De elektronica staat geheel in het teken van miniaturisering. Het is dankzij nieuwe geavanceerde fabricageprocessen mogelijk om de schakelingen op een geïntegreerd circuit (IC) steeds kleiner te maken. Met sub-micron CMOS-technologie (Complementary Metal Oxide Silicon, de belangrijkste IC-techniek) worden al schakelingen van 0,5 micron gemaakt.
Vooral voor digitale elektronica zijn de voordelen van miniaturisering groot. Hoe kleiner de afmetingen, hoe sneller de schakelingen, en hoe meer schakelingen er op een IC kunnen worden ondergebracht. Daardoor kunnen meer functies dan voorheen op een chip worden ingebouwd. En dat vergroot weer het aantal toepassingsmogelijkheden van digitale IC's.
De miniaturisering leidt echter tot problemen bij IC's waarbij ook analoge schakelingen in het spel zijn (analoge elektronica blijft ondanks de digitalisering onmisbaar voor analoge signaalverwerking). Het gaat dan om gemengd-signaal chips waarop digitale en analoge schakelingen zijn geïntegreerd (het digitale circuit doet daarbij dan meestal de signaalverwerking, het analoge circuit verzorgt de interactie met de buitenwereld).
Het probleem zit hem vooral in de zogenaamde MOS-transistoren, het belangrijkste onderdeel van analoge elektronica. Hun gedrag gaat sterk afwijken van hun ideale gedrag als de afmetingen heel klein worden. De transistoreigenschappen veranderen door het optreden van 'tweede orde effecten' zoals 'mobiliteitsreductie' en 'snelheidsverzadiging'. Dat leidt met name tot vervorming en slechte regelbaarheid. Een ander probleem is de ruis in de siliciumdrager die door digitale 'storing' wordt veroorzaakt.
De nadelige gevolgen vormen onder meer een obstakel bij het ontwerpen van zogenaamde analoge transconductoren, waarvoor MOS-transistoren onmisbaar zijn. Zo'n transconductor - een veelgebruikte, speciale analoge schakeling, ook wel 'V/I-converter' (ofwel spanning-naar-stroom omzetter) genoemd - is het best te omschrijven als een instelbare of regelbare weerstand.
Transconductoren worden onder meer toegepast in zogenaamde anti-aliasing filters die nodig zijn voor analoog/digitaal omzetters op gemengd-signaal videochips. Voor deze en andere 'hoog-frequente' CMOS-filtertoepassingen moeten de transconductoren echter wel continu instelbaar zijn om temperatuur- en andere procesveranderingen te kunnen compenseren.
Als je zulke conventionele analoge transconductoren in steeds kleinere sub-micron dimensies probeert te maken, neemt, door de dan optredende tweede orde effecten van de MOS-transistor, het regelbereik van zo'n transconductor (nodig voor het compenseren van temperatuur- en procesvariaties) af, en de vervorming van het eindsignaal toe. Dat maakt zo'n conventionele transconductor ongeschikt voor het sub-micron productieproces.
Je zou in het sub-micron bereik dus een instelbare analoge transconductor moeten hebben die de grillige tweede orde effecten van MOS-transistoren compenseert of er ongevoelig voor is. Vanuit dat idee begon UT-promovendus ir. Clemens Mensink (EL) op verzoek van en in samenwerking met Philips NatLab aan het ontwerp en de ontwikkeling van zo'n transconductor.
Mensink wist een transconductor-type te bedenken dat vrijwel ongevoelig blijkt voor de eigenschappen van de MOS-transistor. Een bedrieglijk simpel ontwerpje waarvan de werking onafhankelijk is van schaal en toegepast proces, ideaal dus voor gebruik in sub-micron technologie. Mensink promoveert deze week bij prof.dr. H. Wallinga (ICE) op zijn ontwerp.
Mensink: 'Ook mijn transconductor vervormt wat en is maar beperkt regelbaar. Maar in tegenstelling tot conventionele transconductoren verslechteren zijn eigenschappen niet: wat hij doet, blijft hij doen. Dat maakt hem ook in toekomstige IC-productieprocessen zeer bruikbaar.'
Philips ziet wel brood in Mensinks ontwerp. Er werd een octrooi-aanvraag ingediend. Het octrooi is in mei 1996 toegekend. De schakeling is reeds met succes toegepast in een experimenteel videofilter. En Philips denkt hem ook te gaan inzetten in zijn 0,5-micron fabricageproces. Mensink kan daar misschien zelf aan gaan meewerken. Want vanaf 1 oktober gaat hij aan de slag bij Philips Semiconductors in Nijmegen.
