CN104584432B - 高功率可调谐电容器 - Google Patents

Abstract

公开了一种高功率可调谐电容器(550)。在一示例性实施例中，一种装置包括耦合到输入信号(504)的电容器(508)、耦合到该电容器的体接触开关(510)、以及耦合在该体接触开关与接地之间的浮置体开关(512)，该体接触开关耦合到体偏置信号(Bb)，该浮置体开关配置成将该体偏置信号从接地解耦。

Description

高功率可调谐电容器

技术领域

本申请一般涉及电子电路的操作和设计，并且尤其涉及可调谐电路的操作和设计。

背景技术

传统高功率可调谐电容器包括配置为体接触型开关的分路开关，其中开关的体由负偏置电源控制。当RF功率放大器与这些开关集成在同一封装中或者同一管芯上时，RF接地可能经历不期望的噪声电平。这些噪声电平部分地导通了这些体接触开关中的结型二极管，这影响了被分布到所有这些开关负偏置电源，因此使得该电容器的性能降级。

相应地，提供了配置成隔离接地噪声从而改善性能的高功率可调谐电容器。

发明内容

在一示例方面，一种电容器装置包括：耦合到输入信号的电容器；耦合到该电容器的体接触开关，该体接触开关耦合到体偏置信号，该体偏置信号包括负偏置电源；以及耦合在该体接触开关与接地之间的浮置体开关，该浮置体开关配置成将该体偏置信号从该接地解耦。

在另一示例方面，一种电容器设备包括：用于提供耦合到输入信号的电容以生成经滤波输入信号的装置；用于使用体偏置信号来切换该经滤波输入信号以生成经切换的经滤波输入信号的装置，该体偏置信号包括负偏置电源；以及用于将该经切换的经滤波输入信号切换到接地的装置，该用于切换该经切换的经滤波输入信号的装置配置成将该体偏置信号从该接地解耦。

附图说明

通过参照以下结合附图考虑的描述，本文中所描述的以上方面将变得更易于明了，在附图中：

图1示出在无线设备中使用的常规前端；

图2示出了在图1中所示的前端中使用的常规匹配电路；

图3示出了在图2中所示的常规匹配电路中使用的常规可调谐电容器；

图4示出了图3中所示的常规可调谐电容器中使用的常规体接触FET开关；

图5示出了包括多个高功率可切换电容器分支的高功率可调谐电容器的示例性实施例；

图6示出了高功率可切换电容器分支的示例性实施例；以及

图7示出了高功率可调谐电容器装置的示例性实施例。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对本发明的示例性实施例的描述，而非旨在代表可在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应一定解释成优于或胜于其它示例性实施例。本详细描述包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和设备以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。

图1示出在无线设备中使用的常规前端100。例如，前端100适于用在蜂窝电话中。前端100包括向发射机104输出基带(BB)发射信号(Tx BB)的基带(BB)处理器102。发射机104将Tx BB信号上变频以生成输入到功率放大器106的RF信号。功率放大器106放大该RF信号以生成输入到匹配电路110的高功率发射信号108。匹配电路110被配置成生成匹配到天线114的高功率经匹配信号112，天线114发射该高功率经匹配信号。由此，匹配电路110应当能够处置高功率RF信号而不降级。

图2示出了图1中所示的常规匹配电路110的详细实施例。匹配电路110包括耦合到可调谐电容器204的电感器202。电感器202和可调谐电容器204被配置成处置高功率RF信号。匹配电路110是通过改变可调谐电容器204的电容来被调节的。在一个实现中，BB处理器102配置成输出调节可调谐电容器204的电容值的控制信号(未示出)。

图3示出了常规高功率可调谐电容器204的详细视图。可调谐电容器204包括提供固定电容值的金属-绝缘体-金属(MiM)电容器302，和包括将该电容器302选择性地耦合到RF接地的(N个)开关(M)的开关堆栈304。在一个实现中，该电容器302提供了大约1pf的固定电容值。开关堆栈304包括多个体接触开关(M₁-M_N)并且提供了大约0.1pf的附加电容。电容器302和开关堆栈304相结合以形成可切换电容器分支，并且典型情况下多个可切换电容器分支被利用以形成可调谐电容器204。

开关堆栈304的体接触开关(M₁-M_N)耦合到栅极偏置信号(即，-2V)以及体偏置信号(即，-2V)。如在以下详细讨论的，该常规可调谐电容器204允许接地上的噪声更改体偏置信号，因此使得电容器性能降级。

图4示出了图3中所示的常规可调谐电容器中使用的常规体接触FET开关400。例如，开关400适于作为图3中所示的任何开关(M)使用。

该开关的体端子402用包括第一负偏置电源(即，-2V)的体偏置(Bb)信号来偏置。该开关400的栅极端子404由包括第二负偏置电源(即，-2V)的栅极偏置(Gb)信号来偏置。遗憾的是，当功率放大器与体接触开关集成在同一封装中或者同一管芯中时，RF接地有可能会经历不期望的噪声电平。当RF接地受RF噪声影响时，开关堆栈304中的开关(即，图3中示出的开关M_N)的结型二极管406可能部分导通。来自部分导通的结型二极管406的电流不仅可能改变与RF接地耦合得最近的开关(M_N)的体处的负体偏置(Bb)，而且还可能改变开关堆栈304中所有其他开关(M)处的负体偏置(Bb)信号。这进而妨碍了可调谐电容器204具有稳定的负体偏置(Bb)信号，从而导致了降级的电容器性能。

图5示出了新颖的高功率可调谐电容器500的示例性实施例。可调谐电容器500适于用作图2中所示的高功率可调谐电容器204。电容器500包括(N个)高功率可切换电容器分支502。这N个高功率可切换电容器分支502通过N个相应开关(SW)耦合在RF信号输入504与地506之间。如开关分支502₁解说的，每个分支包括固定电容器508、第一开关群510以及第二开关群512。第一开关群510包括体接触开关，并且第二开关群512包括非体接触(或即浮置体)开关。第二开关群512中的开关没有体端子，并且不接收体偏置(Bb)信号。

应当注意，第一开关群510和第二开关群512可以包括任何数目的开关。在操作期间，第二开关群512用以将体偏置(Bb)信号从接地解耦，由此维持稳定的体偏置(Bb)信号并将电容器性能改善成优于常规可调谐电容器。

高功率可切换电容器分支502是由开关SW₁-SW_N选择性地耦合到地的。如图5中所解说的，有N个高功率可切换电容器分支502，它们由这N个开关(SW)选择性地耦合到地。在示例性实施例中，控制器(未示出)(诸如基带处理器)用以生成开关控制信号514以断开和闭合这些开关(SW)来启用或禁用所选的分支502，从而决定由该可调谐电容器500提供的电容的量。例如，总电容可以从被启用的分支502的电容的并联组合来确定。由此，单一分支可以被启用以提供与该分支相关联的电容，或者多个分支可以被启用以提供等于与被启用的分支的总数相关联的电容的电容。

图6示出了高功率可切换电容器分支600的示例性实施例。例如，可切换电容器分支600适于用作图5中所示的高功率可调谐电容器500中使用的高功率可切换电容器分支502中的任一者。可切换电容器分支600包括固定电容器602和开关布置，该开关布置包括了第一开关群604(包括一个或多个体接触FET开关)和第二开关群606(包括一个或多个非体接触(或即浮置体)FET开关)。例如，第二开关群606包括FET开关608、610，FET开关608、610配置为浮置体开关(即，体是浮置的并且不连接到任何体偏置信号)。将会假设，与可切换电容器分支600相关联的到地的开关被闭合。

电容器602具有第一端子612，第一端子612被连接以接收待滤波的RF输入信号。电容器602具有输出经滤波输入信号的第二端子614。在端子614处的经滤波输入信号被输入到第一开关群604，第一开关群604切换经滤波输入信号以在端子616处生成经切换的经滤波输入信号。第一开关群604利用连接到它们的体端的体偏置(Bb)来切换在端子614处的经滤波输入信号，以在端子616处生成经切换的经滤波输入信号。第一开关群604利用栅极偏置(Gb)以偏置其栅极端子。在示例性实施例中，第一开关群604中仅一个体接触开关被利用。在其他示例性实施例中，第一开关群604中的多个体接触开关被利用。

第二开关群606包括一个或多个浮置体开关，这些浮置体开关在端子616处接收经切换的经滤波输入信号并且将该信号切换到地以形成回路。第二开关群606中的浮置体开关具有耦合以接收栅极偏置(Gb)信号的栅极端子。第二开关群606中的浮置体开关具有浮置体，并且因此没有被耦合到体偏置(Bb)信号。在一个示例性实施例中，第二开关群606中仅一个浮置体开关被利用。在其他示例性实施例中，第二开关群606中有多个浮置体开关被利用。

在操作期间，第二开关群606中的浮置体开关用以将负体偏置(Bb)电源(-2V)从RF接地上的噪声解耦。例如，RF接地上的噪声不导通第二开关群606中的浮置体开关的内部结型二极管。因此，可调谐电容器500的性能被改进而优于常规可调谐电容器。由于开关608、610处置正被切换的强主RF信号的非常小的部分，因此将开关608、610实现为浮置体FET开关不会显著影响可调谐电容器500的总体线性性能。

因此，在各种示例性实施例中，提供了新颖的高功率可调谐电容器，其包括多个可切换电容器分支502。每个分支包括新颖的开关布置，该开关布置具有连接到第二开关群606(包括至少一个浮置体开关)的第一开关群604(体接触开关)。浮置体开关被配置成使得RF接地上的噪声从第一开关群604所利用的负体偏置(Bb)电源信号解耦，由此提供优于利用全部体接触开关的常规可调谐电容器的改进的性能。此新颖的开关布置也提供与常规电路实质上相同的功率容量和线性。

图7示出了高功率可调谐电容器装置700的示例性实施例。例如，装置700适于用作图1中所示的电容器106。在一方面，装置700由配置成提供如本文所描述的功能的一个或多个模块来实现。例如，在一方面，每个模块包括硬件和/或执行软件的硬件。

装置700包括第一模块，第一模块包括用于提供耦合到输入信号的电容以生成经滤波输入信号的装置(702)，装置(702)在一方面包括固定电容器602。

装置700还包括第二模块，第二模块包括用于使用体偏置信号来切换经滤波输入信号以生成经切换的经滤波输入信号的装置(704)，装置(704)在一方面包括第一开关群604中的体接触开关。

装置700还包括第三模块，第三模块包括用于将经切换的经滤波输入信号切换到接地的装置(706)，该用于切换经切换的经滤波信号的装置配置成将体偏置信号从接地解耦，装置(706)在一方面包括第二开关群606中的浮置体开关。

本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示或处理。例如，贯穿上面描述始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。还应注意晶体管的类型和技术可被替换、重新安排或以其他方式修改以达成相同的结果。例如，可以把示为利用PMOS晶体管的电路修改为使用NMOS晶体管，反之亦然。由此，本文中所公开的放大器可以使用各种晶体管类型和技术来实现，并且不受限于附图中所示的这些晶体管类型和技术。例如，可以使用诸如BJT、GaAs、MOSFET之类的晶体管类型或任何其他的晶体管技术。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，以上已经以其功能性的形式一般化地描述了各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和加诸于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑块、模块、和电路可用设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器或任何其它此类配置。

结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的各个步骤可直接用硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合来实现。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦式可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读和写信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括非瞬态计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地到另一地的转移的任何介质。非瞬态存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。

提供了对所公开的示例性实施例的描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并非意在被限定于本文中所示出的示例性实施例，而是应当被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

Claims (17)

1.一种电容器装置，其特征在于，包括：

耦合到输入信号的电容器；

耦合到所述电容器的体接触开关，所述体接触开关耦合到体偏置信号，所述体偏置信号包括负偏置电源；以及

耦合在所述体接触开关与接地之间的浮置体开关，所述浮置体开关配置成将所述体偏置信号从所述接地解耦。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述体接触开关包括体接触FET开关。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮置体开关包括浮置体FET开关。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮置体开关配置成将所述负偏置电源从所述接地上的噪声解耦。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电容器、体接触开关和浮置体开关形成可切换电容器分支，所述装置进一步包括配置成产生可变电容的多个所述可切换电容器分支。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，进一步包括分别连接到多个所述可切换电容器分支的多个开关控制信号，所述多个开关控制信号配置成启用一个或多个所述可切换电容器分支以形成具有由所启用的分支的数目决定的值的所述可变电容。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电容器具有第一端子和第二端子，所述第一端子耦合到所述输入信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述体接触开关耦合到所述第二端子，所述体接触开关包括耦合到所述体偏置信号的体接触端子。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电容器在所述第二端子处生成经滤波输入信号。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述体接触开关被配置成接收所述经滤波输入信号，并且生成经切换的经滤波信号。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述浮置体开关配置成将所述经切换的经滤波信号选择性地耦合到接地。

12.一种电容器设备，其特征在于，包括：

用于提供耦合到输入信号的电容以生成经滤波输入信号的装置；

用于使用体偏置信号来切换所述经滤波输入信号以生成经切换的经滤波输入信号的装置，所述体偏置信号包括负偏置电源；以及

用于将所述经切换的经滤波输入信号切换到接地的装置，所述用于切换所述经切换的经滤波输入信号的装置配置成将所述体偏置信号从所述接地解耦。

13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述用于切换所述经滤波输入信号的装置包括一个或多个体接触FET开关，所述体接触FET开关包括连接到栅极偏置信号的栅极端子和连接到所述体偏置信号的体接触端子。

14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述用于切换所述经切换的经滤波输入信号的装置包括一个或多个浮置体FET开关。

15.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述用于切换所述经切换的经滤波输入信号的装置配置成将所述负偏置电源从所述接地上的噪声解耦。

16.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述用于提供电容的装置、所述用于切换所述经滤波输入信号的装置、以及所述用于切换所述经切换的经滤波输入信号的装置形成用于切换电容的装置，所述设备进一步包括多个所述用于切换电容的装置，所述多个所述用于切换电容的装置配置成产生可变电容。

17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，进一步包括用于启用所述多个所述用于切换电容的装置的装置，所述用于启用的装置配置成从被启用的所述用于切换电容的装置的总数来为所述可变电容确定电容值。