用于可开关电容的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于可开关电容的系统和方法。依照实施例，可开关电容电路包括多个电容—开关单元，每个电容—开关单元具有第一半导体开关电路，和具有被耦接到第一半导体开关电路的第一端子的电容电路。所述多个电容—开关单元中的第一开关—电容单元的第一半导体开关电路的电阻在所述多个电容—开关单元中的第二电容—开关单元的第一半导体开关电路的电阻的第一容差之内，并且第一电容—开关单元的电容电路的电容在第二电容—开关单元的电容电路的电容的第二容差之内。

【技术实现步骤摘要】
用于可开关电容的系统和方法
本公开一般涉及电子器件，并且更特别地涉及用于可开关电容的系统和方法。
技术介绍
诸如电容器和电感器的可调谐无源元件被用在各种射频(RF)电路中，以实现用于天线和功率放大器的可调节的匹配网络，并且针对高频滤波器提供调节调谐。由于便携式器件的高需求和生产的原因，在诸如蜂窝电话机、智能电话机和便携式计算机的产品中，可找到这样的可调谐无源元件。为这样的产品中的RF电路提供调谐允许这些产品在各种RF条件下提供高性能的RF发射和接收。在被配置成在不同的RF频带上工作和/或被配置成使用不同的标准工作的RF器件中，可编程调谐也是有帮助的。可用多种方式实现可调谐电容器。例如，电压控制的电容器可被用于提供可变电容。这样的可变电容可以使用具有与所施加的反向偏置电压成反比例的电容的反向偏置的二极管结来实现。其中可以实现可调谐电容的另一种方式是使用其各个元件经由可控开关来连接或是断开的可开关电容器的阵列。可开关电容器的设计中的一个挑战是保持可能由于可控开关的电阻而劣化的高品质因数(Q)。
技术实现思路
依照实施例，可开关电容电路包括多个电容—开关单元，每个电容—开关单元具有第一半导体开关电路和电容电路，电容电路具有被耦接到第一半导体开关电路的第一端子。所述多个电容—开关单元中的第一开关—电容单元的第一半导体开关电路的电阻在所述多个电容—开关单元中的第二电容—开关单元的第一半导体开关电路的电阻的第一容差之内，并且第一电容—开关单元的电容电路的电容在第二电容—开关单元的电容电路的电容的第二容差之内。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在参照结合随附的附图所作的下面的描述，在附图中：图1a—c图解常规的数字可调谐电容的示意图和对应的性能图表；图2a—c图解常规的数字可调谐电容的示意图和对应的性能图表；图3图解数字可调谐电容的另一个实施例的示意图；图4a—b图解具有旁路开关的数字可调谐电容的示意图和对应的横截面；图5图解具有旁路开关的数字可调谐电容的另一个实施例；图6图解实施例的集成电路的方框图；图7a—e图解实施例的匹配电路和相关联的史密斯圆图；以及图8图解实施例方法的方框图。除非另外地指示，否则不同的图中的对应的数字和标号一般提及对应的部分。图被绘制以便清楚地图解优选实施例的相关方面并且不一定是按比例绘制的。为了更清楚地图解某些实施例，指示相同结构、材料或处理步骤的变化的字母可能跟在图号之后。具体实施方式以下详细讨论当前优选的实施例的作出和使用。然而，应当领会本专利技术提供可在多种多样的具体情形中体现的许多可应用的创新概念。所讨论的具体实施例仅仅是用以作出并且使用本专利技术的例示的具体方式并且不限制本专利技术的范围。将在具体的情形—用于可以被使用在RF电路中以针对天线、匹配网络以及滤波器提供调谐的可开关电容的系统和方法—中关于优选实施例描述本专利技术。本专利技术还可以被应用于其它系统和应用，这些系统和应用包括利用可编程电容（诸如数字可调谐振荡器）以使宽输出频率范围成为可能、以及利用电荷泵以使可变频率工作成为可能的其它电路。图1a图解包括二进制加权电容104、106、108、110和112的常规数字可调谐电容器电路100，每个二进制加权电容分别与串联开关120、122、124、126和128耦接。电容104、106、108、110和112的电容值分别为8pF、4pF、2pF、1pF和0.5pF。电容器104、106、108、110和112的每一个都耦接到输出焊盘102，以及耦接到静电放电(ESD)保护晶体管113。在输出焊盘102承载的电容量可使用数字信号D4、D3、D2、D1和D0控制。例如，如果信号D3在逻辑上为高，由此接通串联开关122，而信号D4、D2、D1和D0为低，由此关断开关120、124、126和128，那么在焊盘102承载的电容性负载约为4pF。同样地，如果信号D3、D2、D1和D0在逻辑为高，那么由输出焊盘102承载的负载约为15.5pF。利用数字可调谐电容器的许多系统可能经受跨数字可调谐电容器的较高电压。这种情况的一个示例是蜂窝电话机的天线接口。例如，蜂窝电话机的发射器可能把约33dBm的功率输出至50ohms，这对应于约20V的电压。然而，在天线接口，可能存在远超过50ohms的阻抗，由此产生50V～60V范围内的瞬态电压。由于在许多半导体处理中器件只能承受10V范围内的电压，因此使用器件堆叠来防止器件击穿和破坏。如所示出那样，电容器104、106、108、110和112中的每一个是使用电容器的串联组合实现的。同样地，串联开关120、122、124、126和128中的每一个是使用串联连接的晶体管116实现的，每个晶体管116具有与其栅极串联耦接的电阻器118。电阻器118使栅极阻抗保持足够高，从而不影响电容器—开关组合的RF阻抗。用于电容器的指标的一个重要数字是Q因数，Q因数被定义为：其中Z是电容性元件是复数阻抗，Im(Z)是阻抗的虚数分量，Re(Z)是阻抗的实数分量。在电容器与开关串联耦接的情况下，可以作出下面的近似：其中C是电容的电容值，Ron是开关的导通电阻，并且ω是角频率。因此，电容器的Q可被表达成：如上面显见那样，Q因数随着C或Ron减小而改善。因此，串联连接的器件越多，Q因数越低。图1b图解对于5比特二进制加权开关电容器阵列而言，Q因数对于有效电容的曲线图130。如所示出那样，在输出电容CEFF上Q因数显著变化。例如，在对应于约12pF的电容的点132的Q因数约为22，而在对应于约12.5pF的电容的点134的Q因数约为19。Q因数的这种变化归因于针对每个分支的C和Ron之间的比率的变化。如果通过使针对每个分支的C和Ron之间的比率等同，而使Q因数更恒定，则确信会有其它困难。例如，最高的电容器可能需要非常宽的低电阻开关，而更小的晶体管可能需要非常小和/或长且窄的晶体管。总的说来，开关尺寸的这种差异会消耗更多的裸片区域，并且可能引起与电流分布有关的问题。具有许多串联的高电阻晶体管的开关可能难以完全接通，并且在电容器大小和开关电阻不同的分支之间，接通时间可能显著变化。图1c图解跨接与8pF的电容152串联耦接的开关154施加60VAC的效果。图150表示当开关154导通时的情况，并且图158表示当开关154断开时的情况。如所示出那样，当开关154导通时，跨接开关154施加的AC电压约为0V，并且由电容器152承载整个60VAC。然而，当开关154断开时，由电容152承载约0.1V，并且经由电容性耦接由开关154承载约59.9V。即使开关154并未被DC耦接至所施加的电压，由于经由电容152耦接的电压，开关154仍然需要承受几乎整个所施加的电压摆动。图2a图解根据本专利技术的实施例的数字可调谐电容器电路200，数字可调谐电容器电路200包括耦接到输出焊盘102的等同地加权的电容—开关单元204。每个电路204包括与开关电路220串联耦接的电容224。在所图解的示例中，电容224约为0.5pF，由电容器的串联组合形成。在一个示例中，通过串联耦接5个2.5pF的电容器以形成0.5pF的等效电容，来形成电容224。替换地，取决于特定的系统及其规格，可以串联耦接更多或更少的电容器。在一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可开关电容电路，包括：多个电容—开关单元，其中每个电容—开关单元包括：　　第一半导体开关电路，和　　电容电路，具有被耦接到第一半导体开关电路的第一端子；其中所述多个电容—开关单元中的第一电容—开关单元的第一半导体开关电路的电阻在所述多个电容—开关单元中的第二电容—开关单元的第一半导体开关电路的电阻的第一容差之内，并且第一电容—开关单元的电容电路的电容在第二电容—开关单元的电容电路的电容的第二容差之内。

【技术特征摘要】
2013.05.14 US 13/8940961.一种可开关电容电路，包括：多个电容—开关单元，被耦接到公共端子，其中每个电容—开关单元包括：第一半导体开关电路，和电容电路，具有被耦接到第一半导体开关电路的第一端子；其中所述多个电容—开关单元中的第一电容—开关单元的第一半导体开关电路的电阻基本上等于所述多个电容—开关单元中的第二电容—开关单元的第一半导体开关电路的电阻，并且第一电容—开关单元的电容电路的电容基本上等于第二电容—开关单元的电容电路的电容，并且其中所述多个电容—开关单元中的每一个是具有相同几何形状的匹配单元，其中随着通过使所述多个电容—开关单元中的若干电容—开关单元切入和切出来增加和减小负载电容，所述可开关电容电路的Q因素基本上是单调的。2.按照权利要求1所述的可开关电容电路，其中：半导体开关电路包括多个串联连接的半导体开关；以及电容电路包括多个串联连接的电容器。3.按照权利要求2所述的可开关电容电路，其中所述多个串联连接的半导体开关的每一个包括晶体管，以及与所述晶体管的栅极串联耦接的电阻器。4.按照权利要求2所述的可开关电容电路，其中串联连接的半导体开关的数目大于或等于被除以半导体开关中的一个的最大工作电压的可开关电容电路的最大预期工作电压；以及串联连接的电容器的数目大于或等于被除以串联连接的电容器中的一个的最大工作电压的可开关电容电路的最大预期工作电压。5.按照权利要求4所述的可开关电容电路，其中所述最大预期工作电压大于50V。6.按照权利要求1所述的可开关电容电路，其中所述多个电容—开关单元中的每一个进一步包括被耦接到电容电路的第二端子的第二半导体开关电路。7.按照权利要求6所述的可开关电容电路，进一步包括具有被耦接到电容电路的第一端子的第一端部和被耦接到电容电路的第二端子的第二端部的第三半导体开关电路。8.按照权利要求7所述的可开关电容电路，其中：电容电路包括金属—绝缘体—金属(MIM)电容器；并且第一半导体开关电路被设置在MIM电容器之下。9.一种操作可开关电容电路的方法，所述方法包括：增加所述可开关电容电路的负载电容包括开启被耦接到公共端子的多个电容—开关单元中的至少一个，其中所述多个电容—开关单元中的每一个包括第一半导体开关电路，和具有被耦接到第一半导体开关电路的第一端子的电容电路，以及所述多个电容—开关单元中的第一电容—开关单元的第一半导体开关电路的电阻基本上等于所述多个电容—开关单元中的第二电容—开关单元的第一半导体开关电路的电阻，并且第一电容—开关单元的电容电路的电容基本上等于第二电容—开关单元的电容电路的电容，其中所述多个电容—开关单元中的每一个是具有相同几何形状的匹配单元，以及所述开启包括激活所述多个电容—开关单元中的至少一个的第一半导体开关电路；以及减小所述可开关电容电路的负载电容包括关闭所述多个电容—开关单元中的至少一个，其中所述关闭包括去激活所述多个电容—开关单元中的至少一个的第一半导体开关电路，其中随着增加和减小负载电容，所述可开关电容电路的Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：W巴卡尔斯基，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE