DE102015106522A1

DE102015106522A1 - System und Verfahren für eine schaltbare Kapazität

Info

Publication number: DE102015106522A1
Application number: DE102015106522.3A
Authority: DE
Inventors: Winfried Bakalski
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2015-10-29
Also published as: CN105048964A; KR101663899B1; US9584097B2; US20150311883A1; KR20150124906A; CN105048964B

Abstract

In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform umfasst eine schaltbare Kapazität eine Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen, von denen jede eine Kapazitätsschaltung mit einer Kapazität zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung aufweist und eine Halbleiterschalterschaltung mit einem ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss der Kapazitätsschaltung gekoppelt ist, eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz(HF)-Schaltzellen mit einem Lastpfad und einem gemeinsamen Knoten. Jede aus der Vielzahl von in Reihe geschalteten HF-Schaltzellen umfasst einen Schalttransistor und einen Gate-Widerstand mit einem ersten Ende, das mit einem Gate des Schalttransistors gekoppelt ist und einem zweiten Ende, das mit einem Steuerknoten gekoppelt ist. Die schaltbare Kapazitätsschaltung beinhaltet auch einen Widerstandsschaltkreis, der ein erstes Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das mit einem Steuerknoten gekoppelt ist, aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine elektronische Vorrichtung und genauer ein System und ein Verfahren für eine schaltbare Kapazität.
Hintergrund
Abstimmbare Passiv-Elemente, wie Kondensatoren und Induktivitäten, werden in einer Vielzahl von Hochfrequenz(HF)-Schaltungen verwendet, um einstellbare Anpassungsnetzwerke für Antennen und Leistungsverstärker zu implementieren und um ein einstellbares Abstimmen für Hochfrequenzfilter bereitzustellen. Aufgrund des hohen Bedarfs und der Herstellung von tragbaren Vorrichtungen wie abstimmbare Passiv-Elemente können in Produkten wie Mobiltelefonen, Smartphones und tragbaren Computern gefunden werden. Ein Bereitstellen eines Abstimmens für HF-Schaltungen in solchen Produkten ermöglicht es, dass diese Produkte eine Hochleistungs-HF-Übertragung und -Empfang unter einer Vielzahl von HF-Bedingungen bereitstellen können. Ein programmierbares Abstimmen ist ebenfalls in HF-Vorrichtungen hilfreich, die konfiguriert sind, über verschiedene HF-Bänder zu arbeiten und/oder die konfiguriert sind, unter Verwendung verschiedener Standards zu arbeiten.
Abstimmbare Kondensatoren können auf eine Reihe von Arten implementiert werden. Beispielsweise kann ein spannungsgesteuerter Kondensator verwendet werden, um eine variable Kapazität bereitzustellen. Eine solche variable Kapazität kann unter Verwendung eines in Sperrrichtung vorgespannten Diodenübergangs mit einer Kapazität implementiert werden, die umgekehrt proportional zu der beaufschlagten Sperrvorspannung ist. Eine andere Möglichkeit, auf die eine abstimmbare Kapazität implementiert werden kann, ist die Verwendung einer Anordnung von schaltbaren Kondensatoren, deren verschiedene Elemente entweder über steuerbare Schalter verbunden oder getrennt werden. Eine Herausforderung bei der Konstruktion eines schaltbaren Kondensators ist der Umgang mit den Auswirkungen einer parasitären Kapazität von Transistoren, die verwendet werden, um die Schalter umzusetzen. Solche parasitären Kapazitäten, die mit den Schalttransistoren in Zusammenhang stehen, können eine zusätzliche Kapazität zu der schaltbaren Kapazität hinzufügen, die die Genauigkeit der Schaltung verringern und/oder die parasitäre Last erhöhen kann.
Es ist daher eine Aufgabe, verbesserte Möglichkeiten für abstimmbare Kapazitäten bereitzustellen.
Kurzzusammenfassung
Es werden eine schaltbare Kapazitätsschaltung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 12 sowie eine abstimmbare Hochfrequenz-Schaltung nach Anspruch 18 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform umfasst eine schaltbare Kapazitätsschaltung eine Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen, von denen jede eine Kapazitätsschaltung mit einer Kapazität zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung aufweist und eine Halbleiterschalterschaltung, die einen ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss der Kapazitätsschaltung verbunden ist, eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz(HF)-Schaltzellen mit einem Lastpfad und einen gemeinsamen Knoten umfasst. Jede aus der Vielzahl von in Reihe geschalteten HF-Schaltzellen weist einen Schaltransistor und einen Gate-Widerstand mit einem ersten Ende auf, das mit einem Gate des Schalttransistors verbunden ist und einem zweiten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten verbunden ist. Die schaltbare Kapazitätsschaltung umfasst ebenfalls eine Widerstandsschaltung mit einem ersten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten verbunden ist und einem zweiten Ende, das mit einem Steuerknoten verbunden ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und den Vorteilen davon wird nunmehr auf die nachfolgenden Beschreibungen Bezug genommen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen entstanden sind, in denen:
1a–c konventionelle Schaltkondensatorschaltungen zeigt;
2 eine Ausführungsform einer Schaltkondensatorschaltung zeigt;
3 eine weitere Ausführungsform einer Schaltkondensatorschaltung zeigt;
4 ein Nacktchip-Foto einer Ausführungsform einer Schaltkondensatorschaltung zeigt;
5a–b Smith-Diagramme darstellen, die das Leistungsverhalten einer Ausführungsform einer Schaltkondensatorschaltung zeigen;
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens einer Ausführungsform zeigt;
7a–b HF-Systeme gemäß einer Ausführungsform zeigen; und
8 eine Ausführungsform einer HF-Schaltung zeigt.
Entsprechende Ziffern und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Bauteile, sofern nicht anders angegeben. Die Figuren sind bereitgestellt, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen klar darzustellen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Um bestimmte Ausführungsformen noch genauer darzustellen, kann auf eine Ziffer einer Figur ein Buchstabe folgen, der Variationen derselben Struktur, des Materials oder des Verarbeitungsschritts angibt.
Detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
Die Herstellung und die Verwendung der vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen werden nachstehend genau besprochen. Es gilt jedoch anzuerkennen, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte bereitstellt, die in einer großen Vielzahl von speziellen Kontexten ausgeführt werden können. Die besprochenen speziellen Ausführungsformen sind nur Beispiele für spezielle Möglichkeiten, die Erfindung herzustellen und zu verwenden und beschränken den Schutzumfang der Erfindung nicht.
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen in einem speziellen Kontext beschrieben, ein System und ein Verfahren für eine schaltbare Kapazität, die in HF-Schaltungen verwendet werden kann, um ein Abstimmen für Antennen, Anpassungsnetzwerke und Filter bereitzustellen. Die Erfindung kann auch auf andere Systeme und Anwendungen, einschließlich anderer Schaltungen angewandt werden, die eine programmierbare Kapazität wie digital abstimmbare Oszillatoren verwenden, um einen großen Ausgangsfrequenzbereich zu ermöglichen und die Ladungspumpen verwenden, um einen variablen Frequenzbetrieb zu ermöglichen.
In Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst eine schaltbare Kapazitätsschaltung eine Vielzahl von Kondensatoren, die mit zugehörigen Schaltern in Reihe geschaltet sind, die unter Verwendung der in Reihe geschalteten Schalttransistoren implementiert werden. Jedem Schalttransistor ist ein Gate-Widerstand zugeordnet, der mit seinem Gate und einem gemeinsamen Knoten in Reihe geschaltet ist, und ein weiterer Widerstand ist zwischen den gemeinsamen Knoten und einer Treiberschaltung gekoppelt. Dieser weitere Widerstand kann konfiguriert sein, die Auswirkung einer Last aus einer Kombination von parasitären Kapazitäten der in Reihe geschalteten Schalttransistoren und parasitären Kapazitäten der Gate-Widerstände zu reduzieren. Darüber hinaus können die gemeinsamen Widerstände dimensioniert werden, um die Einschalt- und Ausschalt-Zeitkonstanten jedes Zweigs der schaltbaren Kapazitätsschaltung zu steuern.
1a zeigt eine konventionelle digital abstimmbare Kondensatorschaltung 100, die binär gewichtete Kondensatoren 104, 106, 108, 110 und 112 umfasst, von denen jeder mit Reihenschaltern 120, 122, 124, 126 bzw. 128 verbunden ist. Die Werte von Kondensatoren 104, 106, 108, 110 und 112 sind 8 pF, 4 pF, 2 pF, 1 pF bzw. 0,5 pF. Jeder der Kondensatoren 104, 106, 108, 110 und 112 sind mit Ausgangskontaktstelle 102 sowie mit elektrostatischem Entladungs-(ESD)Schutztransistor 113 verbunden. Das Ausmaß der Kapazität, das an Ausgangskontaktstelle 102 gesehen wird, ist unter Verwendung der digitalen Signale D4, D3, D2, D1 und D0 steuerbar. Falls sich Signal D3 beispielsweise auf einem Logikhoch befindet, wodurch Reihenschalter 122 und Signale D4, D2, D1 und D0 eingeschaltet werden, oder auf einem Tief befindet, wodurch Reihenschalter 120, 124, 126 und 128 abgeschaltet werden, dann beträgt die Kapazitätslast, die an Ausgangskontaktstelle 102 gesehen wird, etwa 4 pF. Ähnlich dazu beträgt die Last, die an der Ausgangskontaktstelle 102 gesehen wird, falls alle Signale D3, D2, D1 und D0 auf einem Logikhoch sind, etwa 15,5 pF.
Viele Systeme, die digital abstimmbare Kondensatoren verwenden, können höheren Spannungen an dem digital abstimmbaren Kondensator ausgesetzt sein. Ein Beispiel dafür ist die Antennenschnittstelle eines Mobiltelefons. Beispielsweise kann der Übertragungsleistungsverstärker des Mobiltelefons am Ausgang etwa 35 dBm Leistung in eine nominale Impedanz von 50 Ohm erreichen, was einer Spannung von etwa 18 V entspricht. An der Antennenschnittstelle können jedoch Impedanzen auftreten, die 50 Ohm weit überschreiten, wodurch Übergangsspannungen im Bereich von 50 V bis 60 V entstehen können. Da Vorrichtungen in vielen Halbleiterprozessen nur dann in der Lage sind, Spannungen im Bereich von 10 V standzuhalten, wird ein Stapeln der Vorrichtung verwendet, um einen Ausfall der Vorrichtung und deren Zerstörung zu vermeiden. Wie dargestellt wird jeder der Kondensatoren 104, 106, 108, 110 und 112 unter Verwendung einer Reihenkombination aus Kondensatoren implementiert. Ähnlich dazu werden Reihenschalter 120, 122, 124, 126 und 128 unter Verwendung von in Reihe geschalteten Transistoren 116 implementiert, von denen jeder einen Widerstand 118 aufweist, der mit seinem Gate in Reihe geschaltet ist. Widerstände 118 erhalten die Gate-Impedanz hoch genug, um die HF-Impedanz der Kondensator-Schalter-Kombination nicht zu beeinflussen.
Ein wichtiger Gütefaktor für einen Kondensator ist der Q-Faktor, der wie folgt definiert ist:
wobei Z die Kompleximpedanz des kapazitiven Elements ist, Im(Z) der Imaginärteil der Impedanz ist und Re(Z) der Realteil der Impedanz ist. Falls ein Kondensator mit einem Schalter in Reihe geschaltet ist, kann die folgende Annäherung angenommen werden:
worin C der Wert der Kapazität ist, Ran der An-Widerstand des Schalters ist und ω die Kreisfrequenz ist. Deshalb kann das Q des Kondensators wie folgt ausgedrückt werden:
Wie oben hervorgeht, verbessert sich der Q-Faktor wenn C oder Ran abnehmen. Je mehr in Reihe geschaltete Vorrichtungen es deshalb gibt, desto niedriger ist der Q-Faktor. Dementsprechend nimmt der entsprechende Ran ab, wenn die Kapazität und die Frequenz ansteigen, um einen gegebenen Q-Faktor aufrecht zu erhalten. Jedoch können die entsprechenden niedrigeren Überlagerungskapazitäten in manchen Fällen ansteigen, wenn eine Breite eines Transistors vergrößert wird, um den Ran zu senken. Die obige Gleichung zeigt weiters, dass Ran und die Transistorbreite mit der Kapazität skaliert werden können, um einen von der Kapazität unabhängigen „glatten Frequenzgang“ des Q-Faktors für alle möglichen Schaltkombinationen zu erreichen.
1b zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften HF-Schalters 130, der mit verschiedenen parasitären Elementen versehen wurde und der mit dem entsprechenden Treiber 127 verbunden ist. Wie dargestellt, umfasst Schalter 130 Reihen-MSW mit parasitären Gate-Drain-Kapazitäten Cgs und Gate-Source-Kapazitäten Cgs. Wenn der Schalter 130 ausgeschaltet ist, verbreitet die Reihenkombination aus parasitären Kapazitäten Cgs und Cgd das HF-Signal, das auf dem Eingangsknoten Ein1 oder auf dem Ausgangsknoten Aus vorhanden ist, homogen über Transistoren MSW. Um eine Verzerrung des RD-Signals zu verhindern, kann der Widerstand von RGATE und RDS hoch genug ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass Kapazitäten Cgs und Cgd als in Reihe geschaltete Kapazitäten auftreten, um eine parasitäre Last an Eingangsknoten Ein1 und Ausgangsknoten Aus zu verhindern. Beispielhafte Werte für RGATE und RDS sind 400 kΩ bzw. 400 kΩ; jedoch können auch andere Werte verwendet werden. Unter nichtidealen Bedingungen, kann das Ausmaß der Isolation, die durch die Widerstände RGATE erzielt wird, durch die parasitäre Kapazität Cbp, die den Widerständen RGATE und by und der Shuntkapazität von Widerstand RDS, die durch Kapazität Cp dargestellt wird, zugeordnet ist, beschränkt.
Parasitäre Kapazitäten Cbp und Cp können aus Nichtidealitäten der physikalischen Implementierung von Widerstand RGATE resultieren. Wenn Widerstand RGATE und/oder RDS beispielsweise unter Verwendung von Polysilizium auf dem Substrat angeordnet wird, kommt es zu einem kleinen Wert einer Bypass-Kapazität. Beispielsweise kann ein 400-kΩ-Widerstand, abhängig von der jeweiligen Widerstandsauslegung, eine 2-fF-Bypass-Kapazität aufweisen. Bei 1 GHz entspricht eine 2fF-Kapazität einer kapazitativen Impedanz von 80 kΩ, wodurch die gesamte effektive Impedanz von RGATE bei 1 GHz verringert wird. Es gilt anzuerkennen, dass dies nur ein bestimmtes Beispiel eines physikalischen Widerstands ist. Andere Ausführungsformen von Widerständen können andere Widerstandswerte und/oder andere parasitäre Kapazitäten, die ihnen zugeordnet sind, aufweisen.
Wenn mehrere Transistoren gestapelt werden, wird der Effekt der parasitären Kapazität von Widerstand RGATE auf die Isolation der Vorrichtung weiter verschärft. In einer Ausführungsform werden beispielsweise 40 Transistoren in einer Reihenkonfiguration in einer 1,5-V-Technologie gestapelt, um HF-Spannungsschwankungen von etwa 60 V ausgleichen zu können. Jeder dieser 40 Transistoren weist einen ihm zugeordneten Gate-Widerstand auf. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, verringert die Parallel-Kombination aus 40 Gate-Widerständen zusammen mit deren zugeordneter parasitärer Kapazität die wirksame Impedanz, die das Gate der Transistoren isoliert, wenn die Transistoren ausgeschaltet sind. In Bezug auf das vorangegangene Beispiel, führt ein Stapeln von 40 Vorrichtungen, von denen jede einen zugeordneten 400-kΩ-Widerstand mit 2 fF einer parasitären Kapazität aufweist, zu einer wirksamen Impedanz einer ohmschen 20-kΩ-Impedanz, die mit einer kapazitiven 2-kΩ-Impedanz parallel geschaltet ist, was nur eine sehr geringe Gate-Isolation hervorbringt, wenn die Schalttransistoren abgeschaltet sind.
Treiber vom Wechselrichtertyp wie Treiber 127, die Transistoren 140 und 142 verwenden, stellen eine sehr geringe Impedanz an den Gates von Transistoren MSW von Schalter 130 bereit. In manchen Ausführungen kann diese geringe Impedanz als eine HF-Masse auftreten. Wenn darüber hinaus die parasitären Kapazitäten Cgs und Cgs mit einer geringen Impedanz beaufschlagt werden, wird die parasitäre Kapazität, die an Eingangsknoten Ein1 und Ausgangsknoten Aus gesehen wird, aufgrund des Effekts der parasitären Kapazität Cbp, die parallel dazu hinzugefügt wird, weiter erhöht. Die parasitäre Kapazität, die an Eingangsknoten Ein1 und Ausgangsknoten Aus gesehen wird, erhöht sich, wenn mehrere Transistoren gestapelt werden und wenn die Breiten von Transistoren MSW erhöht werden. Somit wird der RON*-Caus-Gütefaktor, der häufig für HF-Schalter verwendet wird, vermindert, da Cbp die Impedanz des Gate-Widerstands RGATE verringert.
Mit ansteigender Frequenz nimmt die Impedanz von Gate-Widerständen RGATE aufgrund der parasitären Kapazitäten Cbp ab und verursacht eine kapazitive Kopplung zwischen Schnittstellenknoten Ein1 und Aus von Schalter 130 und dem Steuerausgang von Treiber 127, was eine HF-Masse sein kann. In einem solchen Fall wird eine parasitäre Parallelkapazität durch Cgs/Cgs und Cbp gebildet, die eine parasitäre Parallel-/Shunt-Kapazität zu der einstellbaren Kapazitätsschaltung hinzufügt. Diese zusätzliche parasitäre Kapazität kann in manchen Fällen eine Veränderung der Topologie einer HF-Anpassungsschaltung erfordern. Eine solche Veränderung kann z.B. zusätzliche Komponenten umfassen.
1c zeigt Schalter 132, in dem Widerstände RDS parallel zu den Source/Drain-Verbindungen von Transistoren MSW, anstelle eines Koppelns einer Source/Drain-Verbindung mit Masse, geschaltet sind. Der Wert von RDS kann sich in diesem Fall in dem Bereich zwischen etwa 20 kΩ und etwa 40 kΩ befinden; jedoch können auch andere Werte außerhalb dieses Bereichs verwendet werden, abhängig von der jeweiligen Anwendung und ihren Anforderungen. Wiederum wird die parasitäre Shuntkapazität jedes Gate-Widerstands RGATE durch Kapazität Cbp dargestellt, und die Parallelkapazität von Widerstand RDS wird durch Kapazität Cp dargestellt. In einer solchen Schaltung werden die Source-/Drain-Verbindungen an Masse über einen zusätzlichen Widerstand (nicht dargestellt), der mit Masse gekoppelt ist oder der über einen Schaltereingang mit Masse gekoppelt ist, vorgespannt.
2 zeigt eine Ausführungsform einer abstimmbaren Kondensatorschaltung 200, die binär gewichtete Kondensatoren 104, 106, 108, 110 und 112 umfasst, wovon jeder mit Schaltern 220, 222, 224, 226 bzw. 228 in Reihe geschaltet ist. Basierend auf dem Zustand von digitalem Eingangsbus DIG, erzeugt Steuereinheit 204 Steuersignale D4, D3, D2, D1 und D0, die den Wert der Kapazität, die an Ausgangskontaktstelle 102 gesehen wird, steuern. Die Steuereinheit 204 kann eine Reihenschnittstelle umfassen, die mit dem digitalen Bus DIG verbunden ist, der z.B. unter Verwendung einer SPI-Schnittstelle, einer I2C-Schnittstelle, MIPI/RFFE oder einer anderen Reihenschnittstelle, die auf dem Gebiet bekannt ist, implementiert werden kann. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann Steuereinheit 204 unter Verwendung einer parallelen Schnittstelle implementiert werden. Steuereinheit 204 kann die Signale D4, D3, D2, D1 und D0 unter Verwendung von digitalen Schaltungsanordnungen, die auf dem Gebiet bekannt sind, wie einem Entschlüssler oder einer Verweistabelle, bestimmen. In manchen Ausführungsformen kann das Leistungsverhalten von Steuereinheit 204 unter Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers, Sicherungen, maskenprogrammierbarem Speicher oder anderen Programmierschaltungen und auf dem Gebiet bekannten Verfahren programmierbar sein.
Wie dargestellt, umfassen Reihenschalter 220, 222, 224, 226 und 228 jeweils einen gemeinsamen Widerstand 202, der zwischen jeweilige Steuersignale (D4, D3, D2, D1 und D0) und Gate-Widerständen 118 gekoppelt sind. Das Hinzufügen dieses Widerstands erzeugt eine höhere Impedanz in Reihe mit der parasitären Shuntkapazität, die den Widerständen 118 zugeordnet ist, wodurch die parasitäre kapazitive Last auf die abstimmbare Kondensatorschaltung 200 verringert wird. Wie dargestellt, werden Transistoren 116 unter Verwendung von NMOS-Vorrichtungen implementiert, jedoch können Transistoren 116 unter Verwendung einer PMOS-Vorrichtung oder eines anderen Transistortyps in einem CMOS-Bulk, CMOS-SOI unter Verwendung von Think- oder Dickfilm-Silizium auf einem Isolator (SOI), GaAs-HEMTs oder einer anderen FET-Transistortyp-Technologie ausgeführt werden. In manchen Fällen können auch PIN-Dioden verwendet werden. Die Kondensatoren innerhalb der Kapazitäten 104, 106, 108, 110 und 112 können unter Verwendung von Metall-Isolator-Metall-(MIM)Kondensatoren ausgeführt werden und können eine Vielzahl von Kondensatoren umfassen, die in Reihe geschaltet sind. In alternativen Ausführungsformen kann ein einziger Kondensator verwendet werden, z.B. in Ausführungsformen, in denen ein einzelner Kondensator dem maximal beaufschlagten Wechselspannungshub standhalten kann.
In einer speziellen Ausführungsform beträgt der Wert von Widerständen 118 etwa 100 kΩ, und der Wert der gemeinsamen Widerstände 202 beträgt 10 kΩ für Reihenschalter 220, verbunden mit 8-pF-Kondensator 104, 20 kΩ für Reihenschalter 222, verbunden mit 4-pF-Kondensator 106, 40 kΩ für Reihenschalter 224, verbunden mit 2-pF-Kondensator 108, 80 kΩ für Reihenschalter 226, verbunden mit 1-pF-Kondensator 110 und 160 kΩ für Reihenschalter 228, verbunden mit 0,5-pF-Kondensator 112. Durch Skalieren des Widerstands der gemeinsamen Widerstände 202 als umgekehrt proportional zu jedem entsprechenden Kondensator, kann die RC-Zeitkonstante der Schaltzeit für jeden Zweig im Wesentlichen konstant gehalten werden. Wie ferner in 2 dargestellt ist, ist die Breite der Transistoren, die zum Schalten der Transistoren 116 verwendet wird, proportional zu jedem entsprechenden Kondensator. Beispielsweise wird eine 20-mm-Transistorbreite in Schalter 220 verwendet, eine 10-mm-Breite wird in Reihenschalter 222 verwendet, eine 5-mm-Breite wird in Reihenschalter 224 verwendet, eine 2,5-mm-Breite wird in Reihenschalter 226 verwendet und eine 1,25-mm-Breite wird in Schalter 228 verwendet. Alternativ dazu können auch andere Breiten verwendet werden.
Es gilt anzuerkennen, dass die Topologie der abstimmbaren Kondensatorschaltung 200, die in 2 dargestellt ist, sowie dessen Komponentenwerte, die Anzahl der Zweige, die Transistorbreiten und die Steuereinheit nur ein Beispiel für viele Ausführungen von abstimmbaren Kondensatorschaltungen sind. In alternativen Ausführungsformen kann die abstimmbare Kondensatorschaltung andere Kapazitäts- und Widerstandswerte, eine andere Anzahl von Zweigen, andere Kondensatorimplementierungen und anderen Topologien aufweisen. Beispielsweise können Ausführungsformen von abstimmbaren Kondensatorschaltungen ferner Schaltungen und Verfahren miteinbeziehen, die in US-Patentanmeldung Nr. 13/894.096 mit dem Titel „System and Method for a Switchable Capacitance,“ eingereicht am 14. Mai 2013, beschrieben wurden und deren Anmeldung hierin zur Gänze durch Verweis aufgenommen wurde.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Schalterschaltung mit N-Reihentransistoren, Gate-Widerständen R_G1, die zwischen die Gates der Reihentransistoren und einen gemeinsamen Knoten gekoppelt sind, und gemeinsamem Widerstand R_G2, der zwischen den gemeinsamen Knoten und eine Spannungsquelle gekoppelt ist, die Spannung U_O erzeugt. Wie dargestellt wird Strom i, der von der Spannungsquelle erzeugt wird, durch N unter den N-Reihentransistoren aufgeteilt und wird verwendet, um die Gate-Source-Kapazität C_GS jedes Reihentransistors zu laden. Spannung u_C wird zwischen dem Gate und der Source jedes Reihentransistors erzeugt. Ein Ausdruck für die Zeitkonstante τ der Gate-Ladungszeit der Reihentransistoren kann wie folgt abgeleitet werden:
Unter
Verwendung der obigen Gleichung für Zeitkonstante τ und dem Verhältnis, dass die Gate-Source-Kapazität C_GS eines Transistors proportional zu der Breite des Transistors ist, kann ein Wert für R_G2 für ein gegebenes N, R_G1, C_GS und Zeitkonstante τ wie folgt bestimmt werden:
In manchen Ausführungsformen wird R_G2 so groß wie möglich gemacht, um dieselbe Zeitkonstante τ zu erhalten. Alternativ dazu kann dieser berechnete Wert für R_G2 als ein Maximalwert behandelt werden. In manchen Ausführungsformen wird die Schaltzeit für jeden Kondensator-Schaltzweig gemäß des obigen Ausdrucks als dieselbe festgelegt.
4 zeigt ein Nacktchip-Foto einer Ausführungsform einer integrierten Schaltung (IC) 400 mit abstimmbarem 6-Bit-Kondensator. Wie dargestellt weist ein abstimmbarer Kondensator 410, der durch ein Kondensatorsymbol dargestellt wird, eine erste Elektrode, die mit Stiften 402 und 404 verbunden sind und eine zweite Elektrode auf, die mit Stiften 406 und 408 verbunden ist. In einer Ausführungsform kann Kondensator 410 programmiert sein, Kapazitätswerte zwischen etwa 0,5 pF und etwa 5 pF zu erreichen. Es gilt anzuerkennen, dass in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, Kondensator 410 konfiguriert sein kann, Kapazitätswerte unter 0,5 pF und höher als 5 pF zu erzielen. Darüber hinaus können, während die Verbindungen mit der IC 400 als Lötkugeln dargestellt sind, auch andere Arten von Gehäuse- und Nacktchipverbindungen, die auf dem Gebiet bekannt sind, verwendet werden.
5a und 5b zeigen Smith-Diagramme, die die Impedanz von schaltbaren Kondensatorschaltungen in verschiedenen Kondensatoreinstellungen zeigen. 5a zeigt ein Smith-Diagramm einer Schaltung, in der der gemeinsame Widerstand R_G2 ausgelassen wurde. Linie 504 stellt eine Ortskurve dar und Linie 502 stellt eine ideale schaltbare Kondensatorschaltung dar. Markierung m4 stellt eine kleine Kapazitätseinstellung dar, wie 0,5 pF, und Markierung m3 stellt eine große Kapazitätseinstellung dar, wie 5 pF. Wie dargestellt, weicht Linie 504 von der Idealkapazität, die durch Linie 502 dargestellt ist, ab. Insbesondere ist der Realteil der Impedanz weniger als ein normalisierter Widerstand von 1. Beispielsweise ist der Realteil der normalisierten Impedanz bei der minimalen Kapazitätseinstellung etwa 0,615, während der Realteil der normalisierten Impedanz bei der maximalen Kapazitätseinstellung bei etwa 0,410 liegt.
5b zeigt ein Smith-Diagramm einer Schaltung, in der gemeinsamer Widerstand R_G2 gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird. Linie 506 stellt eine Ortskurve dar, und Linie 502 stellt eine ideale schaltbare Kondensatorschaltung dar. Wie dargestellt, weist Linie 506 weniger Abweichung von der Idealkapazität auf, die durch Linie 502 angegeben ist, als Linie 504 in 5a. Insbesondere ist der Realteil der Impedanz in dem Beispiel aus 5a näher an einem normalisierten Widerstand von 1 als das Beispiel aus 5a. Beispielsweise beträgt der Realteil der normalisierten Impedanz etwa 0,830 bei der minimalen Kapazitätseinstellung, während der Realteil der normalisierten Impedanz bei der maximalen Kapazitätseinstellung etwa 1,075 beträgt, was näher an einer normalisierten echten Impedanz von 1 ist als Linie 504 aus 5a. Es gilt anzuerkennen, dass das Beispiel aus 5b das Leistungsverhalten einer speziellen beispielhaften Ausführungsform darstellt. Andere Ausführungsformen können sich anders verhalten.
6 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 600, das eine schaltbare Kapazitätsschaltung betreibt. In Schritt 602 wird eine Lastkapazität einer Ausführungsform einer schaltbaren Kapazitätsschaltung durch Einschalten von zumindest einer aus einer Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen erhöht. Eine solche Ausführungsform einer schaltbaren Kapazitätsschaltung kann eine Halbleiterschalterschaltung mit einem gemeinsamen Widerstand, der mit jeweiligen Gate-Widerständen aus einer Vielzahl von Reihenschalttransistoren verbunden ist, umfassen. Das Einschalten von zumindest einer aus einer Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen kann z.B. ein Aktivieren der Halbleiterschalterschaltung von zumindest einer aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen umfassen. Danach wird die Lastkapazität in Schritt 604 durch Abschalten verringert, was z.B. ein Deaktivieren der Halbleiterschalterschaltung von zumindest einer aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen umfassen kann.
7a–b zeigen Beispiele dafür, wie eine Ausführungsform von schaltbaren Kapazitätsschaltungen mit Antennen verbunden werden kann. Wie in 7a dargestellt, umfasst System- 700 Schaltung 702 eine Ausführungsform einer schaltbaren Kapazitätsschaltung 704, die mit Antenne 706 verbunden ist. In einer Ausführungsform kann die schaltbare Kapazitätsschaltung 704 so eingestellt werden, dass sie an der Antenne 706 eine Anpassung bereitstellt.
7b zeigt System 720, das eine flache Inversions-F-(PIFA) Antenne 722, verbunden mit Schaltung 724 umfasst, die eine Ausführungsform einer schaltbaren Kapazitätsschaltung 726 umfasst. In einer Ausführungsform kann die schaltbare Kapazitätsschaltung 726 so eingestellt werden, um eine Anpassung zum Abstimmen der PIFA-Antenne 720 bereitzustellen.
8 zeigt eine Ausführungsform einer integrierten Schaltung 800, die eine Ausführungsform einer schaltbaren Kapazitätsschaltung 814 umfasst, die zwischen Stift C+ und C– gekoppelt ist. Treiber 812 stellen Steuersignale innerhalb der schaltbaren Kapazitätsschaltung 814 bereit. Der Zustand dieser Steuersignale kann unter Verwendung von Steuereinheit 810 eingestellt werden, die z.B. unter Verwendung eines MIPI, eines RFEE oder einer anderen Art einer Reihensteuereinheit implementiert werden kann. Kapazitätseinstellungen können unter Verwendung von Schnittstellenstiften S_DATA, S_CLOCK und VIO in die Steuereinheit 810 eingegeben werden, und elektrostatische Entladungs-(ESD)Schaltung 806 stellt ESD-Schutz für eine mit diesen Schnittstellenstiften gekoppelte Schaltung bereit. Eine weitere elektrostatische Entladungs-(ESD) Schaltung 816 ist ebenfalls beinhaltet, um ESD-Schutz für die schaltbare Kapazität 814 bereitzustellen. Spannungsregler 802 und Ladungspumpe 802 stellen die erforderlichen Spannungspegel bereit, um die Treiber 812 zu betreiben. Wie dargestellt, stellt Spannungsregler 802 eine positive Versorgung bereit, auf der Treiber 812 positive Steuersignalpegel basiert, und Ladungspumpe 804 erzeugt eine negative Versorgung, auf der Treiber 812 negative Steuersignalpegel basiert. Ladungspumpe 804 kann ferner einen Vorspannpegel für ein Substrat von integrierter Schaltung 800 erzeugen. Es gilt anzuerkennen, dass integrierte Schaltung 800 nur ein Beispiel von vielen möglichen Schaltungsausführungen einer Ausführungsform von schaltbaren Kapazitätsschaltungen ist.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform umfasst eine schaltbare Kapazitätsschaltung eine Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen, von denen jede eine Kapazitätsschaltung mit einer Kapazität zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung und eine Halbleiterschalterschaltung mit einem ersten Anschluss, verbunden mit dem ersten Anschluss der Kapazitätsschaltung, eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz(HF)-Schaltzellen mit einem Lastpfad und einem gemeinsamen Knoten umfasst. Jede aus der Vielzahl von in Reihe geschalteten HF-Schaltzellen weist einen Schalttransistor und einen Gate-Widerstand mit einem ersten Ende, das mit einem Gate des Schalttransistors verbunden ist und einem zweiten Ende auf, das mit dem gemeinsamen Knoten verbunden ist. Die schaltbare Kapazitätsschaltung umfasst ebenfalls eine Widerstandsschaltung mit einem ersten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten verbunden ist und einem zweiten Ende, das mit einem Steuerknoten verbunden ist, worin die Widerstandsschaltung einen Widerstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende umfasst. Der zweite Anschluss jeder Kapazitätsschaltung aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen kann mit demselben Knoten gekoppelt sein, und ein zweiter Anschluss der Halbleiterschalterschaltung von jeder aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen kann mit Masse gekoppelt sein.
In einer Ausführungsform ist ein Wert des Widerstands der Widerstandsschaltung umgekehrt proportional zu einem Wert der Kapazität der Kapazitätsschaltung aus der Vielzahl von Schaltkapazitätszellen. Darüber hinaus kann sich ein Wert der Kapazität der Kapazitätsschaltung einer ersten aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen von einem Wert der Kapazität einer zweiten aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen unterscheiden. In manchen Ausführungsformen ist ein Wert des Widerstands der Widerstandsschaltung umgekehrt proportional zu dem Wert der Kapazität der Kapazitätsschaltung in der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen.
In einer Ausführungsform umfasst die Widerstandsschaltung einen Widerstand, der zwischen das erste Ende und das zweite Ende der Widerstandsschaltung gekoppelt ist, und die Kapazitätsschaltung umfasst einen Kondensator, der zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung gekoppelt ist. Der Kondensator kann eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Kondensatoren umfassen. In manchen Ausführungsformen weist der Widerstand einen Wert auf, der im Wesentlichen gleich eines Werts des Widerstands zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Widerstandsschaltung ist, und der Kondensator weist einen Wert auf, der im Wesentlichen gleich eines Werts der Kapazität zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung ist. Werte der Kapazität der Kapazitätsschaltung aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen können binär gewichtet sein.
In einer Ausführungsform kann die schaltbare Kapazitätsschaltung ferner eine Steuerschaltung mit einer Vielzahl von Ausgängen umfassen, die mit den entsprechenden Steuerknoten aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen verbunden sind. In manchen Ausführungsformen wird ein Wert des Widerstands jeder Widerstandsschaltung aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen so ausgewählt, dass jede aus der Vielzahl der Kapazitätsschaltzellen eine im Wesentlichen einheitliche Schaltzeit aufweist.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer schaltbaren Kapazitätsschaltung ein Erhöhen der Lastkapazität der schaltbaren Kapazitätsschaltung durch Einschalten von zumindest einer aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen. Ein Einschalten umfasst ein Aktivieren der Halbleiterschalterschaltung von zumindest einer aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen. Das Verfahren umfasst ferner ein Verringern der Lastkapazität der schaltbaren Kapazitätsschaltung durch Ausschalten zumindest einer aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen, wobei ein Ausschalten ein Deaktivieren der Halbleiterschalterschaltung von zumindest einer aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen umfasst. Jede aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen umfasst z.B. eine Kapazitätsschaltung mit einer Kapazität zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung und eine Halbleiterschalterschaltung. Die Halbleiterschalterschaltung umfasst einen ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss der Kapazitätsschaltung verbunden ist, eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz(HF)-Schaltzellen mit einem Lastpfad und einem gemeinsamen Knoten und eine Widerstandsschaltung. Jede aus der Vielzahl von in Reihe geschalteten HF-Schaltzellen umfasst einen Schalttransistor und einen Gate-Widerstand mit einem ersten Ende, das mit einem Gate des Schalttransistors verbunden ist und einem zweiten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten verbunden ist. Die Widerstandsschaltung weist ein erstes Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten verbunden ist und ein zweites Ende auf, das mit einem Steuerknoten verbunden ist, worin die Widerstandsschaltung einen Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten Ende umfasst.
In einer Ausführungsform umfasst ein Aktiveren der ersten Halbleiterschalterschaltung der zumindest einen aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen ein Aktivieren der Vielzahl von in Reihe geschalteten HF-Schaltzellen von zumindest einer aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen über den Steuerknoten. Ein Wert des Widerstands der Widerstandsschaltung kann umgekehrt proportional zu einem Wert der Kapazität der Kapazitätsschaltung aus der Vielzahl von Schaltkapazitätszellen sein.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Beaufschlagen einer schaltbaren Kapazitätsschaltung mit einem HF-Signal. Das Verfahren kann ferner ein Koppeln der schaltbaren Kapazitätsschaltung mit einer Antenne und das Abstimmen der Antenne durch Erhöhen und Verringern der Lastkapazität der schaltbaren Kapazitätsladung umfassen. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Empfangen eines Befehls von einer digitalen Schnittstelle und ein Entschlüsseln des Befehls. Ein Erhöhen und Verringern der Lastkapazität kann ferner ein selektives Aktivieren der ersten Halbleiterschalterschaltung aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen gemäß dem entschlüsselten Befehl umfassen.
In Übereinstimmung mit weiteren Ausführungsformen umfasst eine abstimmbare Hochfrequenz(HF)-Schaltung ein Halbleitersubstrat und eine Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet sind. Jede Kapazitätsschaltzelle umfasst einen Kondensator, der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss gekoppelt ist und eine Halbleiterschalterschaltung mit einem ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss der Kapazitätsschaltung verbunden ist, einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz(HF)-Schaltzellen und einem gemeinsamen Widerstand. Die Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz(HF)-Schaltzellen umfasst jeweils einen Schalttransistor und einen Gate-Widerstand mit einem ersten Ende, das mit einem Gate des Schalttransistors verbunden ist und einem zweiten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten verbunden ist. Der gemeinsame Widerstand weist ein erstes Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten verbunden ist und ein zweites Ende, das mit einem Steuerknoten verbunden ist, auf.
In einer Ausführungsform ist eine Kapazität des Kondensators umgekehrt proportional zu einem Widerstand des gemeinsamen Widerstands. In einem Beispiel sind Werte der Kondensatoren der Kapazitätsschaltung aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen binär gewichtet. Der Schalttransistor kann unter Verwendung eines MOSFET-Transistors implementiert werden. In manchen Fällen ist die Gate-Breite des MOSFET umgekehrt proportional zu einer Kapazität des Kondensators. Dieser Kondensator kann z.B. einen Metall-Isolator-Metall-(MIM) Kondensator umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst die abstimmbare HF-Schaltung ferner eine Treiberschaltung, die mit den Steuerknoten aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen verbunden ist und kann ferner zumindest eines aus einer Ladungspumpe und einem Spannungsregler, verbunden mit der Treiberschaltung, umfassen. Die Treiberschaltung, die Ladungspumpe und/oder der Spannungsregler können ebenfalls auf dem Halbleitersubstrat angeordnet sein.
Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Möglichkeit, eine schaltbare Kapazitätsschaltung mit einer genaueren Kapazität aufgrund der Reduktion einer parasitären Belastung von Kapazitäten, die Widerständen zugeordnet sind, die mit Gates von Schalttransistoren verbunden sind. Ein weiterer Vorteil umfasst die Fähigkeit zum Schalten einer Vielzahl von Schaltkapazitätszweigen mit derselben Zeitkonstante. Weitere Vorteile von Ausführungsformen umfassen ein besseres Entkoppeln von einer RFIC gegenüber einer Logik-IC sowie ein besseres Streuverhalten.
Während diese Erfindung unter Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, ist diese Beschreibung nicht auf beschränkende Art und Weise auszulegen. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der beispielhaften Ausführungsformen sowie anderer Ausführungsformen der Erfindung sind für Fachleute bei Verweis auf die Beschreibung offensichtlich. Beispielsweise können Schalttreiber einer Ausführungsform verwendet werden, um Oszillatoren durch Ein- und Ausschalten von Kondensatoren oder anderen Abstimmungskomponenten, abzustimmen. Schalttreiberschaltungen einer Ausführungsform können ebenfalls auf Empfänger-/Sendeschalter, Abschwächer, Leistungsverstärkungs-Bypassschaltungen, HF-Anpassung, HF-Filterschalten im Allgemeinen sowie auf andere Arten von Schaltungen und Systeme angewandt werden.

Claims

Schaltbare Kapazitätsschaltung, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen, wobei jede Kapazitätsschaltzelle Folgendes umfasst: eine Kapazitätsschaltung mit einer Kapazität zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung; und eine Halbleiterschaltschaltung, die Folgendes umfasst einen ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss der Kapazitätsschaltung gekoppelt ist, eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz-Schaltzellen, die einen Lastpfad und einen gemeinsamen Knoten umfassen, wobei jede der Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz-Schaltzellen einen Schalttransistor und einen Gate-Widerstand mit einem ersten Ende, das mit einem Gate des Schalttransistors gekoppelt ist, und einem zweiten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, umfasst und eine Widerstandsschaltung mit einem ersten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, und einem zweiten Ende, das mit einem Steuerknoten gekoppelt ist, wobei die Widerstandsschaltung einen Widerstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende umfasst.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach Anspruch 1, wobei der zweite Anschluss jeder Kapazitätsschaltung aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen mit demselben Knoten gekoppelt ist.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Wert des Widerstands der Widerstandsschaltung umgekehrt proportional zu einem Wert der Kapazität der Kapazitätsschaltung aus der Vielzahl von Schaltkapazitätszellen ist.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei ein Wert der Kapazität der Kapazitätsschaltung einer ersten der Vielzahl aus Kapazitätsschaltzellen sich von einem Wert der Kapazität einer zweiten der Vielzahl aus Kapazitätsschaltzellen unterscheidet.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei: die Widerstandsschaltung ein Widerstandsbauelement umfasst, das zwischen das erste Ende und das zweite Ende der Widerstandsschaltung gekoppelt ist; und/oder die Kapazitätsschaltung einen Kondensator umfasst, der zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung gekoppelt ist.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach Anspruch 5, wobei der Kondensator eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Kondensatoren umfasst.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach Anspruch 5 oder 6, wobei: das Widerstandsbauelement einen Wert umfasst, der im Wesentlichen gleich einem Wert des Widerstands zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Widerstandsschaltung ist; und/oder der Kondensator einen Wert aufweist, der im Wesentlichen gleich einem Wert der Kapazität zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung ist.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 1–7, wobei Werte der Kapazität der Kapazitätsschaltung aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen binär gewichtet sind.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 1–8, die ferner eine Steuerschaltung mit einer Vielzahl von Ausgängen umfasst, die mit den entsprechenden Steuerknoten der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen gekoppelt sind.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 1–9, wobei ein zweiter Anschluss der Halbleiterschaltschaltung jeder der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen mit Masse gekoppelt ist.
Schaltbare Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 1–10, wobei ein Wert des Widerstands jeder Widerstandsschaltung der Vielzahl von Kapazitätsschalterzellen so ausgewählt ist, dass jede der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen eine im Wesentlichen einheitliche Schaltzeit aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer schaltbaren Kapazitätsschaltung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erhöhen einer Lastkapazität der schaltbaren Kapazitätsschaltung, das ein Einschalten von zumindest einer aus einer Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen umfasst, wobei jede der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen Folgendes umfasst: eine Kapazitätsschaltung mit einer Kapazität zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der Kapazitätsschaltung und eine Halbleiterschaltschaltung, die Folgendes umfasst: einen ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss der Kapazitätsschaltung gekoppelt ist, eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz-Schaltzellen, die einen Lastpfad und einen gemeinsamen Knoten umfassen, wobei jede der Vielzahl aus in Reihe geschalteten Hochfrequenz-Schaltzellen einen Schalttransistor und einen Gate-Widerstand mit einem ersten Ende, das mit einem Gate des Schalttransistors gekoppelt ist, und einem zweiten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, umfasst und eine Widerstandsschaltung mit einem ersten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, und einem zweiten Ende, das mit einem Steuerknoten gekoppelt ist, wobei die Widerstandsschaltung einen Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten Ende umfasst, das Einschalten ein Aktivieren der Halbleiterschaltschaltung der zumindest einen aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen umfasst; und Verringern der Lastkapazität der schaltbaren Kapazitätsschaltung, umfassend Abschalten der zumindest einen aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen, wobei das Abschalten ein Deaktivieren der Halbleiterschaltschaltung der zumindest einen aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Aktivieren der Halbleiterschaltschaltung der zumindest einen der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen ein Aktivieren der Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz-Schaltzellen der zumindest einen der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen über den Steuerknoten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei ein Wert des Widerstands der Widerstandsschaltung umgekehrt proportional zu einem Wert der Kapazität der Kapazitätsschaltung der Vielzahl von Schaltkapazitätszellen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12–14, das ferner ein Beaufschlagen einer schaltbaren Kapazitätsschaltung mit einem Hochfrequenz-Signal umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12–15, das ferner Folgendes umfasst: Koppeln der schaltbaren Kapazitätsschaltung mit einer Antenne; und Abstimmen der Antenne durch Erhöhen und Verringern der Lastkapazität der schaltbaren Kapazitätsschaltung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12–16, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines Befehls von einer digitalen Schnittstelle; und Entschlüsseln des Befehls, wobei ein Erhöhen und Verringern der Lastkapazität ferner ein wahlweises Aktivieren der Halbleiterschaltschaltung aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen gemäß dem entschlüsselten Befehl umfasst.
Abstimmbare Hochfrequenz-Schaltung, die Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat; und eine Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet sind, wobei jede Kapazitätsschaltzelle Folgendes umfasst: einen Kondensator, der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss gekoppelt ist und eine Halbleiterschaltschaltung, die Folgendes umfasst: einen ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss des Kondensators gekoppelt ist, eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz-Schaltzellen, die einen Lastpfad und einen gemeinsamen Knoten umfassen, wobei jede der Vielzahl von in Reihe geschalteten Hochfrequenz-Schaltzellen einen Schalttransistor und einen Gate-Widerstand mit einem ersten Ende, das mit einem Gate des Schalttransistors gekoppelt ist, und einem zweiten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, umfasst und einen gemeinsamen Widerstand mit einem ersten Ende, das mit dem gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, und einem zweiten Ende, das mit einem Steuerknoten gekoppelt ist.
Abstimmbare Hochfrequenz-Schaltung nach Anspruch 18, wobei eine Kapazität des Kondensators umgekehrt proportional zu einem Widerstand des gemeinsamen Widerstands ist.
Abstimmbare Hochfrequenz-Schaltung nach Anspruch 18 oder 19, wobei Werte der Kondensatoren aus der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen binär gewichtet sind.
Abstimmbare Hochfrequenz-Schaltung nach einem der Ansprüche 18–20, wobei der Schalttransistor einen MOSFET-Transistor umfasst.
Abstimmbare Hochfrequenz-Schaltung nach Anspruch 21, wobei eine Gate-Breite des MOSFET umgekehrt proportional zu einer Kapazität des Kondensators ist.
Abstimmbare Hochfrequenz-Schaltung nach einem der Ansprüche 18–22, wobei der Kondensator einen Metall-Isolator-Metall-Kondensator umfasst.
Abstimmbare Hochfrequenz-Schaltung nach einem der Ansprüche 18–23, die ferner eine Treiberschaltung umfasst, die mit den Steuerknoten der Vielzahl von Kapazitätsschaltzellen gekoppelt ist.
Abstimmbare Hochfrequenz-Schaltung nach Anspruch 24, die ferner eine Ladungspumpe und/oder einen Spannungsregler, gekoppelt mit der Treiberschaltung, umfasst.