CN1203693A - 应用于压控振荡器的多接头微调电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多接头微调电容器(202)。该多接头电容器(202)包括具有一个公共接头的多个电容器(C1,C2)。所述电容器在一个具有一个放置于其顶表面的导电材料公共板(212),和多个放置于其较低表面的导电材料分立板(214,216)的介质材料层(210)形成。每一个电容器的容值可以被单独调谐到严格的误差容限。该电容器尤其适用于压控振荡器(VCO)200,用于将多个设备耦合到谐振器(204)。
Description
发明领域
本发明涉及电容器，尤其涉及应用于压控振荡器(VCO)的多接头微调电容器。
现有技术
电子技术的发展使得日益减小的电子设备能够完成愈加复杂的功能。发展显著的一个领域是通信领域。通信电子的小型化使系统设计人员可以设计采用较小和较轻设备的复杂系统。该领域中的这一结果可以由世界范围内激增的蜂窝及相关通信系统看出。
应用于现代设备中的电子线路通常要求具有小而精确的电容值。这种类型电路的一个实例是压控振荡器(VCO)。压控振荡器VCO用来对通信设备中的发射机和接收机产生射频(RF)信号。一个VCO通常包括一个VCO模块，该模块包括一个谐振器和作为该模块一部分的耦合电容器。在压控振荡器VCO中，需要两个或更多个分立的耦合电容器，用于把谐振器的一个输出端耦合到电路中的其它元件。通常，谐振器耦合到与电路中其它元件相连接的变容二极管和三极管。
在VCO模块的生产过程中，需要调谐振荡电路到最合适的工作状态。为了调谐模块，耦合电容器的容值必须进行调整。对于分立电容器，这是一个困难的过程。在装配电路之前，必须对电容器进行细致的测量与挑选。在通常的VCO应用中所采用的小数值范围，该值可以小于1pF，电容器的误差容限为+/-0.1pF。如果需用0.2pF的电容器，此误差容限就使得该电容值为0.1-0.3pF。此误差容限下有+/-50％的偏移，会严重影响电路的质量。另外，两个分立电容器并不是纯容性的，还对电路产生更复杂的影响。
图1说明了用于连接压控振荡器(VCO)电路100中的谐振器104的常用技术。谐振器104的输出接头102，在点112，114和116处与电容器106和108相连接。振荡器电路100中的变容二极管和三极管(未画出)，分别在点120和118与电容器106和108相连接。两个分立电容器106和108，每一个都需要两个焊点与电路100相连接。这些焊点会在电路中引入寄生电感和阻性损失。而且，电容的复数分量模型也包括在设备封装中引入的寄生电感和一些阻性损耗，这会加大电路中的损失。这就导致谐振器到电路耦合的Q值恶化。Q定义为1/(2πfccRs)，其中fc是电路的工作频率，C是电容器的容值，Rs是电容器的等效串联阻抗。低Q值可能会在电路中产生不希望有的损耗，并在高频处影响VCO的信号噪声性能。此影响在频率高于1GHZ时更加显著。另外，当采用分立电容器时，会因为两个分立电容器之间较长的信号路径，产生传输相移。
由于上述原因，一旦电容器106和108被测量、挑选及焊接到电路100中，对于特定的应用，实际的电路内在容值也许不能接受。为了调谐图1所示压控振荡器VCO100，达到某一特定频带内的最佳特性，谐振器的参数必须要在装配后进行调整。可以用手刮掉谐振器104的材料，或者改变电容器106和108的值，对VCO进行调谐。刮掉谐振器104中的材料，使VCO的工作频率范围是向上还是向下偏移，取决于材料被去掉的部位。改变电容器106的值可以同时影响工作频率向上和向下，以及扩展或压缩工作频带，取决于电容值的改变是增大还是减小。改变电容器108的值可降低Q值或者改变VCO的振荡特性，取决于电容值的改变是增大还是减小。
电容器106的值决定变容二极管到谐振器104的容性耦合。增大电容器106的电容值，就会增加变容二极管到谐振器104的总容性耦合。变容二极管较强的总容性耦合会减小工作频率值，并且会增加VCO可被调谐的频带宽度。减小电容器106的电容值，就会减小变容二极管到谐振器104的总容性耦合。变容二极管较弱的总容性耦合会增大工作频率值，并且减小VCO可被调谐的频带宽度。
电容器108决定谐振电路到谐振器三极管的容性耦合，因此决定谐振电路的Q值。增大电容器108的电容值，会导致电路具有较低的Q值，因而会导致较低的信噪比(C/N)。减小电容器108的电容值，就会减小谐振电路到三极管的容性耦合。如果容性耦合太小，VCO就会由于谐振器三极管的弱反馈作用而不能起振。
由于上述原因，在调谐压控振荡器VCO时，有必要改变电容器106和108的值，以调整VCO的工作频带宽度，或者调谐电路的Q值。诸如电容器106和108电容器的替换是费时和难于实现的。另外，还很难确定不同的替换电容值的影响。由于电容器的替换需要进行新的焊接，这就会由替换电容器的寄生电感和阻性损耗代替已有电容器的寄生电感和阻性损耗，使得替换电容器的电路内在容值同其预定值发生很大变化。
采用具有精细设计误差容限的小容值，并且该容值可在高射频RF频率被调谐的电容器，将可提供一种优点。如果这些电容器可以在电路中易于被精确地调谐，并且可以采用最少数目的焊点和最短的引线长度，并因此提供较高的Q值和较低的相移，则还可以提供另一种优点。另外，如果该电容器是易于生产和封装的，将是有利的。
发明概述
本发明提供一种应用于射频(RF)电路的多接头微调电容器。该多接头电容器在避免与分立电容器有关的问题的同时，提供多个小容值的电容器。在电路装配之后，所述电容器易于在电路中进行调谐，并且可以调到RF的应用所要求的小误差容限。由于电容器可以被生产成对于某一特定应用，在某一具体范围内可调谐，因此，所述范围可以设置为足够宽，以使电路调谐时不必替换电容器。采用多接头电容器，要求具有最少数目的焊点，并缩短引线长度，导致电路具有较高的Q值和较小的损耗。
所述多接头电容器包括多个以一个接头作为每个电容器公共端的电容器。这些电容器在具有一个置于其顶表面的公共导电材料板和多个置于其较低表面的分立导电材料板的介质材料层上形成。位于介质材料较低表面上的分立导电材料板并不互相接触。公共导电材料板形成电容器的一个公共接头。每一个分立的导电板形成电容器的剩余的另一个接头。
每一个电容的容值可以单独调谐到严格的误差容限。调谐通过去掉在所要调谐的电容器中，与分立导电板直接相对，并穿过介质层的公共导电板上的材料实现。公共导电板包括为实现调谐目的而去掉的，已标定的微调薄片。
所述电容器可以用于压控振荡器(VCO)以将多个设备耦合到谐振器。耦合通过把多接头电容器的公共接头连接到谐振器接头，以及把每一个电容器的余下接头连接到一个设备来实现。一个电容器的接头连接到VCO中的三极管，其它电容器的接头连接到VCO的变容二极管。
附图简述
图1图示说明了一种用于把谐振器连接到压控振荡器电路的常用技术；
图2图示说明了根据本发明，把谐振器耦合到压控振荡器电路的多接头微调电容的应用；
图3图示说明了一种根据本发明的多接头微调电容器的顶视图；以及
图4图示说明了一种根据本发明的多接头微调电容器的底视图。
发明详述
图2说明了一种根据本发明，在压控振荡器(VCO)电路中实现的多接头微调电容器。VCO电路200包括多接头电容器202和陶瓷谐振器204。陶瓷谐振器204包括一个中心接头206和一个外壳208。电容器202包括介质层210，安置于介质层210顶表面218上的公共导电板212，以及两个安置于介质层210底表面(未画出)上的分立导电板214和216(用虚线画出)。多接头电容器202用于将谐振器204耦合连接到压控振荡器VCO电路200中的变容二极管(未画出)和三极管(未画出)。为了实现耦合连接，通过把接头206连接到公共导电板212，并把介质层210较低表面上的导电板214和216中每一个分别连接到变容二极管和三极管，而使电容器202与陶瓷谐振器204的中心接头206相连接。
现在参考图3和图4，其中分别说明了根据本发明的多接头微调电容器202的一种实施例的顶视和底视图。电容器202包括一个介质层210，一个公共导电板212，以及两个分立的导电板214和216。公共导电板212安置于介质层210的顶表面218上(图3)。导电板214和216安置于介质层210的底表面220上，以使两者不互相接触(图4)。导电板214和216分别与导电板212中的与导电板214和216对准的部分，形成两个电容器C1和C2。导电板212包括一个为两个电容器所共用的接头。介质层210可以包括任何适合类型的介质材料，例如Al2O3。导电板212，214和216可以是任何适合的导电材料，例如银Ag。
因为介质层210可以具有精确、均匀的厚度，并且导电板212，214和216的表面积可以被精确地确定，所以电容器C1和C2可以以低的设计误差容限而构成。
导电板212包括多个薄片，222，224，226，228，230，232和234，这些薄片可以选择地去掉，以将电容器C1和C2调谐到所期望的容值。可以除去薄片222，224，226和228，来调谐C1的值，除去薄片230，232和234，来调谐C2的值。薄片222，224，226和228具有相等的表面积，该表面积被计算成允许通过按相同的增量递减C1的值，来调谐C1。薄片230，232和234同样具有相等的表面积，该表面积被计算成允许通过按相同增量递减C2的值，来调谐C2。所述薄片可以通过手工切割去除，例如利用剪切工具，或者通过激光切割。
对于图2所示的应用，一种已经生产出的应用在1800-2000MHZ范围PCS频率的多接头微调电容器具有初始容值分别是0.6pF和0.3pF的C1和C2。为了把VCO电路调谐到对于变容二极管和振荡器三极管的正确耦合因子，C1和C2的容值可以分别微调降到0.3pF和0.15pF。
在图2所示压控振荡器VCO中，不必替换电容器C1和C2以调谐电路。也不必经常利用手刮来调谐振荡器。C1和C2的初始值可以设置为大于所需容值，并且可以测量电路的谐振频率，微调降低C1和C2的值，来调谐电路。测量和调整的过程可以被重复进行，直到达到预期结果为止。改变容值之后，进行测量之前，不必等到焊料冷却。VCO的调谐过程是迅速的，并且调谐是省事的，精确的。多接头电容器202还提供易于封装成带状和卷轴状的优点。带状和卷轴状的封装，使得多接头电容器可以被自动装配。
我们相信，通过以上描述，将会对本发明的操作的构造有一个清晰的理解，而同时本发明在此作为一个特定的实施例被显示和描述，可以在不背离由随后权利要求所定义的本发明的精神与范围的前提下，对此做一些变更与改进。
Claims (13)
1.一种多接头电容器，包括：
一个具有第一个和第二个表面的介质层，所述表面基本上相互平行；
一个安置于所述第一个表面上的公共导电板，该公共导电板包括所述多接头电容器的一个接头；以及
多个安置于所述第二个表面上的分立导电板，其中所述分立导电板与公共导电板对准，从而形成相应多个电容器，并且每一个所述分立导电板包括所述多接头电容器的另一个接头。
2.权利要求1中的多接头电容器，其特征在于，还包括多个在所述公共导电板中，与一个所述分立导电板对准，并形成一个电容器的部分中形成的薄片，该薄片可以选择地去掉，以调谐每一个所述多个电容器的容值。
3.权利要求2中的多接头电容器，其特征在于，在所述公共导电板中包括第一个接头，并且其中所述多个分立导电板包括第二个和第三个导电板，该第二个和第三个导电板分别包括第二个和第三个接头。
4.权利要求3中的多接头电容器，其特征在于，所述多个在所述第一个导电板中，与第二个导电板对准，并形成一个电容器的部分中形成的薄片，包括第一组多个薄片，每一个所述第一组多个薄片都具有第一个表面积，并且所述多个在所述第一个导电板中，与第三个导电板对准，并形成一个电容器的部分中形成的薄片，包括第二组多个薄片，每一个所述第二组多个薄片具有第二个表面积。
5.权利要求1中的多接头电容器，其特征在于，所述公共导电板包括第一个接头，并且其中所述多个分立导电板包括第二个和第三个导电板，该第二个和第三个导电板分别包括第二个和第三个接头。
6.一种压控振荡器电路，包括：
一个具有输出接头的谐振器；以及
一多接头电容器，包括：
一个具有第一个和第二个表面的介质层，所述表面基本上相互平行；
一个安置于所述第一个表面上的公共导电板，该公共导电板包括所述多接头电容器的一个接头，该接头连接到所述谐振器的输出接头；以及
多个安置于所述第二个表面上的分立导电板，其中所述分立导电板与公共导电板对准，从而形成相应多个电容器，并且每一个所述分立导电板包括所述多接头电容器的另一个接头。
7.权利要求6中的压控振荡器，其特征在于，还包括多个在所述第一个导电板中，与一个所述分立导电板对准，形成一个电容器的部分中形成的薄片，该薄片可以选择地去掉，以调谐每一个所述多个电容器的容值。
8.权利要求7中的压控振荡器，其特征在于，所述公共导电板包括第一个接头，并且其中所述多个分立导电板包括第二个和第三个导电板，该第二个和第三个导电板分别包括第二个和第三个接头。
9.权利要求8中的压控振荡器，其特征在于，所述多个在所述第一个导电板中，与第二个导电板对准，形成一个电容的部分中形成的薄片，包括第一组多个薄片，每一个所述第一组多个薄片具有第一个表面积，并且所述多个在所述第一个导电板中，与第三个导电板对准，形成一个电容器的部分中形成的薄片，包括第二组多个薄片，每一个所述第二组多个薄片具有第二个表面积。
10.权利要求6中的压控振荡器，其特征在于，所述公共导电板包括第一个接头，并且其中所述多个分立导电板包括第二个和第三个导电板，该第二个和第三个导电板分别包括第二个和第三个接头。
11.一种多接头电容器，包括：
一个具有第一个和第二个表面的介质层，所述第一个和第二个表面基本上相互平行；
安置于所述第一个表面上的第一个导电板，该第一个导电板具有第一个表面积；
安置于所述第一个表面上的第二个导电板，该第二个导电板具有第二个表面积，其中所述第二个导电板与第一个导电板是分立的、未连接的；以及
安置于所述第二个表面上的第三个导电板，该第三个导电板具有大于所述第一个和第二个表面积之和的第三个表面积，其中所述第一个导电板与第三个导电板中的第一部分对准，从而形成第一个电容器，并且，所述第二个导电板与第三个导电板中的第二部分对准，从而形成第二个电容器。
12.权利要求11中的多接头电容器，其特征在于，还包括：
在所述第一个导电板的第一部分中形成的第一组多个薄片；以及
在所述第二个导电板的第二部分中形成的第二组多个薄片；
其中所述第一组和第二组多个薄片中的每一个薄片，都可以选择地去掉，以调谐所述第一个和第二个电容器的容值。
13.权利要求12中的多接头电容器，其特征在于，所述第一组多个薄片包括具有相等的第一个表面积的多个薄片，并且所述第二个多个薄片包括具有相等的第二个表面积的多个薄片。
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