CN101997482A - 可调电容性装置 - Google Patents

Abstract

一种可调电容性装置，该可调电容性装置包含：第一可调电容性元件，其第一端耦接于第一电压输入端；第一耦接电容性元件，其第一端耦接于第一可调电容性元件的第二端，其第二端耦接于第一连接端；第一耦接电阻性元件，其第一端耦接于第一可调电容性元件的第二端，其第二端耦接于第二电压输入端；第一特定电容性元件，耦接于第一可调电容性元件的第一端与第二端之间；第一输入电压与第二输入电压其中之一为控制电压，而另一个为参考电压，控制电压用于调节可调电容性装置的电容值。藉此，本发明其效果之一可同时达到线性度与高Q因子的要求。

Description

可调电容性装置

技术领域

本发明有关于一种可调电路元件，更具体地，有关于一种可调电容性装置。

背景技术

如变容器(varactors)等可调电容性装置普遍用于多种应用中。例如，一些压控震荡器(voltage-controlled oscillator，VCO)，其中设置有可调电容性装置。此外，VCO也只是用于多种应用中的一种普通电路元件。以传统的VCO调制发射器架构(VCO modulated transmitter architecture)为例，基于VCO的调制器通过VCO控制电压将基带信息调制为射频(radio-frequency，RF)载波。例如，将要发射的信息应用于三角积分调制频率合成器(sigma-delta modulated synthesizer)的输入，藉此使得VCO跟随要发射的信息。

传统VCO的一种通常的实施方式是利用LC震荡器架构，其中LC震荡器架构包含至少一个固定值的电感性(inductive)元件以及至少一个可调电容性元件。因此，通过设定可调控制电压，而改变设置的可调电容性元件的电容值，会相应改变VCO的震荡频率。换言之，可调电容性元件的电容-电压(C-V)特性会影响VCO的整体电压-频率(V-F)特性。在一种情况中，可调电容性元件的C-V特性并非线性，VCO的V-F特性也会变为非线性；然而，VCO的非线性V-F特性会导致上述VCO调制发射器的回路带宽在调制过程中发生改变。如果回路带宽变的太小，可能会发生调制所输出的信号失真，而大大降低调制的精确度。

因此，如何设计一种能够满足现有设计应用需求的可调电容性元件，已经成为设计者的一项重要课题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可调电容性装置。

根据本发明的一个实施例，提供一种可调电容性装置，包含：第一可调电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一可调电容性元件的第一端耦接于用以接收第一输入电压的第一电压输入端；第一耦接电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电容性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电容性元件的第二端耦接于所述可调电容性装置的第一连接端；第一耦接电阻性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电阻性元件的第二端耦接于用以接收第二输入电压的第二电压输入端；以及第一特定电容性元件，耦接于所述第一可调电容性元件的第一端与所述第一可调电容性元件的第二端之间；其中，所述第一输入电压与所述第二输入电压其中之一为控制电压，而另一为参考电压，其中所述控制电压系用于调节所述可调电容性装置的电容值。

根据本发明的另一个实施例，提供一种可调电容性装置，包含：第一可调电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一可调电容性元件的第一端耦接于用以接收第一输入电压的第一电压输入端；第二可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二可调电容性元件的第一端耦接于所述第一电压输入端；第一耦接电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电容性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电容性元件的第二端耦接于所述可调电容性装置的第一连接端；第二耦接电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电容性元件的第一端耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电容性元件的第二端耦接于所述可调电容性装置的第二连接端；第一耦接电阻性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，电而所述第一耦接电阻性元件的第二端耦接于用以接收第二输入压的第二电压输入端；第二耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电阻性元件的第二端耦接于所述第二电压输入端；以及特定电容性元件，耦接于所述第一可调电容性元件的第二端与所述第二可调电容性元件的第二端之间；其中，所述第一输入电压为控制电压，用于调节所述可调电容性装置的电容值，而所述第二输入电压为参考电压。

藉此，本发明提供的可调电容性装置其效果之一是可达到线性度与高Q因子的要求，能够提供较好的宽带噪声抵抗能力。

附图说明

图1显示的是根据本发明第一实施例的可调电容性装置100的示意图。

图2显示的是根据本发明第二实施例的可调电容性装置200的示意图。

图3显示的是根据本发明第三实施例的可调电容性装置300的示意图。

图4(a)显示的是可调电容性装置200中部分电路的代表性电路模型。

图4(b)显示的是可调电容性装置100中部分电路的代表性电路模型。

图5显示的是根据本发明第四实施例的可调电容性装置500的示意图。

图6显示的是根据本发明第五实施例的可调电容性装置600的示意图。

图7显示的是根据本发明第六实施例的可调电容性装置700的示意图。

图8(a)显示的是可调电容性装置200中部分电路的代表性电路模型。

图8(b)显示的是可调电容性装置600中部分电路的代表性电路模型。

图9显示的是根据本发明第七实施例的可调电容性装置900的示意图。

图10显示的是根据本发明第八实施例的可调电容性装置1000的示意图。

图11显示的是根据本发明第九实施例的可调电容性装置1100的示意图。

图12显示的是特别加入的电容性元件的一种选替设计示意图。

具体实施方式

在说明书及前述的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中普通技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及前述的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及前述的权利要求当中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1显示的是根据本发明第一实施例的可调电容性装置100的示意图。可调电容性装置(如变容装置)100包含第一可调电容性元件102、第二可调电容性元件104、第一耦接电容性元件(如耦接电容)106、第二耦接电容性元件(如耦接电容)108、第一耦接电阻性元件(如耦接电阻)110以及第二耦接电阻性元件(如耦接电阻)112。第一可调电容性元件102具有第一端N11与第二端N12，其中第一端N11耦接用于接收第一输入电压V₁的第一电压输入端NV_1。第一耦接电容性元件106具有第一端N13与第二端N14，其中第一端N13耦接第一可调电容性元件102的第二端N12，第二端N14耦接可调电容性装置100的第一连接端NC_1。第一耦接电阻性元件110具有第一端N15与第二端N16，其中第一端N15耦接第一可调电容性元件102的第二端N12，第二端N16耦接用于接收第二输入电压V₂的第二电压输入端NV_2。须注意，第一输入电压V₁与第二输入电压V₂其中的一个作为控制电压，而另外一个则作为固定参考电压，其中控制电压是用于调节可调电容性装置100的电容值。更具体地，在一个例子的设计中，第一输入电压V₁作为控制电压，而第二输入电压V₂作为参考电压；在另一个例子的设计中，第一输入电压V₁作为参考电压，而第二输入电压V₂作为控制电压。第一输入电压V₁与第二输入电压V₂的设定取决于实际的设计需求。

图1所示的可调电容性装置100利用差分拓扑(topology)实施，以满足差分应用的需求。因此，可调电容性装置100也包含有第二可调电容性元件104、第二耦接电容性元件108以及第二耦接电阻性元件112。如图1中所示，第二可调电容性元件104具有第一端N21与第二端N22，其中第一端N21耦接第一电压输入端NV_1。第二耦接电容性元件108具有第一端N23与第二端N24，其中第一端N23耦接第二可调电容性元件104的第二端N22，第二端N24耦接可调电容性装置100的第二连接端NC_2。第二耦接电阻性元件112具有第一端N25与第二端N26，其中第一端N25耦接第二可调电容性元件104的第二端N22，第二端N26耦接第二电压输入端NV_2。

第一电压输入端NV_1以及第二电压输入端NV_2用于提供电压至可调电容性装置100以控制可调电容性装置100的电容值。在此实施例中，第一耦接电容性元件106与第二耦接电容性元件108中的每一个都是用于AC耦接，而第一连接端NC_1与第二连接端NC_2具有与应用电路(如VCO)的其它电路部分的相互连接关系，而所述的应用电路采用可调电容性装置100。

需要注意，可调电容性装置也可利用单端(single-ended)拓扑实施，以满足单端应用的需求。在这样的选替设计中，可以省略图1所示的第二可调电容性元件104、第二耦接电容性元件108以及第二耦接电阻性元件112。

通过举例的方式，而非仅限于此，图1中所示的可调电容性装置100应用于VCO调制发射器的基于VCO的调制器中。因此，从VCO来看大信号C-V特性需要与VCO增益K_VCO的规格(specification)一致。由第一耦接电阻性元件110与第二耦接电阻性元件112中的每一者所致的热噪声V_N会引发所不需要的载波频率周围的相位噪声。对于预定的带宽Δf，热噪声V_N可表示如下：

$V_N=\sqrt{\stackrel{\‾}{{v_n}^2}}=\sqrt{4\mathrm{kTR\Δf}}---\left(1\right)$

在上述方程式(1)中，

表示电压方差(均方)，k表示波兹曼常数(Boltzmann′s constant)，T为绝对温度，而R为电阻值。此外，热噪声V_N导致的VCO调制发射器噪声与VCO增益K_VCO成比例(in proportion)。为了减少不需要的热噪声V_N，耦接电阻性元件(如第一耦接电阻性元件110与第二耦接电阻性元件112)的电阻值R应设定为小数值。此外，在Q因子Q1与Q2大于5的条件下，Q因子Q1与Q因子Q2具有以下特性：

Q₁∝Ω*R*C_var    (2)

$Q_2=Q_1*\frac{(C_{\mathrm{mom}}+C_{\mathrm{var}})}{C_{\mathrm{mom}}}---\left(3\right)$

C_var-表示可调电容性元件(如第一可调电容性元件102或第二可调电容性元件104)的电容值，C_mom表示耦接电容性元件(如第一耦接电容性元件106与第二耦接电容性元件108)的电容值，而Ω表示角频率。

当减少耦接电阻性元件的电阻值R以降低热噪声时，则须增加比率

以将Q因子Q2保持在所需数值。较佳的，Q因子Q2应维持在一大数值以保持VCO的Q因子。然而，比率

的增加会引起可调电容性元件上更小的内部摆动(swing)，降低VCO增益K_VCO线性度(linearity)。换言之，Q因子与VCO增益K_VCO线性度(linearity)成反比(contradict)。因此，Q因子Q2以及所述线性度是比率

的函数。

为了同时达到线性度与高Q因子的要求，而需要将至少一个附加电容性元件特别加入到可调电容性装置100中。接下来将揭示基于图1中所示的电路架构的多个改进电路设计。

图2显示的是根据本发明第二实施例的可调电容性装置200的示意图。除了图1中所示的第一可调电容性元件102、第二可调电容性元件104、第一耦接电容性元件106、第二耦接电容性元件108、第一耦接电阻性元件110以及第二耦接电阻性元件112，可调电容性装置(如变容装置)200还包含第一特定电容性元件(如电容器)202以及第二特定电容性元件(如电容器)204，其中所述第一特定电容性元件202具有第一端N17以及第二端N18，第一特定电容性元件202的第一端N17耦接于第一可调电容性元件102的第一端N11，而第一特定电容性元件202的第二端N18耦接于第一可调电容性元件102的第二端N12；所述第二特定电容性元件204具有第一端N27以及第二端N28，第二特定电容性元件204的第一端N27耦接于第二可调电容性元件104的第一端N21，而第二特定电容性元件204的第二端N28耦接于第二可调电容性元件104的第二端N22。

图2所示的可调电容性装置200利用差分拓扑实施，以满足差分应用的需求。然而，可调电容性装置也可利用单端拓扑实施，以满足单端应用的需求。请参照图3，图3显示的是根据本发明第三实施例的可调电容性装置300的示意图。在图3显示的选替设计中，可以省略图2所示的第二可调电容性元件104、第二耦接电容性元件108、第二耦接电阻性元件112以及第二特定电容性元件204。

对于图2中所示的可调电容性装置200与图1中所示的可调电容性装置100之间的比对情况详细描述如下。

图4(a)显示的是可调电容性装置200中部分电路的代表性电路模型。图4(b)显示的是可调电容性装置100中部分电路的代表性电路模型。作为代表性电路模型，图4(a)与图4(b)中不便标示与图2以及图1一一对应的具体元件符号。为了便于理解，请一并参照图2与图4(a)。如图4(a)中所示，可调电容性装置200中的第一可调电容性元件102具有电容值C_0A，可调电容性装置200中的第一耦接电容性元件106具有电容值C_1A，可调电容性装置200中的第一特定电容性元件202具有电容值C_2A，电导(conductance)表示为G_0A，而第一连接端NC_1处的电压电平为V_DA，第一可调电容性元件102的第二端处的电压电平为V_1A以及第一电压输入端NV_1处的电压电平为V_VA。为了便于理解，请一并参照图1与图4(b)。如图4(b)中所示，可调电容性装置100中的第一可调电容性元件102具有电容值C_0B，可调电容性装置100中的第一耦接电容性元件106具有电容值C_1B，电导表示为G_0B，而第一连接端NC_1处的电压电平为V_DB，第一可调电容性元件102的第二端处的电压电平为V_1B以及第一电压输入端NV_1处的电压电平为V_VB。

忽略G_0A与G_0B，可调电容性装置200的内部摆动V_IA以及可调电容性装置100的内部摆动V_IB可由以下方程表示：

$V_{\mathrm{IA}}=V_{\mathrm{DA}}\·\frac{C_{1A}}{C_{1A}+C_{0A}+C_{2A}}---\left(4\right)$

$V_{\mathrm{IB}}=V_{\mathrm{DB}}\·\frac{C_{1B}}{C_{1B}+C_{0B}}---\left(5\right)$

可调电容性装置200的等效电容值C_EA以及可调电容性装置100的等效电容值C_EB定义为介于V_DA及V_VB之间的电容值，可由以下方程表示：

$C_{\mathrm{EA}}=\frac{C_{1A}\·(C_{0A}+C_{2A})}{C_{1A}+C_{0A}+C_{2A}}---\left(6\right)$

$C_{\mathrm{EB}}=\frac{C_{1B}\·C_{0B}}{C_{1B}+C_{0B}}---\left(7\right)$

对于可调电容性装置200而言，小讯号的调谐敏感度(tuning sensitivity)K_VA可由以下方程获得：

$\frac{{\∂C}_{\mathrm{EA}}}{{\∂C}_{0A}}={\left(\frac{C_{1A}}{C_{1A}+C_{0A}+C_{2A}}\right)}^2---\left(8\right)$

$\frac{{\∂C}_{0A}}{\∂V}=k_c\·C_{0A}---\left(9\right)$

$\frac{{\∂C}_{\mathrm{EA}}}{\∂V}=\frac{{\∂C}_{\mathrm{EA}}}{{\∂C}_{0A}}\·\frac{{\∂C}_{0A}}{\∂V}={\left(\frac{C_{1A}}{C_{1A}+C_{0A}+C_{2A}}\right)}^2\·k_c\·C_{0A}---\left(10\right)$

$K_{\mathrm{VA}}=\frac{\∂f}{\∂V}=-\frac{f_{\mathrm{osc}}}{{2C}_T}\·\frac{{\∂C}_{\mathrm{EA}}}{\∂V}=-\frac{f_{\mathrm{osc}}}{{2C}_T}\·{\left(\frac{C_{1A}}{C_{1A}+C_{0A}+C_{2A}}\right)}^2\·k_c\·C_{0A}---\left(11\right)$

对于可调电容性装置100而言，小讯号的调谐敏感度K_VB可由以下方程获得：

$\frac{{\∂C}_{\mathrm{EB}}}{{\∂C}_{0B}}={\left(\frac{C_{1B}}{C_{1B}+C_{0B}}\right)}^2---\left(12\right)$

$\frac{{\∂C}_{0B}}{\∂V}=k_c\·C_{0B}---\left(13\right)$

$\frac{{\∂C}_{\mathrm{EB}}}{\∂V}=\frac{{\∂C}_{\mathrm{EB}}}{{\∂C}_{0B}}\·\frac{{\∂C}_{0B}}{\∂V}={\left(\frac{C_{1B}}{C_{1B}+C_{0B}}\right)}^2\·k_c\·C_{0B}---\left(14\right)$

$K_{\mathrm{VB}}=\frac{\∂f}{\∂V}=-\frac{f_{\mathrm{osc}}}{{2C}_T}\·\frac{{\∂C}_{\mathrm{EB}}}{\∂V}=-\frac{f_{\mathrm{osc}}}{{2C}_T}\·{\left(\frac{C_{1B}}{C_{1B}+C_{0B}+C_{2B}}\right)}^2\·k_c\·C_{0B}---\left(15\right)$

请注意，C_T表示总电容值，f_osc表示VCO的震荡频率，k_c为半导体工艺(semiconductor process)相关参数。

如果需要相同的小讯号调谐敏感度，则需要满足条件K_vA＝K_vB，而得到以下方程：

${\left(\frac{C_{1A}}{C_{1A}+C_{0A}+C_{2A}}\right)}^2\·C_{0A}={\left(\frac{C_{1B}}{C_{1B}+C_{0B}}\right)}^2\·C_{0B}---\left(16\right)$

此外，如果还需要相同的摆动，则需要满足条件V_IA＝V_IB以及V_DA＝V_DB，而得到以下方程：

$\frac{C_{1A}}{C_{1A}+C_{0A}+C_{2A}}=\frac{C_{1B}}{C_{1B}+C_{0B}}---\left(17\right)$

基于上述方程式(16)以及(17)，容易得到以下方程：

C_0A＝C_0B    (18)

$C_{1B}=C_{1A}\·\left(\frac{C_{0A}}{C_{0A}+C_{2A}}\right)---\left(19\right)$

在相同的小讯号调谐敏感度及相同内部摆动的情况下，会得到相同的VCO增益K_VCO线性度。

因此，为了具有与可调电容性装置200等同的VCO增益K_VCO线性度，需要缩小可调电容性装置100中的第一耦接电容性元件106的电容值，并且可调电容性装置100中的第一可调电容性元件102的电容值应当保持不变。此外，图4(b)中所示的电路的等效电容值可由以下方程表示：

$C_{\mathrm{EB}}=\left(\frac{C_{0A}}{C_{2A}+C_{0A}}\right)\·C_{\mathrm{EA}}---\left(20\right)$

根据上述内容，图4(b)所示的电路(对应于可调电容性装置100)相较于图4(a)所示的电路(对应于可调电容性装置200)具有更小的电容性(less capacitive)。

而且，可调电容性装置200的等效电导G_EA以及可调电容性装置100的等效电导G_EB可由以下方程表示：

$G_{\mathrm{EA}}={\left(\frac{C_{1A}\·C_{0A}}{C_{1A}+C_{0A}+C_{2A}}\right)}^2\·\frac{1}{G_{0A}}---\left(21\right)$

$G_{\mathrm{EB}}={\left(\frac{C_{1B}\·C_{0B}}{C_{1B}+C_{0B}}\right)}^2\·\frac{1}{G_{0B}}---\left(22\right)$

根据上述方程式，如果G_OA＝G_OB，则可知可调电容性装置200的等效电导G_EA等于可调电容性装置100的等效电导G_EB。

须注意，Q因子的值取决于等效电导G_EA/G_EB以及等效电容值C_EA/C_EB。因此，从Q因子的角度来看，图2中所示的可调电容性装置200优于图1中所示的可调电容性装置100。

可调电容性装置200、300的设计原则简要总结如下：根据噪声考虑选择耦接电阻性元件的电阻值，其中较小的电阻值有较佳的噪声；加入与可调电容性元件平行的特定电容性元件，以增加Q因子Q1，其中特别加入的特定电容性元件的电容值应当足够大，以具有此种Q因子增加效果；设定可调电容性元件，特别加入的特定电容性元件，及耦合电容性元件的大小，以同时满足VCO增益需求及保持足够Q因子Q1。

当共模(common-mode)信号成分(即VCO的偶数级信号成分)对于某些应用的性能具有重大影响时，较佳地，需要具有连结206的可调电容性装置200，以引导不需要的信号成分。然而，对于共模信号成分的影响可忽略的其它应用，可以省去连结206。请参照图5，图5显示的是根据本发明第四实施例的可调电容性装置500的示意图。除了图1中所示的第一可调电容性元件102、第二可调电容性元件104、第一耦接电容性元件106、第二耦接电容性元件108、第一耦接电阻性元件110以及第二耦接电阻性元件112，可调电容性装置(如变容装置)500还包含特定电容性元件(如电容器)502，其中所述特定电容性元件502具有第一端N41以及第二端N42，特定电容性元件502的第一端N41耦接于第一可调电容性元件102的第二端N12，而特定电容性元件502的第二端N42耦接于第二可调电容性元件104的第二端N22。

在以上所述的实施例中，特别添加的电容性元件(如202、204或502)的一端终结于可调电容性元件(如102或104)的一个端点处。然而，这仅仅是作为举例的目的。换言之，其它的选替设计也是可行的。请参照图6，图6显示的是根据本发明第五实施例的可调电容性装置600的示意图。除了图1中所示的第一可调电容性元件102、第二可调电容性元件104、第一耦接电容性元件106、第二耦接电容性元件108、第一耦接电阻性元件110以及第二耦接电阻性元件112，可调电容性装置(如变容装置)600还包含第一特定电容性元件(如电容器)602以及第二特定电容性元件(如电容器)604，其中所述第一特定电容性元件602具有第一端N61以及第二端N62，第一特定电容性元件602的第一端N61耦接于第一可调电容性元件102的第一端N11，而第一特定电容性元件602的第二端N62耦接于第一耦接电容性元件106的第二端N14；所述第二特定电容性元件604具有第一端N71以及第二端N72，第二特定电容性元件604的第一端N71耦接于第二可调电容性元件104的第一端N21，而第二特定电容性元件604的第二端N72耦接于第二耦接电容性元件108的第二端N24。

图6所示的可调电容性装置600利用差分拓扑实施，以满足差分应用的需求。然而，可调电容性装置也可利用单端拓扑实施，以满足单端应用的需求。请参照图7，图7显示的是根据本发明第六实施例的可调电容性装置700的示意图。在图7显示的选替设计中，可以省略图6所示的第二可调电容性元件104、第二耦接电容性元件108、第二耦接电阻性元件112以及第二特定电容性元件604。

对于图2中所示的可调电容性装置200与图6中所示的可调电容性装置600之间的比对情况详细描述如下。

图8(a)显示的是可调电容性装置200中部分电路的代表性电路模型。图8(b)显示的是可调电容性装置600中部分电路的代表性电路模型。作为代表性电路模型，图8(a)与图8(b)中不便标示具体元件符号。为了便于理解，请一并参照图2与图8(a)。如图8(a)中所示，可调电容性装置200中的第一可调电容性元件102具有电容值C_0A，可调电容性装置200中的第一耦接电容性元件106具有电容值C_1A，可调电容性装置200中的第一特定电容性元件202具有电容值C_2A，电导表示为G_0A，可调电容性装置200中的第一耦接电阻元件110的电阻值表示为R，而第一连接端NC_1处的电压电平为V_DA，第一可调电容性元件102的第一电压输入端NV_1处的电压电平为V_VA。为了便于理解，请一并参照图6与图8(b)。如图8(b)中所示，可调电容性装置600中的第一可调电容性元件102具有电容值C_0B，可调电容性装置600中的第一耦接电容性元件106具有电容值C_1B，可调电容性装置600中的第一特定电阻性元件602具有电容值C_PB，电导表示为G_0B，而第一连接端NC_1处的电压电平为V_DB，第一电压输入端NV_1处的电压电平为V_VB。未将具有电阻值R的第一耦接电阻性元件110纳入考虑的情况下，当满足以下条件(方程式)时，图8(b)中所示的电路等效于图8(a)中所示的电路。

C_0A＝C_0B    (23)

G_0A＝G_0B    (24)

$C_{1B}=C_{1A}\·\left(\frac{C_{0A}}{C_{0A}+C_{2A}}\right)---\left(25\right)$

$C_{\mathrm{PB}}=\left(\frac{C_{2A}}{C_{2A}+C_{0A}}\right)\·C_{\mathrm{EA}}---\left(26\right)$

然而，即使得以满足上述条件，当具有电阻值R的第一耦接电阻性元件110纳入考虑时，噪声性能也会不同。电容性元件与电阻性元件的组合运作为低通滤波器。此外，如上所述的，耦接电阻性元件会导致热噪声。因此，在检视了图8(a)以及图8(b)所揭示的电路模型之后，本领域普通技术人员应可了解，考虑到噪声源(即耦接电阻性元件)的图8(a)中的等效电容值C’大于考虑到噪声源(即耦接电阻性元件)的图8(b)中的等效电容值C”。该低通滤波器的截止频率与考虑到耦接电阻性元件之后的等效电容值成反比，由于较低的截止频率，图2中所示的可调电容性装置200可抵抗更多的噪声干扰。更具体的，相比于图1中所示的可调电容性装置100，可调电容性装置200与600都可在相同线性度的条件下具有更好的Q；进一步的，相比于图6所示的可调电容性装置600，可调电容性装置200提供更好的宽带噪声抵抗能力。

相似的，当共模信号成分(即VCO的偶数级信号成分)对于某些应用的性能具有重大影响时，较佳地，需要具有连结606的可调电容性装置600，以引导不需要的信号成分。然而，对于共模信号成分的影响可忽略的其它应用，可以省去连结606。请参照图9，图9显示的是根据本发明第七实施例的可调电容性装置900的示意图。除了图1中所示的第一可调电容性元件102、第二可调电容性元件104、第一耦接电容性元件106、第二耦接电容性元件108、第一耦接电阻性元件110以及第二耦接电阻性元件112，可调电容性装置(如变容装置)900还包含特定电容性元件(如电容器)902，其中所述特定电容性元件902具有第一端N91以及第二端N92，特定电容性元件902的第一端N91耦接于第二耦接电容性元件108的第二端N24，而特定电容性元件902的第二端N92耦接于第一耦接电容性元件106的第二端N14。

在以上所述的实施例中，特别加入的电容性元件(即202、204、502、602、604以及902)是用于改善可调电容性装置200、300、500、600、700以及900的C-V特性的线性度，而每一可调电容性装置200、300、500、600、700以及900需要单一参考电压与单一控制电压，以便设定其电容值。然而，使用多个参考电压/控制电压来调节可调电容性装置的电容值，且该可调电容性装置具有为了改善C-V特性的线性度而特别加入的电容性元件时，仍符合本发明的精神，属于本发明的范围。请参照图10，图10显示的是根据本发明第八实施例的可调电容性装置1000的示意图。除了图2中所示的第一可调电容性元件102、第二可调电容性元件104、第一耦接电容性元件106、第二耦接电容性元件108、第一耦接电阻性元件110、第二耦接电阻性元件112、第一特定电容性元件202以及第二特定电容性元件204，可调电容性装置1000还包含第三可调电容性元件1002、第四可调电容性元件1004、第三耦接电阻性元件1006以及第四耦接电阻性元件1008，其中所述第三可调电容性元件1002具有第一端N31以及第二端N32，第三可调电容性元件1002的第一端N31耦接于第一电压输入端NV_1，以及第三可调电容性元件1002的第二端N32耦接于第一特定电容性元件202的第一端N17；所述第四可调电容性元件1004具有第一端N81以及第二端N82，第四可调电容性元件1004的第一端N81耦接于第一电压输入端NV_1，以及第四可调电容性元件1004的第二端N82耦接于第二特定电容性元件204的第一端N27；所述第三耦接电阻性元件1006具有第一端N33以及第二端N34，第三耦接电阻性元件1006的第一端N33耦接于第三可调电容性元件1002的第二端N32，以及第三耦接电阻性元件1006的第二端N34耦接于用以接收第三输入电压V₃的第三电压输入端NV_3；所述第四耦接电阻性元件1008具有第一端N83以及第二端N84，第四耦接电阻性元件1008的第一端N83耦接于第四可调电容性元件1004的第二端N82，以及第四耦接电阻性元件1008的第二端N84耦接于第三电压输入端NV_3。

在一个范例性的设计中，第一输入电压V1设置为可调控制电压，用于调节可调电容性装置1000的电容值，第二输入电压V₂以及第三输入电压V₃设置为固定参考电压；在另一个范例性的设计中，第一输入电压V₁设置为固定参考电压，用于调节可调电容性装置1000的电容值，第二输入电压V₂以及第三输入电压V₃设置为可调控制电压。此外，第一输入电压V₁、第二输入电压V₂以及第三输入电压V₃的设定取决于实际设计需求。

图10所示的可调电容性装置1000利用差分拓扑实施，以满足差分应用的需求。然而，可调电容性装置也可利用单端拓扑实施，以满足单端应用的需求。请参照图11，图11显示的是根据本发明第九实施例的可调电容性装置1100的示意图。在图11显示的选替设计中，可以省略图10所示的第二可调电容性元件104、第二耦接电容性元件108、第二耦接电阻性元件112、第二特定电容性元件204、第四可调电容性元件1004以及第四耦接电阻性元件1008。

在上述实施例中，特别加入的电容性元件(即202、204、502、602、604以及902)是分别利用电容器简单实施；然而，须注意，可采用任何具有电容特性的电路元件来实施特别加入的电容性元件。图12显示的是特别加入的电容性元件的一种选替设计示意图。如图12中所示，复制(replica)电路1202可用于实施电容性元件，其中复制电路1202包含特定耦接电容性元件1204、特定可调电容性元件1206以及特定耦接电阻性元件1208。特定可调电容性元件1206具有第一端N51以及第二端N52；特定耦接电容性元件1204具有第一端N53(耦接特定可调电容性元件1206的第二端N52)以及第二端N54(耦接复制电路1202的第二连接端NB)；特定耦接电阻性元件1208具有第一端N55(耦接特定可调电容性元件1206的第一端N52)以及第二端N56(耦接第二电压输入端NV2)。以可调电容性装置200与300为例，第一特定电容性元件202与/或第二特定电容性元件204可利用复制电路1202实作。对于第一特定电容性元件202，复制电路1202的第二连接端NB耦接第一可调电容性元件102的第二端N12，而复制电路1202的第一连接端NA耦接第一可调电容性元件102的第一端N11。以举例的方式，而非用以限定，特定耦接电容性元件1204相同于第一耦接电容性元件106，特定可调电容性元件1206相同于第一可调电容性元件102，而特定耦接电阻性元件1208相同于第一耦接电阻性元件110。通过阅读上述描述内容，本领域普通技术人员应可了解如何利用复制电路1202实施第二特定电容性元件204，简洁起见，在此不作进一步叙述。

请注意，上述的范例性的可调电容性装置200、300、500、600、700、900、1000以及1100显示的是利用二极管实施。以举例的方式，而非用以限定，变容二极管(varactor diode)为一种双端(two-terminal)电子元件，设计为用于提供可变电容，其中的可变电容是变容二极管的双端上施加的电压的函数。具体地，变容二极管设计为当操作于反向偏压条件下时，提供压控电容。然而，如上述实施例的图式所示，通过具有特定极性(polarity)的二极管来实施可调电容性元件仅作为举例而非用以限定本发明。在选替设计中，上述实施例的图式所示的可调电容性元件可利用具有互相耦接的源极与漏极的金属氧化物半导体(metal-oxide semiconductor，MOS)晶体管实施，或是利用任一具有可调电容值(如压控电容值)的电子元件实施，具体取决于实际的设计需求。

在一个实施例中，上述可调电容性装置可用于VCO中，以将F-V特性线性化。然而，须注意上述可调电容性装置并不限于基于VCO的应用(如基于VCO的调制器)。任何需要可调电容值的应用都可采用上述范例性的可调电容性装置中的一个或多个。

虽然本发明已就较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变更和润饰。因此，本发明的保护范围当视之前的权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种可调电容性装置，包含：

第一可调电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一可调电容性元件的第一端耦接于用以接收第一输入电压的第一电压输入端；

第一耦接电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电容性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电容性元件的第二端耦接于所述可调电容性装置的第一连接端；

第一耦接电阻性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电阻性元件的第二端耦接于用以接收第二输入电压的第二电压输入端；以及

第一特定电容性元件，耦接于所述第一可调电容性元件的第一端与所述第一可调电容性元件的第二端之间；

其中，所述第一输入电压与所述第二输入电压其中之一为控制电压，而另一个为参考电压，其中所述控制电压是用于调节所述可调电容性装置的电容值。

2.根据权利要求1所述的可调电容性装置，其特征在于，进一步包含：

第二可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二可调电容性元件的第一端耦接于所述第一电压输入端，而所述第二可调电容性元件的第二端耦接于所述第一特定电容性元件；以及

第二耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电阻性元件的第二端耦接于用以接收第三输入电压的第三电压输入端，所述第二输入电压与所述第三输入电压同为控制电压或者所述第二输入电压与所述第三输入电压同为参考电压。

3.根据权利要求1所述的可调电容性装置，其特征在于，进一步包含：

第二可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中所述第二可调电容性元件的第一端耦接于所述第一电压输入端；以及

第二耦接电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电容性元件的第一端耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电容性元件的第二端耦接于所述可调电容性装置的第二连接端；

第二耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电阻性元件的第二端耦接于所述第二电压输入端；以及

第二特定电容性元件，耦接于所述第二可调电容性元件的第一端与所述第二可调电容性元件的第二端之间。

4.根据权利要求3所述的可调电容性装置，其特征在于，进一步包含：

第三可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第三可调电容性元件的第一端耦接于所述第一电压输入端，而所述第三可调电容性元件的第二端耦接于所述第一特定电容性元件；

第四可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第四可调电容性元件的第一端耦接于所述第一电压输入端，而所述第四可调电容性元件的第二端耦接于所述第二特定电容性元件；

第三耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第三耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第三可调电容性元件的第二端，而所述第三耦接电阻性元件的第二端耦接于用以接收第三输入电压的第三电压输入端；以及

第四耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第四耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第四可调电容性元件的第二端，而所述第四耦接电阻性元件的第二端耦接于所述第三电压输入端；

其中，所述第二输入电压与所述第三输入电压同为控制电压或所述第二输入电压与所述第三输入电压同为参考电压。

5.根据权利要求1所述的可调电容性装置，其特征在于，所述第一特定电容性元件包含：

特定可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述特定可调电容性元件的第一端耦接于所述第一电压输入端；

特定耦接电容性元件，耦接于所述特定可调电容性元件的第二端与所述第一可调电容性元件的第二端之间；以及

特定耦接电阻性元件，耦接于所述特定可调电容性元件的第二端与所述第二电压输入端之间。

6.根据权利要求5所述的可调电容性装置，其特征在于，所述特定可调电容性元件相同于所述第一可调电容性元件，所述特定耦接电容性元件相同于所述第一耦接电容性元件，而所述特定耦接电阻性元件相同于所述第一耦接电阻性元件。

7.根据权利要求1所述的可调电容性装置，其特征在于，所述第一可调电容性元件由金属氧化物半导体晶体管或二极管实施。

8.一种可调电容性装置，包含：

第一可调电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一可调电容性元件的第一端耦接于用以接收第一输入电压的第一电压输入端；

第二可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二可调电容性元件的第一端耦接于所述第一电压输入端；

第一耦接电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电容性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电容性元件的第二端耦接于所述可调电容性装置的第一连接端；

第二耦接电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电容性元件的第一端耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电容性元件的第二端耦接于所述可调电容性装置的第二连接端；

第一耦接电阻性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电阻性元件的第二端耦接于用以接收第二输入电压的第二电压输入端；

第二耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电阻性元件的第二端耦接于所述第二电压输入端；以及

特定电容性元件，耦接于所述第一可调电容性元件的第二端与所述第二可调电容性元件的第二端之间；

其中，所述第一输入电压为控制电压，用于调节所述可调电容性装置的电容值，而所述第二输入电压为参考电压。

9.根据权利要求8所述的可调电容性装置，其特征在于，所述第一可调电容性元件与所述第二可调电容性元件由金属氧化物半导体晶体管或二极管实施。

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