CN110447084B - 用于设备阵列的灵活控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本主题涉及用于控制可以独立地处于第一状态或第二状态的双状态元件的阵列的设备、系统和方法。与多个双状态元件进行通信的非易失性存储器被配置为：接收输入数字控制字，所述输入数字控制字对非易失性存储器内的位置进行寻址；并将在存储器内所寻址的位置处存储的多个阵列控制字中的一个输出给多个双状态元件，其中阵列控制字将多个双状态元件的预定组合设置为处于第一状态和第二状态，并且其中处于第一状态和第二状态的多个双状态元件的预定组合最佳地实现了对应于输入数字控制字的阵列的期望行为。

Description

用于设备阵列的灵活控制系统和方法

优先权声明

本申请要求2017年2月15日提交的美国临时专利申请序列号62/459,575的权益，其公开内容通过引用其整体并入本文。

技术领域

本文公开的主题总体上涉及可切换设备的阵列。更具体地，本文公开的主题涉及用于控制这种阵列中的可切换设备的致动的系统和方法。

背景技术

可编程电容器阵列可用于通过改变电容器的电容值来调谐电路的响应，从而相应地产生不同的行为。在许多应用中，可能需要严格控制设定值以满足系统要求并优化整体性能。然而，一般而言，虽然通常使用一系列工艺来制造这种电容器，但是由于诸如速率、化学性质、温度和时序的因素，所有工艺都表现出变化。结果是，所构建的基本上所有的可编程电容器具有一系列值(例如，最大电容值、最小电容值、设定值之间的电容步长)。对于一些应用，这种范围可能是可接受的，但是当需要更为精确的响应时，希望的是将电容值的变化最小化。

为了解决这些问题，已经进行了在制造工艺中减少变化的尝试，但是提高性能标准通常要求对生产工艺施加更精确的控制或者丢弃不满足更高标准的组件。这两种方法都增加了生产组件的成本。可替换地，可以将电容器设计成降低设备电容对工艺变化的敏感度，但是在所有设备配置和/或应用中这样做是不可能的。结果是，希望降低设备性能的变化而不显著地增加制造成本或者要求组件设计仅受限于对工艺可变性不太敏感的那些配置。

发明内容

根据本公开内容，提供了用于控制双状态元件阵列的设备、系统和方法。在一个方面，提供一种用于控制双状态元件阵列的方法，双状态元件可以独立地处于第一状态或第二状态。所述方法可以包括：接收与双状态元件阵列的期望的全部组合活动相对应的输入数字控制字；基于输入数字控制字对非易失性存储器内的位置进行寻址，其中所述位置存储多个阵列控制字中的一个，所述多个阵列控制字与处于第一状态和第二状态的双状态元件的预定组合相对应；以及将多个阵列控制字中的一个应用于双状态元件阵列，以控制所述阵列设置处于第一状态和第二状态的双状态元件的预定组合。处于第一状态和第二状态的双状态元件的预定组合最佳地实现了双状态元件阵列的期望的全部组合活动。

在另一个方面，提供了一种可调谐组件，其中，多个双状态元件被布置在功能阵列中，其中每个双状态元件可以独立地处于第一状态或第二状态。与多个双状态元件通信的非易失性存储器被配置为：接收输入数字控制字，所述输入数字控制字对所述非易失性存储器内的位置进行寻址并将所述存储器内被寻址的位置处存储的多个阵列控制字中的一个输出至多个双状态元件。在这种配置中，所述阵列控制字将多个双状态元件的预定组合设置为处于第一状态和第二状态，其中处于所述第一状态和所述第二状态的多个双状态元件的预定组合最佳地实现了与输入数字控制字相对应的阵列的期望行为。

尽管上文已经陈述了本文公开的主题的一些方面，并且这些方面全部或部分地由当前公开的主题来实现，但是当结合附图进行描述时，其他方面将变得明显，如下文最佳描述的。

附图说明

通过下面的详细描述将更容易地理解本主题的特征和优点，该详细描述应当结合仅通过解释性和非限制性的示例所给出的附图来阅读，并且在附图中：

图1和2是根据当前公开的主题的实施例的可调谐组件的示意图；

图3是示出了根据当前公开的主题的实施例的一组输入数字控制字到可调谐组件的相应阵列控制字的映射的图表；

图4A是将使用根据当前公开的主题的实施例的方法的调谐结果与来自实现可调谐组件的期望的全部电容器值的线性近似方法的结果进行对比的曲线图；

图4B是示出了用于线性近似方法的部件上的变化的曲线图；

图5是示出了使用根据当前公开的主题的实施例的方法的部件上的变化的曲线图；

图6是示出了根据当前公开的主题的实施例的应用于可调谐组件的示例调谐曲线的增量式电容器值和公差的曲线图；

图7是示出了根据当前公开的主题的实施例的应用于可调谐组件的示例指数调谐曲线的增量式电容器值的曲线图；以及

图8是示出了根据当前公开的主题的实施例的一组输入数字控制字到可调谐组件的相应阵列控制字的映射的图表。

具体实施方式

不是依赖于控制可调谐设备的生产以使得性能的变化最小化和/或使得变化的影响最小化，本主题提供被设计为通过适当的控制来对变化进行补偿的比先前控制电路更为灵活的设备、系统和方法。按照这种方式，可以获得更精确的设备响应值。

关于这点，在一个方面，通过最初识别可调谐组件的不同元件激活的用于组件的每个调谐状态的可能组合中的最佳调谐设置(这可能导致更严格的可实现的公差)，本主题提供了一种用于校准和/或控制可调谐组件(诸如，可调谐电容器阵列(例如，每个均与固定电容器进行通信的RF开关的阵列，可调谐RF-MEMS电容器的阵列))的方法。换言之，鉴于传统的校准系统和方法关注于可调谐组件的元件的输出或性能与集群(aggregate)中的标称性能的偏差(例如，通过从一组粗调谐设置中选择阵列的单个最佳拟合以及从所选择的状态中选择精细的调谐)，本设备、系统和方法为可调谐组件的每个调谐状态识别不同的“校准设置”。在一些实施例中，这样的调谐设置阵列可以存储在查找表或类似的算法中，查找表或类似的算法被配置为将可调谐组件的一个或多个不同配置与每个期望的调谐状态相关联。

参考图1中所示的示例性配置，通常标记为100的可调谐组件可以包括阵列110，阵列110包含多个可调谐元件112。在一些实施例中，例如，可调谐元件112可以是双状态元件，其可以独立地处于第一状态或第二状态(例如，激活状态或非激活状态、高逻辑状态或低逻辑状态)。非易失性存储器120可以与阵列110集成在一起(例如，安装在公共衬底上)并且可以与外部控制器130通信。按照这种方式，因此查找表或类似的算法可以被片上保存在存储器120中，查找表或类似的算法用于存储最佳地实现期望行为的各个调谐配置。

在一些实施例中，对于这种可调谐组件100，本设备、系统和方法被配置为，针对各种不同的期望阵列行为中的每一个，识别可被激活以基本上实现期望行为的元件的最佳组合。例如，在双状态元件112是可调谐电容器的情况下，可以识别电容器的不同组合以实现全部阵列电容的不同的值，每个可调谐电容器可以在第一状态中的最大电容和第二状态中的最小电容或零电容之间进行调节。本设备、系统和方法可以进一步被配置为，响应于相关联的输入控制字来激活这些元件组合(例如，通过向可调谐阵列提供相关联的阵列控制字)，从而基本上实现由输入控制字所识别的期望响应。按照这种方式，通过单独地调节输入控制字到用于激活设备的阵列控制字的映射，本主题可以按照精确的方式解释各个设备行为的制造和其他变化。

为了实现这种类型的控制，可以确定阵列110中的每个元件112的行为，使得可以精确地识别所有可能的元件激活组合中每个的组合行为。在一个实施例中，例如，在可调谐组件100包括可调谐电容器的阵列(例如，包括可移动以调节两个电容器电极之间的间隔的微机电梁(beam))的情况下，可以测量阵列中的每个元件的电容值。例如，对于包括10个电容器的阵列，进行10次测量来单独表征每个元件。通过这些单独的测量，然后计算可以通过电容器的每种可能组合来实现的组合电容。此外，关于包含10个电容器的示例阵列，存在激活10个元件的1024种可能组合。根据这些计算，对于阵列的每个期望的调谐设置，可以将一个或多个组合(例如，所述梁的特定组的致动)识别为向给定的调谐设置的期望值提供足够的精度，以及可以建立这些组合和相关联的期望的调谐设置之间的对应关系。

在图3所示的一个特定示例中，提供了9个可调谐电容器的阵列，其中8个电容器表现出与标称电容值1.0的不同偏差，并且一个微调电容器具有与标称电容值0.5的测量偏差。利用这种元件组合，如果期望的调谐范围在调谐状态之间的期望步长约为0.5的约0.0和约7.5之间，则传统的调谐控制系统可能难以解释电容的制造和其他变化，以在每个调节设置处实现期望的值。替代地，可以应用最佳拟合来通常为许多调谐状态实现良好的结果，但是这种校准方法不可能在每个调谐状态下实现最佳结果。

例如，图4A和4B示出了校准电容器阵列以实现一系列期望的全部电容状态的线性近似方法。在这样的方法中，测量管芯或存储体(bank)的总调谐范围，并且应用经编程的斜率系数以试图命中目标。例如，使用上面关于图3所讨论的示例阵列，所测量的存储体的调谐范围是8.2，且所有梁的目标值是8.5。因此，乘数1.037将被应用于所有输入值以控制各个电容器元件，并且通常会应用固定的激活顺序(即，元件1-8按顺序打开，并对元件9微调半步长增量)。准确地说，所有梁必须在给定管芯上具有相同的“强度”，并且管芯应具有足够小的分辨率以避免调谐毛刺(例如，由于缩放的影响将是打开更多或更少的梁以实现这个值)。然而，如图4A中的这种“线性固定”方法的图所示，固定顺序激活和调谐值的缩放截断的组合会导致可能显著偏离给定目标值(特别是较高的值)的值。

此外，在这方面，图4B示出了应用于一系列不同阵列的相似的线性近似方法。如重叠图所示，最大值可能存在很大的变化，这是因为管芯上存在多个存储体，但只有一个公共校准字，并且单个梁可变性导致每个存储体具有不同的实际调谐范围。这可以通过对每个存储体进行单独的斜率校准来改进，但是，如图4A所示，结果仍然不如本文公开的查找方法那样准确。另外，这种方法可能导致由不具有足够精细的调谐增量所引起的不连续的调谐步长，使得斜率有时为两个不同的输入字产生相同的控制字，或产生非常大的调谐步长。此外，在这方面，这种调谐方法可能导致由于存储体内各个梁变化所引起的整体噪声/可变性。

然而，根据本主题，计算由元件的每种组合所提供的总电容，并且可以为所述调谐步长选择在给定的调谐步长处最接近匹配期望的总电容值的设备组合。再次参考图3中所示的示例，对于与调谐步长中的一个相关联的给定输入控制字(例如，具有如所示出的用于实现16个指定的调谐状态的4个控制位)，可以将预先选择的元件组合激活以最佳地实现所期望的总电容值，如图4A中的“存储器查找”图所示。类似地，图5提供了示出将本调谐系统和方法应用于一系列不同阵列的一系列图。在每种情况下，本系统和方法在实现最佳调谐设置中导致更高的精度。参考所示出的示例实施例，该系统仍然可能在某些值处偏离所期望的调谐，特别是在上限和下限，其中更少可能的组合在选择元件的最佳组合中提供更小的灵活性。话虽如此，即使不完美，但这种方法可以更好地应对随机变化，从而产生比不灵活的传统序列存在更多调谐状态的更为准确的结果。

此外，上面的示例示出了将本主题应用于线性调谐曲线，但是由于为每个控制字独立地分配电容的灵活性，每个调谐设置处的这种高精度可以提供给各种控制方案中的任意控制方案。例如，不同的调谐曲线可以在曲线的不同点处提供不同的调谐灵敏度。在一些实施例中，代替分段线性，控制方案可以实现电容的二次增加，这将产生线性频率调谐。在其它实施例中，指数曲线/关系可以在低电容端处提供精细的控制，而线性曲线/关系可以在高电容端处提供精细的分段控制，并且抛物线曲线/关系可以提供线性LC谐振器调谐。

在图6所示出的实施例中，例如，两步线性调谐方案可以在低值处提供更高的分辨率，同时仍然提供宽的总调谐范围。在其它实施例中，可以实现指数调谐曲线，其可以产生恒定的分段步长。在图7所示出的一种这样的配置中，例如，4位控制可以用来提供16个调谐步长，在每个步长处具有恒定的分段调谐。可以定制各种其他调谐曲线或模式中的这些和任何调谐曲线或模式，以在调谐状态范围内提供所期望的设备响应(例如，指数的、平方根、双线性的、线性的、对数的、任意的)。实际上，由于基于每个调谐设置单独控制从输入到设备行为的映射，因此可以实现广泛的调谐曲线，包括一些可能不被称为曲线的调谐曲线。结果是，本主题提供了一种可以以任何模式对设备进行寻址的路径。

此外，在这方面，在一些实施例中，不是仅将对应于单个调谐曲线的一组调谐设置编程到本设备、系统和方法中，而是可以识别多组调谐设置并且可以存储多个不同组的阵列控制字。按照这种方式，取决于所提供的输入数字控制字的集合，可以由相同的设备和系统实现各种不同的调谐曲线中的任何一种调谐曲线。结果是，可能在逐个客户的基础上，本设备、系统和方法可以为可调谐组件的广泛应用提供很大的灵活性。不管所应用的控制方案如何，通过针对每个状态单独确定元件的最佳组合，可以实现每个调谐状态的目标值周围的紧密分布。

此外，如果输入位的数量小于逻辑设备的数量，则本设备、系统和方法可以提供基于其它参数(例如，静电驱动的电压、用于包括RF设备的阵列的操作频率)来调节阵列性能的灵活性。另外，在一些实施例中，可以更完全地定制设置的数量(例如，从2到2^N，其中N是输入控制字中位的数量)，并且可以改变逻辑分组(例如，根据单个存储体，或者两个存储体或更多个进行控制)。此外，在多个可调谐组件与公共总线进行通信的一些实施例中，输入数字控制字可以识别给定部件进行响应的串行总线地址。换句话说，可能存在只有给定的组件才会响应的某些控制字(例如，存储器120不会为每个可能的输入字改变其输出)。

可替换地或附加地，在一些实施例中，可以使用单独的或组合的索引来存储用于相同控制字的多个映射以处理特定映射。例如，在仅使用有限数量的位进行调谐(例如，在先前示例中使用4位)的一些实施例中，附加位可以用来选择不同的调谐曲线或者使用不同设备在几乎相同的调谐曲线之间进行选择，以提供冗余和/或实现更长的设备寿命。按照这种方式，可以在存储器中存储相同(或相似)输入控制字的多个不同映射，其中与每个映射相关联的阵列中元件的每个不同状态基本上实现了双状态元件阵列的期望状态。如图8所示，例如，对于单个给定输入控制字(例如，在这个示例中，与目标值3.00相关联的控制字)，使用上面关于图3所讨论的相同示例阵列，可以存储与阵列中的设备的多个映射，其中设备的每个组合提供基本上相似的输出。在一些实施例中，可以按顺序使用映射以减少特定设备元件的平均使用。在一些实施例中，例如，计数器可用于在N个不同调谐配置中的1个调谐配置中自动循环，每个调谐配置将给定输入数字控制字映射到可调谐元件的不同组合。在美国专利号8,773,193中公开这种旋转阵列控制方案的一个示例，其公开内容通过引用其整体并入本文。可替换地，在一些实施例中，可以针对不同的操作场景优化每个映射(例如，考虑由于不同温度或其他环境条件所引起的响应差异)。

不管要使用的特定控制方案如何，为了实现这种校准，可以为非易失性存储器提供存储多个阵列控制字的可调谐组件，多个阵列控制字每个均对应于元件阵列的操作状态的预定组合。即使与每个调谐状态相关联的各个元件组合的存储可能要求比传统系统存储更多的数据，但是可以通过密集的片上非易失性存储器的现成可用性来获得这些附加的资源。在一些实施例中，非易失性存储器是一次性可编程(OTP)存储器。在一些实施例中，可以在阵列的最终测试中对OTP存储器进行编程。通过这种方式，“校准表”可以在测试时加载并随部件一起提供，并且然后可以在部件操作期间使用这个校准数据。具体地，可以在非易失性存储器上对多个阵列控制字进行索引，使得在识别期望的全部组合活动的给定输入数字控制字(例如，作为串行数字控制字或者并行数字控制字的输入)和确定为最佳地实现期望活动的可调谐元件的特定组合(或多个组合)之间创建对应关系。按照这种方式，代替需要基于输入来完成的输入数字控制字的实时计算或转换，本设备、系统和方法提供对给定输入的预定最佳阵列配置的存储器中的简单查找。

利用这样的布置，用于控制元件112的阵列110的方法可以涉及：接收与元件112的阵列110的期望的全部组合活动相对应的输入数字控制字(例如，来自控制器130)。如上所讨论的，可以通过输入数字控制字对存储器120进行索引，使得可以基于输入数字控制字来对非易失性存储器120内的位置进行寻址，其中，所述位置存储多个阵列控制字中的一个，所述多个阵列控制字对应于处于第一状态和第二状态中的双状态元件的预定组合。在一些实施例中，例如，存储器120包括：存储器控制块121，其被配置为接收输入数字控制字(例如，通过串行接口从控制器130接收)并且与存储器120内的适当位置进行通信以对阵列110进行寻址。可以将这样的存储器控制块121与存储器120集成，或者这样的存储器控制块121可以被设置为单独的组件。另外，如上面进一步讨论的，通过查找表的内容使输入控制字到芯片上产生的行为的映射可以是可完全配置的。因此，可以通过将多个阵列控制字中的一个应用于元件112的阵列110来控制阵列110，以控制元件112的预定组合处于第一状态和第二状态，其中处于第一状态和第二状态中的元件112的预定组合最佳地实现阵列110的期望的全部组合活动。

在一些实施例中，诸如图2中所示出的，例如，阵列110可以有效地布置在多个逻辑分组中(例如，在第一子阵列110a和第二子阵列110b之间分开)，并且附加的控制位可以用于识别使用哪组元件112来实现期望的输出。可替换地或附加地，诸如，通过与附加电路块111进行通信，附加的控制位(例如，其中输入位的数量小于逻辑设备的数量)可用于调节其它操作参数(例如，选择最佳电荷泵电压或频率)。

此外，通过将存储器120与阵列110集成(例如，在公共衬底上)，与可调谐组件100进行通信的驱动器或控制器(例如，控制器130)不需要向可调谐组件100提供特定校准的调谐信号。相反，驱动器可以向可调谐组件100提供表示期望行为(例如，期望的总电容)的通用调谐字，并且可调谐组件100可以将这个通用调谐字转换为阵列110内的元件112的最佳地实现期望行为的预定组合。

在不脱离本主题的精神和基本特征的情况下，本主题可以以其他形式体现。因此，所描述的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。尽管已经根据某些优选实施例描述了本主题，但是对于本领域普通技术人员显而易见的其他实施例也在本主题的范围内。

Claims (13)

1.一种用于控制双状态元件阵列的方法，双状态元件能够独立地处于第一状态或第二状态，所述方法包括：

对非易失性存储器进行编程，其中对所述非易失性存储器进行编程包括：

针对所述双状态元件阵列中每个元件，测量在所述第一状态和所述第二状态下的设备响应；并且

针对多个输入数字控制字中的每个输入数字控制字，存储多个阵列控制字中的一个，所述阵列控制字设置所述双状态元件阵列中的每个元件的状态，以最佳地实现所述双状态元件阵列的期望的全部组合活动；

接收对应于所述双状态元件阵列的期望的全部组合活动的输入数字控制字；

基于所述输入数字控制字对所述非易失性存储器内的位置进行寻址，其中所述位置存储所述多个阵列控制字中的一个，所述多个阵列控制字与处于第一状态和第二状态的双状态元件的预定组合相对应；以及

将所述多个阵列控制字中的一个应用于所述双状态元件阵列，以控制阵列将所述双状态元件的预定组合设置为处于所述第一状态和所述第二状态，其中处于所述第一状态和所述第二状态的双状态元件的预定组合最佳地实现了所述双状态元件阵列的期望的全部组合活动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述输入数字控制字包括：接收串行数字控制字。

3.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述输入数字控制字包括：接收并行数字控制字。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述非易失性存储器包括：一次性可编程存储器。

5.根据权利要求1所述的方法，其中对所述非易失性存储器内的位置进行寻址包括：对存储器中的多个位置中的一个位置进行寻址，所述多个位置每个都与所述双状态元件阵列的期望的全部组合活动相关联，其中与阵列中的元件的不同状态相对应的不同阵列控制字被存储在所述多个位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中对所述非易失性存储器进行编程包括：提供多个不同组的阵列控制字，其提供与多个不同组的输入数字控制字相对应的不同阵列行为；并且

其中接收所述输入数字控制字包括：接收识别所述多个不同组的阵列控制字中的一组的附加地址位。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个不同组的阵列控制字定义了多个不同的调谐曲线。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个不同组的阵列控制字对所述双状态元件阵列内的离散子阵列进行寻址。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述双状态元件包括：可调谐电容器，每个可调谐电容器在所述第一状态中的最大电容和所述第二状态中的最小电容之间是可切换的；并且

其中所述双状态元件阵列的期望行为包括：期望的全部阵列电容。

10.一种可调谐组件，包括：

被布置在功能阵列中的多个双状态元件，其中每个双状态元件能够独立地处于第一状态或第二状态；和

与所述多个双状态元件通信的非易失性存储器，其中所述非易失性存储器被配置为：接收输入数字控制字，所述输入数字控制字对所述非易失性存储器内的位置进行寻址；并将存储器内被寻址的位置处所存储的多个阵列控制字中的一个阵列控制字输出至所述多个双状态元件；

其中，所述一个阵列控制字将所述多个双状态元件的预定组合设置为处于所述第一状态和所述第二状态，其中处于所述第一状态和所述第二状态的多个双状态元件的预定组合最佳地实现了与所述输入数字控制字相对应的阵列的全部组合活动并且

其中，针对所述多个阵列控制字中的每个阵列控制字，至少部分地基于所述多个双状态元件中的每个元件在所述第一状态和所述第二状态下的所测得的设备响应，来选择处于所述第一状态和所述第二状态的多个双状态元件的预定组合。

11.根据权利要求10所述的可调谐组件，其中，所述多个双状态元件包括：多个RF开关。

12.根据权利要求10所述的可调谐组件，其中，所述多个双状态元件包括：多个RF-MEMS电容器。

13.根据权利要求10所述的可调谐组件，其中所述非易失性存储器和多个双状态元件在公共衬底上。

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