CN104520996B - 可编程部件的混合技术组合件 - Google Patents
可编程部件的混合技术组合件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104520996B CN104520996B CN201380034878.0A CN201380034878A CN104520996B CN 104520996 B CN104520996 B CN 104520996B CN 201380034878 A CN201380034878 A CN 201380034878A CN 104520996 B CN104520996 B CN 104520996B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tuning
- solid
- capacitance
- switchable parts
- switchable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title description 16
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims 1
- 150000002927 oxygen compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 235000012364 Peperomia pellucida Nutrition 0.000 description 1
- 240000007711 Peperomia pellucida Species 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03J—TUNING RESONANT CIRCUITS; SELECTING RESONANT CIRCUITS
- H03J5/00—Discontinuous tuning; Selecting predetermined frequencies; Selecting frequency bands with or without continuous tuning in one or more of the bands, e.g. push-button tuning, turret tuner
- H03J5/02—Discontinuous tuning; Selecting predetermined frequencies; Selecting frequency bands with or without continuous tuning in one or more of the bands, e.g. push-button tuning, turret tuner with variable tuning element having a number of predetermined settings and adjustable to a desired one of these settings
- H03J5/0209—Discontinuous tuning using an electrical variable impedance element, e.g. a voltage variable reactive diode, by selecting the corresponding analogue value between a set of non preset values
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/008—MEMS characterised by an electronic circuit specially adapted for controlling or driving the same
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00222—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
- B81C1/00238—Joining a substrate with an electronic processing unit and a substrate with a micromechanical structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
- H01L23/5222—Capacitive arrangements or effects of, or between wiring layers
- H01L23/5223—Capacitor integral with wiring layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0688—Integrated circuits having a three-dimensional layout
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/01—Switches
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
- B81B2207/05—Arrays
- B81B2207/053—Arrays of movable structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2203/00—Forming microstructural systems
- B81C2203/07—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
- B81C2203/0785—Transfer and j oin technology, i.e. forming the electronic processing unit and the micromechanical structure on separate substrates and joining the substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03J—TUNING RESONANT CIRCUITS; SELECTING RESONANT CIRCUITS
- H03J2200/00—Indexing scheme relating to tuning resonant circuits and selecting resonant circuits
- H03J2200/10—Tuning of a resonator by means of digitally controlled capacitor bank
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49105—Switch making
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本主题涉及用于布置和控制调谐部件的可编程组合件的***和方法，其中，在单个阵列中组合多于一种形式的切换技术。具体而言，这种阵列可包括：一个或多个第一可切换部件，包括第一切换技术(例如，一个或多个固态受控器件)；以及一个或多个第二可切换部件，包括与第一切换技术不同的第二切换技术(例如，一个或多个微机电电容器)。然而，一个或多个第一可切换部件以及一个或多个第二可切换部件可被配置为输送组合式可变电抗。
Description
优先权声明
本申请要求于2012年4月30日提交的美国临时专利申请号61/640,556的优先权，将其全部公开内容通过引用结合于此。
技术领域
在本文中公开的主题整体上涉及可调谐的电气和电子设备以及相关方法。更具体而言，在本文中公开的主题涉及用于布置和控制调谐部件的可编程组合件的***和方法。
背景技术
为了实现电子器件的可变可控电抗(例如，电容)，切换部件的阵列组合成库(bank)，以便提供相加的可编程电抗。迄今为止，利用单个切换技术和器件设计实现这些阵列。该一致性简化了技术开发，并且是很多应用的良好解决方案，但是在某些应用(例如，尤其是可调滤波器)中，期望大调谐范围与精细调谐分辨率相结合。通过单个设计实现这两个结果可能要求每个器件仅仅提供非常小的电抗偏移(shift)。为了使这种配置对于大的总电抗是具有成本效益的，这些器件必然需要在物理上非常小。然而，每个器件具有由工序的设计规则所决定的整体面积(overhead area)，因此，对于规定的总调谐范围，总阵列尺寸会增大。此外，所增加的互连区域也会增大寄生效应并且降低总比率，并且功率容量通常不随着尺寸适当地调整。因此，非常小的器件的大阵列可能不是实际的解决方案。
一种替换方案时可仅调整阵列中的器件的子组，以便提供精细调谐。例如，在使用微机电***(MEMS)电容器的阵列时，该配置可提供高性能的解决方案，但是这种设置没有面积效益，这是因为所有电容器位值通常具有相同的物理尺寸。即使将器件的子组做得物理地更小，具有不同MEMS机械器件也使更加难以实现高工艺成品率。
结果，将期望开关电容器阵列的配置以提供与精细调谐分辨率相结合的大调谐范围，并且在大部分电抗中保持高Q和/或线性度，同时避免被配置成实现这种性能标准的现有阵列的缺点。
发明内容
根据本公开，提供了用于布置和控制调谐部件的可编程组合件的***和方法。一方面，提供了调谐部件的组合件，其包括组合在单个阵列中的多于一种形式的切换技术(switching technology)。具体而言，这种阵列可包括：一个或多个第一可切换部件(switchable element)，包括第一切换技术(例如，一个或多个固态受控器件)；以及一个或多个第二可切换部件，包括与第一切换技术不同的第二切换技术(例如，一个或多个微机电电容器)。然而，一个或多个第一可切换部件以及一个或多个第二可切换部件可被配置为输送组合式可变电抗。
另一方面，一种制造调谐部件的可编程组合件的方法可包括：制造包括第一切换技术的一个或多个第一可切换部件；以及在一个或多个第一可切换部件的顶部、下方或旁边安装一个或多个第二可切换部件。而且，一个或多个第二可切换部件包括与第一切换技术不同的第二切换技术，并且一个或多个第一可切换部件以及一个或多个第二可切换部件被配置为输送组合式可变电抗。
在又一方面，一种制造调谐部件的可编程组合件的方法可包括：在单个单片半导体管芯制造包括第一切换技术的一个或多个第一可切换部件以及包括第二切换技术的一个或多个第二可切换部件。如上所述，第二切换技术可与所述第一切换技术不同，并且，一个或多个第一可切换部件以及一个或多个第二可切换部件被配置为输送组合式可变电抗。
虽然在上文中描述了本文中公开的主题的某些方面，并且通过目前公开的主题完全或部分地实现这些方面，但是在结合附图进行以下最佳描述时，随着描述的继续，其他方面将变得显而易见。
附图说明
通过应结合附图阅读的以下详细描述，更容易理解本主题的特征和优点，仅作为说明性而非限制性实例给出附图，并且其中：
图1为根据目前公开的主题的实施方式的单切换技术电容器子阵列的平面图；
图2为根据目前公开的主题的实施方式的混合技术电容器阵列的示意图；
图3为根据目前公开的主题的实施方式的混合技术电容器阵列的侧剖视图；
图4A和图4B为根据目前公开的主题的实施方式的在调谐部件的混合技术组合件中的电容器件的子阵列的平面图；以及
图4C为根据目前公开的主题的实施方式的在调谐部件的混合技术组合件中的电容器件的多个子阵列的堆叠布置的平面图。
具体实施方式
现在，详细参照在本文中的主题的可能方面或实施方式，在图中示出了其一个或多个实例。提供每个实例，以便解释该主题，而非作为限制。实际上，作为一个实施方式的一部分进行说明或描述的特征可用于另一个实施方式中，以便产生又一个实施方式。其目的在于，在本文中公开和设想的主题覆盖这些修改和变化。
如在各个图中示出的，为了说明的目的，结构或部分的某些尺寸相对于其他结构或部分被夸大，并且因此，提供这些尺寸，以便说明本主题的一般结构。而且，参照在其他结构和/或部分上形成的一个结构或部分，描述本主题的各个方面。本领域的技术人员将理解，对在另一个结构或部分“上”或“上方”形成的结构，考虑可介入另一结构和/或部分。对在另一个结构或部分“上”形成的而无中间结构或部分的一个结构或部分，在本文中描述为“直接”形成在该结构或部分“上”。同样，将理解的是，当一个部件被称为“连接”、“附接”或“耦接”至另一个部件时，其可直接连接、附接或耦接至其他部件，或者可存在中间部件。相反，当一个部件被称为为“直接连接”、“直接附接”或“直接耦接”至另一个部件时，则不存在中间部件。
而且，在本文中使用诸如“上”、“上方”、“上部”、“顶部”、“下部”或“底部”等的相对术语来描述如图中所示的一个结构或部分相对于另一个结构或部分的关系。将理解的是，诸如“上”、“上方”、“上部”、“顶部”、“下部”或“底部”等的相对术语旨在覆盖除了在图中所述的方向之外的器件的不同方向。例如，如果图中的器件翻转，则描述为在其他结构或部分“上方”的结构或部分现在将位于其他结构或部分“下方”。同样，如果图中的器件沿着轴旋转，则被描述为在其他结构或部分“上方”的结构或部分，现在将定位成在其他结构或部分的“旁边”或“左边”。在全文中，相似的标号表示相似的部件。
本主题提供了用于布置和控制各个调谐部件的可编程组合件的***和方法。尤其地，本主题提供了调谐部件阵列，其由组合成单个阵列的多于一种的切换技术构成。可编程电抗的一部分(例如，电容)可实施为包括第一切换技术的部件的第一子阵列110。例如，第一子阵列110可包括第一数量n(n>＝1)的MEMS电容器111，这可有利地提供高比率、Q、线性度以及电压处理。例如，每个MEMS电容器111可包括MEMS可变电容器，其中，至少第一电容电极相对于第二电容电极可移动(例如，在为相关联的驱动电极施加电压时)，以改变在第一与第二电容电极之间的电容(例如，在最小电容值与最大电容值之间)。在美国专利号7,180,145、7,361,962、7,388,316以及7,586,164中，可找到MEMS可变电容器的某些特定实例，将这些专利的全部公开内容通过引用结合于此。
例如，如图1所示，第一子阵列110可包括16个MEMS电容器111的4×4阵列(即，第一MEMS电容器111a、第二MEMS电容器111b等，直到第n个MEMS电容器111n)。在该配置中，阵列的分辨率可基本上等于由每个MEMS电容器111(例如，每个大约250fF，4pF的总调谐范围)提供的可用电容变化(例如，从最小到最大的电容变化)。当然，本主题考虑具有其他阵列尺寸、配置以及各个部件电容。
如果第一子阵列110单独地用于提供整个相加的可编程电容(例如，与在上面讨论的单个切换技术中的一样)，则可通过配置一个或多个MEMS电容器111以提供比剩余部件的标准电容范围更小的电容变化，来实现更精细的分辨率。例如，MEMS电容器111可总体上被配置为具有大约250fF的电容范围。一个MEMS电容器111(例如，第一MEMS电容器111a)可被调整(scale)，以提供仅仅125fF的电容范围。用这种方法，第一子阵列110的总调谐范围会减小为3.875pF，但是在该调谐范围内，可实现到125fF的分辨率的相应细化(refinement)。该配置可对很多当前的应用有效。例如，对于某些阻抗调谐器应用，125fF可为足够的分辨率。
然而，进一步而言，该方法对于需要更精细分辨率的应用不能适当地调整，这是因为对于每个增加的位，这需要使用全尺寸MEMS束。例如，如果使用具有相对减小的电容变化值的器件来代替再三个MEMS电容器111，则可增加再三个二进制位的分辨率。例如，在一个特定的配置中，第二MEMS电容器111b可被配置为具有大约63fF的电容变化，第三MEMS电容器111c可被配置为具有大约32fF的电容变化，并且第四MEMS电容器111d可被配置为具有大约16fF的电容变化。
在该配置中，可实现大约16fF的分辨率，但是均匀阵列的这种配置将导致总阵列电容从4pF下降为3.234pF。因此，尽管为一个以上的位的分辨率放弃一个电容器插槽(slot)，在总调谐范围内仅花费边际损耗(marginal loss)，但进一步提高阵列的分辨率更严重地影响了***的性能。该折中方案对于一些低调谐范围滤波器和天线是可接受的，但是这种解决方案限制了可能的应用。如上面进一步所讨论的，该方法的另一个缺点是虽然一些电容器寄生效应随着位的调整而调整，但是其他电容器寄生效应依然恒定，造成在调谐范围与寄生效应之间的有效比率减小。
因此，不是通过改变一个或多个MEMS电容器111的各个电容范围来调整第一子阵列110的分辨率，第一子阵列110可与第二子阵列120并行使用，第二子阵列120被配置为提供低于第一子阵列110的分辨率的精细调谐。具体而言，例如，当第一子阵列110包括第一切换技术的电容部件(例如，MEMS电容器111)时，第二子阵列120可包括与第一切换技术不同的第二切换技术的部件。尤其地，第二子阵列120可包括固态控制部件121(例如，可变或开关部件)。第二子阵列120可包括模拟器件，但是在第二子阵列120包括使用开关的开关电容器阵列的情况下，可实现进一步的优点。
尤其地，参照在图2中所示的示例性配置，第二子阵列120可包括第二数量m的固态控制部件121(例如，第一固态控制部件121a、第二固态控制部件121b等，直到第m个固态控制部件121m，其中，m>＝1)。在图2所示的配置中，每个固态控制部件121可包括与固定电容器123串联的固态开关122。可使在任何基板或基础晶体管技术上的硅CMOS或NMOS(例如，块、绝缘体上硅(SOI)或蓝宝石上硅(SOS))构造每个固态开关122。可替代地，可使用场效应晶体管(FET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极性晶体管(HBT)或其他开关配置来提供每个固态开关122，可使用SiGe、GaA或各种其他已知的化合物半导体中的任一个来构成这些晶体管。在又一个替换物中，MEMS开关可代替每个固态开关122，以控制每个固定电容器123的启动(activation)。
每个固定电容器123可与相应的固态开关122紧密结合，以便保持高Q值。每个固定电容器123可为单层或多层器件并且可包括金属-绝缘体-金属(MIM)结构、MIM电容器的多层综合(multi-layer generalization)、交叉(例如，单层)构造或电容器结构设计的组合。虽然图2示出了第一和第二子阵列110和120包括彼此并联连接的单独调谐部件，但是可以各种串并联的组合来配置部件的特定布置，以便实现与损耗、电压处理、寄生效应和/或其他性能特征相关的要求。
无论特定的配置如何，第一子阵列110和第二子阵列120的组合可用于以紧凑的外形和共同的适当调整的MEMS设计来提供宽的调谐范围以及精细调谐，从而可允许产生比传统设计更具经济效益的电容器阵列，同时依然能够快速地细调。例如，每个固态控制部件121可提供小于每个MEMS电容器111的电容调谐范围的电容调谐范围(例如，小于或等于每个MEMS电容器111的电容调谐范围的大约一半(1/2))。尤其地，固态控制部件121可限定电容的二进制集合(binary set)，其中，第二子阵列120的每个电容器i可提供的电容调谐范围是MEMS电容器111的电容调谐范围的大约
例如，在一个特定的配置中，在第一子阵列110中的每个MEMS电容器111可被配置为提供大约0.25pF的部件分辨率，然而，在第二子阵列120中的固态控制部件121可共同提供0.125pF或更大的精细分辨率调谐。具体而言，第二子阵列120可具有拥有125fF、62fF、31fF、16fF、8fF等的单独调谐范围的固态控制部件121。实际上，对于最精细的位，电阻器的寄生效应可以是足够的。
用这种方法，可通过第一子阵列110处理大部分的总电容范围，由于切换状态的MEMS电容器通常可在规定的芯片中为大电容值呈现较高的Q和串联比率，并且可进一步显示更高的线性度，所以这较为有利。关于第二子阵列120，在具有成本效益的解决方案中，关于使用固态电容调谐器的一些关键问题是低Q、线性度以及功率处理。然而，由于在第二子阵列120中的部件的总调谐范围较小，所以固态控制部件121本身可非常小，从而可尽可能减小固态控制部件造成的退化，从而整体***可依然实现最终高的Q。进一步地，就这一点而言，固态控制部件121的小尺寸可允许堆叠器件，以实现所需要的线性度和电压处理。此外，虽然固态器件的比率小于MEMS，但是如图2所示，它们可与高比率的MEMS并联，从而该阵列总体上可保持相当高的比率。对于电容的子集，这种配置还能够具有非常长的寿命以及快速的切换。具体而言，由于固态器件通常可比MEMS快得多，所以可非常快速地进行精细微调。使用固态器件来进行细调和/或跟踪，还可防止MEMS电容器频繁地循环，从而提高MEMS器件的寿命。因此，通过在混合解决方案中同时实施多种切换技术，组合的***能够实现每种技术的最佳特征。
通过将固态开关和相关的电容器部件直接定位在MEMS电容器的上方、下方或旁边(诸如，在单个单片半导体管芯内)，可实现包括多种切换技术的组合***的进一步优点，从而形成紧凑有效的解决方案。如图3所示，例如，整体指定为100的混合技术电容器阵列可包括在CMOS工序中形成的一个或多个固态控制部件121。每个固态控制部件121可包括可使用第一互连器件125与阵列中的其他部件耦接的固态开关122(例如，MOS开关)以及固定电容器123(例如，MIM固定电容器)。可替代地，由于所需要的电容值如此低，所以可使用SOI RF开关与使用后端金属(back-end)的MIM电容器或Mx-My电容器一起来构建固态控制部件121。
进一步地，参照在图3中所示的配置，一个或多个MEMS电容器111可在位于CMOS上方的互连层中实施并且连接在一起，以便提供组合式可变电容。具体而言，例如，第二互连器件115可将MEMS电容器111耦接至该阵列的剩余部分。可进一步设置CMOS前端126，以便控制耦接的部件。虽然在图3中示出了这种混合技术电容器阵列100的一个可能的配置，但是本领域的技术人员将认识到，MEMS电容器111、固态开关122以及固定电容器123的特定实施方式可改变，同时依然属于在本文中公开的组合技术阵列的原则。
具体而言，例如，虽然图3示出了一个MEMS电容器111大致直接位于一个固定电容器123上方(即，构成大致一对一的关系)，但是本领域的技术人员将认识到，在没有这种直接垂直对齐的其他配置中，也可实现同样有利的性能。尤其地，只要第一子阵列110总体上布置在与第二子阵列120不同的处理层中，即使每个MEMS电容器111与一个或多个固态控制部件121不垂直对准，也可实现堆叠布置的优点。在一个特定的替换配置中，例如，固态控制部件121可位于在两个MEMS电容器111之间的衬垫的下面，同时在MEMS电容器111下面的CMOS可被配置为驱动各个MEMS元件。
就这一点而言，无论特定的实施方式如何，通过在大致位于MEMS上方或下方的区域中，提供固态器件和任何相关的固定无源器件，总管芯面积可大致与单独的MEMS阵列的总管芯面积相同。具体而言，如图4A到图4C所示，第一子阵列110和第二子阵列120的所有部件可重叠地位于一个芯片上，以再使用空间并且提供这两种技术之间的密切的低寄生电容和电阻连接。尤其的，如图4A所示，第一子阵列110可包括在行业中常用的区域阵列配置中布置的多个MEMS电容器111。参照图4B，第二子阵列120可同样包括布置在区域阵列中的多个固态控制部件121(例如，每个固态控制部件可包括固态开关122和固定电容器123)。如图4C所示，这两个阵列可重叠，诸如在图3中所示的配置。阵列控制***130可耦接至第一子阵列110和第二子阵列120的堆叠组合件的一端。虽然为了简单起见，各个部件被示为均具有大致相同的尺寸，但是本领域的技术人员将认识到，这些部件不必均具有相似的尺寸。
虽然以上讨论提供了特定的示例性实施方式的公开，其中，包括一个或多个MEMS电容器111的第一子阵列110与包括一个或多个固态控制部件120的第二子阵列120耦接，但是本领域的技术人员将认识到，调谐部件的混合技术可编程组合件的原理可应用于一系列其他器件配置中。具体而言，例如，第一子阵列可包括单个MEMS电容器束，而非多个MEMS电容器111(即，并非各个电容器的阵列)，并且第二子阵列120可包括开关部件或与其连接的开关部件阵列，以控制***的电容变化。
在本文中讨论的原理可进一步从纯电容器件延伸到其他元件设计。具体而言，例如，固态控制部件121可被设计为包括与开关连接的印刷电感器而非电容部件。在这种配置中，固态控制部件121可用作数字切换的高Q电感器，并且可作为一个或多个可切换电容器(例如，一个或多个MEMS电容器111)集成在相同的绝缘基板上。因此，组合***可提供包括可切换电容器和可切换电感器的调谐部件阵列。
进一步地，就这一点而言，上面讨论第二子阵列120，包括与固定电容器连接的一个或多个可切换电容器或开关。然而，另一方面，第二子阵列120可包括一个或多个非常低损耗的旁路开关，而不连接任何电容器。在这种配置中，第二子阵列120可操作为一个或多个电阻开关，其可用作旁路，或者如上所述用于实现可切换电感器。
在不背离本主题的精神和基本特征的情况下，本主题可体现为其他形式。因此，在各个方面，所描述的实施方式要应被视为说明性的，而非限制性的。虽然根据某些优选的实施方式，描述了本主题，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，其他实施方式也落在本主题的范围内。
Claims (18)
1.一种调谐部件的可编程组合件，包括：
一个或多个第一可切换部件，被配置为输送第一可变电抗，所述一个或多个第一可切换部件包括耦接至一个或多个固态电容器的一个或多个开关；以及
一个或多个第二可切换部件，被配置为输送第二可变电抗，所述一个或多个第二可切换部件包括一个或多个可变电容器，其中，所述一个或多个第二可切换部件的每一个包括至少第一电容电极，所述第一电容电极相对于第二电容电极是可移动的以改变所述第一电容电极与所述第二电容电极之间的电容；
其中，所述一个或多个第一可切换部件的所述第一可变电抗与所述一个或多个第二可切换部件的所述第二可变电抗输送组合式可变电抗。
2.根据权利要求1所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个第一可切换部件包括一个或多个固态受控器件；并且
其中，所述一个或多个第二可切换部件包括一个或多个微机电(MEMS)电容器；
其中，所述组合式可变电抗包括组合式可变电容。
3.根据权利要求2所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个开关包括互补金属氧化物半导体(CMOS)开关。
4.根据权利要求2所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个开关包括绝缘体上硅(SOI)或蓝宝石上硅(SOS)开关。
5.根据权利要求2所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个固态电容器中的每一个包括金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或者MIM电容器的多层综合。
6.根据权利要求2所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个固态受控器件位于所述一个或多个微机电电容器下方或上方。
7.根据权利要求2所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个固态受控器件中的每一个提供比所述一个或多个微机电电容器中的每一个的电容范围小的电容调谐范围。
8.根据权利要求7所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个微机电电容器中的每一个提供0.25pF的电容调谐范围；并且
其中，所述一个或多个固态受控器件中的每一个提供0.125pF或更小的电容调谐范围。
9.根据权利要求7所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个固态受控器件包括具有不同的电容调谐范围的多个固态受控器件。
10.根据权利要求7所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个微机电电容器中的每一个提供第一预定电容调谐范围；并且
其中，所述一个或多个固态受控器件中的每一个提供小于或等于所述第一预定电容调谐范围的一半(1/2)的电容调谐范围。
11.根据权利要求10所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个固态受控器件限定电容的二进制集合，其中，所述一个或多个固态受控器件中的每个电容器i提供所述第一预定电容调谐范围的的电容调谐范围。
12.根据权利要求1所述的调谐部件的可编程组合件，其中，所述一个或多个第一可切换部件以及所述一个或多个第二可切换部件被布置在单个单片半导体管芯中。
13.一种制造调谐部件的可编程组合件的方法，所述方法包括：
制造一个或多个第一可切换部件，所述一个或多个第一可切换部件被配置为输送第一可变电抗，其中，制造一个或多个第一可切换部件包括制造耦接至一个或多个固态电容器的一个或多个开关；以及
在所述一个或多个第一可切换部件的顶部、下方或旁边安装一个或多个第二可切换部件，所述一个或多个第二可切换部件被配置为输送第二可变电抗，所述一个或多个第二可切换部件包括一个或多个可变电容器，其中，所述一个或多个第二可切换部件的每一个包括至少第一电容电极，所述第一电容电极相对于第二电容电极是可移动的以改变所述第一电容电极与所述第二电容电极之间的电容；
其中，所述一个或多个第一可切换部件的所述第一可变电抗与所述一个或多个第二可切换部件的所述第二可变电抗输送组合式可变电抗。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，制造所述一个或多个第一可切换部件包括制造一个或多个固态受控器件；以及
其中，在所述一个或多个第一可切换部件的顶部、下方或旁边安装所述一个或多个第二可切换部件包括制造一个或多个微机电(MEMS)电容器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，制造所述一个或多个开关包括制造互补金属氧化物半导体(CMOS)开关。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，制造所述一个或多个开关包括制造绝缘体上硅(SOI)或蓝宝石上硅(SOS)开关。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，制造一个或多个固态电容器包括制造金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或者MIM电容器的多层综合。
18.一种制造调谐部件的可编程组合件的方法，所述方法包括：
在单个单片半导体管芯中制造一个或多个第一可切换部件以及一个或多个第二可切换部件，所述一个或多个第一可切换部件被配置为输送第一可变电抗，所述一个或多个第二可切换部件被配置为输送第二可变电抗；
其中，所述一个或多个第一可切换部件包括耦接至一个或多个固态电容器的一个或多个开关；
其中，所述一个或多个第二可切换部件包括一个或多个可变电容器，其中，所述一个或多个第二可切换部件的每一个包括至少第一电容电极，所述第一电容电极相对于第二电容电极是可移动的以改变所述第一电容电极与所述第二电容电极之间的电容；
其中，所述一个或多个第一可切换部件的所述第一可变电抗与所述一个或多个第二可切换部件的所述第二可变电抗输送组合式可变电抗。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201261640556P | 2012-04-30 | 2012-04-30 | |
| US61/640,556 | 2012-04-30 | ||
| PCT/US2013/038853 WO2013166008A2 (en) | 2012-04-30 | 2013-04-30 | Mixed-technology combination of programmable elements |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104520996A CN104520996A (zh) | 2015-04-15 |
| CN104520996B true CN104520996B (zh) | 2018-02-09 |
Family
ID=49515021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201380034878.0A Active CN104520996B (zh) | 2012-04-30 | 2013-04-30 | 可编程部件的混合技术组合件 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9413337B2 (zh) |
| EP (2) | EP3696861A1 (zh) |
| CN (1) | CN104520996B (zh) |
| WO (1) | WO2013166008A2 (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104520996B (zh) | 2012-04-30 | 2018-02-09 | 维斯普瑞公司 | 可编程部件的混合技术组合件 |
| US10033353B2 (en) * | 2013-06-19 | 2018-07-24 | Qualcomm Technologies, Inc. | Switchable capacitor array and method for driving a switchable capacitor array |
| WO2014209556A1 (en) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Cavendish Kinetics, Inc | Stress control during processing of a mems digital variable capacitor (dvc) |
| US10529518B2 (en) * | 2016-09-19 | 2020-01-07 | Analog Devices Global | Protection schemes for MEMS switch devices |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1338119A (zh) * | 1999-03-11 | 2002-02-27 | 爱特梅尔股份有限公司 | 用于具有高q电抗元件的集成电路的设备和方法 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5998275A (en) * | 1997-10-17 | 1999-12-07 | California Micro Devices, Inc. | Method for programmable integrated passive devices |
| DE60235693D1 (de) * | 2002-07-16 | 2010-04-29 | Lucent Technologies Inc | Varaktor mit erweitertem Durchstimmungsbereich |
| ATE434839T1 (de) | 2002-12-13 | 2009-07-15 | Wispry Inc | Varactorvorrichtungen und verfahren |
| US20040214543A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-10-28 | Yasuo Osone | Variable capacitor system, microswitch and transmitter-receiver |
| JP4724488B2 (ja) * | 2005-02-25 | 2011-07-13 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム |
| JP4585337B2 (ja) * | 2005-03-14 | 2010-11-24 | 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ | バイアス回路 |
| US7675138B2 (en) * | 2005-09-30 | 2010-03-09 | Broadcom Corporation | On-chip capacitor structure |
| KR101379100B1 (ko) * | 2007-01-18 | 2014-03-28 | 퀄컴 테크놀로지스, 인크. | 스위치가능한 캐패시터 어레이 |
| US7894205B2 (en) * | 2007-04-05 | 2011-02-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Variable device circuit and method for manufacturing the same |
| US8145142B2 (en) * | 2007-12-12 | 2012-03-27 | Broadcom Corporation | Method and system for increased resolution switching using MEMS and switched capacitors |
| EP3958468B1 (en) | 2008-02-28 | 2024-01-31 | pSemi Corporation | Method and apparatus for use in digitally tuning a capacitor in an integrated circuit device |
| US7782152B2 (en) | 2008-08-14 | 2010-08-24 | Broadcom Corporation | Monotonic frequency tuning technique for DCXO in cellular applications |
| US20100225419A1 (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-09 | Qualcomm Incorporated | Passive switched-capacitor filters |
| JP5204066B2 (ja) * | 2009-09-16 | 2013-06-05 | 株式会社東芝 | Ｍｅｍｓデバイス |
| KR101086680B1 (ko) * | 2009-12-11 | 2011-11-25 | 한국과학기술원 | 가변 커패시터 및 가변 인덕터 |
| US8576010B2 (en) * | 2010-10-19 | 2013-11-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for a switched capacitor architecture for multi-band doherty power amplifiers |
| US8416008B2 (en) * | 2011-01-20 | 2013-04-09 | Advanced Energy Industries, Inc. | Impedance-matching network using BJT switches in variable-reactance circuits |
| CN104520996B (zh) | 2012-04-30 | 2018-02-09 | 维斯普瑞公司 | 可编程部件的混合技术组合件 |
-
2013
- 2013-04-30 CN CN201380034878.0A patent/CN104520996B/zh active Active
- 2013-04-30 EP EP20163532.3A patent/EP3696861A1/en not_active Withdrawn
- 2013-04-30 WO PCT/US2013/038853 patent/WO2013166008A2/en active Application Filing
- 2013-04-30 US US13/873,964 patent/US9413337B2/en active Active
- 2013-04-30 EP EP13785065.7A patent/EP2845232B1/en active Active
-
2016
- 2016-07-15 US US15/212,094 patent/US9871502B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1338119A (zh) * | 1999-03-11 | 2002-02-27 | 爱特梅尔股份有限公司 | 用于具有高q电抗元件的集成电路的设备和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013166008A2 (en) | 2013-11-07 |
| EP2845232B1 (en) | 2020-03-25 |
| US9871502B2 (en) | 2018-01-16 |
| US20170134008A1 (en) | 2017-05-11 |
| CN104520996A (zh) | 2015-04-15 |
| US20130314175A1 (en) | 2013-11-28 |
| US9413337B2 (en) | 2016-08-09 |
| EP2845232A4 (en) | 2016-03-09 |
| EP3696861A1 (en) | 2020-08-19 |
| EP2845232A2 (en) | 2015-03-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4885209B2 (ja) | 可変フィルタ用のインターデジット型駆動電極を有するコラプシングジッパー型バラクタ | |
| CN104520996B (zh) | 可编程部件的混合技术组合件 | |
| US7881038B2 (en) | Variable capacitor, variable capacitor apparatus, high frequency circuit filter, and high frequency circuit | |
| US6992366B2 (en) | Stacked variable inductor | |
| EP1573894B1 (en) | Driving of an array of micro-electro-mechanical-system (mems) elements | |
| US7906831B2 (en) | Semiconductor device with capacitor arrangement electrically coupled to inductor coil | |
| US7894205B2 (en) | Variable device circuit and method for manufacturing the same | |
| CN106921419B (zh) | 用于波束形成器的***和方法 | |
| CN107800440A (zh) | 发送模块及收发模块 | |
| WO2006096589A2 (en) | Electronically variable capacitor array | |
| US10033353B2 (en) | Switchable capacitor array and method for driving a switchable capacitor array | |
| RU2005129847A (ru) | Схема с регулируемой емкостью | |
| CN101859643B (zh) | 可变电容元件 | |
| CA2884892C (en) | Wide range continuously tunable capacitor bank | |
| CN104756252B (zh) | 用于射频应用的包括mems器件的可变电容器 | |
| WO2015157085A1 (en) | Device with variable frequency filter for rejecting harmonics | |
| US20100142117A1 (en) | Variable capacitive element | |
| US8115575B2 (en) | Active inductor for ASIC application | |
| US20180069507A1 (en) | Self-Tuning Microelectromechanical Impedance Matching Circuits and Methods of Fabrication | |
| US9276550B2 (en) | Impedance matching switch circuit, impedance matching switch circuit module, and impedance matching circuit module | |
| JP5407842B2 (ja) | 可変インダクタおよびチューナブル高周波デバイス | |
| US20060147027A1 (en) | Switching matrix with two control inputs and a hold input at each switching element | |
| WO2023086789A1 (en) | Hybrid input lna rf frontend architecture | |
| CN101151690A (zh) | 可以电子方式变化的电容器阵列 | |
| JP2010103613A (ja) | 同調回路及び複同調回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220228 Address after: Room 1, 3rd floor, 22 tambini industrial Bay, Singapore Patentee after: AAC TECHNOLOGIES Pte. Ltd. Address before: California, USA Patentee before: WISPRY, Inc. |