用于可開關(guān)電容的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于可開關(guān)電容的系統(tǒng)和方法。依照實施例，可開關(guān)電容電路包括多個電容—開關(guān)單元，每個電容—開關(guān)單元具有第一半導體開關(guān)電路，和具有被耦接到第一半導體開關(guān)電路的第一端子的電容電路。所述多個電容—開關(guān)單元中的第一開關(guān)—電容單元的第一半導體開關(guān)電路的電阻在所述多個電容—開關(guān)單元中的第二電容—開關(guān)單元的第一半導體開關(guān)電路的電阻的第一容差之內(nèi)，并且第一電容—開關(guān)單元的電容電路的電容在第二電容—開關(guān)單元的電容電路的電容的第二容差之內(nèi)。
【專利說明】用于可開關(guān)電容的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開一般涉及電子器件，并且更特別地涉及用于可開關(guān)電容的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 諸如電容器和電感器的可調(diào)諧無源元件被用在各種射頻（RF)電路中，以實現(xiàn)用 于天線和功率放大器的可調(diào)節(jié)的匹配網(wǎng)絡，并且針對高頻濾波器提供調(diào)節(jié)調(diào)諧。由于便攜 式器件的高需求和生產(chǎn)的原因，在諸如蜂窩電話機、智能電話機和便攜式計算機的產(chǎn)品中， 可找到這樣的可調(diào)諧無源元件。為這樣的產(chǎn)品中的RF電路提供調(diào)諧允許這些產(chǎn)品在各種 RF條件下提供高性能的RF發(fā)射和接收。在被配置成在不同的RF頻帶上工作和/或被配置 成使用不同的標準工作的RF器件中，可編程調(diào)諧也是有幫助的。
[0003] 可用多種方式實現(xiàn)可調(diào)諧電容器。例如，電壓控制的電容器可被用于提供可變電 容。這樣的可變電容可以使用具有與所施加的反向偏置電壓成反比例的電容的反向偏置的 二極管結(jié)來實現(xiàn)。其中可以實現(xiàn)可調(diào)諧電容的另一種方式是使用其各個元件經(jīng)由可控開關(guān) 來連接或是斷開的可開關(guān)電容器的陣列?？砷_關(guān)電容器的設(shè)計中的一個挑戰(zhàn)是保持可能由 于可控開關(guān)的電阻而劣化的高品質(zhì)因數(shù)（Q)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 依照實施例，可開關(guān)電容電路包括多個電容一開關(guān)單元，每個電容一開關(guān)單元具 有第一半導體開關(guān)電路和電容電路，電容電路具有被耦接到第一半導體開關(guān)電路的第一端 子。所述多個電容一開關(guān)單元中的第一開關(guān)一電容單元的第一半導體開關(guān)電路的電阻在所 述多個電容一開關(guān)單元中的第二電容一開關(guān)單元的第一半導體開關(guān)電路的電阻的第一容 差之內(nèi)，并且第一電容一開關(guān)單元的電容電路的電容在第二電容一開關(guān)單元的電容電路的 電容的第二容差之內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005] 為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參照結(jié)合隨附的附圖所作的下面的描 述，在附圖中： 圖la - c圖解常規(guī)的數(shù)字可調(diào)諧電容的示意圖和對應的性能圖表； 圖2a - c圖解常規(guī)的數(shù)字可調(diào)諧電容的示意圖和對應的性能圖表； 圖3圖解數(shù)字可調(diào)諧電容的另一個實施例的示意圖； 圖4a - b圖解具有旁路開關(guān)的數(shù)字可調(diào)諧電容的示意圖和對應的橫截面； 圖5圖解具有旁路開關(guān)的數(shù)字可調(diào)諧電容的另一個實施例； 圖6圖解實施例的集成電路的方框圖； 圖7a -e圖解實施例的匹配電路和相關(guān)聯(lián)的史密斯圓圖；以及 圖8圖解實施例方法的方框圖。
[0006] 除非另外地指示，否則不同的圖中的對應的數(shù)字和標號一般提及對應的部分。圖 被繪制以便清楚地圖解優(yōu)選實施例的相關(guān)方面并且不一定是按比例繪制的。為了更清楚地 圖解某些實施例，指示相同結(jié)構(gòu)、材料或處理步驟的變化的字母可能跟在圖號之后。

【具體實施方式】
[0007] 以下詳細討論當前優(yōu)選的實施例的作出和使用。然而，應當領(lǐng)會本發(fā)明提供可在 多種多樣的具體情形中體現(xiàn)的許多可應用的創(chuàng)新概念。所討論的具體實施例僅僅是用以作 出并且使用本發(fā)明的例示的具體方式并且不限制本發(fā)明的范圍。
[0008] 將在具體的情形一用于可以被使用在RF電路中以針對天線、匹配網(wǎng)絡以及濾波 器提供調(diào)諧的可開關(guān)電容的系統(tǒng)和方法一中關(guān)于優(yōu)選實施例描述本發(fā)明。本發(fā)明還可以被 應用于其它系統(tǒng)和應用，這些系統(tǒng)和應用包括利用可編程電容(諸如數(shù)字可調(diào)諧振蕩器）以 使寬輸出頻率范圍成為可能、以及利用電荷泵以使可變頻率工作成為可能的其它電路。
[0009] 圖la圖解包括二進制加權(quán)電容104、106、108、110和112的常規(guī)數(shù)字可調(diào)諧電容 器電路100,每個二進制加權(quán)電容分別與串聯(lián)開關(guān)120、122、124、126和128耦接。電容104、 106、108、110 和 112 的電容值分別為 8 pF、4 pF、2 pF、l pF 和 0.5 pF。電容器 104、106、 108U10和112的每一個都耦接到輸出焊盤102,以及耦接到靜電放電（ESD)保護晶體管 113。在輸出焊盤102承載的電容量可使用數(shù)字信號04、03、02、01和00控制。例如，如果 信號D3在邏輯上為高，由此接通串聯(lián)開關(guān)122,而信號D4、D2、D1和D0為低，由此關(guān)斷開關(guān) 120、124、126和128,那么在焊盤102承載的電容性負載約為4 pF。同樣地，如果信號D3、 D2、D1和D0在邏輯為高，那么由輸出焊盤102承載的負載約為15. 5 pF。
[0010] 利用數(shù)字可調(diào)諧電容器的許多系統(tǒng)可能經(jīng)受跨數(shù)字可調(diào)諧電容器的較高電壓。這 種情況的一個示例是蜂窩電話機的天線接口。例如，蜂窩電話機的發(fā)射器可能把約33 dBm 的功率輸出至50 ohms，這對應于約20 V的電壓。然而，在天線接口，可能存在遠超過50 ohms的阻抗，由此產(chǎn)生50 V?60 V范圍內(nèi)的瞬態(tài)電壓。由于在許多半導體處理中器件只 能承受10 V范圍內(nèi)的電壓，因此使用器件堆疊來防止器件擊穿和破壞。如所示出那樣，電 容器104、106、108、110和112中的每一個是使用電容器的串聯(lián)組合實現(xiàn)的。同樣地，串聯(lián) 開關(guān)120、122、124、126和128中的每一個是使用串聯(lián)連接的晶體管116實現(xiàn)的，每個晶體 管116具有與其柵極串聯(lián)耦接的電阻器118。電阻器118使柵極阻抗保持足夠高，從而不影 響電容器一開關(guān)組合的RF阻抗。
[0011] 用于電容器的指標的一個重要數(shù)字是Q因數(shù)，Q因數(shù)被定義為：

【權(quán)利要求】
1. 一種可開關(guān)電容電路，包括： 多個電容一開關(guān)單元，其中每個電容一開關(guān)單元包括： 第一半導體開關(guān)電路，和 電容電路，具有被耦接到第一半導體開關(guān)電路的第一端子； 其中所述多個電容一開關(guān)單元中的第一電容一開關(guān)單元的第一半導體開關(guān)電路的電 阻在所述多個電容一開關(guān)單元中的第二電容一開關(guān)單元的第一半導體開關(guān)電路的電阻的 第一容差之內(nèi)，并且第一電容一開關(guān)單元的電容電路的電容在第二電容一開關(guān)單元的電容 電路的電容的第二容差之內(nèi)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的可開關(guān)電容電路，其中： 半導體開關(guān)電路包括多個串聯(lián)連接的半導體開關(guān)；以及 電容電路包括多個串聯(lián)連接的電容器。
3. 按照權(quán)利要求2所述的可開關(guān)電容電路，其中所述多個串聯(lián)連接的半導體開關(guān)的每 一個包括晶體管，以及與所述晶體管的柵極串聯(lián)耦接的電阻器。
4. 按照權(quán)利要求2所述的可開關(guān)電容電路，其中 串聯(lián)連接的半導體開關(guān)的數(shù)目大于或等于被除以半導體開關(guān)中的一個的最大工作電 壓的可開關(guān)電容電路的最大預期工作電壓；以及 串聯(lián)連接的電容器的數(shù)目大于或等于被除以串聯(lián)連接的電容器中的一個的最大工作 電壓的可開關(guān)電容電路的最大預期工作電壓。
5. 按照權(quán)利要求4所述的可開關(guān)電容電路，其中所述最大預期工作電壓大于50 V。
6. 按照權(quán)利要求1所述的可開關(guān)電容電路，其中所述多個電容一開關(guān)單元中的每一個 進一步包括被耦接到電容電路的第二端子的第二半導體開關(guān)電路。
7. 按照權(quán)利要求6所述的可開關(guān)電容電路，進一步包括具有被耦接到電容電路的第一 端子的第一端部和被耦接到電容電路的第二端子的第二端部的第三半導體開關(guān)電路。
8. 按照權(quán)利要求7所述的可開關(guān)電容電路，其中： 電容電路包括金屬一絕緣體一金屬（MM)電容器；并且 第一半導體開關(guān)電路被設(shè)置在MIM電容器之下。
9. 按照權(quán)利要求1所述的可開關(guān)電容電路，其中所述第一容差和所述第二容差小于 1%〇
10. -種操作可開關(guān)電容電路的方法，所述方法包括： 增加所述可開關(guān)電容電路的負載電容包括開啟多個電容一開關(guān)單元中的至少一個，其 中 所述多個電容一開關(guān)單元中的每一個包括第一半導體開關(guān)電路，和具有被耦接到第一 半導體開關(guān)電路的第一端子的電容電路，以及 所述多個電容一開關(guān)單元中的第一電容一開關(guān)單元的第一半導體開關(guān)電路的電阻在 所述多個電容一開關(guān)單元中的第二電容一開關(guān)單元的第一半導體開關(guān)電路的電阻的第一 容差之內(nèi)，并且第一電容一開關(guān)單元的電容電路的電容在第二電容一開關(guān)單元的電容電路 的電容的第二容差之內(nèi)，以及 所述開啟包括激活所述多個電容一開關(guān)單元中的至少一個的第一半導體開關(guān)電路；以 及 減小所述可開關(guān)電容電路的負載電容包括關(guān)閉所述多個電容一開關(guān)單元中的至少一 個，其中所述關(guān)閉包括去激活所述多個電容一開關(guān)單元中的至少一個的第一半導體開關(guān)電 路。
11. 按照權(quán)利要求10所述的方法，其中激活所述多個電容一開關(guān)單元中的至少一個的 第一半導體開關(guān)電路進一步包括激活串聯(lián)耦接的多個半導體開關(guān)。
12. 按照權(quán)利要求10所述的方法，其中： 所述多個電容一開關(guān)單元中的每一個進一步包括被耦接到電容電路的第二端子的第 -半導體開關(guān)電路；以及 所述開啟進一步包括激活所述多個電容一開關(guān)單元中的至少一個的第二半導體開關(guān) 電路。
13. 按照權(quán)利要求12所述的方法，其中： 所述多個電容一開關(guān)單元中的每一個進一步包括具有被耦接到電容電路的第一端子 的第一端部、和被耦接到電容電路的第二端子的第二端部的旁路開關(guān)；以及 所述方法進一步包括旁路所述可開關(guān)電容電路，其中所述旁路包括激活用于所述多個 電容一開關(guān)單元中的至少一個的第一半導體開關(guān)電路、第二半導體開關(guān)電路和旁路開關(guān)。
14. 按照權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括把射頻（RF)信號施加至所述可開關(guān)電容 電路。
15. 按照權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括： 把所述可開關(guān)電容電路耦接到天線；以及 通過增加和減小所述可開關(guān)電容電路的負載電容來調(diào)諧天線。
16. 按照權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括： 接收來自數(shù)字接口的命令；以及 對所述命令解碼，其中增加和減小負載電容進一步包括根據(jù)所解碼的命令有選擇地激 活所述多個電容一開關(guān)單元的第一半導體開關(guān)電路。
17. 按照權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一容差和所述第二容差小于1%。
18. -種可調(diào)諧射頻（RF)電路，包括： 半導體襯底；和 設(shè)置在所述半導體襯底上的多個電容一開關(guān)單元，其中每個電容一開關(guān)單元包括： 電容電路， 奉禹接在電容電路的第一端部和RF電路的第一輸出端子之間的第一半導體開關(guān)電路， 和 耦接在電容電路的第二端部和RF電路的第二輸出端子之間的第二半導體開關(guān)電路； 其中所述多個電容一開關(guān)單元的第一電容一開關(guān)單元的第一半導體開關(guān)電路的電阻 在所述多個電容一開關(guān)單元的第二電容一開關(guān)單元的第一半導體開關(guān)電路的電阻的第一 容差之內(nèi)，并且第一電容一開關(guān)單元的電容電路的電容在第二電容一開關(guān)單元的電容電路 的電容的第二容差之內(nèi)。
19. 按照權(quán)利要求18所述的RF電路，其中： 第一半導體開關(guān)電路包括串聯(lián)耦接的多個第一晶體管；以及 第二半導體開關(guān)電路包括串聯(lián)耦接的多個第二晶體管。
20. 按照權(quán)利要求19所述的RF電路，其中所述多個第一晶體管中的每一個和所述多個 第二晶體管中的每一個包括MOS晶體管和與MOS晶體管的柵極串聯(lián)耦接的電阻器。
21. 按照權(quán)利要求18所述的RF電路，進一步包括： 耦接到所述RF電路的第一輸出端子的第一輸出焊盤；和 耦接到所述RF電路的第二輸出端子的第二輸出焊盤。
22. 按照權(quán)利要求18所述的RF電路，其中每個電容一開關(guān)單元包括耦接在電容電路的 第一端部和第二端部之間的第三半導體開關(guān)電路。
23. 按照權(quán)利要求22所述的RF電路，其中： 電容電路包括金屬一絕緣體一金屬（MIM)電容器；以及 第三半導體開關(guān)電路被設(shè)置在MM電容器之下。
24. 按照權(quán)利要求18所述的RF電路，其中所述第一容差和所述第二容差小于1%。
【文檔編號】H01L27/02GK104158524SQ201410202261
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】W.巴卡爾斯基 申請人:英飛凌科技股份有限公司