专利名称：可变电容装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变电容装置，特别是涉及一种可在大范围内连续性地调整电容大小的可变电容装置。
背景技术：
传统的变容器可利用MOS制程来完成，如图1所示的MOS变容器(MOS varactor)，其电容调谐率(Capacitance tuning ratio)小于3，且需要复杂的光罩，而不符合实际的需要。图2则是使用CMOS制程来完成的二极管变容器(Diode varactor)，其电容调谐率小于2，因此，只能在小范围内调整电容，也难以符合实际的需要。
另外还有以数字方式来设计变容器，如图3所示的数字变容器电路，其由电容器CF、CDO～N及开关晶体管SO~N所构成，其中，开关晶体管SO～N分别控制电容器CDO～N是否并联至CF，因此，通过控制开关晶体管SO～N的导通与否，即可改变并联的电容器的数目，故能达成调整电容的效果，且通过增加电容器CDO～N的数目，即可大幅增加其电容调谐率，然而，这种电容改变只能将电容调整至特定值，而无法连续性地调整电容。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可变电容装置，其可在大范围内连续性地调整电容大小。
本发明的另一目的在于提供一种差分可变电容装置，其可在大范围内连续性地调整电容大小。
为达成上述目的，根据本发明的一个方面，所提出的可变电容装置包括一电容电路，具有一电容器组及跨接于该电容器组的第一晶体管；第一可变电阻器；以及第二晶体管，其耦合至该第一晶体管且串接于该第一可变电阻，用以将电压施加于电容电路所产生的输出信号反馈到该第一晶体管，以通过调整该第一可变电阻器而控制该第一晶体管的增益。
根据本发明的另一方面，所提出的差分可变电容装置包括第一电容电路，具有第一电容器组及跨接于该第一电容器组的第一晶体管；第一可变电阻器；第二晶体管，其耦合至该第一晶体管且串接于该可变电阻器，用以将电压施加于该第一电容电路所产生的输出信号反馈至该第一晶体管；第二电容电路，具有第二电容器组及跨接于该第二电容器组的第三晶体管；以及第四晶体管，其耦合至该第三晶体管且串接于该可变电阻器，用以将电压施加于该第二电容电路所产生的输出信号反馈至该第三晶体管，以通过调整该可变电阻器而控制该第一及第三晶体管的增益。
图1是公知MOS制程制作的变容器的结构图。
图2是公知CMOS制程制作的二极管变容器的结构图。
图3是公知数字式变容器的电路图。
图4是根据本发明的可变电容装置的电路图。
图5显示本发明的可变电容装置的等效小信号模性。
图6是根据本发明的差分可变电容装置的电路图。
具体实施例方式
有关本发明的可变电容装置的一优选实施例，请先参照图4所示的电路图，其包括一电容电路41及一反馈电路42，其中，电容电路41具有一电容器组411、一晶体管412、一电流源413及一电阻装置414；而反馈电路42则具有一晶体管415、一可变电阻器416及一电流源417，在本实施例中，该晶体管412、415为MOS晶体管。
在前述电容电路41中，晶体管412以其源极S及漏极D跨接于该电容器组411的两端，前述电容器组411为一电容器4111或多个并联的电容器4111。前述电流源413串接于该晶体管412的源极S，以将偏压电流提供给该晶体管412，使晶体管412可操作于其工作区。前述电阻装置414串接于电容器组411及晶体管412，其可为一电阻器或可变电阻器，在本实施例，电阻装置414为一可变电阻器，优选为一电压控制电阻器。以此电容电路41，当电压Vn施加其上时，将产生一电容效应，并在晶体管412的源极产生输出信号。
在前述反馈电路42中，可变电阻器416优选为一电压控制电阻器，晶体管415的漏极D连接于该可变电阻器416及晶体管412的栅极G，而其栅极G连接于晶体管412的源极S。前述电流源417串接于晶体管415的漏极D，以将偏压电流提供给晶体管415，使晶体管415可操作于其工作区。此反馈电路42是将电压施加于电容电路41所产生的输出信号反馈至晶体管412，以通过调整可变电阻器416而控制晶体管412的增益gm，及通过调整电阻装置414而控制晶体管415的增益gm。
为进一步分析前述可变电容装置，图5绘出了其等效小信号模性，其中C代表电容器组411的电容，Rv1及Rv2分别代表电阻装置414及可变电阻器416的电阻，gm1及gm2分别代表晶体管412及415的增益，Vgs1及Vgs2分别代表晶体管412及415的栅极与源极间的电压，Cgs1及Cgs2分别代表晶体管412及415的栅极与源极间的等效电容。而由节点N所得到的等效阻抗为Zeff＝(1/jωC)[1+gm1Rv1+gm1gm2Rv1Rv2+jωRv1C]，经由选择组件尺寸的大小、电容值及电阻值，可使得gm1gm2Rv1Rv2＞＞ωRv1C、gm1gm2Rv1Rv2＞＞gm1Rv1、且gm1gm2Rv1Rv2＞＞1，而将等效阻抗化简为Zeff＝gm1gm2Rv1Rv2/jωC＝(1/jωCeff)，其中，Ceff为等效电容，因此，可得到等效电容Ceff＝C/gm1gm2Rv1Rv2，据此可知，可变电阻器416的电阻Rv2的作用在于调整增益gm1(成为gm1Rv2)，而电阻装置414的电阻Rv1的作用在于调整增益gm2(成为gm2Rv1)，所以，通过单独调整可变电阻器416的电阻或是同时调整电阻装置414及可变电阻器416的电阻，即可在大范围内连续性地调整电容的大小，且通过在电容器组411中增/减并联的电容器4111数目，可更进一步变动电容器组411的电容C，而改变可变电容装置的调整范围。
图6显示本发明的可变电容装置的另一优选实施例的电路图，其为一差分可变电容装置的类型，此差分可变电容装置由两个相同的可变电容装置61、62所构成，每一个可变电容装置61、62的电路结构与上述实施例相当，但可变电容装置61、62共享一可变电阻器63及一电阻装置64，其中，可变电阻器63连接于晶体管612的栅极及晶体管622的栅极之间，电阻装置64连接于晶体管615的栅极及晶体管625的栅极之间。此差分可变电容装置达成连续性地调整电容的大小及改变电容调整范围的原理与前一时施例相当，故不再详述。
由上述的说明可知，本发明是利用电路技巧来实现变容器的制作，其电路组件均可利用传统的CMOS制程便可完成，且完全可以利用模拟的方式来控制电容的调整，同时加上电容器组的电容数量的选择，更可以大幅增加电容调谐率。
上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种可变电容装置，包括一电容电路，具有一电容器组及跨接于该电容器组的第一晶体管；一第一可变电阻器；以及一第二晶体管，其耦合至该第一晶体管且串接于该第一可变电阻，用以将电压施加于电容电路所产生的输出信号反馈至该第一晶体管，以通过调整该第一可变电阻器而控制该第一晶体管的增益。
2.如权利要求1所述的可变电容装置，其中，该电容器组为至少一并接的电容器。
3.如权利要求1所述的可变电容装置，其中，该第一、第二晶体管为MOS晶体管。
4.如权利要求3所述的可变电容装置，其中，该第二晶体管的漏极连接于该第一可变电阻器及该第一晶体管的栅极。
5.如权利要求4所述的可变电容装置，其中，该第二晶体管的栅极连接于该第一晶体管的源极。
6.如权利要求1所述的可变电容装置，其进一步包含一电阻装置，串接于该电容器组及该第一晶体管。
7.如权利要求6所述的可变电容装置，其中，该电阻装置为一电阻器。
8.如权利要求6所述的可变电容装置，其中，该电阻装置为一第二可变电阻器。
9.如权利要求8所述的可变电容装置，其中，该第二可变电阻器为电压控制电阻器。
10.如权利要求1所述的可变电容装置，其进一步包含第一及第二电流源，分别串接于该第一及第二晶体管，以提供偏压电流给该第一及第二晶体管。
11.如权利要求1所述的可变电容装置，其中，该第一可变电阻器为电压控制电阻器。
12.一种差分可变电容装置，包括一第一电容电路，具有一第一电容器组及跨接于该第一电容器组的第一晶体管；一第一可变电阻器；一第二晶体管，耦合至该第一晶体管且串接于该可变电阻器，用以将电压施加于该第一电容电路所产生的输出信号反馈至该第一晶体管；一第二电容电路，具有一第二电容器组及跨接于该第二电容器组的第三晶体管；以及一第四晶体管，耦合至该第三晶体管且串接于该可变电阻器，用以将电压施加于该第二电容电路所产生的输出信号反馈至该第三晶体管，以通过调整该可变电阻器而控制该第一及第三晶体管的增益。
13.如权利要求12所述的可变电容装置，其中，该第一及第二电容器组分别为至少一并接的电容器。
14.如权利要求12所述的可变电容装置，其中，该第一、第二、第三及第四晶体管为MOS晶体管。
15.如权利要求14所述的可变电容装置，其中，该第二晶体管的漏极连接于该第一可变电阻器及该第一晶体管的栅极，该第四晶体管的漏极连接于该第一可变电阻器及该第三晶体管的栅极。
16.如权利要求15所述的可变电容装置，其中，该第二晶体管的栅极连接于该第一晶体管的源极，该第四晶体管的栅极连接于该第三晶体管的源极。
17.如权利要求12所述的可变电容装置，其进一步包含一电阻装置，其连接于该第一及第三晶体管之间。
18.如权利要求17所述的可变电容装置，其中，该电阻装置为一电阻器。
19.如权利要求17所述的可变电容装置，其中，该电阻装置为一第二可变电阻器。
20.如权利要求19所述的可变电容装置，其中，该第二可变电阻器为电压控制电阻器。
21.如权利要求12所述的可变电容装置，其进一步包含第一、第二、第三及第四电流源，分别串接于该第一、第二、第三及第四晶体管，以提供偏压电流给该第一、第二、第三及第四晶体管。
22.如权利要求12所述的可变电容装置，其中，该第一可变电阻器为电压控制电阻器。
全文摘要
本发明涉及一种可变电容装置，包括具有一电容器组及跨接于该电容器组的第一晶体管的电容电路、第一可变电阻器以及第二晶体管，其中，该第二晶体管耦合至该第一晶体管且串接于该第一可变电阻，用以将电压施加于电容电路所产生的输出信号反馈至该第一晶体管，以通过调整该第一可变电阻器而控制该第一晶体管的增益。
文档编号H01L29/00GK1832342SQ20051005364
公开日2006年9月13日 申请日期2005年3月9日 优先权日2005年3月9日
发明者钟元鸿 申请人:凌阳科技股份有限公司