FR2890257A1 - Element de circuit a capacite variable - Google Patents
Element de circuit a capacite variable Download PDFInfo
- Publication number
- FR2890257A1 FR2890257A1 FR0508684A FR0508684A FR2890257A1 FR 2890257 A1 FR2890257 A1 FR 2890257A1 FR 0508684 A FR0508684 A FR 0508684A FR 0508684 A FR0508684 A FR 0508684A FR 2890257 A1 FR2890257 A1 FR 2890257A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- circuit element
- capacitance
- component
- variable
- components
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/02—Details
- H03B5/04—Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
- H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
- H03B5/1206—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
- H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
- H03B5/1237—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
- H03B5/124—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance
- H03B5/1246—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance the means comprising transistors used to provide a variable capacitance
- H03B5/1253—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance the means comprising transistors used to provide a variable capacitance the transistors being field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
- H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
- H03B5/1237—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
- H03B5/1262—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising switched elements
- H03B5/1265—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising switched elements switched capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Abstract
Un élément de circuit électronique (100) possède deux valeurs de capacité sélectionnées au moyen d'un signal de commande principal (C). L'élément comprend deux composants électroniques à capacité variable (1, 2) connectés en parallèle et recevant chacun des signaux de commande intermédiaires inverses (C1, C2), dérivés du signal de commande principal. Les deux composants à capacité variable (1, 2) sont différenciés par un paramètre de configuration. L'élément de circuit présente une variation de capacité correspondant à la différence entre les variations de capacité respectives des deux composants (F1, F2) lors d'une inversion du signal de commande principal. La variation de capacité de l'élément de circuit peut être inférieure à 5 attoFarads.
Description
ELEMENT DE CIRCUIT A CAPACITE VARIABLE
La présente invention concerne un élément de circuit et un dispositif à capacités variables, qui peuvent être utilisés en particulier dans un oscillateur à fréquence contrôlée par une tension.
Certaines applications de circuits électroniques nécessitent un condensateur à capacité variable. Il est connu de réaliser un tel condensateur sous la forme d'un élément de circuit constitué de deux varacteurs connectés en série. Les figures la et 1 b représentent une telle réalisation d'élément de circuit à capacité variable. Les deux varacteurs sont réalisés en technologie MOS (pour Métal-OxydeSemiconducteur). Un caisson de dopage N-, référencé 202, est formé dans un substrat semiconducteur de type P, référencé 200. Le caisson 202 est entouré par une barrière d'isolation électrique 201, par exemple du type STI (pour Shallow Trench Isolator en anglais). Une zone centrale 203 et deux zones latérales 204a et 204b, situées dans le caisson 202, ont un dopage renforcé de type N, noté N+. Une première grille MOS, référencée 205a, est formée sur la surface S du substrat 200 entre les zones 203 et 204a, et une seconde grille MOS, référencée 205b, est formée sur la surface S entre les zones 203 et 204b. Les grilles 205a et 205b sont isolées électriquement du caisson 202 par des couches isolantes 206a et 206b, respectivement. Chacun des deux varacteurs, référencés 10a et 10b, correspond donc à une structure modifiée de transistor MOS, dans laquelle la zone de canal d'une part, et les zones de source et de drain d'autre part, ont des dopages de même type mais de concentrations différentes en espèces dopantes. Les deux varacteurs 10a et 10b sont connectés en série par la zone commune 203. De préférence, ils sont identiques. Ils constituent ensemble l'élément de circuit à capacité variable 1.
Les zones 203, 204a et 204b sont connectées électriquement par des connexions respectives 13, 14a et 14b qui sont reliées entre elles. Ces connexions forment une liaison intermédiaire de montage en série des varacteurs 10a et 10b (voir la figure 1 b). Les deux grilles 205a et 205b sont 30 connectées électriquement par des connexions respectives 12a et 12b et forment les deux sorties de l'élément de circuit 1.
Une borne de polarisation 11 relie par ailleurs une zone dopée N+ supplémentaire, située dans le caisson 202. Cette borne constitue l'entrée de l'élément de circuit 1. La capacité de l'élément de circuit 1, mesurée entre les sorties 12a et 12b, varie en fonction d'une tension électrique de commande CI appliquée sur l'entrée 11.
Un tel élément de circuit permet d'obtenir des variations minimales de capacité qui sont de l'ordre de 30 aF (aF pour attoFarad, 1 aF=10-18 F), pour les technologies MOS actuelles. Or ces variations minimales sont trop importantes pour certaines applications. En particulier, un oscillateur à fréquence contrôlée par une tension, ou VCO pour Voltage Controlled Oscillator en anglais, qui est adapté pour être utilisé avec une inductance de 1 nH (nanoHenry) environ dans un émetteur radio, nécessite un pas de fréquence de l'ordre de 100 Hz (Hertz) à 1 kHz (kiloHertz). Un tel pas de fréquence correspond approximativement à un pas de capacité de l'ordre de 1 à 10 aF.
Un but de la présente invention est donc de fournir un élément de circuit à capacité variable, dont la variation de capacité peut être inférieure 5 aF.
Pour cela, l'invention propose un élément de circuit électronique adapté pour posséder deux valeurs de capacité sélectionnées au moyen d'un signal de commande, qui comprend: - une liaison de transmission non-inverseuse et un inverseur recevant chacun en entrée le signal de commande, et transmettant en sortie deux signaux intermédiaires respectifs, ces signaux intermédiaires ayant des valeurs associées à deux états de commande distincts; et - deux composants électroniques connectés en entrée à la sortie de la liaison de transmission et à la sortie de l'inverseur, respectivement, chaque composant étant adapté pour posséder une capacité variable entre deux sorties de ce composant, et la capacité variant en fonction du signal intermédiaire transmis à ce même composant.
En outre, les sorties des deux composants à capacité variable sont connectées en parallèle, et les deux composants à capacité variable sont différenciés par un paramètre de configuration de sorte que, pour au moins un des deux états de commande, la capacité de l'un des deux composants est différente de la capacité de l'autre composant pour l'autre état de commande.
Les sorties des deux composants à capacité variable qui sont connectées en parallèle constituent deux sorties de l'élément de circuit. Elles présentent entre elles une capacité égale à la somme des capacités respectives de chacun des deux composants. Cette capacité de l'élément de circuit est égale à I-1(C1)+r2(C2), où r1 et F2 désignent les capacités respectives des deux composants pour les valeurs CI et C2 des signaux intermédiaires appliqués en entrée de chacun d'eux.
Grâce à l'utilisation de la liaison de transmission non-inverseuse et de l'inverseur en entrée de chaque composant à capacité variable, la variation Ar de la capacité 1 de l'élément de circuit est: A = [r1(C1)+ r2(C2)] - [ri(C2)+r2(CI)] = Art A1-2 où Ar; (i=1, 2) représente la variation de capacité de chaque composant entre les deux valeurs de signal intermédiaire CI et C2. Ainsi, la variation de capacité de l'élément de circuit et égale à la différence entre les variations respectives de capacité des deux composants. Autrement dit, un élément de circuit selon l'invention possède une architecture différentielle, qui associe deux composants distincts à capacités variables. Ces composants sont différenciés par un paramètre de configuration, de sorte que la variation Af1 est différente de la variation A1-2, mais peut être très proche de cette dernière. Ainsi, si chacune des variations Ar i est de l'ordre de 30 aF, comme cela est actuellement réalisable avec des varacteurs MOS, la variation de capacité Ar de l'élément de circuit peut être très inférieure à 30 aF. De préférence, la variation de capacité de l'élément de circuit est inférieure à 5 aF, voire inférieure à 2 aF. De façon générale, la variation de capacité Ar de l'élément de circuit selon l'invention peut être au moins trois fois inférieure à la variation de capacité Ar; de chaque composant.
De façon générale, un intérêt de l'invention est de réduire la sensibilité de la capacité variable par rapport à d'éventuelles fluctuations du signal de commande.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque composant électronique à capacité variable comprend une paire de varacteurs connectés en série. Les varacteurs d'un même composant ont des entrées respectives reliées entre elles et formant l'entrée de ce composant pour le signal intermédiaire correspondant. Des premières sorties respectives des deux varacteurs de chaque composant sont reliées entre elles pour former la connexion en série, et des secondes sorties respectives des deux varacteurs forment les sorties de ce composant. La réalisation de l'élément de circuit peut alors présenter un niveau d'intégration élevé. En outre, l'entrée de chaque composant présente une capacité avec chacune des sorties de ce composant qui est une fraction de la capacité présente entre les deux sorties du composant. Lorsque les deux varacteurs d'un même composant sont identiques, la capacité entre l'entrée du composant et chacune de ses sorties est égale à la moitié de la capacité présente entre les deux sorties de ce composant. Une telle relation est avantageuse lorsque l'élément de circuit est utilisé dans un circuit qui a une configuration symétrique. En particulier, des interactions parasites entre des parties distinctes du circuit peuvent ainsi être réduites ou annulées.
L'invention propose aussi un dispositif à capacité variable, qui comprend au moins un premier élément de circuit électronique tel que décrit précédemment, et au moins un second élément de circuit électronique à capacité variable, les premier et second éléments de circuit étant connectés en parallèle de sorte que leurs capacités respectives s'additionnent. Un tel dispositif peut posséder une variation de capacité qui est supérieure à celle du premier élément de circuit seul, puisqu'elle résulte d'une combinaison entre les variations de capacité respectives des premier et second éléments de circuit.
En particulier, lorsque les premier et second éléments de circuit ont des entrées respectives séparées pour recevoir des signaux de commande différents, le dispositif présente trois ou quatre valeurs de capacité qui résultent de toutes les combinaisons possibles des valeurs de capacité respectives des deux éléments de circuit. Si les variations de capacité respectives des deux éléments de circuit sont différentes, le dispositif peut adopter quatre valeurs distinctes de capacité, en fonction des signaux de commande adressés à chaque élément de circuit.
L'invention propose enfin un oscillateur à fréquence contrôlée par une tension, qui comprend une inductance ayant deux bornes connectées respectivement aux sorties d'un élément de circuit électronique à capacité variable ou d'un dispositif à capacité variable tel que décrit précédemment. Un tel oscillateur présente une variation de fréquence qui peut être très faible.
Cette variation peut être inférieure à 1 kHz (kiloHertz), par exemple, voire inférieure à 100 Hz. L'oscillateur est alors particulièrement adapté pour réaliser un émetteur GSM, par exemple.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure la illustre une réalisation d'un élément de circuit à capacité variable selon l'art antérieur; - la figure 1 b est un schéma électrique de l'élément de circuit selon l'art antérieur de la figure la; - la figure 2a est un schéma synoptique d'un élément de circuit à capacité variable selon l'invention; - les figures 2b et 2c sont des schémas synoptiques de deux variantes de réalisation de l'invention; - la figure 3 est un schéma électrique d'un élément de circuit à capacité variable selon l'invention; - la figure 4 est un schéma électrique d'un dispositif à capacité variable selon l'invention; - la figure 5a est un schéma électrique d'un oscillateur VCO qui incorpore un dispositif à capacité variable selon l'invention; et - la figure 5b est un diagramme de variations de la capacité et de la fréquence d'un oscillateur VCO selon la figure 5a.
Les figures la et 1 b, qui concernent un élément de circuit à capacité variable selon l'art antérieur, ont déjà été décrites et ne sont pas reprises.
Conformément à la figure 2a, un élément de circuit selon l'invention, référencé 100, comprend une entrée 101 destinée à recevoir un signal de commande C. Le signal de commande C est transmis d'une part à une liaison de transmission 3, qui est non-inverseuse et peut comporter un adaptateur 30, et d'autre part à un inverseur 4. Une sortie de la liaison 3 est connectée à une entrée 11 d'un premier composant à capacité variable, référencé 1, et une sortie de l'inverseur 4 est connectée à une entrée 21 d'un second composant à capacité variable, référencé 2. Deux sorties 12a et 12b du composant 1 sont respectivement connectées à deux sorties 22a et 22b du composant 2. Les sorties 12a et 22a, connectées entre elles, forment une première sortie 102a de l'élément du circuit 100. De même, les sorties 12b et 22b forment une seconde sortie 102b de l'élément de circuit 100. La capacité variable de l'élément de circuit 100 est présente entre les sorties 102a et 102b.
L'entrée 11 du composant 1 reçoit un signal intermédiaire C1 transmis par la liaison 3. Le composant 1 présente une capacité F1 entre ses deux sorties 12a et 12b, qui est déterminée par le signal C1. Ce dernier adopte des valeurs qui correspondent à deux états de commande distincts, dont un seul est sélectionné à chaque instant par la valeur du signal C. De préférence, la caractéristique du composant 1, qui illustre les variations de I-1 en fonction de C1, présente au minimum deux intervalles dans lesquels la capacité r1 dépend peu du signal C1, ou est indépendante de ce signal. En particulier, elle peut présenter deux plateaux distincts sensiblement parallèles à l'axe d'abscisse C1. Les valeurs du signal C1 pour les deux états de commande sont respectivement situées dans les deux plateaux, de sorte que la valeur de C1 peut éventuellement fluctuer sans que ces fluctuations n'affectent la valeur de r1.
De la même façon, l'entrée 21 du composant 2 reçoit un signal intermédiaire C2 produit par l'inverseur 4. Le composant 2 possède un fonctionnement analogue à celui du composant 1: la capacité F2 présente entre les sorties 22a et 22b prend deux valeurs qui correspondent au signal C2 respectivement pour chacun des deux états de commande. Au moins une de ces valeurs de F2 est différente des valeurs de r, pour les deux états de commande, du fait d'un paramètre de configuration qui diffère entre les composants 1 et 2. Par exemple, la valeur de F2 qui correspond à la valeur de signal intermédiaire la plus élevée est plus grande que la valeur de 1-1 pour la même valeur de signal intermédiaire. Sur la figure 2a, la ligne discontinue représentée sur la caractéristique du composant 2 reproduit la caractéristique 1 o du composant 1, pour comparaison.
Etant donné que les signaux intermédiaires CI et C2 sont produits respectivement par la liaison de transmission non-inverseuse 3 et par l'inverseur 4, ils sont complémentaires dans une logique binaire. Ainsi, à chaque instant, les signaux CI et C2 sélectionnent des points de fonctionnement respectifs des composants 1 et 2 qui n'appartiennent pas à un même plateau des caractéristiques r1(C1) et r2(C2). Une variation adaptée du signal de commande C engendre un échange entre ces deux points de fonctionnement.
Selon une première variante de réalisation l'invention illustrée par la figure 2b, le signal de commande C appliqué à l'entrée 101 de l'élément de circuit 100 est un signal numérique. Il est noté Cn et peut être codé sur n bits, n étant un nombre entier supérieur à l'unité. L'élément de circuit 100 comprend alors en outre un convertisseur numérique-analogique, noté CNA et référencé 5, qui convertit le signal Cn en un signal de commande analogique Ca. La sortie du convertisseur 5 est reliée aux entrées respectives de la liaison 3 et de l'inverseur 4. L'adaptateur 30 compris dans la liaison 3 peut être un amplificateur à gain positif, et l'inverseur 4 peut être un amplificateur à gain négatif.
Selon une seconde variante illustrée par la figure 2c, le signal de commande C est un signal analogique. L'adaptateur 30 compris dans la liaison 3 peut alors être un adaptateur de seuils. L'adaptateur 30 et l'inverseur 4 sont connectés chacun en alimentation à deux bornes ayant des potentiels électriques respectifs VA et VB. Les signaux intermédiaires CI et C2 sont des tensions électriques, et les potentiels VA et VB sont déterminés de sorte que les valeurs des signaux CI et C2 pour chaque état de commande correspondent aux plateaux des caractéristiques respectives des composants 1 et 2. De préférence, le signal C présente des variations entre les deux états de commande telles que l'adaptateur 30 et l'inverseur 4 fonctionnent en saturation. Dans ce cas, les signaux intermédiaires CI et C2 sont respectivement à peu près égaux à VA et VB, ou vice-versa, selon l'état de commande de l'élément de circuit 100.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, les composants électroniques à capacité variable 1 et 2 sont chacun du type illustré par les figures la et 1 b. Chacun des composants 1, 2 est donc composé de deux varacteurs 10a, 10b connectés en série, dont les entrées respectives reçoivent le signal intermédiaire CI ou C2 transmis à ce composant. Les sorties des varacteurs du composant 1 (resp. du composant 2) qui sont opposées à la connexion en série interne à ce composant constituent les deux sorties 12a et 12b (respect. 22a et 22b).
Chaque varacteur est réalisé en technologie MOS. Il est réalisé dans un caisson de dopage 202 d'un type déterminé et formé dans un substrat semiconducteur 200. Le substrat 200 est par exemple en silicium monocristallin de type P, et le caisson 202 est de type N-. Avantageusement, les deux varacteurs d'un même composant 1 ou 2 sont réalisés dans le même caisson. Dans ce cas, les entrées des deux varacteurs d'un même composant sont confondues en une unique entrée 11 de signal intermédiaire CI ou C2 qui est partagée entre les deux varacteurs de ce composant. Ce signal intermédiaire polarise le caisson 202 par rapport aux grilles 12a et 12b. La première sortie de chaque varacteur, constituée par exemple par les connexions 13 et 14a, est reliée à deux zones de dopage renforcé du même type que celui du caisson, respectivement 203 et 204a, qui sont formées dans le caisson 202. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les zones de dopage renforcé sont du type N+. La seconde sortie de chaque varacteur est constituée par la connexion qui relie la grille MOS formée au dessus du caisson de dopage, entre les zones de dopage renforcé.
Un varacteur réalisé en technologie MOS, tel que le varacteur 10a de la figure la, dans lequel les zones de dopage renforcé 203 et 204a ont un même type de dopage que le caisson 202, possède deux fonctionnements distincts, dits fonctionnements en déplétion et en accumulation. L'un de ces deux fonctionnements est sélectionné par le potentiel électrique correspondant au signal intermédiaire CI ou C2 qui est appliqué sur l'entrée du varacteur. Ce potentiel est aussi appelé potentiel intermédiaire. Le fonctionnement en déplétion est obtenu lorsque le potentiel intermédiaire C1 est inférieur à une première valeur de seuil, notée VDEP, et le fonctionnement en accumulation est obtenu lorsque le potentiel intermédiaire C1 est supérieur à une seconde valeur de seuil, notée VACC, supérieure à VDEP. Pour le fonctionnement en accumulation, c'est-à-dire pour C1>VACC, la capacité du varacteur entre, d'une part, les connexions 13 et 14a reliées entre elles et, d'autre part, la connexion de grille 12a, est égale à rACC. Pour le fonctionnement en déplétion, c'est-à-dire pour C1<VDEP, la capacité du varacteur mesurée de la même façon est égale à (FACC 1+rDEP 1)-1. rDEP est une contribution positive à la capacité du varacteur, qui correspond à une évacuation des porteurs électriques hors d'une zone du caisson 202 située sous la grille 205a, appelée zone de déplétion. La variation de capacité du varacteur 10a est donc égale à la différence entre rACC et (rACC 1+1DEP_1)-1: rACC (rAcc 1+rDEP_1).1. Cette variation est positive.
Les deux varacteurs 10a et 10b sont conçus pour fonctionner simultanément en déplétion ou en accumulation, lorsqu'ils reçoivent en entrée le même potentiel intermédiaire C1. En particulier, les varacteurs 10a et 10b peuvent être identiques. La variation ir1 de capacité du composant 1 résulte d'une combinaison des variations de capacité des deux varacteurs 10a et 10b, entre leurs fonctionnements en accumulation et en déplétion. Les deux plateaux de la caractéristique r1(C1), respectivement pour C1< VDEP et pour C1>VACC, correspondent à ces deux fonctionnements. A 1 dépend notamment des surfaces des grilles 205a et 205b, mesurées parallèlement à la surface S du substrat 200.
Dans le mode de réalisation décrit ici, le composant 2 possède une structure identique à celle du composant 1. Les composants 1 et 2 présentent donc des seuils de fonctionnement en déplétion et en accumulation qui sont sensiblement égaux.
Par ailleurs, les composants 1 et 2 sont différenciés par un paramètre de configuration qui détermine les valeurs de r1 et F2 pour chaque plateau de leurs caractéristiques. Les variations de capacité respectives des composants 1 et 2 sont alors différentes: Af # AI-2. Le paramètre de configuration peut être, notamment, la surface de grille de l'un au moins des varacteurs de chaque composant 1, 2. Par exemple, les surfaces des grilles des deux varacteurs du composant 1 peuvent être 65 nm x 410 nm, et celles des deux varacteurs du composant 2 peuvent être 65 nm x 475 nm. Lorsque la surface de grille est choisie comme paramètre de configuration pour différencier les composants 1 et 2, la variation minimale de capacité de l'élément de circuit 100 qui est réalisable dépend de la technologie MOS utilisée. De façon connue, cette technologie est caractérisée par la dimension du pas de motif du masque de grilles.
La figure 3 est un schéma électrique de l'élément de circuit 100 ainsi réalisé. Selon ce schéma, la liaison de transmission 3 est une simple connexion électrique. Le potentiel intermédiaire CI est alors identique au signal de commande C, qui varie entre deux valeurs respectivement inférieure à VDEP et supérieure à VACC.
L'inverseur 4 est constitué de deux transistors 40 et 41, respectivement de type P-MOS et N-MOS. Les drains des transistors 40 et 41 sont connectés entre eux et constituent la sortie de l'inverseur 4. Les grilles des transistors 40 et 41 sont connectées entre elles et constituent l'entrée de l'inverseur 4. Les sources des deux transistors sont connectées respectivement à deux alimentations ayant des potentiels électriques respectivement égaux à VA et VB. Les valeurs de VA et VB sont choisies de sorte que le potentiel électrique produit par l'inverseur 4 à partir du signal de commande C, et qui correspond au potentiel intermédiaire C2, varie entre deux valeurs situées dans les plateaux de la caractéristique 1-2(C2) du composant 2.
Les figures 4 et 5a illustrent une utilisation de l'élément de circuit à capacité variable 100 décrit précédemment, au sein d'un oscillateur VCO. De façon connue, un oscillateur VCO peut comprendre une inductance L, référencée 1001, un dispositif capacitif, référencé 1000, et un composant de résistance négative, noté gm et référencé 1004. Ces composants sont connectés chacun entre deux lignes conductrices 1002a et 1002b. La résistance négative gm compense une dissipation d'énergie de l'oscillateur, symbolisée par une résistance R référencée 1003 sur la figure 5a.
Le dispositif 1000 comprend plusieurs éléments à capacités variables, connectés en parallèle entre les lignes 1002a et 1002b. L'un de ces éléments est l'élément 100, dont les sorties 102a et 102b sont connectées respectivement aux lignes 1002a et 1002b. A cause du comportement de l'inductance 1001 en régime continu, pour chaque composant à capacité variable 1, 2 de l'élément 100, l'entrée 11 et les connexions 13, 14a et 14b sont toutes à une même valeur de potentiel électrique continu, fixée par le signal de commande correspondant, Cl ou C2.
Les autres éléments à capacité variable du dispositif 1000 sont référencés 110,..., 1 n0. Eventuellement, tous les éléments 100, 110,..., 1 nO peuvent être du type correspondant à l'invention. Alternativement, l'un de ces éléments peut être d'un autre type tel que, par exemple, une association en parallèle de plusieurs condensateurs, chaque condensateur étant activé ou désactivé au moyen d'un commutateur disposé à cette fin. Les éléments de circuit à capacité variable qui constituent le dispositif 1000 peuvent être commandés chacun par un bit de contrôle, noté bitO pour l'élément 100, bitl pour l'élément 110, etc, et bitn pour le dernier élément 1 n0.
Selon un premier mode de commande, les bits bitO, bitl,..., bitn sont indépendants et les éléments 100, 110,..., 1 nO ont des variations de capacité identiques. De préférence, tous les éléments 100, 110,..., 1 nO sont identiques. Les bits bitO, bitl,..., bitn ont alors un même poids vis-à-vis de la commande du dispositif 1000. Un tel mode de commande est dit unitaire. Il permet d'obtenir une reproductibilité améliorée de la capacité totale du dispositif 1000 mesurée entre les lignes 1002a et 1002b.
Selon un second mode de commande, les bits bitO, bitl,..., bitn constituent une valeur numérique de commande du dispositif à capacité variable 1000, notée C. Ainsi, l'entrée 101 de l'élément 100 reçoit la valeur du bit de rang le plus faible, bitO, l'entrée 111 de l'élément 110 reçoit la valeur du bit de second rang bit1, etc, et l'entrée 1 n1 de l'élément 1 nO reçoit la valeur du bit de rang le plus élevé, bitn. Dans ce cas, la variation de capacité de l'élément de circuit qui correspond à un bit donné est avantageusement égale à deux fois la variation de capacité de l'élément de circuit qui correspond au bit de rang juste inférieur. Ainsi, la variation de capacité de l'élément de circuit 110 est avantageusement égale à deux fois celle de l'élément de circuit 100. La valeur de l'inductance L est fixe et peut être de 1 nH par exemple. La fréquence f de l'oscillateur est alors directement fixée numériquement par la valeur de commande C, selon la formule: f= 1 Dans cette utilisation de l'élément de circuit 100 selon l'invention, les valeurs des potentiels intermédiaires CI et C2, pour chaque état de commande fixé par le premier bit du mot C (bit0), sont avantageusement éloignées des valeurs de seuil VDEP et VACC. Dans ce cas, les variations de la tension entre les lignes 1002a et 1002b, correspondant au signal de sortie de l'oscillateur, ne provoquent pas de variations secondaires de la capacité r, de l'élément de circuit 100, pour chaque valeur de bitO. La fréquence f de l'oscillateur est alors définie avec précision pour chaque valeur de commande C. Il est entendu que des modifications du mode de réalisation de l'invention qui a été décrit en détail ci-dessus peuvent être introduites tout en conservant certains au moins des avantages cités. En particulier, on peut citer les modifications suivantes qui sont facilement réalisables: - le substrat 200 peut être de type N, la zone 202 des varacteurs peut être dopée P" et les zones 203, 204a et 204b peuvent être dopées P+ ; - les composants 1 et 2 peuvent être réalisés avec des technologies MOS plus avancées que la technologie de 65 nm; - les composants 1 et 2 peuvent posséder une constitution autre que celle de deux varacteurs connectés en série. En particulier, ils peuvent être 2n LI,(C) La figure 5b illustre les variations de la capacité f du dispositif 1000 et de la fréquence f de l'oscillateur ainsi obtenues, en fonction de la valeur de commande C. constitués par tout élément MOS qui présente une capacité variant de façon monotone en fonction d'un signal de commande; et - l'entrée 11 peut être confondue avec la connexion 13, et éventuellement aussi avec les connexions 14a et 14b. Une connexion unique est alors disposée dans l'intervalle situé entre les grilles 12a et 12b, en contact avec la zone dopée 203. Des composants à capacité variable 1 et 2 symétriques sont ainsi réalisés, et l'élément de circuit 100 qui en résulte présente un fonctionnement vraiment différentiel.
Claims (19)
1. Elément de circuit électronique (100) adapté pour posséder deux valeurs de capacité sélectionnées au moyen d'un signal de commande (C), ledit élément comprenant: - une liaison de transmission non-inverseuse (3) et un inverseur (4) recevant chacun en entrée le signal de commande, et transmettant en sortie deux signaux intermédiaires respectifs (CI, C2), lesdits signaux intermédiaires ayant des valeurs associées à deux états de commande distincts; et - deux composants électroniques (1, 2) connectés en entrée à la sortie de la liaison de transmission (3) et à la sortie de l'inverseur (4), respectivement, chaque composant étant adapté pour posséder une capacité variable (FI, 1-2) entre deux sorties (12a, 12b, 22a, 22b) dudit composant, ladite capacité variant en fonction du signal intermédiaire (CI, C2) transmis au composant correspondant, élément de circuit dans lequel les sorties des deux composants à capacité variable (12a, 12b, 22a, 22b) sont connectées en parallèle, et dans lequel les deux composants à capacité variable (1, 2) sont différenciés par un paramètre de configuration de sorte que, pour au moins un des deux états de commande, la capacité de l'un des deux composants (1 I, 1-2) est différente de la capacité de l'autre composant pour l'autre état de commande.
2. Elément de circuit selon la revendication 1, dans lequel la variation de capacité de l'élément de circuit (100) est au moins trois fois inférieure à la variation de capacité de chaque composant électronique (1, 2).
3. Elément de circuit selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque composant électronique (1, 2) comprend une paire de varacteurs (10a, 10b) connectés en série, les varacteurs d'un même composant ayant des entrées respectives reliées entre elles et formant l'entrée dudit composant pour le signal intermédiaire correspondant (11, 21), des premières sorties respectives (13, 14a, 14b) reliées entre elles pour former la connexion en série et des secondes sorties respectives formant les sorties dudit composant (12a, 12b, 22a, 22b).
4. Elément de circuit selon la revendication 3, dans lequel chaque varacteur (10a, 10b) est réalisé dans un caisson de dopage (202) d'un type déterminé formé dans un substrat semiconducteur (200), et dans lequel, pour chaque varacteur, l'entrée (11) est disposée pour polariser ledit caisson par rapport au substrat, ladite première sortie (13, 14a, 14b) est reliée à deux zones (203, 204a, 204b) de dopage renforcé dudit type déterminé formées dans le caisson, et ladite seconde sortie (12a, 12b) est reliée à une grille MOS (205a, 205b) formée au dessus du caisson entre les deux zones de dopage renforcé.
5. Elément de circuit selon la revendication 4, dans lequel les deux varacteurs (10a, 10b) d'un même composant (1) sont réalisés dans un même 15 caisson (202) associé audit composant, les entrées desdits deux varacteurs étant confondues.
6. Elément de circuit selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le paramètre de configuration différenciant les deux composants à capacité variable (1, 2) comprend une surface de grille (205a, 205b) d'un au moins des varacteurs (10a, 10b) desdits composants.
7. Elément de circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la variation de capacité dudit élément est inférieure à 5 attoFarads.
8. Elément de circuit selon la revendication 7, dans lequel la variation de capacité dudit élément est inférieure à 2 attoFarads.
9. Elément de circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un convertisseur numérique/analogique (5) pour convertir un signal de commande numérique (Cn) en un signal de commande analogique (Ca), une sortie dudit convertisseur étant reliée aux entrées respectives de la liaison de transmission (3) et de l'inverseur (4).
10. Elément de circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la liaison de transmission (3) comprend un adaptateur de seuils (30), ledit adaptateur et l'inverseur (4) étant connectés chacun en alimentation à deux bornes ayant des potentiels électriques respectifs (VA, VB) déterminés de sorte que les valeurs des signaux intermédiaires (CI, C2) pour chaque état de commande correspondent à des plateaux de caractéristiques respectives des deux composants à capacité variable (1, 2).
11. Dispositif à capacité variable (1000) comprenant au moins un premier élément de circuit électronique (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, et au moins un second élément de circuit électronique à capacité variable (110), les premier et second éléments de circuit étant connectés en parallèle de sorte que les capacités respectives desdits éléments s'additionnent.
12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel les premier (100) et second (110) éléments de circuit ont des entrées respectives séparées (101, 111) pour recevoir des signaux de commande différents (bitO, bit1).
13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, dans lequel dans lequel les premier (100) et second (110) éléments de circuit ont des entrées respectives séparées (101, 111) pour recevoir des signaux de commande indépendants (bitO, bit1), et dans lequel les variations de capacité respectives des premier (100) et second (110) éléments de circuit sont identiques.
14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel les premier (100) et second (110) éléments de circuit sont identiques.
15. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, dans lequel les variations de capacité respectives des premier (100) et second (110) éléments de circuit sont différentes.
16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel la variation de capacité du second élément de circuit (110) est sensiblement égale à deux fois la variation de capacité du premier élément de circuit (100).
2890257 -17-
17. Oscillateur à fréquence contrôlée par une tension comprenant une inductance (1001) ayant deux bornes connectées respectivement aux sorties d'un élément de circuit électronique (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ou d'un dispositif à capacité variable (1000) selon l'une
quelconque des revendications 11 à 16.
18. Oscillateur selon la revendication 17, ayant une variation de fréquence inférieure à 1 kiloHertz.
19. Oscillateur selon la revendication 18, ayant une variation de fréquence inférieure à 100 Hertz.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0508684A FR2890257A1 (fr) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Element de circuit a capacite variable |
| US11/464,946 US7408422B2 (en) | 2005-08-23 | 2006-08-16 | Variable-capacitance circuit element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0508684A FR2890257A1 (fr) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Element de circuit a capacite variable |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2890257A1 true FR2890257A1 (fr) | 2007-03-02 |
Family
ID=36154773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0508684A Withdrawn FR2890257A1 (fr) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Element de circuit a capacite variable |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7408422B2 (fr) |
| FR (1) | FR2890257A1 (fr) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008245259A (ja) * | 2007-02-26 | 2008-10-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電圧制御発振器、並びにそれを用いたｐｌｌ回路及び無線通信機器 |
| US20090184749A1 (en) * | 2008-01-17 | 2009-07-23 | Realtek Semiconductor Corporation | High-resolution digitally controlled tuning circuit elements |
| US8098110B2 (en) * | 2009-11-20 | 2012-01-17 | Qualcomm Incorporated | Phase locked loop apparatus with selectable capacitance device |
| US20110163612A1 (en) * | 2010-01-05 | 2011-07-07 | Jing-Hong Conan Zhan | Load devices with linearization technique employed therein |
| FR2985875B1 (fr) * | 2012-01-17 | 2014-01-31 | St Microelectronics Sa | Dispositif a capacite variable |
| FR2985876B1 (fr) | 2012-01-17 | 2014-02-14 | St Microelectronics Sa | Dispositif a capacite variable |
| US9570222B2 (en) * | 2013-05-28 | 2017-02-14 | Tdk Corporation | Vector inductor having multiple mutually coupled metalization layers providing high quality factor |
| US9086709B2 (en) * | 2013-05-28 | 2015-07-21 | Newlans, Inc. | Apparatus and methods for variable capacitor arrays |
| US9461610B2 (en) * | 2014-12-03 | 2016-10-04 | Tdk Corporation | Apparatus and methods for high voltage variable capacitors |
| US9735752B2 (en) | 2014-12-03 | 2017-08-15 | Tdk Corporation | Apparatus and methods for tunable filters |
| US9671812B2 (en) | 2014-12-17 | 2017-06-06 | Tdk Corporation | Apparatus and methods for temperature compensation of variable capacitors |
| US9362882B1 (en) | 2015-01-23 | 2016-06-07 | Tdk Corporation | Apparatus and methods for segmented variable capacitor arrays |
| US9680426B2 (en) | 2015-03-27 | 2017-06-13 | Tdk Corporation | Power amplifiers with tunable notches |
| US10382002B2 (en) | 2015-03-27 | 2019-08-13 | Tdk Corporation | Apparatus and methods for tunable phase networks |
| US9590593B2 (en) * | 2015-03-30 | 2017-03-07 | Tdk Corporation | MOS capacitors with head-to-head fingers and methods of forming the same |
| US10073482B2 (en) | 2015-03-30 | 2018-09-11 | Tdk Corporation | Apparatus and methods for MOS capacitor structures for variable capacitor arrays |
| US10042376B2 (en) | 2015-03-30 | 2018-08-07 | Tdk Corporation | MOS capacitors for variable capacitor arrays and methods of forming the same |
| US9590120B2 (en) * | 2015-03-30 | 2017-03-07 | Tdk Corporation | MOS capacitors structures for variable capacitor arrays and methods of forming the same |
| US9595942B2 (en) | 2015-03-30 | 2017-03-14 | Tdk Corporation | MOS capacitors with interleaved fingers and methods of forming the same |
| US9595621B2 (en) * | 2015-03-30 | 2017-03-14 | Tdk Corporation | MOS capacitors flow type devices and methods of forming the same |
| US9973155B2 (en) | 2015-07-09 | 2018-05-15 | Tdk Corporation | Apparatus and methods for tunable power amplifiers |
| KR20220135269A (ko) * | 2021-03-29 | 2022-10-07 | 삼성전자주식회사 | 가변 커패시터 회로 및 이를 포함하는 디지털 제어 오실레이터 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6657509B1 (en) * | 2001-01-25 | 2003-12-02 | National Semiconductor Corporation | Differentially controlled varactor |
| US20050090218A1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-04-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Oscillation device and mobile communication apparatus |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6621362B2 (en) * | 2001-05-18 | 2003-09-16 | Broadcom Corporation | Varactor based differential VCO band switching |
| US6753738B1 (en) * | 2001-06-25 | 2004-06-22 | Silicon Laboratories, Inc. | Impedance tuning circuit |
| KR100551477B1 (ko) * | 2004-02-20 | 2006-02-14 | 삼성전자주식회사 | 커패시터 뱅크 회로 및 그것을 구비한 전압제어 오실레이터 |
| US20060255865A1 (en) * | 2005-05-11 | 2006-11-16 | Comlent Holdings, Inc. | Differential switches for voltage controlled oscillator coarse tuning |
-
2005
- 2005-08-23 FR FR0508684A patent/FR2890257A1/fr not_active Withdrawn
-
2006
- 2006-08-16 US US11/464,946 patent/US7408422B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6657509B1 (en) * | 2001-01-25 | 2003-12-02 | National Semiconductor Corporation | Differentially controlled varactor |
| US20050090218A1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-04-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Oscillation device and mobile communication apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20070075791A1 (en) | 2007-04-05 |
| US7408422B2 (en) | 2008-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2890257A1 (fr) | Element de circuit a capacite variable | |
| EP1265352B1 (fr) | Circuit oscillateur différentiel comprenant un résonateur électromécanique | |
| EP2002274B1 (fr) | Circuit de mesure et contrôle de tensions differentielles | |
| EP1916762B1 (fr) | Oscillateur à quartz asservi en amplitude avec domaine étendu de tension et de température | |
| EP0562904B1 (fr) | Procédé et dispositif de réglage de retard à plusieurs gammes | |
| EP0660512B1 (fr) | Amplificateur déphaseur et son application à un circuit recombineur | |
| FR2532115A1 (fr) | Circuit comprenant un element a transconductance variable | |
| EP0562905B1 (fr) | Circuit à retard variable | |
| EP2095502B1 (fr) | Amplificateur a transconductance a linearite amelioree | |
| EP2339744A1 (fr) | Circuit mélangeur basse tension pour un dispositif de transmission de signaux UWB | |
| FR2877513A1 (fr) | Commutateur analogique a circulation externe tres limitee de courant de fuite et filtre a capacites commutees comportant le commutateur analogique | |
| FR2594610A1 (fr) | Dispositif semiconducteur du type reseau de portes prediffuse pour circuits a la demande | |
| FR3023652A1 (fr) | Capteur d'images cmos | |
| EP1362417B1 (fr) | Amplificateur a entree et sortie differentielles a gain variable | |
| FR2681993A1 (fr) | Circuit de source de courant a transistors ayant des types de conductivite differents et procede pour faire fonctionner ce circuit. | |
| FR2973970A1 (fr) | Dispositif utilisant un filtre a base de resonateurs | |
| EP0012667B1 (fr) | Procédé de filtrage d'un signal électrique par transfert de charges dans un semi-conducteur et filtre à capacités commutées utilisant un tel procédé | |
| EP1081848A1 (fr) | Dispositif de transposition de fréquence à faible fuite de signal d'oscillateur local et procédé correspondant de réduction de fuite | |
| EP0347985B1 (fr) | Circuit actif hyperfréquences du type passe-tout | |
| EP0645884B1 (fr) | Chaíne d'amplification en mode de courant, amplificateur opérationnel, cellule de gain et élément d'amplification correspondants | |
| FR3111006A1 (fr) | Dispositif intégré de fonction physique non-clonable | |
| EP1187308B1 (fr) | Oscillateur commande en tension | |
| EP1017101B1 (fr) | Circuit intégré incluant un réseau capacitif à faible dispersion | |
| FR2909818A1 (fr) | Preamplificateur de courant et comparateur de courant associe | |
| EP1047132A1 (fr) | Dispositif de circuit intégré comprenant une inductance à haut coefficient de qualité |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20070430 |