可调谐阻抗匹配网络和可调谐双工器匹配系统的制作方法

专利名称：可调谐阻抗匹配网络和可调谐双工器匹配系统的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题涉及匹配网络、系统和电路。更具体地，本文所公 开的主题涉及可调谐阻抗匹配网络和可调谐双工器匹配系统。
背景技术：
匹配电路广泛地用于将电路内各种组件的阻抗转换为目标基准阻抗 (例如，传输线阻抗和/或测试端口)，或用于直接匹配两个具有不同的(可 能复数的)阻抗的组件以便最大功率传递。典型地，匹配电路具有两个用 于组件之间的或组件和基准阻抗之间的在线插入(insertion in-line)的节点。 匹配电路的节点可以通过匹配组件，在一个或两个方向携带信号。匹配功 能特别有利于射频信号。匹配电路可以在组件之前或之后，当该组件嵌入 在电路中时具有特定输入和输出阻抗。如果在信号路径中组件在匹配电路 之后，那么组件的目标阻抗是它的输入阻抗。如果在信号路径中组件在匹 配电路之前，那么组件的目标阻抗是它的输出阻抗。
匹配电路用于通过补偿感兴趣的阻抗和目标阻抗之间的差，将信号所 见的阻抗设置为目标阻抗。阻抗的补偿是通过匹配电路的配置和匹配电路 的组件值来确定的。能够通过使用集总元件电感器或电容器或两者来实现 大范围的阻抗匹配和传递功能电路。在较高的频率(大约lGHz以上)，用 分布式传输线网络来代替集总元件电感器或电容器或两者是有利的。在这 些高频率中，即便是集总元件也可以具有传输线特性。这种代替的有用之 处也取决于衬底的电介质常数(DK)，以及面积限制。在本领域中，已知匹配电路的不同的配置。电路的选择取决于将要匹
配的阻抗。 一些实例包括串联电容器、分路电容器；串联电容器、分路电 感器；串联电感器、分路电容器，等等。用于匹配电路的常用配置被称为 是pi网络，其依次为分路电容器、串联电感器和分路电感器。如果能够容 忍插入损耗，则能够使用变压器，甚至电阻网络。
通常，匹配电路应该具有最小损耗以防止信息信号中的额外渐衰。过 多的损耗增加了对电子系统中其它组件的需求，特别是有源元件，例如放 大器。在对低噪声放大器(LNA)的输入处，由于考虑到噪声，不能仅仅 通过增加LNA增益来补足(补偿)增加的信号损耗。类似地，功率放大器 的输出处的信号损耗增加了放大器的功率补偿以实现给定输入功率。
组件和匹配电路的阻抗是频率依赖的。阻抗只有在单个操作频率处才 能完美地匹配，或在有限的频带上最佳地匹配。如果设计者希望在不止一 个频带处操作设备，则必须在性能和电路复杂性之间进行折衷。通常，分 离的信号路径和电路用于不同的频带，以使分离性能最佳化。这增加了电 路的成本和大小，并且需要使用例如开关或双工器的信号选择电路。
可调谐阻抗匹配网络与固定的阻抗匹配网络相比具有优势。具体地， 可调谐阻抗匹配网络能够包括可控制的元件，可以针对希望的频率来最佳 地调谐该元件。此外，可调谐阻抗匹配网络的优势是能够适应环境和组件 变化。例如，当有物体置于天线附近时，天线阻抗能够变化。此外，阻抗 能够根据温度并且根据组件制造而变化。
在无线手持设备中，已经证明难以在大概200MHz以上的频率处实现 可调谐匹配电路。要认识到的是，在许多应用中，低损耗可调谐匹配网络 或可调谐双工器匹配系统将是有益的，特别是在便携式无线通信设备中。

发明内容
根据本公开，提供了新颖的可调谐阻抗匹配网络和可调谐双工器匹配 系统。
因此，本发明公开的目的是为了提供一种新颖的可调谐阻抗匹配网络 和可调谐双工器匹配系统。通过本文所述的主题，至少完全或部分地实现 了从本公开所显而易见的主题。


现在参考附图解释本文所述的主题，其中
图1A是根据本文所述主题的实施例的可调谐阻抗匹配网路的示意
图IB是根据本文所述主题的实施例的可调谐阻抗匹配网路的示意图； 图1C是根据本文所述主题的实施例的可调谐匹配网路的示意图； 图1D是根据本文所述主题的实施例的可调谐匹配网路的示意图； 图2A是根据本文所述主题的实施例的可调谐阻抗匹配网路的示意图； 图2B是根据本文所述主题的实施例的可调谐双工器匹配系统的示意
图3是根据本文所述主题的实施例的双工器电路的示意图； 图4A-4F是根据本文所述主题的实施例的MEMS可变电容器的不同的 视图5是根据本文所述主题的实施例的MEMS可变电容器的顶视图； 图6A-6C是根据本文所述主题的实施例的MEMS可变电容器的不同视
图7和8是图1B中所显示的匹配网络的仿真结果的Smith图表； 图9-16是图2D中所显示的系统的仿真结果的Smith图表； 图17是这种可调谐匹配电路的一个物理实现；以及 图18是图1B中所显示的匹配电路的基于MEMS的可调谐电容器实现 的方框图。
具体实施例方式
根据本发明公开，提供了可调谐阻抗匹配网络和可调谐双工器匹配系 统。本文所述的网路和系统在包括例如天线和放大器的组件的无线接收机 和发送机系统中的阻抗匹配中具有特定应用。这些组件的系统性能对阻抗 不匹配是非常敏感的。提高的阻抗匹配能够提高这些系统的信噪比、效率、 稳定性、线性和带宽。
根据本发明公开的可调谐阻抗匹配网络包括连接在第一节点和第二节点之间的阻抗元件，用于在第一节点和第二节点之间传递信号。例如，阻 抗元件可以是传输线或电感器。此外，匹配网络可以包括与阻抗元件并联 连接的第一电容器，其中第一电容器是可调谐的。匹配网络也可以包括包 含有第一和第二端子的第二电容器。第二电容器的第一端子能够与第一节 点连接。第二电容器的第二端子能够与第三节点连接，第三节点可以是第 一节点的本地电压基准。第三电容器包括第一和第二端子。第二电容器的 第一端子能够与第二节点连接。第二电容器的第二端子能够与第四节点连 接，第四节点可以是第二节点的本地电压基准。 一个或多个电容器可以是
微机电系统(MEMS)可变电容器。
图1A和1B分别是根据本文所述主题的实施例的可调谐阻抗匹配网络 100和102的示意图。图1B的网络是图IA所显示的两个网络的串联，其 中图1B的中央电容器是图1A的两个电容器的组合。类似地，可以将图1A 中所显示的三个或多个网络串联组合，以实现希望的功能。
参考图1A，网络IOO被配置为修正资源和负载之间的阻抗不匹配。网 络100可以包括任意合适的数量的无源和/或可控组件的组合，根据特定应 用和设备需要来选择这些组件。
网络100能够包括连接在节点Nl和N2之间的阻抗元件正，用于在节 点Nl和N2之间传递信号。在一个实例中，可以将节点Nl和N2分别连 接到资源和负载。阻抗元件IE能够具有高阻抗并且可以是频率依赖性的。 例如，阻抗元件正阻抗值的范围可以是基准阻抗的1/10到10倍，使得大 部分有利范围在基准阻抗之上。阻抗元件应该具有很低的损耗。在一个实 例中，阻抗元件能够是两个或多个都具有低损耗的元件。在一个实例中， 阻抗元件ID可以是电感器。在一个实例中，阻抗元件正可以是传输线。 传输线可以作为匹配元件来使用，用于将一个特性阻抗与另一个匹配。
如本文所参考的，驻波比(SWR)是波腹处的非完全驻波的振幅(最 大)与相邻节点处的振幅(最小)的比例。通常，将SWR定义为称为VSWR (电压驻波比)的电压比。也可能将SWR定义为电流，得到ISWR，其具 有相同的数值。将功率驻波比(PSWR)定义为SWR的平方。在统一的传 输线中，驻波的电压分量是由叠加在反射波(振幅V》上的前向波(振幅 Vf)构成的。电容器Cl可以并联地与阻抗元件IE连接。电容器CI可以是可变电 容器。电容器Cl的标称电容范围可以是1毫微(femto)法拉和100微微 (pico)法拉之间，用于在200MHz以上的频率的应用。本领域的技术人 员将理解的是，恰当的电容范围取决于具有在较低频率处的操作所需的较 大的电容的预期的频率范围，反之亦然。此外，可以应用控制信号来调谐 电容器C1，例如，通过控制施加到电容器的电压，或通过在电容器阵列中 开始电容器选择。电容器的调谐比例应该尽可能的高，所需的比例是2，并 且该比例最好大于5。
网络100也可以包括电容器C2和C3。电容器C2的一个端子连接到节 点Nl。电容器C2的另一个端子连接到节点Nl的本地电压基准(地面G)。 电容器C3的一个端子连接到节点N2。电容器C3的另一个端子连接到节 点N2的本地电压基准(地面G)。
电容器C1-C3中的一个或多个可以是可变电容器。在一个实施例中， 电容器Cl-C3可以是MEMS可变电容器。在下文提供了合适的MEMS可 变电容器的实例。电容器Cl-C3的电容范围可以在1毫微法拉和100微微 法拉之间，用于在200MHz以上的频率的应用。本领域的技术人员将理解 的是，给定应用的恰当电容范围取决于较低频率处的操作所需的较大电容 的预期的频率范围，反之亦然。此外，可以应用控制信号来调谐电容器 Cl-C3，例如，通过控制应用于电容器的电压或通过在电容器阵列中开始电 容器选择。电容器的调谐比例应该尽可能的高，所需的比例是2，并且该比 例最好大于5。
在具有可调谐电容器的网络100的实施例中，可以使用单个网络100 来覆盖大的频率范围和大的VSWR变化。此外，可以在低温共烧陶瓷 (LTCC)衬底、层压有机衬底、印刷电路板(PCB)，或任意其它合适的 衬底或材料中制造网络100和/或MEMS。阻抗元件也可以是离散的元件， 例如装配在PCB上的电感器。
参考图1B，网络102被配置为修正资源和负载之间的阻抗不匹配。网 络102可以包括任意合适数量的无源的和/或可控的组件的组合，根据特定 应用和设备需要来选择的这些组件。
网络102包括连接在节点Nl和N2之间的阻抗元件正l和IE2，用于在节点Nl和N2之间传递信号。在一个实例中，可以将节点Nl和N2分 别连接到资源和负载。在一个实例中，阻抗元件IE1和IE2可以是电感器。 在一个实例中，阻抗元件正l和IE2可以是具有合适的长度和特性阻抗的 传输线。
电容器Cl和C2可以分别与阻抗元件IE1和IE2并联连接。电容器Cl 和C2可以是可变电容器。在一个实施例中，电容器C1和C2可以是MEMS 可变电容器。在下文提供了合适的MEMS可变电容器的实例。电容器的调 谐比例应该尽可能的高，所需的比例是2，并且该比例最好是5。
网络100也可以包括电容器C3、 C4和C5。电容器C3的一个端子连 接到节点N1。电容器C3的另一个端子连接到节点N1的本地电压基准(地 面G)。电容器C4的一个端子连接到阻抗元件正l和IE2之间的连接节点 CN。电容器C4的另一个端子连接到连接节点CN的本地电压基准(地面 G)。电容器C5的一个端子连接到节点N2。电容器C5的另一个端子连接 到节点N2的本地电压基准(地面G)。
电容器C1-C5中的一个或多个可以是可变电容器。在一个实施例中， 电容器Cl-C5可以是MEMS可变电容器。在下文提供了合适的MEMS可 变电容器的实例。此外，可以应用控制信号来调谐电容器Cl-C5，例如， 通过控制施加到电容器的电压或通过在电容器阵列中开始电容器选择。电 容器的调谐比例应该尽可能的高，所需的比例是2，并且该比例最好大于5。
在具有可调谐电容器的网络102的实施例中，可以使用单个网络102 来覆盖大的频率范围和大的VSWR变化。此外，可以在低温共烧陶瓷 (LTCC)衬底、层压有机衬底、印刷电路板(PCB)，或任意其它合适的 衬底或材料中制造网络100。
诸如图1A和1B中分别所示的网络100和102的网络的一个示例性优 势在于在应用中，例如蜂窝电话中的无线电元件和天线的应用中，减少 了不同的阻抗之间的不匹配损耗。另一个示例性优势在于这样的网络能 够在功率放大器输出和天线之间提供可变的阻抗匹配，以便提供最佳的功 率输出，并且最小化输入互调失真。
图1C和1D是根据本文所述主题的实施例的可调谐阻抗匹配网络104 和106的示意图。图1D的网络是图1C中所显示的两个网络的串联，其中中央阻抗元件和图ID的电容器与图1C的阻抗元件和电容器串联地组合。 类似地，组合图1C中所显示的三个或多个网络可以串联以实现希望的功 能。
参考图1C，网络104可以包括阻抗元件IE1和IE2，用于在节点Nl 和N2之间传递信号。在一个实例中，节点Nl和N2可以分别连接到资源 和负载。阻抗元件正l和正2可以是传输线或电感器。此外，阻抗元件IE1 和正2可以并联连接到电容器Cl和C2。另一个电容器C3的一个端子可以 连接到连接节点CN，并且在它的另一个端子连接到连接节点CN的本地电 压基准(地面G)。电容器C1-C3中的一个或多个可以是可变电容器，例如 合适的MEMS可变电容器。可以用具有合适的值的组件来配置网络104， 以形成高或低通滤波器。
参考图1D，匹配网络106作为高和低通滤波器，该高和低通滤波器共 同形成用于在节点Nl和N2之间传递的信号的带通滤波器。网络106能够 包括在节点Nl和N2之间串联连接的阻抗元件IEl-正3。阻抗元件IE1-IE3 可以分别与电容器Cl-C3并联连接。此外，电容器C4的一个端子可以与 连接节点CN1连接，并且它的另一个端子可以与连接节点CN1的本地电 压基准(地面G)连接。电容器C5的一个端子可以与连接节点CN2连接， 并且它的另一个端子可以与连接节点CN2的本地电压基准(地面G)连接。
图2A是根据本文所述主题的实施例的可调谐阻抗匹配网路MN的示 意图。参考图2A，匹配网络MN能够包括高通滤波器区段HPF和低通滤 波器区段LPF。高通滤波器区段HPF和低通滤波器区段LPF共同形成了带 通滤波器。具体地，匹配网络MN的高通滤波器区段HPF和低通滤波器区 段LPF形成了用于在匹配网络MN的节点Nl和N2之间传递的信号的带 通滤波器。
高通滤波器HPF可以包括在节点Nl和低通滤波器LPF之间串联连接 的电容器C1和C2。具体地，匹配网络MN1的电容器C1的一个端子连接 到节点N1。此外，高通滤波器HPF可以包括电感器Il，电感器I1的一个 端子连接到电容器Cl和C2之间的连接节点CN1。电感器II的另一个端 子可以连接到连接节点CN1的本地电压基准(地面G)。
低通滤波器LPF可以包括在某个节点和节点N2之间串联连接的电感
15器I2和I3。具体地，匹配网络MN的电感器I2的一个端子连接到匹配网 络MN的高通滤波器HPF。此外，低通滤波器LPF可以包括电感器II,电感 器I1D —个端子连接到电感器12和13之间的连接节点CN2。电容器C3 的另一个端子可以连接到连接节点CN2的本地电压基准(地面G)。
图2A中所显示的电容器Cl-C3中的一个或多个可以是可变电容器。 在一个实施例中，电容器C1-C3可以是MEMS可变电容器。在下文提供了 合适的MEMS可变电容器的实例。此外，可以应用控制信号，例如，通过 控制施加到电容器的电压或通过在电容器阵列中开始电容器选择，来调谐 电容器C1-C3。
根据本发明公开的可调谐阻抗匹配系统可以包括高和低通滤波器区 段，其可以组合高和低通滤波器区段以形成可调谐阻抗匹配网络。 一个或 多个可调谐阻抗匹配网络可以连接到双工器电路或多工器电路的端口，以 便在不同的频带上实现目标阻抗。高通滤波器区段可以包括在第一节点和 第二节点之间串联连接的第一和第二可变电容器。此外，高通滤波器区段 可以包括包含有第一和第二端子的第一电感器。第一电感器的第一端子可 以连接在第一和第二可变电容器之间的连接节点处。第二电容器的第二端 子可以连接到第三节点。第三节点可以是对于第一和第二可变电容器之间 的连接节点的本地电压基准。低通滤波器可以包括在第二节点和第五节点 之间串联连接的第二和第三电感器。此外，低通滤波器区段可以包括包含 有第一和第二端子的第三可变电容器。第三可变电容器的第一端子可以连 接到第一和第二电感器之间的连接节点处。第三可变电容器的第二端子可 以连接到第六节点。第六节点可以是对于第一和第二电感器之间的连接节 点的区域电压基准。
图2B是根据本文所述主题的实施例的可调谐双工器(或多工器)匹配 系统200的示意图。参考图2B，系统200可以包括包含有第一端口 Pl、第 二端口 P2和第三端口 P3的双工器电路DC。系统200也可以包括分别连接 到端口 Pl和P2的可调谐阻抗匹配网络MN1和MN2。如参考图2A所述 的，匹配网络MN1和MN2中的每一个包括高通滤波器区段HPF和低通滤 波器区段LPF。在另一个实例中，匹配网络MN1和MN2可以包括一个或 多个可调谐阻抗匹配网络，例如图1A和1B中所显示的。在另一个实例中，匹配网络MN1和MN2可以包括如图1C所显示的匹配网络104。在另一个 实例中，匹配网络MN1和MN2可以包括两个或多个如图1C所显示的匹 配网络104的串联组合。还是在另一个实例中，匹配网络MN1和MN2可 以包括如图1D所显示的匹配网络106。
图3是根据本文所述主题的实施例的双工器(或多工器)电路的示意 图，通常将其标记为300。双工器电路300可以作为图2B中所显示的双工 器电路来使用，图3的端口 P1-P3连接到图2B的端口 Pl-P3。参考图3， 双工器电路300可以包括连接在端口 Pl和P3之间的高频带电路HB。此外， 双工器电路300可以包括连接在端口 Pl和P2之间的低频带电路LB。
高频带电路HB可以包括串联连接在第一端口 Pl和地面G之间的电感 器II和电容器Cl。此外，电路HB可以包括连接在端口 P3和节点Nl之 间的电感器I2。电路HB可以包括并联连接在节点N1和端口 Pl之间的电 感器13和电容器C2。
低频带电路LB可以包括串联连接在第二端口 P2和地面G之间的电感 器14和电容器C3。此外，电路LB可以包括连接在端口 P3和节点N2之 间的电容器C4。电路LB可以包括并联连接在节点N2和端口 P2之间的电 感器15和电容器C5。
图1-3中所显示的电容器是不可变的电容器。可替换地，图1-3中所示 电容器中的一个或多个是可变电容器。具体地，这些电容器可以是MEMS 可变电容器。本文所涉及的MEMS可变电容器可以是连续变化的元件、切 换元件矩阵和双态二元电容器的任意合适的组合。图4A-4E根据本文所述 主题的实施例示出通常记为400的MEMS可变电容器的不同的视图。通常， MEMS可变电容器400是驱动组件。具体地，图4A是处于关闭位置的可 变电容器400的截面前视图。参考图4A，切换可变电容器400可以包括置 于介质层DE的表面上的第一和第二电容元件CE1和CE2。电容元件CE1 和CE2可以分别连接到馈线FL1和FL2。馈线FL1和FL2可以连接到信号 线SL。第一电容板CP1可以位于空隙AG的相对于电容元件CEl和CE2 的对面，以在馈线FL1和FL2上形成电容。第一电容板CP1在处于关闭的 位置时可以与电容元件CE1和CE2相距dl 。板CP1和电容元件CE1和CE2 之间的距离大概可以是0.5到4微米。图4B是开启位置中的可变电容器400的截面的前视图，其中第一电容板CP1可以与电容元件CE1和CE2相距 d2。可变电容器400可以包括用于防止电容板CP1接触电容元件CE1禾口/ 或CE2的凸点B。凸点可以是任意数量，并且位于可移动的组件的底表面 任意合适的位置上，以便防止组件的不希望的接触。在一个实例中，凸点 可以位于电容板附近。在另一个实例中，凸点可以位于驱动电极的附近。
图4C是可变电容器400的顶视图。参考图4C，通过在驱动电极AE1 和AE2上施加变化的电压来改变可变电容器400的电容量。当电压施加到 驱动电极AE1和AE2上时，可移动的组件MC的可移动端ME能够向衬底 S偏转，而静止端SE由于附着在电介质DE和衬底S上而保持静止。该偏 转导致电容板CP1和CPA和电容元件CE1和CE2之间的距离縮小了 ，因 此，电容改变了。可变电容器400也可以包括在可移动的组件MC与驱动 电极AE1的对面的驱动电极(未显示)，并且其电子地连接到驱动电极AE1 ， 用于在施加电压时将可移动端ME偏转向衬底S。
在一个实施例中，可以在衬底S和电介质DE上制造可变电容器400。 具体地，例如，馈线FL1和FL2可以掩埋在衬底S禾口/或电介质DE内，并 且包括延伸到电介质DE的表面的末端。可以将导电层沉积在电介质DE的 上表面和馈线FL1和FL2的末端。可以蚀刻导电层以分别在馈线FL1和 FL2的末端上形成电容元件CE1和CE2。此外，可以蚀刻导电层以形成驱 动电极AE2。
可以将牺牲层沉积在电容元件CE1和CE2和电介质DE上。接着，可 以在牺牲层上蚀刻孔径Al和A2，通向到电介质DE的表面。可以通过将 氧化层沉积在电容板CP1、牺牲层上并且沉积到通向电介质DE的孔径Al 和A2中，来形成可移动的组件MC。可以移开牺牲层以在电容板CP1和电 容元件CE1和CE2之间形成空隙。该空隙可以变化以实现不同的电容。此 外，可以在可移动的组件MC上形成导电层，并且导电层被蚀刻以形成第 二电容板CP2。
图4D是可变电容器400的顶视图。静止端SE包括弹力臂RA1和RA2， 其能够弯曲，并且当电压施加到驱动电极上时阻止可移动端ME向衬底S 的偏转。通常记为N的凹槽区域提供了弹力臂RA1和RA2之间的间隔。 弹力臂RA1和RA2的厚度可以变化，以便增加或减少对可移动端ME的偏转的阻力。此外，弹力臂RA1和RA2的长度可以分别变长或变短，以 增加或减少对可移动端ME的偏转的阻力。
图4E是MEMS可变电容器400的侧视图。可变电容器400可以包括 与驱动AE1进行电通信的驱动电极AE3。电压可以施加到第二驱动电极 AE2和第一/第三驱动电极AE1/AE3，以便移动可移动的组件MC。
图4F是MEMS可变电容器400的另一个顶视图。在这个视图中，现 在显示了驱动电极AE1和电容板CP2，以提供附着在可移动组件MC的底 面的驱动电极AE3和电容板CP1 (虚线所指示的)的更好的视图。驱动电 极AE3和电容板CP1可以电连接。
图5是根据本文所述主题的一个实施例的MEMS可变电容器500的上 视图。参考图5，可变电容器500类似于图4中所显示的可变电容器400， 除了电容元件CE1和CE2和电容板CP1和CP2的配置。具体地，电容元 件CE1和CE2沿着可移动组件的长度彼此对准。此外，延伸电容板CP1 (未显示)和CP2的长度以使它们位于电容元件CE1和CE2之上。
图6A和6B根据本文所述主题的一个实施例示出通常记为600的 MEMS可变电容器的不同的视图。具体地，图6A是可变电容器600的截 面侧视图。参考图6A,可变电容器600可以包括位于衬底S的表面上的第 一和第二电容元件CE1和CE2。电容元件CE1和CE2可以分别连接到馈 线FL1和FL2。馈线FL1和FL2可以连接到信号线SL。第一电容板CP1 可以位于空隙AG的相对于电容元件CE1和CE2的对面，以在馈线FL1 和FL2上形成电容。
可以通过在驱动电极上应用变化的电压来改变可变电容器600的电容。 具体地，电容器600可以包括位于可移动的组件上的驱动电极AE1、 AE2、 AE3禾卩AE4。此外，驱动电极AE5和AE6可以位于衬底S的上表面。可 以在驱动电极AE5和AE1和AE2之间施加电压差。此外，可以在驱动电 极AE6和AE3和AE4之间施加电压差。当电压差足够高时，可移动组件 MC的中央部分(电容板CP1和CP2所附着的部分)可以向衬底S偏转， 同时静止端SE1和SE2由于附着在衬底S上而保持静止。该偏转导致电容 板CP1和CP2和电容元件CE1和CE2之间的距离縮小了，因此，电容改 变了。在一个实施例中，可以在衬底S上制造可变电容器600。具体地，例 如，馈线FL1和FL2可以掩埋在衬底S内，并且包括延伸到衬底S的表面 的末端。可以将导电层沉积在衬底S的上表面和馈线FL1和FL2的末端。 可以蚀刻导电层以分别在馈线FL1和FL2的末端上形成电容元件CE1和 CE2。此外，可以蚀刻导电层以形成驱动电极AE5和AE6。
可以将牺牲层沉积在电容元件CE1和CE2、衬底S和驱动电极AE5 禾口AE6上。接着，可以在牺牲层上蚀刻孔径， 一直通向衬底S的表面。可 以通过将氧化层沉积在电容板CP1和CP2、牺牲层、驱动电极AE5和AE6 上，并且在通向衬底S的孔径Al和A2中沉积氧化层，以形成可移动的组 件MC。可以移开牺牲层，以在电容板CP1和CP2和电容元件CE1和CE2 之间形成空隙。该空隙可以变化以实现不同的电容。此外，可以在可移动 的组件MC和蚀刻的导电层上形成导电层，以形成第二电容板CP2。
图6B是可变电容器600的上视图。可变电容器300可以包括静止端 SE1和SE2。静止端SE1和SE2中的每一个都包括弹力臂RA1和RA2，其 能够弯曲，并且当电压施加到驱动电极上时阻止可移动端ME向衬底S的 偏转。凹槽区域N提供了弹力臂RA1和RA2之间的间隔。弹力臂RA1和 RA2的厚度可以变化，以增加或减少对可移动端ME的偏转的阻力。此外， 弹力臂RA1和RA2的长度可以变长或变短，以分别增加或减少对可移动 端ME的偏转的阻力。
图7禾卩8是示出了图1中所显示的匹配网络100的仿真结果的Smith 图表。这些图表显示了当匹配网络100的一个端子连接到完美匹配的负载 时从另一个端子上看到的的反射的结果。结果所得的反射系数能够最佳地 调谐反射系数与网络系数复数共轭的负载。这些称为覆盖映射，因为可变 的元件在网络中的调谐掠过了单频，以确定可以到达Smith图表的什么区 域。理想的结果是该图表中均匀地并且密集地布满用于显示无论在哪都能 获得匹配的点。图7显示了图1B中所示电路的示例性结果，其中该电路对 阻抗元件和高比例可调谐电容器使用传输线。图8显示了相同电路的覆盖 结果减少了，但是可调谐电容器的比例低得多。
图9-16是示出了图2D中所显示的系统204的仿真结果的Smith图表。 图9-11的图表显示了当系统204的一个端子连接到不匹配的负载(可能是天线)时从另一个端看到的反射的结果。在图9-ll的图表中，在不同频率 的范围上执行仿真。注意，最多仅能在一个频率上实现到达Smith图表的 中心的完美匹配。
图12-16显示了当调查系统202的一个端子连接到完美匹配的负载时， 从另一个端看到的反射的结果。此外，图12-16的图表包括两个圆圈，外 圈和内圈。外圈是特定反射规定界限，其中网络的覆盖应该理想地充满圆 圈，以便可以匹配反射小于该规定界限的任意负载。内圈是足够匹配的反 射规定界限。图14-16示出了网络对多个操作频率(分别是1.7 、 1.9和 2.1GHz)的调谐能力。
图17是根据本文所述主题的实施例的在模片上使用MEMS可调谐电 容器C来实现的调谐器的截面侧视图。参考图17，电容器C可以在倒装在 LTCC衬底LS上的模片上。衬底LS可以包含高阻抗元件和到电路板的输 入/输出IO连接。控制CMOS CS可以单独地与电容器C相集成。可以在 电容器C和衬底LS之间配置未填充区域U。此外，可以在衬底LS上和底 部填充U、电容器C和CMOSCS上配置屏蔽罩SC。
图18是根据本文所述主题的实施例的通常记为2500的调谐器的方框 图。参考图18，调谐器1800可以包括高阻抗元件(这个实例中的传输线) IE。此外，调谐器1800包括MEMS和它们的控制线CL。可以使用控制线 CL来设置可调谐电容器的状态。控制线CL可以与阻抗元件，例如图1B 所述的阻抗元件，相对应。
要理解的是，可以在不脱离本发明的主题所公开的范围内改变本发明 的主题所公开的各种细节。而且，前述的描述仅仅是为了描述的目的，而 不是为了限制的目的。
权利要求
1、一种可调谐阻抗匹配网络，包括(a)连接在第一节点和第二节点之间的阻抗元件，用于在所述第一节点和第二节点之间传递信号；(b)与所述阻抗元件并联连接的第一电容器，其中，所述第一电容器是可调谐的；(c)包括第一端子和第二端子的第二电容器，其中，所述第二电容器的所述第一端子连接到所述第一节点，其中，所述第二电容器的所述第二端子连接到第三节点，并且其中，所述第三节点是所述第一节点的本地电压基准；以及(d)包括第一端子和第二端子的第三电容器，其中，所述第二电容器的所述第一端子连接到所述第二节点，其中，所述第二电容器的所述第二端子连接到第四节点，并且其中，所述第四节点是所述第二节点的本地电压基准。
2、 如权利要求1所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述阻抗元件包 括传输线。
3、 如权利要求1所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述阻抗元件包 括电感器。
4、 如权利要求1所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第二电容器 和第三电容器中的至少一个是可调谐的。
5、 如权利要求1所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第二电容器 和第三电容器是可调谐的。
6、 如权利要求1所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容器、 第二电容器和第三电容器中的至少一个包括微机电系统(MEMS)可变电容器。
7、 如权利要求1所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容器、 第二电容器和第三电容器包括微机电系统(MEMS)可变电容器。
8、 如权利要求7所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容器、 第二电容器和第三电容器是倒装在包括所述阻抗元件的低温共烧陶瓷(LTCC)衬底上的。
9、 如权利要求7所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容器、 第二电容器和第三电容器中的至少一个是倒装在包括所述第一阻抗元件的 低温共烧陶瓷(LTCC)衬底上的。
10、 如权利要求1所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第二电容 器的所述第二端子连接到地。
11、 如权利要求1所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第三电容 器的所述第二端子连接到地。
12、 多个如权利要求1所述的可调谐阻抗匹配网络，它们被连接成串 联序列组合，其中，所述序列中的相邻网络连接到一个网络的所述第一节 点以及另一个网络的所述第二节点。
13、 如权利要求12所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，将来自每个相 邻网络的并联分流电容器合并成单个电容器。
14、 一种可调谐阻抗匹配网络，包括(a) 串联连接在第一节点和第二节点之间的第一阻抗元件和第二阻抗 元件，用于在所述第一节点和第二节点之间传递信号；(b) 分别与所述第一阻抗元件和第二阻抗元件并联连接的第一电容器和第二电容器；(c)包括第一端子和第二端子的第三电容器，其中，所述第一端子连 接到所述第一阻抗元件和第二阻抗元件之间的连接节点，其中，所述第二 端子连接到第三节点，并且其中，所述第三节点是所述连接节点的本地电 压基准。
15、 如权利要求14所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一阻抗 元件和第二阻抗元件包括传输线。
16、 如权利要求14所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一阻抗 元件和第二阻抗元件包括电感器。
17、 如权利要求14所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器中的至少一个是可调谐的。
18、 如权利要求14所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器是可调谐的。
19、 如权利要求14所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器中的至少一个包括微机电系统(MEMS)可 变电容器。
20、 如权利要求14所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器包括微机电系统(MEMS)可变电容器。
21、 如权利要求20所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器是倒装在包括所述第一阻抗元件和第二阻抗 元件的低温共烧陶瓷(LTCC)衬底上的。
22、 如权利要求20所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容器、第二电容器和第三电容器中的至少一个是倒装在包括所述第一阻抗元件和第二阻抗元件的低温共烧陶瓷(LTCC)上衬底的。
23、 如权利要求14所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第二电容 器的所述第三端子连接到地面。
24、 如权利要求14所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第三电容 器的所述第二端子连接到地面。
25、 如权利要求14所述的连接成串联序列组合的多个可调谐阻抗匹配 网络，其中，所述序列中的相邻网络连接到一个网络的所述第一节点以及 另一个网络的所述第二节点。
26、 如权利要求25所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，来自每个相邻 网络的所述并联的阻抗元件和电容器组合成单个并联阻抗元件和电容器。
27、 一种可调谐阻抗匹配网络，包括(a) 高通滤波器区段，包括(i) 在第一节点和第二节点之间串联连接的第一和第二可变电容 器；以及(ii) 包括第一和第二端子的第一电感器，其中，所述第一电感器 的所述第一端子连接到所述第一和第二可变电容器之间的连接节点， 其中，所述电感器的所述第二端子连接到第三节点，并且其中，所述 第三节点是所述第一和第二可变电容器之间的所述连接节点的本地电 压基准。(b) 低通滤波器区段，包括(i) 在所述第二节点和第四节点之间串联连接的第二和第三电感器；(ii) 包括第一和第二端子的第三可变电容器，其中，所述第三可 变电容器的所述第一端子连接到所述第二和第三可变电感器之间的连接节点，其中，所述第三可变电容器的所述第二端子连接到第五节点， 并且其中，所述第五节点是所述第二和第三可变的电感器之间的所述 连接节点的本地电压基准。 (C)所述高通滤波器和低通滤波器区段的所述串联序列组合。
28、 如权利要求27所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器中的至少一个包括微机电系统(MEMS)可 变电容器。
29、 如权利要求27所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器包括微机电系统(MEMS)可变电容器。
30、 如权利要求29所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器是倒装在低温共烧陶瓷(LTCC)衬底上的。
31、 如权利要求29所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，至少所述第一 电容器、第二电容器和第三电容器的一个是倒装在低温共烧陶瓷(LTCC) 衬底上的。
32、 一种可调谐双工器匹配系统，包括(a) 包括第一、第二和第三端口的双工器电路；(b) 分别连接到所述第一和第二输入端口的第一和第二可调谐阻抗匹 配网络，其中，所述第一和第二可调谐阻抗匹配网络中的每一个都包括高 通滤波器区段和低通滤波器区段，其中，所述高通滤波器区段包括(0串联连接在第一节点和第二节点之间的第一和第二可变电容 器；以及(ii)包括第一和第二端子的第一电感器，其中，所述第一电感器 的所述第一端子连接到所述第一和第二可变电容器之间的连接节点， 其中，所述第二电容器的所述第二端子连接到第三节点，并且其中， 所述第三节点是对于所述第一和第二可变电容器之间的所述连接节点的本地电压基准；以及其中，所述低通滤波器区段包括(i)串联连接在所述第二节点和第五节点之间的第二和第三电感 器；以及(ii)包括第一和第二端子的第三可变电容器，其中，所述第三 可变电容器的所述第一端子连接到所述第一和第二电感器之间的连接 节点，其中，所述第三可变电容器的所述第二端子连接到第六节点， 并且其中，所述第六节点是对于所述第一和第二电感器之间的所述连 接节点的本地电压基准。
33、 如权利要求32所述的可调谐双工器匹配系统，其中，所述第一电 容器、第二电容器和第三电容器中的至少一个包括微机电系统(MEMS) 可变电容器。
34、 如权利要求32所述的双工器系统，其中，所述第一电容器、第二 电容器和第三电容器包括微机电系统(MEMS)可变电容器。
35、 如权利要求34所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器是倒装在低温共烧陶瓷(LTCC)衬底上的。
36、 如权利要求34所述的可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器中的至少一个是倒装在低温共烧陶瓷(LTCC) 衬底上的。
37、 一种可调谐双工器匹配系统，包括(a) 包括第一、第二和第三端口的双工器；(b) 分别连接到所述第一和第二输入端口的第一和第二可调谐阻抗匹配网络，其中，所述第一和第二可调谐阻抗匹配网络中的每一个都包括(i)连接在第一节点和第二节点之间的阻抗元件，用于在所述第 一节点和第二节点之间传递信号；(ii) 与所述阻抗元件并联连接的第一电容器，其中，所述第一电 容器是可调谐的；(iii) 包括第一和第二端子的第二电容器，其中，所述第二电容 器的所述第一端子连接到所述第一节点，其中，所述第二电容器的所 述第二端子连接到第三节点，并且其中，所述第三节点是所述第一节 点的本地电压基准；以及(iv) 包括第一和第二端子的第三电容器，其中，所述第二电容器 的所述第一端子连接到所述第二节点，其中，所述第二电容器的所述 第二端子连接到第四节点，并且其中，所述第四节点是所述第二节点 的本地电压基准。
38、 如权利要求37所述的可调谐双工器匹配网络，其中，所述第一电 容器、第二电容器和第三电容器中的至少一个包括微机电系统(MEMS) 可变电容器。
39、 如权利要求38所述的可调谐阻抗匹配系统，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器中的至少一个是倒装在包括所述阻抗元件的 低温共烧陶瓷(LTCC)衬底上的。
40、 如权利要求37所述的可调谐双工器匹配网络，其中，所述第一电 容器、第二电容器和第三电容器包括微机电系统(MEMS)可变电容器。
41、 如权利要求38所述的可调谐阻抗匹配系统，其中，所述第一电容 器、第二电容器和第三电容器是倒装在包括所述阻抗元件的低温共烧陶瓷(LTCC)衬底上的。
全文摘要
本发明提供了可调谐阻抗匹配网络和可调谐双工器匹配系统。可调谐阻抗匹配网络可以包括阻抗元件，其连接在第一节点和第二节点之间，用于在第一节点和第二节点之间传递信号。例如，阻抗元件可以是传输线或电感器。此外，匹配网络可以包括与阻抗元件并联的第一电容器，其中第一电容器是可调谐的。匹配网络也可以包括第二电容器，该第二电容器包括第一和第二端子。第二电容器的第一端子可以连接到第一节点。第二电容器的第二端子可以连接到第一节点的本地电压基准。第三电容器包括第一和第二端子。第二电容器的第一端子可以连接到第二节点。第二和第三电容器也可以是可调谐的。
文档编号H01Q1/50GK101438459SQ200780016323
公开日2009年5月20日 申请日期2007年3月8日 优先权日2006年3月8日
发明者A·S·莫里斯, S·格里菲斯, T·叶 申请人:维斯普瑞公司