SE506626C2 - Impedansorgan - Google Patents

Description

20 25 30 506 626 2 ver en fyrkantforrnigt spiralforrnad induktor som är tillverkad av aluminium på ett kiselsubstrat. Den beskrivna induktom har en induktans om 9,7 nH och en seriere- sistans om 15,4 Q och ett maximalt Q-värde under 4 vid 0,9 Ghz. Artikeln beskriver också ett lågpassfilter innefattande två induktorer med ömsesidig induktans mellan dessa. Även om ett Q-värde om cirka 3 är användbart, så är prestanda hos de be- skrivna induktorema begränsade av metallresistansen.

Redogörelse för uppfinningen Uppfinningen avser problemet att åstadkomma ett irnpedansorgan med reglerbar im- pedans.

Uppfinningen avser också problemet att åstadkomma en induktor som har ett fördel- aktigt högt Q-vårde. Induktorer i integrerade kretsar enligt känd teknik lider av spe- ciellt låga Q-värden. Ett annat problem som sammanhänger med den kända tekniken är att driftfrekvensen hos induktoreri integrerade kretsar begränsas av parasitkapaci- IRIISCI.

Vidare avser uppfinningen problemet att åstadkomma en integrerad induktor med fördelaktiga prestandakarakteristika vid höga 'frekvensen Ett syfte med föreliggande uppfinning år att åstadkomma ett förfarande för reglering av impedansen hos en kretskomponent. Tillhandahållande av ett sådant forfarande möjliggör elektronisk inställning av resistansen såväl som reaktansen hos en krets- komponent. Sådan reglering av irnpedansen möjliggör inställning av kvalitetsfaktom Qo hos komponenten, och det möjliggör också styrning av resonansfrekvensen m0 hos komponenten, såväl som styrning av resonansfiekvensen för vilken som helst krets som innefattar komponenten.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning år att åstadkomma ett induktansor- gan i vilket kvalitetsfaktom är justerbar. 10 15 20 25 30 506 626 Det är vidare ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en komponent i vilken resistansen är inställbar. Ett vidare syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en komponent i vilken reaktansen är inställbar. För att uppnå dessa syften kan komponenten innefatta en forsta anslutning och en andra anslutning till vilka en första ledare är kopplad. Den forsta ledaren har ett forsta impedansvärde.

Komponenten innefattar också en andra ledare. De forsta och andra ledarna är an- ordnade i förhållande till varandra så att det åstadkommas en ömsesidig induktans mellan de första och andra ledama. Förfarandet enligt uppfinningen innefattar steget att mottaga en första elektrisk signal i den första ledaren. Den första elektriska sig- nalen har en första arnplitud och en första fasvinkel. Enligt uppfinningen genereras en andra elektrisk signal i beroende av den första signalen, och den andra elektriska signalen levereras till den andra ledaren. Den andra elektriska signalen har en reg- lerbar andra ainplitud och en reglerbar andra fasvinkel. De magnetiskt kopplade in- duktorerna åstadkommer ett andra impedansvärde. Komponenten alstrar ett tredje inipedansvårde mellan den första och den andra terminalen, vilket tredje impe- dansvärde väsentligen är summan av det första impedansvärdet och det andra impe- dansvärdet.

Det tredje impedansvärdet, som är ingångsimpedansen Z, hos den första ledaren, förändras i beroende av vinkelskillnaden mellan den andra fasvinkeln och den första fasvinkeln.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett induktansor- gan som har en induktans, vars värde är elektroniskt inställbart. Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett induktansorgan som har en resistans, vars värde är elektroniskt inställbait. Dessa syften uppnås genom att tillhandahålla ett inställriingsorgan för inställning av den andra signalens amplitud och fas.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en integrerad krets innefattande ett induktansorgan med fördelaktiga karakteristika. Ett ytterligare 10 15 20 25 30 sne 626 4 syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett induktansorgan i en integrerad krets som fungerar vid frekvenser över 300 Mhz med ett förbättrat Q-värde. Dessa syften uppnås genom att tillhandahålla en integrerad krets med första och andra ledare som är anordnade i förhållande till varandra så att det tillhandahålles en ömsesidig induk- tans mellan den första och den andra ledaren. Enligt en utföringsforrn av uppfin- ningen är den första ledaren formad som en spiral, och den andra ledaren är också formad som en spiral. Den första spiralen och den andra spiralen är interfolierade för att åstadkomma den magnetiska kopplingen (Ll2) mellan induktorerna.

F igurbeskrivning För att underlätta förståelsen av föreliggande uppfmning kommer denna att beskri- vas medelst exempel och med hänvisning till de bifogade ritningama, i vilka: Figur IA är en schematisk representation av en induktor enligt känd teknik, som har induktiv och resistiv impedans.

Figur IB är en sçhematisk representation av en induktor enligt känd teknik, som har en kapaciliv såväl som en induktiv och resistiv impedans.

Figur IC illustrerar principen för hur parasitisk kapacitans uppträder i samband med induktorer enligt känd teknik.

Figur 2 visar ett schematiskt blockschema av en första utföringsform av ett impe- dansorgan enligt uppfinningen.

Figur 3A och 3b illustrerar en forsta elekuisk signal som har en amplitud l, och en fasvinkel 91, och en andra elektrisk signal som har en andra arnplitud l; respektive en andra fasvinkel 92.

Figur 4 är en schematisk representation av impedansorganet enligt Figur 2. 10 15 20 25 Figur 5 är ett schematiskt blockschema av en andra utfóringsfonn av ett impedans- organ enligt uppfinningen.

Figur 6 är en kurva över de resistiva och de reakuva impedanser som uppnås med impedansorganet som visas i Figurema 2, 4 och 5.

Figur 7 är ett schematiskt blockschema av en filterlcrets innefattande ett induktan- sorgan enligt uppfinningen.

Figur 8 visar absolutvärdet hos en impedans som uppvisas av ett impedansnät inne- fattande ett induktansorgan enligt uppfinningen, i frekvensområdet från 800 Mhz till 1000 Mhz Figur 9 är en hoiisontalprojektion av ett stycke av ett chip med en integrerad krets innefattande en integrerad transformator som har en första ledare anordnad for att åstadkomma ömsesidig induktans med den andra ledaren.

Figur 10 är en sektionerad sidovy av ett stycke av den integrerade kretsen enligt Figur 9.

Figur 11 är ett ekvivalent schema av ett bandpassfilter, vari ett irnpedansnät fmns anordnat i en integrerad krets i enlighet med Figur 10.

Figur 12 är ett schematiskt blockschema av en resonator enligt uppfinningen.

Figur 13 är en mer detaljerad schematisk representation av resonatom enligt Figur 12.

Un 10 20 506 626 6 Detaljbeskrivning av utfiiringsformer I den följande beskrivningen används samma referensnummer för att hänvisa till liknande särdrag i olika utföringsforrner.

En första utföringfiorrn Figur 2 visar ett schematiskt blockschema av en komponent 5 innefattande en induk- tor 10 som har en självinduktans L, och en förlust av effektiv effekt som, i Figur 4, representeras med en serieresistans RI. Induktom 10 är kopplad till en första an- slutning 20 och tillen andra anslutning 30.

Komponenten 5 innefattar också en andra induktor 40 som har en självinduktans L; och en resistiv förlust som, i Figur 2, representeras av en seiieresistans R;. Induk- torn 40 är anordnad i relation till den forsta indul åstadkommes mellan dessa. Med andra ord finns det en ömsesidig induktans Lt; mellan den forsta induktom 10 och den andra induktom 40. Induktom 40 har en an- slutning 50 och en anslutning 60 som båda är kopplade till en signalgenerator 70.

Signalgeneratorn 70 irmefattar en ingångsanslutning 80 för en första kontrollsignal S85.

En signalkälla 86 levererar en första elektrisk signal genom en inre impedans 88, som har ett värde Rag till anslutningen 20. När den första elektriska signalen, såsom en ström I, med en frekvens fl, en amplitudl1 och en fasvinkel 91 levereras till in- duktom 10 så aktiveras signalgeneratom 70 att leverera en andra elektrisk signal, såsom en ström I; med en amplitud l; och en fasvinkel 9;, till den andra induktom 40. Medelst den första kontrollsignalen är amplituden l; och fasvinkeln 9; hos den andra elektriska signalen elektroniskt kontrollerbara. Den första kontrollsignalen möjliggör också kontroll av frekvensen eller frekvensema hos den andra elektriska signalen. 10 20 25 30 7 506 626 Figur 3A illustrerar insignalen till anslutningen 20 med en amplitud ll och en fasvinke16l. Figur SB illustrerar den andra elektriska signalen med amplituden l2 och fasvinkeln 62. Den andra fasvinkeln 62 är styrbar att avvika från fasvinkeln 6l så att en första fasvinkelskillriad (pl åstadkommes. Den första elektriska vinkelskillna- den (pl har inverkan på impedansen hos komponenten 5. Detta kommer att beskrivas i detalj nedan.

När strömmen Il levereras till anslutningen 20 i kretsen enligt Figur 2, kommer en spänning Ul att uppstå över induktorn 10. En analys av kretsen 5 med förhandsvill- koret att den andra induktom 40 exciteras med den andra strömmen I2, såsom be- skrivits ovan, ger svarsfunktionen Ul/Il=Zc, där Ze är irnpedansen hos kretsen 5. lmpedansen Z, hos kretsen 5 mellan anslutningarna 20 och 30 kan representeras med förhållandet: Z==U1Û1=RC+ÅX< (1) En analys visar att R, = Rl - (o Ll2 (I2/Il) sin (pl (2) X, = coLl + (o Ll2 (I2/Il) cos (pl (3) Det är uppenbart från ekvation (2) att den resistiva termen, realdelen, R, innefattar en terrn som beror av fasvinkelskillnaden (pl = 62-6l.

F aktom sin (pl = sin (62-6 l) kommer att ha ett positivt tecken för vissa värdemängder för vinkeln (pl, och den kommer att ha ett negativt tecken för andra värdemängder hos vinkeln (pl. Sålunda kan resistansen R, varieras som en funktion av vinkeln (pl. 10 15 20 25 30 sas 626 8 På liknande sätt visar ekvation (3) att reaktansen X, kan varieras som en funktion av Vlllkelll (P1.

Ekvationerna (1), (2) och (3) kan skrivas om till följande utseende: Z, = R; +jcoL1 + mLlz (12/11) (-sin cp] +jcos (pl) (4) Ze = Rl +jCOL1 - 031.12 (12/11) Sin (P1 +j (I) L12 11212/11 COS (m De första två termema i ekvation (5) är oberoende av vinkeln (pl, medan de sista två termema är fimktioner av cp|.

Ekvation (5) kan sålunda omskiivas till Z, = R; +jCDLI + Rv + jXv (6) där Rv = - 091-12 (12/11) sin (Pi (7) Xv = 60142 (12/11) C05 (P1 (3) Termerna R. och X., i ekvation (6) är uppenbarligen varierbara i beroende av (pl.

Den sammanlagda impedansen hos kretsen 5 mellan anslutningarna 20 och 30 kan sålunda representeras av sambandet: Z,=Z1+Zv (9) där 10 15 20 25 30 9 506 626 21 = R1+_].OJL| Zv=Rv+jXv (ll) Sålunda har kretsen enligt uppfinningen den fördelaktiga effekten att åstadkomma en justerbar impedans Zv, vars värden kan kontrolleras medelst den forsta kontroll- signalen, såsom beskrivits ovan. Figur 4 är en schematisk representation av kretsen 5. Såsom illustrerats av ekvation (9) och Figur 4 fungerar kretsen 5 att alstra en im- pedans Zl, kopplad till en variabel impedans Zv.

Uppfmnarna insåg att genom att ställa in det ovan beskrivna resistansvärdet Rv (se Figur 4) till ett värde nära resistansvärdet Rl, men med ett motsatt tecken, kan im- pedansorganet 5 kontrolleras att fungera som ett induktansorgan med ett reglerat och förbättrat Q-värde.

Impedansorganet 5, enligt uppfinningen, kan användas för att åstadkomma ett nega- tivt resistansvärde Rv.

Kvalitetsfaktom Q hos en krets definieras vanligen som förhållandet mellan kretsens reaktans och dess ekvivalenta serieresistans. Med utnyttjande av denna definition av kvalitetsfaktorn för impedansorganet 5, utnyttjande ekvationema (1) och (46) leder till: Qs = XJRa = (CDL + XO/(Ri + Rv) (12) Genom att förse den andra elektriska signalen I; med en lämplig fasvinkel 92 möj- liggörs åstadkommande av ett negativt resistansvärde R, som leder till att nämnaren i förhållandet (12) närmar sig noll. Sålunda är kvalitetsfaktorn Q; justerbar i bero- ende av fasvinkehi 92, och med en lämplig fasvinkel 62 kan kretsens kvalitetsfaktor förbättras avsevärt. 10 15 20 25 506 626 10 Problemet att åstadkomma ett induktansorgan med ett fördelaktigt högt Q-värde är sålunda löst.

Ett annat syfte som uppnås med uppfinningen är att åstadkomma en induktor i en integrerad krets, vilken induktor har en hög resonansfrekvens.

Resonansfiekvensen för en induktor är proportionell mot inversen av kvadratroten av produkten av induktansen och den med induktom åtföljande parasitkapacitansen: f0~ 1/ (v (L Gp» (12) Det inses ur ekvation (13) att resonansfrekvensen fo begränsas av produkten av L och CP. För ett bestämt induktansvärde L skulle det vara nödvändigt att sänka ka- pacitansen CP för att öka resonansfrekvensen fo. Sålunda ökar resonansfrekvensen för ett bestämt induktansvärde L om relationen L/Cp ökas. När induktansorganet 5 används, blir det alstrade reaktansvärdet reglerbart, såsom beskrivits ovan. Genom att byta ut induktansvärdet L i ekvation (13) mot reaktansvärdet XC fiån ekvation (3) erhålles följande uttryck för resonansfrekvensen: fos ~ I/(V (14 + Liz 12/11 C05 Om vinkeln (pl inställes inom värdemängden -n/2 till n/Z maximeras den induktans som åstadkommes av induktansorganet 5, såsom tydligt illustreras i Figur 6. Sålunda ökas relationen mellan induktansvärdet och parasitkapacitansen, vilket därigenom åstadkommer en högre resonansfrekvens för ett bestämt induktansvärde. Sålunda kan resonansfrekvensen f05 för induktansorganet 5 inställas till ett högre värde än resonansfrekvensen för en enstaka induktor. 10 15 20 25 30 11 506 626 Genom att tillhandahålla induktorn 10 i organet 5 med en mycket låg, eller försum- bar resistiv förlust, fungerar organet 5 som ett reaktansorgan. Reaktansen hos reak- tansorganet 5 är varierbar i beroende av vinkeln (p.

En andra utförinqsfonn En andra utföringsforrn av irnpedansorganet enligt uppfinningen presenteras i Figur 5.

En sensor 90 är anordnad att generera en första indikatorsignal S100 och att leverera den första indikatorsignalen till en första ingång 110 hos ett kontrollorgan 120. Den första indikatorsignalen S100 genereras i beroende av den första strömmen l1, så att den innehåller information relaterande till frekvensen m1, arnplituden l1 och fasvin- keln 01 hos den första elektriska signalen 11.

Kontrollorganet 120 innefattar en andra ingång 124 för mottagande av en inställ- ningssignal S 1311. Instållningssigrralen S1 311 innefattar information relaterande till den önskade irnpedansen Z, hos kretsen 5 mellan anslutningarna 20 och 30. I beroende av den första indikatorsignalen 51111, och inställningssigrralen S131, är kontrollorganet 120 anordnat att generera den första styrsigrralen S115. Kontrollorganet 120 är kopplat till ingången 80 hos signalgeneratorn 70 för att leverera den första styrsignalen S115 till signalgeneratorn 70.

Figg; 6 Uppfmnarna åstadkom ett organ 5 vari fasvinkeln cp ändrades, medan irnpedansen hos irnpedansorganet mättes. Resultaten av mätningen visas i Figur 6.

För att underlätta förståelsen av uppfmningen, visas resultaten av mätningarna som separata kurvor för den resistiva delen Rc och den reaktiva delen X, hos irnpedansen 10 15 20 25 30 506 626 H 2,. IFigur 6 visar en axel 140 fasvinkeln (p = 92 - 61, och en axel 150 indikerar vär- det hos resistansen R, och reaktansen X,.

Det inses ur Figur 6 att resistansen R,, hos mätobjektet dvs. impedansorganet 5, är negativ när fasvinkeln (p är inom ett område mellan noll och rr. Kurvan över R, indi- kerar sålunda att uppfinningen har den fördelaktiga effekten att möjliggöra kretsre- sistansen R, att nå negativa värden.

Värdet hos resistansen R, når ett minimum när fasvinkeln (p är lika med 1r/2. När fasvinkeln (p är lika med noll och när fasvinkeln (p är lika med rt, så motsvarar den uppmätta resistansen R, serieresistansen RI. En jämförelse mellan kurvan för R, i Figur 6 med ekvation (6) indikerar att resistansvärdet R, är lika med surmnan av se- rieresistansen RI och den variabla resistansen Rv.

En järnfiårelse av kurvan över R, i Figur 6 med ekvation (2) leder till slutsatsen att den variabla resistansen Rv är noll när fasvinkeln (p är lika med noll och när (p är lika med fr.

Det inses ur Figur 6 att reaktansen X, når ett minimum när fasvinkeln (p är lika med rr. En jämförelse mellan kurvan av reaktansen X, och ekvation (6) indikerar att reak- tansen X, är lika med summan av reaktansen mL; och den variabla reaktansen XV.

En analys av kurvan över X, i Figur 6, i ljuset av ekvation (3) leder till slutsatsen att X, är lika med mL när vinkeln (p är lika med rr/Z. Samma resultat åstadkommes när (p har något av värdena n ' rr/2 där n är ett udda heltal.

De båda ovan beskrivna uttöringsforxnema av irnpedansorganet 5 kan med fördel tillhandahållas som integrerade kretsar. En integrerad krets innefattande ett induk- tansorgan enligt uppfinningen beskrivs i detalj nedan i denna beskrivning. 10 15 20 25 30 13 506 626 Den integrerade kretsen kan tillhandahållas på ett kiselchip. En sådan integrerad krets används, enligt en version av uppfinningen, i ett kommunikationssystem. Im- pedansorganet kan operera vid frekvenser från 300 MHz till 30 GHz. Enligt en forc- dragen utíöñngsfonn arbetar impedansorganet i ett frekvensområde från 400 MHz till 3 GHz.

En tredje uttöringsfonn Från elektrisk kretsteori erinras att ett impedansnät med en induktans L kopplad pa- rallellt med en kapacitans C har en centerfrekvens fc. Om induktom har en seriere- sistans R så blir centerfrekvensen: f. = 1/[21=~1(Lc)] * JU-(cxö/L] (15) Vid centerfrekvensen kommer den totala impedansen hos impedansnätet att nå sitt maximum. Vid andra fiekvenser blir nätets impedans lägre.

Uppfirmama utnyttjade denna kimskap till att konstruera ett nytt och uppfinningsrikt filter innefattande impedansorganet 5.

Detta exemplifieras i Figur 7 som visar ett filter 190 som har en ingång 200 kopplad till ett första forstärkarsteg 210. Det forsta fórstärkarsteget 210 har en utgång 220 som är kopplad till ett irnpedansnät 230, och till en ingång 240 hos ett andra förstär- karsteg 250. Det andra förstärkarsteget har en utgång 254.

Impedansnätet 230 innefattar ett impedansorgan 5 som beskrivits tidigare i denna text. Anslutningen 20 hos impedansorganet 5 är kopplad till utgången 220 hos den forsta förstärkaren 210, och anslutningen 30 är kopplad till signaljord. Ett kapaci- tansorgan 260 är parallellkopplat med irnpedansorganet 5. 10 15 20 25 30 506 626 14 Såsom indikerats av ekvation (3) kan impedansorganet 5 regleras att åstadkomma induktiv reaktans (se Figur 6). Genom att kombinera impedansorganet 5 med kapaci- tansen 260 såsom beskrivits ovan, kommer ñltret 190 att tillhandahålla en band- passkarakteristik.

Genom att applicera bandpassfiltret 190 i en högfrekvenslcrets blir det möjligt att åstadkomma en insignal som innefattarett brett frekvensområde till ingången 200, och medelst filtret välja ut ett smalt frekvensområde som levereras till utgången 254.

Om en signal innefattande frekvenser som sträcker sig över ett brett spektrum som har en enhetlig styrka levereras till ingången 200, så kommer signalen vid utgången att ha en maximal styrka vid centrumfi-ekvensen fc där impedansen har sitt maxi- Inllm.

Figur 8 visar absolutvärdet hos den impedans som uppvisas av impedansnätet 230 i fiekvensområdet från 900 MHz till 950 MHz.

Det inses ur Figur 8 att impedansnätet 230 åstadkommer en fördelaktigt hög impe- dans, indikerad av referenssiffra 270, vid en centerfrekvens fc. Det resultat som vi- sas i Figur 8 uppnåddes under utnyttjande av ett impedansorgan 5, såsom visas i Fi- gur 2, kopplat såsom visas i Figur 7. I detta exempel utnyttjades följande värden: L, =5 nH R1= 5 Ohm L|2=1.8nH fc=922,50 MHz rp=4rtl45 Kondensatom 260 hade kapacitansen 6,26 pF. Relationen mellan amplituderna i 121 och i l1| hade en viss förändring med frekvensen. Det kan ses ur Figur 6 att när (p väljs till ett värde av cirka 41:/45 så blir resistansvärdet R, nåra noll. Absolutvärdet 10 20 25 30 U 506 626 hos irnpedansen mellan anslutning 20 i Figur 7 och jord var större än 70 KOhm vid centerfrekvensen fc.

Det inses lätt att svarskurvan för det filter som indikerar absolutvärdet hos förhål- landet | Vo/Víl , där V,- är amplituden hos insigrialen och V0 är arnplituden hos utsig- nalen, motsvarar den kurva som visas i Figur 8.

Halvefïektpurikterna på svarskurvan, vid vilka effekten är 3 dB under toppvärdet, är vid frekvensema fl = 922,30 MHz respektive f; = 922,70 MHz.

Från elektrisk kretsteori erinras om att Q-värdet kan fastställas medelst fonneln: Qo = fi/(fz-fr) Sålunda åstadkommer det ovan beskrivna filtret 190 en kvalitetsfaktor som har ett QO-värde som överstiger 2300.

Användning av ett ímpedansorgan 5, enligt uppfinningen, som ett irnpedansorgan i ett bandpassfilter förbättrar Q-värdet hos filuet, och åstadkommer därigenom avse- värt förbättrad selektivitet hos filtret.

Det bör noteras att det uppfmningsmässiga filtret tillhandahåller möjligheten att reglera Q-värdet hos filtret genom att justera resistansvärdet Re. Sålunda åstadkom- mer det uppfinningsmässiga filtret ett justerbart Q-värde. Genom att ställa in Q- värdet hos ett bandpassfilter enligt uppfmningen till ett lågt värde erhålles ett breda- re passband.

En fiärde utföringsforrn Enligt en fjärde utföringsform av uppfinningen tillhandahålles ett filter innefattande impedansorganet 5 som en integrerad krets. 10 15 20 25 30 506 626 16 Figur 9 är en planvy av en integrerad version av induktorn 10, placerad på en integ- rerad krets 280 på ett sådant sätt att magnetisk koppling uppstår till den andra induk- tom 40. lnduktorema är anordnade inom ett första ledarlager 278 på det integrerade chipet 280. Den första induktom 10 är anordnad som en första ledare som är formad vä- sentligen som en spiral med den första anslutningen 20 vid en perifer del av spiralen och den andra anslutningen 30 vid en inre del av spiralen. Den andra induktom 40 är anordnad som en andra ledare som är interfolierad med den forsta ledaren. Inter- folieringen av ledarna 10 och 40 åstadkommer en fördelaktigt stor ömsesidig induk- tans Ll; mellan ledarna. Ledarna som visas i Figur 9, är formade väsentligen som fyrkantiga spiraler. Enligt en arman utföringsforrn, är induktorema emellertid utfor- made som väsentligen cirkulära spiraler som är interfolierade. Enligt ytterligare en arman utföringsfonn är induktorerna utformade som väsentligen oktagonala spiraler som är interfolierade.

Figur 10 är en sektionerad sidovy av ett stycke av det integrerade kretschipet 280 försett med ledarna 10 och 40 på en yta av halvledarsubstratet 284. Halvledarsub- stratet innefattar ett oxidlager 286 för att isolera ledarna 10, 40 från lcretsar i halvle- darsubstratet. Substratet innefattar ett ledande lager 290. Substratet 284 innefattar också ledande stycken och dielekniska stycken, för att förbinda ledarna 10 och 40 till andra kretselement. Chipstycket som visas i Figur 10 motsvarar ett tvärsnitt längs den streckade linjen A-A i Figur 9. När en induktor tillhandahålles som en integre- rad krets uppstår strökapacitanser såväl som ströresistanser i serie med och parallellt med induktansvärdet LI. Dessa förluster illustreras medelst streckade kondensatorer 300, 310 respektive streckade resistorer 320, 330 i Figur 10.

Figur 11 visar ett ekvivalent kretsschema av bandpassfiltret 190 som har irnpe- dansnätet 230 innefattande den första ledaren 10 och den andra ledaren 40 tillhan- dahållna i enlighet med Figurema 9 och 10. De ovan beskrivna ströresistansema 320 10 15 20 25 30 U 506 626 och 330 och parasitkapacitanserna 300 och 310 ingåri den ekvivalenta kretsen i Fi- gur 11.

Tillhandahållandet av den andra induktom 40 i kombination med signalgeneratom 70 gör det möjligt att kompensera för en del, eller samtliga, av de eifektiörluster som illustreras av de beskrivna strö- och förlustimpedansema RI, 320, 330, 300 och 310. Denna kompensation åstadkommes genom att avstämma de ovan beskrivna va- riablerna Rv och XV till önskade vården. Det uppfinningsmässiga tillhandahållandet av ett induktansorgan 5 på en integrerad krets, möjliggör sålunda väsentlig förbätt- ring av prestanda hos integrerade kretsar.

Den ovan beskrivna utföringsfonnen exemplifierar den integrerade kretsen som ett bandpassfilter. Inom uppfinningens omfång finns också lågpassfilter och högpassfil- ter såväl som andra integrerade kretsar innefattande en eller flera impedansorgan 5.

Impedansorganet enligt uppfinningen kan med fördel tillhandahållas i ett filter för en radiomottagare.

En femte utfögg' _ sfonn Från resonansteori erinras att en krets innefattande reaktiva element kan anordnas oscillera vid en bestämd frekvens. Oscillationsfrekvensen beror på kretsens reso- nansfrekvens. Resonansfrekvensen kan bestämmas med de ovan beskrivna ekvatio- nerna (13) eller (15).

Enligt en femte utföringsform av uppfinningen tillhandahålles en resonator 400 iri- nefattande ett impedansorgan som har en första induktor 10 och en andra induktor 40. Det firms en ömsesidig induktans L” mellan den första induktorn 10 och den andra induktom 40. Den andra induktom 40 har en anslutning 50.

Ett schemafiskt blockschema illustrerande principen för en resonator 400 enligt uppfimiingen visas i Figur 12. En signalkälla 402 kan kopplas via en inre impedans 10 15 20 25 30 506 626 13 404 till anslutning 20 hos den första induktom 10. En första varaktor 410 är kopplad mellan anslutningen 20 och signaljord.

En signalkälla 412, med en inre impedans 414, är kopplad till anslutning 50 hos den andra induktorn. En andra varaktor 440 är kopplad mellan anslutningen 50 och sig- naljord.

Källan 412, impedansen 414 och varaktorn 440 motsvarar signalkällan 70 som be- skrevs i samband med Figur 2 ovan. Sålunda illustrerar Figur 12 induktansorganet 5, i enlighet med uppfinningen, parallellkopplad med en forsta varaktor 410.

Varaktom 440 kan ställas in så att den tillhandahåller ett kapacitansvärde som be- stämmer fasvinkelskillnaden cp till ett utvalt värde. Sålunda kan vinkeln (p väljas så att den bestämmer reaktansen hos reaktansorganet 5 till ett väsentligen induktivt värde.

När resonatorkretsen 400 aktiveras kan en oscillation initieras av källan 402. Signal- källan 412 genererar en signal vars arnplitud och fas beror av amplituden och fasen hos signalen vid anslutning 20. Signalkällan 412 kan exempelvis innefatta en bipolär transistor, vars bas 80 är kopplad till anslutningen 20 och vars emitter är kopplad till anslutning 50.

Den väsentligen kapacitiva impedansen Ze hos varaktorn 410 samverkar med den induktiva irnpedansen Ze hos reaktansorganet 5. Resonansfrekvensen beror av ka- pacitansen hos Varaktom och induktansen hos impedansorganet 5.

Resonansfiekvensen fo, kan justeras genom att förändra kapacitansen Zc hos den första varaktom 410. 10 15 20 25 19 506 626 F asvinkeln 6; hos signalen I; som levereras till den andra induktorn 40 kan justeras genom att förändra kapacitansen hos den andra varaktorn 440.

Det har beskrivits ovan att en justering av fasvinkeln 02 motsvarar en justering av fasvinkelskillnaden (p, och att impedansen Z, beror av vinkeln cp. Sålunda år resona- toms Q-värde elektroniskt justerbar medelst den andra varaktom 440. líisLlå Figur 13 visar ett detaljerat schema av en utföringsform av resonatorkretsen 400.

En kraftkälla 450 tillhandahåller en positiv spänning +Vcc till en lcraftfórsöijriings- anslutning 460. Kraftkällan 450 har en negativ pol som är kopplad till en negativ kraftfiàrsörjnirigsansluming 470. I den visade utfóringsfonnen är anslutningen 470 kopplad till signaljord.

En transistor 480 har sin korrektor kopplad till anslutning 460, och sin emitter kopplad till basen hos en annan transistor 490. En resistor 500 är kopplad mellan kollektom och basen hos den första transistom 480. En annan resistor 510 är kopp- lad mellan basen hos transistom 480 och jerd.

Kollektom hos den andra transistom 490 är kopplad till den positiva lcaftfcârsörj- ningsanslutníngen 460, och dess emitter är kopplad till anslutning 50 hos den andra induktom 40 via en resistor 520 och en kondensator 530. Den andra anslutningen 60 hos induktom 40 är kopplad till signaljord.

Basen hos den första transistom 480 är kopplad till anslutning 20, hos den första in- duktom 10, via en kondensator 540. En kondensator 550 och en resistor 560 är kopplade i serie mellan anslutning 20 och signaljord. Ett variabelt kapacitansorgan 410 är kopplat mellan anslutning 20 och signaljord. 10 15 20 25 30 506 626 20 Ett armat variabelt kapacitansorgan 440 är kopplat mellan anslutning 50 och signal- jord.

Det variabla kapacitansorganet 440 är en varaktor 440. Enligt en utföringsfonn inne- fattar varaktom 440 en varaktordiod 610, vars anod är kopplad till signaljord och vars katod är kopplad till anslutning 50 via en kondensator 620. En spänningskälla 600 är kopplad till varaktordioden for att tillhandahålla en likspänning i diodens spärrikming. Sålunda kan varaktordiodens kapacitansvärde varieras i beroende av den spänning som tillhandahålles av spänningskällan 600. Spänningskällan 600 in- nefattar en regleringång 630 för förändring av likspänningen i beroende av en styr- signal.

Det reglerbara kapacitansorganet 410 är en varaktor. En en utföringsfonn innefattar varaktom 410 en varaktordiod 640, vars anod är kopplad till signaljord och vars ka- tod är kopplad till anslutning 20 via en kondensator 650. En likspänningskälla 660, som har en regleringång 670, tillhandahåller en spärrspänning över dioden 640 i be- roende av en reglersigrial som tillhandahålles till regleringången 670.

En resistor 570 'och en kondensator 580 är parallellkopplade mellan transistorns 490 emitter och signaljord. Transistoms 490 emitter är kopplad till en utgångsanslutning 590.

När lcraftlcällan 450 är kopplad så att den levererar en spärmingsforsörjning VW mellan spänningsiörsörjriingsanslumingarna 460 och 470, så kommer det att uppstå en spänning ul mellan anslutningen 20 och jord till följd av spänningsdelning över komponentema 500, 510 och komponenterna 540, 550, 560, 410 och 10. Resona- torlcretsen kommer att börja oscillera vid en frekvens som bestäms väsentligen av induktansen Z., hos induktansorganet 5 och kapacitansen hos kapacitansorganet 410.

Under oscillation kommer signalspänningen ul att oscillera. Spänningen över resis- tom 510 kommer att variera i beroende av u1. Transistom 480 förstärker signalen 10 20 21 506 626 som därmed levereras till dess baselektrod. Den förstärkta signalen levereras till ba- sen hos transistor 490, som i sin tur levererar en motsvarande signal till anslutningen 590.

Den signal uo som sålunda levereras till anslutningen 590 är en förstärkt signal som motsvarar signalspänningen ul.

Transistom 490 levererar en signalström if som delas till en ström i3, en ström L; och en ström is. l beroende av strömmen i; kommer det att uppstå en ström i; genom den andra in- duktom 40. Fasvinkeln 6; hos strömmen i; är justerbar i beroende av kapacitansen hos kapacitansorganet 440.

Amplituden hos den andra strömmen i; bestäms genom att anordna transistorema 480 och 490 till en lämplig förstärkningsnivå.

När spänningen u; oscillerar kommer det sålunda att levereras en oscillerande ström i; med en bestämd amplitud I; och en bestärnd fasvinkel 6; till den andra induk- tom 40.

Tillhandahållandet av den andra strömmen i; i beroende av den första signalen ul leder till fördelaktiga prestanda hos kretsen, såsom beskrivits ovan i samband med Figurema 2 till 6.

Resonatorkretsen 400 kan med fördel tillhandahållas som en integrerad krets, med integrerade induktorer, såsom beskrivits ovan i samband med Figur 9.

Claims (36)

10 15 20 30 506 626 22 PATENTKRAV

1. Förfarande för reglering av irnpedansen hos irnpedansorgan (5) som har en resi- stans och en reaktans; vavid irnpedansorganet irmefattar en första ledare (10, Ll) och en andra ledare (40, Lz), varvid ledarna är anordnade i förhållande till varandra så att magnetisk koppling (LU) tillhandahålles mellan dem; varvid metoden irrnefat- tar stegen att: mottaga, i den första ledaren (10, LI), en forsta elektrisk signal som har en första arnplitud (Il) och en första fasvinkel (91); generera en andra elektrisk signal som har en andra amplitud (Iz) och en andra fasvinkel (92); leverera den andra elektrisk signalen till den andra ledaren (40, L2); generera en första reglersignal för reglering av den andra arnplituden (12) och den andra fasvinkeln (92) så att resistansen ändras.

2. Förfarande enligt laav 1, varvid steget att generera den första reglersignalen inne- fattar: generera den första reglersigrralen i beroende av den första elektriska sig- nalen.

3. Förfarande enligt krav 1, vidare innefattande steget att: ställa in andra fasvinkeln i förhållande till den första fasvinkeln.

4. Förfarande enligt krav 1, vidare innefattande steget att: ställa in den andra fasvinkeln i förhållande till den första fasvinkeln så att en justering av den resistiva komponenten hos irnpedansen åstadkommes.

5. Förfarande enligt krav 1, vidare innefattande steget att: justera den andra fasvinkeln i förhållande till den första fasvinkeln så att en förändring av den reaktiva komponenten hos irnpedansen åstadkommes. 10 20 25 30 3 506 626

6. För-farande enligt något av föregående krav, vidare innefattande steget att: bibehålla en förutbestämd skillnad mellan den andra fasvinkeln och den första fasvinkeln.

7. För-farande enligt patentkravet 1, vidare innefattande steget att: justera den andra fasvinkeln så att en skillnad (tp) mellan den andra fasvinkeln (62) och den första fasvinkeln (61) regleras.

8. Förfarande för reglering av impedansen hos ett irnpedansorgan (5) med en första ledare (10, Ll) och en andra ledare (40, Lz), vilken första och andra ledare tillhan- dahåller magnetisk koppling (Llz) mellan sig; varvid metoden innefattar stegen att: alstra en första signal som har en första arnplitud (ll) och en första fasvinkel (61); tillhandahålla en första signal till den första ledaren (10, L1); alstra en återkopplingssignal (if) i beroende av den första signalen; generera en andra signal i beroende av återkopplingssignalen, vilken and- ra signal har en andra arnplitud (12) och en andra fasvinkel (62); tillhandahålla den andra signalen till den andra ledaren (40, bg; varvid steget att generera den andra signalen innefattar stegen att: tillhandahålla återkopplingssignalen (iT, 13) till ett reglerorgan (440) som har en ingång för en reglersignal; påverka den andra fasvinkeln (62) i beroende av reglersignalen.

9. Användning av ett förfarande enligt något av föregående krav i en högfrekvensre- sonator.

10. Användning av ett förfarande enligt något av kraven 1 - 8 i ett filter.

11. Användning av ett förfarande enligt något av kraven 1 - 8 i en radiomottagare. 10 15 20 25 30 506 626 24

12. Impedansorgan (5) som har en första ledare (10, LI) anpassad att mottaga en första elektrisk signal (U 1) som har en första arnplitud (Il) och en första fasvinkel (6,); varvid impedansorganet innefattar: en andra ledare (40, L2), vilken andra ledare är anordnad i förhållande till den forsta ledaren så att magnetisk koppling (L 12) åstadkommes mellan den första och den andra ledaren; en signalgenerator (70) som är akfiverbar att alstra en andra elektrisk sig- nal, vilken andra elektriska signal har en andra amplitud (I2) och en andra fasvinkel (62), vilken signalgenerator innefattar ett organ för inställning av dena andra fasvin- keln; varvid signalgeneratom är kopplad till andra ledaren (40, L2) för att le- verera den andra elektriska signalen till den andra ledaren (40, L2).

13. Kretskomponent (5) som har en impedans, varvid komponenten har en första anslutning (20) och en andra anslutning (30) for mottagande av en första elektrisk signal (U 1) som har en första amplitud (11) och en forsta fasvinkel (01), varvid kom- ponenten innefattar: en första ledare (10, Ll) kopplad till första anslutningen (20) och till den andra anslutningen (30); en andra ledare (40, L2), vilken andra ledare är placerad i förhållande till den forsta ledaren så att magnetisk koppling åstadkommes mellan den forsta och den andra ledaren; en sensor (90; 480, 490) för alstring av en indikatorsignal (i-f) svarande mot den första elektriska signalen; en regulator (120, 70; 440, 480) för reglering av impedansen hos kompo- nenten, vilken regulator har en första ingång (110) för mottagande av indikatorsigna- len och en andra ingång för mottagande av en justerbar inställningssigiial, vilken re- gulator är anordnad att generera en andra elektrisk signal med en andra amplitud (I2) och en andra fasvinkel (02) i beroende av indikatorsignalen och inställningssignalen; varvid regulatorn innefattar organ for inställning av den andra fasvinkeln; och 10 15 20 25 30 25 506 626 regulatorn är kopplad till den andra ledaren (40, L2) för att leverera den andra elektriska signalen till den andra ledaren (40, L2).

14. Kretskomponenten enligt krav 12 eller 13, varvid den första ledaren är en induk- tor och varvid den andra ledaren är en induktor.

15. Kretskomponenten enligt krav 13 eller 14, varvid kretskomponenten är ett induk- tansorgan.

16. induktansorgan (5) som har en första anslutning (20) och en andra anslutning (30), vilket induktansorgan är anordnat för mottagande av en första elektrisk signal (U 1) som har en första amplitud (Il) och en första fasvinkel (91); varvid induktansor- ganct innefattar: en första induktor (10, Ll) kopplad till anslutningarna (30, 40; en andra induktor (40, L2), vilken andra induktor är placerad i förhållan- de till den första induktorn så att magnetisk eller induktiv koppling (L12) möjliggörs mellan nänmda forsta och andra induktorer; en signalgenerator (70; 490, 450) som är aktiverbar att generera en andra elektrisk signal (i2) för reglering av impedansen hos impedansorganet, vilken andra elektriska signal har en andra amplitud (12) och en andra fasvinkel (62); varvid signalgeneratom (70; 490, 450), vid alctivexing, är anordnad att le- verera den andra elekuiska signalen till den andra induktorn (40, L2); och varvid impedansorganet innefattar ett inställningsorgan (70; 120, 440) för inställning av den andra fasvinkeln (02).

17. Induktansorganet (5) enligt krav 16, varvid signalgeneratorn är anordnad att ge- nerera den andra elektriska signalen i beroende av den första elektriska signalen.

18. Induktansorgan (5) enligt krav 16 eller 17, varvid den första induktom har ett första induktansvärde (LI) och ett första resistansvärde (R1); 10 15 20 25 506 626 26 varvid de magnetiskt kopplade induktorema är anordnade att generera ett andra resistansvärde (Ru), och varvid induktansorganet åstadkommer ett tredje resistansvärde (RM) mellan de första och andra terminalema, vilket tredje resistansvärde är väsentligen summan av det första resistansvårdet (Rl) och det andra resistansvärdet (Ru).

19. Induktansorganet (5) enligt krav 16 eller 17, varvid den första induktorn har ett första reaktansvärde (X1), och ett första resistansvärde (RI), de magnetiskt kopplade induktorema är anordnade att generera ett andra reaktansvärde (XV), induktansorganet åstadkommer ett tredje reaktansvärde (Xm) mellan de första och andra terminalerna, vilket tredje reaktansvärde beror av det första reak- tansvärdet (X1) och det andra reaktansvärdet (XV).

20. Induktansorganet (5) enligt något av kraven 16 - 19, varvid den andra fasvinkeln (92) är elektroniskt justerbar.

21. Induktansorganet (5) enligt något av kraven 16 - 20, varvid signalgeneratom är anordnad att generera den andra elektriska signalen med den andra fasvinkeln (62) vald så att en fasskillnad (tp) tillhandahålles mellan den första elektriska signalen och den andra elektriska signalen.

22. Induktansorganet (5) enligt krav 21, varvid fasskillnaden (cp) har ett värde mel- lan 0 och n, eller fasskillnaden (cp) har ett värde mellan -21t och -1t.

23. Induktansorganet (5) enligt krav 22, varvid fasskillnaden (tp) har ett värde av n/2 eller ett värde av -31t/2.

24. Induktansorganet enligt något av kraven 18 - 23 när det kravet beror av krav 17, innefattande: 10 15 20 25 626 ett sensororgan (480) för generering av en indikatorsignal (i3) i beroende av den första elektriska signalen; ett justerorgan (440, 610, 600) för alstring av den andra signalen i bero- ende av ir1dikatorsigrialen(i3).

25. Ett chip med en integrerad krets innefattande ett induktansorgan (5) enligt något av kraven 16 - 24.

26. Chipet enligt krav 25, varvid den första induktorn innefattar en ledare som är formad som en spiral; och den andra induktom innefattar en ledare som är formad som en spiral; varvid den första spiralen och den andra spiralen är interfolierade för att åstadkomma den magnetiska kopplingen (Lu) mellan induktorema.

27. Chipet enligt krav 25 eller 26, varvid den första induktorn innefattar en ledare som är formad som en spiral; den andra induktom innefattar en ledare som är formad som en spiral; och den första spiralen och den andra spiralen är utformade som väsentligen plana spiraler.

28. Chipet enligt krav 26 eller 27, varvid spiralema är väsentligen cirkulära.

29. Chipet enligt laav 26 eller 27, varvid spiralema är väsentligen kvadratiska.

30. Resonanskrets vars frekvens är elektroniskt inställbar, innefattande: ett induktansorgan (5) enligt något av kraven 16 - 29, vilket induktansor- gan har ett första induktansvärde (L,_.h,); ett kapacitansorgan som har ett första kapacitansvärde, vilket första ka- pacitansvärde är elektroniskt justerbart; 10 15 20 25 506 626 28 varvid kapacitansorganet är kopplat i kombination med induktansorganet för att ge resonans vid en utvald frekvens beroende av det första kapacitansvärdet och det första induktansvärdet (L°kv); varvid kombinationen också innefattar resistansorgan som har ett första resistansvärde (RW).

31. Resonanskretsen enligt krav 30, varvid det första resistansvärdet är elektroniskt justerbart.

32. Resonanskretsen enligt krav 30 eller 31, varvid det första resistansvärdet (Rnw) beror av fasskillnaden (cp) mellan den första elektriska signalen och den första reg- lersignalen.

33. Resonanskretsen enligt krav 30, 31 eller 32, varvid den utvalda frekvensen beror av fasskillnaden (tp).

34. En oscillatorkrets, innefattande: ett induktansorgan (5) enligt något av kraven 16 till 29.

35. En filterkrets innefattande: ett induktansorgan (5) enligt något av kraven 16 - 29.

36. Filterkretsen enligt krav 35, vidare innefattande: ett kapacitansorgan (260, 410) som år kopplat så att det samverkar med induktansorganet (5).