EP1719140A1 - Schaltungsanordnung mit einstellbarem kondensator - Google Patents

Schaltungsanordnung mit einstellbarem kondensator

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EP1719140A1
EP1719140A1 EP05715566A EP05715566A EP1719140A1 EP 1719140 A1 EP1719140 A1 EP 1719140A1 EP 05715566 A EP05715566 A EP 05715566A EP 05715566 A EP05715566 A EP 05715566A EP 1719140 A1 EP1719140 A1 EP 1719140A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
capacitor
plate elements
circuit arrangement
plate
arrangement according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05715566A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhold Braam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qualcomm Inc
Original Assignee
BenQ Mobile GmbH and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BenQ Mobile GmbH and Co OHG filed Critical BenQ Mobile GmbH and Co OHG
Publication of EP1719140A1 publication Critical patent/EP1719140A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes
    • H01G5/18—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes due to change in inclination, e.g. by flexing, by spiral wrapping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement with a capacitor arranged on a carrier, which has two capacitor plates and a dielectric layer arranged between the two capacitor plates.
  • CMOS capacitor may be mentioned as an example.
  • the circuit arrangement is peculiar to the fact that the capacitor provided is of a fixed capacitance which cannot be changed after the capacitor or the complete circuit arrangement to which the capacitor belongs has been manufactured.
  • connection come in the case of mobile radio devices, which essentially consist of a high-frequency part and a
  • Baseband signal processing part exist, which are implemented in separate chips, when selecting carrier frequencies from the usable frequency bands of the supported radio standards and converting them into an associated baseband, filters are used again and again, which are to be regarded as circuit arrangements with a capacitor.
  • Capacitors determine a passband of the filter via their intended capacitance, the passband determining a selection of a carrier frequency from one of the supported mobile radio standards. to Adapting the pass band to a carrier frequency that is currently being used, it is necessary to implement variable capacitances that can be used for the filters mentioned.
  • varactors have been used to implement such filters.
  • the use of these components has the disadvantages that relatively high control voltages are required for changes in capacitance.
  • a quality in connection with the required change in capacity is also considered to be insufficient. Poor quality results in an associated insertion loss, which worsens the signal-to-noise ratio.
  • the object of the invention is to specify a circuit arrangement in which the capacitance of a capacitor provided can be varied in a simple manner.
  • At least a section of one of the capacitor plates is made up of rotatably mounted electrically conductive plate elements which are electrically decoupled between a first active rotational position, in which they are electrically conductively connected to a fixed section of this capacitor plate in order to expand their area, and in a second Rotational position are electrically switchable and a control device for switching the plate elements is provided.
  • a further configuration of the circuit arrangement is at the discretion of the person skilled in the art, so that, depending on the application, more complex electronic devices such as HF filters can be implemented on the basis of the specified circuit arrangement.
  • HF filter can be adjusted.
  • a ratio between the fixed section of the capacitor plate and the section of the capacitor plate made up of plate elements essentially determines the capacitance variation possibilities.
  • the capacity resolution depends on the number and size of the plate elements.
  • addresses can be assigned to the plate elements, which the control device accesses to switch the plate elements between the first and the second rotational position.
  • adjoining plate elements can be switched over together.
  • the plate elements can be addressed individually, so that the greatest possible resolution for the capacitance values is achieved.
  • a fixed section of the capacitor plate in combination with at least two is sufficient to implement the capacitor of the circuit arrangement electrically conductive plate elements of the type mentioned.
  • the fixed section can be formed solely by a capacitor connection, so that a surface of the capacitor plate, apart from the connection, is produced entirely from the electrically conductive plate elements.
  • the capacitor connection is connected to a fixed plate element, while further, switchable plate elements are arranged and designed in such a way that they result in an increasingly expandable capacitor plate structure.
  • the fixed section of the capacitor plate can preferably be elongated and at least one row of the plate elements can be arranged adjacent to and along the fixed section.
  • the plate elements protrude from the fixed section in their electrically decoupled rotational position, while they are individually connected to the fixed section in the active rotational position. It is obvious that further rows of electrically conductive plate elements can connect to the outside from the fixed section.
  • the circuit arrangement is preferably implemented on a semiconductor chip as the carrier, with both the capacitor, any further components that may be present and the control device being integrated there.
  • the plate elements are substantially rectangular and of a uniform size.
  • the mentioned outer shape allows a simple expansion of the area of the capacitor plate, while the uniform size allows a uniform stepwise capacitance variation.
  • it is advantageous for the plate elements if they have an electrically conductive layer, which in the first active position lies in a surface of the capacitor plate, and a bearing section for the rotatable arrangement of the plate element on an axis of rotation.
  • the individual plate elements can be supported on the carrier via the axis of rotation and individually pivoted about the axis of rotation between the active and the electrically decoupled rotational position.
  • the electrical layer can overlap with a surface of the fixed section.
  • the capacitance of the capacitor can also be changed digitally by interconnecting the plate elements. Similar qualities can be achieved as with fixed capacitors. By changing the area of the capacitor, any component scatter that affects the capacitance of the capacitor can be taken into account. The same applies to capacity changes due to
  • the capacitance can be adjusted by varying the active area of the capacitor plate. It can be advantageous if the second capacitor plate is also constructed in such a way as that which partially consists of the electrically conductive plate elements.
  • Figure 1 is a side view of a capacitor which is part of an electrical circuit arrangement
  • FIG. 2 shows a top view of the capacitor according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows the basic construction of a capacitor, in which a first capacitor plate of a fixed portion 1 and a plurality of similar plate members lt n. 2 , , 2 n .
  • the fixed section 1 is arranged centrally. On both sides of the fixed
  • Section 1 is arranged in the sectional view shown in each case a plate element 2 lt 2 2 .
  • These two plate elements 2 ⁇ , 2 2 are shown in FIG. 1 by way of example for a row of further plate elements 2 3 , 2 n that continues in FIG. 1 perpendicular to the plane of the drawing.
  • the plate elements 2 lf 2 2 are rotatably mounted on respective axes Ai, A 2 , these two axes Ai, A 2 being mounted at a point in the circuit arrangement, not shown in the drawings, to which the capacitor belongs.
  • the plate elements 2 X , ..., 2 n are rotatably mounted on a respective axis A x , A 2 , so that the plate elements 2 ⁇ ... 2 n can perform a rotary movement over a predetermined angular section.
  • the plate elements 2 lt ..., 2 n can have a through hole for receiving a respective axis A 17 A 2 .
  • the plate elements 2 lt ..., 2 n are arranged on a respective web, over the edge of which they can be tilted between the active and the electrically decoupled rotational position. In this embodiment, the web would lf in a respective recess provided on a lower surface of the plate members 2, ..., 2 n , which extends in the direction of the respective axis Ai, A 2 .
  • the respective axis Ai, A 2 is positioned so that there is a bistable balance for both the active rotational position and for the electrically decoupled rotational position.
  • the plate element 2 2 shown on the left in FIG. 1 is in an active rotational position in which an electrically conductive layer 3 on an upper side of the plate element 2 2 is connected to the electrically conductive fixed section 1 for expanding a capacitor area of the capacitor plate discussed here. Specifically, the electrically conductive layer 3 overlaps with the fixed section 1.
  • the plate element 2 1 is shown on the right in a passive position in which an electrical
  • a metallic surface 4, which forms the second capacitor plate, is provided as a further electrode of the capacitor.
  • a dielectric layer 5 with a dielectric constant ⁇ r is arranged between the two capacitor plates.
  • the capacitor plate formed from a metallic layer 4 also has an associated capacitor connection.
  • the fixed section 1 is elongated and on each side is a row of plate elements 2 ⁇ (shown without a bearing section). , , 2 n has.
  • a total of ten plate elements 2 lt ..., 2 10 are provided, of which the plate elements of the row to which the plate element 2 2 belongs are in an active and the plate elements of the second row in a passive rotational position.
  • an active area of the first capacitor plate is 2/3 of the total possible area.
  • the extent of the fixed section 1 in the longitudinal direction can be significantly larger, while a row of plate elements 2 1,..., 2 n can also comprise a considerably larger number of plate elements.
  • Embodiments of the invention can connect from the fixed section 1 to the outside to the two rows of plate elements 2 lr ..., 2 n each further rows of plate elements, which can be switched from the inside to the outside. It is also possible for the fixed section 1 not to be elongated, but to assume, for example, a rectangular shape. Its design depends primarily on the way in which the electrical connection of the plate elements 2 lr ...,. 2 n is possible in a simple manner.
  • the area of the fixed section 1 is approximately one third of the area of the associated capacitor plate, which can be formed with the help of both rows of plate elements 2 ⁇ , ... 2 10 together with the fixed section 1. If it is assumed that both rows of plate elements 2 X , 2 n each comprise 128 plate elements, based on the capacitance value that results solely from the fixed section 1 and the metallic layer 4, one would be
  • a required capacitance variation can be between 0.3 pF and 1 pF, a relative dielectric constant assuming the value "90" and a distance between the two capacitor plates being a few ⁇ m. With this configuration, it would be possible to implement the capacitor in an area of less than 1 mm 2 .
  • a control device (not shown), which is also implemented as a component of the circuit arrangement, is used to control the plate elements 2 1 ... 2 n .
  • Control signals from the control device are fed to the individual plate elements 2 lt ..., 2 n via a suitable bus system.
  • each plate element 2 lr ..., 2 n is equipped with a pair of control electrodes 7, 8, on which the control signals from the control device are present.
  • the respective pairs of control electrodes 7, 8 are located on the side of the plate elements 2 X 1 ..., 2 n facing away from the substrate 6.
  • the pairs of control electrodes 7, 8 interact with metallic surfaces on an upper side of the plate elements ⁇ , ..., 2 n , in order to set a respectively desired rotational position for individual plate elements 2 lt ..., 2 n .
  • Appropriate polarity of the electrodes causes electrostatically attractive or repulsive forces, so that torques can be exerted on the plate elements 2 1 ..., 2 n .
  • the plate elements 2 lr ..., 2 n are for the
  • Control device individually addressable so that there is a desired size of the area of the first capacitor plate the fixed section 1 and the plate elements 2, ..., 2 n , can be adjusted.
  • Configurations of the capacitor can be saved and called up.
  • the circuit arrangement can also be used in particular in the field of mobile radio technology. It can form a tunable diplexer / duplexer, a tunable front-end filter, a tunable oscillator or generally a tunable filter in a correspondingly supplemented overall configuration.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Abstract

Schaltungsanordnung mit einstellbarem Kondensator Bei einer Schaltungsanordnung mit einem auf einem Träger angeordneten Kondensator, der zwei Kondensatorplatten und eine zwischen den beiden Kondensatorplatten angeordnete Dielektrikum-Schicht (5) aufweist, wird die Aufgabe, eine Kapazität des Kondensators in einfacher Weise zu variieren, dadurch gelöst, dass wenigstens ein Abschnitt einer der Kondensatorplatten aus drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Plattenelementen (21 ... 2n) aufgebaut ist, die zwischen einer ersten aktiven Drehposition, bei der sie mit einem festen Abschnitt (1) dieser Kondensatorplatte zu deren Flächenerweiterung elektrisch leitend verbunden sind, und in einer zweiten elektrisch entkoppelten Drehposition elektrisch umschaltbar sind und eine Steuereinrichtung zum Umschalten der Plattenelemente (21 ... 2n) vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung mit einstellbarem Kondensator
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem auf einem Träger angeordneten Kondensator, der zwei Kondensatorplatten und eine zwischen den beiden Kondensatorplatten angeordnete Dielektrikum-Schicht aufweist.
Solche Schaltungsanordnungen finden vielfältige Verwendung und sind üblicher Weise in Halbleitertechnologie hergestellt. Als Beispiel sei der CMOS-Kondensator genannt.
Der Schaltungsanordnung ist eigentümlich, dass der vorgesehene Kondensator von einer festen Kapazität ist, die sich nach Herstellung des Kondensators bzw. der vollständigen Schaltungsanordnung, zu der der Kondensator gehört, nicht mehr ändern lässt.
Dem gegenüber gibt es im Bereich der Mobilfunktechnik, insbesondere bei der Weiterentwicklung des offenen Funkstandards "SDR" Anforderungen, die eine Anpassung kapazitiver Eigenschaften der Schaltungsanordnung an eine Mehrzahl unterstützter Funkstandards erfordern. In diesem
Zusammenhang kommen bei Mobilfunkgeräten, die im wesentlichen aus einem Hochfrequenzteil und einem
Basisbandsignalverarbeitungsteil bestehen, die in gesonderten Chips realisiert sind, bei der Selektion von Trägerfrequenzen aus den nutzbaren Frequenzbändern der unterstützten Funkstandards und deren Umsetzung in ein zugehöriges Basisband immer wieder Filter zum Einsatz, die als Schaltungsanordnungen mit einem Kondensator anzusehen sind. Kondensatoren bestimmen über ihre vorgesehene Kapazität einen Durchlassbereich des Filters, wobei der Durchlassbereich für eine Selektion einer Trägerfrequenz von einem der unterstützten Mobilfunkstandards bestimmend ist. Zur Anpassung des Durchlassbereichs an eine gerade verwendete Trägerfrequenz ist es erforderlich, veränderbare Kapazitäten zu realisieren, die für die angesprochenen Filter anwendbar sind.
Zur Realisierung solcher Filter sind bisher beispielsweise Varaktoren eingesetzt worden. Der Einsatz dieser Bauelemente hat jedoch die Nachteile, dass relativ hohe Ansteuerspannungen für Kapazitätsänderungen erforderlich sind. Auch wird eine Güte in Verbindung mit der erforderlichen Kapazitätsänderung als nicht zureichend angesehen. Eine schlechte Güte hat eine zugehörige Einfügedämpfung zur Folge, wodurch sich das Signal-zuRauschen-Verhältnis verschlechtert .
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei der sich eine Kapazität eines vorgesehenen Kondensators in einfacher Weise variieren lässt .
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Schaltungsanordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist vorgesehen, dass wenigstens ein Abschnitt einer der Kondensatorplatten aus drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Plattenelementen aufgebaut ist, die zwischen einer ersten aktiven Drehposition, bei der sie mit einem festen Abschnitt dieser Kondensatorplatte zu deren Flächenerweiterung elektrisch leitend verbunden sind, und in einer zweiten elektrisch entkoppelten Drehposition elektrisch umschaltbar sind und eine Steuereinrichtung zum Umschalten der Plattenelemente vorgesehen ist.
Diese Schaltungsanordnung findet in sämtlichen Fällen
Anwendung, bei denen eine Variabilität einer Kapazität eines vorgesehenen Kondensators erwünscht ist. Hervorzuheben sind dabei Mobilfunkanwendungen wie besonders sog. "HF-Frontends" für Mobilfunkgeräte, die für "SDR" ("Software Defined Radio") geeignet sein sollen.
Eine weitere Bestückung der Schaltungsanordnung liegt im Belieben des Fachmanns, so dass je nach Anwendungsfall ausgehend von der angegebenen Schaltungsanordnung komplexere elektronische Einrichtungen wie HF-Filter realisiert werden können .
Die Unterteilung des Abschnitts einer der Kondensatorplatten in drehbar gelagerte, einzeln ansteuerbare elektrisch leitfähige Plattenelemente hat den Vorteil, dass eine Kapazität des Kondensators stufenweise veränderbar ist, sich beispielsweise zur Variation eines Durchlassbereiches eines
HF-Filters anpassen lässt. Dabei bestimmt im wesentlichen ein Verhältnis zwischen dem festen Abschnitt der Kondensatorplatte und dem aus Plattenelementen aufgebauten Abschnitt der Kondensatorplatte die Kapazitäts- Variationsmöglichkeiten. Die Kapazitätsauflösung hängt von der Anzahl und Größe der Plattenelemente ab.
Zur Ansteuerung der Plattenelemente mit Hilfe der Steuereinrichtung können den Plattenelementen Adressen zugewiesen sein, auf die die Steuereinrichtung zum Umschalten der Plattenelemente zwischen der ersten und der zweiten Drehposition zugreift.
Es können beispielsweise aneinander anschließende Plattenelemente gemeinsam umschaltbar sein. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die Plattenelemente einzeln adressierbar sind, so dass eine größtmögliche Auflösung für die Kapazitätswerte erzielt wird.
Grundsätzlich reicht zur Realisierung des Kondensators der Schaltungsanordnung ein fester Abschnitt der Kondensatorplatte in Kombination mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen Plattenelementen der genannten Art aus. Dabei kann der feste Abschnitt allein von einem Kondensatoranschluss gebildet sein, so dass eine Fläche der Kondensatorplatte, abgesehen von dem Anschluss, vollständig aus den elektrisch leitfähigen Plattenelementen hergestellt ist . Bei diesem Ausführungsbeispiel steht der Kondensatoranschluss mit einem festen Plattenelement in Verbindung, während weitere, umschaltbare Plattenelemente derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sich mit ihrer Hilfe eine zunehmend erweiterbare Kondensatorplattenstruktur ergibt .
Bevorzugt kann der feste Abschnitt der Kondensatorplatte langgestreckt ausgebildet sein und wenigstens eine Reihe der Plattenelemente an den festen Abschnitt angrenzend und längs desselben angeordnet sein. Selbstverständlich ist es möglich, auf beiden Seiten des festen Abschnittes jeweils eine Reihe der Plattenelemente vorzusehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel stehen die Plattenelemente in ihrer elektrisch entkoppelten Drehposition von dem festen Abschnitt ab, während sie in der aktiven Drehposition einzeln mit dem festen Abschnitt verbunden sind. Es liegt auf der Hand, dass von dem festen Abschnitt aus nach außen sich weitere Reihen elektrisch leitfähiger Plattenelemente anschließen können.
Die Schaltungsanordnung ist bevorzugt auf einem Halbleiter- Chip als der Träger realisiert, wobei dort sowohl der Kondensator, ggf. vorhandene weitere Bauelemente und die Steuereinrichtung integriert sind.
Es ist günstig, wenn die Plattenelemente im wesentlichen rechtwinklig und von einheitlicher Größe sind. Die genannte äußere Form gestattet eine einfache Erweiterung der Fläche der Kondensatorplatte, während die einheitliche Größe eine gleichförmige stufenweise Kapazitätsvariation erlaubt. In konstruktiver Hinsicht ist es für die Plattenelemente von Vorteil, wenn sie eine elektrisch leitende Schicht, die in der ersten aktiven Position in einer Fläche der Kondensatorplatte liegt, und einen Lagerabschnitt zur drehbaren Anordnung des Plattenelements auf einer Drehachse aufweisen.
In dieser Weise können die einzelnen Plattenelemente über die Drehachse auf dem Träger gelagert werden und einzeln um die Drehachse zwischen der aktiven und der elektrisch entkoppelten Drehposition verschwenkt werden.
Zum Verwirklichen einer geeigneten elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Plattenelementen und dem festen Abschnitt kann die elektrische Schicht mit einer Oberfläche des festen Abschnitts überlappen.
Für die dargestellte Schaltungsanordnung ergibt es sich, dass über das Zusammenschalten der Plattenelemente die Kapazität des Kondensators auch digital verändert werden kann. Es lassen sich ähnliche Güten wie bei festen Kondensatoren erreichen. Es kann durch Veränderung der Fläche des Kondensators etwaigen Bauteilstreuungen, welche die Kapazität des Kondensators betreffen, Rechnung getragen werden. Ähnliches gilt für Kapazitätsänderung aufgrund von
Temperaturschwankungen. Auch in diesem Fall lässt sich über die Variation der aktiven Fläche der Kondensatorplatte dessen Kapazität anpassen. Es kann von Vorteil sein, wenn auch die zweite Kondensatorplatte derart aufgebaut ist wie diejenige, die teilweise aus den elektrisch leitfähigen Plattenelemente besteht .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht eines Kondensators, der Teil einer elektrischen Schaltungsanordnung ist und
Figur 2 eine Draufsicht des Kondensators nach Figur 1.
Aus Figur 1 geht der prinzipielle Aufbau eines Kondensators hervor, bei dem eine erste Kondensatorplatte aus einem festen Abschnitt 1 und einer Mehrzahl n gleichartiger Plattenelemente 2l t . . . 2n aufweist. Der feste Abschnitt 1 ist zentral angeordnet . Auf beiden Seiten des festen
Abschnitts 1 ist in der dargestellten Schnittansicht jeweils ein Plattenelement 2l t 22 angeordnet. Diese beiden Plattenelemente 2ι, 22 sind in Figur 1 beispielhaft für eine sich in Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene fortsetzende Reihe weiterer Plattenelemente 23, 2n gezeigt.
Die Plattenelemente 2lf 22 sind auf jeweiligen Achsen Ai, A2 drehbar gelagert, wobei diese beiden Achsen Ai, A2 an einer in den Zeichnungen nicht gezeigten Stelle der Schaltungsanordnung, zu der der Kondensator gehört, gelagert sind.
Die Plattenelemente 2X, ... , 2nsind drehbar auf einer jeweiligen Achse Ax, A2 gelagert, so dass die Plattenelemente 2ι ... 2n über einen vorbestimmten Winkelabschnitt eine Drehbewegung durchführen können. Für die konkrete Ausgestaltung der Drehbaren Lagerung der Plattenelemente 2l7 ... , 2n sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. So können die Plattenelemente 2l t ... , 2n eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme einer jeweiligen Achse Al7 A2 aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Plattenelemente 2l t ... , 2n auf einem jeweiligen Steg angeordnet sind, über dessen Kante sie zwischen der aktiven und der elektrisch entkoppelten Drehposition verkippt werden können. Bei dieser Ausfuhrungsform würde der Steg in eine jeweils vorgesehene Aussparung auf einer Unterseite der Plattenelemente 2lf ... , 2n, die in Richtung der jeweiligen Achse Ai, A2 verläuft, eingreifen.
Unabhängig von der konkreten Gestaltung des Lagerabschnitts der Plattenelemente 2ι, ..., 2n ist die jeweilige Achse Ai, A2 so positioniert, dass sich ein bistabiles Gleichgewicht sowohl für die aktive Drehposition als auch für die elektrisch entkoppelte Drehposition ergibt.
Das in der Figur 1 links dargestellte Plattenelement 22 befindet sich in einer aktiven Drehposition, bei der eine elektrisch leitende Schicht 3 auf einer Oberseite des Plattenelementes 22 mit dem elektrisch leitfähigen festen Abschnitt 1 zur Erweiterung einer Kondensatorfläche der hier diskutierten Kondensatorplatte verbunden ist. Im einzelnen dabei überlappt die elektrisch leitende Schicht 3 mit dem festen Abschnitt 1.
Dem gegenüber ist das Plattenelement 21 rechts in einer passiven Position gezeigt, bei der eine elektrische
Verbindung zwischen diesem Plattenelement 2ι und dem festen Abschnitt 1 nicht vorliegt.
Als weitere Elektrode des Kondensators ist eine metallische Fläche 4 vorgesehen, welche die zweite Kondensatorplatte bildet. Zwischen den beiden Kondensatorplatten ist eine Dielektrikum-Schicht 5 mit einer Dielektrizitätskonstanten εr angeordnet. Auch die aus einer metallischen Schicht 4 gebildete Kondensatorplatte verfügt über einen zugehörigen Kondensatoranschluss.
Die gesamte, oben beschriebene Anordnung des Kondensators ist auf einem Substrat 6 angeordnet, das gleichzeitig als Träger für zusätzliche, anwendungsspezifische weitere elektrische Bauteile dient. Aus der Figur 2 ist ersichtlich, dass der feste Abschnitt 1 langgestreckt ausgebildet ist und auf jeder Seite eine Reihe aus (ohne Lagerabschnitt dargestellten) Plattenelementen 2λ . . . 2n hat. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt zehn Plattenelemente 2l t ..., 210 vorgesehen, von denen die Plattenelemente derjenigen Reihe, zu der das Plattenelement 22 gehört, in einer aktiven und die Plattenelemente der zweiten Reihe in einer passiven Drehposition sind. Eine aktive Fläche der ersten Kondensatorplatte beträgt in diesem Beispiel somit 2/3 der insgesamt möglichen Fläche. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Ausdehnung des festen Abschnitts 1 in Längsrichtung deutlich größer sein, während eine Reihe aus Plattenelementen 2ι, ..., 2n auch eine erheblich größere Zahl von Plattenelemente umfassen kann. Bei weiteren
Ausführungsbeispielen der Erfindung können sich von dem festen Abschnitt 1 aus nach außen an die beiden Reihen aus Plattenelementen 2l r ... , 2n jeweils weitere Reihen von Plattenelementen anschließen, die von Innen nach außen zugeschaltet werden können. Auch ist es möglich, dass der feste Abschnitt 1 nicht langgestreckt ausgebildet ist, sondern eine beispielsweise rechtwinklige Form annimmt. Seine Ausgestaltung richtet sich in erster Linie danach, auf welche Weise konstruktiv eine elektrische Ankopplung der Plattenelemente 2l r ...,. 2n in einfacher Weise möglich ist.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel beträgt die Fläche des festen Abschnitts 1 etwa ein Drittel derjenigen Fläche der zugehörigen Kondensatorplatte, die sich mit Hilfe beider Reihen an Plattenelementen 2χ , ...210 zusammen mit dem festen Abschnitt 1 bilden lässt. Wenn angenommen wird, dass beide Reihen an Plattenelementen 2X, 2n jeweils 128 Plattenelemente umfassen, wäre, ausgehend von dem Kapazitätswert, der sich allein durch den festen Abschnitt 1 und die metallische Schicht 4 ergibt, eine
Einstellungsmδglichkeit in 256 Stufen (8 Bit-Ansteuerung) möglich. Außerdem ließe sich eine Kapazitätsvariation von 3:1 erfüllen.
Für ein konkretes Beispiel kann eine geforderte Kapazitätsvariation zwischen 0,3 pF und 1 pF liegen, wobei eine relative Dielektrizitätskonstante den Wert "90" annimmt und ein Abstand zwischen den beiden Kondensatorplatten einige μm beträgt. Bei dieser Konfiguration wäre es möglich, den Kondensator auf einer Fläche von weniger als 1 mm2 zu realisieren.
Zur Ansteuerung der Plattenelemente 2 l ... , 2n, dient eine nicht dargestellte Steuereinrichtung, die ebenfalls als Bestandteil der Schaltungsanordnung realisiert ist. Steuersignale von der Steuereinrichtung werden über ein geeignetes Bus-System den einzelnen Plattenelementen 2l t ... , 2n zugeleitet. Um die Plattenelemente 2X , ..., 2n in die aktive Drehposition oder die elektrisch entkoppelte
Drehposition zu bringen, ist jedes Plattenelement 2l r ..., 2n, mit einem Paar Steuerelektroden 7, 8 ausgestattet, an denen die Steuersignale von der Steuereinrichtung anliegen. Die jeweiligen Paare Steuerelektroden 7, 8 befinden sich auf der dem Substrat 6 abgewandten Seite der Plattenelemente 2X l ..., 2n. Die Paare an Steuerelektroden 7, 8 wirken mit metallischen Flächen auf einer Oberseite der Plattenelemente ι, ... , 2n, zusammen, um eine jeweils gewünschte Drehposition für einzelne der Plattenelemente 2l t ..., 2n, einzustellen. Durch entsprechende Polung der Elektroden wirken elektrostatisch anziehende oder abstoßend Kräfte, so dass Drehmomente auf die Plattenelemente 2 l ... , 2n ausgeübt werden könne .
Die Plattenelemente 2l r ... , 2n sind für die
Steuereinrichtung einzeln adressierbar, so dass sich eine gewünschte Größe der Fläche der ersten Kondensatorplatte, die den festen Abschnitt 1 und die Plattenelemente 2 , ..., 2n aufweist, einstellen lässt.
Dabei können in der Steuereinrichtung für bestimmte Anwendungen der Schaltungsanordnung erforderliche
Konfigurationen des Kondensators gespeichert und abrufbar sein.
Die Schaltungsanordnung lässt sich insbesondere auch im Bereich der Mobilfunktechnik einsetzen. Sie kann in jeweils entsprechend ergänzter Gesamtkonfiguration einen abstimmbaren Diplexer/Duplexer, ein abstimmbares Frontend-Filter, einen abstimmbaren Oszillator oder allgemein ein abstimmbares Filter bilden.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung mit einem auf einem Träger angeordneten Kondensator, der zwei Kondensatorplatten und eine zwischen den beiden Kondensatorplatten angeordnete Dielektrikum-Schicht (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt einer der Kondensatorplatten aus drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Plattenelementen (2ι ... 2n) aufgebaut ist, die zwischen einer ersten aktiven Drehposition, bei der sie mit einem festen Abschnitt (1) dieser Kondensatorplatte zu deren Flächenerweiterung elektrisch leitend verbunden sind, und in einer zweiten elektrisch entkoppelten Drehposition elektrisch umschaltbar sind und eine Steuereinrichtung zum Umschalten der Plattenelemente (2X ... 2n) vorgesehen ist .
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Plattenelementen (2ι ... 2n) Adressen zugewiesen sind, auf die die Steuereinrichtung zum Umschalten zugreift.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenelemente (2ι ... 2n) einzeln adressierbar sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Abschnitt (1) der Kondensatorplatte lang gestreckt ausgebildet ist und wenigstens eine Reihe der Plattenelemente (2ι ... 2n) an den festen Abschnitt (1) angrenzend und längs desselben angeordnet ist .
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator und die Steuereinrichtung auf einem Halbleiter-Chip als der Träger realisiert ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenelemente (2χ ... 2n) im wesentlichen rechtwinklig und von einheitlicher Größe sind.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenelemente (2X . . . 2n) eine elektrisch leitende Schicht (3) , die in der ersten aktiven Position in einer Fläche der Kondensatorplatte liegt, und einen Lagerabschnitt zur drehbaren Anordnung des Plattenelements auf einer Drehachse aufweisen.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schicht (3) mit einer Oberfläche des festen Abschnitts (1) überlappt.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenelemente derart drehbar gelagert sind, dass für die aktive und die passive, elektrisch entkoppelte Position ein bistabiles Gleichgewicht vorliegt.
EP05715566A 2004-02-25 2005-02-22 Schaltungsanordnung mit einstellbarem kondensator Withdrawn EP1719140A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200410009133 DE102004009133B3 (de) 2004-02-25 2004-02-25 Schaltungsanordnung mit einstellbarem Kondensator
PCT/EP2005/002035 WO2005081273A1 (de) 2004-02-25 2005-02-22 Schaltungsanordnung mit einstellbarem kondensator

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