CN106026960A

CN106026960A - 串联电容调谐器

Info

Publication number: CN106026960A
Application number: CN201610174110.9A
Authority: CN
Inventors: W·巴卡尔斯基
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: DE102016105359A1; CN106026960B; US9627882B2; US20160294365A1; KR20160117317A

Abstract

一种阻抗匹配网络，包括被配置成从源电路接收信号的第一信号端子以及被配置成向负载电路提供信号的第二信号端子。网络还包括包含在第一信号端子与第二信号端子之间的可变电容组件的串联支路。可变电容组件包括串联连接的多个电容部分，其中电容部分中的至少一个电容部分包括包含串联连接的晶体管的堆叠的开关元件。阻抗匹配网络还包括被配置成通过基于预定算法控制电容部分中的至少一个电容部分来控制可变电容组件的电容的控制组件。

Description

串联电容调谐器

技术领域

本公开内容涉及阻抗调谐系统，并且特别地涉及用于调谐天线阻抗的电容器调谐器和相关联的方法。

背景技术

在电气或电子系统中，当负载阻抗等于源阻抗时，获得电能的源与电负载之间的最大功率传送。当前射频(RF)或高频(HF)前端系统、例如移动通信网络通常包括收发器、功率放大器、谐波滤波器、天线开关、天线匹配网络和天线。天线匹配网络被设计成通过使收发器的阻抗与天线的馈线的阻抗匹配来改善收发器与天线之间的功率传送。

随着移动通信技术的进步，移动通信频率的频谱越来越宽，并且天线本身对于不同的环境条件需要不同的阻抗匹配设置。因此必须考虑到各种可能的操作频率和阻抗来选择阻抗匹配网络。另外，移动通信系统的发展的设计要求对阻抗匹配网络强加尺寸限制。

附图说明

下面，将参考附图借助于具体的示例实施例进一步说明和描述本公开。

图1示出了根据本公开的一个实施例的具有阻抗匹配网络的移动通信网络的框图；

图2示出了根据本公开的另一实施例的具有阻抗匹配网络的移动通信网络的另一框图；

图3a示出了根据本公开的一个实施例的可变电容元件的示意图；

图3b示出了根据本公开的一个实施例的包括串联连接的晶体管的堆叠的开关元件的示意图；

图4示出了根据本公开的一个实施例的具有可变电容元件的阻抗匹配网络的示意图；

图5示出了根据本公开的另一实施例的具有旁路元件的阻抗匹配网络的示意图；以及

图6示出了根据本公开的实施例的调谐阻抗的方法的流程图。

具体实施方式

在本公开的一个实施例中，一种阻抗匹配网络包括：被配置成从源电路接收信号的第一信号端子、被配置成向负载电路提供信号的第二信号端子、以及包括在第一信号端子与第二信号端子之间的可变电容组件的串联支路。可变电容组件元件包括串联连接的多个电容部分，其中电容部分中的至少一个电容部分包括包含串联连接的晶体管的堆叠的开关元件。阻抗匹配网络还包括控制组件，控制组件被配置成通过基于预定算法控制包括开关元件的电容部分中的至少一个电容部分来控制可变电容组件的电容。

在本公开的另一实施例中，一种电容调谐设备包括包含串联的多个电容元件的可变电容组件。多个电容元件中的至少一个电容元件包括包含串联连接的晶体管的堆叠的开关元件，并且晶体管的关态电容(off-capacitances)的组合提供包括开关元件的电容元件的电容。电容调谐设备还包括控制器，控制器被配置成通过基于预定算法接通和断开包括开关元件的至少一个电容元件来生成可变电容组件的整个电容。

在本公开的另一实施例中，一种用于调谐阻抗的方法包括：确定或估计信号源的源阻抗，以及确定或估计信号宿(signal sink)的宿阻抗(sink impedance)。方法还包括通过调节作为阻抗匹配网络的部分的可变电容组件基于源阻抗和宿阻抗调节阻抗匹配网络，可变电容组件包括串联连接的多个电容元件，其中电容元件中的至少一个电容元件包括包含串联连接的晶体管的堆叠的开关元件。

现在将参考附图描述本公开，其中相似的附图标记始终用于指代相似的元件，并且其中所图示的结构和设备不一定按比例绘制。如本文中所使用的，术语“组件”、“系统”、“接口”、“元件”等意图指代计算机相关的实体、硬件、软件(例如执行软件)和/或固件。例如，组件可以是处理器、在处理器上运行的过程、控制器、对象、可执行程序、存储设备、和/或具有处理设备的计算机。作为说明，在服务器上运行的应用以及服务器也可以是组件。一个或多个组件可以驻留在过程中，并且组件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或多个计算机之间。本文中可以描述元件的集合或者其他组件的集合，其中术语“集合”可以解释为“一个或多个”。

作为另一示例，组件可以是具有由电或电子电路系统操作的机械零件提供的具体功能的装置，其中电或电子电路系统可以通过由一个或多个处理器执行的软件应用或固件应用来操作。一个或多个处理器可以在装置内部或外部，并且可以执行软件或固件应用的至少部分。作为又一示例，组件可以是通过电子组件提供具体功能而没有机械零件的装置；电子组件可以在其中包括一个或多个处理器以执行至少部分给予电子组件的功能的软件和/或固件。

词语“示例性”的使用意图以确切的方式呈现概念。如本申请中所使用的，术语“或者”意图表示包括性的“或者”而非排他性的“或者”。也就是，除非另外指出，或者根据上下文很清楚，否则“X采用A或B”意图表示任何自然的包括性排列。也就是，如果X采用A；X采用B；或者X采用A和B二者，则“X采用A或B”在任何以上情况下满足。另外，如本申请和附图中所使用的冠词“一个(a)”和“一个(an)”通常应当理解为表示“一个或多个”，除非规定或者根据上下文很清楚地表示单数形式。另外，就在详细描述和权利要求中使用术语“包括(including)”、“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“带有(with)”或其变型来说，这样的术语意图与术语“包括(comprising)”类似的方式是包括性的。

在下面的描述中，给出多个细节以提供对本公开的实施例的更透彻的理解。然而，本领域技术人员应当清楚，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下来实践。在其他情况下，用框图形式而非详细地示出众所周知的结构和设备，以避免模糊本公开的实施例。另外，下文中描述的不同实施例的特征可以彼此组合，除非另外具体注释。

本公开涉及用于调谐阻抗的串联电容调谐器以及用于操作串联电容调谐器的方法。在用于射频(RF)、高频(HF)或者其他频率范围的无线通信系统中，可以设置所谓的前端系统。这样的前端系统可以是移动通信网络的移动台(例如手机、智能电话、平板电脑、USB调制解调器)或基站(例如基本收发器站BTS)的部分。前端系统通常可以包括收发器、功率放大器、谐振滤波器、天线开关、阻抗匹配网络和天线。阻抗匹配网络通常连接在无线电传输器或接收器与其天线之间以通过使收发器的阻抗与天线的馈线匹配来改善其之间的功率传送。在一些实现中，阻抗匹配网络操作以变换天线阻抗，从而使天线阻抗与收发器阻抗匹配。通常，RF或HF前端系统可以被配置成支持若干传输频率和/或若干移动通信标准。

由于HF前端系统可以被配置成支持若干频率、移动通信标准、和/或与无线电信号的传输或接收向的其他参数，所以可以考虑到各种可能的使用情况、频率和操作模式、以及其相应概率来选择阻抗匹配网络以便提供加权的优化。这一任务变得越来越困难，因为移动通信频率的频谱越来越宽，并且天线本身对于不同的环境条件需要不同的阻抗匹配设置。

为了覆盖较宽范围的可能阻抗，通常使用可调节阻抗匹配网络。阻抗匹配网络可以实现为基本的LC网络，基本的LC网络包括并联连接到阻抗匹配网络的输出端的串联电感和可调谐电容。在传统的系统中，可调谐电容通常使用昂贵的射频微电极系统(RF MEMS)电容器或钛酸锶钡(BST)电容器或者具有外部部件的简单的RF开关来实现。在一个实施例中，可调谐电容包括三个并联支路，每个支路包括与开关元件串联连接的电容器元件。外部部件的使用提供设计灵活性，然而，其导致明显的损失，并且空间需求与所使用的状态成比例。为了提供不太昂贵和耕地损失的替选方案，本公开中介绍包括串联电容器拓扑结构的串联电容调谐器。在一些实现中，串联电容器调谐器包括集成为单个芯片的多个电容部分，从而省略了外部部件的使用并且减小了尺寸。

图1描绘了根据本公开的例如移动通信网络的示例前端系统100，其包括源电路102、负载电路106以及在源电路102与负载电路106之间的阻抗匹配网络104。源电路102被配置成提供要经由阻抗匹配网络104向负载电路106传输的信号103。源电路102例如可以包括收发器、功率放大器、谐振滤波器和天线开关。在以传输器操作模式工作时，在一个实施例中，收发器可以在其输出端处向功率放大器提供传输信号(例如信号103)。由功率放大器提供的经放大的传输信号连接到谐振滤波器，谐振滤波器减小处在预期的传输频率范围外部的、经放大的传输信号的频率分量。谐振滤波器的输出端连接到天线开关的多个输入端之一。天线开关被配置成将输入端连接到天线开关输出端。天线开关输出端可以连接到阻抗匹配网络104的输入端。

阻抗匹配网络104例如可以包括LC网络，LC网络被配置成变换负载电路106的阻抗以便匹配源电路102的阻抗。在一个示例实施例中，LC网络可以包括电感和可调谐电容器的串联组合。可调谐电容器可以包括包含多个电容元件的可变电容元件，并且可变电容元件可以被配置成在不同的可调谐状态下操作，每个可调谐状态提供不同的电容器值。例如，在第一可调谐状态下，第一电容元件集合被激活以提供第一电容值，而在第二可调谐状态下，第二电容元件集合被激活以提供第二电容值，其中第一电容值和第二电容值彼此不同。可变电容元件的不同可调谐状态可以基于来自控制器的控制信号来配置。可变电容元件中的多个电容元件中的一个或多个可以实现为开关，每个开关可以基于来自控制器的控制信号被接通或断开。每个开关可以包括串联连接的晶体管的堆叠，并且这些晶体管中的每个的关态电容贡献开关的电容。另外，在一些实现中，来自金属-绝缘体-金属电容器(MIM)和/或金属-金属电容器(Metal to Metal capacitors)的电容也贡献开关的电容。另外，在一些实现中，堆叠中的每个晶体管被设计成具有高的晶体管宽度，从而提供低的Ron(晶体管的接通电阻)并且从而降低损耗。

负载电路106可以包括天线并且被配置成要从阻抗匹配网络104传输的信号105。负载电路106可以操作以在不同的环境条件下提供不同的输入阻抗值。基于负载电路106的输入阻抗，阻抗匹配网络104操作以提供变换负载电路的输入阻抗的阻抗，以便匹配源电路102的阻抗。通过使负载电路106的阻抗与源电路102的阻抗匹配，阻抗匹配网络104在源电路102与负载电路106之间提供最大功率传送。

图2示出了根据本公开的移动通信网络200的另一实施例。移动通信网络200包括被配置成提供要向负载电路206传输的信号203的源电路202。移动通信网络200还包括被配置成变换负载电路206的阻抗以便匹配源电路202的阻抗的阻抗匹配网络204。阻抗匹配网络204包括被配置成从源电路202接收信号203的第一信号端子212以及被配置成向负载电路206提供信号205的第二信号端子214。阻抗匹配网络204还包括串联支路，串联支路包括电感器207以及将第一信号端子212和第二信号端子214连接的可变电容元件208。

在一个特定实施例中，可变电容元件208可以包括串联连接的多个电容部分。电容部分中的至少一个可以实现为包括晶体管的开关元件。在一些实现中，被实现为开关元件的电容部分可以包括串联连接的晶体管的堆叠，并且堆叠中的所有串联连接的晶体管的关态电容的组合贡献电容部分的电容。另外，与开关元件中的晶体管的堆叠并联的MIM电容器和/或金属-金属电容器也可以贡献被实现为开关元件的电容部分的电容。另外，可变电容元件208可以包括电容部分，其中电容由MIM电容和/或金属-金属电容单独贡献。

阻抗匹配网络204还包括被配置成提供控制被实现为开关元件的电容部分的控制信号的控制电路210。在一个实施例中，被实现为开关元件的电容部分由控制电路210基于预定算法来断开和接通，从而控制可变电容元件208的电容。预定算法可以包括沿预定方向切换被实现为开关元件的电容部分，以避免电压过载。在一些实现中，控制电路210包括温度计码解码器。在其他实现中，控制电路210可以包括不同于温度计码的其他控制算法。

图3a示出了根据本公开的一个实施例的可变电容元件300。可变电容元件300包括串联支路，串联支路包括在第一信号端子302与第二信号端子304之间的多个电容部分C1 306、C2 308、C3 310、C4 312和C5 314。电容部分C2 308、C3 310和C4 312分别包括开关元件S1316、S2 318和S3 320，并且被配置成基于来自控制器的控制信号接通或断开。第一、第二和第三开关元件S1 316、S2 318和S3 320中的每个包括串联连接的晶体管的堆叠，并且它们利用晶体管、特别是场效应晶体管的关态电容，然而关态电容C_off通常被认为是场效应晶体管的寄生的、不期望的现象。串联连接的晶体管的堆叠的断开电源以及MIM电容和/或金属-金属电容的组合分别贡献第一、第二和第三开关元件S1 316、S2 318和S3 320的整个电容。在一个实施例中，电容部分C2 308、C3 310和C4 312被配置成提供相等的电容值，在其他实施例中，电容值可以不同。

在一个实施例中，开关元件S1 316、S2 318和S3 320基于来自控制器的控制信号沿预定方向逐个开关。例如，在一个实施例中，第一开关元件S1 316首先断开，之后第二开关元件S2 318断开，然后第三开关S3 320断开。第一、第二和第三开关元件S1 316、S2 318和S3 320中的晶体管的数量可以不同，并且基于相应开关元件断开的步骤的开关元件上的预期电压来得到。例如，在一个实施例中，S1316中的晶体管的数量大于S2 318中的晶体管的数量，并且S2 318中的晶体管的数量大于S3 320中的晶体管的数量。

另外，可变电容元件300包括提供固定电容值的被实现为MIM电容器和/或金属-金属电容的两个电容部分C1 306和C5 314。电容部分C1 306和C5 314也可以包括串联连接的多个MIM电容器和/或金属-金属电容器，并且电容部分C1 306和C5 314中的MIM电容器和/或金属-金属电容器的数量基于当第一、第二和第三开关元件S1 316、S2 318和S3 320接通时电容部分C1 306和C5 314上的预期电压来得到。另外，可变电容元件300包括第一分流支路和第二分流支路，第一分流支路包括在第一信号端子302与参考电势端子326之间的第一静电放电(ESD)保护元件ESD1 322，第二分流支路包括在第二信号端子304与参考电势端子326之间的第二静电放电(ESD)保护元件ESD2 324。

图3b示出了包括串联连接的晶体管的堆叠的开关元件350。在一个实施例中，开关元件350可以对应于图3a的开关元件S1 316。开关元件350包括多个串联连接的晶体管352a、352b直到352N，其中N可以是任何整数。晶体管的数量N基于在相应开关元件断开的步骤开关元件350上的预期电压来得到。晶体管在断开时贡献关态电容，例如串联连接的晶体管中的每个的关态电容贡献开关元件350的电容。另外，MIM电容和/或金属-金属电容也贡献开关元件350的整个电容。

图4示出了阻抗匹配网络400的示意图，其示出可变电容元件401的一些可能的实现细节。可变电容元件401包括在第一信号端子402与第二信号端子404之间的多个电容部分C1 406、C2 408、C3 410、C4 412和C5 414。第一电容部分C1 406和第五电容部分C5 414包括MIM电容器和/或金属-金属电容器，并且第二电容部分C2 408、第三电容部分C3 410和第四电容部分C4 412分别包括开关元件S1 416、S2 418和S3 420。开关元件S1 416、S2 418和S3 420分别包括串联连接的晶体管的堆叠。开关元件S1 416、S2 418和S3 420中的每个由控制电路426来控制，控制电路426被配置成例如基于预定算法向对应的开关元件S1 416、S2 418和S3 420提供控制信号A、B和C。

在图4的实施例中，可以通过将第一开关元件S1 416、第二开关元件S2 418和第三开关元件S3 420单独标记为非导电来获取四个不同的电容值，并且因此，可变电容元件401可以操作以提供四级电容调谐器。处于导电状态的晶体管(特别是场效应晶体管)可以被认为是电阻器R_on，其中R_on为晶体管的接通电阻。在非导电状态下，晶体管可以被认为是具有电容C_off的电容器，其中C_off为晶体管的关态电容。控制信号A、B和C被配置成沿预定方向逐个接通或断开开关元件S1 416、S2 418和S3 420以避免电压过载。

在一个示例实现中，基于控制信号A、B和C选择等于6pF的统一电容逐个串联切换，从而实现1.5pF到6pF的串联电容器调谐器。为此，图4中的开关元件S1 416、S2 418和S3 420被选择为每个具有6pF的电容值，并且MIM电容器C1 406和C5 414被选择为每个具有12pF的电容值。例如，首先，假定第一开关元件S1 416、第二开关元件S2 418和第三开关元件S3 420接通(即导电)。因此，在第一步中，可变电容元件401的整个电容等于6pF(根据MIM电容器C1 406(12pF)和C5 414(12pF)的串联组合)。在第二步，断开第一开关元件S1 416，带来与两个MIM电容器C1 406和C5 414串联的6pF的电容值，并且因此可变电容元件401的整个电容变为等于3pF。在第三步，断开第二开关元件S2 418，带来串联的6pF的电容值，并且因此可变电容元件401的整个电容变为等于2pF。在第四步，断开第三开关元件S3 420，带来串联的6pF电容值，并且因此可变电容元件401的整个电容变为等于1.5pF。因此，可变电容元件401操作以基于来自控制电路426的控制信号提供四个不同的电容值(1.5pF、2pF、3pF和6pF)。在其他实现中，可以在每个步骤切换非统一电容值，以便实现串联电容器调谐器。另外，在其他实现中，可以改变开关元件的数量，从而实现N级调谐器。

开关元件S1 416、S2 418和S3 420中的每个中的堆叠中的晶体管的数量可以不同，并且在一个实施例中，堆叠中的晶体管的最佳数量可以基于与其在相应开关元件断开的步骤开关元件上出现的电压来得到。在一个示例实现中，图4中的可变电容元件401的最大电压评级取为40V，堆叠中的每个晶体管的最大电压评级取为1.5V，MIM电容器的最大电压评级取为10V。在步骤1，例如，当第一开关元件S1 416、第二开关元件S2 418和第三开关元件S3 420接通时，整个40V在两个MIM电容器C1 406和C5 414之间相等地划分(即C1 406上20V并且C5 414上20V)。由于MIM电容器的最大电压评级取为10V，以承受20V，所以一起堆叠总共2个MIM电容器以分别形成C1 406和C5 414。在第二步，当第一开关元件C1 416断开时，第一开关元件S1 416上出现20V(即40V的一半)。由于堆叠中的每个晶体管的最大电压评级取为1.5V，以抵挡20V，所以需要一起串联堆叠总共至少14个晶体管以形成第一开关元件S1 416。另外，在第三步，当第二开关元件S2 418断开时，第二开关元件S2 418上出现13.33V(即40V的三分之二)。因此，为了抵挡13.33V，需要一起串联堆叠总共至少9个晶体管以形成第二开关元件S2 418。另外，在第四步，当第三开关元件S3 420断开时，第三开关元件S3 420上出现10V(即40V的四分之一)。因此，为了抵挡10V，需要一起串联堆叠总共至少7个晶体管以形成第三开关元件S3 420。在其他实现中，堆叠中的晶体管的数量可以基于如开关元件的数量或所使用的可调谐状态的数量、设备的最大电压评级以及晶体管的电压评级等大量因子来变化。控制电路426操作以根据预定算法(或预定方向)切换第一开关元件S1 416、第二开关元件S2 418和第三开关元件S3 420，其中预定算法包括断开具有最高数量的晶体管的开关元件以便抵挡电压过载。例如，在图4的可变电容元件401中，首先断开具有至少14个串联连接的晶体管的堆叠的第一开关元件S1 416，之后断开具有至少9个串联连接的晶体管的堆叠的第二开关元件S2 418，然后断开具有至少7个串联连接的晶体管的堆叠的第三开关元件S3 420。

阻抗匹配网络400还包括两个ESD保护元件ESD1 422和ESD2424，ESD保护元件被配置成在两侧提供对静电放电(ESD)的保护，即避免电泳到达第一信号端子402并且避免电泳到达第二信号端子404。ESD保护元件ESD1 422和ESD2 424朝着参考电势端子426处的接地电势传导高压电泳作为中等电流，从而保护可变电容元件401。在一些实施例中，可变电容元件401被实现为分流设备，其中第二信号端子接地。因此，在这样的实现中，电容C5 414和ESD2 424可以省略，并且C5 414可以与C1 406结合以节省芯片尺寸。

另外，可变电容元件401包括电容器R1、R2和R3，电容器R1、R2和R3操作以通过将开关元件S1 416、S2 418和S3 420的源极和漏极保持在相等的电势来定义其开关功能。在一些实施例中，电阻器R1、R2和R3中的每个还包括多个电阻器，其中包括开关元件S1 416、S2 418和S3 420中的串联连接的晶体管的堆叠的每个晶体管的源极与漏极之间存在电阻器。另外，提供电阻器R4以设置电势值，其在图4中例如设置为接地电势。通常，电阻器R1、R2和R3包括在20k欧姆到100k欧姆的范围内的电阻值，并且电阻器R4具有高的电阻值，如1M欧姆。电阻器R4迫使开关元件S1 416、S2 418和S3 420的源漏极电势接地，并且从而S1/S2/S3开关的栅极处的正电势将其接通，并且S1/S2/S3开关的栅极处的负电势将其断开。另外，需要高的电阻以实现设备堆叠。例如，在RF断开切换模式下，关态电容迫使RF电压遍布于晶体管。低的电阻可能引起Q因子的损失，并且还干扰晶体管上的电压分布。

图5示出了根据另外的实施例的阻抗匹配方法500的示意图，其中可变电容元件501被配置成被旁路元件选择性地旁路。旁路功能由包括场效应晶体管的开关元件S4 528来提供。在一些实现中，开关元件S4 528与可变电容元件501并联连接。在阻抗匹配网络500的正常操作期间，开关元件S4 528断开(即非导电)，因此开关元件528中的晶体管的关态电容可以贡献可变电容元件501的整个电容。在旁路模式期间，开关元件S4 528被激活或者接通，其因此断路阻抗匹配网络500。

图6示出根据本公开的一个实施例的用于调谐阻抗的方法600的流程图。在602，确定与信号源相关联的源阻抗。在604，确定与信号宿相关联的宿阻抗。在606，基于所确定的源阻抗和宿阻抗调节阻抗匹配网络，以便匹配宿阻抗和源阻抗。在606调节阻抗匹配网络还包括调节作为阻抗匹配网络的部分的可变电容元件，可变电容元件包括串联连接的多个电容元件，其中电容元件中的至少一个包括被实现为串联连接的晶体管的堆叠的开关元件。在一些实施例中，源阻抗和宿阻抗使用感测正向和反射功率水平的方向耦合器来确定。在其他实施例中，源阻抗和宿阻抗使用查找表来确定。通过使用陀螺仪、显示器的光传感器等在电话中检查，可以近似当前“处理”并且确定要调节的阻抗。

调节可变电容组件包括接通或断开包括开关元件的至少一个电容部件，从而使得相应电容元件连接到或者不连接到阻抗匹配网络的信号路径。另外，调节可变电容元件包括沿预定方向逐个接通或断开串联的包括开关元件的电容元件。

虽然以上将方法说明和描述为一系列动作或事件，然而应当理解，这样的动作或事件的所说明的顺序不应当在限制意义上来理解。例如，一些动作可以按照不同顺序或者与不同于本文中所说明和/或描述的其他动作或事件同时发生。另外，实现本文中的本公开的一个或多个方面或实施例可能并不需要所有说明的动作。另外，可以在一个或多个单独的动作和/或阶段执行本文中所描绘的动作中的一个或多个。

如以上所强调的，包括串联电容器拓扑结构的阻抗匹配网络具有很多优点。使用RF晶体管本身作为电容贡献者的集成方法省略了对于外部RF开关和其他离散部件的使用。外部部件的省略降低了设备的成本，并且进一步减小了芯片尺寸。可以添加另外的调谐状态而没有极大地增加芯片尺寸。另外，可能由于RF开关的省略而实现更高的Q因子。在串联电容器拓扑结构中，开关Ron不是固定的并且可以缩放到所使用的电容器。例如，每个步骤的Q因子，

Q = \frac{Im (Z)}{Re (Z)} = \frac{\frac{1}{{ωC}_{N}}}{R O N, N} = \frac{\frac{1}{2 π f * C_{N}}}{Σ_{1}^{N - 1} \frac{N_{T r} * \frac{R o n}{m m}}{W_N}}

其中Ron为晶体管的总接通电阻。在串联电容器拓扑结构中，在每个另外的状态(即逐个断开开关元件)下，Q因子增加，因为总的Ron电阻戏剧性地下降到几乎零时。另外，优化的堆叠的使用使得设计适合用于更高的RF电压同时功率损失很低。另外，使用具有大晶体管宽度的晶体管来降低R，同时也能够降低功耗。

虽然已经参考一个或多个实现说明和描述了本公开内容，然而可以对所说明的示例作出替选和/或修改而没有偏离所附权利要求的精神和范围。特别地，关于有以上描述的部件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)意在对应于(除非另外指出)执行所描述的部件(例如在功能上等同)的规定功能的任何部件或结构，然而其在结构上并不等同于执行在本文中在本公开的示例性实现中说明的功能的所公开的结构。

Claims

1.一种阻抗匹配网络，包括：

第一信号端子，被配置成从源电路接收信号；

第二信号端子，被配置成向负载电路提供所述信号；

串联支路，包括在所述第一信号端子与所述第二信号端子之间的可变电容组件，所述可变电容组件包括串联连接的多个电容部分，其中所述电容部分中的至少一个电容部分包括包含串联连接的晶体管的堆叠的开关元件；以及

控制组件，被配置成通过基于预定算法控制所述电容部分中的所述至少一个电容部分来控制所述可变电容组件的电容。

2.根据权利要求1所述的阻抗匹配网络，其中包括所述开关元件的所述电容部分中的所述至少一个电容部分包括第一电容部分和第二电容部分，所述第一电容部分包括包含串联连接的晶体管的堆叠的第一开关元件，所述第二电容部分包括包含串联连接的晶体管的堆叠的第二开关元件。

3.根据权利要求2所述的阻抗匹配网络，其中包括所述第一开关元件的所述第一电容部分和包括所述第二开关元件的所述第二电容部分串联连接。

4.根据权利要求1所述的阻抗匹配网络，其中所述可变电容组件还包括包含金属-绝缘体-金属(MIM)电容器和/或金属-金属电容器的一个或多个电容部分。

5.根据权利要求4所述的阻抗匹配网络，其中包括MIM电容器和/或金属-金属电容器的所述电容部分上的电压确定所述MIM电容器和/或金属-金属电容器的数量。

6.根据权利要求1所述的阻抗匹配网络，其中包括所述开关元件的所述电容部分还包括与所述串联连接的晶体管的堆叠并联连接的MIM电容器和/或金属-金属电容器。

7.根据权利要求2所述的阻抗匹配网络，其中所述控制组件被配置成根据所述预定算法沿预定方向逐个接通或断开串联的包括所述开关元件的所述电容部分以避免电压过载。

8.根据权利要求7所述的阻抗匹配网络，其中在包括所述开关元件的所述电容部分被断开的步骤处，相应的包括所述开关元件的所述电容部分上的电压确定包括相应的所述开关元件的所述电容部分中的晶体管的数量。

9.根据权利要求2所述的阻抗匹配网络，其中包括所述第一开关元件的所述第一电容部分中的晶体管的数量高于包括所述第二开关元件的所述第二电容部分中的晶体管的数量。

10.根据权利要求9所述的阻抗匹配网络，其中所述预定算法包括首先断开具有更高数量的晶体管的所述第一电容部分，之后断开所述第二电容部分。

11.根据权利要求1所述的阻抗匹配网络，还包括：

参考电势端子；

在所述第一信号端子与所述参考电势端子之间的第一分流支路，所述第一分流支路包括第一静电放电(ESD)保护元件；以及

在所述第二信号端子与所述参考电势端子之间的第二分流支路，所述第二分流支路包括第二静电放电(ESD)保护元件。

12.根据权利要求1所述的阻抗匹配网络，还包括：

与所述可变电容组件并联的旁路开关，所述旁路开关被配置成在所述旁路开关被接通时从在所述第一信号端子与所述第二信号端子之间的信号路径上短路所述可变电容组件。

13.根据权利要求12所述的阻抗匹配网络，其中所述旁路开关包括串联连接的晶体管的堆叠。

14.根据权利要求1所述的阻抗匹配网络，其中所述可变电容组件集成在单个芯片上。

15.一种电容调谐设备，包括：

包括串联的多个电容元件的可变电容组件；

其中所述多个电容元件中的至少一个电容元件包括包含串联连接的晶体管的堆叠的开关元件；

其中所述晶体管的关态电容的组合提供包括所述开关元件的所述电容元件的电容；以及

控制器，被配置成通过基于预定算法接通或断开包括所述开关元件的所述多个电容元件中的所述至少一个电容元件来生成所述可变电容组件的整个电容。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述开关元件还包括并联连接到所述串联连接的晶体管的堆叠的MIM电容器和/或金属-金属电容器，并且其中所述晶体管的关态电容的组合以及金属-绝缘体-金属电容和/或金属-金属电容提供所述开关元件的电容。

17.根据权利要求15所述的设备，其中包括所述开关元件的所述多个电容元件中的所述至少一个电容元件包括第一电容元件和第二电容元件，所述第一电容元件包括包含串联连接的晶体管的堆叠的第一开关元件，所述第二电容元件包括包含串联连接的晶体管的堆叠的第二开关元件。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述第一电容元件和所述第二电容元件串联连接。

19.根据权利要求15所述的设备，其中所述可变电容组件还包括被实现为金属-绝缘体-金属(MIM)电容器和/或金属-金属电容器的一个或多个电容元件。

20.根据权利要求15所述的设备，其中所述可变电容组件被配置成基于来自所述控制器的控制信号生成N个不同的电容值，其中N为实数并且大于或等于2。

21.根据权利要求15所述的设备，其中要由所述可变电容组件生成的电容值的数量确定所述可变电容组件中包括所述开关元件的电容元件的数量。

22.根据权利要求15所述的设备，其中所述控制器被配置成根据所述预定算法沿预定方向逐个接通或断开串联的包括所述开关元件的所述电容元件以避免电压过载。

23.根据权利要求22所述的设备，其中在包括所述开关元件的所述电容元件断开的步骤处，在相应的包括所述开关元件的所述电容元件上的电压确定相应的包括所述开关元件的所述电容元件中的晶体管的数量。

24.根据权利要求17所述的设备，其中包括所述第一开关元件的所述第一电容元件中的晶体管的数量高于包括所述第二开关元件的所述第二电容元件中的晶体管的数量。

25.根据权利要求24所述的设备，其中所述预定算法包括首先断开具有更高数量的晶体管的所述第一电容元件，之后断开所述第二电容元件。

26.一种用于调谐阻抗的方法，所述方法包括：

确定或估计信号源的源阻抗；

确定或估计信号宿的宿阻抗；以及

通过调节作为阻抗匹配网络的部分的可变电容组件来基于所述源阻抗和所述宿阻抗调节所述阻抗匹配网络，所述可变电容组件包括串联连接的多个电容元件，其中所述电容元件中的至少一个电容元件包括包含串联连接的晶体管的堆叠的开关元件。

27.根据权利要求26所述的方法，其中调节所述可变电容组件包括接通或断开包括所述开关元件的所述电容元件中的所述至少一个电容元件，使得相应电容元件被连接或者不被连接到所述阻抗匹配网络的信号路径。

28.根据权利要求26所述的方法，其中调节所述可变电容组件还包括沿预定方向逐个接通或断开串联的包括所述开关元件的所述电容元件。