CN104158524A - 用于可开关电容的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

用于可开关电容的系统和方法

技术领域

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。

背景技术

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)。

发明内容

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发明及其优点，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，应当领会本发明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发明的例示的具体方式并且不限制本发明的范围。

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发明。本发明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8 pF、4 pF、2 pF、1 pF和0.5 pF。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4 pF。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15.5 pF。

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33 dBm的功率输出至50 ohms，这对应于约20 V的电压。然而，在天线接口，可能存在远超过50 ohms的阻抗，由此产生50 V～60 V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10 V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12 pF的电容的点132的Q因数约为22，而在对应于约12.5 pF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8 pF的电容152串联耦接的开关154施加60 VAC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0 V，并且由电容器152承载整个60 VAC。然而，当开关154断开时，由电容152承载约0.1 V，并且经由电容性耦接由开关154承载约59.9 V。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图解根据本发明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0.5 pF，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2.5 pF的电容器以形成0.5 pF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。在一些实施例中，可以利用单个电容。开关220由晶体管212的串联组合形成，每个晶体管212具有与其栅极串联的电阻器210。如上面解释那样，该串联电阻使栅极阻抗保持足够高从而不会影响电容器开关组合204的RF阻抗。

晶体管212可以使用例如CMOS开关晶体管实现。如所示出那样，使用NMOS晶体管，然而，也可以使用PMOS晶体管或者包括并联的PMOS晶体管和NMOS晶体管的CMOS传输门。在替换的实施例中，可以使用其它晶体管类型，包括(但不限于)双极晶体管和JFET。电容224内的电容器可以使用金属—绝缘体—金属(MIM)电容器实现。每个电容224可包括串联耦接的多个电容器。在替换的实施例中，例如在其中单个电容器可以承受所施加的最大AC电压摆动的实施例中，可以使用单个电容器。 

在实施例中，可使用温度计编码的激活方法，经由相应的控制线S1、S2、S3、S4和Sn，激活或去激活每个电容器—开关组合204。例如，如果需要2.5 pF的电容，则激活4个开关。另一方面，如果只需要0.5 pF，则只激活一个开关。

电容—开关组合204是使用相同的匹配单元构成的。换句话说，串联的部件数目和特定部件的几何形状被选择成相同。通过使用相同的几何形状和数值，可以在所施加的数字选择的电容值上将Q因数保持得更恒定。此外，用于每个电容器开关组合204的开关时间也大约相同。应当理解在一些替换实施例中，可以使用例如不同的数值和几何形状实现一些单元，以校准和/或提供输出电容值的微调。在一些实施例中，开关220的电阻在彼此的第一容差之内，电容器224的电容在彼此的第二容差之内。在一些情况下，第一容差和第二容差可以小于10%，或者小于5%。替换地，第一容差和第二容差可以小于1%和/或使得各开关220的电阻基本上彼此相等，并且各电容器224的电容基本上彼此相等。

图2b图解针对具有每一个约为0.4 pF的40个电容—开关单元的实施例，在800 MHz测量的Q因数对于输出电容值的曲线图。如所示出那样，Q因数约为25或者更大，并且Q因数对于电容的曲线平滑，并且基本上是单调的。在约3 pF之上的电容下， Q因数关于电容相对地平坦。在更低的电容下，归因于电容值小并且由于开关的寄生电容开始占电容的支配地位，因此Q因数更高。

图2c图解跨接与0.5 pF等效电容器224串联耦接的实施例开关220施加的60 VAC的效果。电容—开关组合250表示当开关220导通时的情况，并且电容—开关组合252表示当开关220断开时的情况。如所示出那样，当开关220导通时，存在约0 V的跨接开关220施加的AC电压，并且由电容器224承载全部60 VAC。然而，当开关220断开时，由电容器224承载约5.5 V，并且经由电容性耦接由开关220承载约54.5 V。在该示例中，寄生电容Coff约为50 fF。因为电容224具有比电容152(8pF)更低的电容(0.5 pF)，所以由开关220承载的54.5 V小于由开关154承载的59.9 V(图1c)，由此当开关220断开时，引起更少的所施加电压的电容性耦接。在一些实施例中，通过使用更低的串联电容，为承受耦接的所施加电压而需要被串联耦接的晶体管较少。

图3图解根据本发明的替换实施例的例示数字可调谐电容器电路300。如所图解的那样，每个电容—开关单元302包括耦接在开关电路308和310之间的电容306。通过把电容306耦接在开关308和310之间，可以经由开关310，向电容电路306内的电容器提供ESD保护。如果对焊盘102和/或103施加ESD脉冲，则在存在高电压的情况下，晶体管内的寄生NPN晶体管被激活。在一个示例中，如果跨接焊盘102和103施加正的ESD电压，则晶体管212内的雪崩击穿把ESD电流分流到衬底。另一方面，如果施加负的ESD电压，则由源极/漏极区和阱和/或衬底形成的二极管结变成被正向偏置。在一些实施例中，晶体管212提供的ESD保护足以保护电容器306并且不需要进一步的ESD保护线路。

图4a图解根据本发明的进一步的实施例的例示数字可调谐电容器电路320。类似于图3，每个电容—开关单元322包括耦接在开关电路308和310之间的电容306。另外，电容—开关单元322包括与电容306并联耦接的旁路开关325，旁路开关325可用于以旁路模式操作数字可调谐电容器电路320。在一些实施例中，旁路模式可被用于减少所要求的调谐范围。例如，代替应用不具有严格的匹配效果的非常高的电容(例如，2GHz下的l5 pF)，使电容旁路会具有相似的效果。像这样，调谐范围可被减少到更小的电容值，例如，在约0.5 pF和约5 pF之间。因此，归因于更小的电容值，数字可调谐电容320具有一般而言改善的Q因数。更进一步地，例如具有非常高的晶体管宽度和低Ron的开关晶体管可被重新使用。数字可调谐电容器电路320还可以被应用于频带选择电路。在一些实施例中，使电容旁路可被用于避免当利用数字可调谐电容器电路320的系统在更低频率下工作时的高频LC谐振。

图4b图解可用于实现例示数字可调谐电容器电路的集成电路的横截面视图350。使用金属化层352和354实现MIM电容器，其底板经由开关晶体管356和358耦接到焊盘102，其顶板经由开关晶体管362和364耦接到焊盘103。在替换的实施例中，可以使用除耦接的MIM电容器（MIM cap）之外的其它电容器结构。例如，可以使用具有一层或更多层的板、或者多晶硅或其它层的电容器。旁路开关晶体管360可被设置于MIM电容器之下。在一些实施例中，当旁路开关晶体管360被关断时，该晶体管的寄生电容Coff可用于补充MIM电容器的电容，由此减少为实现特定的电容值而需要的裸片区域。每个开关晶体管356、358、360、362和364被示出为具有布置于p—衬底370中的p阱中的n+源极/漏极区的NMOS晶体管。为图解简单起见，部件之间的连接被示出为由简单的线连接。然而，应当理解互连可以使用如本领域中已知的通孔，以及各种金属和多晶硅层实现。在替换的实施例中，可以不同地实现MIM电容器和开关晶体管，并且可以用不同的处理实现MIM电容器和开关晶体管。例如，可以用绝缘体上硅(SOI)处理（具有n型衬底的处理）或者其它处理类型来实现本发明的实施例。

图5图解包括在方框382和384中被单独地旁路的串联电容器390的例示数字可调谐电容器电路380。通过有选择地旁路电容器390和392，可以进一步单独调节开关—电容方框381的电容。像这样，可以在保持高Q因数的同时，实现更精细分辨率的电容调谐。在一些实施例中，方框382和384可被用于校准数字可调谐电容器电路380的电容对于输入字关系。这样的校准可被用于例如调节归因于几何形状失配的误差，或者用于校正处理缺陷。

图6图解例示集成电路400的方框图，集成电路400包括可开关电容器电路402、数字解码器404、用于开关晶体管的芯片上电压调节器430和电荷泵432、以及数字接口406。在实施例中，可根据上面描述的数字可调谐电容实施例实现可开关电容器电路402，并且可开关电容器电路402可以例如经由引脚420和422耦接到外部RF电路。数字接口406被示出实现为具有时钟引脚424和数据引脚426的串行接口。所述串行接口可以例如使用SPI接口、I2C接口、MIPI/RFFE或本领域中已知的其它串行接口来实现。在本发明的替换实施例中，还可以使用并行接口来实现数字接口406。

被耦接至数字接口406的输出的解码器404把来自数字接口406的想要的一组电容值转换成温度计编码的控制信号，所述温度计编码的控制信号可用于选择可开关电容器电路402内的电容器—开关分支。在一些实施例中，解码器404还可提供考虑被校准的数值、并且激活和去激活各种旁路模式的控制信号。在实施例中，集成电路400可被封装在多种不同的封装中。在关注于RF电路的实施例中，可以使用适合于高频工作的封装。在一些实施例中，集成电路400可以被直接凸点接合到电路板以便减少布线电感和其它寄生效应。

图7图解根据本发明的实施例的天线匹配系统500。系统500包括经由匹配网络510耦接到天线508的RF发射器/接收器502，匹配网络510包括至少一个例示可开关电容器电路。在实施例中，匹配网络510可把天线508的电感性阻抗变换成更小的电感性阻抗和/或实数阻抗，例如50Ω。RF发射器/接收器502可以是蜂窝电话机、Wi—Fi收发器中的RF前端，或者其它RF前端。在一些实施例中，使匹配网络510在发射的和/或接收的数据帧之间进行调节以便在RF系统的工作期间将RF发射器/接收器502自适应地匹配至天线508。

图7b图解示出匹配诸如天线的电感性阻抗的原理的史密斯圆图520。如所示出那样，区522表示可以在特定天线中看到的阻抗的电感范围，并且区522内的点523表示在特定的工作频率下天线的电感性阻抗。迹线524表示作为串联电容的数值的阻抗的轨迹。在特定的电容下，迹线524到达表示实数阻抗或匹配阻抗的史密斯圆图520的中心。取决于系统及其规格，史密斯圆图520的中心点可以表示50Ω或者其它特性阻抗。

图7c和7d图解可被用于匹配电感性天线(该电感性天线被表示为电感器538)的示例匹配网络。在图7c中，示出了包括例示数字可调谐电容532、534和536的PI网络530。在一些实施例中，电容532、534和536中的每一个是使用上面描述的可调谐电容器实施例实现的。替换地，电容532、534和536中的一个或更多个可以使用固定电容来实现。图7d图解包括例示数字可调谐电容器542和546以及电感器544的PI网络540。在一些实施例中，取决于特定的实施例及其规格，可以使用固定电容来实现电容器542或是电容器546。

替换地，例证的数字调谐电容电路可被应用到本领域中已知的其它匹配网络和拓扑。图7e图解许多匹配拓扑和具有表示可匹配阻抗的填充区的相关联的史密斯圆图。在网络a、b、d、f、g和i中示出的电容性元件550可使用例证的数字调谐电容电路实现。应当理解图7a—e的实施例只是其中可以使用例证的数字可调谐电容的应用的几个实施例示例。例证的数字可寻址电容还可以例如被使用在包括(但不限制于)其它匹配网络和可调谐滤波器等的系统中。

图8图解操作例证的数字可寻址电容的方法600。在步骤602，在数字接口处接收数字设定。可以例如从串行接口、并行接口或其它数字接口接收该数字设定。可以使用对应于特定电容的代码来对数字设定进行寻址，或者可以使用对应于电容上的差异的代码来对数字设定进行寻址。所接收的数字设定可以包括用以在电容处增加和/或减小电容的命令。在一些实施例中，所接收的数字设定可以被包括在数字字或帧内，该数字字或帧包括其它信息（诸如配置数据、测试数据）或者其它系统命令（诸如请求使数字可寻址电容处于旁路模式的命令）。

在步骤604，对所接收的数字设定解码。在一些实施例中，可以被使用的数字解码器是本领域中已知的。例如，可以使用被配置成基于输入的数字字产生温度计代码的数字电路。这可以例如使用查寻表、定制数字逻辑或存储在存储器中的数值来实现。在步骤606，基于解码的数字设定来激活和/或去激活电容—开关单元内的开关晶体管。

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。在一些实施例中，半导体开关电路包含多个串联连接的半导体开关，并且电容电路包括多个串联连接的电容器。所述多个串联连接的半导体开关的每一个可以包括晶体管，该晶体管具有与晶体管的栅极串联耦接的电阻器。

在一些例证的可开关电容电路中，第一容差和第二容差小于1%，并且在一些实施例中，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。

在实施例中，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，并且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。在一些情况下，最大预期工作电压可以大于50 V。

在实施例中，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。可开关电容电路可以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。电容电路可包括金属—绝缘体—金属(MIM)电容器，并且第一半导体开关电路可以被设置在MIM电容器之下。

依照进一步的实施例，操作可开关电容电路的方法包括增加可开关电容电路的负载电容以及减小可开关电容电路的负载电容负载电容。增加负载电容包括开启多个电容—开关单元中的至少一个。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。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。在实施例中，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。另一方面，减小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。

在一些例证的方法中，第一容差和第二容差小于1%，并且在一些实施例中，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。

在实施例中，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进一步包括激活串联耦接的多个半导体开关。在一些情况下，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，并且所述开启进一步包括激活所述多个电容—开关单元中的至少一个的第二半导体开关电路。

所述多个电容—开关单元中的每一个可以进一步包括具有耦接到电容电路的第一端子的第一端部、以及耦接到电容电路的第二端子的第二端的旁路开关，并且所述方法可以进一步包括通过激活用于所述多个电容—开关单元中的至少一个的第一半导体开关电路、第二半导体开关电路和旁路开关来旁路可开关电容电路。

在实施例中，所述方法可以进一步包括把射频(RF)信号施加至可开关电容电路和/或把可开关电容电路耦接到天线，并通过增加和减小可开关电容电路的负载电容来调谐天线。在进一步的实施例中，所述方法可以包括接收来自数字接口的命令并对所述命令解码，以使得增加和减小负载电容进一步包括根据所解码的命令有选择地激活所述多个电容—开关单元的第一半导体开关电路。

依照进一步的实施例，可调谐射频(RF)电路包括半导体衬底和设置在半导体衬底上的多个电容—开关单元。每个电容—开关单元包括电容电路、耦接在电容电路的第一端部和RF电路的第一输出端子之间的第一半导体开关电路、和耦接在电容电路的第二端部和RF电路的第二输出端子之间的第二半导体开关电路。所述多个电容—开关单元的第一电容—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。

在一些例证的RF电路中，第一容差和第二容差小于1%，并且在一些实施例中，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。

在实施例中，第一半导体开关电路包括串联耦接的多个第一晶体管，并且第二半导体开关电路包括串联耦接的多个第二晶体管。所述多个第一晶体管中的每一个和所述多个第二晶体管中的每一个可以包括例如MOS晶体管和与MOS晶体管的栅极串联耦接的电阻器。在一些实施例中，RF电路进一步包括耦接到RF电路的第一输出端子的第一输出焊盘，和耦接到RF电路的第二输出端子的第二输出焊盘。

在实施例中，每个电容—开关单元可以包括耦接在电容电路的第一端部和第二端部之间的第三半导体开关电路。电容电路可以包括金属—绝缘体—金属(MIM)电容器，并且第三半导体开关电路可以被设置在MIM电容器之下。

本发明的实施例的优点包括用以提供维持高的Q因数（该Q因数在宽范围的可选电容器值内保持相对恒定）的数字可调谐电容的能力。通过提供在各个电容上保持相对恒定的Q因数，可以简化用于提供对于RF电路的动态匹配的算法。例如，当进行匹配并且天线接至RF前端的时候，在Q因数保持相对恒定时增大电容导致在下一电容级可预测的行为，由此简化用于选择电容的算法并且简化系统的设计。像这样，例证的数字可寻址电容可以以可预测的方式用在各种不同的系统中。例如，可以在不需要匹配算法的密集重新设计的情况下将单个电路应用于各种类型的天线。

例证的数字可调谐电容电路的附加的优点在于失真行为可以在各电容设定上是相对恒定的。像这样，RF系统的谐波和互调失真行为在各种电容设定上可预测地进行动作。这样的可预测行为允许更容易和更有效的测试和评估并且允许简化的系统设计。

实施例的进一步的优点包括用以在没有除了由开关晶体管给予的ESD保护以外的任何附加ESD保护线路的情况下实现数字可控电容的能力。像这样，可以在不添加归因于ESD器件的存在的附加电容的情况下实现低电容。

实施例的进一步的优点包括用以有效地实现在高电压条件下工作的数字可调谐电容的能力。在具有相对小的电容的分支的实施例中，当开关晶体管断开时所得到的对于开关晶体管的小的耦接减少了由开关晶体管所承载的电压的幅度。像这样，很少的串联器件需要被串联耦接以防止击穿和器件损坏。有些实施例使用很少的串联开关晶体管器件，导致更小的裸片大小、更低的串联电阻和更高的Q因数。

进一步的优点包括在具有减少的对于开关晶体管的电容性耦接的实施例中的减少的对于开关晶体管的电压压力。

尽管已经参照例示的实施例描述了本发明，但是该描述并不意图被解释成限制性的意义。当参照该描述时，对本领域的技术人员来说，例示实施例的各种修改和组合以及本发明的其它实施例将是显而易见的。

Claims (24)

1.一种可开关电容电路，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。

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50 V。

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.按照权利要求1所述的可开关电容电路，其中所述第一容差和所述第二容差小于1%。

10.一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，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。

11.按照权利要求10所述的方法，其中激活所述多个电容—开关单元中的至少一个的第一半导体开关电路进一步包括激活串联耦接的多个半导体开关。

12.按照权利要求10所述的方法，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；以及

所述开启进一步包括激活所述多个电容—开关单元中的至少一个的第二半导体开关电路。

13.按照权利要求12所述的方法，其中：

所述多个电容—开关单元中的每一个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旁路开关；以及

所述方法进一步包括旁路所述可开关电容电路，其中所述旁路包括激活用于所述多个电容—开关单元中的至少一个的第一半导体开关电路、第二半导体开关电路和旁路开关。

14.按照权利要求10所述的方法，进一步包括把射频(RF)信号施加至所述可开关电容电路。

15.按照权利要求10所述的方法，进一步包括：

把所述可开关电容电路耦接到天线；以及

通过增加和减小所述可开关电容电路的负载电容来调谐天线。

16.按照权利要求10所述的方法，进一步包括：

接收来自数字接口的命令；以及

对所述命令解码，其中增加和减小负载电容进一步包括根据所解码的命令有选择地激活所述多个电容—开关单元的第一半导体开关电路。

17.按照权利要求10所述的方法，其中所述第一容差和所述第二容差小于1%。

18.一种可调谐射频(RF)电路，包括：

半导体衬底；和

设置在所述半导体衬底上的多个电容—开关单元，其中每个电容—开关单元包括：

　　电容电路，

　　耦接在电容电路的第一端部和RF电路的第一输出端子之间的第一半导体开关电路，和

　　耦接在电容电路的第二端部和RF电路的第二输出端子之间的第二半导体开关电路；

其中所述多个电容—开关单元的第一电容—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。

19.按照权利要求18所述的RF电路，其中：

第一半导体开关电路包括串联耦接的多个第一晶体管；以及

第二半导体开关电路包括串联耦接的多个第二晶体管。

20.按照权利要求19所述的RF电路，其中所述多个第一晶体管中的每一个和所述多个第二晶体管中的每一个包括MOS晶体管和与MOS晶体管的栅极串联耦接的电阻器。

21.按照权利要求18所述的RF电路，进一步包括：

耦接到所述RF电路的第一输出端子的第一输出焊盘；和

耦接到所述RF电路的第二输出端子的第二输出焊盘。

22.按照权利要求18所述的RF电路，其中每个电容—开关单元包括耦接在电容电路的第一端部和第二端部之间的第三半导体开关电路。

23.按照权利要求22所述的RF电路，其中：

电容电路包括金属—绝缘体—金属(MIM)电容器；以及

第三半导体开关电路被设置在MIM电容器之下。

24.按照权利要求18所述的RF电路，其中所述第一容差和所述第二容差小于1%。