DE112008000067T5

DE112008000067T5 - Schaltbares Kondensatorarray

Info

Publication number: DE112008000067T5
Application number: DE112008000067T
Authority: DE
Inventors: Maurice De Jongh; Adrianus Van Bezooijen
Original assignee: NXP BV
Current assignee: Qualcomm Technologies Inc
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: KR20090101315A; WO2008087583A2; WO2008087583A3; DE112008000067B4; KR101379100B1; JP5147857B2; JP2010517354A

Abstract

Schaltbares Kondensatorarray (22), umfassend:
mehrere Kondensatorzellen (34) parallel zwischen einem Eingang (30) und einem Ausgang (32), wobei jede Kondensatorzelle mindestens einen MEMS-Schalter (38) zum Schalten der Kondensatorzelle und mindestens einen Steuereingang zum Annehmen eines Steuersignals zum Schalten des oder jedes MEMS-Schalters umfasst,
wobei jede Zelle (34) einen jeweiligen Kapazitätswert aufweist, der der Kapazitätswert der Zelle ist, wenn die Zelle aktiviert ist, wobei die Kapazitätswerte so variieren, dass mindestens eine Zelle einen niedrigeren Kapazitätswert und mindestens eine Zelle einen höheren Kapazitätswert aufweist, wobei jede Zelle mit niedrigerem Kapazitätswert einen Kapazitätswert unter einem vorbestimmten Wert aufweist und jede Zelle mit höherem Kapazitätswert einen Kapazitätswert über dem vorbestimmten Wert aufweist;
wobei die oder jede Kondensatorzelle (34) mit niedrigerem Kapazitätswert mindestens zwei MEMS-Schalter in Reihe enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Kondensatorarray und insbesondere ein solches, das MEMS-Anordnungen (mikroelektromechanische Systeme) verwendet.
WO 2006/054246 beschreibt eine Anordnung mit einer gesteuerten Anpassungsstufe zum Anpassen von Stufen aneinander, zum Beispiel kann eine Leistungsverstärkerstufe in einer Mobiltelefonanwendung an eine Antennenstufe angepasst werden. Die gesteuerte Anpassungsstufe enthält geschaltete MEMS-Anordnungen. Die gesteuerte Anpassungsstufe kann durch MEMS-Anordnungen geschaltete Kondensatoren enthalten. Die MEMS-Anordnungen müssen mit relativ hohen Spannungen angesteuert werden, wodurch Schwierigkeiten insbesondere mit Bezug auf die Lebensdauer der Anordnungen entstehen können.
Gemäß der Erfindung wird ein schaltbares Kondensatorarray nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass in einer Schaltung wie etwa der in WO 2006/054246 offenbarten, in der MEMS-Kondensatoren zum Schalten von HF-Signalen verwendet werden, insbesondere unter Bedingungen hoher Ausgangsleistung und niedriger Kapazität große Signale an den MEMS-Kondensatoren vorliegen können. In diesen Bedingungen kann eine Selbstbetätigung der MEMS-Anordnungen auftreten.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass zwei verschiedene Arten von Selbstbetätigung möglich sind.
Erstens kann ein „Selbst-Anzug” auftreten, bei dem ein MEMS-Element hereingezogen wird, um die Anordnung auch ohne ein Steuersignal zu schalten. Dies ist insbesondere ein Problem, wenn die RMS-Spannung des geschalteten Signals größer als die Anzugspannung ist. Zweitens kann eine Nichtloslösung auftreten, bei der sich eine MEMS-Anordnung nicht loslöst. Dazu kommt es, wenn die RMS-Spannung größer als die Abzugsspannung der Anordnung ist. In beiden Fällen besteht somit ein Problem, wenn das Signal hohe Leistung aufweist.
Um diese Probleme zu vermeiden, müssen MEMS-Anordnungen mit relativ hohen Abzug- und Anzugspannungen, d. h. relativ hohen Betätigungsspannungen, verwendet werden.
Ein anderes Problem mit MEMS-Anordnungen ist jedoch die Lebensdauer der Anordnung. Die Lebensdauer von MEMS-Anordnungen kann durch dielektrische Aufladung begrenzt werden. Dies läßt sich durch Verwendung von relativ niedrigen Betätigungsspannungen minimieren.
Die Anforderung einer langen Lebensdauer ist deshalb nur schwer mit einem zuverlässigen Schalten zu vereinbaren.
Gemäß der Erfindung enthalten mindestens bestimmte der Kondensatorzellen mehrere MEMS-Anordnungen in Reihe, um den HF-Spannungsabfall über jeder Anordnung zu verringern und somit die Auswirkungen des die Anordnungen durchlaufenden HF-Signals zu verringern.
Bei bevorzugten Anordnungen wird ferner eine Treiberschaltung zum Ansteuern des schaltbaren Kondensatorarrays bereitgestellt. Die Treiberschaltung ist dafür ausgelegt, eine Kapazität in die Schaltung zu schalten, wenn ein vorbestimmter Hochleistungszustand entsteht, um die Wahrscheinlichkeit einer Selbstbetätigung unter diesen Umständen zu verringern.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform beschrieben. Es zeigen:
1 ein Kondensatorarray einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Kondensatorarray einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 ein Kondensatorarray einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Schaltung mit einem Kondensatorarray wie in einer beliebigen der 1 bis 3 gezeigt;
5 einen Treiber zum Ansteuern des Kondensatorarrays;
6 ein Impulsdiagramm, das Übergangsperioden darstellt;
7a und 7b zum Ansteuern von MEMS-Anordnungen in Ausführungsformen der Erfindung verwendete Ansteuerspannungen;
8 das Timing der in einer Ausführungsform zur Steuerung der Treiberschaltung verwendeten Signale;
9 die Kapselung der Ausführungsform der Erfindung;
10 eine in einer Ausführungsform der Erfindung verwendete Kapazitätskompensationsanordnung;
11 eine in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung verwendete alternative Kapazitätskompensationsanordnung;
12 in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendete Zusätze; und
13 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Dieselben oder ähnliche Komponenten erhalten in den verschiedenen Figuren dieselben Bezugszahlen.
In 1 ist ein schaltbares Kapazitätsarray gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, das für die Verwendung beim Schalten von HF-Signalen zum Beispiel in einem Mobiltelefon oder in einer ähnlichen Anordnung bestimmt ist. Das Array kann auch in anderen Anwendungen verwendet werden.
Diese Ausführungsform eines Kapazitätsarrays 22 verwendet HF-MEMS-Schalter 38 des Kondensatortyps mit zwei Anschlüssen, wobei die Aktivierung des HF-MEMS-Schalters eine vorbestimmte Kapazität bereitstellt. Die Kapazität ist im deaktivierten Zustand bei deaktiviertem Schalter viel kleiner.
Das Array enthält mehrere Kondensatorzellen 34, die parallel zwischen einem Eingangsknoten 30 und einem Ausgangsknoten 32 angeordnet sind. Jede Zelle 34 ist dafür ausgelegt, geschaltet eine gegebene Kapazität bereitzustellen. Bei der Ausführungsform liegen fünf Zellen vor, die so angeordnet sind, dass sie Kapazitäten von 0,5 pF, 1 pF, 2 pF, 4 pF und 8 pF geben, wobei die 8 pF-Zelle aus zwei parallelen Zweigen besteht. Jede Zelle repräsentiert somit die Kapazität eines sukzessiven Bits eines digitalen Kapazitätsarrays 22, das bis zu 15,5 pF in Einheiten von 0,5 pF repräsentiert. Zum Beispiel repräsentiert 10000 8 pF, 00011 repräsentiert 1,5 pF und so weiter. Es sind Steuereingänge 42 vorgesehen (einer für jede Zelle 34) mit den Bezeichnungen b0 bis b4, die jeweils das niedrigstwertige Bit bis herauf zu dem höchstwertigen Bit repräsentieren.
Die Steuereingänge 42 sind jeweils durch einen Vorspannungswiderstand 43 mit den MEMS-Schaltern 38 verbunden.
Das Array besteht aus einer Anzahl von HF-MEMS-Schaltern 38, die jeweils in Reihe mit einem Gleichstromsperrkondensator 40 verwendet werden.
Das Array verwendet einen einzigen HF-MEMS-Schalter 38 in Reihe mit einem Gleichstromsperrkondensator 40 für die 4 pF-Zelle. Bei der 8 pF-Zelle handelt es sich einfach um zwei 4 pF-Zellen in Parallelschaltung, die gemeinsam angesteuert werden. Für die geringerwertigen Bits (2 pF, 1 pF und 0,5 pF) enthält jedoch jede Zelle 34 zwei HF-MEMS-Schalter 38 in Reihe, jeweils in Reihe mit einem Gleichstromsperrkondensator.
Durch Verwendung von zwei Schaltern in Reihe wird an jedem der HF-MEMS-Schalter 38 der geringerwertigen Bits im Gebrauch nur die Hälfte der HF-Spannung zwischen dem Eingangs- und Ausgangsknoten 30, 32 anliegen. Dies verringert das Problem der Nichtloslösung signifikant, d. h. das Risiko, dass die HF-Spannung an dem Kondensator bewirkt, dass die HF-MEMS-Anordnung eingeschaltet bleibt, wenn die Steuerspannung an dem jeweiligen Steuereingang 42 erniedrigt wird, um die HF-MEMS-Anordnung auszuschalten.
Zur Bestimmung der anzusteuernden Spannung wird eine Steuerung 24 (siehe 4) verwendet; diese steuert einen Treiber 44 (siehe 5). Für die vorliegenden Zwecke ist jedoch zu beachten, dass die Steuerung eine zusätzliche Funktion aufweist. Bei den Zuständen, in denen am wahrscheinlichsten Selbstbetätigung auftritt, wird insbesondere ein Kondensator, der zumindest ein Minimum an Kapazität aufweist, verwendet. Man erreicht dies in der Ausführungsform durch Einschalten der Zelle des niedrigstwertigen Bit ungeachtet der Fehlanpassung.
Die Bedingungen, unter denen wahrscheinlich Selbstbetätigung auftritt, umfassen insbesondere die Situationen höchster Leistung, bei denen die größte HF-Leistung verwendet wird – die hierdurch repräsentierte Leistung wird modus- und frequenzbandabhängig sein. Die Steuerung 24 detektiert die Anwesenheit dieser Situationen und schaltet das niedrigstwertige Bit ein.
Auf diese Weise wird das Risiko, dass die Kondensatoren der Zelle des niedrigstwertigen Bit unbeabsichtigt eingeschaltet werden, verringert.
Aus 1 ist erkennbar, dass die Schaltung zusätzlich einen gemeinsamen Vorspannungseingang 68 enthält, der verwendet wird, um die den Eingängen 42 gegenüberliegende Seite der HF-MEMS-Schalter 38 mit einer geeigneten Gleichspannung anzusteuern, wie später ausführlicher erläutert werden wird.
Als Alternative zum Einschalten der Zelle des niedrigstwertigen Bit bei hoher Leistung besteht eine Alternative darin, einen zusätzlichen Kondensator bereitzustellen, der bei hoher Leistung eingeschaltet wird, um bei hoher Leistung eine minimale Kapazität sicherzustellen. Dieser Ansatz hat den Vorteil, die Möglichkeit der Feinabstimmung der Kapazität bei hoher Leistung aufrechtzuerhalten, da das niedrigstwertige Bit verfügbar bleibt. Dieser zusätzliche Kondensator kann als eine zusätzliche Zelle betrachtet werden. Der zusätzliche Kondensator kann eine Kapazität aufweisen, die nicht unbedingt dieselbe wie die Kapazität des niedrigstwertigen Bit ist. Somit müssen sich nicht alle Zellen in einer Beziehung des Typs 1:2:4 ... 2ⁿ befinden.
Mit Bezug auf 2 wird eine alternative Ausführungsform beschrieben. Statt der HF-MEMS-Schalter 38 mit zwei Anschlüssen des Kapazitätstyps von 1 werden HF-MEMS-Schalter 38 mit drei Anschlüssen des Kapazitätstyps verwendet. Solche Schalter werden in WO 2006/117709 beschrieben, und wie in dieser Patentanmeldung beschrieben wird, muss man keine separaten Gleichstromsperrkondensatoren 40 benutzen.
Bei der in 2 gezeigten Anordnung werden zwei HF-MEMS-Schalter 38 mit drei Anschlüssen in Reihe auf den 0,5 pF- und 1 pF-Zellen verwendet, und auf den 2 pF-, 4 pF- und 8 pF-Zellen wird nur ein einziger HF-MEMS-Schalter 38 mit drei Anschlüssen verwendet.
Wie bei der Anordnung von 1 verringert die Verwendung mehrerer Schalter 38 in Reihe in den Zellen der niedrigstwertigen Bits die an den Anordnungen anliegende Spannung und daher das Risiko, dass die Spannung eines HF-Leistungssignals zwischen dem Eingangs- und Ausgangsanschluss 30, 32 durchgeht, wodurch Probleme der Nichtloslösung verursacht werden.
Der Ansteueransatz, bei dem das niedrigstwertige Bit bei hoher Leistung, bestimmt als Funktion von Modus und Frequenzband, eingeschaltet wird, wird ferner auch verwendet.
Die Anordnung von 2 hat den weiteren Vorteil, dass die in den 1 pF-, 2 pF-, 4 pF- und 8 pF-Zellen verwendeten Kondensatoren denselben Entwurf aufweisen, einen 2 pF-Entwurf. Die 4 pF-Zellen werden durch parallele Verwendung von zwei 2 pF-Kondensatoren erzielt, und die 8 pF-Zelle unter Verwendung von vier parallelen 2 pF-Kondensatoren. Die 1 pF-Zelle verwendet zwei Kondensatoren in Reihe. Allein die Verwendung dieses Aufbaus vergrößert schon die Genauigkeit der Kapazitätswerte, die 1:2:4:8:16 betragen sollten, insbesondere derjenigen Kapazitätswerte, die denselben Entwurf verwenden.
Man beachte, dass die kapazitive HF-MEMS-Anordnung mit drei Anschlüssen eine Anzahl zusätzlicher Vorteile ergibt. Für einen gegebenen Leistungspegel und Kapazitätswert ist die effektive HF-Spannung an den MEMS-Platten um einen Faktor 2 kleiner, da sie effektiv aus zwei Kondensatoren in Reihe besteht. Dadurch verringern sich die Anforderungen bezüglich Selbst-Anzug und Nichtloslösung, was bedeutet, dass die MEMS-Schalter für wesentlich kleinere Spannungen ausgelegt werden können, wodurch sich die dielektrische Aufladung verringert und die Lebensdauer verbessert.
3 zeigt einen alternativen Ansatz. Bei diesem Ansatz enthalten die Zellen 34 der geringerwertigen Bits zwei MEMS-Anordnungen 38 und einen einzigen Gleichstromsperrkondensator 40, der entsprechend die Hälfte der Kapazität jedes der beiden Kondensatoren in Reihe in diesen Zellen in der Anordnung von 1 aufweisen kann. Dadurch wird Chipfläche gespart und einer der beiden Vorspannungswiderstände 43 von 1 überflüssig, wodurch Verluste in der Schaltung verringert werden, insbesondere wenn nur die niedrigstwertigen Bits verwendet werden.
Das Kapazitätsarray 22 von 1, 2 oder 3 kann zur adaptiven Anpassung verwendet werden, wie nun mit Bezug auf 4 bis 14 erläutert werden wird.
Mit Bezug auf 4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Teils eines Mobilgeräts gezeigt.
Das Mobilgerät enthält mehrere Ausgangsstufen 10, wobei jede Ausgangsstufe 10 dafür ausgelegt ist, gemäß eines anderen Mobilfunkstandards zu senden und zu empfangen. Insbesondere ist die erste Ausgangsstufe 12 zum Senden und Empfangen gemäß des UMTS-Standards und eine zweite Ausgangsstufe 14 zum Senden und Empfangen gemäß des GSM-Standards ausgelegt.
Eine Antennenschalteinheit 16 enthält mehrere FET- Schalter 18 zum Schalten zwischen den Ausgangsstufen. Die FET-Schalter 18 können auch zum Schalten zwischen Sendemodus und Empfangsmodus verwendet werden, wenn die Ausgangsstufe dies erfordert, wie zum Beispiel in der GSM-Ausgangsstufe.
Die Antennenschalteinheit 16 ist durch eine gesteuerte Impedanzstufe 21, die eine schaltbare variable Impedanz bereitstellt, wie später ausführlicher besprochen werden wird, mit der Antenne 20 verbunden.
Somit werden die verschiedenen Ausgangsstufen 10 durch die gesteuerte Impdanzstufe 21 und durch die Antennenschalteinheit 16 mit der Antenne 20 verbunden.
Eine Steuerung 24 ist vorgesehen, um die gesteuerte Impedanzstufe 21 zu steuern.
Die gesteuerte Impedanzstufe 21 enthält ein geschaltetes Kondensatorarray 22 mit mehreren HF-MEMS-Schaltzellen gemäß einer beliebigen der oben besprochenen Anordnungen der 1, 2 oder 3.
5 zeigt einen Treiber 44 in der gesteuerten Impedanzstufe 21 ausführlicher. Der Treiber wird auf einem Siliziumsubstrat implementiert und der Aufbau berücksichtigt eine Anzahl von Gesichtspunkten, darunter insbesondere den Wunsch, die für den Entwurf erforderliche Siliziumfläche zu verringern.
Insbesondere stellt die Ausführungsform, wie nachfolgend besprochen werden wird, einen Treiber bereit, der mehrere MEMS-Anordnungen mit beiden Polaritäten zur Verringerung von dielektrischer Aufladung und mit einem oder mehreren bestimmten Ansteuersignalen ansteuert, wobei berücksichtigt wird, dass es notwendig ist, in der Lage zu sein, die MEMS-Anordnungen schnell und auf eine Störemissionen verringernde Weise ein- und ausschalten zu können.
Der Treiber wird verwendet, um die Steuereingänge 42 des geschalteten Kondensatorarrays 22 anzusteuern. Der Treiber 44 enthält Signaleingänge 46, 48, wobei der erste Signaleingang 46 zum Empfangen eines Übergangsperiodensignals TP und der zweite Signaleingang 48 zum Empfangen eines Betätigungs-/Haltesignals dient. Man beachte, dass das Übergangsperiodensignal TP jedes Vorkommen einer Übergangsperiode anzeigt und das Betätigungs-/Haltesignal verwendet wird, um zwischen der Ausgabe mit höherer Spannung (60 V) bei high und der Ausgabe mit niedrigerer Spannung (30 V) bei low auszuwählen.
Der Treiber enthält außerdem weitere Signaleingänge, d. h. einen Spannungsauswahleingang 49 und einen Brückeneingang 47, dessen Bedeutung nachfolgend erläutert werden wird.
Der Treiber 44 enthält eine Ladungspumpe 50, die mit dem Kondensator 52 zusammenarbeitet, um eine 60 V-Ausgabe bereitzustellen.
Der Steuerschalter 54 dient zum selektiven Verbinden dieses Kondensators mit dem Knoten 56, der seinerseits mit der High-Seite mehrerer HV-Ansteuerschaltungen verbunden ist, die parallel angeordnet sind und jeweils eine Gegentaktschaltung 58 enthalten. Die Low-Seite jeder Gegentaktschaltung ist mit Masse verbunden.
Die mehreren HV-Ansteuerschaltungen 70 werden parallel bereitgestellt, um die mehreren MEMS-Schalter anzusteuern. Jede HV-Ansteuerschaltung 70 enthält eine zum Ansteuern der Gegentaktschaltung 58 verwendete Schaltsteuerung 60. Jede Schaltung ist zwischen dem Knoten 56 und Masse parallel geschaltet. Die erste HV-Ansteuerschaltung 70 ist (wie gezeigt) mit dem ersten (b0) Steuereingang 42 verbunden, um die Kondensatoren des ersten Bit anzusteuern. Vier weitere HV-Ansteuerschaltungen 70 mit Schaltsteuerungen 60 und Gegentaktschaltungen 58 in Parallelschaltung sind vorgesehen, um die anderen Steuereingänge (b1–b4) anzusteuern. Eine weitere HV-Ansteuerschaltung 70 dient zum Ansteuern des gemeinsamen Vorspannungseingangs 68 für Vollbrückenverwendung, die später besprochen werden wird. Eine weitere HV-Ansteuerschaltung 70 dient zum Ansteuern des Bandumschalt-Eingangs 69 (10), wie nachfolgend beschrieben werden wird. Somit wird eine einzige Treiberschaltung 44 verwendet, um alle geschalteten MEMS anzusteuern.
Die Spannungssteuerung wird durch die Verbindung des Knotens 56 mit der Hochspannungsmesseinheit 62 bereitgestellt, die mit dem ersten Signaleingang 46 verbunden ist, der das TP-Signal empfängt, das zwischen einem 30 V- und einem 60 V-Modus auswählt. Der Low- und der High-Ausgang der Hochspannungsmesseinheit 62 sind beide mit der Niederspannungssteuereinheit 64 mit einem mit dem Knoten 56 verbundenen Ausgang sowie mit dem Oszillator 66 verbunden, der zum Ansteuern der Pumpe 50 durch das AND-Gatter 67 dient, das mit dem ersten Signaleingang 46 verbunden ist, um die Pumpe nur anzusteuern, wenn das TP-Signal high ist. Die Niederspannungssteuereinheit 64 kann mit einem Fensterkomparator implementiert werden, der einen Kondensator mit zwei Ladungspumpen ansteuert, von denen eine dafür ausgelegt ist, den Kondensator positiv zu laden, wenn die Spannung unter einen niedrigen Fensterwert (z. B. 29 V) fällt, und eine den Kondensator entlädt, wenn die Spannung über einem hohen Fensterwert (z. B. 31 V) liegt. Zur Steuerung der Spannung kann ein Flipflop verwendet werden.
Die Ladungspumpe 50, der Kondensator 52, die Hochspannungsmesseinheit 62 und der Oszillator 66 bilden zusammen eine Regelschleife hoher Spannung (60 V) zum Erzeugen von 60 V, und die Hochspannungsmesseinheit 62 und die 30 V-Steuereinheit 64 bilden eine Regelschleife niedriger Spannung (30 V) zum Erzeugen von 30 V.
Man beachte, dass ein Kondensator 52 für die Hochspannungschleife vorgesehen ist, nicht aber für die Niederspannung. Der Grund dafür besteht darin, dass die Hochspannung zum Betätigen (Einschalten) der MEMS-Kondensatorschalter und die Niederspannung zum Halten der MEMS-Kondensatorschalter in einem „eingeschalteten” Zustand verwendet wird. Somit wird der Kondensator 52 benötigt, um ausreichend Ladung zum schnellen Schalten der Schalter bereitzustellen, ohne eine zu große Ladungspumpe 50 zu verwenden.
6 zeigt ein W-CDMA-Signal an der UMTS-Stufe 12, das die 50-μs-Übergangsperiode zwischen Pegeln zeigt. Das Übergangsperiodensignal TP ist während dieser 50-μs-Übergangsperioden high. Man beachte, dass das Übergangsperiodensignal TP während Leerlaufschlitzen high ist, falls ein GSM/EDGE-Signal verwendet wird.
7 zeigt einige von dem Treiber 44 erzielte Ansteuermuster.
Das Ansteuermuster von 7a ist dafür ausgelegt, die MEMS-Schalter nur während der Übergangsperiode zu schalten. Der Schalter wird am Anfang der Übergangsperiode durch eine höhere Spannung (in dem Beispiel 60 V) für eine erste vorbestimmte Periode angesteuert, die wahlweise länger als die Übergangsperiode sein kann, woraufhin die Ansteuerspannung auf 30 V reduziert wird, wodurch der MEMS-Schalter gehalten wird, ohne ihn zu schalten. Diese vorbestimmte Periode kann zum Beispiel 50 μs bis 500 μs betragen.
Nach der vorbestimmten Periode kann sich die Spannung während einer zweiten vorbestimmten Periode, die zum Beispiel 150 μs bis 500 μs betragen kann, auf eine niedrigere Spannung verringern. Es ist nicht notwendig, dass die erste und die zweite Periode gleich sind. Tatsächlich muss die zweite Periode nicht gesteuert werden, sondern kann einfach die Zeit sein, die die Niederspannungssteuereinheit 64 benötigt, um die Spannung von der höheren auf die niedrigere Spannung zu verringern. Um Übergangseffekte zu vermeiden, sollte der Wechsel von der höheren zu der niedrigeren Spannung stetig sein. Aus diesem Grund wird eine Stromquellenentladung bevorzugt.
Ein weiteres Merkmal der Anordnung besteht darin, dass die Einschwingzeit einer MEMS-Anordnung nahezu 50 μs betragen kann. Da dies die Länge der Übergangsperiode ist, sollte die MEMS-Anordnung am Anfang der Periode, d. h. vorzugsweise in den ersten 5 μs, eingeschaltet werden.
Um dies ohne den Pufferkondensator 52 zu erreichen, wäre die auf einem Halbleitersubstrat erforderliche Fläche der Ladungspumpe sehr groß. Durch Verwendung des Pufferkondensators 52 von 1 bis 2 nF ist es stattdessen möglich, eine 200 pF-MEMS-Anordnung in 5 μs zu laden, um bis zum Ende der Übergangsperiode einen relativ gut eingeschwungenen Einschaltzustand zu erzielen.
Aus 5 ist erkennbar, dass im Gegensatz zu der höheren Spannungsschleife ein ähnlicher Pufferkondensator zum Halten des Knotens 56 auf der niedrigeren Spannung 30 V nicht vorgesehen ist. Es ist nicht notwendig, die Spannung schnell auf diesen Wert zu wechseln. Dies verringert die von der Treiberschaltung 44 eingenommene Siliziumfläche. Stattdessen hält die Niederspannungs-Regelschleife einfach die Spannung ungefähr auf dem korrekten Wert. Dies lässt sich mit einem Fensterkomparator erzielen, der eine Stromquelle einschaltet, wenn die Spannung zu niedrig ist, und eine Stromsenke einschaltet, wenn die Spannung zu hoch ist. Da der Leckstrom nur etwa 5 nA (typischerweise weniger als 10 nA) betragen kann, muss die Stromquelle nicht in der Lage sein, einen großen Strom zu produzieren.
Man beachte, dass die Menge des durch die Stromsenke entladenen Stroms effektiv die Zeit für das Verringern der hohen Spannung auf die niedrige Spannung einstellen kann. Falls diese zu kurz ist, kann eine separat ausgewählte Entladung bereitgestellt werden.
Man beachte, dass die Zeit, für die die Spannung auf der höheren Spannung gehalten wird, und die Zeit zum Wechseln zu der niedrigeren Spannung beide viel länger als die Übergangsperiode sein können. Zum Beispiel kann die MEMS-Anordnung nach 50 μs stabil sein, aber es besteht keine besondere Notwendigkeit, AH zu schalten, um nach 50 μs die niedrige Spannung bereitzustellen – das Schalten kann zum Beispiel nach 200 μs stattfinden. Der Zeitpunkt des Anlegens der hohen Spannung ist wichtig, nicht der des Abschaltens.
Diese Verwendung einer niedrigeren Haltespannung von 30 V vergrößert die Lebensdauer des MEMS-Schalters im Vergleich mit einem Schalter, der dieses Muster nicht verwendet.
Man beachte, dass MEMS-Schalter des beschriebenen Typs ausgeschaltet werden können, indem man an beide Seiten der Anordnung dieselbe Spannung anlegt, d. h. in der Anordnung von 2 dieselbe Spannung (welche Masse oder eine höhere/niedrigere Spannung sein kann) an den gemeinsamen Vorspannungsanschluss 68 und an den jeweiligen Steuereingang 42 anlegt. Ähnlich sollte zum Einschalten solcher MEMS-Schalter die höhere Spannung an einen des gemeinsamen Vorspannungsanschlusses 68 und Masse an den anderen des gemeinsamen Vorspannungsanschlusses und des jeweiligen Steuereingangs 42 angelegt werden.
8 zeigt Signale, die an den Treiber von 5 angelegt werden, um das Ergebnis von 7 zu erzielen. Das an den Eingang 45 angelegte TP-Signal signalisiert die Übergangsperiode und das an den Eingang 48 angelegte AH-Signal signalisiert effektiv, dass der Treiber 44 eine hohe Spannung produzieren soll, wenn AH high ist, und eine niedrige Spannung, wenn AH low ist.
Als erstes betrachte man, wie die Signale AH, TP und VS die höhere oder niedrigere Spannung liefern.
Das an den Eingang 49 angelegte VS-Signal bestimmt einfach den Wert der hohen Spannung (z. B. 60 V) und daher auch den der niedrigen Spannung, die bei der Ausführungsform die Hälfte der hohen Spannung beträgt.
Der erste TP-Impuls in 8 verursacht zusammen mit dem AH-Signal das Einschalten gewählter Gegentaktschaltungen 58 und die Ansteuerung gewählter Steuereingänge 42 und des gemeinsamen Vorspannungseingangs 68 des geschalteten Kondensatorarrays 22 auf die in 7a und 7b dargestellte Weise.
Man beachte, dass, nachdem das Signal TP low ist (nach dem Ende der Übergangsperiode), während aber AH immer noch high ist, die Niederspannungs-Regelschleife das Halten der höheren 60 V-Spannung bewirkt. Erst wenn AH zu low übergeht (in dem Beispiel 200 μs nach dem Anfang der Übergangsperiode) wirkt die HV-Messschaltung 62, um die niedrigere Spannung zu messen, und die Niederspannungssteuereinheit 64 wird dann geschaltet, um die Spannung an dem Knoten 56 so zu steuern, dass sie die niedrigere Spannung ist.
Dies wird verwendet, um den Kondensator 52 in Zeitperioden, in denen kein Schalten erfolgt, wiederaufzuladen. Zum Beispiel kann TP alle 0,005 s high sein (d. h. eine Frequenz von 200 Hz), um den Kondensator 52 wiederaufzuladen, und ihn mit der hohen Spannung geladen zu halten. AH kann nur alle 0,1 s zu high übergehen, um die MEMS-Anordnungen zu schalten.
Wenn TP wieder zu low übergeht, wird der Schalter 71 geschlossen, und die Niederspannungs-Regelschleife der HV-Messschaltung 62 und die Niederspannungssteuerung 64 steuern wieder den Knoten 56 mit der niedrigeren Spannung an. Man beachte, dass durch Vermeidung eines Kondensators in dieser Schleife, die 30 V hält, keine Notwendigkeit eines zusätzlichen Schalters zum Entkoppeln eines solchen Kondensators während dieses Ladevorgangs des Kondensators 52 besteht.
Als zweites betrachte man die Auswirkung des Brückensignals BR. Um das Ansteuermuster von 7a zu implementieren, wird das Brückensignal BR an den Brückeneingang 47 angelegt und am Anfang der Übergangsperiode, d. h. im Wesentlichen zur selben Zeit wie das AH- und TP-Signal, geschaltet. Wie in 8 dargestellt, kann dieses Schalten von low nach high oder von high nach low erfolgen.
Man nehme als Ausgangspunkt den Zustand, in dem die Steuereingänge 42 der MEMS-Anordnungen, die eingeschaltet sind, auf Masse gehalten werden und die gemeinsame Vorspannung 68 auf der durch den Treiber 44 produzierten angesteuerten Spannung liegt (an diesem Punkt in dem Zyklus der niedrigeren Spannung 30 V). Bei MEMS-Anordnungen, die ausgeschaltet sind, sind die Steuer- und Vorspannungseingänge beide gleich (an diesem Punkt in dem Zyklus auf der niedrigeren Spannung 30 V).
Nachdem das BR-Signal geschaltet wird, wird die gemeinsame Vorspannung 68 auf Masse gehalten und die Steuereingänge der Anordnungen, die eingeschaltet sind, werden mit der durch den Treiber 44 produzierten angesteuerten Spannung verbunden, die aufgrund der gleichzeitigen Änderung des AH-Signals nun die höhere Spannung 60 V ist. Bei der dargestellten Ausführungsform beginnt die höhere Spannung sich nach 200 μs zu verringern und kommt nach weiteren 200 μs an der niedrigeren Spannung 30 V an.
Bei MEMS-Anordnungen, die ausgeschaltet sind, sind die Steuer- und Vorspannungseingänge beide gleich (an diesem Punkt in dem Zyklus auf der Massespannung 0 V).
Beim nächsten Schaltereignis (am Anfang der nächsten Übergangsperiode) werden AH, BR und TP wieder zur selben Zeit geschaltet. Die gemeinsame Vorspannung 68 wird nun auf der höheren Spannung (60 V) gehalten, und die Steuereingänge von Anordnungen, die eingeschaltet sind, werden mit Masse verbunden.
Bei MEMS-Anordnungen, die ausgeschaltet sind, sind die Steuer- und Vorspannungseingänge beide gleich (an diesem Punkt in dem Zyklus auf der höheren Spannung 60 V).
Bei der dargestellten Ausführungsform beginnt diese höhere Spannung nach 200 μs, sich zu verringern, und kommt nach weiteren 200 μs an der niedrigeren Spannung 30 V an. Dies kehrt zu dem Ausgangspunkt zurück.
Die beschriebene Verwendung der Schaltung kehrt die Polarität der Spannung also mit jedem Zyklus um, wodurch die Lebensdauer der Anordnungen vergrößert wird.
Ferner ist aus 8 erkennbar, dass die Steuereingänge zur selben Zeit wie das Schalten von AH, BR und TP geschaltet werden können, wodurch eine Änderung der eingeschaltet gehaltenen MEMS-Anordnungen am Anfang jeder Übergangsperiode erlaubt wird.
Man beachte, dass die Identität des Steuereingangs 42 und des gemeinsamen Vorspannungseingangs 68 von der Art der MEMS-Anordnung abhängt – bei einer Anordnung mit zwei Anschlüssen sind diese beiden Eingänge einfach die beiden Anschlüsse, bei einer Anordnung mit drei Anschlüssen ist der mittlere Eingang der Steuereingang und beide Anschlüsse können als der gemeinsame Vorspannungseingang 68 verwendet werden.
Die obige Beschreibung beschreibt das Einschalten der MEMS-Schalter. Sie werden am selben Punkt in dem Zyklus ausgeschaltet, am Anfang der Übergangsperiode (zum Beispiel in den ersten 5 μs dieser Periode), indem sie mit geeigneten Spannungen angesteuert werden. Da im ausgeschalteten Zustand keine dielektrische Ladungen bestehen, muss man lediglich die Spannung an der Anordnung auf 0 V schalten und dann die Spannung in diesem Zustand lassen.
Durch Aus- und Einschalten des geschalteten Kondensatorarrays während der Übergangsperiode werden die Auswirkungen etwaiger Hochspannungs-Einschaltstöße stark verringert. Die beim Schalten der MEMS-Schalter auftretenden Einschaltstöße könnten andernfalls leicht Störemissionen verursachen.
Ein anderer Effekt, der Störemissionen verursachen könnte, ist die Auswirkung des Hochspannungstaktausgangs des Oszillators 66, der durchgekoppeln und eine Welligkeit erzeugen könnte, die sich mit dem HF-Träger mischen könnte, und Störemissionen verursachen könnte.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der die Ladungspumpe 50 ansteuernde Oszillator 66 nur während der Übergangsperiode geschaltet (d. h. von ein nach aus oder umgekehrt). Indem die Ladungspumpe nur in Übergangsperioden aktiviert wird, können Störemissionen aus den Ladungspumpen minimiert werden. Insbesondere wird der die Pumpe ansteuernde Oszillator 66 nur aktiviert, wenn das Signal TP high ist. Der Kondensator 52 hält die 60 V für den Rest der Periode ausreichend konstant, so dass der Takt nur während der Übergangsperiode betätigt wird. Man beachte, dass das Taktsignal für weniger als die volle Zeit aktiviert wird, für die der Kondensator 52 60 V ansteuert, die zum Beispiel 200 μs, gefolgt durch weitere 200 μs betragen kann, wobei während dieser Zeit die Spannung von 60 V auf 30 V fällt, um plötzliche Spannungsänderungen zu vermeiden, die selbst Einschaltstöße verursachen können.
Ein weiterer nützlicher Effekt der Ausführungsform besteht darin, dass Änderungen der Übertragungsfunktion während der Anpassung durch Schalten des geschalteten Kondensatorarrays 22 andernfalls eine Verzerrung des emittierten Signals verursachen könnten.
Somit gewährleistet die Ausführungsform eine Kombination von Betätigung des Takts nur während der Übergangsperiode, um Störemissionen aus dem Takt zu verringern, zusammen mit einer längeren Lebensdauer zur Ansteuerung der MEMS-Anordnung mit der höheren Spannung, um Welligkeit auf der Betätigungsvorspannung und daher Störemissionen aus sich mit dem HF-Träger mischender Welligkeit zu verringern.
Durch Bereitstellen einer niedrigeren Ansteuerspannung (30 V) zum Halten der MEMS-Anordnung in ihrer betätigten Stellung wird darüber hinaus die Lebensdauer der MEMS-Anordnung vergrößert.
Die obige Ausführungsform wird mit 60 V als die höhere Spannung und 30 V als die niedrigere Spannung beschrieben. Diese Wahl basiert jedoch auf den spezifischen verwendeten MEMS-Anordnungen und kann variiert werden.
MEMS-Anordnungen besitzen im Allgemeinen etwas Hysterese mit einer Anzugsspannung, der zum Aktivieren des Schalters erforderlichen Spannung, und einer Abzugsspannung, der zum Deaktivieren des Schalters erforderlichen niedrigeren Spannung. Der Treiber sollte eine höhere Spannung merklich über Anzugsspannung und eine niedrigere Spannung zwischen der Anzugs- und der Abzugsspannung produzieren.
Man beachte, dass die Treiberschaltung 44 einen Spannungsauswahleingang 49 zum Bereitstellen einer Spannungseingabe zum Spezifizieren der höheren Spannung aufweist. Zweckmäßigerweise ist diese Spannung eine skalierte Spannung, so dass zum Beispiel für eine 60 V-Ausgabe eine Spannung von 2,8 V an dem Spannungsauswahleingang 49 bereitgestellt wird und für eine 30 V-Ausgabe 1,4 V eingegeben werden. Auf diese Weise kann die Treiberschaltung einfach durch Einstellen dieser Spannung verschiedene Spannungen produzieren. Man beachte jedoch, dass dieser Eingang optional ist und dass in einer Produktionsanordnung dieser Spannungsauswahleingang 49 weggelassen werden kann.
Die HF-MEMS-Schalter 38 des geschalteten Kondensatorarrays 22 sollten hermetisch gekapselt werden. Dies wird typischerweise wie in 9 dargestellt mit einer Kappe 82 über dem gemeinsamen Substrat 84 erreicht, die mit einem als Dichtring wirkenden Lotring 86 abgedichtet wird.
Die Vorspannungswiderstände 43 und MEMS-Schalter 38 (siehe 2) werden auf dem gemeinsamen Substrat 84 integriert. Wahlweise können ähnlich auch Messinduktivitäten integriert werden.
Dies alles verringert die Anzahl der den dichtenden Lotring 86 überquerenden Leitungen, wodurch der Einfluss des Lotrings 86 auf die Leistungsfähigkeit der Anordnung minimiert wird.
Der Eingang 30 und der Ausgang 32 werden dicht beieinander angeordnet, um die Selbstinduktivität zu minimieren. Ferner werden die größten Kondensatoren für die höherwertigen Bits in der Nähe des Eingangs 30 und des Ausgangs 32 angeordnet, um die Selbstinduktivität zu minimieren.
Wahlweise enthält die Schaltung zusätzliche Komponenten zum Umgang mit der signifikanten Kapazität zu Masse, die durch den Lotring 86 gebildet wird. Man beachte, dass diese in der Größenordnung von 0,3 pF bis 0,5 pF betragen und daher mit dem niedrigstwertigen Bit vergleichbar sein kann. Im Allgemeinen werden Schaltungen mit signifikant verschiedenen Frequenzen arbeiten müssen, und jede Anpassung zur Kompensation der Kapazität zu Masse des Lotrings erfordert Arbeit bei mehreren Frequenzbändern, und daher kann die Schaltung Komponenten verwenden, die auf der Basis der Bandsignaleingabe an dem Anschluss 69 des geschalteten Kondensatorarrays 22 (siehe 3) geschaltet werden.
Ein Ansatz könnte darin bestehen, eine Induktivität in Reihe mit einem geschalteten Kondensator zu verwenden, dies würde aber einen großen HF-MEMS-Kondensatorschalter als geschalteten Kondensator erfordern, der eine sehr große Fläche, zum Beispiel 1,5 mm², aufweisen würde. Ferner hätte der große HF-MEMS-Kondensatorschalter eine Eigenresonanzfrequenz, die unangenehm nahe bei dem Hoch-Betriebsband liegt.
Folglich verwendet eine bevorzugte Ausführungsform geschaltete parallele LC-Schaltungen zum Ausresonieren der unerwünschten parasitären Elemente. 10 zeigt eine Anordnung mit zwei geschalteten LC-Kompensationsschaltungen 90, einer zwischen dem Ausgangsknoten 32 und Masse und einer zwischen der Eingangssignalkette und Masse.
Um den Impedanzkompensationsbereich in mehreren Frequenzbändern zu vergrößern, wird in dem Eingangssignalpfad unter Verwendung von mehreren Schaltern zur Bereitstellung einer schaltbaren Impedanz eine geschaltete parallele LC-Anordnung 92 vorgesehen.
11 zeigt eine alternative Anordnung, bei der die geschaltete parallele LC-Anordnung 92 von 8 durch eine parallele ungeschaltete LC-Anordnung 94 in dem Eingangssignalpfad mit einer Induktivität und einem Kondensator in Parallelschaltung ersetzt wird. Diese parallele ungeschaltete LC-Anordnung 94 ist dafür ausgelegt, eine Eigenresonanz zwischen der Niederband- und der Hochbandbenutzung aufzuweisen, so dass sich die parallele LC-Schaltung in dem niedrigen Band wie eine Induktivität und in dem hohen Band wie ein Kondensator verhält. Somit ist sowohl Nieder- als auch Hochbandbetrieb möglich, ohne dass die zusätzlichen mehreren Schalter erforderlich sind, die in der LC-Anordnung 92 von 10 verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform ist schematisch in 12 dargestellt. Der Klarheit halber wurden bestimmte Komponenten der vollständigen Anordnung weggelassen – diese sind dieselben wie bei den vorherigen Ausführungsformen.
Bei dieser Ausführungsform ist zusätzliche Filterung vorgesehen, um die Auswirkung von Schalttransienten zu verringern.
Das erste zusätzliche Filter wird durch den Widerstand 71 zwischen dem Kondensator 52 und der Gegentaktschaltung 58 bereitgestellt. In Zusammenarbeit mit dem Kondensator 52 verringert dies die Steigung des Vorspannungsimpulses, wenn die Gegentaktschaltung eingeschaltet wird.
Zweitens ist zwischen der Gegentaktschaltung 58 und dem geschalteten Kondensatorarray 22 ein Reihentiefpassfilter 72 vorgesehen, das bei der gezeigten Ausführungsform als ein RC-Filter implementiert ist.
Drittens können die Transistoren des Gegentaktarrays angepasst werden, um ihre Größe zu verringern und ihren Widerstand zu vergrößern – dies hat wiederum die Wirkung eines Tiefpassfilters.
Viertens können Shuntinduktivitäten 74, 76 zu Masse auf dem HF-Pfad angewandt werden, um Einschaltstöße zu verringern. Dies wird auch ein integraler Pfad der Impedanzanpassung sein, die vorgesehen ist, um die Impedanz der Antenne 20 an die Ansteuerschaltung anzupassen. Ferner verringert die Shuntinduktivität 74 zwischen der Antenne 20 und dem geschalteten Kondensatorarray 22 die Übertragung von elektrostatischen Entladungsereignissen von der Antenne 20 zurück in das geschaltete Kondensatorarray 22 und die Treiberschaltung, wodurch die Anforderungen in dieser Hinsicht an diese Schaltungskomponenten gelockert werden.
Fünftens ist durch Shuntwiderstände 78 zu Masse in Verbindung mit dem Gleichstromsperrkondensator 80 zwischen dem Antennenschalter 16 und dem geschalteten Kondensatorarray 22 ein Hochpassfilter gebildet.
Durch Verwendung bestimmter oder aller dieser zusätzlichen Filtertechniken können die Auswirkungen des Schalters hoher Spannung, das die Ausbreitung von Transienten durch das Netzwerk verursacht, verringert werden.
Dies ist insbesondere ein Problem mit den Schaltern des Antennenschalters 16, die zweckmäßigerweise als Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (HEMT) des p-Typs implementiert werden können, die mit einer Spannung von etwa 2,5 V geschaltet werden können. Die Anwesenheit von 60 V-Schaltsignalen zum Schalten der MEMS-Kondensatoren des geschalteten Kondensatorarrays 22 kann diese HEMT leicht stören und Störeffekte verursachen.
Bei der Ausführungsform von 12 wird die Steigung des Vorspannungsimpulses durch die Tiefpassfilter des Widerstands 71, das Tiefpassfilter 72 und den höheren Widerstand der Transistoren der Gegentaktschaltung 58 herabgesetzt. Durch die Hochpassfilter in der HF-Signalleitung werden weitere Verbesserungen bereitgestellt.
Es ist nicht notwendig, feste hohe und niedrige Spannungen zum Ansteuern der MEMS-Anordnungen, wie zum Beispiel 30 V und 60 V, zu verwenden, sondern stattdessen können spezifisch bestimmte Spannungen entweder für die Anordnungen in Parallelschaltung oder sogar unter Verwendung einer unterschiedlichen Spannung für jede Anordnung verwendet werden.
Bei den obigen Ausführungsformen wird die hohe Spannung (60 V) an dem Spannungsauswahleingang 49 eingegeben, und dies wählt die korrekte Spannung.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Treiber dafür ausgelegt, einen speziellen Kalibrationsmodus aufzuweisen, bei dem er die an den MEMS-Schalter angelegte Spannung rampenförmig hochfährt, während die Kapazität des Schalters, wie in 13 dargestellt, gemessen wird. Dabei wird der durch die Steuerung 24 (siehe 2) angesteuerte Spannungsauswahleingang 49 und die Kapazitätsmesseinheit 80 verwendet. Es wird die Spannung gemessen, bei der der Schalter schaltet und die Kapazität ansteigt. Die Spannung wird dann rampenförmig heruntergefahren, bis sich der Schalter ausschaltet. Die Spannung, bei der der Schalter schaltet, wird dann als die höhere Spannung und eine Spannung etwas über der Spannung, bei der sich der Schalter ausschaltet, als die niedrigere Spannung verwendet.
In dem speziellen Kalibrationsmodus kann beim Hochfahren eingetreten werden, oder als Alternative oder zusätzlich in spezifischen Zeitintervallen oder nach einem bestimmten Grad der Benutzung.
Es sollte beachtet werden, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht erschöpfend sind und Fachleute erkennen werden, dass gegebenenfalls andere Komponenten und Anordnungen verwendet werden können. Wenn die Beschreibung der Ausführungsformen oder der Schaltbilder die Verwendung bestimmter Komponenten für bestimmte Funktionen nahelegt, wird für Fachleute erkennbar sein, dass alternative Komponenten verwendet werden können.
Obwohl die schaltbaren Kondensatorarrays von 1 bis 3 oben in einer bestimmten Anwendung für Mobiltelefonie beschrieben werden, können die beschriebenen schaltbaren Arrays in anderen Anwendungen für Lastleitungsanpassung und andere HF-konfigurierbare Netzwerke verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein schaltbares Kondensatorarray 22 besitzt mehrere parallel zwischen einem Eingang 30 und einem Ausgang 32 angeordnete Zellen zur Bereitstellung einer steuerbaren Kapazität. Die geschalteten Kondensatoren werden durch MEMS-Schalter 38 des Kapazitätstyps implementiert. Die Zellen mit niedrigerem Kapazitätswert enthalten mehr als einen MEMS-Schalter in Reihe, wodurch die an jedem MEMS-Schalter mit niedrigerem Kapazitätswert anliegende Spannung verringert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/054246 [0002, 0004]
- WO 2006/117709 [0039]

Claims

Schaltbares Kondensatorarray (22), umfassend: mehrere Kondensatorzellen (34) parallel zwischen einem Eingang (30) und einem Ausgang (32), wobei jede Kondensatorzelle mindestens einen MEMS-Schalter (38) zum Schalten der Kondensatorzelle und mindestens einen Steuereingang zum Annehmen eines Steuersignals zum Schalten des oder jedes MEMS-Schalters umfasst, wobei jede Zelle (34) einen jeweiligen Kapazitätswert aufweist, der der Kapazitätswert der Zelle ist, wenn die Zelle aktiviert ist, wobei die Kapazitätswerte so variieren, dass mindestens eine Zelle einen niedrigeren Kapazitätswert und mindestens eine Zelle einen höheren Kapazitätswert aufweist, wobei jede Zelle mit niedrigerem Kapazitätswert einen Kapazitätswert unter einem vorbestimmten Wert aufweist und jede Zelle mit höherem Kapazitätswert einen Kapazitätswert über dem vorbestimmten Wert aufweist; wobei die oder jede Kondensatorzelle (34) mit niedrigerem Kapazitätswert mindestens zwei MEMS-Schalter in Reihe enthält.
Schaltbares Kondensatorarray nach Anspruch 1 mit mehreren Kondensatorzellen (34) mit Kapazitätswerten, die von einem niedrigsten Wert zu einem höchsten Wert zunehmen, wobei jede Kondensatorzelle bis zu dem vorbestimmten Kapazitätswert zwei MEMS-Schalter (38) in Reihe verwendet und jede Kondensatorzelle über dem vorbestimmten Kapazitätswert einen einzigen MEMS-Schalter (38) verwendet.
Schaltbares Kondensatorarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei m Kondensatorzellen (34) vorliegen, die Kapazitätswerte im Wesentlichen in dem Verhältnis von dem niedrigsten zum höchsten von 1:2: ... 2^m-1 aufweisen.
Schaltbares Kondensatorarray nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei jeder MEMS-Schalter (38) ein HF-MEMS-Schalter des Kondensatortyps mit drei Anschlüssen ist.
Schaltbares Kondensatorarray nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei jeder MEMS-Schalter (38) ein HF-MEMS-Schalter des Kondensatortyps mit zwei Anschlüssen ist.
Variable Impedanzschaltung, umfassend: ein schaltbares Kondensatorarray (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und einen mit den Steuereingängen der Kondensatorzellen (38) verbundenen Treiber (44), der dafür ausgelegt ist, die Kondensatorzellen zu steuern, um eine variable Kapazität auszuwählen.
Variable Impedanzschaltung nach Anspruch 6, wobei der Treiber (44) dafür ausgelegt ist, auf dem zwischen dem Eingang (30) und dem Ausgang (32) des schaltbaren Kondensatorarrays (22) verlaufenden Signal einen vorbestimmten Hochleistungszustand zu bestimmen und einen vorbestimmten Kondensator zwischen Eingang und Ausgang hereinzuschalten, wenn der vorbestimmte Hochleistungszustand bestimmt ist.
Variable Impedanzschaltung nach Anspruch 7, wobei es sich bei dem vorbestimmten Hochleistungszustand um eine HF-Leistung handelt, welche über einem Pegel liegt, wobei der Pegel eine Funktion des verwendeten Modus und/oder Frequenzbands ist.
Variable Impedanzschaltung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der vorbestimmte Kondensator die Zelle mit dem niedrigsten Kapazitätswert (34) ist, die eingeschaltet wird, wenn die vorbestimmte Hochleistung bestimmt wird.
Verfahren zum Betrieb eines geschalteten Kondensatorarrays (22) mit mehreren Kondensatorzellen (34) unterschiedlicher Kapazität parallel verschaltet zwischen einem Eingang (30) und einem Ausgang (32), wobei jede Kondensatorzelle einen jeweiligen Kapazitätswert und mindestens einen MEMS-Schalter zum Schalten der Kondensatorzelle aufweist, wobei mindestens eine der Kondensatorzellen mit niedrigerer Kapazität mindestens zwei MEMS-Schalter in Reihe aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen eines vorbestimmten Hochleistungszustands auf dem zwischen dem Eingang (30) und dem Ausgang (32) des schaltbaren Kondensatorarrays (22) verlaufenden Signals; und Einschalten einer vorbestimmten Kapazität (34) zwischen Eingang und Ausgang, wenn der vorbestimmte Hochleistungszustand bestimmt ist.