Richi´s Lab

Linear Technology
LTZ1000

LTZ1000

Die LTZ1000 ist eine der stabilsten Referenzspannungsquellen. Sie wurde von Linear Technology entwickelt.

Das Datenblatt gibt ein Rauschen von typischerweise 1,2µVpp und eine Langzeitstabilität von 2µV an. Der Temperaturdrift beträgt gerade einmal 0,05ppm/°C.

 

LTZ1000 Package Die

Die Referenzspannungsquelle der LTZ1000 setzt sich aus der Z-Diode und dem Transistor Q1 zusammen. Die Kombination der beiden Elemente führt zu einer sehr stabilen Spannung.

Die LTZ1000 besitzt einen Heizer, der die Temperatur im Inneren konstant hält und somit Temperaturdrifts kompensiert.
Der Transistor Q2 dient der Temperaturmessung, die es ermöglicht die Solltemperatur in der Nähe der Referenzspannungsquelle zu regeln.

Zwischen den beiden Funktionsblöcken befinden sich parasitäre Dioden.

 

LTZ1000 Blockschaltbild

Im Package fällt auf, dass der Pin 1 mit drei Bonddrähten an das Die angebunden ist. Es handelt sich überraschenderweise um den positiven Anschluss des Heizers. Meist wird bei empfindlichen Schaltungen das Bezugspotential und damit oftmals das negativste Potential niederimpedant angebunden. Das Datenblatt beschreibt allerdings, dass sich zwischen den beiden Schaltungsblöcken Dioden im Substrat befinden. Selbst wenn die Heizerströme Potentialanhebungen auf dem Bezugspotential erzeugen, so dürften die Dioden diese Störungen relativ wirksam von den anderen Schaltungsteilen isolieren. Eine besonders niederimpedante Anbindung des Bezugspotentials ist daher nicht notwendig, sogar eher kontraproduktiv, da an den Dioden dann weniger Sperrspannung anliegt. Die Dioden sind auch die Erklärung für die dreifache Anbindung des positiven Heizerpotentials. Dieses Potential muss das höchste auf dem Die sein, damit die obere Diode immer gesperrt bleibt.

Das Gehäuse ist an keinen Pin angebunden. Es zeigt sich, dass der Pin 4 über einen Widerstand von ungefähr 100Ω mit dem Substrat verbunden ist. Höchstwahrscheinlich stellt das Substrat selbst diesen Widerstand dar.

 

LTZ1000 Die

Das Die besitzt mehrere unkontaktierte Pads. Bei den meisten handelt es sich um ungenutzte Bondpads, nicht um Testpads.

Die äußeren zwei grünen Ringe stellen den Heizer dar. Die Ringe sind parallel geschaltet. Links unten befinden sich die drei Zuleitungen des Heizers. Es zeigt sich, dass das linke der drei Bondpads nicht den Heizer, sondern die Fläche kontaktiert, in der der Heizer eingebettet ist. Der rechte Bonddraht stellt den zweiten Anschluss des Heizers dar. Außerdem kontaktiert er die anderen vier grünen Ringe, die ebenfalls als Heizer genutzt werden könnten. Es existiert die Meinung, dass diese Heizer im RMS-Wandler LT1088 genutzt werden. Eine Analyse des LT1088 zeigt allerdings, dass dies nicht der Fall ist. Es stellt sich die Frage für was die zusätzlichen Heizer integriert wurden. Eventuell wurden LTZ1000-Varianten mit anderen Heizerkonfigurationen eingeplant. Denkbar wäre auch, dass über die inneren Heizer nach der Produktion ein Test oder eine gewisse Voralterung stattfindet. Das innerste Ringpaar besitzt einen weiteren Kontakt zum Substrat, vermutlich um die inneren Heizer auch ohne die äußeren nutzen zu können.

Ein Pad in der oberen rechten Ecke bietet unabhängig von den Ringpaaren eine weitere Möglichkeit das Substrat zu kontaktieren.

 

LTZ1000 Die Detail

LTZ1000 Die Detail Potentiale

Die rosa erscheinenden Rahmenstrukturen bilden pn-Übergänge, die die einzelnen Schaltungsteile voneinander isolieren.

Das innerste Element ist eine Kombination aus der Zenerdiode und dem Transistor Q1. Der Emitter des Transistors ist über den blauen, runden Kontakt in der Mitte angebunden. Das Kollektorpotential führen die weißen Leitungen symmetrisch, kreuzförmig ins Zentrum. Die Basis des Transistors kontaktiert der schwarze Ring, der außerdem als Anbindung der Zenerdioden-Anode dient. Die rote Leitung stellt den Kathoden-Anschluss der Zenerdiode dar.
Die Temperaturkoeffizienten von Zenerdiode und Basis-Emitter-Strecke des Transistors kompensieren sich großteils, was zu einer stabileren Referenzspannung führt. Die beiden Komponenten müssen aber auch entsprechend nah beeinander platziert werden.

Um die inneren Elemente sind vier parallel geschaltete Transistoren angeordnet. Hierbei handelt es sich um den Transistor Q2, der zur Temperaturmessung genutzt wird. Der Emitter ist mit dem Emitter des Transistors Q1 verbunden (blau). Die gelbe Leitung kontaktiert die Basis, die graue Leitung den Kollektor des Transistors Q2.

Die Zenerdiode selbst ist, wie bei hochqualitativen Referenzspannungsquellen üblich, eine Subsurface-Zenerdiode.

 

LTZ1000 Die Detail

LTZ1000 Die Detail

LTZ1000 Die Detail

LTZ1000 Die Detail

Das Design stammt anscheinend aus dem Jahr 1983.

Die Zeichenfolge SZKP lässt sich nicht weiter zuordnen. Eine Vermutung wäre "Super Zener Kelvin Probing".


LTZ1000 Die Detail

Die Zeichen MG und CN könnten Namenskürzel der Entwickler sein.
CN würde für Carl Nelson sprechen, ein IC-Designer bei Linear Technology.

 

LTZ1000 Die Detail

In der linken oberen Ecke befindet sich ein interessantes Logo, das angeblich für "Super-Zener" steht.

 

 

LTZ1000 Die Detail Zener

 

LTZ1000 Die Detail Zener

Während die Z-Diode leitet arbeitet sie zumindest zum Teil im Lawinendurchbruch. Wie bei den Versuchen mit den 2N3055-Transistoren ist dabei im Bereich der Sperrschicht ein Leuchten zu erkennen. Rekombinieren Ladungsträger in einem Siliziumhalbleiter, so emittieren sie üblicherweise kein Licht im sichbaren Bereich. Bei einem Lawinendurchbruch erfolgen allerdings relativ unkontrollierte Ionisierungen im Kristallgitter, die unter anderem auch sichtbares Licht erzeugen.

Das Leuchten lässt erkennen dass sich der wirksame Bereich der Z-Diode unterhalb des kontaktierten Rings befindet. Das erscheint stimmig, da er sich damit nicht seitlich des Rings an der Oberfläche des Chips, sondern unter dem Ring befindet.
Die Leuchterscheinungen befinden sich jedes Mal an den selben Stellen. Vielleicht befinden sich dort Störstellen, an denen bevorzugt der Lawinendurchbruch erfolgt oder es handelt sich um Bereiche in denen verstärkt sichtbares Licht entsteht.
Der Strom durch die Diode beträgt hier ungefähr 4mA.

 

LTZ1000 Die Detail Transistor

Mit dem selben Versuchsaufbau kann man die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q1 identifizieren. Diese Sperrschicht leuchtet etwas schwächer. Sie befindet sich an der Grenzfläche zwischen dem Ring, der an seinem unteren Ende die Z-Diode abbildet und dem innersten Kreis, der den Emitter des Transistors Q1 darstellt.

 

LTZ1000 Die Aufbau

Im Gegensatz zu einigen anderen Referenzspannungsquellen ist das Die der LTZ1000 ohne ein Pufferelement direkt auf dem Gehäuseboden befestigt.

 

 

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