[發明專利]電容器切換電路

有效

• 申請號: 201080025959.0
• 申請日: 2010-06-09
• 公開（公告）號: CN102460955A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 拉賈戈帕蘭·蘭加拉詹;欽瑪雅·米什拉
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: H03B5/12
• 分類號: H03B5/12
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 宋獻濤

技術領域

本文獻中描述的設備及方法涉及切換電路，且更明確地說，涉及用于調諧通信設備中的振蕩器頻率的電容器切換電路。

背景技術

可調諧頻率產生器用于許多不同電子裝置中。舉例來說，無線通信裝置使用頻率產生器將所發射的信號上變頻轉換為中間頻率及RF頻率，且將接收到的信號下變頻轉換為中間頻率及基帶頻率。因為操作頻率變化，所以產生器的頻率需要為可調諧的。

多種通信標準及多個頻帶所需的頻率覆蓋通常需要寬調諧范圍振蕩器，例如壓控振蕩器(VCO)及數控振蕩器(DCO)。振蕩器的調諧范圍的廣度是一項重要性能參數。常常需要增加調諧范圍以(例如)覆蓋多個頻帶。

可調諧振蕩器的其它性能準則包括相位噪聲性能、功率消耗，及大小。不同性能準則有時相互競爭。

常規可調諧振蕩器可由(例如)切換電容器調諧到振蕩器電感-電容(LC)諧振電路中或從振蕩器電感-電容(LC)諧振電路調諧出。所述可調諧振蕩器的調諧的最高頻率及準確度兩者均可能受到電容切換電路中的寄生電容限制。因此，需要降低與調諧電路相關聯的寄生電容。

集成電路技術的進步已使得能夠縮減裝置的大小或規模，且藉此使得能夠降低供電電壓電平。然而，跨這些裝置的不同端子的電壓擺動需求可能并不隨裝置大小而成比例地調整。用于無線應用的高性能振蕩器中的嚴格相位噪聲需求可能需要跨LC諧振電路的相對較大的電壓擺動。舉例來說，振蕩器諧振電壓擺動可能需要大到三伏的峰間值，以滿足適用于CDMA?1X模式中的個人通信服務(PCS)頻帶的相位噪聲規格要求。

大電壓擺動可能對晶體管裝置造成過度壓力，且降低裝置的預期使用壽命或引起裝置徹底損壞。因此，可靠性及耐久性問題在推動納米互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝中的設計決策中往往起重要作用。

可調諧振蕩器的重要塊之一可為頻率粗調塊，其具有二進制加權電容器陣列或二進制加權電容器組，所述二進制加權電容器具有開關。圖1說明電容器組的一個示范性元件100的選定部分。所述部分包括晶體管開關105、電容器130及135，以及電阻器110、115及120。所述元件經配置以使得晶體管105的狀態由互補控制信號電壓b0及控制。當b0為低，且為高時，晶體管105處于傳導(低阻抗)狀態，從而將電容器130/135的串聯組合有效地置于可調諧振蕩器的諧振電路中。當b0為高且為低時，晶體管105處于非傳導(高阻抗)狀態，從而從可調諧振蕩器的諧振電路有效移除電容器130/135的串聯組合。假定晶體管105的漏極與源極之間的寄生電容與電容器130/135的電容相比較小，那么是寄生電容支配由元件100貢獻給諧振電路的總電容。因此，需要使寄生電容保持較低，使得元件100對諧振電路的影響在非傳導狀態下降低。

在晶體管105的斷開狀態中，源極與漏極之間的最高電位差(V_SD)、源極與柵極之間的最高電位差(V_SG)及漏極與柵極之間的最高電位差(V_DG)取決于控制電壓b0及以及跨可調諧振蕩器的諧振電路的電壓。假定(1)跨振蕩器的諧振電路的電壓在接地與2×V_DD電位之間變化，且(2)控制信號電壓b0及也在接地與V_DD電位之間變化，那么電位差V_SD、V_SG及V_DG的量值達到(2×V_DD)。如上文所指出，這可能對晶體管105造成過度壓力，在小規模納米設計中尤其如此，且因此引起晶體管105的可靠性及耐久性性能量度降低。擊穿問題可能存在于65納米規模設計中，且可能隨著技術發展到45納米規模、32納米規模而加劇，且在亞微米領域中更加嚴重。

改進晶體管開關的可靠性及耐久性的一種方式是在電容器組晶體管開關(例如晶體管105)中使用厚氧化物裝置。顧名思義，厚氧化物晶體管在其柵極中具有較厚的氧化物(與薄氧化物晶體管相比)，且因此可在擊穿前維持較高的柵極到源極與柵極到漏極電壓。盡管厚氧化物方法中跨晶體管節點的電位差仍然與薄氧化物方法相同，但可靠性及耐久性得到改進，因為較厚的氧化物在較高電壓下擊穿。然而，此優點需要付出代價：厚氧化物晶體管在斷開(高阻抗)狀態下還具有較大的寄生電容，其直接影響調諧范圍。如上文所論述，這是不合需要的，在寬調諧范圍振蕩器中尤其如此。