應用於壓控振蕩器的多接頭微調電容器的製作方法
2023-06-11 18:13:11
專利名稱：應用於壓控振蕩器的多接頭微調電容器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電容器，尤其涉及應用於壓控振蕩器(VCO)的多接頭微調電容器。
現有技術電子技術的發展使得日益減小的電子設備能夠完成愈加複雜的功能。發展顯著的一個領域是通信領域。通信電子的小型化使系統設計人員可以設計採用較小和較輕設備的複雜系統。該領域中的這一結果可以由世界範圍內激增的蜂窩及相關通信系統看出。
應用於現代設備中的電子線路通常要求具有小而精確的電容值。這種類型電路的一個實例是壓控振蕩器(VCO)。壓控振蕩器VCO用來對通信設備中的發射機和接收機產生射頻(RF)信號。一個VCO通常包括一個VCO模塊，該模塊包括一個諧振器和作為該模塊一部分的耦合電容器。在壓控振蕩器VCO中，需要兩個或更多個分立的耦合電容器，用於把諧振器的一個輸出端耦合到電路中的其它元件。通常，諧振器耦合到與電路中其它元件相連接的變容二極體和三極體。
在VCO模塊的生產過程中，需要調諧振蕩電路到最合適的工作狀態。為了調諧模塊，耦合電容器的容值必須進行調整。對於分立電容器，這是一個困難的過程。在裝配電路之前，必須對電容器進行細緻的測量與挑選。在通常的VCO應用中所採用的小數值範圍，該值可以小於1pF，電容器的誤差容限為+/-0.1pF。如果需用0.2pF的電容器，此誤差容限就使得該電容值為0.1-0.3pF。此誤差容限下有+/-50％的偏移，會嚴重影響電路的質量。另外，兩個分立電容器並不是純容性的，還對電路產生更複雜的影響。
圖1說明了用於連接壓控振蕩器(VCO)電路100中的諧振器104的常用技術。諧振器104的輸出接頭102，在點112，114和116處與電容器106和108相連接。振蕩器電路100中的變容二極體和三極體(未畫出)，分別在點120和118與電容器106和108相連接。兩個分立電容器106和108，每一個都需要兩個焊點與電路100相連接。這些焊點會在電路中引入寄生電感和阻性損失。而且，電容的複數分量模型也包括在設備封裝中引入的寄生電感和一些阻性損耗，這會加大電路中的損失。這就導致諧振器到電路耦合的Q值惡化。Q定義為1/(2πfccRs)，其中fc是電路的工作頻率，C是電容器的容值，Rs是電容器的等效串聯阻抗。低Q值可能會在電路中產生不希望有的損耗，並在高頻處影響VCO的信號噪聲性能。此影響在頻率高於1GHZ時更加顯著。另外，當採用分立電容器時，會因為兩個分立電容器之間較長的信號路徑，產生傳輸相移。
由於上述原因，一旦電容器106和108被測量、挑選及焊接到電路100中，對於特定的應用，實際的電路內在容值也許不能接受。為了調諧圖1所示壓控振蕩器VCO100，達到某一特定頻帶內的最佳特性，諧振器的參數必須要在裝配後進行調整。可以用手刮掉諧振器104的材料，或者改變電容器106和108的值，對VCO進行調諧。刮掉諧振器104中的材料，使VCO的工作頻率範圍是向上還是向下偏移，取決於材料被去掉的部位。改變電容器106的值可以同時影響工作頻率向上和向下，以及擴展或壓縮工作頻帶，取決於電容值的改變是增大還是減小。改變電容器108的值可降低Q值或者改變VCO的振蕩特性，取決於電容值的改變是增大還是減小。
電容器106的值決定變容二極體到諧振器104的容性耦合。增大電容器106的電容值，就會增加變容二極體到諧振器104的總容性耦合。變容二極體較強的總容性耦合會減小工作頻率值，並且會增加VCO可被調諧的頻帶寬度。減小電容器106的電容值，就會減小變容二極體到諧振器104的總容性耦合。變容二極體較弱的總容性耦合會增大工作頻率值，並且減小VCO可被調諧的頻帶寬度。
電容器108決定諧振電路到諧振器三極體的容性耦合，因此決定諧振電路的Q值。增大電容器108的電容值，會導致電路具有較低的Q值，因而會導致較低的信噪比(C/N)。減小電容器108的電容值，就會減小諧振電路到三極體的容性耦合。如果容性耦合太小，VCO就會由於諧振器三極體的弱反饋作用而不能起振。
由於上述原因，在調諧壓控振蕩器VCO時，有必要改變電容器106和108的值，以調整VCO的工作頻帶寬度，或者調諧電路的Q值。諸如電容器106和108電容器的替換是費時和難於實現的。另外，還很難確定不同的替換電容值的影響。由於電容器的替換需要進行新的焊接，這就會由替換電容器的寄生電感和阻性損耗代替已有電容器的寄生電感和阻性損耗，使得替換電容器的電路內在容值同其預定值發生很大變化。
採用具有精細設計誤差容限的小容值，並且該容值可在高射頻RF頻率被調諧的電容器，將可提供一種優點。如果這些電容器可以在電路中易於被精確地調諧，並且可以採用最少數目的焊點和最短的引線長度，並因此提供較高的Q值和較低的相移，則還可以提供另一種優點。另外，如果該電容器是易於生產和封裝的，將是有利的。
發明概述本發明提供一種應用於射頻(RF)電路的多接頭微調電容器。該多接頭電容器在避免與分立電容器有關的問題的同時，提供多個小容值的電容器。在電路裝配之後，所述電容器易於在電路中進行調諧，並且可以調到RF的應用所要求的小誤差容限。由於電容器可以被生產成對於某一特定應用，在某一具體範圍內可調諧，因此，所述範圍可以設置為足夠寬，以使電路調諧時不必替換電容器。採用多接頭電容器，要求具有最少數目的焊點，並縮短引線長度，導致電路具有較高的Q值和較小的損耗。
所述多接頭電容器包括多個以一個接頭作為每個電容器公共端的電容器。這些電容器在具有一個置於其頂表面的公共導電材料板和多個置於其較低表面的分立導電材料板的介質材料層上形成。位於介質材料較低表面上的分立導電材料板並不互相接觸。公共導電材料板形成電容器的一個公共接頭。每一個分立的導電板形成電容器的剩餘的另一個接頭。
每一個電容的容值可以單獨調諧到嚴格的誤差容限。調諧通過去掉在所要調諧的電容器中，與分立導電板直接相對，並穿過介質層的公共導電板上的材料實現。公共導電板包括為實現調諧目的而去掉的，已標定的微調薄片。
所述電容器可以用於壓控振蕩器(VCO)以將多個設備耦合到諧振器。耦合通過把多接頭電容器的公共接頭連接到諧振器接頭，以及把每一個電容器的餘下接頭連接到一個設備來實現。一個電容器的接頭連接到VCO中的三極體，其它電容器的接頭連接到VCO的變容二極體。
附圖簡述圖1圖示說明了一種用於把諧振器連接到壓控振蕩器電路的常用技術；圖2圖示說明了根據本發明，把諧振器耦合到壓控振蕩器電路的多接頭微調電容的應用；圖3圖示說明了一種根據本發明的多接頭微調電容器的頂視圖；以及圖4圖示說明了一種根據本發明的多接頭微調電容器的底視圖。
發明詳述圖2說明了一種根據本發明，在壓控振蕩器(VCO)電路中實現的多接頭微調電容器。VCO電路200包括多接頭電容器202和陶瓷諧振器204。陶瓷諧振器204包括一個中心接頭206和一個外殼208。電容器202包括介質層210，安置於介質層210頂表面218上的公共導電板212，以及兩個安置於介質層210底表面(未畫出)上的分立導電板214和216(用虛線畫出)。多接頭電容器202用於將諧振器204耦合連接到壓控振蕩器VCO電路200中的變容二極體(未畫出)和三極體(未畫出)。為了實現耦合連接，通過把接頭206連接到公共導電板212，並把介質層210較低表面上的導電板214和216中每一個分別連接到變容二極體和三極體，而使電容器202與陶瓷諧振器204的中心接頭206相連接。
現在參考圖3和圖4，其中分別說明了根據本發明的多接頭微調電容器202的一種實施例的頂視和底視圖。電容器202包括一個介質層210，一個公共導電板212，以及兩個分立的導電板214和216。公共導電板212安置於介質層210的頂表面218上(圖3)。導電板214和216安置於介質層210的底表面220上，以使兩者不互相接觸(圖4)。導電板214和216分別與導電板212中的與導電板214和216對準的部分，形成兩個電容器C1和C2。導電板212包括一個為兩個電容器所共用的接頭。介質層210可以包括任何適合類型的介質材料，例如Al2O3。導電板212，214和216可以是任何適合的導電材料，例如銀Ag。
因為介質層210可以具有精確、均勻的厚度，並且導電板212，214和216的表面積可以被精確地確定，所以電容器C1和C2可以以低的設計誤差容限而構成。
導電板212包括多個薄片，222，224，226，228，230，232和234，這些薄片可以選擇地去掉，以將電容器C1和C2調諧到所期望的容值。可以除去薄片222，224，226和228，來調諧C1的值，除去薄片230，232和234，來調諧C2的值。薄片222，224，226和228具有相等的表面積，該表面積被計算成允許通過按相同的增量遞減C1的值，來調諧C1。薄片230，232和234同樣具有相等的表面積，該表面積被計算成允許通過按相同增量遞減C2的值，來調諧C2。所述薄片可以通過手工切割去除，例如利用剪切工具，或者通過雷射切割。
對於圖2所示的應用，一種已經生產出的應用在1800-2000MHZ範圍PCS頻率的多接頭微調電容器具有初始容值分別是0.6pF和0.3pF的C1和C2。為了把VCO電路調諧到對於變容二極體和振蕩器三極體的正確耦合因子，C1和C2的容值可以分別微調降到0.3pF和0.15pF。
在圖2所示壓控振蕩器VCO中，不必替換電容器C1和C2以調諧電路。也不必經常利用手刮來調諧振蕩器。C1和C2的初始值可以設置為大於所需容值，並且可以測量電路的諧振頻率，微調降低C1和C2的值，來調諧電路。測量和調整的過程可以被重複進行，直到達到預期結果為止。改變容值之後，進行測量之前，不必等到焊料冷卻。VCO的調諧過程是迅速的，並且調諧是省事的，精確的。多接頭電容器202還提供易於封裝成帶狀和捲軸狀的優點。帶狀和捲軸狀的封裝，使得多接頭電容器可以被自動裝配。
我們相信，通過以上描述，將會對本發明的操作的構造有一個清晰的理解，而同時本發明在此作為一個特定的實施例被顯示和描述，可以在不背離由隨後權利要求所定義的本發明的精神與範圍的前提下，對此做一些變更與改進。
權利要求
1.一種多接頭電容器，包括一個具有第一個和第二個表面的介質層，所述表面基本上相互平行；一個安置於所述第一個表面上的公共導電板，該公共導電板包括所述多接頭電容器的一個接頭；以及多個安置於所述第二個表面上的分立導電板，其中所述分立導電板與公共導電板對準，從而形成相應多個電容器，並且每一個所述分立導電板包括所述多接頭電容器的另一個接頭。
2.權利要求1中的多接頭電容器，其特徵在於，還包括多個在所述公共導電板中，與一個所述分立導電板對準，並形成一個電容器的部分中形成的薄片，該薄片可以選擇地去掉，以調諧每一個所述多個電容器的容值。
3.權利要求2中的多接頭電容器，其特徵在於，在所述公共導電板中包括第一個接頭，並且其中所述多個分立導電板包括第二個和第三個導電板，該第二個和第三個導電板分別包括第二個和第三個接頭。
4.權利要求3中的多接頭電容器，其特徵在於，所述多個在所述第一個導電板中，與第二個導電板對準，並形成一個電容器的部分中形成的薄片，包括第一組多個薄片，每一個所述第一組多個薄片都具有第一個表面積，並且所述多個在所述第一個導電板中，與第三個導電板對準，並形成一個電容器的部分中形成的薄片，包括第二組多個薄片，每一個所述第二組多個薄片具有第二個表面積。
5.權利要求1中的多接頭電容器，其特徵在於，所述公共導電板包括第一個接頭，並且其中所述多個分立導電板包括第二個和第三個導電板，該第二個和第三個導電板分別包括第二個和第三個接頭。
6.一種壓控振蕩器電路，包括一個具有輸出接頭的諧振器；以及一多接頭電容器，包括一個具有第一個和第二個表面的介質層，所述表面基本上相互平行；一個安置於所述第一個表面上的公共導電板，該公共導電板包括所述多接頭電容器的一個接頭，該接頭連接到所述諧振器的輸出接頭；以及多個安置於所述第二個表面上的分立導電板，其中所述分立導電板與公共導電板對準，從而形成相應多個電容器，並且每一個所述分立導電板包括所述多接頭電容器的另一個接頭。
7.權利要求6中的壓控振蕩器，其特徵在於，還包括多個在所述第一個導電板中，與一個所述分立導電板對準，形成一個電容器的部分中形成的薄片，該薄片可以選擇地去掉，以調諧每一個所述多個電容器的容值。
8.權利要求7中的壓控振蕩器，其特徵在於，所述公共導電板包括第一個接頭，並且其中所述多個分立導電板包括第二個和第三個導電板，該第二個和第三個導電板分別包括第二個和第三個接頭。
9.權利要求8中的壓控振蕩器，其特徵在於，所述多個在所述第一個導電板中，與第二個導電板對準，形成一個電容的部分中形成的薄片，包括第一組多個薄片，每一個所述第一組多個薄片具有第一個表面積，並且所述多個在所述第一個導電板中，與第三個導電板對準，形成一個電容器的部分中形成的薄片，包括第二組多個薄片，每一個所述第二組多個薄片具有第二個表面積。
10.權利要求6中的壓控振蕩器，其特徵在於，所述公共導電板包括第一個接頭，並且其中所述多個分立導電板包括第二個和第三個導電板，該第二個和第三個導電板分別包括第二個和第三個接頭。
11.一種多接頭電容器，包括一個具有第一個和第二個表面的介質層，所述第一個和第二個表面基本上相互平行；安置於所述第一個表面上的第一個導電板，該第一個導電板具有第一個表面積；安置於所述第一個表面上的第二個導電板，該第二個導電板具有第二個表面積，其中所述第二個導電板與第一個導電板是分立的、未連接的；以及安置於所述第二個表面上的第三個導電板，該第三個導電板具有大於所述第一個和第二個表面積之和的第三個表面積，其中所述第一個導電板與第三個導電板中的第一部分對準，從而形成第一個電容器，並且，所述第二個導電板與第三個導電板中的第二部分對準，從而形成第二個電容器。
12.權利要求11中的多接頭電容器，其特徵在於，還包括在所述第一個導電板的第一部分中形成的第一組多個薄片；以及在所述第二個導電板的第二部分中形成的第二組多個薄片；其中所述第一組和第二組多個薄片中的每一個薄片，都可以選擇地去掉，以調諧所述第一個和第二個電容器的容值。
13.權利要求12中的多接頭電容器，其特徵在於，所述第一組多個薄片包括具有相等的第一個表面積的多個薄片，並且所述第二個多個薄片包括具有相等的第二個表面積的多個薄片。
全文摘要
本發明提供一種多接頭微調電容器(202)。該多接頭電容器(202)包括具有一個公共接頭的多個電容器(C1,C2)。所述電容器在一個具有一個放置於其頂表面的導電材料公共板(212),和多個放置於其較低表面的導電材料分立板(214,216)的介質材料層(210)形成。每一個電容器的容值可以被單獨調諧到嚴格的誤差容限。該電容器尤其適用於壓控振蕩器(VCO)200,用於將多個設備耦合到諧振器(204)。
文檔編號H03B5/18GK1203693SQ96198839
公開日1998年12月30日 申請日期1996年9月30日 優先權日1995年10月17日
發明者M·阿林 申請人:艾利森電話股份有限公司