CN106257374A - Bst电容器配置方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的各种实施例涉及BST电容器配置方法。用于配置具有能够通过偏置设置为设定点值的电容的电容器的方法和电路，包括以下步骤：(a)注入恒定电流以偏置电容器；(b)在时间间隔的结束处测量电容器的偏置电压；(c)计算在所述时间间隔的结束处获得的所述电容的值；(d)将这一值与期望值相比较；(e)只要所计算的值不同于所述设定点值，则重复步骤(a)到(d)；并且只要所计算的电容值等于所述设定点值，则存储所测量的所述偏置电压的值作为要向所述电容器施加的偏置电压。

Description

BST电容器配置方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年6月22日提交的法国专利申请第15/55716号的优先权权益，其全部内容在法律许可的最大程度上通过引用被合并于此。
背景技术
本公开内容总体上涉及电子电路并且更具体地涉及对具有能够通过施加偏置电压设置的值的电容器的控制。本公开内容更具体地应用于对BST(钛酸锶钡)电容器的控制。
相关领域的讨论
BST电容器主要已被开发用于射频应用，特别地用于移动电话学。使得具有类推可调节的电容的电容器明显地改善了性能，因为其使得包括这样的电容器的设备能够适应于外部环境。
BST电容器以集成电路的形式出现(这种类型的电容器也称为可调节集成电容器)。BST电容器的电容通过向其施加的DC偏置电势的值(其通常在几伏到几十伏的范围内，典型地在2到20伏之间)来被设置。
BST电容器的偏置电压通常由专用控制电路来提供，专用控制电路执行高压数模变换，即将数字配置字(通常为字节)变换成要向电容器施加以设置其电容的DC模拟电压。
BST电容器的控制或配置现在由于制造公差以及温度相关的变化和与电容器回滞相关的变化等而受到不准确度的影响。
发明内容
本公开内容的实施例提供了一种配置BST电容器的方法，其克服了通常的配置方法的全部或部分缺点。
实施例提供了一种能够考虑到由于电容器的介电材料的回滞而产生的变化的解决方案。
实施例提供一种与通常的BST电容器控制电路相兼容的方法。
因此，实施例提供了一种配置具有能够通过偏置设置为设定点值的电容的电容器的方法，该方法包括以下步骤：
(a)注入恒定电流以偏置电容器；
(b)在时间间隔的结束处测量电容器的偏置电压；
(c)计算在时间间隔的结束处获得的电容的值；
(d)将这一值与期望值相比较；
(e)只要所计算的值不同于设定点值，则重复步骤(a)到(d)；并且；
只要所计算的电容值等于设定点值，则存储所测量的偏置电压值作为要向电容器施加的偏置电压。
根据实施例，计算步骤应用以下公式：
ΔC＝Ic*ΔT/ΔV，
其中Ic表示恒定电流的值，并且其中ΔV和ΔC分别表示在时间间隔ΔT的结束与开始之间的所测量的电压的变化以及电容变化。
根据实施例，初始电压为零。
根据实施例，公式变为：
C＝Ic*∑ΔT/Vbias，
其中C表示所计算的电容并且Vbias表示所测量的电压。
根据实施例，时间间隔针对所有事件相同。
根据实施例，时间间隔针对不同事件而变化。
根据实施例，电流的幅度是期望的电容变化的函数。
根据实施例，电流的方向取决于对电容值的期望的变化方向。
根据实施例，时间间隔在50到700毫秒的范围内。
根据实施例，恒定电流具有在10微安到500微安的范围内的值。
根据实施例，在每次需要修改BST电容器的值时实施上述方法。
实施例还提供一种用于控制具有通过偏置可设置的电容的电容器的电路，该电路能够实现以上描述的方法。
将结合附图在下面的对具体实施例的非限制性描述中详细讨论以上以及其他的特征和优点。
附图说明
图1是BST电容器的简化表示；
图2是具有能够通过偏置设置的电容的电容器的等效电路图；
图3是具有能够通过偏置设置的电容的电容器的实施例的详细电路图；
图4用框图的形式来图示配置具有能够通过偏置设置的电容的电容器的方法的实现模式的步骤；
图5A到5C是图示图4的配置方法的实现的时序图；以及
图6是与BST电容器相关联的控制电路的简化表示。
具体实施方式
不同附图中的相同的元素用相同的附图标记来表示。为了清楚，仅示出和将详述对于理解要描述的实施例而言很有用的那些元素。特别地，没有详述BST电容器的形成以及控制电路的其他部分，所描述的实施例与能够通过偏置电压的施加设置的电容器(例如BST电容器)的一般应用向兼容并且与控制电路的其余部分的一般形成相兼容。另外，也没有详述BST电容器的不同的可能的应用，所描述的实施例在此再次与一般应用向兼容。在下面的描述中，表达“近似”、“大约”以及“在……的数量级”表示在10％的范围内，优选地表示在5％的范围内。
图1是形成BST电容器的集成电路1的简化表示。这一电路通常包括至少三个端子12、14和16。实际上，出于工业制造原因，集成电路封装件可以包括并非意图要被连接的其他端子18。端子14和16定义与意图连接到射频应用的电容器C的电极对应的端子。另外，端子14和16之一接地。根据应用，这样的连接是直接连接或者(在与射频链路串联使用的电容器的情况下)经由电感元件来实现。端子12定义设置电容器C的电容值的偏置电势Vbias的施加的端子。从电路观点来看，经由电阻器R来施加这一偏置电势。
图2示出BST电容器1的等效电路图。施加偏置电压Vbias的电阻器R与电容器C在施加电压Vbias的端子12与本示例中的接地M之间形成串联RC电路。
图3示出具有通过偏置可设置的电容的电容器的详细电路图的示例。电容器1包括多个串联连接的电容元件Ci，例如，所有电容元件具有相同的值。这一串联连接在端子14与16之间来实现。电容元件Ci的数目决定所形成的电容器的线性特性。该数目越大，射频信号的线性特性越好，这一信号在所有的电容元件Ci之间被划分。例如，设置八个到四十八个元件Ci。电阻偏置元件Rb将电容元件Ci两个两个地相连。因此，对于数目n个串联连接的电容元件Ci，电容器1包括n-1个电阻器Rb。然而这不是强制的，电容元件Ci的数目通常为偶数以优化集成电路表面积。施加信号Vbias的电容器Rf将端子12连接到电阻器Rb中的两个电阻器之间的互连点以及连接到在这一互连水平的两个电容元件Ci的结合点。在图3的示例中，从端子12开始，电阻器Rf连接在第三与第四电容元件Ci之间，并且因此连接到串联连接在第一和第二电容元件的结合点17与第五和第六电容元件的结合点19之间的两个电阻器Rb的结合点15。
控制或配置BST电容器以设置其值的困难在于，不同的参数对于相同的设定点电压引入所得到的电容的变化。在这样的参数中，应当注意制造公差、电容值根据温度的变化以及与回滞相关的变化(对于给定的设定点值，所得到的电容可以根据电容相对初始值是增加还是减小而不同)。
已经可以想到根据在射频应用中所得到的结果(例如根据在本应用中使用可设置电容获得的截止频率)来控制设定点电压。然而，这样的解决方案会特别复杂，需要在实际射频应用的水平的测量元件。另外，用于控制这样的同步的程序也会特别复杂。
为了考虑到制造公差以及温度变化，可以想到在相同的芯片中集成要控制的BST电容器及其控制电路(特别是数模变换器)。然而，这样的解决方案受到缺乏控制电路与电容器之间的灵活性的影响，这限制了可能的应用。另外，这将不能考虑到由于所使用的介电材料的回滞而产生的电容变化。
图4是图示配置电容值以及更具体地确定用于获取期望的电容值(设定点值)而要施加的偏置电压的方法的实施例的框图。
图5A、5B和5C是图示图4的方法的实现的时序图。图5A图示端子12与接地M之间的偏置电压Vbias的变化的示例。图5B图示被注入到BST电容器中的电流I的变化。图5C图示所获得的电容C的值的变化。
根据图4的方法，其被提供以向BST电容器中注入(块41，Ic)恒定电流Ic。这一电流被注入确定的时间周期(块42，ΔT)。在延迟42(块43，感测Vbias)的结束处，测量BST电容器的偏置电压的值，即端子12与M之间的电压值。
基于该测量到的值Vbias、已知的电流Ic的值以及时间间隔ΔT的值，然后计算(块44，计算C)在偏置的结束处获得的电容。这一值通过应用以下公式来计算：
ΔC＝Ic*ΔT/ΔV，
其中ΔV示出施加恒定电流的结束与开始之间的偏置电压变化。
然后(块45，C＝CT？)将通过计算获得的电容C的值与对应于向控制电路提供的数字字的对这一电容期望的设定点值相比较。如果达到期望值，也就是所测量的值等于期望的设定点(块45的输出Y)，则存储(块46，存储Vbias)在步骤43测量的电压的值，作为要向BST电容器施加以获得期望电容的偏置值。在这种情况下，返回到块42的输入，也就是，等待另外的时间间隔。
在图5A和5C中，假定零初始电容。从时间t1施加恒定电流Ic并且在时间ΔT之后的时间t2执行第一测量。假定在时间t2电压Vbias的所测量的值V1产生保持低于期望电容CT的电容结果。因此继续施加电流Ic直到随后的时间t3，在本示例中，时间t3与时间t2相隔相同的时间间隔ΔT。在图5A到5C中，假定在时间t3电压Vbias的测量V2产生达到设定点值CT的电容值。然后，存储这一值V2作为要施加的偏置。
在图5A到5C的表示中，为了简化已假定了不同变量的线性变化。应当注意，实际上，这样的变化并非线性。
对于其中初始电容值为非零的情况，也就是期望的变化从非零偏置值Vbias开始，这一值被考虑在内以计算电压变化ΔV。实际上不需要系统性地将电容带回其零值。可以通过计算下式来对电压的变化ΔV执行计算：
ΔC＝Ic*ΔT/ΔV，
其中ΔV示出在时间间隔ΔT的两端之间测量的电容的变化。
在其中需要减小电容的情况下，应用与在上文中在负的电流Ic的情况下描述的方法类似的方法。
从电压Vbias和电容C的零初始值开始，可以累积时间间隔并且可以计算下式：
C＝Ic*∑ΔT/Vbias，
实际上，电流Ic的值的范围根据对应用期望的电容范围来预定。电流Ic根据期望的电容值ΔC为正值或负值。也可以根据这一期望的变化ΔC来调节电流Ic以减小初始电容值与最终值之间的过渡时间。作为具体的示例，这一值可以在10微安到500微安的范围内。类似地，时间间隔ΔT取决于根据应用在电容水平上期望的变化并且也取决于对设置期望的粒度。时间间隔越短，电容的确定越精细，但是方法的应用以及值的设置所需要的时间越多。在从近似50到700微秒的范围内的时序时间是可接受的折衷。优选地在每次应用需要电容的设置时应用配置方法，不论在应用中从起始处还是从配置的变化之后的变化处设置绝对值。
图6是用于控制能够通过偏置设置的电容器的电路2的简化表示。电路6基于集成的高压数模变换器(STHVDAC)的使用。向电路2的端子Vdig和AVDD分别施加两个电压，即数字电源电压Vdig(例如1.8伏)以及模拟电源电压Vbat(例如3.6伏)。端子Vdig与接地之间可以连接有滤波元件Cdig。数字参考(数据字)源自应用的其他电路(未示出)并且在本示例中由电路2的三个电感器CLK、DATA和CS的串行总线SPI来提供。端子IND_BOOST经由电感元件Lboost接收电压Vbat并且电容器Cboost与电压Vbat并联连接。这一组件具有对生成控制BST电容器所需要的偏置电压的电压递升(step-up)阶段供电的功能。在图6的示例中，考虑连接到两个端子OUTA和OUTB的两个BST电容器1和1′。电阻器R60将端子RBIAS接地并且电容器Chv将端子VHV(接收由递升阶段生成的高电压)接地。最终，电容器Cs将每个端子OUTA、OUTB连接到接地以使BST电容器1和1′的相应的偏置电压稳定。这一电路的其他端子能够另外接地。上文中关于图6描述的元件形成BST电容器偏置电路的通常元件。图6的表示是任意示例并且其他控制电路可以应用于所描述的实施例。
根据实施例，上文中所描述的类型的数模变换器被编程为实现配置方法。这一编程例如经由微控制器来执行，微控制器被编程为传递能够经由与电路2相关联的电流源(未示出)来施加恒定电流的设定点字。因此，所描述的实施例与通常的数模BST电容器控制电路相兼容。例如，对于电流控制，BST电容器与恒定电流源串联连接，在需要改变电容时被激活(例如，经由内置在电流源与电容器之间的开关)。电流源对电容器充电所需要的时间取决于对电容值的期望的变化。
所描述的实施例的优点在于，改善了BST电容器电容值的设置的精度。特别地，精度取决于控制电路的精度，但是独立于BST电容器的制造公差，独立于其电容根据温度的变化，并且取决于介电材料的回滞。现在能够想到通过集成电路形式的控制电路来实现在百分之一的数量级的精度。
已经描述了各种实施例。本领域技术人员可以想到各种变化、修改和改进。特别地，恒定电流值以及时间范围的选择取决于应用。应当注意，在这点上，还能够提供变化的时间范围(例如，在其靠近获得精细设置所期望的设定点值时减小)。另外，所描述的实施例的实际实现基于上文中所给出的功能指示在本领域技术人员的能力范围内。
这样的变化、修改和改进意在成为本公开内容的部分，并且意在在本发明的精神和范围内。因此，以上描述仅作为示例，而非意在限制。本发明仅如以下权利要求及其等效方案中所定义地被限制。

Claims (12)

1.一种配置具有能够通过偏置设置为设定点值的电容(C)的电容器(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)注入(41)恒定电流(Ic)以偏置所述电容器；
(b)在时间间隔(ΔT)的结束处测量(43)所述电容器的偏置电压(Vbias)；
(c)计算(44)在所述时间间隔的结束处获得的所述电容(C)的值；
(d)将这一值与期望值(CT)相比较(45)；
(e)只要所计算的值不同于所述设定点值，则重复步骤(a)到(d)；并且
只要所计算的电容值等于所述设定点值，则存储(46)所测量的所述偏置电压的值作为要向所述电容器施加的偏置电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述计算步骤应用以下公式：
ΔC＝Ic*ΔT/ΔV，
其中Ic表示所述恒定电流的值，并且其中ΔV和ΔC分别表示在时间间隔ΔT的结束与开始之间的所测量的电压的变化以及电容变化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中初始电压为零。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述公式变为：
C＝Ic*∑ ΔT/Vbias，
其中C表示所计算的电容并且Vbias表示所测量的电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间间隔(ΔT)针对所有事件相同。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间间隔(ΔT)针对不同事件而变化。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流(Ic)的幅度是期望的电容变化(ΔC)的函数。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流(Ic)的方向取决于对所述电容值的期望的变化方向(ΔC)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间间隔(ΔT)在50到700毫秒的范围内。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述恒定电流(Ic)具有在10微安到500微安的范围内的值。
11.根据权利要求1所述的方法，在每次需要修改所述BST电容器的值时实施所述方法。
12.一种用于控制具有能够通过偏置设置的电容的电容器的电路，所述电路能够实现根据权利要求1所述的方法。
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