DC偏压电容器的电路配置制造技术

一种电容性元件，包括两个或多个电压可变的电容（可变电抗器）（Ｃ）。设置可变电抗器使得它们关于施加的ＡＣ信号（１１０Ａ－１１０Ｂ）串联并且关于施加的ＤＣ偏压（１２０Ａ－１２０Ｂ）并联。可以通过改变ＤＣ偏压来调谐总的电容性元件的有效电容。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及其中的电容可由施加的偏压改变的电容性元件。
技术介绍
具有可变电容的电路元件是在电子电路设计中常用的组成部分。在一种方法中，通过加到电容元件的偏压调整电容。可以使用多种不同技术，包括基于薄膜铁电材料的技术，创建这些电压可变的电容(可变电抗器)。在薄膜铁电方法中，铁电材料的薄膜夹在导电电极之间。合适的铁电材料的实例包括钛酸钡，钛酸锶，以及两者的合成物，例如，钛酸锶钡(BST)。因为铁电膜的非线性电极化特性，这个结构的电容值根据施加的电场而变化。施加的电场大约由E＝V/d给出，其中E是电场，V是在可变电抗器上施加的电压，d是铁电膜的厚度。在实例中，根据特定的材料成分，需要高达1MV/cm的电场强度来实现有用的电容变化。但是，增加电场强度进一步引起设备故障和可靠性方面的考虑。在很多应用中，可变电抗器主要用来处理AC信号，并且在可变电抗器上施加DC偏压来设置可变电抗器的电容。通过改变DC偏压来调谐电容。但是，如果应用局限于低的DC电压(例如，在电池供电的应用中)，并且仍然需要在大范围的电容上调谐可变电抗器(也就是，高的“可调谐性”)，那么为了实现所需的电场，通常介电薄膜必须非常薄。但是薄的介电薄膜引起低的击穿电压和差的AC功率处理。在很多电路中，比如用于无线应用的功率放大器中，在可变电抗器上施加的峰值AC电压可能显著地超过DC偏压。例如，在当前的手机中，电池电压通常是大约3.5V并且电池产生DC偏压。因此，DC偏压通常限于小于等于3.5V。但是，总电压(AC+DC)可能达到超过7V。一种增加铁电膜中的击穿电场的普通方法是以一种和多种材料略微掺杂膜。例如，将Ti，Mg，Mn和Zr用在BST膜中来增加击穿电场。这个方法的缺点是合成的材料通常对于给定的施加电压具有大大降低的电容调谐性。这迫使设计者使用甚至更薄的膜，这样恶化了击穿问题并且产生了掺杂的反效果。可变电抗器的另一问题是可变电抗器用作较大的电路中的一个组成部分。但是，通常在两个和外部电路连接的相同的终端上施加DC偏压。结果，DC偏压和对应的偏压电路不和外部电路隔离并且可能在两者之间引起干扰。这样，需要可以使用低的DC偏压调谐但是还可以处理高AC电压的电容元件。DC偏压及电路和其中使用电容元件的任意外部电路隔离也是有益的。基于铁电薄膜的电容元件通常具有小尺寸、低成本和适于大规模生产的附加优点。
技术实现思路
通过提供一种基于两个或多个可变电抗器的电容性元件，本专利技术克服了现有技术的限制。设置可变电抗器使得它们关于施加的AC信号串联，这样因为总的AC电压摆幅被划分到所有可变电抗器而增加了AC功率处理性能。关于施加的DC偏压并联可变电抗器，这样因为每一可变电抗器经历完全的DC偏压而以低的DC电压保持高的电容可调谐性。在一个实施例中，电压可变的电容性元件包括串联以形成链的N(其中N＞1)个可变电抗器。在链中的N+1个节点应该被称为接合节点。电容元件还包括用于接收AC信号的第一AC节点和第二AC节点。第一AC节点和第一接合节点连接并且第N+1个接合节点和第二AC节点连接。电容元件进一步包括用于接收DC偏压的第一DC偏压节点和第二DC偏压节点。第一DC偏压节点和第奇数个的接合节点DC连接并且第二DC偏压节点和第偶数个的接合节点DC连接。在一些实施中，DC偏压节点和接合节点通过AC阻塞电路元件连接，比如高阻抗(也就是，AC阻塞)电阻和电感。以这种方式，DC偏压电路和AC信号隔离。在本专利技术的另一方面中，AC节点和它们各自的接合节点通过DC阻塞电容连接。这样隔离DC偏压和任意外部电路。可以使用多种技术实现电容性元件。例如，可能使用离散的组成部分来实现一些或全部电容性元件。但是，可变电抗器优选是薄膜铁电可变电抗器并且优选将电容性元件和可变电抗器一起在单一衬底上集成。附图说明当和附图结合时，可以通过下面的本专利技术的详细描述和所附权利要求更容易地理解本专利技术的其它优点和特征，附图中图1是一根据本专利技术的电容性元件的功能图。图2A和2B是分别示出了图1的电容性元件的AC和DC性状的电路图。图3是一个实现如图1-2所示的电容性元件的通常方法的电路图。图4是具有四个可变电抗器并且使用电阻器作为AC阻塞电路元件的电容元件的电路图。图5是具有四个可变电抗器并且使用电阻器作为AC阻塞电路元件的另一电容元件的电路图。图6是在分流设置中使用的电容元件的电路图。图7是示出了在电容元件中使用任意数量的可变电抗器的电容性元件的电路图。图8是示出了使用电感作为AC阻塞电路元件的电容性元件的电路图。图9A是另一电容性元件的电路图。图9B是图9A的电容性元件的薄膜集成电路实现的顶视图。具体实施例方式图1是根据本专利技术的电容性元件100的功能图。电容性元件100包括四个节点，其中两个被称为AC节点110A-110B，两个被称为DC偏压节点120A-120B。元件还包括至少两个可变电抗器150A-150N。可变电抗器是电压可变的电容，意味着可变电抗器的电容根据在可变电抗器上施加的DC偏压而改变。电容性元件100还担当电压可变的电容的功能。AC节点110用作电容的终端。将AC信号加到AC节点110并且元件100在施加的AC信号上主要具有容性效果。元件100的实际电容由加到DC偏压节点120的DC偏压确定。这样，通过改变施加到DC偏压节点120的DC偏压，可以调谐在AC节点110之间的有效电容。图2A和2B是进一步示出了容性元件100的操作的视图。图2A示出了AC性状。以这样一种方式构造在容性元件100中的电路使得N个可变电抗器150关于施加到AC节点110的AC信号串联。假定没有其它电容，如图2A所示，元件100的有效电容得自N个可变电抗器150的串行组合。如果每一可变电抗器具有电容C，有效电容是C/N。另外，每一可变电抗器150经历加到AC节点110的总AC电压摆幅的1/N的AC电压降，这样改进了元件100的功率处理性能。图2B示出了容性元件100的DC性状。构造元件100的电路使得N个可变电抗器150关于加到DC偏压节点120的DC偏压并联。以这种方式，在每一可变电抗器150上施加完全的DC偏压。结果，可以使用更低的偏压来调谐可变电抗器150的电容。例如，如果可变电抗器150关于DC偏压串联并且每一可变电抗器150经历总DC偏压的1/N的DC电压降，那么在DC偏压节点120上施加的电压将比如图2B所示的并联结构所需电压大N倍。应该理解图1和2是简化的功能描述。多种实现可能偏离这个模型。例如，图2A和2B的电路示出了在AC和DC偏压节点之间的可变电抗器150的完美串联和并联。具体实现可能不能达成这个理想结果，例如，因为电路不完整性和/或影响连接的另外的电路元件。在大多数情况中，除了可变电抗器150，使用另外的电路元件来实现如图2所示的功能性，但是产生的容性元件100将不能达成如图2所示的确切的理想性状。在一些情况中，为了达成其它目的可能将电路元件添加到容性元件100。作为另一实例，图1示出了分开的四个节点110和120。这是为了清楚起见。在多种实现中，物理节点可能担当一个或多个节点110和120的角色。相反地，每一节点110，120可能由两个或多个物理节点实现。类似地，每一可变电抗器150由单一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压可变的电容性元件，包括：　　　　用于接收ＤＣ偏压的第一ＤＣ偏压节点和第二ＤＣ偏压节点；　　　　用于接收ＡＣ信号的第一ＡＣ节点和第二ＡＣ节点；　　　　Ｎ个可变电抗器，其中Ｎ至少是二，并且每一可变电抗器具有根据在所述可变电抗器上施加的电压改变的电容；并且　　　　其中，所述Ｎ个可变电抗器在所述ＤＣ偏压节点之间关于ＤＣ偏压并联并且在所述ＡＣ节点之间关于ＡＣ信号串联。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特A杨，
申请(专利权)人：灵敏材料与技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]