層疊壓控振蕩器諧振器的製作方法
2023-11-08 05:47:42
專利名稱：層疊壓控振蕩器諧振器的製作方法
發明的領域本發明涉及一種集成壓控振蕩器(VCO)，尤其是一種在無線ASIC中的具有電容器和變容二極體的諧振器。
發明的背景在無線ASIC中需要一個穩定的頻率將信息在頻率上上下移動。這個穩定的頻率通常是將不穩定的VCO(壓控振蕩器)利用PLL(相位鎖相環)電路鎖定在一個非常穩定的參考頻率例如13Mhz上而產生的。在
圖1中公開了一種包含一個相位檢測器150，一個濾波與放大器160，一個VCO，以及除數為72的除法器的PLL電路。PLL努力保持相位檢測器的輸入端I，II具有同樣的信號頻率.如果，例如相位檢測器的輸入端I的信號具有13Mhz(電話中的13Mhz時鐘)參考頻率，則相位檢測器150的另一個輸入端II努力保持同樣的頻率。這意味著VCO必須以72乘以13Mhz等於936Mhz的頻率運行，因為除法器將VCO的信號除以係數72。這樣，VCO的輸出信號III是非常穩定的936Mhz信號，這將用於GSM波段。
由於移動終端經常減小規格，越來越多的元件需要集成在同一ASIC上(專用集成電路)。在ASIC上集成VCO需要佔據ASIC空間的大部分區域，由於區域成本是整個ASIC成本中的主要的部分，因此減小其規格是重要的。
在VCO中佔據最大區域的是電感線圈，耦合電容以及變容二極體。由於VCO的區域較大，向下附加在矽底上的電容也較大。附加電容用於減小VCO的頻率，其降低了調節範圍。由於附加電容的Q值較小，附加電容將減小整個諧振器的Q值。如果Q值被降低，VCO的噪聲操作將會降級，並且為了補償這種降級，VOO所消耗的能量將會增加。
這樣，本發明的主要的目的是減少單片晶片的VCO所佔的區域。
發明的簡述上述的目的是通過集成VCO而實現的，尤其是在無線ASIC中具有電容以及變容二極體的諧振器，在這裡電容與變容二極體相連並層疊其上。
感謝這種層疊的結構，使得VCO中的諧振器的尺寸大為降低從而節省了ASIC中的很多區域資源。
由於電容器與變容二極體相連，附加電容被短路，這樣提高了調節範圍，改進了噪聲操作以及能量消耗。
採用上述變容二極體的有效方法是使用一種雙向操作或者MOS結構的集電結，這些分別在權利要求3，4中描述。
在權利要求6的優選實施例中，電容器是一個金屬-金屬電容器。
本發明的其它特徵在其他的從屬權利要求當中進行描述。
附圖的簡要說明下面將參照本發明的優選實施例進行詳細描述，下面只是給出了一些示例，並在隨後的附圖中描述，其中附圖1表明了PLL中的VCO操作；附圖2示出了在集成VCO中在電容器與變容二極體之間的附加電容器的示意性示圖；附圖3示出了根據本發明在電容器與變容二極體之間的層疊示圖；附圖4是集成VCO的電路圖；以及附圖5是現有技術中單片的電容器與變容二極體的示意性示圖。
本發明的實施例的詳細描述應該強調本發明與未審定的申請「一個雙帶VCO」以及「一個VCO開關」，申請Telefonaktiebolaget LM Ericsson，發明人Magnus Nilsson(一個雙帶VCO)，Magnus Nilsson，ThomasMattsson(一個VCO開關)。這些申請，「一個雙帶VCO」以及「一個VCO開關」合起來在本申請中作為參考。
下面將描述減少單片VCO的空間區域，同時提高VCO的工作性能的實施例。
附圖2示出了在VCO諧振器中用作耦合電容的一個金屬-金屬電容器80。該金屬-金屬電容器下面將被稱為M-M電容器。M-M電容器80包括兩個金屬板20，40以及在同樣的板之間的隔離層30。附圖2也示出了一個變容二極體90，包括一個n電極70，以及一個p電極50以及在同樣的電極50，70之間的一個pn結。應當強調的是在本申請中變容二極體被定義成壓控電容。本發明的主旨是使用M-M電容器並將其層疊在變容二極體的頂部，分別在圖2，圖3中示出。在這種方式中，電容器80被放在變容二極體90的頂部，這意味著VCO的諧振器將佔據晶片110上較小的空間(基底)。在現有技術中在晶片上M-M電容器80通常被放在變容二極體90的旁邊，如圖5所示。將電容器80與變容二極體90彼此鄰近的放在晶片110上的原因是(見圖5)通常不允許在一個ASIC-過程中將M-M電容器放置在變容二極體的頂部，這是由於在M-M電容器80以及底層的變容二極體90之間的將產生增加的附加電容(見圖2)。由於這個附加電容120是一個存在於附加電容120中的不期望的電壓，以及漂浮於電容器80與變容二極體90之間的不期望的電流(RF-信號)。附圖5中的附加電容將以一個有害的方式影響諧振器的Q值。
但是，根據圖3所示，本發明與VCO的集成以及無線ASIC有關。在諧振器中，耦合電容器80，即M-M電容器，通常將100連接在變容二極體90上，這意味著附加電容130被短路。這意味著將M-M電容器層疊在變容二極體的頂部不再有問題，如圖3所示，因為附加電容130不會影響諧振器，即沒有電流將流過附加電容。
如圖3所示，通過將電容80耦合在變容二極體90上，如果使用終端線圈，VCO所佔的空間區域將降低一半。如果線圈被集成在晶片上，VCO所佔的空間區域將降低25％。由於移走了耦合電容器80的附加電容130，調節範圍將會提高，並且將改進噪聲操作以及能量的消耗。
應當意識到，任何具有電容特徵的設備都可以替代PN結，即一個MOS結構，等。例如變容二極體可以是以兩級操作的集電結。上述描述的實施例只涉及到層疊在一個變容二極體上的電容器。當然也應當意識到在VCO中通常在變容二極體90的頂端層疊幾個或所有電容器80。
附圖4揭示了在無線ASIC中VCO的電路圖。下面的部分是VCO的活動部分，只佔據了ASIC矽片的一個較小的區域。上面的部分諧振器，包括線圈120，耦合電容80以及變容二極體，其佔據了ASIC矽片的主要的區域。線圈120通常與耦合電容器80以及變容二極體90一起所佔據的區域是一樣的。提高VCO的Q值的方法是將線圈120放置在ASIC電路之外。
當運行圖4所示的晶片110上的VCO10，圖4中的耦合電容80層疊在變容二極體90上。
上述描述的層疊原則已經在實驗室環境中進行了成功的測試。
應當意識到VCO10可以在手工電子電路中運行。但是，在優選實施例中，VCO將被集成在移動終端的無線ASIC，即，一個移動電路或者移動計算機上。
應當注意到對於本領域的技術人員來說本發明可以在不背離本發明的精神以及基本特徵的基礎上以其它的方式實現。本發明所揭示的實施例應被看作是示意，而不是限制。本發明的範圍由附加的權利要求而不是由前面的描述限定，並且在同等範圍內的所有的改變將包含在其中。
權利要求
1.一種集成VCO(10)，尤其是一種在無線ASIC中的具有電容器(80)和變容二極體(90)的諧振器，其特徵在於所述的電容器(80)與所述的變容二極體(90)相連，並層疊於其上。
2.如權利要求1所述的集成VCO，其特徵在於所述的變容二極體是二極體(90)。
3.如權利要求2所述的集成VCO，其特徵在於所述的二極體是兩級操作的集電結。
4.如權利要求1所述的集成VCO，其特徵在於所述的變容二極體是一種MOS結構。
5.如前述任何一項權利要求所述的集成VCO，其特徵在於所述的電容器為耦合電容器(80)。
6.如前述任何一項權利要求所述的集成VCO，其特徵在於所述的電容器(80)為金屬-金屬電容器(80)。
7.如前述任何一項權利要求所述的集成VCO，其特徵在於所述的諧振器的所述的電容器(80)以及所述的變容二極體(90)被集成在集成電路的基底(110)上。
8.如前述任何一項權利要求所述的集成VCO，其特徵在於它包含幾個電容器(80)以及與其相連的變容二極體(90)，其中所述的電容器與所述的變容二極體相連並層疊於其上。
9.如前述任何一項權利要求所述的集成VCO，其特徵在於它集成在一個無線ASIC上(110)。
10.一種無線ASIC，其特徵在於它包括一個根據權利要求1-9中的任何一個限定的集成VCO。
11.一種移動終端，其特徵在於它包括根據權利要求1-10中任何一個限定的集成VCO和/或無線ASIC。
12.一種電子設備，尤其是一種計算機，其特徵在於它包括根據權利要求1-10中任何一個限定的集成VCO和/或無線ASIC。
全文摘要
一種集成VCO(10),尤其是在無線ASIC(110)中,具有包括一個M－M電容器(80)以及變容二極體(90)的諧振器,其中M－M電容器與變容二極體(90)相連並層疊在其頂部。傳統的,由於附加電容在ASIC過程中M－M電容是不可能層疊在變容二極體的頂部的。但是,由於M－M電容器(80)已經與變容二極體(90)相連(100),附加電容(130)被短路。這樣,M－M電容器層疊在變容二極體的頂部,減小了諧振器的尺寸,節省了ASIC的價值空間(110),並提高了工作性能。
文檔編號H03B7/06GK1373927SQ0081277
公開日2002年10月9日 申請日期2000年9月6日 優先權日1999年9月13日
發明者M·尼爾松 申請人:艾利森電話股份有限公司