CN105048964B

CN105048964B - 用于可开关电容的系统和方法

Info

Publication number: CN105048964B
Application number: CN201510211021.2A
Authority: CN
Inventors: W.巴卡尔斯基
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2018-11-06
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: US20150311883A1; DE102015106522A1; CN105048964A; KR20150124906A; US9584097B2; KR101663899B1

Abstract

本发明涉及用于可开关电容的系统和方法。根据实施例，可开关电容电路包括多个电容开关单元，每个电容开关单元都具有：具有在电容电路的第一端子与第二端子之间的电容的电容电路；以及半导体开关电路，所述半导体开关电路包括：被耦合到电容电路的第一端子的第一端子，具有负载通路和公共节点的多个串联连接的射频（RF）开关单元。多个串联连接的RF开关单元中的每个都具有开关晶体管以及栅极电阻器，所述栅极电阻器具有被耦合到开关晶体管的栅极的第一端以及被耦合到公共节点的第二端。可开关电容电路还包括具有被耦合到公共节点的第一端以及被耦合到控制节点的第二端的电阻电路。

Description

用于可开关电容的系统和方法

技术领域

本公开一般地涉及电子器件，并且更特定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之类的可调谐无源元件被用在多种射频（RF）电路中，以实现用于天线和功率放大器的可调整的匹配网络，并且提供用于高频滤波器的调整的调谐。由于便携式设备的高需求和产量，可以在诸如蜂窝电话、智能电话和便携式计算机之类的产品中发现这样的可调谐无源元件。向这样的产品中的RF电路提供调谐允许这些产品在多种RF条件下提供高性能RF传输和接收。在被配置成在不同RF带上操作和/或被配置成使用不同标准操作的RF器件中，可编程调谐同样是有帮助的。

可以以数种方式来实现可调谐电容器。例如，电压控制的电容器可以被用来提供可变的电容。通过使用具有反比于所施加的反向偏置电压的电容的反向偏置的二极管结，可以实现这样的可变的电容。其中可以实现可调谐的电容的另一个方式是：通过使用可开关电容器的阵列，其各种元件经由可控制的开关来连接或断开。可开关电容器的设计中的一个挑战是，处理用来实现开关的晶体管的寄生电容的效应。与开关晶体管相关联的这样的寄生电容可能添加附加的电容到可开关的电容，其可能减少电路的精度和/或增加寄生负载。

发明内容

根据实施例，可开关电容电路包括多个电容开关单元，每个电容开关单元都具有：具有在电容电路的第一端子与第二端子之间的电容的电容电路；以及半导体开关电路，所述半导体开关电路包括：被耦合到电容电路的第一端子的第一端子，具有负载通路和公共节点的多个串联连接的射频（RF）开关单元。多个串联连接的RF开关单元中的每个都具有开关晶体管以及栅极电阻器，所述栅极电阻器具有被耦合到开关晶体管的栅极的第一端以及被耦合到公共节点的第二端。可开关电容电路还包括具有被耦合到公共节点的第一端以及被耦合到控制节点的第二端的电阻电路。

附图说明

为了本发明以及其优点的更全面的理解，现在参照连同附图的下面的描述，在所述附图中：

图1a-c图示了常规的开关的电容器电路；

图2图示了实施例开关的电容器电路；

图3图示了另外的实施例开关的电容器电路；

图4图示了实施例开关的电容器电路的管芯照片；

图5a-b示出了图示实施例开关的电容器电路的性能的史密斯圆图；

图6图示了实施例方法的流程图；

图7a-b图示了实施例RF系统；并且

图8图示了实施例RF电路。

不同图中的相应的数字和符号一般指的是相应的部分，除非另外指示。图被绘制成清楚地图示优选的实施例的相关方面，并且不必按比例绘制。为了更清楚地图示特定实施例，指示相同的结构、材料或工艺步骤的变化的字母可以跟随图号。

具体实施方式

在下面详细讨论现在优选的实施例的进行和使用。然而，应该领会的是，本发明提供了许多可应用的发明概念，其可以在各种各样的特定上下文中被体现。所讨论的特定实施例仅仅说明了进行和使用本发明的特定方式，而不限制本发明的范围。

将关于特定上下文中的优选的实施例来描述本发明，可以用在RF电路中以提供用于天线、匹配网络和滤波器的调谐的用于可开关的电容的系统和方法。本发明还可以应用于包括其他电路的其他系统和应用，所述其他电路利用诸如数字可调谐的振荡器之类的可编程的电容以使能宽的输出频率范围，以及利用电荷泵以使能可变的频率操作。

在本发明的实施例中，可开关的电容电路包括与各自的开关串联耦合的多个电容器，其通过使用串联连接的开关晶体管来实现。每个开关晶体管与栅极电阻器相关联，所述栅极电阻器与其栅极和公共节点串联耦合，而另外的电阻器被耦合在公共节点与驱动器电路之间。该另外的电阻器可以被配置成减少来自串联连接的开关晶体管的寄生电容以及栅极电阻器的寄生电容的组合的负载的效应。此外，公共的电阻器可以被调节大小，以便控制可开关电容电路的每个分支的开启和关断时间常数。

图1a图示了常规的数字可调谐电容器电路100，其包括二进制加权的电容器104、106、108、110和112，其每个都分别被耦合到串联开关120、122、124、126和128。电容器104、106、108、110和112的值分别是8pF、4pF、2pF、1pF和0.5pF。电容器104、106、108、110和112中的每个被耦合到输出焊盘102以及静电放电（ESD）保护晶体管113。通过使用数字信号D4、D3、D2、D1和D0，在输出焊盘102处看见的电容量是可控制的。例如，如果信号D3在逻辑高处，从而开启串联开关122，而信号D4、D2、D1和D0或低，从而关断串联开关120、124、126和128，那么在输出焊盘102处看见的电容性负载为约4pF。同样地，如果所有信号D3、D2、D1和D0在逻辑高处，那么由输出焊盘102看见的负载为约15.5pF。

利用数字可调谐电容器的许多系统可能经受在数字可调谐电容器两端的较高电压。这的一个示例是蜂窝电话的天线接口。例如，蜂窝电话的发射器功率放大器可能在输出处到达到50欧姆的标称阻抗中的约35dBm的功率，其对应于约18V的电压。然而，在天线接口处，可能存在远超过50欧姆的阻抗，从而创建在50V到60V范围内的瞬时电压。因为许多半导体工艺中的器件可能仅仅能够经受在10V范围内的电压，器件堆叠被用来防止器件击穿和毁坏。如所示的那样，电容器104、106、108、110和112中的每个通过使用电容器的串联组合来实现。同样地，串联开关120、122、124、126和128通过使用串联连接的晶体管116来实现，串联连接的晶体管116中的每个都具有与其栅极串联耦合的电阻器118。电阻器118保持栅极阻抗足够高，以致不影响电容器-开关组合的RF阻抗。

用于电容器的一个重要的品质因数是Q因数，其被定义为：

，

其中，Z是电容性元件的复数阻抗，Im(Z)是阻抗的虚数分量，而Re(Z)是阻抗的实数分量。在与开关串联耦合的电容器的情况下，可以进行下面的近似：

其中，C是电容的值，Ron是开关的导通电阻，而ω是角频率。因此，电容器的Q可以被表示为：

如在上面是明显的那样，Q因数随着C或Ron减少而改善。因此，存在越多的串联连接的器件，Q因数就越低。因此，当电容和频率增加时，相应的Ron减少，以便维持给定的Q因数。然而，在一些情况下，当增加晶体管的宽度以便降低Ron时，相应的较低的叠加电容可能增加。上面的等式进一步示出了，Ron和晶体管宽度可以与电容一起按比例缩放，以获得用于所有可能的开关的组合的独立于电容的Q因数“平坦响应”。

图1b图示了示例的RF开关130的示意图，所述示例的RF开关130用各种寄生效应注释并且被耦合到相应的驱动器127。如所示那样，开关130包括具有寄生栅-漏电容Cgs和栅-源电容Cgs的串联MSW。当开关130关断时，寄生电容Cgs和Cgd的串联组合将呈现在输入节点In1或输出节点Out上的RF信号均匀散布在晶体管MSW上。为了防止RD信号的失真，RGATE和RDS的电阻可以被选择为足够高，以确保电容Cgs和Cgd出现为串联连接的电容，以防止在输入节点In1和输出节点Out处的寄生负载。用于RGATE和RDS的示例的值分别是400KΩ和400KΩ；然而，可以使用其他值。然而，在非理想条件下，由电阻器RGATE提供的隔离量由与电阻器RGATE相关联的寄生电容Cbp以及由电容Cp表示的电阻器RDS的分路电容所限制。

寄生电容Cbp和Cp可能源于电阻器RGATE的物理实现的非理想性。例如，当电阻器RGATE和/或RDS通过使用设置在衬底的顶上的多晶硅来实现时，将存在小量的旁路电容。例如，取决于特定的电阻器布局，400KΩ电阻器可能具有2fF的旁路电容。在1GHz处，2fF电容对应于80KΩ的电容性阻抗，从而降低在1GHz处的RGATE的总的有效阻抗。应该领会的是，这仅仅是物理电阻器的一个特定示例。其他实施例电阻器可能具有不同的电阻器值和/或与其相关联的不同寄生电容。

当多个晶体管被堆叠时，电阻器RGATE的寄生电容对于器件隔离的影响被进一步加剧。例如，在一个实施例中，40个晶体管用1.5V器件技术以串联配置被堆叠，以便处理约60V的RF电压摆动。这些40个晶体管中的每个都具有与其相关联的串联栅极电阻器。当开关被关断时，40个栅极电阻器的并联组合以及其相关联的寄生电容进一步降低有效的阻抗，所述有效的阻抗当晶体管被关断时隔离了晶体管的栅极。关于之前的示例，堆叠每个都具有在2fF寄生电容的情况下的相关联的400KΩ电阻器的40个器件创建了与2KΩ电容性阻抗并联耦合的20KΩ电阻性阻抗的有效阻抗，其当开关晶体管被关断时提供了非常小的栅极隔离。

诸如使用晶体管140和142的驱动器127之类的反相器型驱动器向开关130的晶体管MSW的栅极提供非常低的阻抗。在一些实现中，该低阻抗可能出现为RF接地。此外，当低阻抗被施加到寄生电容Cgs和Cgs时，在输入节点Iin1和输出节点Out处看见的寄生电容由于并联添加的寄生电容Cbp的影响被进一步增加。当更多的晶体管被堆叠并且当晶体管MSW的宽度被增加时，在输入节点Iin1和输出节点Out处所见的该寄生电容增加。因而，通常用于RF开关的RON*Coff品质因数由于Cbp降低栅极电阻器RGATE的阻抗而退化。

随着增加的频率，栅极电阻器RGATE的阻抗由于寄生电容Cbp而减少，并且引起开关130的接口节点In1和Out与驱动器127的控制输出（其可能是RF接地）之间的电容性耦合。在这样的情况下，寄生分路电容由Cgs/Cgs和Cbp形成，所述Cgs/Cgs和Cbp添加寄生并联/分路电容到可调整的电容电路。该附加的寄生电容在一些情况下可能使得RF匹配电路的拓扑的改变成为必需的。这样的改变可能牵涉例如附加的部件。

图1c图示了开关132，在其中电阻RDS与晶体管MSW的源/漏连接并联耦合，而不是从源/漏连接被耦合到接地。在该情况下，RDS的值可能在约20KΩ与约40KΩ之间的范围内；然而，该范围外的其他值可以取决于特定的应用以及其规范来被使用。再次，每个栅极电阻器RGATE的分路寄生电容由电容Cbp表示，而电阻器RDS的分路电容由电容Cp表示。在这样的电路中，源/漏连接被偏置以经由被耦合到接地的额外的电阻器（未示出）或者通过被耦合到接地的开关输入来接地。

图2图示了包括二进制加权的电容器104、106、108、110和112的实施例可调谐电容器电路200，所述二进制加权的电容器104、106、108、110和112中的每个分别被耦合到串联开关220、222、224、226和228。基于数字输入总线DIG的状态，控制器204产生控制信号D4、D3、D2、D1和D0，其控制在输出焊盘102处所见的电容的量。控制器204可以包括被耦合到数字总线DIG的串行接口，其可以例如通过使用SPI接口、I2C接口、MIPI/RFFE或其他本领域中已知的串行接口来实现。在本发明的可替换的实施例中，控制器204可以通过使用并行接口来实现。控制器204可以通过使用本领域中已知的数字电路（诸如解码器或查找表）来确定信号D4、D3、D2、D1和D0。在一些实施例中，通过使用非易失性存储器、熔断器、掩模可编程存储器或者本领域中已知的其他编程电路和方法，控制器204的行为可以是可编程的。

如所示，串联开关220、222、224、226和228每个都包括耦合在各自的控制信号（D4、D3、D2、D1和D0）与栅极电阻器118之间的公共的电阻器202。该电阻的添加创建了与和电阻器118相关联的寄生分路电容串联的更高的阻抗，从而减少可调谐电容器电路200上的寄生电容性负载。如所示，晶体管116通过使用NMOS器件来实现，然而晶体管116可以通过使用PMOS器件、或以CMOS-体（bulk）、CMOS-SOI（使用绝缘体上的薄或厚的薄膜硅（SOI））、GaAs-HEMT、或其他FET晶体管类型技术的其他晶体管类型来实现。在一些情况下，可以使用针孔（PIN）二极管。电容104、106、108、110和112内的电容器可以通过使用金属-绝缘体-金属（MIM）电容器来实现，并且可以包括串联耦合的多个电容器。在可替换的实施例中，例如在单个电容器可以经受住最大施加的AC电压摆动的实施例中，可以使用单个电容器。

在一个特定实施例中，电阻器118的值约为100KΩ，而公共电阻器202的值对于耦合到8pF电容器104的串联开关220是10KΩ，对于耦合到4pF电容器106的串联开关222是20KΩ，对于耦合到2pF电容器108的串联开关224是40KΩ，对于耦合到1pF电容器110的串联开关226是80KΩ，以及对于耦合到0.5pF电容器112的串联开关228是160KΩ。通过按比例缩放公共电阻器202的电阻以反比于每个相应的电容器，用于每个分支的开关时间的RC时间常数可以被保持为基本上恒定。如在图2中进一步所示，用于开关晶体管116的晶体管的宽度正比于每个相应的电容器。例如，在开关220中使用20mm晶体管宽度，在串联开关222中使用10mm宽度，在串联开关224中使用5mm宽度，在串联开关226中使用2.5mm宽度，以及在开关228中使用1.25mm宽度。可替换地，可以使用其他宽度。

应该领会的是，图2中所示的可调谐电容器电路200的拓扑以及其部件值、分支数目、晶体管宽度和控制电路仅仅是许多实施例可调谐电容器电路的一个示例。在可替换的实施例中，可调谐电容器电路可以具有不同的电容和电阻器值、不同的分支数目、不同的电容器实现以及不同的拓扑。例如，实施例可调谐电容器电路可以进一步并入在与2013年5月14日提交的、标题为“System and Method for a Switchable Capacitance”的美国专利申请No. 13/894,096中所述的电路和方法，该申请于此通过引用被整体并入。

图3图示了实施例开关电路的示意图，所述实施例开关电路具有N个串联晶体管、被耦合在串联晶体管的栅极与公共节点之间的栅极电阻器R_G1、以及被耦合在公共节点与产生电压U_O的电压源之间的公共电阻器R_G2。如所示，由电压源所产生的电流i在N个串联晶体管当中被分成N份，并且被用来对每个串联晶体管的栅-源电容C_GS充电。电压u_C被产生在每个串联晶体管的栅极和源级之间。用于串联晶体管的栅极充电时间的时间常数τ的表示可以如下被导出：

。

通过使用上面的用于时间常数τ的等式以及晶体管的栅-源电容C_GS正比于晶体管的宽度的关系，对于给定的N、R_G1、C_GS以及时间常数τ，R_G2的值可以被如下确定：

。

在一些实施例中，使得R_G2尽可能大以得到相同的时间常数τ。可替换地，用于R_G2的该计算的值可以被处理为最大值。在一些实施例中，用于每个电容器-开关分支的开关时间根据上面的表示被设置为是相同的。

图4图示了实施例6位可调谐电容器集成电路（IC）400的管芯照片。如所示，由电容器符号所表示的可调谐电容器410具有被耦合到管脚402和404的第一电极以及被耦合到管脚406和408的第二电极。在实施例中，电容器410可以被编程以实现在约0.5pF到约5pF之间的电容值。应该领会的是，在本发明的可替换的实施例中，电容器410可以被配置成实现低于0.5pF的电容值和高于5pf的电容值。此外，虽然到IC 400的连接被示出为是焊接球，但是可以使用本领域中已知的其他类型的封装和管芯连接。

图5a和5b图示了示出了在各种电容器设置上的可开关电容器电路的阻抗的史密斯圆图。图5a图示了在其中省略了公共电阻器R_G2的电路的史密斯圆图。线504表示测量的轨迹，而线502表示理想的可开关电容器电路。标签m4表示小的电容设置（诸如0.5pF），而标签m3表示大的电容设置（诸如5pF）。如所示，线504偏离了由线502表示的理想电容。特别地，阻抗的实数部分小于1的归一化电阻。例如，在最小电容设置处，归一化阻抗的实数部分约为0.615，而在最大电容设置处，归一化阻抗的实数部分约为0.410。

图5b图示了在其中公共电阻器R_G2根据于此所述的实施例被利用的电路的史密斯圆图。线506表示测量的轨迹，而线502表示理想的可开关电容器电路。如所示，线506比图5a中的线504具有与由线502表示的理想电容较小的偏离。特别地，与图5a的示例相比，图5b的示例中的阻抗的实数部分更接近于1的归一化电阻。例如，在最小电容的设置处，归一化阻抗的实数部分约为0.830，而在最大电容设置处，归一化阻抗的实数部分约为1.075，其比图5b的线504接近于1的归一化实数阻抗。应该领会的是，图5b的示例反映出特定示例的实施例的性能。其他实施例可能不同地执行。

图6图示了操作可开关电容电路的实施例方法600的流程图。在步骤602中，通过在多个电容开关单元中的至少一个处接通，实施例可开关电容电路的负载电容被增加。这样的实施例可开关电容电路可以包括半导体开关电路，所述半导体开关电路具有被耦合到多个串联开关晶体管的各自的栅极电阻器的公共电阻器。接通多个电容开关单元中的至少一个可以包括例如激活多个电容-开关单元中的至少一个的半导体开关电路。接着，在步骤604中，通过切断来减少负载电容可以包括例如解激活多个电容-开关单元中的至少一个的半导体开关电路。

图7a-b图示了实施例的可开关电容电路可以如何被耦合到天线的示例。如在图7a中所示，系统700电路702包括被耦合到天线706的实施例可开关电容电路704。在实施例中，可开关电容电路704可以被设置成提供到天线706的匹配。

图7b图示了系统720，所述系统720包括被耦合到电路724的平面倒F（PIFA）天线722，所述电路724包括实施例可开关电容电路726。在实施例中，可开关电容电路726可以被设置成提供匹配以调谐PIFA天线720。

图8图示了实施例集成电路800，其包括被耦合在管脚C+和C-之间的实施例可开关电容电路814。驱动器812提供控制信号，以在可开关电容电路814内开关。通过使用控制器810（其可以例如通过使用MIPI、RFEE或其他类型的串行控制器来实现）可以设置这些控制信号的状态。通过使用接口管脚S_DATA、S_CLOCK和VIO可以将电容设置输入到控制器810，而静电放电（ESD）电路806向被耦合到这些接口管脚的电路提供ESD保护。还包括另外的ESD电路816，以向可开关电容814提供ESD保护。电压调节器802和电荷泵802提供必需的电压电平以操作驱动器812。如所示，电压调节器802提供正的供电，在其上驱动器812基于正的控制信号电平，而电荷泵804产生负的供电，在其上驱动器812基于负的控制信号电平。电荷泵804可以进一步产生用于集成电路800的衬底的偏置电平。应该领会的是，集成电路800仅仅是实施例可开关电容电路的许多可能的集成电路实现中的一个示例。

根据实施例，可开关电容电路包括多个电容开关单元，多个电容开关单元每个都具有：具有在电容电路的第一端子与第二端子之间的电容的电容电路，以及半导体开关电路，所述半导体开关电路包括：被耦合到电容电路的第一端子的第一端子，多个串联连接的射频（RF）开关单元，所述多个串联连接的射频（RF）开关单元具有负载通路和公共节点。多个串联连接的RF开关单元中的每个都具有开关晶体管和栅极电阻器，所述栅极电阻器具有被耦合到开关晶体管的栅极的第一端以及被耦合到公共节点的第二端。可开关电容电路还包括电阻电路，所述电阻电路具有被耦合到公共节点的第一端以及被耦合到控制节点的第二端，其中电阻电路包括在第一端与第二端之间的电阻。多个电容开关单元的每个电容电路的第二端子可以被耦合到相同的节点，而多个电容开关单元中的每个的半导体开关电路的第二端子可以被耦合到接地。

在实施例中，电阻电路的电阻值反比于多个开关电容单元的电容电路的电容值。同样，多个电容开关单元中的第一个的电容电路的电容值可以不同于多个电容开关单元中的第二个的电容值。在一些实施例中，电阻电路的电阻值反比于多个电容开关单元中的电容电路的电容值。

在实施例中，电阻电路包括被耦合在电阻电路的第一端与第二端之间的电阻器，而电容电路包括被耦合在电容电路的第一端子与第二端子之间的电容器。电容器可以包括多个串联连接的电容器。在一些实施例中，电阻器具有基本上等于电阻电路的第一端与第二端之间的电阻值的值，而电容器具有基本上等于电容电路的第一端子与第二端子之间的电容值的值。多个电容开关单元的电容电路的电容值可以被二进制加权。

在实施例中，可开关电容电路还可以包括控制电路，所述控制电路具有被耦合到多个电容开关单元的相应的控制节点的多个输出。在一些实施例中，选择多个电容开关单元中的每个电阻电路的电阻值，使得多个电容开关单元中的每个具有基本上一致的开关时间。

根据另外的实施例，操作可开关电容电路的方法包括：通过接通多个电容开关单元中的至少一个来增加可开关电容电路的负载电容。接通包括：激活多个电容开关单元中的至少一个的半导体开关电路。该方法还包括：通过切断多个电容开关单元中的至少一个来减少可开关电容电路的负载电容，其中切断包括：解激活多个电容开关单元中的至少一个的半导体开关电路。多个电容开关单元中的每个都包括例如电容电路以及半导体开关电路，所述电容电路具有电容电路的第一端子与第二端子之间的电容。半导体开关电路包括被耦合到电容电路的第一端子的第一端子、具有负载通路和公共节点的多个串联连接的射频（RF）开关单元以及电阻电路。多个串联连接的RF开关单元中的每个都包括开关晶体管、以及具有被耦合到开关晶体管的栅极的第一端和被耦合到公共节点的第二端的栅极电阻器。电阻电路具有被耦合到公共节点的第一端以及被耦合到控制节点的第二端，其中电阻电路包括第一端与第二端之间的电阻。

在实施例中，激活多个电容开关单元中的至少一个的第一半导体开关电路包括：经由控制节点来激活多个电容开关单元中的至少一个的多个串联连接的RF开关单元。电阻电路的电阻值可以反比于多个开关电容单元的电容电路的电容值。

在实施例中，方法还包括：施加RF信号到可开关电容电路。方法还可以包括：将可开关电容电路耦合到天线，并且通过增加和减少可开关电容电路的负载电容来调谐天线。在一些实施例中，方法还包括从数字接口接收命令并且解码该命令。增加和减少负载电容还可以包括：根据经解码的命令，来选择性地激活多个电容开关单元的第一半导体开关电路。

根据另外的实施例，可调谐射频（RF）电路包括：半导体衬底以及设置在半导体衬底上的多个电容开关单元。每个电容开关单元都包括被耦合在第一端子与第二端子之间的电容器、以及半导体开关电路，所述半导体开关电路包括被耦合到电容电路的第一端子的第一端子、多个串联连接的射频（RF）开关单元、以及公共电阻器。多个串联连接的射频（RF）开关单元每个都包括开关晶体管以及栅极电阻器，所述栅极电阻器具有被耦合到开关晶体管的栅极的第一端以及被耦合到公共节点的第二端。公共电阻器具有被耦合到公共节点的第一端以及被耦合到控制节点的第二端。

在实施例中，电容器的电容反比于公共电阻器的电阻。在一个示例中，多个电容开关单元的电容电路的电容器的值被二级制加权。通过使用MOSFET可以实现开关晶体管。在一些情况下，MOSFET的栅极宽度反比于电容器的电容。该电容器可以包括例如金属-绝缘体-金属（MIM）电容器。

在实施例中，可调谐RF电路还包括被耦合到多个电容开关单元的控制节点的驱动器电路，并且还可以包括被耦合到驱动器电路的电压调节器和电荷泵中的至少一个。驱动器电路、电荷泵和/或电压调节器还可以被设置在半导体衬底上。

本发明的实施例的优点包括：由于与被耦合到开关晶体管的栅极的电阻器相关联的电容的寄生负载的减少而导致的用来实现具有更精确电容的被开关的电容电路的能力。另外的优点包括：用来以相同的时间常数来开关多个开关电容分支的能力。实施例的另外的优点包括：从RFIC到逻辑IC更好的解耦合，以及更好的乱真（spurious）性能。

虽然已经参照说明性的实施例来描述本发明，但是本描述不意图在限制性的意义上被解释。根据参照本描述，说明性的实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合对于本领域的技术人员将是明显的。例如，通过切换入或切换出电容器和其他调谐部件，实施例开关驱动器可以被用来调谐振荡器。实施例开关驱动器电路还可以被应用于接收/发射开关、衰减器、功率放大器旁路电路、RF匹配、一般开关的RF滤波器、以及其他类型的电路和系统。

Claims

1.一种可开关电容电路，包括：

多个电容开关单元，其中，每个电容开关单元都包括：

电容电路，具有在电容电路的第一端子与第二端子之间的电容；以及

半导体开关电路，所述半导体开关电路包括：

被耦合到电容电路的第一端子的第一端子，

多个串联连接的射频（RF）开关单元，包括负载通路和公共节点，其中多个串联连接的RF开关单元中的每个都包括开关晶体管以及栅极电阻器，所述栅极电阻器具有被耦合到开关晶体管的栅极的第一端以及被耦合到公共节点的第二端，以及

电阻电路，具有被耦合到公共节点的第一端以及被耦合到控制节点的第二端，其中电阻电路包括在第一端与第二端之间的电阻；

其中开关晶体管的宽度与连接到所述开关晶体管的电容电路的电容成比例；并且其中多个电容开关单元中的第一个中的开关晶体管具有第一宽度，并且多个电容开关单元中的第二个中的开关晶体管具有第二宽度，并且所述第一宽度与所述第二宽度不同；

其中，多个电容开关单元的每个电容电路的第二端子被耦合到相同的节点。

2.根据权利要求1的可开关电容电路，其中，

电阻电路的电阻值反比于多个开关电容单元的电容电路的电容值。

3.根据权利要求1的可开关电容电路，其中，

多个电容开关单元中的第一个的电容电路的电容值不同于多个电容开关单元中的第二个的电容值。

4.根据权利要求3的可开关电容电路，其中，

电阻电路的电阻值反比于多个电容开关单元中的电容电路的电容值。

5.根据权利要求1的可开关电容电路，其中，

电阻电路包括被耦合在电阻电路的第一端与第二端之间的电阻器；并且

电容电路包括被耦合在电容电路的第一端子与第二端子之间的电容器。

6.根据权利要求5的可开关电容电路，其中，

电容器包括多个串联连接的电容器。

7.根据权利要求5的可开关电容电路，其中，

电阻器包括等于电阻电路的第一端与第二端之间的电阻值的值；并且

电容器包括等于电容电路的第一端子与第二端子之间的电容值的值。

8.根据权利要求1的可开关电容电路，其中，

多个电容开关单元的电容电路的电容值被二进制加权。

9.根据权利要求1的可开关电容电路，还包括具有被耦合到多个电容开关单元的相应的控制节点的多个输出的控制电路。

10.根据权利要求1的可开关电容电路，其中，

多个电容开关单元中的每个的半导体开关电路的第二端子被耦合到接地。

11.根据权利要求1的可开关电容电路，其中，

选择多个电容开关单元的每个电阻电路的电阻值，使得多个电容开关单元中的每个都具有一致的开关时间。

12.一种操作可开关电容电路的方法，所述方法包括：

增加可开关电容电路的负载电容，包括接通多个电容开关单元中的至少一个，其中，

多个电容开关单元中的每个都包括：

电容电路，具有电容电路的第一端子与第二端子之间的电容，以及

半导体开关电路，所述半导体开关电路包括：

被耦合到电容电路的第一端子的第一端子，

电阻电路，具有被耦合到公共节点的第一端以及被耦合到控制节点的第二端，其中电阻电路包括在第一端与第二端之间的电阻，

接通包括激活多个电容开关单元中的至少一个的半导体开关电路；以及

减少可开关电容电路的负载电容，包括切断多个电容开关单元中的至少一个，其中切断包括解激活多个电容开关单元中的至少一个的半导体开关电路；

13.根据权利要求12的方法，其中，

激活多个电容开关单元中的至少一个的半导体开关电路包括：经由控制节点来激活多个电容开关单元中的至少一个的多个串联连接的RF开关单元。

14.根据权利要求12的方法，其中，

15.根据权利要求12的方法，还包括：

施加RF信号到可开关电容电路。

16.根据权利要求12的方法，还包括：

将可开关电容电路耦合到天线；以及

通过增加和减少可开关电容电路的负载电容来调谐天线。

17.根据权利要求12的方法，还包括：

从数字接口接收命令；以及

解码该命令，其中增加和减少负载电容还包括：根据经解码的命令来选择性地激活多个电容开关单元的半导体开关电路。

18.一种可调谐射频（RF）电路，包括：

半导体衬底；以及

设置在半导体衬底上的多个电容开关单元，其中，每个电容开关单元都包括：

被耦合在第一端子与第二端子之间的电容器，以及

半导体开关电路，所述半导体开关电路包括：

被耦合到电容器的第一端子的第一端子，

公共电阻器，具有被耦合到公共节点的第一端以及被耦合到控制节点的第二端；

其中开关晶体管的宽度与连接到所述开关晶体管的电容器的电容成比例；并且其中多个电容开关单元中的第一个中的开关晶体管具有第一宽度，并且多个电容开关单元中的第二个中的开关晶体管具有第二宽度，并且所述第一宽度与所述第二宽度不同；

19.根据权利要求18的可调谐RF电路，其中，

电容器的电容反比于公共电阻器的电阻。

20.根据权利要求18的可调谐RF电路，其中，

多个电容开关单元的电容器的值被二进制加权。

21.根据权利要求18的可调谐RF电路，其中，

开关晶体管包括MOSFET晶体管。

22.根据权利要求21的可调谐RF电路，其中，

MOSFET的栅极宽度反比于电容器的电容。

23.根据权利要求18的可调谐RF电路，其中，

电容器包括金属-绝缘体-金属电容器。

24.根据权利要求18的可调谐RF电路，还包括：

被耦合到多个电容开关单元的控制节点的驱动器电路。

25.根据权利要求24的可调谐RF电路，还包括：

被耦合到驱动器电路的电荷泵和电压调节器中的至少一个。