专利名称：高频可变电容器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高频电路(含集成电路和分立电路)，更具体的，涉及一种具有减少电路复杂度，增加电容可调范围，以及维持一定的线性度和对温度及电压的稳定性等优点的高频可变电容器电路。
背景技术：
在许多高频电路设计中，变容器(可变电容器)是一个相当关键性的元件。无论是在分立元件或是集成电路中，变容器的制法一般都可分成两大类型第一类型是利用制程上或是材料上的配置形成所需的变容特性而构成单一元件。图1A为P-N耗尽型二极管的构造图，其为最早使用的变容二极管。图1B则为增强型金属氧化半导体晶体管(MOS)依一特定接法构成的同样功能的变容二极管。上述图1A及1B所示即为两个现有技术中元件型变容器的例子，然此元件型变容器具有制程依赖性大；温度特性差；工作范围(输出入振幅大小)不易控制，导致整体线性度恶化；以及可调频率范围小等缺点。
第二类型则是利用电路的技巧做出同样特性的电路以取代之前的纯元件，此类的目的是通过牺牲晶片面积来获得增加可调范围，且减少温度影响等的好处。如图2A、2B及2C所示即是利用电路来趋近并模拟出像元件型的变容器。然而目前所知此电路型变容器有如下缺点1、线性度差；2、控制电路复杂；
3、耗电量大；以及4、部分的设计为提高线性度而导致增加过大的晶片面积。
发明内容
本发明的一个目的在于设计一种高频电路(含可使用在集成电路和分立电路上)，该高频电路可以广泛地使用在如MOS，BJT，SiGe及GaAs等晶体管电路上，且在不耗用太多的电流和使用合理面积的情况下，具有减少电路复杂度，增加电容可调范围，以及维持一定的线性度和对温度及电压的稳定性等优点。
根据本发明的一种高频可变电容器电路，包括一晶体管，其包含一控制端及二个非控制端；一耦合电容器，该耦合电容器的两端分别连接至该晶体管的二个非控制端；及一可变电阻，其中该可变电阻的一端连接至该耦合电容器的一端。
上述高频电路可使用在压控振荡器及滤波器等电路上，且其经由模拟和实际验证可得到如下优点1、在同样的晶片面积下可调范围比大部分的元件型变容器大；2、调整用的控制线路极为简单；3、因为元件少，可使用的频率极高；以及4、对制程、温度和电压的稳定性极高，十分适合用在集成电路上。
图1A为现有技术中的P-N耗尽型变容二极管的构造图；图1B为现有技术中的增强型金属氧化半导体晶体管变容器的构造图；图2A为现有技术中利用电路技巧而做出的变容器的一电路图；图2B为现有技术中利用电路技巧而做出的变容器的一电路图；
图2C为现有技术中利用电路技巧而做出的变容器的一电路图；图3A为根据本发明的一实施例的一单端电路图；图3B为根据本发明的一实施例的一差动端电路图；图3C为根据本发明的一种调整耦合电容CC的电容值的一等效电路图；图3D为根据本发明的一种调整耦合电容CC的电容值的一等效电路图；图3E为根据本发明的一种调整耦合电容CC的电容值的一等效电路图；图3F为根据本发明的一种调整可变电阻RS的电阻值的一等效电路图；图3G为根据本发明的一种调整可变电阻RS的电阻值的一等效电路图；图3H为根据本发明的一种调整可变电阻RS的电阻值的一等效电路图；图3I为根据本发明的电容Ceff与电阻RS的关系曲线图，其中CP为杂散电容；图3J为根据本发明的达成此并联电阻RS效应的一电路图；图3K为根据本发明的达成此并联电阻RS效应的一电路图；图4A为根据本发明的包括LC tank和负Gm线路的VOC方块图；图4B则为根据本发明的一VCO电路图；图5则为根据本发明的图3A的更详细的等效电路图。
图式元件符号说明1、N-层2、P+层3、P-层
4、N+层5、P-层6、NMOS晶体管7、耦合电容CC8、电流源IO9、可变电阻RS10、LC tank(含电感L和有效可变电容Ceff)11、负Gm线路12、负载ZC13、负载Zi14、负载ZS具体实施方式
本发明所揭示的电路可用于如图3A的单端电路及如图3B的差动电路上。以图3A为例，MO为一NMOS晶体管6，耦合电容CC7位于该NMOS晶体管的漏极端和源极端之间，而电流源IO8和可变电阻RS9并联。本发明的一实施例所揭示的高频电路包括一NMOS晶体管6，一耦合电容CC7，一可变电阻RS9，且其中该可变电阻RS9的一端连接至该耦合电容CC7的一端。在MO的输入阻抗和输出阻抗不计的情形下，可以通过简单的推导得到从MO的漏极端看进去的对地阻抗Xin为Xin=1SCC(1+gm·RS)(1),]]>其中gm为MO的电导率；而有效电容Ceff与该gm的关系为Ceff=CC1+gm·RS+Cp(2)]]>因而由公式(2)可知，只要调整电路中的CC7，gm或是RS9即可得到所欲的电容值。此处所指调整CC7的型式可通过如图3C，3D，及3E等的实际接法而达成。而调整RS的方式亦可通过串联或并联多个电阻来替代单一RS；该串联或并联多个电阻而构成的等效电阻RS可包含如图3F，3G，及3H所示的电路。图3I即为描述此一特性的关系曲线图。而差动电路的原理与该单端电路的原理完全相同，并经由其特殊的电路配置而使得gm的控制更为容易。
根据上述的公式(2)，Ceff可以调整到十分精确，并免去一般需要大量开关的电路。而可变电阻Rs9的效应亦可通过如图3J及3K的电路来达成。根据本发明所设计出的高频电路可应用于VCO及滤波器等电路上，其具有如下优点1、在同样的晶片面积下可调范围比大部分的元件型变容器大；2、调整用的控制线路极为简单；3、因为元件少，可使用的频率极高；以及4、对制程、温度和电压的稳定度极高，十分适合用在集成电路上。
如图4A为根据本发明的一包括LC tank 10和负Gm线路11的VCO方块图；而图4B为根据本发明的一VCO电路图，此处的RS可用一NMOS取代。而图5为图3A的更详尽的等效电路图，在1Zi<<gm]]>且Zi＞＞ZS的条件下，由图可知VXiX=ZC[1+(gm+1Zi)·(ZS//Zi)≈ZC(1+gm·ZS)=1SCC(1+gm·RS),]]>故可验证上述公式(1)的正确性。
权利要求
1.一种高频可变电容器电路，包括一晶体管，其包含一控制端及二个非控制端；一耦合电容器，该耦合电容器的两端分别连接至该晶体管的二个非控制端；及一可变电阻，其中该可变电阻的一端连接至该耦合电容器的一端。
2.如权利要求1的电路，还包含一电流源，该电流源的一端是连接至该晶体管的一个非控制端。
3.如权利要求1的电路，其中该晶体管为一双极型结型晶体管。
4.如权利要求1的电路，其中该晶体管为一金属氧化半导体场效应晶体管。
5.如权利要求1的电路，其中该可变电容器的电容值，可通过调整该可变电阻值的方式而得到想要的电容值。
6.如权利要求1的电路，其中该可变电容器的电容值，可通过调整该晶体管的转移电导的方式而得到想要的电容值。
7.如权利要求1的电路，其中该可变电容器的电容值，可通过调整该耦合电容器的电容值的方式而得到想要的电容值。
8.一种高频差动可变电容器电路，包括一第一晶体管，该第一晶体管包含一第一控制端及一第一对非控制端；一第二晶体管，该第二晶体管包含一第二控制端及一第二对非控制端；一对耦合电容器，其每一电容器的两端分别连接至该第一晶体管的第一对非控制端及该第二晶体管的第二对非控制端；及一可变电阻，其两端分别连接至该对耦合电容器的一端。
全文摘要
本发明揭示一种高频电路(含集成电路和分立电路)，该高频电路可以广泛地使用在如MOS，BJT，SiGe，及GaAs等晶体管电路上。除了不耗用太多的电流及使用合理的晶片面积之外，本发明高频电路亦包含可具有减少电路复杂度，增加电容可调范围，以及维持一定的线性度和对温度及电压的稳定性等优点。根据本发明的高频电路亦可用于压控振荡器及滤波器等电路上。
文档编号H03H11/00GK1457147SQ0211915
公开日2003年11月19日 申请日期2002年5月10日 优先权日2002年5月10日
发明者萧宇劭 申请人:萧宇劭