KR101663899B1 - 스위칭가능한 커패시턴스를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

스위칭가능한 커패시턴스를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101663899B1
KR101663899B1 KR1020150059446A KR20150059446A KR101663899B1 KR 101663899 B1 KR101663899 B1 KR 101663899B1 KR 1020150059446 A KR1020150059446 A KR 1020150059446A KR 20150059446 A KR20150059446 A KR 20150059446A KR 101663899 B1 KR101663899 B1 KR 101663899B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacitance
circuit
switch
switchable
switch cells
Prior art date
Application number
KR1020150059446A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150124906A (ko
Inventor
빈프리드 바칼스키
Original Assignee
인피니언 테크놀로지스 아게
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 인피니언 테크놀로지스 아게 filed Critical 인피니언 테크놀로지스 아게
Publication of KR20150124906A publication Critical patent/KR20150124906A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101663899B1 publication Critical patent/KR101663899B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03J—TUNING RESONANT CIRCUITS; SELECTING RESONANT CIRCUITS
    • H03J5/00—Discontinuous tuning; Selecting predetermined frequencies; Selecting frequency bands with or without continuous tuning in one or more of the bands, e.g. push-button tuning, turret tuner
    • H03J5/24—Discontinuous tuning; Selecting predetermined frequencies; Selecting frequency bands with or without continuous tuning in one or more of the bands, e.g. push-button tuning, turret tuner with a number of separate pretuned tuning circuits or separate tuning elements selectively brought into circuit, e.g. for waveband selection or for television channel selection
    • H03J5/242—Discontinuous tuning; Selecting predetermined frequencies; Selecting frequency bands with or without continuous tuning in one or more of the bands, e.g. push-button tuning, turret tuner with a number of separate pretuned tuning circuits or separate tuning elements selectively brought into circuit, e.g. for waveband selection or for television channel selection used exclusively for band selection
    • H03J5/244—Discontinuous tuning; Selecting predetermined frequencies; Selecting frequency bands with or without continuous tuning in one or more of the bands, e.g. push-button tuning, turret tuner with a number of separate pretuned tuning circuits or separate tuning elements selectively brought into circuit, e.g. for waveband selection or for television channel selection used exclusively for band selection using electronic means
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/02—Multiple-port networks
    • H03H11/28—Impedance matching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03J—TUNING RESONANT CIRCUITS; SELECTING RESONANT CIRCUITS
    • H03J2200/00—Indexing scheme relating to tuning resonant circuits and selecting resonant circuits
    • H03J2200/10—Tuning of a resonator by means of digitally controlled capacitor bank

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

일 실시예에 따르면, 스위칭가능한 커패시턴스 회로는, 커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커패시턴스를 갖는 커패시턴스 회로, 및 커패시턴스 회로의 제 1 단자에 커플링되는 제 1 단자를 포함하는 반도체 스위칭 회로를 각각 갖는 복수의 커패시턴스-스위치 셀들을 포함하고, 복수의 직렬 접속된 무선 주파수(RF) 스위치 셀들은 로드 경로 및 공통 노드를 갖는다. 복수의 직렬 접속된 RF 스위치 셀들 각각은, 스위치 트랜지스터, 및 스위치 트랜지스터의 게이트에 커플링되는 제 1 단부 및 공통 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖는 게이트 저항기를 갖는다. 스위칭가능한 커패시턴스 회로는 또한, 공통 노드에 커플링되는 제 1 단부 및 제어 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖는 저항 회로를 포함한다.

Description

스위칭가능한 커패시턴스를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A SWITCHABLE CAPACITANCE}
본 개시는 일반적으로 전자 디바이스에 관한 것이고, 더 상세하게는 스위칭가능한 커패시턴스를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
안테나들 및 전력 증폭기들에 대한 조정가능한 정합 네트워크들을 구현하기 위해 그리고 고주파수 필터들에 대한 튜닝의 조정을 제공하기 위해, 다양한 무선 주파수(RF) 회로들에서 커패시터들 및 인덕터들과 같은 튜닝가능한 수동 소자들이 이용된다. 휴대용 디바이스들의 높은 수요 및 생산으로 인해, 이러한 튜닝가능한 수동 소자들은 셀룰러 전화들, 스마트폰들 및 휴대용 컴퓨터들과 같은 제품들에서 발견될 수 있다. 이러한 제품들의 RF 회로들에 대한 튜닝을 제공하는 것은 이러한 제품들이 다양한 RF 조건들에서 높은 성능의 RF 송신 및 수신을 제공하도록 허용한다. 상이한 RF 대역들에 걸쳐 동작하도록 그리고/또는 상이한 표준들을 이용하여 동작하도록 구성되는 RF 디바이스들에서 프로그래밍가능한 튜닝이 또한 도움이 된다.
튜닝가능한 커패시터들은 다수의 방식들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 가변 커패시턴스를 제공하기 위해 전압-제어 커패시터가 이용될 수 있다. 이러한 가변 커패시턴스는, 인가된 역방향 바이어스 전압에 반비례하는 커패시턴스를 갖는 역방향-바이어스된 다이오드 접합을 이용하여 구현될 수 있다. 튜닝가능한 커패시턴스가 구현될 수 있는 다른 방식은, 제어가능한 스위치들을 통해 접속 또는 접속해제되는 다양한 소자들을 갖는 스위칭가능한 커패시터들의 어레이를 이용하는 것이다. 스위칭가능한 커패시터의 설계에서 하나의 난제는 스위치들을 구현하는데 이용된 트랜지스터들의 기생 커패시턴스의 효과들을 다루는 것이다. 스위칭 트랜지스터들과 연관된 이러한 기생 커패시턴스들은, 회로의 정확도를 감소시킬 수 있고 그리고/또는 기생 로딩을 증가시킬 수 있는 추가적인 커패시턴스를 스위칭가능한 커패시턴스에 추가할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 스위칭가능한 커패시턴스 회로는, 커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커패시턴스를 갖는 커패시턴스 회로, 및 커패시턴스 회로의 제 1 단자에 커플링되는 제 1 단자를 포함하는 반도체 스위칭 회로를 각각 갖는 복수의 커패시턴스-스위치 셀들을 포함하고, 복수의 직렬 접속된 무선 주파수(RF) 스위치 셀들은 로드 경로 및 공통 노드를 갖는다. 복수의 직렬 접속된 RF 스위치 셀들 각각은, 스위치 트랜지스터, 및 스위치 트랜지스터의 게이트에 커플링되는 제 1 단부 및 공통 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖는 게이트 저항기를 갖는다. 스위칭가능한 커패시턴스 회로는 또한, 공통 노드에 커플링되는 제 1 단부 및 제어 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖는 저항 회로를 포함한다.
본 발명 및 본 발명의 이점들의 더 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면들과 함께 행해진 하기 설명들이 이제 참조된다.
도 1a-c는 종래의 스위칭된 커패시터 회로들을 도시한다.
도 2는 일 실시예의 스위칭된 커패시터 회로를 도시한다.
도 3은 추가적 실시예의 스위칭된 커패시터 회로를 도시한다.
도 4는 일 실시예의 스위칭된 커패시터 회로의 다이 사진을 도시한다.
도 5a-b는 일 실시예의 스위칭된 커패시터 회로의 성능을 도시하는 스미스 차트들을 나타낸다.
도 6은 일 실시예 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7a-b는 실시예의 RF 시스템들을 도시한다.
도 8은 일 실시예의 RF 회로를 도시한다.
상이한 도면들에서 대응하는 수치들 및 부호들은, 달리 나타내지 않으면 일반적으로 대응하는 부분들을 지칭한다. 도면들은 바람직한 실시예들의 관련 양상들을 명확하게 도시하기 위해 그려지지만 반드시 축척대로 그려지는 것은 아니다. 특정한 실시예들을 더 명확하게 도시하기 위해, 동일한 구조, 재료 또는 프로세스 단계의 변화들을 나타내는 문자가 도면 부호에 후속할 수 있다.
본 바람직한 실시예들의 실시 및 이용이 아래에서 상세히 논의된다. 그러나, 본 발명은, 광범위한 특정한 상황들에서 구현될 수 있는 많은 적용가능한 창작적 개념들을 제공함을 인식해야 한다. 논의되는 특정한 실시예들은 본 발명을 실시 및 이용하기 위한 특정한 방식들의 단지 예시이며, 본 발명의 범주를 제한하지 않는다.
본 발명은, 특정한 상황에서 바람직한 실시예들, 즉, 안테나들, 정합 네트워크들 및 필터들에 대한 튜닝을 제공하기 위해 RF 회로들에서 이용될 수 있는 스위칭가능한 커패시턴스에 대한 시스템 및 방법에 대해 설명될 것이다. 본 발명은 또한, 넓은 출력 주파수 범위를 가능하게 하는 디지털 튜닝가능한 오실레이터들 및 가변 주파수 동작을 가능하게 하는 전하-펌프들과 같은 프로그래밍가능한 커패시턴스를 활용하는 다른 회로들을 포함하는 다른 시스템들 및 애플리케이션들에도 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 스위칭가능한 커패시턴스 회로는, 직렬 접속된 스위칭 트랜지스터들을 이용하여 구현되는 각각의 스위치들과 직렬로 커플링되는 복수의 커패시터들을 포함한다. 각각의 스위칭 트랜지스터는 자신의 게이트 및 공통 노드에 직렬로 커플링되는 게이트 저항기와 연관되고, 추가적 저항기가 공통 노드와 구동기 회로 사이에 커플링된다. 이러한 추가적 저항기는, 직렬 접속된 스위칭 트랜지스터들의 기생 커패시턴스들 및 게이트 저항기들의 기생 커패시턴스들의 결합으로부터 로딩의 효과를 감소시키도록 구성될 수 있다. 아울러, 공통 저항기들은 스위칭가능한 커패시턴스 회로의 각각의 브랜치(branch)의 턴온 및 턴오프 시상수들을 제어하도록 크기가 맞춰질 수 있다.
도 1a는, 2진 가중된 커패시터들(104, 106, 108, 110 및 112)을 포함하는 종래의 디지털 튜닝가능한 커패시터 회로(100)를 도시하고, 커패시터들 각각은 직렬 스위치들(120, 122, 124, 126 및 128)에 각각 커플링된다. 커패시터들(104, 106, 108, 110 및 112)의 값들은 각각 8 pF, 4 pF, 2 pF, 1 pF 및 0.5 pF이다. 커패시터들(104, 106, 108, 110 및 112) 각각은 출력 패드(102) 뿐만 아니라 정전기적 방전(ESD) 보호 트랜지스터(113)에 커플링된다. 출력 패드(102)에서 본 커패시턴스의 양은 디지털 신호들 D4, D3, D2, D1 및 D0을 이용하여 제어가능하다. 예를 들어, 신호 D3이 로직 하이이고 그에 따라 직렬 스위치(122)를 턴온하고 그리고 신호들 D4, D2, D1 및 D0이 로우이고 그에 따라 직렬 스위치들(120, 124, 126 및 128)을 턴오프하면, 출력 패드(102)에서 본 용량성 로드는 약 4 pF이다. 마찬가지로, 모든 신호들 D3, D2, D1 및 D0이 로직 하이이면, 출력 패드(102)에서 본 로드는 약 15.5 pF이다.
디지털 튜닝가능한 커패시터들을 활용하는 많은 시스템들은 디지털 튜닝가능한 커패시터에 걸친 더 높은 전압들을 겪을 수 있다. 이러한 것의 일례는 셀룰러 전화의 안테나 인터페이스이다. 예를 들어, 셀룰러 전화의 송신기 전력 증폭기는 출력에서 50 옴의 공칭 임피던스로의 전력의 약 35 dBm에 도달할 수 있고, 이것은 약 18 V의 전압에 대응한다. 그러나, 안테나 인터페이스에서는, 50 옴을 훨씬 초과하는 임피던스들이 존재할 수 있어서, 50 V 내지 60 V 범위의 순시 전압들을 생성할 수 있다. 많은 반도체 프로세스들의 디바이스들은 10 V 범위의 전압들에만 저항가능할 수 있기 때문에, 디바이스 파손 및 파괴를 방지하기 위해 디바이스 스택킹(stacking)이 이용된다. 도시된 바와 같이, 커패시터들(104, 106, 108, 110 및 112) 각각은 커패시터들의 직렬 결합을 이용하여 구현된다. 마찬가지로, 직렬 스위치들(120, 122, 124, 126 및 128)은 직렬 접속된 트랜지스터들(116)을 이용하여 구현되고, 트랜지스터들 각각은 자신의 게이트와 직렬로 커플링된 저항기(118)를 갖는다. 저항기들(118)은 커패시터-스위치 결합의 RF 임피던스에 영향을 미치지 않도록 충분히 높은 게이트 임피던스를 유지한다.
커패시터에 대한 하나의 중요한 성능 지수는 Q 팩터이고, 이는,
Figure 112015041217634-pat00001
로서 정의되며, 여기서 Z는 용량성 소자의 복소 임피던스이고, Im(Z)는 임피던스의 허수부 성분이고, Re(Z)는 임피던스의 실수부 성분이다. 스위치와 직렬로 커플링된 커패시터의 경우, 다음의 근사화가 행해질 수 있고,
Figure 112015041217634-pat00002
여기서 C는 커패시턴스의 값이고, Ron은 스위치의 온 저항이고, ω는 각 주파수이다. 따라서, 커패시터의 Q는,
Figure 112015041217634-pat00003
로서 표현될 수 있다.
상기에서 명백한 바와 같이, Q 팩터는 C 또는 Ron이 감소함에 따라 개선된다. 따라서, 더 많은 직렬 접속된 디바이스들이 존재할수록 Q 팩터는 더 낮아진다. 따라서, 커패시턴스 및 주파수가 증가함에 따라, 주어진 Q 팩터를 유지하기 위해, 대응하는 Ron은 감소된다. 그러나, 몇몇 경우들에서, Ron을 낮추기 위해 트랜지스터의 폭이 증가됨에 따라, 대응하는 더 낮은 중첩 커패시턴스들이 증가할 수 있다. 상기 수식은, 모든 가능한 스위칭된 결합들에 대해, 커패시턴스 독립적 Q-팩터 "평탄-응답"을 획득하기 위해, Ron 및 트랜지스터 폭이 커패시턴스에 따라 스케일링될 수 있음을 추가로 나타낸다.
도 1b는, 다양한 기생들로 표기되고, 대응하는 구동기(127)에 커플링되는 예시적인 RF 스위치(130)의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 스위치(130)는 기생 게이트-드레인 커패시턴스들 Cgs 및 게이트-소스 커패시턴스들 Cgs를 갖는 직렬 MSW를 포함한다. 스위치(130)가 오프인 경우, 기생 커패시턴스들 Cgs 및 Cgd의 직렬 결합은 입력 노드 In1 또는 출력 노드 Out 상에 존재하는 RF 신호를 트랜지스터들 MSW에 걸쳐 균일하게 확산시킨다. RD 신호의 왜곡을 방지하기 위해, RGATE 및 RDS의 저항은, 입력 노드 In1 및 출력 노드 Out에서의 기생 로딩을 방지하도록 커패시턴스들 Cgs 및 Cgd가 직렬 접속된 커패시턴스들로서 보이는 것을 보장하기에 충분할만큼 높게 선택될 수 있다. RGATE 및 RDS에 대한 예시적인 값들은 각각 400 kΩ 및 400 kΩ이지만, 다른 값들이 이용될 수 있다. 그러나, 비이상적 조건들 하에서, 저항기들 RGATE에 의해 부여되는 분리의 양은, 저항기들 RGATE와 연관된 기생 커패시턴스 Cbp에 의해 그리고 커패시턴스 Cp에 의해 표현되는 저항기 RDS의 분로(shunt) 커패시턴스에 의해 제한된다.
기생 커패시턴스들 Cbp 및 Cp는 저항기 RGATE의 물리적 구현의 비이상화로부터 초래될 수 있다. 예를 들어, 저항기 RGATE 및/또는 RDS가 기판의 상단 상에 배치된 폴리실리콘을 이용하여 구현되는 경우, 소량의 우회 커패시턴스가 존재할 것이다. 예를 들어, 특정한 저항기 레이아웃에 따라, 400 kΩ 저항기는 2 fF 우회 커패시턴스를 가질 수 있다. 1 GHz에서, 2fF 커패시턴스는 80kΩ의 용량성 임피던스에 대응하고, 그에 따라, 1 GHz에서 RGATE의 총 유효 임피던스를 낮춘다. 이것은 물리적 저항기의 단지 하나의 특정한 예임을 인식해야 한다. 다른 실시예의 저항기들은 상이한 저항기 값들 및/또는 그와 연관된 상이한 기생 커패시턴스들을 가질 수 있다.
다수의 트랜지스터들이 스택되는 경우, 디바이스 분리 상의 저항기 RGATE의 기생 커패시턴스의 효과는 추가로 악화된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 약 60 V의 RF 전압 스윙(swing)들을 처리하기 위해, 1.5 V 디바이스 기술에서는 40개의 트랜지스터들이 직렬 구성으로 스택된다. 이러한 40개의 트랜지스터들 각각은 그와 연관된 직렬 게이트 저항기를 갖는다. 스위치가 턴 오프되는 경우, 40개의 게이트 저항기들과 그의 연관된 기생 커패시턴스의 병렬 결합은, 트랜지스터들이 턴 오프되는 경우 트랜지스터들의 게이트를 분리시키는 유효 임피던스를 추가로 낮춘다. 이전의 예에 대해, 각각 2fF의 기생 커패시턴스를 갖는 연관된 400 kΩ 저항기를 갖는 40개의 디바이스들을 스택하는 것은, 2 kΩ의 용량성 임피던스를 갖는 병렬로 커플링된 20 kΩ의 저항성 임피던스의 유효 임피던스를 생성하여, 스위치 트랜지스터들이 턴 오프되는 경우 매우 작은 게이트 분리를 제공한다.
트랜지스터들(140 및 142)을 이용하는 구동기(127)와 같은 반전기 타입 구동기들은 스위치(130)의 트랜지스터들 MSW의 게이트들에 매우 낮은 임피던스를 제공한다. 몇몇 구현들에서, 이러한 낮은 임피던스는 RF 접지로서 보일 수 있다. 아울러, 낮은 임피던스가 기생 커패시턴스들 Cgs 및 Cgs에 적용되는 경우, 입력 노드 Iin1 및 출력 노드 Out에서 보이는 기생 커패시턴스는, 병렬로 추가되는 기생 커패시턴스 Cbp의 효과로 인해 추가로 증가된다. 입력 노드 Iin1 및 출력 노드 Out에서 보이는 이러한 기생 커패시턴스는, 더 많은 트랜지스터들이 스택됨에 따라 그리고 트랜지스터들 MSW의 폭들이 증가됨에 따라 증가한다. 따라서, RF 스위치들에 대해 통상적으로 이용되는 RON* Coff 성능 지수는 악화되는데, 이는 Cbp가 게이트 저항기들 RGATE의 임피던스를 낮추기 때문이다.
증가하는 주파수에 따라, 게이트 저항기들 RGATE의 임피던스는 기생 커패시턴스들 Cbp로 인해 감소하고, 스위치(130)의 인터페이스 노드들 In1 및 Out과 구동기(127)의 제어 출력 사이에 용량적 커플링을 초래하며, 이것은 RF 접지일 수 있다. 이러한 경우, 조정가능한 커패시턴스 회로에 기생 병렬/분로 커패시턴스를 추가하는 Cgs/Cgs 및 Cbp에 의해 기생 분로 커패시턴스가 형성된다. 이러한 추가적인 기생 커패시턴스는, 몇몇 경우들에서 RF 정합 회로의 토폴로지에서의 변경을 필요로할 수 있다. 이러한 변경은 예를 들어, 추가적인 컴포넌트들을 수반할 수 있다.
도 1c는, 접지로의 소스/드레인 접속으로부터 커플링되는 대신에, 트랜지스터들 MSW의 소스/드레인 접속들과 저항들 RDS가 병렬로 커플링되는 스위치(132)를 도시한다. 이러한 경우 RDS의 값은, 약 20 kΩ 내지 약 40 kΩ의 범위일 수 있지만, 특정 애플리케이션 및 이의 규격들에 따라 이러한 범위 밖의 다른 값이 이용될 수 있다. 또한, 각각의 게이트 저항기 RGATE의 분로 기생 커패시턴스는 커패시턴스 Cbp로 표현되고, 저항기 RDS의 분로 커패시턴스는 커패시턴스 Cp로 표현된다. 이러한 회로에서, 소스/드레인 접속들은, 접지로 커플링된 추가적인 저항기(미도시)를 통해 또는 접지로 커플링된 스위치 입력에 의해 접지로 바이어스된다.
도 2는, 2진 가중된 커패시터들(104, 106, 108, 110 및 112)을 포함하는 실시예의 튜닝가능한 커패시터 회로(200)를 도시하고, 이들 각각은 직렬 스위치들(220, 222, 224, 226 및 228)에 각각 커플링된다. 디지털 입력 버스 DIG의 상태에 기초하여, 제어기(204)는, 출력 패드(102)에서 보이는 커패시턴스의 양을 제어하는 제어 신호들 D4, D3, D2, D1 및 D0을 생성한다. 제어기(204)는, 예를 들어, SPI 인터페이스, I2C 인터페이스, MIPI/RFFE 또는 당업계에 공지된 다른 직렬 인터페이스를 이용하여 구현될 수 있는 디지털 버스 DIG에 커플링되는 직렬 인터페이스를 포함한다. 본 발명의 대안적인 실시예들에서, 제어기(204)는 병렬 인터페이스를 이용하여 구현될 수 있다. 제어기(204)는, 디코더 또는 룩업 테이블과 같은 당업계에 공지된 디지털 회로를 이용하여, 신호들 D4, D3, D2, D1 및 D0을 결정할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어기(204)의 동작은, 비휘발성 메모리, 퓨즈들, 마스크-프로그래밍가능 메모리, 또는 당업계에 공지된 다른 프로그래밍 회로들 및 방법들을 이용하여 프로그래밍가능할 수 있다.
도시된 바와 같이, 직렬 스위치들(220, 222, 224, 226 및 228) 각각은, 각각의 제어 신호들(D4, D3, D2, D1 및 D0)과 게이트 저항기들(118) 사이에 커플링되는 공통 저항기(202)를 포함한다. 이러한 저항의 추가는, 저항기들(118)과 연관된 기생 분로 커패시턴스와 직렬로 더 높은 임피던스를 생성하여, 튜닝가능한 커패시터 회로(200) 상의 기생 용량성 로딩을 감소시킨다. 도시된 바와 같이, 트랜지스터들(116)은 NMOS 디바이스들을 이용하여 구현되지만, 트랜지스터들(116)은, PMOS 디바이스, 또는 CMOS-벌크의 다른 트랜지스터 타입, 박막 또는 후막 SOI(silicon on insulator)를 이용한 CMOS-SOI, GaAs-HEMT들 또는 다른 FET 트랜지스터 타입 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 몇몇 경우들에서, PIN 다이오드들이 또한 이용될 수 있다. 커패시턴스들(104, 106, 108, 110 및 112) 내의 커패시터들은, 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터들을 이용하여 구현될 수 있고, 직렬로 커플링된 복수의 커패시터들을 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 예를 들어, 단일 커패시터가 최대 인가된 AC 전압 스윙에 저항할 수 있는 실시예들에서는 단일 커패시터가 이용될 수 있다.
하나의 특정한 실시예에서, 저항기들(118)의 값은 약 100 kΩ이고, 공통 저항기들(202)의 값은, 8 pF 커패시터(104)에 커플링된 직렬 스위치(220)에 대해 10 kΩ, 4 pF 커패시터(106)에 커플링된 직렬 스위치(222)에 대해 20 kΩ, 2 pF 커패시터(108)에 커플링된 직렬 스위치(224)에 대해 40 kΩ, 1 pF 커패시터(110)에 커플링된 직렬 스위치(226)에 대해 80 kΩ, 및 0.5 pF 커패시터(112)에 커플링된 직렬 스위치(228)에 대해 160 kΩ이다. 공통 저항기들(202)의 저항을, 각각의 대응하는 커패시터에 반비례하도록 스케일링함으로써, 각각의 브랜치에 대한 스위칭 시간의 RC 시상수는 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 스위칭 트랜지스터들(116)에 대해 이용되는 트랜지스터들의 폭은 각각의 대응하는 커패시터에 비례한다. 예를 들어, 스위치(220)에서는 20 mm 트랜지스터 폭이 이용되고, 직렬 스위치(222)에서는 10 mm 폭이 이용되고, 직렬 스위치(224)에서는 5 mm 폭이 이용되고, 직렬 스위치(226)에서는 2.5 mm 폭이 이용되고, 스위치(228)에서는 1.25 mm 폭이 이용된다. 대안적으로, 다른 폭들이 이용될 수 있다.
도 2에 도시된 튜닝가능한 커패시터 회로(200)의 토폴로지 뿐만 아니라 이의 컴포넌트 값들, 브랜치들의 수, 트랜지스터 폭들 및 제어 회로는 많은 실시예의 튜닝가능한 커패시터 회로들의 단지 일례임을 인식해야 한다. 대안적인 실시예들에서, 튜닝가능한 커패시터 회로는 상이한 커패시턴스 및 저항기 값들, 상이한 수의 브랜치들, 상이한 커패시터 구현들 및 상이한 토폴로지들을 가질 수 있다. 예를 들어, 실시예의 튜닝가능한 커패시터 회로들은, 2013년 5월 14일에 출원되고 발명의 명칭이 "System and Method for a Switchable Capacitance"인 미국 특허 출원 제 13/894,096호에서 설명된 회로들 및 방법들을 추가로 통합할 수 있고, 상기 출원은 그 전체가 참조로 본원에 통합된다.
도 3은, N개의 직렬 트랜지스터들, 직렬 트랜지스터들의 게이트들과 공통 노드 사이에 커플링된 게이트 저항기들 RG1, 및 전압 UO를 생성하는 전압원과 공통 노드 사이에 커플링된 공통 저항기 RG2를 갖는 실시예의 스위칭 회로의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 전압원에 의해 생성되는 전류 i는 N개의 직렬 트랜지스터들 사이에서 N개로 나뉘어지고, 각각의 직렬 트랜지스터들의 게이트-소스 커패시턴스 CGS를 충전하는데 이용된다. 전압 uC는 각각의 직렬 트랜지스터의 게이트와 소스 사이에서 생성된다. 직렬 트랜지스터들의 게이트 충전 시간의 시상수 τ에 대한 표현은 다음과 같이:
Figure 112015041217634-pat00004
Figure 112015041217634-pat00005
Figure 112015041217634-pat00006
Figure 112015041217634-pat00007
유도될 수 있다.
시상수 τ에 대한 상기 수식, 및 트랜지스터의 게이트-소스 커패시턴스 CGS가 트랜지스터의 폭에 비례하는 관계를 이용하면, RG2에 대한 값은 주어진 N, RG1, CGS 및 시상수 τ에 대해 다음과 같이:
Figure 112015041217634-pat00008
결정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, RG2는 동일한 시상수 τ를 얻기 위해 가능한 한 크게 될 수 있다. 대안적으로, RG2에 대한 이러한 계산된 값은 최대값으로 취급될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 커패시터-스위치 브랜치에 대한 스위칭 시간은, 상기 표현에 따라 동일하게 설정된다.
도 4는, 실시예의 6-비트 튜닝가능한 커패시터 집적 회로(IC)(400)의 다이 사진을 도시한다. 도시된 바와 같이, 커패시터 부호로 표현된 튜닝가능한 커패시터(410)는 핀들(402 및 404)에 커플링되는 제 1 전극 및 핀들(406 및 408)에 커플링되는 제 2 전극을 갖는다. 실시예에서, 커패시터(410)는, 약 0.5 pF 내지 약 5 pF의 커패시턴스 값들을 달성하도록 프로그래밍될 수 있다. 본 발명의 대안적인 실시예들에서, 커패시터(410)는, 0.5 pF보다 낮은 커패시턴스 값들 및 5 pF보다 높은 커패시턴스 값들을 달성하도록 구성될 수 있음을 인식해야 한다. 아울러, IC(400)에 대한 접속들은 솔더 볼로 도시되지만, 당업계에 공지된 다른 타입들의 패키지 및 다이 접속들이 이용될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는, 다양한 커패시터 세팅들에 대한 스위칭가능한 커패시터 회로들의 임피던스를 도시하는 스미스 차트들을 도시한다. 도 5a는 공통 저항기 RG2가 생략된 회로의 스미스 차트를 도시한다. 라인(504)은 측정들의 자취를 표현하고, 라인(502)은 이상적인 스위칭가능한 커패시터 회로를 표현한다. 라벨 m4는 0.5 pF과 같은 작은 커패시턴스 세팅을 표현하고, 라벨 m3은 5 pF과 같은 큰 커패시턴스 세팅을 표현한다. 도시된 바와 같이, 라인(504)은 라인(502)으로 표현된 이상적인 커패시턴스로부터 벗어난다. 특히, 임피던스의 실수부는 1의 정규화된 저항보다 작다. 예를 들어, 최소 커패시턴스 세팅에서, 정규화된 임피던스의 실수부는 약 0.615인 한편, 최대 커패시턴스 세팅에서, 정규화된 임피던스의 실수부는 약 0.410이다.
도 5b는, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 공통 저항기 RG2가 활용된 회로의 스미스 차트를 도시한다. 라인(506)은 측정들의 자취를 표현하고, 라인(502)은 이상적인 스위칭가능한 커패시터 회로를 표현한다. 도시된 바와 같이, 라인(506)은, 도 5a의 라인(504)보다, 라인(502)으로 표현된 이상적인 커패시턴스로부터 더 작은 편차를 갖는다. 특히, 도 5a의 예에서 임피던스의 실수부는 도 5a의 예에서보다 1의 정규화된 저항에 더 근접하다. 예를 들어, 최소 커패시턴스 세팅에서, 정규화된 임피던스의 실수부는 약 0.830인 한편, 최대 커패시턴스 세팅에서, 정규화된 임피던스의 실수부는 약 1.075이고, 이는, 도 5a의 라인(504)보다 1의 정규화된 실수 임피던스에 근접하다. 도 5b의 예는 특정한 예시적인 실시예의 성능을 반영함을 인식해야 한다. 다른 실시예들은 상이하게 수행될 수 있다.
도 6은, 스위칭가능한 커패시턴스 회로를 동작시키는 실시예 방법(600)의 흐름도를 도시한다. 단계(602)에서, 실시예의 스위칭가능한 커패시턴스 회로의 로드 커패시턴스는, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나를 스위칭 온함으로써 증가된다. 이러한 실시예의 스위칭가능한 커패시턴스 회로는, 복수의 직렬 스위칭 트랜지스터들의 각각의 게이트 저항기들에 커플링된 공통 저항기를 갖는 반도체 스위칭 회로를 포함할 수 있다. 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나를 스위칭 온하는 것은, 예를 들어, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나의 반도체 스위칭 회로를 활성화시키는 것을 포함할 수 있다. 다음으로, 단계(604)에서, 스위칭 오프에 의해 로드 커패시턴스가 감소되는 것은, 예를 들어, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나의 반도체 스위칭 회로를 비활성화시키는 것을 포함할 수 있다.
도 7a-b는, 실시예의 스위칭가능한 커패시턴스 회로들이 안테나들에 어떻게 커플링될 수 있는지의 예들을 도시한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 실시예의 스위칭가능한 커패시턴스 회로(704)를 포함하는 시스템(700) 회로(702)는 안테나(706)에 커플링된다. 실시예에서, 스위칭가능한 커패시턴스 회로(704)는 안테나(706)에 대한 정합을 제공하도록 설정될 수 있다.
도 7b는, 실시예의 스위칭가능한 커패시턴스 회로(726)를 포함하는 회로(724)에 커플링되는 평면 반전-F(PIFA) 안테나(722)를 포함하는 시스템(720)을 도시한다. 실시예에서, 스위칭가능한 커패시턴스 회로(726)는 PIFA 안테나(720)를 튜닝하기 위한 정합을 제공하도록 설정될 수 있다.
도 8은, 핀들 C+와 C- 사이에 커플링되는 실시예의 스위칭가능한 커패시턴스 회로(814)를 포함하는 실시예의 집적 회로(800)를 도시한다. 구동기들(812)은, 스위칭가능한 커패시턴스 회로(814) 내의 스위치들에 제어 신호들을 제공한다. 이러한 제어 신호들의 상태는, 예를 들어, MIPI, RFEE 또는 다른 타입의 직렬 제어기를 이용하여 구현될 수 있는 제어기(810)를 이용하여 설정될 수 있다. 커패시턴스 세팅들은 인터페이스 핀들 S_DATA, S_CLOCK 및 VIO을 이용하여 제어기(810)에 입력될 수 있고, 정전기적 방전(ESD) 회로(806)가 이러한 인터페이스 핀들에 커플링된 회로에 대한 ESD 보호를 제공한다. 스위칭가능한 커패시턴스(814)에 ESD 보호를 제공하기 위해 추가적인 ESD 회로(816)가 또한 포함된다. 전압 조절기(802) 및 전하 펌프(802)가 구동기들(812)을 동작시키기 위한 필요 전압 레벨들을 제공한다. 도시된 바와 같이, 전압 조절기(802)는 포지티브 서플라이를 제공하고 이에 기초하여 구동기(812)가 포지티브 제어 신호 레벨들이 되고, 전하 펌프(804)는 네거티브 서플라이를 생성하고 이에 기초하여 구동기(812)가 네거티브 제어 신호 레벨들이 된다. 전하 펌프(804)는 집적 회로(800)의 기판에 대한 바이어스 레벨을 추가로 생성할 수 있다. 집적 회로(800)는 실시예의 스위칭가능한 커패시턴스 회로들 중 많은 가능한 집적 회로 구현들의 단지 일례임을 인식해야 한다.
실시예에 따르면, 스위칭가능한 커패시턴스 회로는, 커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커패시턴스를 갖는 커패시턴스 회로, 및 커패시턴스 회로의 제 1 단자에 커플링되는 제 1 단자를 포함하는 반도체 스위칭 회로를 각각 갖는 복수의 커패시턴스-스위치 셀들을 포함하고, 복수의 직렬 접속된 무선-주파수(RF) 스위치 셀들은 로드 경로 및 공통 노드를 갖는다. 복수의 직렬 접속된 RF 스위치 셀들 각각은, 스위치 트랜지스터, 및 스위치 트랜지스터의 게이트에 커플링되는 제 1 단부 및 공통 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖는 게이트 저항기를 갖는다. 스위칭가능한 커패시턴스 회로는 또한, 공통 노드에 커플링되는 제 1 단부 및 제어 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖는 저항 회로를 포함하고, 저항 회로는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 저항을 포함한다. 복수의 커패시턴스-스위치 셀들의 각각의 커패시턴스 회로의 제 2 단자는 동일한 노드에 커플링될 수 있고, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 각각의 반도체 스위칭 회로의 제 2 단자는 접지될 수 있다.
실시예에서, 저항 회로의 저항 값은, 복수의 스위치-커패시턴스 셀들의 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값에 반비례한다. 또한, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 제 1 커패시턴스-스위치 셀의 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값은 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 제 2 커패시턴스-스위치 셀의 커패시턴스 값과 상이할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 저항 회로의 저항 값은, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들의 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값에 반비례한다.
실시예에서, 저항 회로는, 저항 회로의 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 커플링된 저항기를 포함하고, 커패시턴스 회로는 커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커플링된 커패시터를 포함한다. 커패시터는 복수의 직렬 접속된 커패시터들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 저항기는, 저항 회로의 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 저항 값과 실질적으로 동일한 값을 갖고, 커패시터는, 커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 커패시턴스 값과 실질적으로 동일한 값을 갖는다. 복수의 커패시턴스-스위치 셀들의 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값들은 2진 가중될 수 있다.
실시예에서, 스위칭가능한 커패시턴스 회로는, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들의 대응하는 제어 노드들에 커플링된 복수의 출력들을 갖는 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들의 각각의 저항 회로의 저항 값은, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 각각이 실질적으로 균일한 스위칭 시간을 갖도록 선택된다.
추가적인 실시예에 따르면, 스위칭가능한 커패시턴스 회로를 동작시키는 방법은, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나를 스위칭 온시킴으로써 스위칭가능한 커패시턴스 회로의 로드 커패시턴스를 증가시키는 것을 포함한다. 스위칭 온시키는 것은, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나의 반도체 스위칭 회로를 활성화시키는 것을 포함한다. 방법은, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나를 스위칭 오프시킴으로써 스위칭가능한 커패시턴스 회로의 로드 커패시턴스를 감소시키는 것을 더 포함하고, 스위칭 오프시키는 것은, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나의 반도체 스위칭 회로를 비활성화시키는 것을 포함한다. 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 각각은, 예를 들어, 반도체 스위칭 회로, 및 커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커패시턴스를 갖는 커패시턴스 회로를 포함한다. 반도체 스위치 회로는, 커패시턴스 회로의 제 1 단자에 커플링되는 제 1 단자, 로드 경로 및 공통 노드를 갖는 복수의 직렬 접속된 무선-주파수(RF) 스위치 셀들, 및 저항 회로를 포함한다. 복수의 직렬 접속된 RF 스위치 셀들 각각은, 스위치 트랜지스터, 및 스위치 트랜지스터의 게이트에 커플링되는 제 1 단부 및 공통 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖는 게이트 저항기를 포함한다. 저항 회로는, 공통 노드에 커플링되는 제 1 단부 및 제어 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖고, 저항 회로는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 저항을 포함한다.
실시예에서, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나의 제 1 반도체 스위칭 회로를 활성화시키는 것은, 제어 노드를 통해 복수의 커패시턴스-스위치 셀들 중 적어도 하나의 복수의 직렬 접속된 RF 스위치 셀들을 활성화시키는 것을 포함한다. 저항 회로의 저항 값은, 복수의 스위치-커패시턴스 셀들의 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값에 반비례할 수 있다.
실시예에서, 방법은, 스위칭가능한 커패시턴스 회로에 RF 신호를 인가하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 스위칭가능한 커패시턴스 회로를 안테나에 커플링시키는 단계, 및 스위칭가능한 커패시턴스 회로의 로드 커패시턴스를 증가 및 감소시킴으로써 안테나를 튜닝하는 단계를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 방법은, 디지털 인터페이스로부터 커맨드를 수신하는 단계 및 커맨드를 디코딩하는 단계를 더 포함한다. 로드 커패시턴스를 증가시키는 것 및 감소시키는 것은, 디코딩된 커맨드에 따라, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들의 제 1 반도체 스위칭 회로를 선택적으로 활성화시키는 것을 더 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들에 따르면, 튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로는, 반도체 기판, 및 반도체 기판 상에 배치된 복수의 커패시턴스-스위치 셀들을 포함한다. 각각의 커패시턴스-스위치 셀은, 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커플링되는 커패시터, 및 커패시턴스 회로의 제 1 단자에 커플링되는 제 1 단자, 복수의 직렬 접속된 무선-주파수(RF) 스위치 셀들 및 공통 저항기를 포함하는 반도체 스위칭 회로를 포함한다. 복수의 직렬 접속된 무선-주파수(RF) 스위치 셀들 각각은, 스위치 트랜지스터, 및 스위치 트랜지스터의 게이트에 커플링되는 제 1 단부 및 공통 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖는 게이트 저항기를 포함한다. 공통 저항기는 공통 노드에 커플링되는 제 1 단부 및 제어 노드에 커플링되는 제 2 단부를 갖는다.
실시예에서, 커패시터의 커패시턴스는 공통 저항기의 저항에 반비례한다. 일례에서, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들의 커패시턴스 회로의 커패시터들의 값들은 2진 가중된다. 스위치 트랜지스터는 MOSFET 트랜지스터를 이용하여 구현될 수 있다. 몇몇 경우들에서, MOSFET의 게이트 폭은 커패시터의 커패시턴스에 반비례한다. 이러한 커패시터는, 예를 들어, 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터를 포함할 수 있다.
실시예에서, 튜닝가능한 RF 회로는, 복수의 커패시턴스-스위치 셀들의 제어 노드들에 커플링되는 구동기 회로를 더 포함하고, 구동기 회로에 커플링되는 전압 조절기 및 전하 펌프 중 적어도 하나를 더 포함한다. 구동기 회로, 전하 펌프 및/또는 전압 조절기는 또한 반도체 기판 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 이점들은, 스위칭 트랜지스터들의 게이트들에 커플링되는 저항기들과 연관된 커패시턴스들의 기생 로딩의 감소로 인해 더 정확한 커패시턴스를 갖는 스위칭된 커패시턴스 회로를 구현하는 능력을 포함한다. 추가적인 이점은, 동일한 시상수를 갖는 복수의 스위치-커패시턴스 브랜치들을 스위칭하는 능력을 포함한다. 실시예들의 추가적인 이점들은 RFIC로부터 로직 IC로의 더 양호한 디커플링 뿐만 아니라 더 양호한 스퓨리어스(spurious) 성능을 포함한다.
본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명은 제한적인 관점에서 해석되도록 의도되지 않는다. 예시적인 실시예들의 다양한 변형들 및 조합들 뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예들은, 본 설명을 참조할 때 당업자들에게 자명할 것이다. 예를 들어, 실시예의 스위치 구동기들은 커패시터들 및 다른 튜닝 컴포넌트들을 스위칭 인 및 아웃함으로써 오실레이터들을 튜닝하는데 이용될 수 있다. 실시예의 스위치 구동기 회로들은 또한, 일반적으로 수신/송신 스위치들, 감쇠기들, 전력 증폭기 우회 회로들, RF 정합, RF 필터 스위칭 뿐만 아니라 다른 타입들의 회로들 및 시스템들에도 적용될 수 있다.

Claims (26)

  1. 스위칭가능한 커패시턴스 회로로서,
    복수의 커패시턴스-스위치 셀을 포함하고,
    각각의 커패시턴스-스위치 셀은,
    커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커패시턴스를 갖는 상기 커패시턴스 회로와,
    반도체 스위칭 회로를 포함하고,
    상기 반도체 스위칭 회로는,
    상기 커패시턴스 회로의 제 1 단자에 커플링되는 제 1 단자와,
    로드 경로 및 공통 노드를 포함하는 복수의 직렬 접속된 무선 주파수(RF) 스위치 셀 ―상기 복수의 직렬 접속된 RF 스위치 셀 각각은, 스위치 트랜지스터, 및 상기 스위치 트랜지스터의 게이트에 커플링된 제 1 단부 및 상기 공통 노드에 커플링된 제 2 단부를 갖는 게이트 저항기(a gate resistor)를 포함함― 과,
    상기 공통 노드에 커플링된 제 1 단부 및 제어 노드에 커플링된 제 2 단부를 갖는 저항 회로 ―상기 저항 회로는 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 저항을 포함함― 를 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀의 각각의 커패시턴스 회로의 제 2 단자는 동일한 노드에 커플링되는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 회로의 저항 값은 상기 복수의 스위치-커패시턴스 셀의 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값에 반비례하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 중 제 1 커패시턴스-스위치 셀의 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값은 상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 중 제 2 커패시턴스-스위치 셀의 커패시턴스 값과는 상이한
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.

  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 저항 회로의 저항 값은 상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀에서 상기 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값에 반비례하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 회로는 상기 저항 회로의 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 커플링되는 저항기를 포함하고,
    상기 커패시턴스 회로는 상기 커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커플링되는 커패시터를 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 커패시터는 복수의 직렬 접속된 커패시터를 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.

  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 저항기는, 상기 저항 회로의 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 저항 값과 실질적으로 동일한 값을 포함하고,
    상기 커패시터는, 상기 커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 커패시턴스 값과 실질적으로 동일한 값을 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀의 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값은 2진 가중되는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀의 대응하는 제어 노드에 커플링되는 복수의 출력을 갖는 제어 회로를 더 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 각각의 상기 반도체 스위칭 회로의 제 2 단자는 접지되는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀의 각각의 저항 회로의 저항 값은, 상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 각각이 실질적으로 균일한 스위칭 시간을 갖도록 선택되는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로.
  13. 스위칭가능한 커패시턴스 회로를 동작시키는 방법으로서,
    복수의 커패시턴스-스위치 셀 중 적어도 하나를 스위칭-온시키는 것을 포함하여, 상기 스위칭가능한 커패시턴스 회로의 로드 커패시턴스를 증가시키는 단계와,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 중 적어도 하나를 스위칭-오프시키는 것을 포함하여, 상기 스위칭가능한 커패시턴스 회로의 로드 커패시턴스를 감소시키는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 각각은,
    커패시턴스 회로의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커패시턴스를 갖는 상기 커패시턴스 회로와,
    반도체 스위칭 회로를 포함하고,
    상기 반도체 스위칭 회로는,
    상기 커패시턴스 회로의 제 1 단자에 커플링되는 제 1 단자,
    로드 경로 및 공통 노드를 포함하는 복수의 직렬 접속된 무선 주파수(RF) 스위치 셀 ―상기 복수의 직렬 접속된 RF 스위치 셀 각각은, 스위치 트랜지스터, 및 상기 스위치 트랜지스터의 게이트에 커플링된 제 1 단부 및 상기 공통 노드에 커플링된 제 2 단부를 갖는 게이트 저항기를 포함함― 과,
    상기 공통 노드에 커플링된 제 1 단부 및 제어 노드에 커플링된 제 2 단부를 갖는 저항 회로 ―상기 저항 회로는 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 저항을 포함함― 를 포함하고,
    상기 스위칭-온시키는 것은, 상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 중 적어도 하나의 반도체 스위칭 회로를 활성화시키는 것을 포함하고,
    상기 스위칭-오프시키는 것은, 상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 중 적어도 하나의 반도체 스위칭 회로를 비활성화시키는 것을 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로를 동작시키는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 중 적어도 하나의 반도체 스위칭 회로를 활성화시키는 것은, 상기 제어 노드를 통해 상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀 중 적어도 하나의 복수의 직렬 접속된 RF 스위치 셀을 활성화시키는 것을 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로를 동작시키는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 저항 회로의 저항 값은 상기 복수의 스위치-커패시턴스 셀의 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값에 반비례하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로를 동작시키는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위칭가능한 커패시턴스 회로에 RF 신호를 인가하는 단계를 더 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로를 동작시키는 방법.

  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위칭가능한 커패시턴스 회로를 안테나에 커플링시키는 단계와,
    상기 스위칭가능한 커패시턴스 회로의 로드 커패시턴스를 증가 및 감소시킴으로써 상기 안테나를 튜닝하는 단계를 더 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로를 동작시키는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    디지털 인터페이스로부터 커맨드를 수신하는 단계와,
    상기 커맨드를 디코딩하는 단계를 더 포함하고,
    상기 로드 커패시턴스를 증가 및 감소시키는 것은, 상기 디코딩된 커맨드에 따라 상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀의 반도체 스위칭 회로를 선택적으로 활성화시키는 것을 더 포함하는
    스위칭가능한 커패시턴스 회로를 동작시키는 방법.
  19. 튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로로서,
    반도체 기판과,
    상기 반도체 기판 상에 배치되는 복수의 커패시턴스-스위치 셀을 포함하고,
    각각의 커패시턴스-스위치 셀은,
    제 1 단자와 제 2 단자 사이에 커플링되는 커패시터와,
    반도체 스위칭 회로를 포함하고,
    상기 반도체 스위칭 회로는,
    상기 커패시터의 제 1 단자에 커플링되는 제 1 단자와,
    로드 경로 및 공통 노드를 포함하는 복수의 직렬 접속된 무선 주파수(RF) 스위치 셀 ―상기 복수의 직렬 접속된 RF 스위치 셀 각각은, 스위치 트랜지스터, 및 상기 스위치 트랜지스터의 게이트에 커플링된 제 1 단부 및 상기 공통 노드에 커플링된 제 2 단부를 갖는 게이트 저항기를 포함함― 과,
    상기 공통 노드에 커플링된 제 1 단부 및 제어 노드에 커플링된 제 2 단부를 갖는 공통 저항기를 포함하는
    튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 커패시터의 커패시턴스는 상기 공통 저항기의 저항에 반비례하는
    튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀의 커패시터들의 값은 2진 가중되는
    튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 스위치 트랜지스터는 MOSFET 트랜지스터를 포함하는
    튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 MOSFET의 게이트 폭은 상기 커패시터의 커패시턴스에 반비례하는
    튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 커패시터는 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터를 포함하는
    튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스-스위치 셀의 제어 노드에 커플링되는 구동기 회로를 더 포함하는
    튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 구동기 회로에 커플링되는 전압 조절기 및 전하 펌프 중 적어도 하나를 더 포함하는
    튜닝가능한 무선 주파수(RF) 회로.
KR1020150059446A 2014-04-29 2015-04-28 스위칭가능한 커패시턴스를 위한 시스템 및 방법 KR101663899B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/264,937 2014-04-29
US14/264,937 US9584097B2 (en) 2014-04-29 2014-04-29 System and method for a switchable capacitance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150124906A KR20150124906A (ko) 2015-11-06
KR101663899B1 true KR101663899B1 (ko) 2016-10-07

Family

ID=54261937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150059446A KR101663899B1 (ko) 2014-04-29 2015-04-28 스위칭가능한 커패시턴스를 위한 시스템 및 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9584097B2 (ko)
KR (1) KR101663899B1 (ko)
CN (1) CN105048964B (ko)
DE (1) DE102015106522A1 (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7719343B2 (en) 2003-09-08 2010-05-18 Peregrine Semiconductor Corporation Low noise charge pump method and apparatus
EP1774620B1 (en) * 2004-06-23 2014-10-01 Peregrine Semiconductor Corporation Integrated rf front end
JP5417346B2 (ja) * 2008-02-28 2014-02-12 ペレグリン セミコンダクター コーポレーション 集積回路素子内でキャパシタをデジタル処理で同調するときに用いられる方法及び装置
US20140375514A1 (en) * 2013-06-19 2014-12-25 Infineon Technologies Ag Antenna Tuning Circuit, Method for Tuning an Antenna, Antenna Arrangement and Method for Operating the Same
US9780774B2 (en) 2015-12-29 2017-10-03 Infineon Technologies Ag System and method for a switchable capacitance
US9893722B2 (en) * 2016-04-13 2018-02-13 Qorvo Us, Inc. Radio frequency switching circuitry with improved switching speed
US10522915B2 (en) 2017-02-01 2019-12-31 Shure Acquisition Holdings, Inc. Multi-band slotted planar antenna
CN110447084B (zh) * 2017-02-15 2021-10-15 维斯普瑞公司 用于设备阵列的灵活控制系统和方法
US10176432B2 (en) * 2017-03-07 2019-01-08 International Business Machines Corporation Weakly tunable qubit based on two coupled disparate transmons
CN110800211B (zh) * 2017-06-28 2023-06-13 株式会社村田制作所 高频滤波器、多工器、高频前端电路以及通信装置
KR102348686B1 (ko) * 2017-08-04 2022-01-06 삼성전기주식회사 션트 및 바이어스 복합형의 고주파 스위치 장치
TWI634743B (zh) * 2017-08-18 2018-09-01 瑞昱半導體股份有限公司 可降低寄生電容大小變化程度的開關電路
CN109428574B (zh) * 2017-08-24 2022-08-30 瑞昱半导体股份有限公司 可降低寄生电容大小变化程度的开关电路
US10454426B2 (en) * 2017-11-30 2019-10-22 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus providing high efficiency power amplifiers for both high and low output power levels
CN113868170B (zh) * 2021-09-08 2024-04-26 维沃移动通信有限公司 处理器、阻抗调节方法及电子设备
US20230142322A1 (en) * 2021-11-10 2023-05-11 Psemi Corporation Variable width for rf neighboring stacks
CN114978042B (zh) * 2022-05-10 2023-03-24 上海韬润半导体有限公司 开关电容电路、压控振荡器和形成开关电容电路的方法
US11848666B1 (en) * 2022-06-03 2023-12-19 Psemi Corporation Methods and devices for fast switching of radio frequency switches
CN117997317A (zh) * 2024-04-03 2024-05-07 上海安其威微电子科技有限公司 一种开关模块及其控制方法、存储介质和器件

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110002080A1 (en) 2008-02-28 2011-01-06 Peregrine Semiconductor Corporation Method and apparatus for use in digitally tuning a capacitor in an integrated circuit device
US20130278317A1 (en) 2010-04-27 2013-10-24 Rf Micro Devices, Inc. Switchable capacitive elements for programmable capacitor arrays

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000101390A (ja) * 1998-09-18 2000-04-07 Toshiba Corp トリミング回路
US6803680B2 (en) * 2002-09-13 2004-10-12 Mia-Com, Inc. Apparatus, methods, and articles of manufacture for a switch having sharpened control voltage
JP3790227B2 (ja) * 2003-04-16 2006-06-28 松下電器産業株式会社 高周波スイッチ回路
US8058922B2 (en) * 2009-07-28 2011-11-15 Qualcomm, Incorporated Switch with improved biasing
US8791767B2 (en) * 2010-10-29 2014-07-29 Qualcomm Incorporated Package inductance compensating tunable capacitor circuit
US20130187828A1 (en) * 2012-01-24 2013-07-25 Ethertronics, Inc. Tunable matching network for antenna systems
US9281802B2 (en) 2013-05-14 2016-03-08 Infineon Technologies Ag System and method for a switchable capacitance
US20140375514A1 (en) 2013-06-19 2014-12-25 Infineon Technologies Ag Antenna Tuning Circuit, Method for Tuning an Antenna, Antenna Arrangement and Method for Operating the Same
US9876480B2 (en) 2013-10-22 2018-01-23 Infineon Technologies Ag System and method for a tunable capacitance circuit
US20150171860A1 (en) * 2013-11-13 2015-06-18 Skyworks Solutions, Inc. Circuits and methods for improved quality factor in a stack of transistors
US9966946B2 (en) 2014-04-02 2018-05-08 Infineon Technologies Ag System and method for a driving a radio frequency switch

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110002080A1 (en) 2008-02-28 2011-01-06 Peregrine Semiconductor Corporation Method and apparatus for use in digitally tuning a capacitor in an integrated circuit device
US20130278317A1 (en) 2010-04-27 2013-10-24 Rf Micro Devices, Inc. Switchable capacitive elements for programmable capacitor arrays

Also Published As

Publication number Publication date
US20150311883A1 (en) 2015-10-29
KR20150124906A (ko) 2015-11-06
US9584097B2 (en) 2017-02-28
CN105048964B (zh) 2018-11-06
CN105048964A (zh) 2015-11-11
DE102015106522A1 (de) 2015-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101663899B1 (ko) 스위칭가능한 커패시턴스를 위한 시스템 및 방법
KR101802648B1 (ko) 무선 주파수 스위치를 구동하기 위한 시스템 및 방법
KR101659651B1 (ko) 스위칭 가능한 캐패시턴스를 위한 시스템 및 방법
JP6533251B2 (ja) 集積回路素子内でキャパシタをデジタル処理で同調するときに用いられる方法及び装置
US20240063785A1 (en) AC Coupling Modules for Bias Ladders
US9780774B2 (en) System and method for a switchable capacitance
US7391282B2 (en) Radio-frequency switch circuit and semiconductor device
US8288895B2 (en) High-power tunable capacitor
US9641201B2 (en) System and method for a radio frequency integrated circuit
KR101740770B1 (ko) 가변형 캐패시턴스 회로를 위한 시스템 및 방법
KR101700503B1 (ko) 무선 주파수 스위치를 구동하기 위한 시스템 및 방법
WO2020049877A1 (ja) 可変容量回路、および、無線通信装置
US9230955B2 (en) Integrated circuit and wireless communication apparatus
US11855640B2 (en) Programmable clamping devices and methods
Granger-Jones et al. RFSOI programmable array of capacitors

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right