CN107040255A - 用于可切换电容的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于可切换电容的系统和方法。根据实施例，一种可调节电容电路包括第一分支，该第一分支包括具有与第一电容器串联耦合的负载路径的多个晶体管。一种操作可调节电容电路的方法包括通过选择性接通和关断多个晶体管中的晶体管对电容进行编程，其中多个晶体管中的每个晶体管的负载路径在该晶体管接通时是电阻性的，并且在该晶体管关断时是电容性的。
Description
技术领域
本公开大体涉及电子设备，并且更特别地涉及用于可切换电容的系统和方法。
背景技术
可调谐无源元件（诸如，电容器和电感器）被用在各种射频（RF）电路中以实施用于天线和功率放大器的可调节匹配网络，并且提供调节针对高频滤波器的调谐。由于便携设备的高需求和生产，可以在诸如蜂窝电话、智能电话和便携计算机的产品中找到这种可调谐无源元件。在这种产品中提供对RF电路的调谐允许这些产品在各种RF条件中提供高性能RF传输和接收。可编程调谐还在RF设备中是有用的，该RF设备被配置为在不同RF频带上操作和/或被配置为使用不同标准来操作。
可以以许多方式实施可调谐电容器。例如，可使用电压受控电容器来提供可变电容。可以使用反向偏置二极管结来实施这种可变电容，该反向偏置二极管结具有与所应用的反向偏置电压成反比的电容。可实施可调谐电容的另一方式是通过使用可切换电容器的阵列，该阵列的各种元件经由可控制开关连接或断开。在可切换电容器的设计中的一个挑战是处理实施开关使用的晶体管的寄生电容的影响。与开关晶体管相关联的这种寄生电容可能将附加电容添加到可切换电容，这可能降低电路的精度和调谐范围和/或增大寄生负载。
发明内容
根据实施例，一种可调节电容电路包括第一分支，第一分支包括具有与第一电容器串联耦合的负载路径的多个晶体管。一种操作可调节电容电路的方法包括通过选择性接通和关断多个晶体管的晶体管对电容进行编程，其中多个晶体管中的每个晶体管的负载路径在该晶体管接通时是电阻性的，并且在该晶体管关断时是电容性的。
附图说明
为了更完整理解本发明以及其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1图示常规可编程电容电路；
图2a-2e图示各种说明性开关网络；
图3a-3b图示实施例可编程电容电路；
图4图示利用与串联可编程电容并联的二进制加权的电容器的实施例可编程电容电路；
图5图示实施例集成电路的框图；
图6图示另外实施例可编程电容电路；
图7a-7b图示可编程电容电路IC的示意图和对应布局图；
图8a-8c图示实施例可编程电容IC的性能测量的图形；
图9a-9e图示利用实施例可编程电容电路的实施例RF电路；以及
图10图示实施例方法的流程图。
在不同图中的对应数字和符号通常指代对应部分，除非另外指示。图被绘制以清楚图示优选实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚图示某些实施例，指示相同结构、材料或工艺步骤的变型的字母可遵循图号。
具体实施方式
下面详细讨论当前优选实施例的作出和使用。然而应当领会到，本发明提供可以在各种各样的具体上下文中体现的很多可应用发明概念。讨论的具体实施例仅仅说明作出和使用本发明的具体方式，并且不限制本发明的范围。
将关于在具体上下文（针对可切换电容的系统和方法，该可切换电容可以被用在RF电路中以提供对天线、匹配网络和滤波器的调谐）中的优选实施例来描述本发明。本发明还可被应用于包括其它电路的其它系统和应用，该其它电路利用可编程电容（诸如，数字可调谐振荡器）以能够实现宽输出频率范围。
在本发明的实施例中，可切换电容电路包括多个可切换电容分支，使得可以根据各种分支的电容的和来选择可编程电容。分支中的至少一个包括与固定电容串联耦合的多个串联连接的RF开关晶体管。控制器被配置为选择性接通和关断串联连接的开关晶体管的晶体管，使得关断的晶体管的寄生电容和固定电容的串联组合形成小的可编程电容，小的可编程电容可用于精细调谐可切换电容电路的电容。在一些实施例中，具有串联连接的RF开关晶体管的第一分支可与具有二进制加权电容器的多个可切换电容分支并联耦合。在这种实施例中，控制器可以根据二进制代码来选择二进制加权分支并且根据温度计代码来选择第一分支的串联连接开关晶体管。一些实施例的优点包括相对于较大总电容对电容值中的精细增加的改变进行编程用于增大的精度调谐比率的能力。
图1a图示包括二进制加权电容器104、106、108和110的常规数字可调谐电容器电路100，该电容器中的每个分别耦合到串联开关120、122、124和126。电容器104、106、108和110的值分别是2N*C0、2*C0、C0和C0/2。电容器104、106、108和110中的每个耦合到输出焊盘102，以及静电放电（ESD）保护晶体管113。可以例如使用金属-绝缘体-金属（MIM）电容器或多个串联耦合的这种电容器来实施这些电容器。开关120、122、124和126中的每个连接到输出焊盘103，使得在输出焊盘102和103之间的电容量是使用数字信号DN、D2、D1和D0可控的。例如，如果信号D2在逻辑高，由此接通串联开关122，并且信号DN、D2、D1和D0或者在逻辑低，由此关断串联开关120、124和126，则在输出焊盘102处看到的电容负载是大约2*C0。开关120、122、124和126是使用串联晶体管118来实施的，该串联晶体管118每个经由电阻器118连接到它们的相应控制电压。如所示的，数字可编程电容级（step）的数量取决于分支的数量。因此，为了增加较小的级用于更精确的电容器设置，更多的分支可被添加并且耦合到二进制输入字的最低有效位（LSB）。
关于添加更多分支到数字可调谐电容器电路的一个问题是最小可编程电容被相应分支的寄生电容限制。这种寄生电容可以例如由于到固定电容器104、106、108和110的衬底电容的寄生板，或由于开关120、122和124当它们被关断时的寄生电容而引起。一般，多分支可调谐电容器电路的电容可以被表达为：
， （1）
其中C是多分支可调谐电容器电路的总电容，N是分支的数量，Cion是当第i分支被接通时第i分支的电容，并且Cioff是当第i分支被关断时第i分支的电容，并且被第i分支的寄生电容主导。调谐比率TR可以被进一步定义为：
， （2）
其中Cmax是当所有分支的所有晶体管被接通时根据等式（1）的多分支可调谐电容电路的最大电容，并且Cmin是当所有分支的所有晶体管被关断时根据等式（1）的多分支可调谐电容电路的最小电容。可从等式（1）和（2）看出，调谐比率可由最小电容Cmin限制。相应地，添加更多LSB分支以便增加数字可调谐电容器电路100的精度具有由于附加分支的寄生关断电容引起的收益递减。
在本发明的实施例中，分辨率的附加LSB可以通过使用串联堆叠的开关晶体管的关断电容来增加。在实施例中，可使用RF开关的寄生电容来实施可编程电容器分支。图2a图示包括MOS晶体管MSW的RF开关，MOS晶体管MSW的负载路径串联耦合并且MOS晶体管MSW的栅极连接经由串联栅极电阻器RGATE耦合到栅极电压发生器VGATE。在图2a的实施例中，内部源/漏极连接经由电阻器RDS耦合到地。在一个示例中，实施例电阻器RDS可以是大约400 kΩ，然而可使用其它值。如示出的，晶体管MSW是使用NMOS器件实施的，然而可使用PMOS器件或在CMOS-体、使用薄或厚膜绝缘体上硅（SOI）的CMOS-SOI、GaAs-HEMT或其它FET晶体管类型技术中的其它晶体管类型来实施晶体管MSW。在一些情况中，还可使用PIN二极管。
如示出的，MOS晶体管MSW具有栅漏电容Cgd和栅源电容Cgs。当电阻RGATE具有充分大于Cgd和Cgs的电容性阻抗的阻抗时，这些寄生重叠电容当晶体管MSW被关断时在所有MOS晶体管MSW上对称地散布。因此，在输入节点In和输出节点Out之间的电容近似是栅漏电容Cgd和栅源电容Cgs的串联组合。图2b图示其中使用串联电阻器RDS来偏置MOS晶体管MSW的源/漏连接的替代实施例（RF开关）。
在实施例中，使用共栅极配置中的晶体管的堆叠来实施可编程电容器。假设RGATE具有高欧姆值，串联堆叠MOS晶体管的总体寄生关断电容是：
, （3）
其中W是晶体管宽度，Cgs是栅/源和栅/漏重叠电容，并且N是串联耦合的晶体管的数量。如可通过以上等式看出的，总体寄生关断电容Coff随着N减小而增大并且随着N增大而减小。
图2c图示可如何使用NMOS开关晶体管来当晶体管接通时实施电阻并且当晶体管关断时实施电容的图。在实施例中，在NMOS晶体管的栅极和源极之间的正电压VGATE被施加以接通NMOS晶体管来实现RON的漏源电阻。在另一方面，可通过在NMOS晶体管的栅极和源极之间施加关断NMOS晶体管的电压来关断NMOS晶体管。在一些实施例中，在NMOS晶体管的栅极和源极之间施加负电压-VGATE，以确保沟道完全关断。当晶体管关断时，跨越NMOS晶体管的漏极和源极看到寄生电容COFF。在一些实施例中，使用体浮动技术，在该技术中开关晶体管的衬底是左浮动并且未被偏置的。在这种实施例中，有可能利用正电压（例如1.5V）来偏置晶体管来接通晶体管，并且利用地或零电压偏置晶体管来关断晶体管。可实施这种晶体管而不使用电荷泵来生成负电压，由此节约将被电荷泵消耗的附加功率和硅面积。然而，在一些情况中，使用浮体技术可以权衡一些RF性能。
图2d和2e图示在一些实施例中可如何使用与固定电容器CFIXED串联耦合的一串联堆叠NMOS晶体管来实施具有低电容寄生的可编程电容。如在图2d中示出的，串联堆叠NMOS晶体管MSW与电容器CFIXED串联耦合。每个晶体管具有栅极电阻器RGATE，耦合在该晶体管的栅极和该晶体管的相应控制电压发生器之间，以便从控制电压发生器的可能低的阻抗去耦晶体管MSW的栅漏电容。电阻器RDS与晶体管MSW的负载路径并联耦合结合偏置电阻器RB耦合在串联耦合器件的负载路径中的中间点和地之间，提供偏置电压给所有开关晶体管。在实施例中，RD是大约40 kΩ，并且电阻器RB是大约1MΩ，以防止RF信号被耦合到地。替代地，可使用其它值和/或可使用其它偏置电压。在一些实施例中，可在晶体管的栅极和源极之间施加诸如1.5V的正电压，以便接通该晶体管，并且可在晶体管的栅极和源极之间施加诸如-1.5V的负电压，以便关断该晶体管。在替代实施例中，可根据被驱动的特定晶体管的特定特性来施加其它电压。
图2e是图2d的电路的可编程电容的等效电路。在此，每个NMOS晶体管的关断电容被建模为电容器Cp，该电容器Cp由NMOS晶体管的每个Rch的导通沟道电阻经由开关Sw来选择性短路。在操作期间，各种开关被接通和关断以便对与电容器CFIXED串联耦合的晶体管链的总电容进行编程。例如，当所有开关Sw闭合时，这与当所有晶体管MSW被接通时的情况对应，可编程电容具有大约CFIXED的最大电容。另一方面，当所有开关打开时，这对应于其中所有晶体管MSW被关断的情况，可编程电容电路的总电容是固定电容器CFIXED和每个晶体管MSW的寄生关断电容Cp的串联组合。相应地，通过关断所有晶体管MSW，选择最小电容。
应当领会到，在各种实施例中，可使用任意数量的串联堆叠晶体管来实施实施例可编程电容器。在一些情况中，增大晶体管的数量具有减小在每个晶体管器件上看到的电压应力的添加益处。在各种实施例中，串联晶体管的数量是电容级的数量的函数，以及在其中高幅度信号被施加跨越可编程电容器的情况下经受电压应力所需要的晶体管的数量的函数。照此，用于实施可选择电容的晶体管可以如图3所示的那样被分组在一起。
图3图示包括耦合在端口1和端口2之间的开关组302、304和306的可编程电容器300，开关组302、304和306被用于实施实施例串联切换电容。如示出的，组302具有串联耦合的由控制信号CTL1控制的三个NMOS开关晶体管，组304具有由控制信号304控制的两个NMOS开关晶体管，并且组306具有由控制信号CTLn控制的单个NMOS开关晶体管。通过每组使用多个晶体管，可增强可编程电容器300的电压处理。在各种实施例中，可编程电容器300可具有任意数量的开关组。在一些实施例中，组302、304和306与固定电容器（诸如MIM电容器）串联耦合。替代地，组302、304和306在没有介入的固定电容器的情况下直接耦合在端口1和2之间。为了维持可编程电容器300的电容特性，至少一个晶体管组被保持关断。
如进一步示出的，具有多于一个开关晶体管的组302和304包括耦合在组的开关晶体管的每个的相应栅极之间的电阻器RG1，和耦合在组的开关晶体管之一的栅极与组的相应控制信号之间的栅极电阻器RG2。通过将电阻器RG1耦合在每个组晶体管的相应栅极之间，由每个组的最顶上的晶体管的栅极看到的阻抗可被保持高，以进一步降低由于由产生控制信号CTL1、CTL2和CTLn的电路呈现的低阻抗而被耦合到AC地的栅漏电容的影响。在一个实施例中，电阻器RG1和RG2是大约150 kΩ。替代地，可使用其它值。在本发明的替代实施例中，每个组302、304和306中的每个晶体管的栅极可与其自己相应的栅极电阻器并联地连接到其相应的控制信号。
在一些实施例中，组302、304和306被接连接通，经由控制信号CTL1以组302开始，并且经由控制信号CTLn以最后的组306结束。可编程电容器300的所得到的编程电容取决于与接通晶体管串联在一起的所有关断晶体管的电容。在一些情况下，可调谐电容可以由于一个晶体管的寄生电容被除以关断晶体管的数量而具有非线性调谐特性。假定每个晶体管MSW具有相同尺寸，图3a中图示的可编程电容器300的可调谐电容具有根据以下等式的非线性行为：
， （4）
其中表示堆叠的一个关断晶体管的寄生电容，并且表示在相同分支堆叠晶体管内的关断晶体管的数量。
图3b图示另一实施例可编程电容器320，另一实施例可编程电容器320包括固定电容器C1和Cn，和由控制信号CTL1、CTL2、CTL3和CTLn控制的串联连接的NMOS晶体管322、324、326和330，以及分组在一起在组328中并且由控制信号CTL4控制的NMOS晶体管328a和328b。在实施例中，使用低值MIM电容器来实施电容器C1和Cn。因为低值MIM电容提供高阻抗，所以施加在端口1和端口2之间的电压应力可被集中在电容器C1和Cn上，而不是在串联连接的NMOS晶体管322、324、326、328a、328b和330上。
图4图示具有多个分支的实施例多位可编程电容器400，多个分支包括与开关晶体管串联的多个电容C0。由与开关420串联耦合的电容器404和与开关422串联耦合的电容器406表示这些分支。如示出的，电容器406具有2* C0的值并且电容器404具有2N* C0的值。在各种实施例中，另外分支也可与示出的分支并联耦合，该另外分支具有直到2N-1* C0值的 C0的其它二进制加权倍数。根据以上描述的实施例，包括与串联连接的晶体管426串联耦合的电容器408的另外分支可用于实施多位可编程电容器400的LSB。在操作期间，可通过接通和关断串联连接晶体管406的各种晶体管来选择多位可编程电容器400的LSB。在一些实施例中，以上描述并且关于串联连接晶体管426实施的串联可编程分支的概念也可被应用到其它分支的开关块420和422。而且，在一些实施例中，各种分支的电容可并入非二进制加权。
在实施例426中，根据以上描述的等式（4），由晶体管堆叠生成的全局寄生电容是一个关断晶体管的寄生电容除以在关断模式中的晶体管的数量。相应地，包括电容器408和串联连接晶体管426的LSB分支400的全局电容CLSB是:
， (5)
其中C0是电容器408的电容，是当所有晶体管关断时串联连接开关426的电容。
图5图示可用于实施实施例可编程电容电路的实施例集成电路（IC）500的框图。如示出的，IC 500包括控制器501，控制器501具有经由接口管脚510耦合到数字接口总线DIG并且耦合到实施例可编程电容电路的输入，实施例可编程电容电路由实施可编程电容的MSB的二进制加权电容器块504和实施可编程电容的LSB的与电容器507串联的串联连接晶体管块506表示，如关于本文实施例讨论的那样。二进制加权电容器块504和可编程电容和串联连接晶体管块506中的每个彼此并联耦合并且耦合到管脚102和103。在实施例中，控制器501包括耦合到数字总线DIG的串行接口502。可例如使用SPI接口和I2C接口、MIPI/RFFE或本领域已知的其它串行接口来实施串行接口502。在本发明的替代实施例中，也可使用并行接口来实施串行接口502。
在实施例中，串行接口502从总线DIG读取包括MSB和LSB的电容控制字。MSB被直接发送到二进制加权电容器504，而LSB由耦合在串行接口502和串联连接晶体管506之间的二进制到温度计解码器508处理。在一些实施例中，二进制到温度计解码器508的输出耦合到邻近串联连接晶体管，使得邻近器件随着温度计代码增大和减小被激活和去激活。可使用本领域已知的数字电路来实施控制器501。在一些实施例中，可使用电平移位缓冲器520和522来移位在控制器501中使用的逻辑电平到针对在二进制加权电容器块504和串联连接晶体管块506内的开关的电压电平。
在一些实施例中，用于激活二进制加权电容器504的二进制编码还例如经由链路512被路由到串联连接晶体管506。而且，在一些实施例中，二进制编码还可用于利用温度计编码来激活位。例如，一个寄存器（未示出）生成二进制编码位（7位）的全部数字，而第二寄存器基于最后几个最低有效位（例如2位）生成温度计代码。在这种实施例中，为了更高的灵活性，可使最后几个位并入混合二进制/温度计编码方案。
应当理解，IC 500是用于实施例可编程电容器系统的实施例实施方式的很多示例中的仅一个。在替代实施例中，可使用其它电路。例如在一个替代实施例中，可使用查找表来将用于选择电容值的输入代码映射到用于编程二进制加权电容器块504和串联连接晶体管块506的开关信号。这种实施方式可例如用于校准和/或线性化电容对（vs）输入代码响应。例如在一些实施例中，串联连接晶体管块506可以具有可用作校准位的额外编程电平。在一些实施例中，被使用的特定过程的全局容差可通过应用代码偏移以补偿偏移电容进行校准。例如，如果MIM电容器的容差是大约+/-7%,则可应用+/-7%的偏移电容。该偏移电容可以被应用到总的位中的一个或多个，使得剩余位保持不变。可从现有LSB位分配校准位，其中一些范围被牺牲，或可使用附加分支实施校准位。在一些实施例中，可通过板或系统制造商在RF系统的生产期间对校准进行编程。在一些实施例中，还可使用查找表来产生从输入代码到输出电容的非线性映射。
图6图示包括n个分支的可编程电容600的具体示例实施例，每个分支包括两个电容器，每个电容器具有2n-1* C1的值。然而，为了说明的简单性仅示出第一LSB分支602、第二分支604、和MSB分支606。而且，为了说明的简单性，每个分支被示出有六个晶体管。在替代实施例中，可使用较多或较少的晶体管。如示出的，与第二分支604和MSB分支606相关联的控制信号CTLb和CTLn连接到所有开关晶体管的栅极，而控制信号CTL1a、CTL2a、CTL3a、CTL4a和CTLna连接到LSB分支602内的不同晶体管和/或晶体管组。如进一步示出的，存在耦合到控制信号CTL4a的两个晶体管的组，而剩余晶体管被示出耦合到它们自己的个体晶体管。应当理解到，在替代实施例中，在LSB分支602内的各种晶体管可被分组或不分组。在一些实施例中，分离控制如由分支602实施的分支中的个体晶体管还可被应用到其它分支604和606中的一个或多个，以便提供更精细的分辨率和更高的编程灵活性。
图7a图示实施例集成电路（IC）700的示意图，该集成电路700实施可编程电容，该可编程电容具有7位的粗分辨率加上根据以上描述的实施例由个体可选择的串联连接晶体管的两个分支提供的附加细分辨率。如示出的，IC 700包括七个分支。第一分支包括与两个120 fF电容器串联耦合的个体可寻址串联连接晶体管702，并且第二分支包括与两个320fF电容器串联耦合的个体可寻址串联连接晶体管704。第一分支的晶体管是使用20位控制信号CTL<1:20>a可寻址的，以选择范围从非常低的电容到大约60 fF电容的电容，并且第二分支的晶体管是使用20位控制信号CTL<1:20>b可寻址的，以选择范围从非常低的电容到大约160 fF的电容的电容。在各种实施例中，经由控制信号CTL<1:20>b，第二分支被编程为具有大约120 fF的标称电容，然而，可在操作期间使用任何可选择值。在一些实施例中，串联连接晶体管702和704分别具有20个串联连接晶体管M1a到M20a和M1b到M20b。替代地，串联连接晶体管702和704可通过将多个晶体管分组在一起以接收相同控制信号来包含多于20个晶体管。
第三分支包括与两个640 fF电容器串联耦合的晶体管706，第四分支包括与两个1.25 pF电容器串联耦合的晶体管708，第五分支包括与两个2.5 pF电容器串联耦合的晶体管710，第六分支包括与两个5 pF电容器串联耦合的晶体管712，并且第七分支包括与两个10 pF电容器串联耦合的晶体管714。每个晶体管组706、708、710、712和714中的所有晶体管连接到它们相应的控制信号CTLc、CTLd、CTLe、CTLf和CTLg，因此每个晶体管组706、708、710、712和714起着开关的作用，该开关选择相应分支电容器。相应地，第三分支具有320 fF的可选择电容，第四分支具有625 fF的可选择电容，第五分支具有1.25 pF的可选择电容，第六分支具有2.5 pF的可选择电容，并且第六分支具有5 pF的可选择电容。应当理解的是，在本发明的替代实施例中，可使用个体可选择串联连接晶体管的附加分支，个体分支的电容器的值可以是不同的，可使用比七个分支更多或更少的分支，并且可以串联堆叠比20个晶体管更多或更少的晶体管。虽然未在IC 700中精确地二进制加权所有分支，但是可应用二进制加权到其它实施例。
图7b图示了与图7a的示意图对应的实施例集成电路（IC）700的布局图，以及第一和第二分支的电容器的详细视图730。在实施例中，IC 700是使用130 nm体CMOS工艺实施的，在该工艺中利用至少1.5V来驱动开关晶体管以接通晶体管并且以不大于-1.5V驱动晶体管来关断晶体管。然而，在替代实施例中，可使用其它工艺。
图8a-8c图示对应于图7的布局的实施例可编程电容电路的测量结果的图形。图8a图示在针对分辨率的开始七位在900 MHz获得的测量电容对输入代码的图形，该分辨率的开始七位未利用从串联连接晶体管构造的实施例LSB电容元件的精细调谐能力。如示出的，可编程电容值的范围从大约1 pF到大约13 pF。图8b图示其中利用从串联连接晶体管构造的实施例LSB电容元件的精细调谐能力的测量电容对输入代码的图形。在该测量中，结合实施例精细调谐技术来使用开始的两个60 fF和120 fF LSB电容器。如示出的，使用实施例可编程电容系统和方法，2.5 fF精度是可能的。
图8c图示针对具有实施例精细调谐和不具有实施例精细调谐的可编程电容器的两个情况的Q因子对输入代码的图形。如示出的，在开始32个输入代码处，使用实施例精细调谐系统和方法的可编程电容的Q因子低于不具有实施例精细调谐系统的可编程电容。针对电容器的Q因子可被定义为：
（6）
其中R是串联电阻，C是电容器的电容，并且f是以其获得Q因子测量的频率。针对较低输入代码的Q因子的降低可以是由于在LSB分支中的串联连接开关晶体管的串联电阻引起的。应当理解，在图8a-8c中图示的测量结果仅仅是实施例系统性能的具体示例。在本发明的替代实施例中，测量性能可能变化。
图9a-9e图示其中可并入实施例可编程电容器的各种电路。这种电路可以被并入例如在蜂窝手持设备和其它RF系统内。图9a图示可调谐阻抗匹配电路900，该可调谐阻抗匹配电路900可用在RF电路中，例如以匹配在RF电路和/或天线或其它电路的输出处的阻抗到特性阻抗（诸如50Ω）或到其它阻抗。如示出的，可调谐阻抗匹配电路900是包括在分流分支中的可编程并联谐振电路和在串联分支中的可编程串联谐振电路的PI网络。每个谐振电路包括可变电容器和可变电感器。可以例如使用本文公开的实施例可编程电容器电路来实施每个可变电容器。应当理解的是，匹配电路900是可使用实施例可编程电容器而使用的很多匹配网络拓扑的仅一个示例。
图9b图示实施例并联表面声波（SAW）电路910，和图9c图示实施例串联表面声波（SAW）电路920，每个电路包括可变电容器912、可变电感器914和SAW滤波器916。在操作期间，每个电路的中心频率是使用可变电容器912和可变电感器914精细可调的。在各种实施例中，可以例如使用本文公开的实施例可编程电容器电路来实施每个可变电容器。SAW电路910和920可例如被用作滤波器RF系统，以提供调谐精度和宽调谐范围。在替代实施例中，可以使用BAW滤波器、FBAR谐振器或其它谐振器电路来实施电路910和920。
图9d图示包括放大器934的RF系统930，放大器934具有耦合到其输入的可调谐输入匹配网络932和耦合到其输出的可调谐匹配网络936。放大器934可以例如表示LNA、RF驱动器放大器或RF功率放大器（PA）。在各种实施例中，在可调谐输入匹配网络932和/或可调谐匹配网络936内的可变电容器可以是使用实施例可编程电容器来实施的。例如，在其中放大器934是LNA的情况下，可调谐输入匹配网络932可被调谐以在实施例可编程电容器的帮助下改进系统的噪声系数。在其中放大器934是PA的情况下，可调谐输出匹配网络936可用于在实施例电容器的帮助下改进放大器934的功率效率。
图9e图示包括输入端口、传输端口、耦合端口和隔离端口的实施例定向耦合器940。定向耦合器940包括磁性变压器944和在磁性变压器的端口当中耦合的各种电容。利用电阻器ZTERM端接耦合器的隔离端口。通过利用根据本文公开的实施例实施的可变电容器942调谐端接电阻器，可通过改变可变电容器942的电容来优化耦合器的方向性。在各种实施例中，端接电阻ZTERM的值在大约20 Ω和100 Ω之间，尽管该范围外的电阻也可以取决于应用及其特定规范被实施。
图10图示操作包括第一分支的可调节电容电路的实施例方法1000，该第一分支包括具有与第一电容器串联耦合的负载路径的多个晶体管。在步骤1002中，接收二进制代码。如上文关于图5描述的，可经由串行数字接口或其它类型的数字接口来接收该二进制代码（步骤1002）。在步骤1004中，将接收到的二进制代码的LSB转换为温度计代码。接着，在步骤1006中根据温度计代码来接通和关断第一分支的多个串联连接晶体管中的晶体管。在步骤1008中，应用接收的二进制代码的MSB到与第一分支并联耦合的二进制加权的多个可切换电容器。
在此概述本发明的实施例。其它实施例也可被理解为形成本文提交的说明书和权利要求的整体。一个一般方面包括一种操作包括第一分支的可调节电容电路的方法，该第一分支包括具有与第一电容器串联耦合的负载路径的多个晶体管。该方法包括通过选择性接通和关断多个晶体管中的晶体管对电容进行编程，其中多个晶体管中的每个晶体管的负载路径在该晶体管接通时是电阻性的，并且在该晶体管关断时是电容性的。
实施方式可包括以下特征中的一个或多个。方法，在该方法中对电容进行编程还包括选择性激活与第一分支并联耦合的可切换电容器。在一些实施例中，可调节电容电路包括至少一个另外的分支，该另外的分支包括具有与另外电容器串联耦合的负载路径的另外多个晶体管，并且对电容进行编程还包括选择性接通和关断另外多个晶体管中的晶体管。对电容进行编程还可包括选择激活与第一分支并联耦合的多个可切换电容器。
在一些实施例中，多个可切换电容器被二进制加权，并且对电容进行编程还包括：接收二进制代码；应用二进制代码的最高有效位到二进制加权的多个可切换电容器；将二进制代码的最低有效位转换为温度计代码；以及应用温度计代码到第一分支的多个晶体管的控制端子。在实施例中，选择性接通和关断多个晶体管的晶体管包括施加电压到多个晶体管的控制端子。
另一一般方面包括一种可调节电容电路，该可调节电容电路包括耦合在第一端子和第二端子之间的可调节电容单元。可调节电容单元包括：第一电容器，具有耦合到第一端子的第一端和耦合到第一节点的第二端；多个可切换晶体管单元，具有串联耦合在第一节点和第二端子之间的负载路径，其中每个可切换晶体管单元包括控制端子和晶体管，每个可切换晶体管单元的负载路径当第一信号电平被施加到可切换晶体管单元的控制端子时是电容性的，并且每个可切换晶体管单元的负载路径当第二信号电平被施加到可切换晶体管单元的控制端子时是电阻性的。可调节电容电路还包括控制电路，该控制电路具有耦合到多个可切换晶体管单元的控制端子的输出。控制电路被配置为通过选择性施加第一信号电平和第二信号电平到多个可切换晶体管单元的控制端子来调节可调节电容单元的电容。
实施方式可包括以下特征中的一个或多个。可调节电容电路，在该电路中控制电路被配置为施加第一信号电平到多个可切换晶体管单元的第一组的控制端子，并且施加第二信号电平到多个可切换晶体管单元的第二组的控制端子。第一电容器可包括多个串联连接的电容器。在一些实施例中，可调节电容电路还包括耦合在多个可切换电容器单元的负载路径和第二端子之间的第二电容器。控制电路可配置为通过将邻近的可切换晶体管单元的相应控制端子从第一信号电平接连转变到第二信号电平来接连增大可调节电容单元的电容；并且通过将邻近的可切换晶体管单元的相应控制端子从第二信号电平接连转变到第一信号电平来接连减小可调节电容单元的电容。
在一些实施例中，控制电路包括二进制到温度计解码器，该二进制到温度计解码器包括耦合到邻近可切换晶体管单元的相应控制端子的输出端子。多个可切换晶体管单元中的每个可包括具有耦合到控制端子的栅极的RF MOS晶体管，其中RF MOS晶体管在第一信号电平被施加到栅极时关断，并且RF MOS晶体管在第二信号电平被施加到栅极时接通。在一些实施例中，多个可切换晶体管单元中的每个还包括耦合在RF MOS晶体管的栅极与控制端子之间的栅极电阻器，和耦合在RF MOS晶体管的漏极和源极之间的偏置电阻器。多个可切换晶体管单元中的至少一个可包括串联耦合的多个RF MOS晶体管，其中多个RF MOS晶体管的栅极耦合到多个可切换晶体管单元的至少一个可切换晶体管单元的控制端子。在实施例中，多个可切换晶体管单元中的至少一个还包括耦合在多个RF MOS晶体管的邻近晶体管的栅极之间的第一串联电阻器，和耦合在多个RF MOS晶体管中的第一个与多个可切换晶体管单元的至少一个可切换晶体管单元的控制端子之间的第二电阻器。
在实施例中，最大电压应力与多个可切换晶体管单元的可切换晶体管单元的数量成比例。在一些实施例中，最小电容级大小与多个可切换晶体管单元的多个可切换晶体管单元的数量成反比。可调节电容电路还可包括与可调节电容单元并联耦合的可切换电容单元，其中可切换电容单元包括与第二电容器串联耦合的开关晶体管。
另一一般方面包括一种电路，该电路具有耦合在第一端子和第二端子之间的第一分支，其中第一分支包括具有与第一电容器串联耦合的负载路径的第一晶体管，并且每个第一晶体管的负载路径在第一晶体管接通时是电阻性的并且在第一晶体管关断时是电容性的。该电路还包括与第一分支并联耦合的可切换电容电路以及控制器，该控制器具有耦合到第一分支的第一晶体管的控制端子和可切换电容电路的控制端子的输出端子。控制器被配置为通过选择性接通和关断第一分支的第一晶体管的晶体管对电路的电容进行编程。
实施方式可包括以下特征中的一个或多个。该电路还包括：耦合在第一端子和第二端子之间的第二分支，第二分支包括具有与第二电容器串联耦合的负载路径的第二晶体管，其中第二晶体管的每个第二晶体管的负载路径在第二晶体管接通时是电阻性的，并且在第二晶体管关断时是电容性的，并且控制器还被配置为通过选择性接通和关断第二分支的第二晶体管的晶体管对电路的电容进行编程。在一些实施例中，可切换电容电路包括耦合到多个对应开关的二进制加权电容器阵列；并且控制器被配置为对可切换电容电路进行编程包括接通和关断多个对应开关中的开关。在一些实施例中，第一电容的电容是二进制加权电容器阵列的最小电容器的电容的一半。
在实施例中，控制器包括二进制到温度计解码器，该二进制到温度计解码器具有耦合到第一分支的第一晶体管的控制端子的输出。该电路还可包括数字输入接口，该数字输入接口具有耦合到可切换电容电路的多个对应开关的最高有效位和耦合到二进制到温度计解码器的输入端子的最低有效位。
本发明的实施例的优点包括在可编程电容器的上下文中实施小的可编程电容器值和精细调谐的能力。这种实施例可用于实施精细可调谐匹配网络、可调谐滤波器、定向耦合器和其它电路。
尽管参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述不旨在以限制的意义进行解释。说明性实施例以及本发明的其它实施例的各种修改和组合将对于本领域技术人员在参考描述时是显而易见的。
Claims (28)
1.一种操作包括第一分支的可调节电容电路的方法，该第一分支包括具有与第一电容器串联耦合的负载路径的多个晶体管，该方法包括：
通过选择性接通和关断多个晶体管中的晶体管对电容进行编程，其中多个晶体管中的每个晶体管的负载路径在该晶体管接通时是电阻性的，并且在该晶体管关断时是电容性的。
2.如权利要求1所述的方法，其中对电容进行编程还包括选择性激活与第一分支并联耦合的可切换电容器。
3.如权利要求1所述的方法，其中：
可调节电容电路包括至少一个另外的分支，该另外的分支包括具有与另外电容器串联耦合的负载路径的另外多个晶体管；并且
对电容进行编程还包括选择性接通和关断另外多个晶体管中的晶体管。
4.如权利要求1所述的方法，其中对电容进行编程还包括选择性激活与第一分支并联耦合的多个可切换电容器。
5.如权利要求4所述的方法，其中多个可切换电容器被二进制加权。
6.如权利要求5所述的方法，其中对电容进行编程还包括：
接收二进制代码；
应用二进制代码的最高有效位到二进制加权的多个可切换电容器；
将二进制代码的最低有效位转换为温度计代码；并且
应用温度计代码到第一分支的多个晶体管的控制端子。
7.如权利要求1所述的方法，其中选择性接通和关断多个晶体管的晶体管包括施加电压到多个晶体管的控制端子。
8.一种可调节电容电路，包括：
可调节电容单元，耦合在第一端子和第二端子之间，该可调节电容单元包括
第一电容器，具有耦合到第一端子的第一端和耦合到第一节点的第二端，
多个可切换晶体管单元，具有串联耦合在第一节点和第二端子之间的负载路径，其中
每个可切换晶体管单元包括控制端子和晶体管，
每个可切换晶体管单元的负载路径当第一信号电平被施加到可切换晶体管单元的控制端子时是电容性的，并且
每个可切换晶体管单元的负载路径当第二信号电平被施加到可切换晶体管单元的控制端子时是电阻性的；以及
控制电路，具有耦合到多个可切换晶体管单元的控制端子的输出，该控制电路被配置为通过选择性施加第一信号电平和第二信号电平到多个可切换晶体管单元的控制端子来调节可调节电容单元的电容。
9.如权利要求8所述的可调节电容电路，其中控制电路被配置为施加第一信号电平到多个可切换晶体管单元的第一组的控制端子，并且施加第二信号电平到多个可切换晶体管单元的第二组的控制端子。
10.如权利要求9所述的可调节电容电路，其中多个可切换晶体管单元的第一组的可切换晶体管单元彼此邻近并且邻近第一节点，并且多个可切换晶体管单元的第二组的可切换晶体管单元彼此邻近并且邻近第二端子。
11.如权利要求8所述的可调节电容电路，其中第一电容器包括多个串联连接的电容器。
12.如权利要求8所述的可调节电容电路，还包括耦合在多个可切换晶体管单元的负载路径和第二端子之间的第二电容器。
13.如权利要求8所述的可调节电容电路，其中该控制电路配置为：
通过将邻近的可切换晶体管单元的相应控制端子从第一信号电平接连转变到第二信号电平来接连增大可调节电容单元的电容；并且
通过将邻近的可切换晶体管单元的相应控制端子从第二信号电平接连转变到第一信号电平来接连减小可调节电容单元的电容。
14.如权利要求13所述的可调节电容电路，其中该控制电路包括二进制到温度计解码器，该二进制到温度计解码器包括耦合到邻近的可切换晶体管单元的相应控制端子的输出端子。
15.如权利要求8所述的可调节电容电路，其中多个可切换晶体管单元中的每个包括具有耦合到控制端子的栅极的RF MOS晶体管，其中该RF MOS晶体管在第一信号电平被施加到栅极时关断，并且RF MOS晶体管在第二信号电平被施加到栅极时接通。
16.如权利要求15所述的可调节电容电路，其中多个可切换晶体管单元中的每个还包括耦合在RF MOS晶体管的栅极与控制端子之间的栅极电阻器，和耦合在RF MOS晶体管的漏极和源极之间的偏置电阻器。
17.如权利要求15所述的可调节电容电路，其中多个可切换晶体管单元中的至少一个包括串联耦合的多个RF MOS晶体管，其中多个RF MOS晶体管的栅极耦合到多个可切换晶体管单元的至少一个可切换晶体管单元的控制端子。
18.如权利要求17所述的可调节电容电路，其中多个可切换晶体管单元中的至少一个还包括：第一串联电阻器，耦合在多个RF MOS晶体管的邻近晶体管的栅极之间；和第二电阻器，耦合在多个RF MOS晶体管中的第一个与多个可切换晶体管单元的至少一个可切换晶体管单元的控制端子之间。
19.如权利要求8所述的可调节电容电路，其中最大电压应力与多个可切换晶体管单元的可切换晶体管单元的数量成比例。
20.如权利要求8所述的可调节电容电路，其中最小电容级大小与多个可切换晶体管单元的多个可切换晶体管单元的数量成反比。
21.如权利要求8所述的可调节电容电路，还包括与可调节电容单元并联耦合的可切换电容单元。
22.如权利要求21所述的可调节电容电路，其中可切换电容单元包括与第二电容器串联耦合的开关晶体管。
23.一种电路，包括：
第一分支，耦合在第一端子和第二端子之间，该第一分支包括具有与第一电容器串联耦合的负载路径的第一晶体管，其中每个第一晶体管的负载路径在第一晶体管接通时是电阻性的并且在第一晶体管关断时是电容性的；和
可切换电容电路，与第一分支并联耦合；以及
控制器，具有耦合到第一分支的第一晶体管的控制端子和可切换电容电路的控制端子的输出端子，该控制器被配置为通过选择性接通和关断第一分支的第一晶体管的晶体管对电路的电容进行编程。
24.如权利要求23所述的电路，还包括：
耦合在第一端子和第二端子之间的第二分支，该第二分支包括具有与第二电容器串联耦合的负载路径的第二晶体管，其中第二晶体管的每个第二晶体管的负载路径在第二晶体管接通时是电阻性的，并且在第二晶体管关断时是电容性的，并且控制器还被配置为通过选择性接通和关断第二分支的第二晶体管中的晶体管对电路的电容进行编程。
25.如权利要求23所述的电路，其中：
可切换电容电路包括耦合到多个对应开关的二进制加权电容器阵列；并且
控制器被配置为对可切换电容电路进行编程包括接通和关断多个对应开关中的开关。
26.如权利要求25所述的电路，其中第一电容的电容是二进制加权电容器阵列的最小电容器的电容的一半。
27.如权利要求25所述的电路，其中控制器包括二进制到温度计解码器，该二进制到温度计解码器具有耦合到第一分支的第一晶体管的控制端子的输出。
28.如权利要求27所述的电路，还包括数字输入接口，该数字输入接口具有耦合到可切换电容电路的多个对应开关的最高有效位和耦合到二进制到温度计解码器的输入端子的最低有效位。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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