Интегральная схема подстройки генератора, управляемого напряжением, и переключатель

 

Изобретение относится к области подстройки частоты для управляемых напряжением генераторов. Достигаемый технический результат - способность работы на высоких частотах и способность интегрироваться с управляемым напряжением генератором в одной полупроводниковой микросхеме. Интегральная схема подстройки управляемого напряжением генератора содержит множество емкостных контуров, включенных между первым и вторым дифференциальным входами активной сети управляемого напряжением генератора, множество диодов, которые используются для избирательного подключения соответствующего емкостного контура, и контроллер для подачи напряжения прямого смещения к диоду выбранного емкостного контура. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к схемам подстройки частоты для управляемых напряжением генераторов, а более конкретно к схеме подстройки, действующей на высоких частотах и допускающей объединение с управляемым напряжением генератором в одной полупроводниковой интегральной микросхеме.

Уровень техники Подстройка центральной частоты управляемого напряжением генератора обычно выполняется с помощью схемы подстройки. Схема подстройки располагается вне управляемого напряжением генератора на отдельной плате, чтобы упростить регулировку резонансной частоты. В настоящее время, однако, повышаются требования к снижению размера и стоимости радиооборудования, особенно в радиотелефонии. Чтобы снизить размер и стоимость радиооборудования, все больше и больше функциональных возможностей включается в одну интегральную микросхему. По этой причине желательно включить схему подстройки в одну интегральную микросхему вместе с регулируемым напряжением генератором.

В настоящее время схемы подстройки могут быть размещены в одной полупроводниковой микросхеме с управляемым напряжением генератором. При использовании конденсатора переменной емкости для подстройки частоты цифроаналоговый преобразователь присоединяется к конденсатору переменной емкости и желаемая величина емкости, соответствующая желаемой центральной частоте, программируется в цифро-аналоговом преобразователе. Аналоговый выходной сигнал цифроаналогового преобразователя регулирует емкость конденсатора, таким образом изменяя центральную частоту управляемого напряжением генератора.

Однако возникает проблема, когда напряжение питания снижается или когда желателен широкий диапазон подстройки частоты. При низком напряжении питания, все чаще используемом в радиотелефонном оборудовании, например при двух и семи десятых вольта, становится очень трудным получить требуемый диапазон подстройки частоты с доступными в настоящее время встроенными в микросхему конденсаторами переменной емкости. Более того, по мере того, как возрастает желаемый диапазон подстройки частоты, шум, создаваемый цифроаналоговым преобразователем, используемым для регулировки конденсатора переменной емкости, становится проблематичным. Входы в схеме подстройки и связанном генераторе становятся более чувствительными по мере того, как возрастает диапазон подстройки частоты, требуя, чтобы уровень шума, создаваемого цифроаналоговым преобразователем, поддерживался как можно меньшим. Поэтому по мере того, как диапазон подстройки частоты расширяется, становится все более трудным и дорогим конструировать и производить цифроаналоговую схему.

Другой подход к изменению емкости схемы подстройки заключается в использовании диодных переключателей. Пока диодные переключатели использовались для подключения и отключения разных емкостей к схеме подстройки, диоды конструировались из дискретных PIN (p-i-n) диодов, отдельных от остальной функциональной схемы генератора. PIN-диоды не интегрированы на одной полупроводниковой микросхеме с генератором, поскольку PIN-диоды требуют специального процесса для производства, который не применим к интеграции больших микросхем.

Поэтому было бы выгодно иметь схему подстройки, способную работать на высоких частотах и способную интегрироваться с управляемым напряжением генератором в одной полупроводниковой микросхеме. Кроме того, было бы выгодно, чтобы такая схема, включающая диодный переключатель, была способна работать на частотах выше двух гигагерц и дополнительно была способна интегрироваться с управляемым напряжением генератором на биполярном металло-оксидном полупроводнике.

Краткое описание изобретения Настоящее изобретение содержит монолитную высокочастотную схему подстройки управляемого напряжением генератора. Схема включает множество емкостных контуров, избирательно присоединенных между первым и вторым дифференциальным входами активной сети генератора, управляемого напряжением. Множество диодов, соединенных последовательно с соответствующим множеством емкостных контуров, избирательно подключают соответствующие емкостные контуры между первым и вторым дифференциальным входами, когда на них подано прямое смещение. Подобным образом множество диодов избирательно отключают соответствующие емкостные контуры от первого и второго дифференциальных входов при обратном смещении. Контроллер подает прямое напряжение смещения к диоду выбранного емкостного контура, чтобы подключить емкостный контур к активной сети управляемого напряжением генератора, и подает обратное напряжение смещения к диоду выбранного емкостного контура, чтобы отключить емкостный контур от активной сети. Диоды, используемые в емкостных контурах, образуют переключатель, способный работать на высоких частотах, и сформированы из биполярного комплементарного металло-оксидного полупроводникового диода с защитой от разряда статического электричества.

Краткое описание чертежей Для более полного понимания настоящего изобретения дается ссылка к последующему подробному описанию, взятому совместно с сопровождающими чертежами, на которых: фиг.1 - функциональная блок-схема высокочастотной схемы подстройки управляемого напряжением генератора, включающей диодный переключатель, способный работать на высоких частотах; и фиг. 2 - функциональная блок-схема воплощения схемы подстройки управляемого напряжением генератора, альтернативного описанному на фиг.1.

Подробное описание изобретения На фиг.1 показана функциональная блок-схема высокочастотной схемы подстройки управляемого напряжением генератора 100. Схема подстройки 100 подключена к активной сети 110 управляемого напряжением генератора 100 через дифференциальную сигнальную пару, содержащую первый дифференциальный входной сигнал 120 и второй дифференциальный входной сигнал 130. Схема подстройки 100 содержит множество емкостных контуров 140. Каждый емкостный контур содержит первый конденсатор 150, второй конденсатор 155, первый диод 159 и второй диод 160. Каждый емкостный контур 140 сформирован путем подключения первого дифференциального входного сигнала 120 активной сети 110 к первому выводу первого конденсатора 150. Второй вывод первого конденсатора 150 присоединен к первому выводу первого диода 159, а второй вывод диода 159 присоединен к первому выводу второго диода 160. Второй вывод второго диода 160 присоединен к первому выводу второго конденсатора 155, а второй вывод второго конденсатора 155 присоединен ко второму дифференциальному входному сигналу 130 активной сети 110.

К каждому емкостному контуру 140 присоединено первое сопротивление 175 и второе сопротивление 176. Контроллер 180 также присоединен ко второму выводу первого диода 159 и первому выводу второго диода 160, чтобы подавать напряжение смещения. Первый вывод первого сопротивления 175 присоединен ко второму выводу второго диода 160 и первому выводу второго конденсатора 155, в то время как второй вывод первого сопротивления 175 присоединен к источнику напряжения 190. Первый вывод второго сопротивления 176 присоединен к первому выводу первого диода 159 и второму выводу первого конденсатора 150, а второй вывод второго сопротивления 176 присоединен к источнику напряжения 190.

Источник напряжения 190 подает опорное напряжение ко второму выводу второго диода 160 и первому выводу первого диода 159 через первое сопротивление 175 и второе сопротивление 176. Чтобы избирательно подключать один или более из емкостных контуров 140 к активной сети 110, контроллер 180 подает напряжение ко второму выводу первого диода и первому выводу второго диода, так чтобы напряжения, поданные контроллером 180, первым сопротивлением 175 и вторым сопротивлением 176 подавали прямое напряжение смещения через первый диод 159 и второй диод 160.

В состоянии прямого смещения первый диод 159 и второй диод 160 являются электрически проводящими, что приводит к тому, что первый конденсатор 150 и второй конденсатор 155 избирательно подключены через дифференциальную сигнальную пару активной сети 110. Кроме того, чтобы обеспечить емкость для схемы подстройки, первый конденсатор 150 и второй конденсатор 155 функционируют так, чтобы блокировать подачу напряжений постоянного тока, созданных контроллером 180, первым сопротивлением 175 и вторым сопротивлением 176, к первому дифференциальному входному сигналу 120 и второму дифференциальному входному сигналу 130. Блокирование этих напряжений предотвращает подачу напряжений постоянного тока от одного емкостного контура 140 к первому диоду 159 и второму диоду 160 другого емкостного контура 140.

В состоянии обратного смещения первый диод 159 и второй диод 160 находятся в непроводящем состоянии. Более того, величины для первого сопротивления 175 и второго сопротивления 176 выбраны так, чтобы первое сопротивление 175 и второе сопротивление 176 имели относительно большие величины сопротивления, например порядка нескольких тысяч ом. Поэтому, хотя имеется электрическая цепь, замкнутая между первым дифференциальным входным сигналом 120 и вторым дифференциальным входным сигналом 130 через первое сопротивление 175 и второе сопротивление 176, когда на первый диод 159 и второй диод 160 подано смещение в обратном направлении, высокие значения сопротивления приводят к тому, что емкостный контур 140 по существу отключен от дифференциальной входной пары.

Чтобы работать на относительно высоких частотах, например выше двух гигагерц, первый диод 159 и второй диод 160 требуют особых рабочих характеристик. Идеальный диод для использования в этом применении обладает следующими характеристиками: низким последовательным сопротивлением r_s во время работы в состоянии прямого смещения, длительным временем прохождения 1/τ и низкой емкостью перехода C_jo в состоянии обратного смещения. Поскольку для конструирования интегральной микросхемы, включающей схему подстройки и управляемый напряжением генератор, могут быть использованы дорогие полупроводниковые приборы, такие как арсенид галлия (GaS), такой прибор будет чрезмерно дорогим.

В предпочтительном воплощении настоящего изобретения создается недорогой диод, удовлетворяющий этим требованиям, используя технологию производства биполярного комплементарного металло-оксидного полупроводника (БИКМОП). Хотя они не используются в качестве переключателя схемы, диоды, используемые в настоящее время для защиты от электростатического разряда (ЭСР, ESD) в биполярных комплементарных металло-оксидных полупроводниках, обладают желаемыми характеристиками. Например, в процессе производства кремниевых микросхем Philips Qubic 1 диод с защитой от электростатического разряда, обозначенный в каталоге как DB100W, обладает последовательным сопротивлением r_s, равным трем омам в состоянии прямого смещения, τ, равным пяти наносекундам, и емкостью перехода при обратном смещении C_jo, равной ста двадцати шести фемтофарадам (126•10^-15 фарады). Эти значения достаточны для работы в предпочтительном воплощении настоящего изобретения на частотах выше трехсот мегагерц. В состоянии обратного смещения этот диод имеет емкость перехода примерно пятьдесят фемтофарад при напряжении обратного смещения примерно один вольт. Дополнительная информация относительно конструкции и работы этих диодов с защитой от электростатического разряда может быть найдена в руководстве по проектированию Philips Qubic 1 или в руководствах по проектированию других подобных биполярных комплементарных металло-оксидных полупроводников.

В дополнение к работе при желаемых частотах биполярные комплементарные металло-оксидные полупроводниковые диоды с защитой от электростатического разряда этого типа недороги при производстве и легко включаются в одну полупроводниковую микросхему с другими функциональными схемами приемопередатчика. Хотя использование биполярных комплементарных металло-оксидных полупроводниковых диодов для защиты от электростатического разряда хорошо известно, их использование в качестве диода для обеспечения функции высокоскоростного переключения "во встроенном в микросхему" состоянии ранее не изучалось в технике.

На Фиг.2 показана функциональная блок-схема воплощения схемы подстройки управляемого напряжением генератора, альтернативного описанному на Фиг.1.

Фиг. 1 изображает использование первого диода 159 и второго диода 160. В то время как два диода используются, чтобы обеспечить баланс между первым дифференциальным входным сигналом 120 и вторым дифференциальным входным сигналом 130, а также чтобы обеспечить лучшую изоляцию, альтернативное воплощение использует вместо этого один диод. Использование одного диода осуществляется путем удаления первого диода 159 и связанного с ним второго сопротивления 176.

Альтернативное воплощение также включает дополнительное сопротивление 170, первый вывод которого присоединен к контроллеру 180, а второй его вывод присоединен ко второму выводу первого диода 159 и первому выводу второго диода 160. Альтернативное воплощение функционирует подобным образом, как и первое воплощение, описанное на Фиг.1, однако оно имеет преимущество в том, что требует меньше компонентов и имеет меньшее последовательное сопротивление, поскольку используется только один диод. С другой стороны, первое воплощение имеет преимущество в обеспечении лучшей изоляции, и оно балансирует дифференциальные сигналы.

Предпочтительные воплощения, описанные на Фиг.1 и 2, изображают катод первого диода 159 и катод второго диода 160 присоединенными к контроллеру 180 или выводу сопротивления 170 соответственно, в другом альтернативном воплощении (не показано) вместо этого анод первого диода 159 и анод второго диода 160 присоединены к контроллеру 180 или выводу сопротивления 170 соответственно. В этом альтернативном воплощении полярность напряжений, приложенных к первому диоду 159 и второму диоду 160 контроллером 180 и источником напряжения 190 соответственно, изменяется на обратное.

Хотя предпочтительные воплощения способа и аппаратуры настоящего изобретения были показаны в сопровождающих чертежах и описаны в предшествующем подробном описании, понятно, что это изобретение не ограничивается описанными воплощениями, но способно иметь многочисленные перестановки, модификации и замены без отклонения от сущности изобретения, описанной и определенной последующими пунктами формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Интегральная схема подстройки управляемого напряжением генератора, содержащая множество емкостных контуров, включенных между первым и вторым дифференциальным входами активной сети управляемого напряжением генератора, множество диодов, включенных последовательно с соответствующими емкостными контурами, причем каждый диод используется для избирательного подключения соответствующего емкостного контура между первым и вторым дифференциальными входами, и контроллер для подачи напряжения прямого смещения к диоду выбранного емкостного контура.

2. Схема по п. 1, отличающаяся тем, что содержит источник напряжения, соединенный с первыми выводами множества диодов и предназначенный для подачи опорного напряжения к первым выводам диодов.

3. Схема по п. 2, отличающаяся тем, что каждый емкостной контур включает первый и второй диоды, соединенные последовательно.

4. Схема по п. 3, отличающаяся тем, что содержит первое сопротивление, присоединенное между источником напряжения и первым выводом первого диода, и второе сопротивление, присоединенное между источником напряжения и вторым выводом второго диода.

5. Схема по п. 2, отличающаяся тем, что содержит первое сопротивление, присоединенное между источником напряжения и первыми выводами диодов, и второе сопротивление, присоединенное между контроллером и вторыми выводами диодов.

6. Схема по п. 5, отличающаяся тем, что каждый емкостной контур содержит первый конденсатор, присоединенный между первым дифференциальным входом и вторым выводом диода, причем первый конденсатор используется для изолирования первого дифференциального входа от постоянного напряжения, приложенного ко второму выводу диода, и второй конденсатор, присоединенный между вторым дифференциальным входом и первым выводом диода, причем второй конденсатор используется для изолирования второго дифференциального входа от постоянного напряжения, приложенного к первому выводу диода.

7. Схема по п. 1, отличающаяся тем, что множество диодов являются биполярными комплементарными металлооксидными полупроводниковыми диодами.

8. Схема по п. 1, отличающаяся тем, что диоды являются биполярными комплементарными металлооксидными полупроводниковыми диодами с защитой от электростатического разряда.

9. Переключатель, выполненный с возможностью работать на высоких частотах, для соединения первой части интегральной схемы со второй частью интегральной схемы, содержащий биполярный комплементарный металлооксидный полупроводниковый диод с защитой от электростатического разряда, первый конденсатор, присоединенный между первой частью интегральной схемы и первым выводом диода, причем конденсатор используется для изолирования интегральной схемы от постоянного напряжения, приложенного к первому выводу диода, и второй конденсатор, присоединенный между второй частью интегральной схемы и вторым выводом диода, причем конденсатор используется для изолирования второй части интегральной схемы от постоянного напряжения, приложенного ко второму выводу диода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2