JP2018502516A - 可変高電圧無線周波数減衰器 - Google Patents

可変高電圧無線周波数減衰器 Download PDF

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Abstract

【解決手段】 可変減衰器は、高電圧無線周波数信号とともに使用されることが可能である。減衰器は、最低の減衰レベルにおいて少ない損失で広いダイナミックレンジを提供することができる。減衰器は、ディジタル集積回路プロセスにおいて実装され得、小さな集積回路エリアを占める。加えて、SoCの外部の回路素子の使用が減じられ得る。減衰器は、RF入力(RFp、RFn)およびRF出力(OUTp、OUTn)に並列に接続される複数の減衰器セル(100、110、120、130)を使用する。各減衰器セルは、結合キャパシタ(101、102、111、112、121、122、131、132)、及びスイッチ(107、108、117、118、127、128、137、138)によってグランドに接続される分割キャパシタ(103、104、113、114、123、124、133、134)を備える容量分割器を使用する。結合キャパシタ及び分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に配置される。キャパシタはまた、RF入力がRF出力に対する寄生容量を回避するためにグランドからRF出力をシールドするように配置される。【選択図】 図1及び図5

Description

[0001] 本発明は集積回路に関し、より詳細には高電圧無線周波数減衰器(high-voltage radio-frequency attenuators)に関する。
[0002] 可変減衰器(variable attenuator)は、信号が高感度な受信器装置に到達する前に大きな受信信号を減衰(attenuate)させるために無線周波数受信器中で使用されることが可能である。アンテナからの受信信号は、いくつかの受信機回路を破損するほどに非常に大きい場合がある。例えば、近距離通信(NFC:near-field communication)システム中のアンテナからの信号は、100ボルトもの大きさである場合がある。
[0003] 図9は、高電圧無線周波数減衰器1011の使用を示す無線周波数受信器の機能ブロック図である。無線周波数減衰器1011はアンテナ1001から無線周波数(RF:radio-frequency)信号を受信し、RF信号を選択的に減衰させる。減衰させられたRF信号は、包絡線検出器(envelope detector)1021に供給される。包絡線検出器1021はその出力をアナログディジタル変換器(ADC:analog-to-digital converter)1031に供給する。ADC1031の出力はディジタル信号プロセッサ1041によって処理される。
[0004] システムオンチップ(SoC:system-on-a-chip)集積回路中で(例えばNFCのための)無線周波数受信器を実装することは困難である。例えば、アンテナからサブミクロンSoC中で実装された受信機回路まで高電圧(例えば100Vの差動ピークトゥピーク(differential peak-to-peak))RF信号をインターフェース(interface)することは、SoC製造技術が低電圧(例えば1V)向けに開発されているので、課題となっている。いくつかの従来のNFC受信器は、例えば、高電圧を扱うための減衰のためにSoCの外部のキャパシタ(capacitor)及び他の回路素子(circuit element)を使用してきた。
[0005] 加えて、RF信号は大きなダイナミックレンジ(dynamic range)(例えば55dB)を有する可能性がある。いくつかの従来のNFC受信器は、最低の減衰設定において減衰が著しい可変減衰器を使用してきた。これは、受信器の性能を悪化させる可能性のある弱い信号につながる。したがって、減衰器(attenuator)が最小の減衰で最小のRF信号を渡すと、受信器の性能が向上されることが可能である。
[0006] 一態様では、RF入力に接続(connect)される第1端子(first terminal)及びRF出力に接続される第2端子(second terminal)を有する結合キャパシタ(coupling capacitor)と、RF出力に接続される第1端子及びグランドレファレンス(ground reference)へのスイッチ(switch)に接続される第2端子を有する分割キャパシタ(dividing capacitor)と、ここにおいて、結合キャパシタ及び分割キャパシタは、同じ集積回路エリア(integrated circuit area)中に形成(form)される、を含む減衰器セル(attenuator cell)を含む、無線周波数(RF)出力を生成(produce)するためにRF入力を選択的に減衰させるための高電圧無線周波数(RF)減衰器(high-voltage radio-frequency (RF) attenuator)が提供される。
[0007] 一態様では、正のRF出力及び負のRF出力を含むRF出力を生成するために正のRF入力及び負のRF入力を含むRF入力を選択的に減衰させるための高電圧無線周波数減衰器が提供される。減衰器は、正のRF入力に接続される第1端子、及び正のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、正のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む正側容量分割器(positive-side capacitive divider)と、分割キャパシタの第2端子は、グランドレファレンスへの第1スイッチに接続され、ここにおいて、結合キャパシタ及び分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、負のRF入力に接続される第1端子、及び負のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、負のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む負側容量分割器(negative-side capacitive divider)と、分割キャパシタの第2端子は、グランドレファレンスへの第2スイッチに接続され、ここにおいて、結合キャパシタ及び分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、を含む減衰器セルを含む。
[0008] 一態様では、無線周波数(RF)入力を可変的に減衰させるための方法が提供される。方法は、複数の結合キャパシタを使用してRF出力にRF入力を結合することと、グランド(ground)に複数の分割キャパシタの端子(terminal)を条件付きで接続すること(conditionally connecting)と、ここにおいて、複数の結合キャパシタの各結合キャパシタは、複数の分割キャパシタのうちの1つと同じ集積回路エリア中に形成される、を含む。
[0009] RF入力に接続される第1端子、及びRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタ手段のための手段と、RF出力に接続される第1端子、及びグランドレファレンスへのスイッチに接続される第2端子を有する分割キャパシタ手段と、ここにおいて、結合キャパシタ手段及び分割キャパシタ手段は、同じ集積回路エリア中に形成される、を含む装置が提供される。
[0010] 本発明の他の特徴及び利点は、発明の態様を例として示す以下の記述から明らかになるはずである。
[0011] 本発明の詳細は、その構造及び動作の両方に関して、一部、添付された図面の検討によって理解され得、ここにおいて同様の参照番号は同様の部分を指す。
[0012] 現在開示されている実施形態による減衰器の概略図。 [0013] 図1の減衰器の動作を示す概略図。 図1の減衰器の動作を示す概略図。 図1の減衰器の動作を示す概略図。 [0014] 現在開示されている実施形態による減衰器セルのレイアウト図。 [0015] 減衰器セルレイアウトの図5中の線6−6によって示された部分の断面。 [0016] 図1の減衰器の減衰器セルの回路モデルの概略図。 [0017] 現在開示されている実施形態によるRF信号を可変的に減衰させる手順のフローチャート。 [0018] 高電圧無線周波数減衰器の使用を示す無線周波数受信器の機能ブロック図。
[0019] 添付された図面とともに以下に示される詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されており、ここにおいて説明される概念が実行され得る唯一の構成を表すことを意図されない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解を提供する目的のために具体的な詳細を含む。しかしながら、これらの概念がこれらの具体的な詳細なしに実行され得ることは当業者にとって明らかであろう。いくつかの実例では、そのような概念を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造及びコンポーネントは、簡略化された形態で示される。
[0020] 図1は、現在開示されている実施形態による減衰器の概略図である。減衰器は、例えば、相補型金属酸化物半導体(CMOS:complementary metal oxide semiconductor)システムオンチップ(SoC)集積回路(IC)中で実装され得る。減衰器は、無線周波数受信器、例えば図9の近距離通信受信機中で使用され得る。
[0021] 図1の減衰器は差動無線周波数(RF)入力(正の入力RFp及び負の入力RFn)を受信し、差動RF出力(正の出力OUTp及び負の出力OUTn)を生成する。RF入力とRF出力との間の減衰は、イネーブル(enable)制御EN0、EN1、EN2、EN3によって設定される。
[0022] 減衰器は4つの減衰器セル100、110、120、130を含む。RF入力及びRF出力は、減衰器セル100、110、120、130の各々に並列に接続される。減衰器セル100、110、120、130は個々にイネーブルにされる。第1減衰器セル100は第1イネーブル制御EN0によってイネーブルにされ、第2減衰器セル110は第2イネーブル制御EN1によってイネーブルにされ、第3減衰器セル120は第3イネーブル制御EN2によってイネーブルにされ、第4減衰器セル130は第4イネーブル制御EN3によってイネーブルにされる。
[0023] 減衰器セル100、110、120、130の各々は、切り替え可能な容量分割器(switchable capacitive divider)を含む。第1減衰器セル100は、キャパシタ101及びキャパシタ103を含む正側容量分割器(positive-side capacitive divider)を含む。キャパシタ101は結合キャパシタ(coupling capacitor)と称され得、キャパシタ103は分割キャパシタ(dividing capacitor)と称され得る。キャパシタ101の第1端子は正のRF入力に接続し、キャパシタ101の第2端子は正のRF出力に接続する。キャパシタ103の第1端子も正のRF出力に接続し、キャパシタ103の第2端子はnチャネルトランジスタ(n-channel transistor)107に接続する。nチャネルトランジスタ107は、ドレイン(drain)をキャパシタ103の第2端子に接続され、ゲート(gate)を第1イネーブル制御EN0に接続され、ソース(source)をグランドレファレンス(それは「グランド(ground)」とも称され得る)に接続される。nチャネルトランジスタ107はスイッチとして動作し、第1イネーブル制御に基づいてキャパシタ103をグランドレファレンスに結合するかキャパシタ103を開放(open)(フローティング(floating))にしておく。キャパシタ103は一般にキャパシタ101よりはるかに大きい(例えば、100倍大きい(100 times larger))。
[0024] 第1減衰器セル100はまた、正側容量分割器に類似の負側容量分割器(negative-side capacitive divider)を含む。負側容量分割器は負のRF入力及び負のRF出力に接続する。負側容量分割器はキャパシタ102、キャパシタ104、及びnチャネルトランジスタ108を含む。第1減衰器セル100は、図1の実施形態中で、nチャネルトランジスタ107のドレイン及びnチャネルトランジスタ108のドレインにおいて正側容量分割器と負側容量分割器の間に結合されたnチャネルトランジスタ109を含む。nチャネルトランジスタ109のゲートは第1イネーブル制御に接続する。nチャネルトランジスタ109は、例えば、スイッチの所与の差動モードオン抵抗(differential-mode on-resistance)のためのnチャネルトランジスタ107のドレイン及びnチャネルトランジスタ108のドレインでの寄生容量(parasitic capacitance)を減じ得る。減じられた容量(capacitance)は減衰器のダイナミックレンジを上げることができる。
[0025] nチャネルトランジスタ107、nチャネルトランジスタ108、及びnチャネルトランジスタ109は論理トランジスタ(logic transistor)ではなくSoC入出力トランジスタを使用して実装され得る。入出力トランジスタは一般に論理トランジスタより低いリーク(leakage)を有する。トランジスタリークはRF出力を歪め、減衰器の性能を劣化させる可能性がある。他のタイプの低リークトランジスタ(low-leakage transistor)が使用されてもよい。
[0026] 第2減衰器セル110、第3減衰器セル120、及び第4減衰器セル130は、第1減衰器セル100と同じであるか類似し得る。
[0027] 減衰器を使用する無線周波数受信器は、一般に、最大の減衰をもたらすように設定されたイネーブル制御から始まるだろう。これは、後続の受信機回路をそれら回路を破損する可能性のある高電圧(例えば3ボルト超)にさらすことを回避(avoid)する。その後、無線周波数受信器は減衰を受信信号のレベルに基づく動作レベルに減少させることが可能である。受信機回路を高電圧からさらに保護するために、減衰器は、RF出力に接続されたクランプ回路(clamp circuit)151及び152を含み得る。クランプ回路151及び152は、例えば、RF出力中の高電圧をグランドにシャント(shunt)することが可能である。クランプ回路はSoC中で使用される静電放電(ESD:electrostatic discharge)保護回路と同じであるか類似し得る。
[0028] 図2乃至図4は、図1の減衰器の動作を示す概略図である。図2乃至図4は様々な減衰設定を示す。各図において、減衰器セル中のスイッチ(例えば第1減衰器セル100中のnチャネルトランジスタ107、nチャネルトランジスタ108、及びnチャネルトランジスタ109)は関連するイネーブル制御の値(カッコ中に示される)に応じて短絡(short)または開放(open)するものとして示される。
[0029] 図2は、減衰器の無減衰設定を(no-attenuation setting)示す。イネーブル制御の各々は0であり、また、スイッチは全て開いている。無減衰設定では、RF入力は、減衰無しで(RF出力に対する容量のような寄生回路要素が原因の少量の減衰があるかもしれない)RF出力に容量結合される。
[0030] 図3は、減衰器の高減衰設定(high-attenuation setting)を示す。イネーブル制御の各々は1であり、また、スイッチは全て閉じられている。高減衰設定では、RF入力は、減衰器セルキャパシタ(attenuator cell capacitor)の相対容量(relative capacitance)に応じた高い減衰でRF出力に容量結合される。
[0031] 図4は、減衰器の低減衰設定(low-attenuation setting)を示す。イネーブル制御の1つ(第3イネーブル制御)は1であり、他のイネーブル制御は0である。したがって、スイッチは第3減衰器セル130中で閉じられており、また、他の減衰器セル中のスイッチは開いている。図4の低減衰設定では、RF入力からRF出力までの減衰は、図3の高減衰設定の減衰の約4分の1である(相対減衰(relative attenuation)はさらに下に説明されるような4分の1と異なる可能性がある)。
[0032] 受信信号が大きなダイナミックレンジを有する場合の無線周波数受信器の性能は、減衰器が大きな最大減衰(maximum attenuation)及び小さな最小減衰(minimum attenuation)を有すると向上されることが可能である。用語 減衰(term attenuation)は、ここで、RF出力の振幅に対するRF入力の振幅の比率(ratio)を表わすために使用される。最大減衰は、結合キャパシタ(例えばキャパシタ101)の容量に対する分割キャパシタ(例えばキャパシタ103)の容量の比率に基づく。最小の減衰は、グランドへの寄生容量(例えばRF出力に対する容量)に対する結合キャパシタの容量の比率に基づく。例えばRF入力と分割キャパシタの第2端(例えばノードGp)との間の他の寄生容量は最小減衰を上げない。寄生容量がなければ、最小減衰は1である(RF出力はRF入力と等しい)。
[0033] 図5は、現在開示されている実施形態による減衰器セルのレイアウト図である。図5のビュー(view)は、集積回路のレイアウトの設計のために一般に使用されるビューである。明瞭の目的で、多くの細部及び層(例えばビア層(via layer))は図5に示されない。具体例を提供するために、レイアウトの態様は、図1の第1減衰器セル100を参照して記述される。図1の減衰器は、減衰器セルレイアウトのアレイを使用して実装され得る。
[0034] 減衰器セルレイアウトは、RF出力とグランドレベルとの間の寄生容量を維持することによって減衰器性能を向上させるように配列(arrange)される。例えば、結合キャパシタ及び関連する分割キャパシタは同じエリア中に形成される。対照的に、いくつかの従来の減衰器は、結合及び分割キャパシタペア(capacitor pair)を近くまたは隣接エリア中に位置(locate)させてきた。さらに、RF入力はシールド(shield)として使用され、RF出力(及び減衰器セルの中間ノード)をグランドから分離する。また、スイッチへのグランド接続はRF出力から分離される。有害な寄生容量を減じることに加えて、結合キャパシタ及び分割キャパシタを同じエリア中に形成することは、減衰器の大きさ(集積回路面積(integrated circuit area))を減じ得る。
[0035] 減衰器セルレイアウトは、中心に位置されるスイッチ領域(switch region)711を含む。スイッチ領域711は、nチャネルトランジスタ107、nチャネルトランジスタ108、及びnチャネルトランジスタ109を含む。グランドレファレンス線(ground reference line)795は、スイッチ領域711に接続するために減衰器セルを通って縦に引き回される。グランドレファレンス線795は、適切な金属層(metal layer)、例えば第2金属層(「金属2」)から形成され得る。
[0036] 正側容量分割器及び負側容量分割器の複数のキャパシタは、グランドレファレンス線795の(図5の向きで)上下に位置する。(正側容量分割器の)キャパシタ103は、誘電体(dielectric)によって分離された金属ストライプ(metal stripe)731で形成される金属−絶縁体−金属(MIM:metal-insulator-metal)キャパシタである。金属ストライプ731は接続領域(connection region)735で相互接続される。接続領域735は、金属層、及び金属ストライプ731中で使用される金属層に適するように配列されたビア層、を含む。キャパシタ103の形成に加えて、接続領域735は減衰器セルにキャパシタ103を接続するために使用される。例えば、接続領域735のうちの外側の方は正のRF出力に接続し得、また、接続領域735のうちの内側の方はスイッチ領域711中のnチャネルトランジスタ107及びnチャネルトランジスタ109にキャパシタ103を接続し得る。グランドレファレンス線795がRF出力から離れており、それによってRF出力とグランドとの間の寄生容量を回避することに留意されたい。
[0037] キャパシタ101は金属板(metal plate)721を使用して形成される。金属板721は正のRF入力に接続する。キャパシタ101は、金属板721と、正のRF出力に接続される金属ストライプ731の一部との間の垂直なフラックス(vertical-flux)の容量(capacitance)によって形成される。金属板721と、スイッチに接続される金属ストライプ731の一部との間の垂直なフラックスの容量は、寄生キャパシタ(parasitic capacitor)(図7の回路モデル中のキャパシタCp2)を形成する。
[0038] 負側容量分割器は、減衰器セルレイアウトの下側の部分において同様に形成される。負側容量分割器は金属ストライプ732、接続領域736、及び金属板721を含む。
[0039] 図6は、線7−7によって示される減衰器セルレイアウトの一部の断面である。断面は、6金属層製造プロセス(six metal layer fabrication process)において製造された減衰器セルについてのものである。
[0040] キャパシタ103(MIMキャパシタ)は、互い違いの(alternating)金属ストライプで形成される。図6の実施形態では、第3金属層(「金属3」)、第4金属層(「金属4」)、及び第5金属層(「金属5」)は、キャパシタ103を形成するために使用される。ストライプは、スイッチに接続された金属5ストライプ865、金属4ストライプ864、金属3ストライプ863、及び正のRF出力に接続された金属5ストライプ875、金属4ストライプ874、及び金属3ストライプ873とともにチェッカー盤(checkerboard)のように相互接続される。キャパシタ端子の大きな表面積及びそれらの小さな分離により、キャパシタ103は大きな面積容量密度(areal capacitance density)を有する。キャパシタ端子が単に層内で交互に並ぶ(alternate)水平の束のキャパシタが使用されてもよい。
[0041] (図5中の金属板721に対応する)金属板821は、第1金属層(first metal layer)(集積回路基板(integrated circuit substrate)に最も近い「金属1」)から形成される。図6の実施形態では第2金属層が使用されないことに留意されたい。キャパシタ101は金属板821と金属3ストライプ863との間に形成される。キャパシタ端子の小さな表面積及びそれらの大きな分離により、キャパシタ103は小さな面積容量密度を有する。
[0042] 図5において見られるように、金属板721は金属ストライプ731を越えて広がる(extend beyond)。これは、RF出力(キャパシタ103の第1端子)またはスイッチのnチャネルトランジスタのドレイン(キャパシタ103の第2端子)からグランド(集積回路基板)への間の周辺容量(fringe capacitance)を減じるか除去する。代わりに、キャパシタ103の端子からの周辺容量はRF入力(金属板721)に対する。図7の回路モデルを参照して下に詳述されるように、キャパシタ103の端子からRF入力までの容量は、減衰器性能を損なわない。
[0043] 図5及び図6に示される減衰器セルレイアウトは、例となる6金属層製造プロセスのためのものである。レイアウトにおけるバリエーションが、他の製造プロセス中で使用され得、または別の減衰器性能(例えば別の最大減衰)を提供するために使用され得る。減衰器の最大減衰は、結合キャパシタの容量に対する分割キャパシタの容量の比率に依存する。この比率は、図6に示される金属層の配置に依存する。例えば、第2金属層の省略は、RF入力とRF出力との間の分離を増し、それによって結合容量を減じる。分割容量は、例えば使用される金属層または金属−絶縁体−金属キャパシタ(metal-insulator-metal capacitor)の金属ストライプの間隔を変えることによって、変更されることが可能である。より多くの金属層を使用することまたは金属ストライプ間の間隔を減じることは、分割容量を増やすだろう。例となる6金属層製造プロセスでは、第6金属層は非常に大きな最小幅及び間隔を有する。したがって、第6金属層はMIMキャパシタ中で使用されない。
[0044] 図7は、図1の減衰器の減衰器セルの回路モデルの概略図である。第1減衰器セル100について、スイッチSW1はnチャネルトランジスタ107に対応し、スイッチSW2はnチャネルトランジスタ108に対応し、スイッチSW3はnチャネルトランジスタ109に対応し、キャパシタC1はキャパシタ101に対応し、キャパシタC2はキャパシタ103に対応し、キャパシタC1´はキャパシタ102に対応し、キャパシタC2´はキャパシタ103に対応する。明確かつ簡潔な記述のために、回路モデルは正側容量分圧器のみについて記述される。負側容量分圧器は同様に機能する。
[0045] キャパシタCp1、キャパシタCp2、キャパシタCp2´、及びキャパシタCp2´は、キャパシタC1、キャパシタC2、キャパシタC1´、及びキャパシタC2´の実装に関連する寄生容量を表す。キャパシタCp1は、図5及び図6のレイアウトについて、主に金属板721と集積回路基板との間の容量である。キャパシタCp2は、図5及び図6のレイアウトについて、主に金属板721と正のRF出力に接続する金属3ストライプ873との間の容量である。
[0046] 減衰器セルがディセーブル(disable)にされると、スイッチは開いており、また、正のRF入力はキャパシタC1によって正のRF出力に容量結合(capacitively couple)される。正のRF入力はまた、キャパシタCp2及びキャパシタC2の直列結合によって正のRF出力に容量結合される。キャパシタCp2及びキャパシタC2の直列結合がキャパシタC1と並列であるので、ディセーブルにされる減衰器セルの動作はキャパシタCp2及びキャパシタC2の影響を無視して理解されることが可能である。ディセーブルにされる減衰器セルの動作はまた、スイッチと関連した寄生容量の影響を無視して理解されることが可能である(例えば、スイッチと関連した寄生容量は、回路素子容量と比較して小さいことが可能である)。正のRF入力とグランドレファレンスとの間にあるキャパシタCp1は、正のRF入力に容量性負荷を加えるだけであり、また、減衰器セルの動作はキャパシタCp1を無視して理解されることが可能である。
[0047] 減衰器セルがイネーブルにされると、スイッチは閉じられている。キャパシタCp1及びキャパシタCp2が正のRF入力とグランドレファレンスとの間で並列であるので、キャパシタCp1及びキャパシタCp2は正のRF入力に容量性負荷を加えるだけであり、また、減衰器セルの動作はキャパシタCp1及びキャパシタCp2を無視して理解されることが可能である。キャパシタC1及びキャパシタC2は、正のRF入力と正のRF出力との間の分圧器(voltage divider)を形成する。RF入力からRF出力までの減衰は、C1/(C1+C2)であり、ここでC1はキャパシタC1の容量であり、C2はC2の容量である。この減衰は、C2がC1よりはるかに大きいと、ほぼC1/C2である。
[0048] 減衰器セルが正のRF出力とグランドとの間の、すなわちスイッチSW1の両端(ノードGpとグランドとの間で)で重大な寄生容量(material parasitic capacitance)を有しないことに留意されたい。そのような容量は、減衰器の動作を変える。グランド以外のノード(例えば電圧源(voltage supply))への容量は、同様に減衰器の動作を変えるだろう。
[0049] 図8は、現在開示されている実施形態によってRF信号を可変的に減衰させる手順のフローチャートである。プロセスのステップは、例えば減衰器 図1を使用して行われ得、それを参照しながら記述される。プロセスは、RF入力に対して選択可能な減衰を有するRF出力を生成する。
[0050] ブロック210において、プロセスは複数の結合キャパシタによってRF出力にRF入力を結合する。例えば、キャパシタ101、111、121、131は、正のRF出力に正のRF入力を結合する。
[0051] ブロック220において、プロセスは、グランドに複数の分割キャパシタの端子を条件付きで(conditionally)接続する。例えば、nチャネルトランジスタ107、117、127、137は、グランドにキャパシタ103、113、123、133の端子を条件付きで接続する。分割キャパシタの端子がグランドに接続されない場合、それらは開放されたままとされる。プロセスは、RF入力からRF出力までの所望の減衰に基づいて端子を条件付きで接続する。グランドに条件付きで接続されない分割キャパシタの端子はRF出力に接続される。
[0052] プロセス 図8は、例えば、ブロックを加えるか、省略するか、並べ替えるか、変更することによって修正され得る。加えて、複数のブロックが同時に実行され得る。
[0053] 発明の特徴が特定の実施形態について上記されているが、発明の多くのバリエーションが可能である。例えば、減衰器は、金属層の別の数及び別のタイプのトランジスタを有するプロセスを含む他の製造プロセスを使用して形成され得る。加えて、減衰器は(差動(differential)ではなく)シングルエンド(single-ended)の入力及び出力を有し得る。さらに、減衰器は、減衰器セルの減衰器セルの別の数を有し得、別の大きさ(例えば相違する容量)の減衰器セルを有し得、減衰器セルは共有されたイネーブルを有し得る(例えば、2進数の重み付け)。減衰器セル中で別のスイッチ、例えば電圧供給に減衰器セル中の中間ノードを条件付きで切り替えるpチャネルトランジスタ、が使用され得る。さらに他のバリエーションでは、スイッチが減衰器セルから省略される。
[0054] 上方、下方、左、右等の方向性の用語(directional terms)が、いくつかの特徴を記述するために使用される。この専門用語(terminology)は、明確で簡潔な記述を提供するために使用される。用語は、相対的なものであり、また、特定の絶対的な方向が暗示されるべきでない。加えて、様々な実施形態の特徴は、上記されたものと異なる組み合わせで組み合わせられ得る。
[0055] 開示された実施形態の上記の記述は、どの当業者も発明を行いまたは使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態への様々な修正は当業者に直ちに明らかになるであろうし、また、ここに記述された包括的な原理は、発明の思想または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用されることが可能である。したがって、ここに提示された記述及び図面が発明の現在好ましい実施形態を表し、よって本発明によって広く企図される主題の代表であることが理解されるべきである。本発明の範囲が当業者にとって明白であり得る他の実施形態を完全に包含し、したがって本発明の範囲が添付の請求項以外に何によっても限定されないことがさらに理解される。
[0055] 開示された実施形態の上記の記述は、どの当業者も発明を行いまたは使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態への様々な修正は当業者に直ちに明らかになるであろうし、また、ここに記述された包括的な原理は、発明の思想または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用されることが可能である。したがって、ここに提示された記述及び図面が発明の現在好ましい実施形態を表し、よって本発明によって広く企図される主題の代表であることが理解されるべきである。本発明の範囲が当業者にとって明白であり得る他の実施形態を完全に包含し、したがって本発明の範囲が添付の請求項以外に何によっても限定されないことがさらに理解される。
以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
無線周波数(RF)出力を生成するためにRF入力を選択的に減衰させるための高電圧RF減衰器であって、前記減衰器は、
前記RF入力に接続される第1端子、及び前記RF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、
前記RF出力に接続される第1端子、及びグランドレファレンスへのスイッチに接続される第2端子を有する分割キャパシタと、
ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
を備える減衰器セル
を備える、減衰器。
[C2]
前記RF入力は、前記グランドレファレンスから前記RF出力をシールドするように配列される、C1の減衰器。
[C3]
前記減衰器セルは、前記RF入力に接続される金属板をさらに備え、
ここにおいて、前記分割キャパシタは、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタによって形成され、
ここにおいて、前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと集積回路基板との間に位置され、
ここにおいて、前記結合キャパシタの端子は、前記RF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び前記金属板によって形成される、C1の減衰器。
[C4]
前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタを超えて広がる、C3の減衰器。
[C5]
前記金属板は、第1金属層中に形成される、C3の減衰器。
[C6]
前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第3金属層及び第4金属層を含む、C5の減衰器。
[C7]
前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第2金属層を含まない、C5の減衰器。
[C8]
前記RF出力に接続されるクランプ回路をさらに備える、C1の減衰器。
[C9]
前記スイッチは、nチャネルトランジスタである、C1の減衰器。
[C10]
前記nチャネルトランジスタは、低リークトランジスタである、C9の減衰器。
[C11]
前記RF入力に接続される第1端子、及び前記RF出力に接続される第2端子を有する第2結合キャパシタと、
前記RF出力に接続される第1端子、及び前記グランドレファレンスへの第2スイッチに接続される第2端子を有する第2分割キャパシタと、
ここにおいて、前記第2結合キャパシタ及び前記第2分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
を備える第2減衰器セル、をさらに備える、C1の減衰器。
[C12]
正のRF出力及び負のRF出力を含むRF出力を生成するために正のRF入力及び負のRF入力を含むRF入力を選択的に減衰させるための高電圧無線周波数減衰器であって、前記減衰器は、
前記正のRF入力に接続される第1端子、及び前記正のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、前記正のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む正側容量分割器と、前記分割キャパシタの第2端子は、グランドレファレンスへの第1スイッチに接続され、ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
前記負のRF入力に接続される第1端子、及び前記負のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、前記負のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む負側容量分割器と、前記分割キャパシタの第2端子は、前記グランドレファレンスへの第2スイッチに接続され、ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
を備える減衰器セル
を備える、減衰器。
[C13]
前記正のRF入力は、前記グランドレファレンスから前記正のRF出力をシールドするように配列され、前記負のRF入力は、前記グランドレファレンスから前記負のRF出力をシールドするように配列される、C12の減衰器。
[C14]
前記減衰器セルの前記正側容量分割器は、
前記正のRF入力に接続される金属板と、
ここにおいて、前記分割キャパシタは、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタによって形成され、
ここにおいて、前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと集積回路基板との間に位置され、
ここにおいて、前記結合キャパシタの端子は、前記正のRF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び前記金属板によって形成される、
をさらに備え、
前記減衰器セルの前記負側容量分割器は、
前記負のRF入力に接続される金属板と、
ここにおいて、前記分割キャパシタは、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタによって形成され、
ここにおいて、前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと前記集積回路基板との間に位置され、
ここにおいて、前記結合キャパシタの端子は、前記負のRF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び前記金属板によって形成される、
をさらに備える、C12の減衰器。
[C15]
前記減衰器セルの前記正側容量分割器の前記金属板は、前記減衰器セルの前記正側容量分割器の前記金属−絶縁体−金属キャパシタを超えて広がり、
前記減衰器セルの前記負側容量分割器の前記金属板は、前記減衰器セルの前記負側容量分割器の前記金属−絶縁体−金属キャパシタを超えて広がる、C14の減衰器。
[C16]
前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、前記減衰器セルの前記正側容量分割器の前記金属板と前記減衰器セルの前記負側容量分割器の前記金属板との間に配置されるスイッチ領域中に配置される、C14の減衰器。
[C17]
前記金属板は、第1金属層中に形成される、C14の減衰器。
[C18]
前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第3金属層及び第4金属層を含む、C17の減衰器。
[C19]
前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第2金属層を含まない、C17の減衰器。
[C20]
前記正のRF出力に接続されるクランプ回路、及び前記負のRF出力に接続されるクランプ回路をさらに備える、C12の減衰器。
[C21]
前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、nチャネルトランジスタである、C12の減衰器。
[C22]
前記nチャネルトランジスタは、低リークトランジスタである、C21の減衰器。
[C23]
前記減衰器セルは、前記正側容量分割器の前記分割キャパシタの前記第2端子と前記負側容量分割器の前記分割キャパシタの前記第2端子との間に結合される第3スイッチをさらに備える、C12の減衰器。
[C24]
前記正のRF入力に接続される第1端子、及び前記正のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、前記正のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む第2正側容量分割器と、前記分割キャパシタの第2端子は、グランドへの第3スイッチに接続され、ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
前記負のRF入力に接続される第1端子、及び前記負のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、前記負のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む第2負側容量分割器と、前記分割キャパシタの第2端子は、グランドへの第4スイッチに接続され、ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路中に形成される、
を備える第2減衰器セルをさらに備える、C12の減衰器。
[C25]
無線周波数(RF)入力を可変的に減衰させるための方法であって、前記方法は、
複数の結合キャパシタを使用してRF出力に前記RF入力を結合することと、
グランドに複数の分割キャパシタの端子を条件付きで接続することと、
ここにおいて、前記複数の結合キャパシタの各結合キャパシタは、前記複数の分割キャパシタのうちの1つと同じ集積回路エリア中に形成される、
を備える、方法。
[C26]
前記RF入力は、グランドレファレンスから前記RF出力をシールドするように配列される、C25の方法。
[C27]
前記複数の分割キャパシタの各々は、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタである、C25の方法。
[C28]
前記結合キャパシタの各々は、前記RF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び金属板によって形成される、C27の方法。
[C29]
前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと集積回路基板との間に位置される、C28の方法。
[C30]
装置であって、
RF入力に接続される第1端子、及びRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタ手段と、
前記RF出力に接続される第1端子、及びグランドレファレンスへのスイッチに接続される第2端子を有する分割キャパシタ手段と、
ここにおいて、前記結合キャパシタ手段及び前記分割キャパシタ手段は、同じ集積回路エリア中に形成される、
を備える、装置。
[C31]
前記RF入力は、前記グランドレファレンスから前記RF出力をシールドするように配列される、C30の装置。
[C32]
前記RF入力に接続される金属板をさらに備え、
ここにおいて、前記分割キャパシタ手段は、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタによって形成され、
ここにおいて、前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと集積回路基板との間に位置され、
ここにおいて、前記結合キャパシタ手段の端子は、前記RF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び前記金属板によって形成される、C30の装置。
[C33]
前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタを超えて広がる、C32の装置。
[C34]
前記金属板は、第1金属層中に形成される、C32の装置。
[C35]
前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第3金属層及び第4金属層を含む、C34の装置。
[C36]
前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第2金属層を含まない、C34の装置。
[C37]
前記RF出力に接続されるクランプ回路をさらに備える、C30の装置。
[C38]
前記スイッチは、nチャネルトランジスタである、C30の装置。
[C39]
前記nチャネルトランジスタは、低リークトランジスタである、C38の装置。

Claims (39)

  1. 無線周波数(RF)出力を生成するためにRF入力を選択的に減衰させるための高電圧RF減衰器であって、前記減衰器は、
    前記RF入力に接続される第1端子、及び前記RF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、
    前記RF出力に接続される第1端子、及びグランドレファレンスへのスイッチに接続される第2端子を有する分割キャパシタと、
    ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
    を備える減衰器セル
    を備える、減衰器。
  2. 前記RF入力は、前記グランドレファレンスから前記RF出力をシールドするように配列される、請求項1の減衰器。
  3. 前記減衰器セルは、前記RF入力に接続される金属板をさらに備え、
    ここにおいて、前記分割キャパシタは、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタによって形成され、
    ここにおいて、前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと集積回路基板との間に位置され、
    ここにおいて、前記結合キャパシタの端子は、前記RF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び前記金属板によって形成される、請求項1の減衰器。
  4. 前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタを超えて広がる、請求項3の減衰器。
  5. 前記金属板は、第1金属層中に形成される、請求項3の減衰器。
  6. 前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第3金属層及び第4金属層を含む、請求項5の減衰器。
  7. 前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第2金属層を含まない、請求項5の減衰器。
  8. 前記RF出力に接続されるクランプ回路をさらに備える、請求項1の減衰器。
  9. 前記スイッチは、nチャネルトランジスタである、請求項1の減衰器。
  10. 前記nチャネルトランジスタは、低リークトランジスタである、請求項9の減衰器。
  11. 前記RF入力に接続される第1端子、及び前記RF出力に接続される第2端子を有する第2結合キャパシタと、
    前記RF出力に接続される第1端子、及び前記グランドレファレンスへの第2スイッチに接続される第2端子を有する第2分割キャパシタと、
    ここにおいて、前記第2結合キャパシタ及び前記第2分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
    を備える第2減衰器セル、をさらに備える、請求項1の減衰器。
  12. 正のRF出力及び負のRF出力を含むRF出力を生成するために正のRF入力及び負のRF入力を含むRF入力を選択的に減衰させるための高電圧無線周波数減衰器であって、前記減衰器は、
    前記正のRF入力に接続される第1端子、及び前記正のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、前記正のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む正側容量分割器と、前記分割キャパシタの第2端子は、グランドレファレンスへの第1スイッチに接続され、ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
    前記負のRF入力に接続される第1端子、及び前記負のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、前記負のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む負側容量分割器と、前記分割キャパシタの第2端子は、前記グランドレファレンスへの第2スイッチに接続され、ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
    を備える減衰器セル
    を備える、減衰器。
  13. 前記正のRF入力は、前記グランドレファレンスから前記正のRF出力をシールドするように配列され、前記負のRF入力は、前記グランドレファレンスから前記負のRF出力をシールドするように配列される、請求項12の減衰器。
  14. 前記減衰器セルの前記正側容量分割器は、
    前記正のRF入力に接続される金属板と、
    ここにおいて、前記分割キャパシタは、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタによって形成され、
    ここにおいて、前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと集積回路基板との間に位置され、
    ここにおいて、前記結合キャパシタの端子は、前記正のRF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び前記金属板によって形成される、
    をさらに備え、
    前記減衰器セルの前記負側容量分割器は、
    前記負のRF入力に接続される金属板と、
    ここにおいて、前記分割キャパシタは、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタによって形成され、
    ここにおいて、前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと前記集積回路基板との間に位置され、
    ここにおいて、前記結合キャパシタの端子は、前記負のRF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び前記金属板によって形成される、
    をさらに備える、請求項12の減衰器。
  15. 前記減衰器セルの前記正側容量分割器の前記金属板は、前記減衰器セルの前記正側容量分割器の前記金属−絶縁体−金属キャパシタを超えて広がり、
    前記減衰器セルの前記負側容量分割器の前記金属板は、前記減衰器セルの前記負側容量分割器の前記金属−絶縁体−金属キャパシタを超えて広がる、請求項14の減衰器。
  16. 前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、前記減衰器セルの前記正側容量分割器の前記金属板と前記減衰器セルの前記負側容量分割器の前記金属板との間に配置されるスイッチ領域中に配置される、請求項14の減衰器。
  17. 前記金属板は、第1金属層中に形成される、請求項14の減衰器。
  18. 前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第3金属層及び第4金属層を含む、請求項17の減衰器。
  19. 前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第2金属層を含まない、請求項17の減衰器。
  20. 前記正のRF出力に接続されるクランプ回路、及び前記負のRF出力に接続されるクランプ回路をさらに備える、請求項12の減衰器。
  21. 前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、nチャネルトランジスタである、請求項12の減衰器。
  22. 前記nチャネルトランジスタは、低リークトランジスタである、請求項21の減衰器。
  23. 前記減衰器セルは、前記正側容量分割器の前記分割キャパシタの前記第2端子と前記負側容量分割器の前記分割キャパシタの前記第2端子との間に結合される第3スイッチをさらに備える、請求項12の減衰器。
  24. 前記正のRF入力に接続される第1端子、及び前記正のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、前記正のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む第2正側容量分割器と、前記分割キャパシタの第2端子は、グランドへの第3スイッチに接続され、ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路エリア中に形成される、
    前記負のRF入力に接続される第1端子、及び前記負のRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタと、前記負のRF出力に接続される第1端子を有する分割キャパシタとを含む第2負側容量分割器と、前記分割キャパシタの第2端子は、グランドへの第4スイッチに接続され、ここにおいて、前記結合キャパシタ及び前記分割キャパシタは、同じ集積回路中に形成される、
    を備える第2減衰器セルをさらに備える、請求項12の減衰器。
  25. 無線周波数(RF)入力を可変的に減衰させるための方法であって、前記方法は、
    複数の結合キャパシタを使用してRF出力に前記RF入力を結合することと、
    グランドに複数の分割キャパシタの端子を条件付きで接続することと、
    ここにおいて、前記複数の結合キャパシタの各結合キャパシタは、前記複数の分割キャパシタのうちの1つと同じ集積回路エリア中に形成される、
    を備える、方法。
  26. 前記RF入力は、グランドレファレンスから前記RF出力をシールドするように配列される、請求項25の方法。
  27. 前記複数の分割キャパシタの各々は、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタである、請求項25の方法。
  28. 前記結合キャパシタの各々は、前記RF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び金属板によって形成される、請求項27の方法。
  29. 前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと集積回路基板との間に位置される、請求項28の方法。
  30. 装置であって、
    RF入力に接続される第1端子、及びRF出力に接続される第2端子を有する結合キャパシタ手段と、
    前記RF出力に接続される第1端子、及びグランドレファレンスへのスイッチに接続される第2端子を有する分割キャパシタ手段と、
    ここにおいて、前記結合キャパシタ手段及び前記分割キャパシタ手段は、同じ集積回路エリア中に形成される、
    を備える、装置。
  31. 前記RF入力は、前記グランドレファレンスから前記RF出力をシールドするように配列される、請求項30の装置。
  32. 前記RF入力に接続される金属板をさらに備え、
    ここにおいて、前記分割キャパシタ手段は、複数の金属ストライプを有する金属−絶縁体−金属キャパシタによって形成され、
    ここにおいて、前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタと集積回路基板との間に位置され、
    ここにおいて、前記結合キャパシタ手段の端子は、前記RF出力に接続される前記金属−絶縁体−金属キャパシタの一部及び前記金属板によって形成される、請求項30の装置。
  33. 前記金属板は、前記金属−絶縁体−金属キャパシタを超えて広がる、請求項32の装置。
  34. 前記金属板は、第1金属層中に形成される、請求項32の装置。
  35. 前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第3金属層及び第4金属層を含む、請求項34の装置。
  36. 前記金属−絶縁体−金属キャパシタの前記複数の金属ストライプは、第2金属層を含まない、請求項34の装置。
  37. 前記RF出力に接続されるクランプ回路をさらに備える、請求項30の装置。
  38. 前記スイッチは、nチャネルトランジスタである、請求項30の装置。
  39. 前記nチャネルトランジスタは、低リークトランジスタである、請求項38の装置。
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