ信号配線として有する構成としている。すなわち、本実施形態のオペアンプＩＣ１は、ディジタル信号配線よりもアナログ信号配線を優先してアルミニウム配線とした構成であると言える。なお、シールド配線ＡＬ１には、所定電位（例えば、接地電位）が印加されている。
【００２０】
アナログ信号配線ＡＬ２の配線抵抗をＲ、ディジタル信号の周波数をｆ、配線間の寄生容量をＣとした場合、ディジタル信号配線Ｐとアナログ信号配線ＡＬ２との間にシールド配線ＡＬ１がなければ、Ｒ／（Ｒ＋１／２πｆＣ）の割合で、ディジタル信号配線Ｐからのノイズがアナログ信号配線ＡＬ２へ伝達される。それに対して、上記構成から成るオペアンプＩＣ１のように、ディジタル信号配線Ｐとアナログ信号配線ＡＬ２との間に低インピーダンスのシールド配線ＡＬ１を挟めば、ディジタル信号配線Ｐからのノイズがシールド配線ＡＬ１で吸収されるので、寄生容量Ｃによるノイズ伝達経路が遮断され、該ノイズがアナログ信号配線ＡＬ２に飛び込むことを未然に防止することが可能となる。
【００２１】
また、本実施形態のオペアンプＩＣ１では、アルミニウム配線ＡＬ２をアナログ信号配線としているので、抵抗成分が小さいという点でもノイズが重畳しにくい上、アナログ信号自体の信号減衰率を低減する効果も期待できる。従って、オペアンプＩＣ１のように、再生音質を左右するアナログ信号（オーディオ信号）の伝達品質向上が最優先であり、ディジタル信号の伝達品質等はさほど重要でない半導体装置については、最善のクロストーク対策であると言える。
【００２２】
なお、上記の実施形態において、シールド配線ＡＬ１は、ディジタル信号配線Ｐとアナログ信号配線ＡＬ２との交差部分に挟み込んでもよいし、アナログ信号配線ＡＬ２の全長に亘ってそれと平行に敷設してもよい。特に、後者の構成を採用することにより、シールド効果を高めて、ディジタル信号からアナログ信号配線へのノイズ飛込みを一層低減することが可能となる。
【００２３】
また、上記実施形態では、オペアンプＩＣ１を２層Ａｌプロセスで形成した場合を例示して説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、多層Ａｌプロセスで形成された半導体装置にも適用可能である。その場合には、最下層のポリシリコン配線をディジタル信号配線とし、その上部に位置する複数層のアルミニウム配線をシールド配線とし、最上層のアルミニウム配線をアナログ信号配線とするのが最も効果的である。
【００２４】
また、上記実施形態では、本発明をオーディオ機器のオペアンプＩＣに適用した場合を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、アナログ信号配線とディジタル信号配線を同一基板上に形成して成る半導体装置（特に、アナログ信号の伝達品質向上が最優先であり、ディジタル信号の伝達品質はさほど重要でない半導体装置）全般に適用することが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
上記したように、本発明に係る半導体装置は、アナログ信号配線とディジタル信号配線を同一基板上に形成して成る半導体装置であって、前記アナログ信号配線が前記ディジタル信号配線よりも低インピーダンス配線とされている構成としている。このような構成とすることにより、アナログ信号配線にノイズが重畳しにくくなる上、アナログ信号自体の信号減衰率も改善されるので、アナログ信号の伝達品質向上を最優先とし、ディジタル信号配線からアナログ信号配線へのノイズ飛び込みを低減することが可能となる。
【００２６】
なお、上記構成から成る半導体装置は、アナログ信号配線とディジタル信号配線との間に、少なくとも１層のシールド配線を有する構成にするとよい。このような構成とすることにより、ディジタル信号配線からのノイズがシールド配線で吸収されるので、寄生容量によるノイズ伝達経路が遮断され、アナログ信号配線へのノイズ飛込みことを未然に防止することが可能となる。
【００２７】
また、上記構成から成る半導体装置において、前記シールド配線は、前記アナログ信号配線の全長に亘ってそれと平行に敷設されている構成にするとよい。このような構成とすることにより、シールド効果を高めて、ディジタル信号からアナログ信号配線へのノイズ飛込みを一層低減することが可能となる。
【００２８】
また、本発明に係るオーディオ機器は、上記構成から成る半導体装置をオペアンプＩＣとして有する構成としている。このように、再生音質を左右するアナログ信号（オーディオ信号）の伝達品質向上が最優先であり、ディジタル信号の伝達品質等はさほど重要でない半導体装置について本発明を適用すれば、最善のクロストーク対策を施すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオペアンプＩＣの信号系統を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るオペアンプＩＣの一実施形態を示す縦断面図である。
【図３】従来のクロストーク対策を説明するための図である。
【符号の説明】
１オペアンプＩＣ
２オーディオ信号生成部
３オーディオ信号再生部
４マイコン
Ｐポリシリコン配線（ディジタル信号配線）
ＡＬ１アルミニウム配線（シールド配線）
ＡＬ２アルミニウム配線（アナログ信号配線）

Claims

装置外のオーディオ信号生成部から入力された多系統のアナログオーディオ信号を、装置外のマイコンから入力されたディジタル操作信号に応じた所定のゲインで増幅し、装置外のオーディオ信号再生部に送出する増幅段と；前記オーディオ信号生成部から前記増幅段への装置内におけるアナログ信号入力経路、及び、前記増幅段から前記オーディオ信号再生部への装置内におけるアナログ信号出力経路となるアナログ信号配線と；前記マイコンから前記増幅段への装置内におけるディジタル信号入力経路となるディジタル信号配線と；を同一基板上に形成して成る半導体装置であって、前記ディジタル信号配線がポリシリコン配線とされており、前記アナログ信号配線が前記ディジタル信号配線よりも低インピーダンスのアルミニウム配線とされていることを特徴とする半導体装置。
前記半導体装置は、多層Ａｌプロセスで形成された半導体装置であり、最下層のポリシリコン配線を前記ディジタル信号配線とし、その上部に位置する複数層のアルミニウム配線をシールド配線とし、最上層のアルミニウム配線を前記アナログ信号配線とすることにより、前記アナログ信号配線と前記ディジタル信号配線との間に、複数層のシールド配線を有して成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記シールド配線は、前記アナログ信号配線の全長に亘ってそれと平行に敷設されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
多系統のアナログオーディオ信号を生成するオーディオ信号生成部と、前記オーディオ信号生成部から入力された多系統のアナログオーディオ信号を所定のゲインで増幅して次段に送出するオペアンプＩＣと、前記オペアンプＩＣから入力されたアナログオーディオ信号を再生するオーディオ信号再生部と、ディジタル操作信号を用いて前記オペアンプＩＣのゲイン調整等を行うマイコンと、を有して成る多チャンネル対応のオーディオ機器であって、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体装置を前記オペアンプＩＣとして有することを特徴とする多チャンネル対応のオーディオ機器。