专利名称：可调电容性装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种可调电路元件，更具体地，有关于一种可调电容性装置。
背景技术：
如变容器(varactors)等可调电容性装置普遍用于多种应用中。例如，一些压控 震荡器(voltage-controlled oscillator，VC0)，其中设置有可调电容性装置。此外，VCO也 只是用于多种应用中的一种普通电路元件。以传统的VCO调制发射器架构(VCO modulated transmitter architecture)为例，基于VCO的调制器通过VCO控制电压将基带信息调制为 射频(radio-frequency，RF)载波。例如，将要发射的信息应用于三角积分调制频率合成器 (sigma-delta modulated synthesizer)的输入，藉此使得VCO跟随要发射的信息。传统VCO的一种通常的实施方式是利用LC震荡器架构，其中LC震荡器架构包含 至少一个固定值的电感性(inductive)元件以及至少一个可调电容性元件。因此，通过设 定可调控制电压，而改变设置的可调电容性元件的电容值，会相应改变VCO的震荡频率。换 言之，可调电容性元件的电容-电压(C-V)特性会影响VCO的整体电压-频率(V-F)特性。 在一种情况中，可调电容性元件的C-V特性并非线性，VCO的V-F特性也会变为非线性；然 而，VCO的非线性V-F特性会导致上述VCO调制发射器的回路带宽在调制过程中发生改变。 如果回路带宽变的太小，可能会发生调制所输出的信号失真，而大大降低调制的精确度。因此，如何设计一种能够满足现有设计应用需求的可调电容性元件，已经成为设 计者的一项重要课题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可调电容性装置。根据本发明的一个实施例，提供一种可调电容性装置，包含第一可调电容性元 件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一可调电容性元件的第一端耦接于用以接收第一 输入电压的第一电压输入端；第一耦接电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第 一耦接电容性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电 容性元件的第二端耦接于所述可调电容性装置的第一连接端；第一耦接电阻性元件，具有 第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性 元件的第二端，而所述第一耦接电阻性元件的第二端耦接于用以接收第二输入电压的第二 电压输入端；以及第一特定电容性元件，耦接于所述第一可调电容性元件的第一端与所述 第一可调电容性元件的第二端之间；其中，所述第一输入电压与所述第二输入电压其中之 一为控制电压，而另一为参考电压，其中所述控制电压系用于调节所述可调电容性装置的 电容值。根据本发明的另一个实施例，提供一种可调电容性装置，包含第一可调电容性元 件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一可调电容性元件的第一端耦接于用以接收第一 输入电压的第一电压输入端；第二可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二可调电容性元件的第一端耦接于所述第一电压输入端；第一耦接电容性元件，具有第一端 以及第二端，其中，所述第一耦接电容性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的 第二端，而所述第一耦接电容性元件的第二端耦接于所述可调电容性装置的第一连接端； 第二耦接电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电容性元件的第一端耦接 于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电容性元件的第二端耦接于所述可 调电容性装置的第二连接端；第一耦接电阻性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第 一耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，电而所述第一耦接 电阻性元件的第二端耦接于用以接收第二输入压的第二电压输入端；第二耦接电阻性元 件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电阻性元件的第一端耦接于所述第二可调电 容性元件的第二端，而所述第二耦接电阻性元件的第二端耦接于所述第二电压输入端；以 及特定电容性元件，耦接于所述第一可调电容性元件的第二端与所述第二可调电容性元件 的第二端之间；其中，所述第一输入电压为控制电压，用于调节所述可调电容性装置的电容 值，而所述第二输入电压为参考电压。藉此，本发明提供的可调电容性装置其效果之一是可达到线性度与高Q因子的要 求，能够提供较好的宽带噪声抵抗能力。
图1显示的是根据本发明第一实施例的可调电容性装置100的示意图。图2显示的是根据本发明第二实施例的可调电容性装置200的示意图。图3显示的是根据本发明第三实施例的可调电容性装置300的示意图。图4(a)显示的是可调电容性装置200中部分电路的代表性电路模型。图4(b)显示的是可调电容性装置100中部分电路的代表性电路模型。图5显示的是根据本发明第四实施例的可调电容性装置500的示意图。图6显示的是根据本发明第五实施例的可调电容性装置600的示意图。图7显示的是根据本发明第六实施例的可调电容性装置700的示意图。图8(a)显示的是可调电容性装置200中部分电路的代表性电路模型。图8(b)显示的是可调电容性装置600中部分电路的代表性电路模型。图9显示的是根据本发明第七实施例的可调电容性装置900的示意图。图10显示的是根据本发明第八实施例的可调电容性装置1000的示意图。图11显示的是根据本发明第九实施例的可调电容性装置1100的示意图。图12显示的是特别加入的电容性元件的一种选替设计示意图。
具体实施例方式在说明书及前述的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中 普通技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及 前述的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来 作为区分的准则。在通篇说明书及前述的权利要求当中所提及的“包含”为一开放式的用 语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连 接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数较佳实 施例，并配合附图，作详细说明如下图1显示的是根据本发明第一实施例的可调电容性装置100的示意图。可调电容 性装置(如变容装置)100包含第一可调电容性元件102、第二可调电容性元件104、第一耦 接电容性元件(如耦接电容)106、第二耦接电容性元件(如耦接电容)108、第一耦接电阻 性元件(如耦接电阻)110以及第二耦接电阻性元件(如耦接电阻)112。第一可调电容性 元件102具有第一端Nll与第二端附2，其中第一端Nll耦接用于接收第一输入电压V1的 第一电压输入端NV_1。第一耦接电容性元件106具有第一端N13与第二端附4，其中第一 端附3耦接第一可调电容性元件102的第二端m2，第二端m4耦接可调电容性装置100的 第一连接端NC_1。第一耦接电阻性元件110具有第一端N15与第二端me，其中第一端m5 耦接第一可调电容性元件102的第二端m2，第二端N16耦接用于接收第二输入电压V2的 第二电压输入端NV_2。须注意，第一输入电压V1与第二输入电压V2其中的一个作为控制 电压，而另外一个则作为固定参考电压，其中控制电压是用于调节可调电容性装置100的 电容值。更具体地，在一个例子的设计中，第一输入电压V1作为控制电压，而第二输入电压 V2作为参考电压；在另一个例子的设计中，第一输入电压V1作为参考电压，而第二输入电压 V2作为控制电压。第一输入电压V1与第二输入电压V2的设定取决于实际的设计需求。图1所示的可调电容性装置100利用差分拓扑(topology)实施，以满足差分应用 的需求。因此，可调电容性装置100也包含有第二可调电容性元件104、第二耦接电容性元 件108以及第二耦接电阻性元件112。如图1中所示，第二可调电容性元件104具有第一端 N21与第二端N22，其中第一端N21耦接第一电压输入端NV_1。第二耦接电容性元件108具 有第一端N23与第二端N24，其中第一端N23耦接第二可调电容性元件104的第二端N22， 第二端N24耦接可调电容性装置100的第二连接端NC_2。第二耦接电阻性元件112具有第 一端N25与第二端N26，其中第一端N25耦接第二可调电容性元件104的第二端N22，第二 端N26耦接第二电压输入端NV_2。第一电压输入端NV_1以及第二电压输入端NV_2用于提供电压至可调电容性装置 100以控制可调电容性装置100的电容值。在此实施例中，第一耦接电容性元件106与第二 耦接电容性元件108中的每一个都是用于AC耦接，而第一连接端NC_1与第二连接端NC_2 具有与应用电路(如VC0)的其它电路部分的相互连接关系，而所述的应用电路采用可调电 容性装置100。需要注意，可调电容性装置也可利用单端(single-ended)拓扑实施，以满足单端 应用的需求。在这样的选替设计中，可以省略图1所示的第二可调电容性元件104、第二耦 接电容性元件108以及第二耦接电阻性元件112。通过举例的方式，而非仅限于此，图1中所示的可调电容性装置100应用于VCO调 制发射器的基于VCO的调制器中。因此，从VCO来看大信号C-V特性需要与VCO增益Kvro 的规格(specification) —致。由第一耦接电阻性元件110与第二耦接电阻性元件112中 的每一者所致的热噪声Vn会引发所不需要的载波频率周围的相位噪声。对于预定的带宽 Δ f，热噪声Vn可表示如下Vn =7 = kTRAf(1)在上述方程式(1)中，▽表示电压方差(均方)，k表示波兹曼常数(Boltzmarm' s
constant), T为绝对温度，而R为电阻值。此外，热噪声Vn导致的VCO调制发射器噪声与 VCO增益Kra成比例(in proportion)。为了减少不需要的热噪声Vn，耦接电阻性元件(如 第一耦接电阻性元件110与第二耦接电阻性元件112)的电阻值R应设定为小数值。此外， 在Q因子Ql与Q2大于5的条件下，Q因子Ql与Q因子Q2具有以下特性Q1 Ω *R*Cvar (2)
+CvJ(3)
momCva,-表示可调电容性元件(如第一可调电容性元件102或第二可调电容性元件 104)的电容值，C_表示耦接电容性元件(如第一耦接电容性元件106与第二耦接电容性 元件108)的电容值，而Ω表示角频率。当减少耦接电阻性元件的电阻值R以降低热噪声时，则须增加比率》以将Q因
mom
子Q2保持在所需数值。较佳的，Q因子Q2应维持在一大数值以保持VCO的Q因子。然而， 比率的增加会引起可调电容性元件上更小的内部摆动(swing)，降低VCO增益Kvro线性
mom
度(linearity)。换言之，Q因子与VCO增益Kvcq线性度(linearity)成反比(contradict)。 因此，Q因子Q2以及所述线性度是比率^^的函数。
mom为了同时达到线性度与高Q因子的要求，而需要将至少一个附加电容性元件特别 加入到可调电容性装置100中。接下来将揭示基于图1中所示的电路架构的多个改进电路 设计。图2显示的是根据本发明第二实施例的可调电容性装置200的示意图。除了图1 中所示的第一可调电容性元件102、第二可调电容性元件104、第一耦接电容性元件106、第 二耦接电容性元件108、第一耦接电阻性元件110以及第二耦接电阻性元件112，可调电容 性装置(如变容装置)200还包含第一特定电容性元件(如电容器)202以及第二特定电 容性元件(如电容器)204，其中所述第一特定电容性元件202具有第一端W7以及第二端 附8，第一特定电容性元件202的第一端W7耦接于第一可调电容性元件102的第一端mi， 而第一特定电容性元件202的第二端N18耦接于第一可调电容性元件102的第二端W2 ； 所述第二特定电容性元件204具有第一端N27以及第二端N28，第二特定电容性元件204的 第一端N27耦接于第二可调电容性元件104的第一端N21，而第二特定电容性元件204的第 二端N28耦接于第二可调电容性元件104的第二端N22。图2所示的可调电容性装置200利用差分拓扑实施，以满足差分应用的需求。然 而，可调电容性装置也可利用单端拓扑实施，以满足单端应用的需求。请参照图3，图3显示 的是根据本发明第三实施例的可调电容性装置300的示意图。在图3显示的选替设计中， 可以省略图2所示的第二可调电容性元件104、第二耦接电容性元件108、第二耦接电阻性 元件112以及第二特定电容性元件204。
对于图2中所示的可调电容性装置200与图1中所示的可调电容性装置100之间 的比对情况详细描述如下。图4(a)显示的是可调电容性装置200中部分电路的代表性电路模型。图4(b)显 示的是可调电容性装置100中部分电路的代表性电路模型。作为代表性电路模型，图4(a) 与图4(b)中不便标示与图2以及图1一一对应的具体元件符号。为了便于理解，请一并参 照图2与图4(a)。如图4(a)中所示，可调电容性装置200中的第一可调电容性元件102具 有电容值Ccia，可调电容性装置200中的第一耦接电容性元件106具有电容值Cia，可调电容 性装置200中的第一特定电容性元件202具有电容值C2a，电导(conductance)表示为GQA， 而第一连接端NC_1处的电压电平为Vda，第一可调电容性元件102的第二端处的电压电平 为Via以及第一电压输入端NV_1处的电压电平为VVA。为了便于理解，请一并参照图1与图 4(b)。如图4(b)中所示，可调电容性装置100中的第一可调电容性元件102具有电容值 Cob,可调电容性装置100中的第一耦接电容性元件106具有电容值Cib，电导表示为Gcib，而第 一连接端NC_1处的电压电平为Vdb，第一可调电容性元件102的第二端处的电压电平为Vib 以及第一电压输入端NV_1处的电压电平为VVB。忽略Gcia与Gcib，可调电容性装置200的内部摆动Via以及可调电容性装置100的内 部摆动Vib可由以下方程表示
权利要求
1.一种可调电容性装置，包含第一可调电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一可调电容性元件的第一 端耦接于用以接收第一输入电压的第一电压输入端；第一耦接电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电容性元件的第一 端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电容性元件的第二端耦接于 所述可调电容性装置的第一连接端；第一耦接电阻性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电阻性元件的第一 端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电阻性元件的第二端耦接于 用以接收第二输入电压的第二电压输入端；以及第一特定电容性元件，耦接于所述第一可调电容性元件的第一端与所述第一可调电容 性元件的第二端之间；其中，所述第一输入电压与所述第二输入电压其中之一为控制电压，而另一个为参考 电压，其中所述控制电压是用于调节所述可调电容性装置的电容值。
2.根据权利要求1所述的可调电容性装置，其特征在于，进一步包含第二可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二可调电容性元件的第一端 耦接于所述第一电压输入端，而所述第二可调电容性元件的第二端耦接于所述第一特定电 容性元件；以及第二耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电阻性元件的第一端 耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电阻性元件的第二端耦接于用 以接收第三输入电压的第三电压输入端，所述第二输入电压与所述第三输入电压同为控制 电压或者所述第二输入电压与所述第三输入电压同为参考电压。
3.根据权利要求1所述的可调电容性装置，其特征在于，进一步包含第二可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中所述第二可调电容性元件的第一端 耦接于所述第一电压输入端；以及第二耦接电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电容性元件的第一端 耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电容性元件的第二端耦接于所 述可调电容性装置的第二连接端；第二耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电阻性元件的第一端 耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电阻性元件的第二端耦接于所 述第二电压输入端；以及第二特定电容性元件，耦接于所述第二可调电容性元件的第一端与所述第二可调电容 性元件的第二端之间。
4.根据权利要求3所述的可调电容性装置，其特征在于，进一步包含第三可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第三可调电容性元件的第一端 耦接于所述第一电压输入端，而所述第三可调电容性元件的第二端耦接于所述第一特定电 容性元件；第四可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第四可调电容性元件的第一端 耦接于所述第一电压输入端，而所述第四可调电容性元件的第二端耦接于所述第二特定电 容性元件；第三耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第三耦接电阻性元件的第一端 耦接于所述第三可调电容性元件的第二端，而所述第三耦接电阻性元件的第二端耦接于用 以接收第三输入电压的第三电压输入端；以及第四耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第四耦接电阻性元件的第一端 耦接于所述第四可调电容性元件的第二端，而所述第四耦接电阻性元件的第二端耦接于所 述第三电压输入端；其中，所述第二输入电压与所述第三输入电压同为控制电压或所述第二输入电压与所 述第三输入电压同为参考电压。
5.根据权利要求1所述的可调电容性装置，其特征在于，所述第一特定电容性元件包含特定可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述特定可调电容性元件的第一端 耦接于所述第一电压输入端；特定耦接电容性元件，耦接于所述特定可调电容性元件的第二端与所述第一可调电容 性元件的第二端之间；以及特定耦接电阻性元件，耦接于所述特定可调电容性元件的第二端与所述第二电压输入 端之间。
6.根据权利要求5所述的可调电容性装置，其特征在于，所述特定可调电容性元件相 同于所述第一可调电容性元件，所述特定耦接电容性元件相同于所述第一耦接电容性元 件，而所述特定耦接电阻性元件相同于所述第一耦接电阻性元件。
7.根据权利要求1所述的可调电容性装置，其特征在于，所述第一可调电容性元件由 金属氧化物半导体晶体管或二极管实施。
8.一种可调电容性装置，包含第一可调电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一可调电容性元件的第一 端耦接于用以接收第一输入电压的第一电压输入端；第二可调电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二可调电容性元件的第一端 耦接于所述第一电压输入端；第一耦接电容性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电容性元件的第一 端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电容性元件的第二端耦接于 所述可调电容性装置的第一连接端；第二耦接电容性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电容性元件的第一端 耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电容性元件的第二端耦接于所 述可调电容性装置的第二连接端；第一耦接电阻性元件，具有第一端以及第二端，其中，所述第一耦接电阻性元件的第一 端耦接于所述第一可调电容性元件的第二端，而所述第一耦接电阻性元件的第二端耦接于 用以接收第二输入电压的第二电压输入端；第二耦接电阻性元件，具有第一端与第二端，其中，所述第二耦接电阻性元件的第一端 耦接于所述第二可调电容性元件的第二端，而所述第二耦接电阻性元件的第二端耦接于所 述第二电压输入端；以及特定电容性元件，耦接于所述第一可调电容性元件的第二端与所述第二可调电容性元件的第二端之间；其中，所述第一输入电压为控制电压，用于调节所述可调电容性装置的电容值，而所述 第二输入电压为参考电压。
9.根据权利要求8所述的可调电容性装置，其特征在于，所述第一可调电容性元件与 所述第二可调电容性元件由金属氧化物半导体晶体管或二极管实施。
全文摘要
一种可调电容性装置，该可调电容性装置包含第一可调电容性元件，其第一端耦接于第一电压输入端；第一耦接电容性元件，其第一端耦接于第一可调电容性元件的第二端，其第二端耦接于第一连接端；第一耦接电阻性元件，其第一端耦接于第一可调电容性元件的第二端，其第二端耦接于第二电压输入端；第一特定电容性元件，耦接于第一可调电容性元件的第一端与第二端之间；第一输入电压与第二输入电压其中之一为控制电压，而另一个为参考电压，控制电压用于调节可调电容性装置的电容值。藉此，本发明其效果之一可同时达到线性度与高Q因子的要求。
文档编号H03B5/02GK101997482SQ20091021079
公开日2011年3月30日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年8月27日
发明者李文昶 申请人:联发科技股份有限公司