專利名稱：一種阻抗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻抗裝置和一種調(diào)節(jié)阻抗裝置阻抗的方法。本發(fā)明還涉及包含有這樣一種阻抗裝置的電子電路。本發(fā)明還涉及一種集成電路芯片。
有關(guān)技術(shù)的描述一種電路元件常常被描述為一個阻抗Z，它有一個電阻部分和一個電抗部分。換句話說，一種元件有一個電阻R和一個電抗X。這電抗可以是電容性的或電感性的。電抗X可以包含一個電容性元件和一個電感性元件，這使元件的阻抗呈現(xiàn)為電感性的和電容性的以及電阻性的。
諧振器電路是用在電子電路中諸如濾波器和振蕩器元件。US-A-4338582公布了一種諧振電路包含有一個電感器、一個變抗器和一個電阻器與一個場效應(yīng)晶體管相耦合。場效應(yīng)晶體管被安置成呈現(xiàn)負阻，用以補償由變抗器呈現(xiàn)的一個很大的電阻性成份。
由A.Presser發(fā)表的“Varactor-Tunable,High-Q MicrowaveFilter”(RCA Review,Vol 42,pp691-705,1981)得出結(jié)論，變抗器的損耗可以用一個有源元件的負阻來補償。Presser公布了一個被連接成反饋配置的場效應(yīng)晶體管，用以提供負阻。公布的場效應(yīng)晶體管與有電阻損耗的變抗器以串聯(lián)方式連接。
N.M.Nguyen和R.G.Meyer發(fā)表的論文“SiIc-CompatibleInductors and LC Passive Filters”(IEE Journal of Solid-stateCircuits,Vol.25,No.4,1990)公布了一個方的螺線形電感器，它用鋁制造在硅的基片上。這公布的電感為9.7nH電感器還有15.4歐姆串聯(lián)電阻，在0.9GHz最大Q-值低于4。這論文中還公布了一個低通濾波器，它包含兩個電感器，它們彼此間有互感。雖然約為3的Q-值便可采用，但所公布的電感器性能仍然受到金屬電阻的限制。
EP,A2,0356109描述了有一個初級繞組和次級繞組的低頻電感變壓器。一個傳感器變壓器檢測電感變壓器的初級繞組中的電流，響應(yīng)于這檢測電流的一個運算放大器被描述用來控制次級繞組中的電流，以提高初級繞組的電感作用。
發(fā)明提要本發(fā)明涉及的問題是提供一個能夠控制其阻抗的阻抗裝置。
本發(fā)明還要論及的問題是提供一個優(yōu)越的高Q-值的電感器。按照現(xiàn)有技術(shù)制造的集成電路電感器具有特別低Q-值的缺點。與先前技術(shù)相關(guān)連的另一問題是集成電路電感器的工作頻率受到寄生電容的限制。
本發(fā)明還進一步涉及到提供在高頻時有優(yōu)越性能特點的集成電路電感器問題。
實現(xiàn)一種控制電路元件阻抗的方法是本發(fā)明的一個目的。有了這樣一種方法就能對電路元件的電阻以及電抗進行電子調(diào)節(jié)。這樣的阻抗控制能調(diào)節(jié)元件的品質(zhì)因素Q0，它也能控制元件的諧振頻率ω0，以及控制包含有該元件的任何電路的諧振頻率。
本發(fā)明的另一個目的是完成一種電感裝置，在這種裝置中，品質(zhì)因素是可調(diào)的。
完成一種電阻可調(diào)的元件亦是本發(fā)明的一個目的，本發(fā)明的另一個目的是完成一種電抗可調(diào)的元件。
為了滿足上面所提的各種目的，元件可以包含一個第一端口和一個第二端口，一個第一導(dǎo)體與這兩端口相連。端口20與端口30之間元件的阻抗Ze可以用關(guān)系式Ze=Re+jXe來表示，這里Re是元件的電阻，Xe是元件的電抗。
元件還包含一個第二導(dǎo)體，這第二導(dǎo)體是電磁耦合于第一導(dǎo)體。
按照本發(fā)明的方法包括在第一導(dǎo)體中接收第一電信號的步驟。第一電信號有第一幅度和第一相角。一個信號發(fā)生器被提供來產(chǎn)生一個第二電信號。信號發(fā)生器送第二電信號到第二導(dǎo)體。第二電信號有第二幅度和第二相角。信號發(fā)生器包含控制第二相角的裝置。
元件的電阻Re應(yīng)隨第二相角與第一相角之間角差而變化。按照本發(fā)明元件的電阻用改變第二相角與第一相角之間角差可使其改變。
第二電信號能響應(yīng)于第一電信號而產(chǎn)生。換言之，從兩個信號的產(chǎn)生響應(yīng)于一個第三電信號這個意義上說。第二電信號決定于第一電信號。
按照本發(fā)明的一個實施例，控制裝置包含有一個響應(yīng)于所說第一信號而產(chǎn)生所說第二電信號的傳感器裝置。按照本發(fā)明的一個實施例，控制裝置還包含一個調(diào)節(jié)信號輸入端口。這控制裝置設(shè)計用來根據(jù)這調(diào)節(jié)信號控制第二相角。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是實現(xiàn)一個有電感的電感裝置，其值可以電子調(diào)節(jié)。本發(fā)明的另一目的是實現(xiàn)一個有電阻的電感裝置，其值可進行電子調(diào)節(jié)。借助調(diào)節(jié)第二信號的幅度和相位而提供的一個調(diào)節(jié)裝置使這些目的均被實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個追加目的是實現(xiàn)一個包含有一個優(yōu)越特性的電感裝置的集成電路芯片。本發(fā)明更進一步目的是實現(xiàn)工作頻率高達300MHz以上并有一個改善的Q-值的集成電路電感裝置。這些目的采用一個有第一和第二導(dǎo)體、它們之間有電磁耦合的集成電路而達到。按照本發(fā)明的一個實施例，第一導(dǎo)體做成螺線形，第二導(dǎo)體也做成螺線形。這第一螺線和第二螺線被相互盤繞，以便在所說電感器之間提供所說的磁耦合。
附圖的簡要說明為了容易理解本發(fā)明，采用具體例子和參照附圖來進行描述，附圖有

圖1A是一個電感器的示意表示，按照先前技術(shù)，它有一個電感性和電阻性阻抗。
圖1B是一個電感器的示意表示，按照先前技術(shù)，它有一個電容性以及一個電感性和電阻性阻抗。
圖1C說明與先前技術(shù)電感器相關(guān)的所出現(xiàn)寄生電容原理。
圖2示出按照本發(fā)明的阻抗裝置第一個實施例的示意方框圖。
圖3A和圖3B分別說明有幅度I1和相角θ1的第一電信號和一個有第二幅度I2和第二相角θ2的第二電信號。
圖4是圖2中阻抗裝置的一種示意表示。
圖5是按照本發(fā)明的阻抗裝置第二個實施例的示意方框圖。
圖6A是用示于圖2、4和5中的阻抗裝置得到的電阻性和電抗性阻抗的一個曲線圖。
圖6B是用示于圖2、4和5中的阻抗裝置得到的一個產(chǎn)生可變電阻的曲線圖。
圖7是一個濾波電路的示意方框圖，它包含一個按照本發(fā)明的電感裝置。
圖8示出頻率范圍從800MHz到1000MHz內(nèi)，一個包含按照本發(fā)明電感裝置的阻抗網(wǎng)絡(luò)所顯示的阻抗絕對值。
圖9是集成電路芯片一部分的一個頂視圖，它包含了一個集成變壓器，變壓器有第一導(dǎo)體被放置在使與第二導(dǎo)體產(chǎn)生一個互感位置。
圖10是圖9集成電路一部分的一個局部側(cè)視圖。
圖11是一個帶通濾波器的等效電路圖，在這里提供了一個按照圖10集成電路的阻抗網(wǎng)絡(luò)。
圖12是按照本發(fā)明的一個諧振器示意方框圖。
圖13是圖12中諧振器更為詳細的示意表示。
實施例的詳細說明在下面的描述中，在不同的實施例中，同樣的特性將用相同的數(shù)字來指示。第一個實施例圖2示出包含電感器10的一個元件5的示意方框圖，它有自感L1和有效功率損耗，有效功率損耗在圖4中用串聯(lián)電阻R1來表示。電感器10耦合到第一端20和第二端30。
元件5還包含一個第二電感器40，第二電感器40有自感L1和一個電阻損耗，電阻損耗在圖2中用串聯(lián)電阻R2來表示。電感器40被放置在與第一電感器10的相關(guān)位置上，以便使它們間有電磁耦合。換一句話說，第一電感器10與第二電感器40之間有互感L12。電感器40有端口50和端口60，這兩端口與信號發(fā)生器70相接。信號發(fā)生器70包含一個用于第一控制信號S85的輸入端。
信號源86通過其值為R88的源阻抗88，輸出第一個振蕩電信號到端口20。當(dāng)?shù)谝粋€電信號例如頻率為f1幅值為1和相角θ1的電流I1被輸送到電感器10時，信號發(fā)生器70被激活，產(chǎn)生第二個電信號，例如幅值為2和相角為θ2的電流I2加到第二個電感器40上。借助于第一個控制信號，第二個電信號的幅值2和相角θ2能被電子控制。這第一個控制信號亦能控制第二個電信號的頻率或多個頻率。
圖3A說明端口20上具有幅值為1和相角為θ1的輸入信號。圖3B說明具有幅值為2和相角為θ2的第二個電信號。能控制這第二個相角θ2與第一相角θ1有區(qū)別，以便給出第一個相角差φ1。這第一個電的角差φ1對元件5的阻抗有影響。這在下面將進行詳細描述。
當(dāng)電流I1加到圖2電路的端口20時，電感器10的兩端將出現(xiàn)一個響應(yīng)電壓U1。如上面所描述那樣，以第二電流I2激勵第二電感器40為前提條件的電路5的分析給出一個響應(yīng)函數(shù)U1/I1=Ze，這里Ze是電路5的阻抗。激勵第二電感器40在第一電感器10，響應(yīng)電感器40中的電信號會產(chǎn)生一個反饋信號，因此影響端口20與30之間電路5的阻抗Ze。
端口20與30之間電路5的阻抗Ze可以用關(guān)系式Ze=U1/I1=Re+jXe(1)表示。分析揭示Re=R1-ωL12(I2/I1)sinφ1(2)Xe=ωL1+ωL12(I2/I1)cosφ1(3)從方程式(2)可以清楚看到這電阻性或?qū)崝?shù)項Re包含有一個決定于角差φ1=θ2-θ1的項。
這因子sinφ1=sin(θ2-θ1)對應(yīng)于角φ1在某些范圍它為正值，對應(yīng)于角φ1在另一些范圍它為負值。因此，電阻Re隨角φ1的函數(shù)的變化而變化。
同樣方程式(3)揭示這電抗Xe隨角φ1的函數(shù)的變化而變化。
方程式(1)、(2)和(3)可以被重寫為Ze=R1+jωL1+ωL12(I2/I1)(-sinφ1+jcosφ1) (4)Ze=R1+jωL1-ωL12(I2/I1)sinφ1+jωL12(I2/I1)cosφ1(5)在方程式(5)中，開始的兩項與角φ1無關(guān)，而最后兩項是角φ1的函數(shù)。
這樣，方程式(5)可再次重寫為Ze=R1+jωL1+Rv+jXv(6)這里
Rv=-ωL12(I2/I1)sinφ1(7)Xe=ωL12(I2/I1)cosφ1(8)在方程式(6)中，這項Rv和Xv清楚地響應(yīng)于φ1而變化。
這樣，端口20和30之間的電路5的總阻抗可以用關(guān)系式Ze=Z1+Zv(9)來表示，這里Z1=R1+jωL1(10)Zv=Rv+jXv(11)因此按照本發(fā)明的電路為提供一個可調(diào)的阻抗Zv有方便的作用，它的值如上面所描述的那樣，可用第一控制信號來控制。圖4是電路5的示意表示。如方程式(9)和圖4所表明的那樣，電路5所起的作用是產(chǎn)生一個與可變阻抗Zv相耦合的阻抗Z1。
發(fā)明者實現(xiàn)了用調(diào)節(jié)上面所描述的電阻值Rv(參見圖4)，使其值接近于電阻值R1，但符號相反，能控制阻抗裝置5所起作用，如同一個可以控制并改善Q值的電感裝置。
按照本發(fā)明，阻抗裝置5可以用來提供負的電阻值Rv。
一個電路的品質(zhì)因素Q通常定義為電路的電抗和它的等效串聯(lián)電阻的比值。應(yīng)用上面品質(zhì)因素的定義到阻抗裝置5，用方程式(1)和(6)可導(dǎo)出Q5=Xe/Re=(ωL1+Xv)/(R1+Rv)(12)加一個合適的相位角θ2的第二電信號I2可提供一個負的電阻值Rv，導(dǎo)致比值(12)的分母接近零。從而品質(zhì)因素Q5響應(yīng)于相角θ2可以調(diào)節(jié)，并且用一個合適的相角θ2電路的品質(zhì)因素可以得到大大改善。
達到有一個便利的高Q值的電感裝置的問題便是這樣解決的。
用本發(fā)明達到的另一目的是提供一個有高諧振頻率的集成電路電感器。
電感器的諧振頻率是正比于電感量和伴隨于電感器的寄生電容乘積方根的倒數(shù)f0=1/((LCp))---(13)]]>從方程式(13)可以看到諧振頻率f0受L和Cp乘積的限制。對于一個選定的電感值L，為了提高諧振頻率f0，必須降低寄生電容Cp。因此，對一個選定的電感值L而言，如果L/Cp提高了，諧振頻率也被提高。
當(dāng)電感裝置5被采用時，如上所述，所提供的電抗值是能控制的。用方程式(3)中的電抗值Xe來替代方程式(13)中的電抗值L，對諧振頻率給出如下的表示式f05=1/(L1+L12I2/I1cosφ1)*Cp)---(14)]]>如果角φ1在-π/2到+π/2的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，可使由電感裝置5所提供的電抗值達到最大值，這從圖6中可以清楚地看到。通常，電抗值與寄生電容之間的比率增高，對某一確定的電感值，就能給出較高的諧振頻率。因而對電感裝置5的諧振頻率f05可以調(diào)到比單個電感器的諧振頻率更高的值。
通過在裝置5中提供非常低或可忽略電阻損耗的電感10，裝置5的作用像一個電抗裝置。電抗裝置5的電抗是響應(yīng)于角φ而變化。第二個實施例按照本發(fā)明阻抗裝置的第二個實施例呈現(xiàn)在圖5中。
一個傳感器90促使產(chǎn)生第一個指示器信號S100并傳送這第一個指示器信號到控制器120的第一個輸入端110。第一個指示器信號S100是響應(yīng)于第一個電流I1而產(chǎn)生，以使包含有關(guān)于第一個電信號的頻率ω1、幅值1和相角θ1的信息。
控制器120包含第二個輸入端124用來接收調(diào)節(jié)信號S130。調(diào)節(jié)信號S130包含有關(guān)于端口20和端口30之間電路5的所期望阻抗Ze的信息。控制器被安置成響應(yīng)第一指示器信號S100和調(diào)節(jié)信號S130產(chǎn)生第一控制信號S85。為了提供第一控制信號S85到信號發(fā)生器70，控制器120耦合到信號發(fā)生器輸入端80。
圖6發(fā)明者提出一個裝置5，其中當(dāng)這個阻抗裝置的阻抗被測量時，改變其相角φ。測量結(jié)果如圖6A所示。
為簡化對本發(fā)明的理解，把測量結(jié)果分別示為阻抗Zφ的電阻部分Re和電抗部分Xe的曲線。在圖6A中，軸140指示相角φ=θ2-θ1，而軸150指示電阻Re和電抗Xe的值。
從圖6A可以看到當(dāng)相角φ在零與π之間時，這被測的阻抗裝置5的電阻Re，為負的。因此，Re的曲線指明了本發(fā)明有優(yōu)越的效應(yīng)能使電路電阻Re達到負值。
當(dāng)相角φ等于π/2時，電阻Re達到最小值。當(dāng)相角φ等于零和相角φ等于π時，這測得的電阻值Re相當(dāng)于串聯(lián)電阻R1。把圖6A中Re的曲線與方程式(6)作一比較，表明電阻值Re等于串聯(lián)電阻R1和可變電阻Rv之和。
把圖6A中Re的圖示與方程式(2)進行比較，可得出結(jié)論可變電阻Rv當(dāng)相角φ等于零和相角φ等于π時，其值為零。
從上所述可以很容易理解當(dāng)相角φ調(diào)到偏離n*π時，實際電阻Re便增加或減小，這里n是整數(shù)。可變電阻Rv，作為相角φ的函數(shù)描述在圖6B中。可以從圖6B中看到，當(dāng)φ偏離n*π時，Rv偏離零，這里n是整數(shù)。整數(shù)被定義為正的和負的全部數(shù)字0、+1、-1、+2、-2、+3、-3……當(dāng)相角φ在下列區(qū)間時(p-1)*π＜φ＜p*π可變電阻Rv為負值，這里p是一個奇整數(shù)，p不為零。因此當(dāng)相角φ在上面所述的區(qū)間時，實際電阻Re是減小了。
從圖6A可以看到當(dāng)相角φ等于π時，電抗Xe達到最小值。把電抗Xe的曲線與方程式(6)之間相比較表明電抗Xe等于電抗ωL1與可變電抗Xv的和。
從圖6中Xe的圖示，根據(jù)方程式(3)的分析得出結(jié)論當(dāng)相角φ等于π/2時，Xe=ωL。當(dāng)φ的值為nπ/2時，也得到同樣的結(jié)果，這里n為奇整數(shù)。
上面所描述的阻抗裝置5的兩個實施例均方便地用集成電路提供。包含按照本發(fā)明的電感裝置的集成電路在本說明書的下面被詳細描述。
集成電路可被裝配在硅芯片上。按照本發(fā)明的一種類型，這樣的一種集成電路可以用于通信系統(tǒng)中。阻抗裝置可以工作在頻率范圍由300MHz到30GHz。按照一種較佳的實施例，阻抗裝置工作在頻率范圍從400MHz到3GHz。第三個實施例從電子電路理論可以得到，由一個電感L與一個電容C并聯(lián)相耦合的阻抗網(wǎng)絡(luò)有一個中心頻率fc。如果電感器有一個串聯(lián)電阻R，其中心頻率為fc=1/[2π(LC)]*[1-(CR2)/L]---(15)]]>在中心頻率，阻抗網(wǎng)絡(luò)的總阻抗達到最大值。在其它頻率網(wǎng)絡(luò)的阻抗要低一些。
發(fā)明者運用這些知識，設(shè)計了一種新穎的、有創(chuàng)造性的包含阻抗裝置5的濾波器。
這是作為一個例子，在圖7中示出了一個濾波器190，它有一個輸入口200耦合到第一放大器級210。第一放大器級210有一個輸出口220耦合到阻抗網(wǎng)絡(luò)230和第二放大器250的輸入端240。第二放大器級有一個輸出端口254。
阻抗網(wǎng)絡(luò)230包含一個如本文前面已經(jīng)描述的阻抗裝置5。阻抗裝置5的端口20與第一放大器級210的輸出端220耦合，而端口30與信號的地耦合。電容裝置260與阻抗裝置5相并聯(lián)。
如方程式(3)所指出的那樣，阻抗裝置5可以被控制提供一個感性電抗(參見圖6)。用阻抗裝置5與上述的電容260組合，濾波器190將具有帶通特性。
應(yīng)用帶通濾波器190在高頻電路中，當(dāng)輸入端200的輸入信號包含很寬頻率范圍時，由于濾波器190的作用，選出一個窄頻范圍信號出現(xiàn)在輸出端254成為可能。
如果一個包含的頻率覆蓋了寬闊的頻譜，并有一致的幅度的信號被加到輸入端口200上，輸出端的信號在中心頻率c有最大的幅度，這里阻抗是最大值。
圖8示出阻抗網(wǎng)絡(luò)230在頻率從900MHz到950MHz范圍內(nèi)顯示的阻抗絕對值。
可以從圖8看到阻抗網(wǎng)絡(luò)230在中心頻率fc提供了一個有利的高阻抗，這里用參數(shù)270指示。示于圖8的結(jié)果是用圖2所示的阻抗裝置5按圖7所示的連接方法得到。在這個例子里，下面的數(shù)據(jù)被采用L1=5nHR1=50hmL12=1.8nH
fc=922.50MHzφ=4π/45電容器260具有電容為6.26pF。幅值｜I2｜與｜I1｜之間的關(guān)系隨頻率有一些變化。從圖6A可以看到，當(dāng)φ被選定約為4π/45時，電阻值Re將接近于零。圖7中端口20與地之間阻抗的絕對值在中心頻率fc超過70KOhms。
很容易理解濾波器的響應(yīng)曲線是表明｜V0/Vi｜比率的絕對值，對應(yīng)于圖8所呈現(xiàn)的曲線，這里Vi是輸入信號的幅值，V0是輸出信號的幅值。
響應(yīng)曲線的半功率點，分別在f1=922.30MHz和f2=922.70MHz，半功率點指在這個點上功率低于峰值3dB。
根據(jù)電子電路理論Q-值可以由下式確定Q0=fc/(f2-f1)因此，上面描述的濾波器190提供的品質(zhì)因素Qc-值高于2300。
采用按照本發(fā)明的阻抗裝置5在帶通濾波器中作為一個電感裝置可提高濾波器的Q值，因而能大大改進濾波器的選擇性。
這一點已被注意到本發(fā)明的濾波器用調(diào)節(jié)電阻值Re的方法提供了控制濾波器Q-值的可能性。因而本發(fā)明的濾波器提供了一個可調(diào)的Q-值。按照本發(fā)明用調(diào)節(jié)帶通濾波器的Q-值到一個低值，便可得到更寬一些的通帶。第四個實施例按照本發(fā)明的第四個實施例，包含阻抗裝置5的一個濾波器，用一個集成電路被提供。
圖9是電感器10的集成形式的頂視圖，它被放置在集成電路280上，以便與第二個電感器40產(chǎn)生電磁耦合。
電感器形成在集成電路芯片280上的第一導(dǎo)體層278內(nèi)。第一電感器10由第一導(dǎo)體形成，它的大體上形狀為一個螺線形，在螺線的外圍部分有第一終端20，在螺線的內(nèi)圈有第二終端30。第二電感器40由第二導(dǎo)體形成，它與第一導(dǎo)體相盤繞。導(dǎo)體10與40的盤繞，使導(dǎo)體之間具有一個有利的大的互感L12。如圖9所示的電感器大體上為一個方形螺線。但按照另一個實施例，電感器大體上被盤繞成為圓形螺線。按照另外還有一個實施例，電感器大體上被盤繞成為一個八角形螺線。
圖10是集成電路芯片280一個部分的局部側(cè)視圖，在半導(dǎo)體基片284的表面上安置了導(dǎo)體10和40。半導(dǎo)體基片包含有一氧化層286，使導(dǎo)體10、40與半導(dǎo)體基片上的電路絕緣?；粚訉?dǎo)電層290。為了使導(dǎo)體10和40與其它電路元件相連接，基片284還包含有導(dǎo)電部分和介質(zhì)部分。圖10示出的芯片部分相應(yīng)于圖9中沿虛線A-A的一個剖面。當(dāng)一個電感器做成集成電路肘，有雜散電容和雜散電阻與電感值L1相串聯(lián)和并聯(lián)。這些損耗在圖10中分別被虛線電容器300、310和虛線電阻器320、330表示。當(dāng)兩個電感器如圖9所描述那樣做成一個集成電路時，導(dǎo)體10與40之間可能有雜散電容(未示出)。在導(dǎo)體之間有這種雜散電容情況下，電感器之間的電磁耦合可能還包含有電容耦合，當(dāng)調(diào)節(jié)相角φ時，這一因素必須被考慮。在導(dǎo)體之間存在電容耦合情況下，第一導(dǎo)體10中響應(yīng)導(dǎo)體40的電信號而產(chǎn)生的反饋信號的相位可能偏離相角θ2。
圖11示出帶通濾波器190的一個等效電路圖，濾波器有包含按照圖9和圖10提供的第一導(dǎo)體10和第二導(dǎo)體40的阻抗網(wǎng)絡(luò)230。上面描述的雜散電阻320和330以及寄生電容300和310都被包括在圖11所示的等效電路內(nèi)。
第二電感器40連同信號發(fā)生器70一起存在，使之能夠補償因雜散和損耗阻抗R1,320,330,300和310所描述的功率損耗一部分或全部。這補償用調(diào)諧上述的可變電阻Rv和可變電抗Xv到所希望的值來達到。在集成電路上安裝電感裝置5這個有創(chuàng)造性的措施使集成電路的性能得到實質(zhì)性的改善。
上面所描述的實施例，舉了一個集成電路用作帶通濾波器的例子。低通濾波器和高通濾波器以及包含一個或幾個阻抗裝置5的其他集成電路，亦屬本發(fā)明的范圍之內(nèi)。按照本發(fā)明的阻抗裝置可以便利地被提供在雷達接收機的濾波器中。第五個實施例根據(jù)諧振理論，應(yīng)記得包含電抗元件的電路可以在某個頻率使其振蕩。振蕩頻率決定于電路的諧振頻率。這諧振頻率可以由上面描述的方程式(13)或(15)來確定。
按照本發(fā)明的第五個實施例，在這里提出了包含有第一電感器10和第二電感器40的阻抗裝置的諧振器400。第一電感器10和第二電感器40之間有一個互感L12，第二電感器40有一個端口50。
在圖12中示出了按照本發(fā)明的一個諧振器400的原理示意方框圖。信號源402經(jīng)一個信號源阻抗404被耦合到第一電感器10的輸入端口20。第一變抗器410連接在端口20與信號地之間。
源阻抗為414的信號源412耦合到第二電感器的端口50。第二變抗器連接在端口50與信號地之間。源412、阻抗414和變抗器440相對應(yīng)于上面圖2所描述的信號源70。因此圖12說明電感裝置5按照本發(fā)明與第一變抗器410相并聯(lián)。
變抗器440可以被調(diào)諧呈現(xiàn)一個電容量，它使相角差φ到一個選定值。因此，角φ可以選定使調(diào)節(jié)電抗裝置5的電抗為一個占優(yōu)勢的電感值。
當(dāng)起動諧振器電路400時振蕩可由信號源402觸發(fā)，信號源412產(chǎn)生一個信號，它的幅度和相位決定于端口20上信號的幅度與相位。例如，這信號源412可以包含一個雙極晶體管，它的基極80被耦合到端口20，它的發(fā)射極被耦合到端口50。
變抗器410占優(yōu)勢的容抗Zc和電抗裝置5的感抗Ze協(xié)同工作。諧振頻率決定于變抗器的電容和阻抗裝置5的電感for≈1/[(Zc*Ze)]---(16)]]>改變第一變抗器410的容抗Zc就可調(diào)節(jié)諧振頻率for。
提供給第二電感器40的信號I2的相角θ2可以用改變第二變抗器440的電容來調(diào)節(jié)。
已如上面所描述的那樣相角θ2的調(diào)節(jié)，對應(yīng)于相角差φ的調(diào)節(jié)，并且阻抗Ze決定于角φ。因而諧振器的Q-值是依靠第二變抗器440耒進行電子調(diào)節(jié)。
圖13圖13示出一個諧振器電路400實施例的詳細原理圖。
電源450給電源端口460加一個正的電源電壓+Vcc。電源450有一個負極連接到負電源端口470。在這個實施例中，所示的端口470與信號地相接。
晶體管480具有其集電極與端460相連，它的發(fā)射極連接到另一個晶體管490的基極。電阻器500接在這第一晶體管480的集電極和基極之間。另一個電阻器510連接在這個晶體管基極和地之間。
第二個晶體管490的集電極接到正電源端460。它的發(fā)射極經(jīng)由電阻器520和電容器530被接到第二電感器40的端口50。電感器40的另一端口60與信號地相接。
第一晶體管480的基極經(jīng)電客器540接到第一電感器10的端口20，一個電容器550和一個電阻器560串接在端口20與信號地之間。一個可變電容裝置410被耦合在端口20與信號地之間。
另一個可變電容裝置440被耦合在端口50與信號地之間。
可變電容裝置440是一個變抗器440。按照一個實施例，變抗器440包含一個變?nèi)荻O管610，它的陽極接信號地，它的陰極經(jīng)一個電容器620接到端口50。一個電壓源600接到變?nèi)荻O管，在變?nèi)荻O管兩端加一個反向直流電壓。因此，由變?nèi)荻O管所提供的電容量響應(yīng)于電壓源600所加的電壓而發(fā)生變化。電壓源600包含一個控制輸入端口630以便隨控制信號的變化改變其直流電壓。
可變電容裝置410是一個變抗器。按照一個實施例，變抗器410包含一個變?nèi)荻O管640，它的陽極接信號地，它的陰極經(jīng)一個電容器650接到端口20。有一個控制輸入口670的直流電壓源660，提供一個反向直流電壓在二極管640兩端，其電壓隨加到控制輸入端口670的控制信號而變化。
電阻器570和電容器580相并聯(lián)接在晶體管490發(fā)射極和信號地之間。晶體管490的發(fā)射極接到輸出端590。
當(dāng)電源450被接上，電源兩端460和470供給電壓Vcc時，由于通過元件500、510和元件540、550、560、410和10的電壓分壓，端口20與地之間將出現(xiàn)電壓U1。諧振電路將開始，在大體上由電感裝置5的阻抗Ze和電容裝置410的電容確定的振蕩頻率上振蕩。
在振蕩期間，信號電壓U1將振蕩，電阻器510上的電壓隨電壓U1而變化，晶體管480放大加在它的基極上的信號。被放大的信號加到晶體管490的基極，它又依次把相應(yīng)的信號加到端口590。
因此端口590上的信號u0是相應(yīng)于信號電壓U1的一個放大了的信號。
晶體管490提供的信號電流iT被分為電流i3、電流i4和電流i5。
響應(yīng)于電流i3，通過第二電感器40則有電流為i2。電流i2的相角θ2可以響應(yīng)于電容裝置440的電容進行調(diào)節(jié)。
第二電流i2的幅度，由調(diào)節(jié)晶體管480和490到一個適當(dāng)?shù)姆糯蟪潭葋泶_定。
因此，當(dāng)電壓u1振蕩時，將會被提供一個一定幅度I2和一定相角θ2的振蕩電流i2在第二電感器40。
響應(yīng)于第一信號u1，第二電流i2的供給使電路有良好的性能，這已在上面有關(guān)的圖2到圖6中進行描述。
諧振器電路400方便地做成帶集成電感器的集成電路，這已在上面有關(guān)的圖9中進行描述。
權(quán)利要求
1．一種方法用來控制有一個電阻(Re)和一個電抗(Le)的阻抗裝置的阻抗；阻抗裝置(5)包含有一個第一導(dǎo)體(10,L1)和一個第二導(dǎo)體(40,L2)，這第一和第二導(dǎo)體被定位在彼此相關(guān)位置上，使它們之間有電磁耦合(L12)；這方法包含的步驟有接收，在第一導(dǎo)體(10,L1)中，一個第一電信號有一個第一幅度(I1)和一個第一相角(θ1)；產(chǎn)生一個有一個第二幅度(I2)和一個第二相角(θ2)的第二電信號；傳送第二電信號到第二導(dǎo)體(40,L2)；和控制所說第二相角(θ2)，這樣使所說電阻(Re)被改變。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其中產(chǎn)生所說第一控制信號的步驟包括響應(yīng)于所說第一電信號產(chǎn)生所說的第一控制信號。
3．按照權(quán)利要求1的方法，還包括步驟為相對于所說第一相角，調(diào)節(jié)所說第二相角，這樣實現(xiàn)所說阻抗的電阻分量的調(diào)節(jié)。
4．按照權(quán)利要求1的方法，還包括步驟為相對于所說第一相角，調(diào)節(jié)所說第二相角，這樣使所說第一相角(θ1)與所說第二相角(θ2)之間提供一個相差(φ)。
5．按照權(quán)利要求1的方法，還包括步驟為相對于所說第一相角，調(diào)節(jié)所說第二相角，這樣實現(xiàn)所說阻抗的電抗分量的調(diào)節(jié)。
6．按照上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的方法，還包括步驟為在所說第二相角與所說第一相角之間保持一個預(yù)定的差。
7．在一個有一個電阻(Re)和一個電抗(Le)的阻抗裝置(5)中；阻抗裝置(5)有一個第一導(dǎo)體(10,L1)和一個第二導(dǎo)體(40,L2)，這第一和第二導(dǎo)體在它們之間有一個相互的電磁耦合(L12)；一種方法包括步驟有產(chǎn)生一個有第一幅度(I1)和一個第一相角(θ1)的第一信號；提供所說第一信號到所說第一導(dǎo)體(10,L1)；對應(yīng)于所說第一信號，產(chǎn)生一前饋信號(iT)；響應(yīng)于所說前饋信號產(chǎn)生一個第二信號，所說第二信號有一個第二幅度(I2)和一個第二相角(θ2)；提供所說第二信號到所說第二導(dǎo)體(40,L2)；和控制所說第二相角(θ2)，使所說電阻(Re)被改變。
8．按照權(quán)利要求7的方法，其中控制所說第二相角(θ2)的步驟包括控制所說第二相角(θ2)，這樣使所說第一相角(θ1)與所說第二相角(θ2)之間提供一個相差(φ)。
9．按照權(quán)利要求7的方法，其中控制所說第二相角(θ2)的步驟包括提供所說前饋信號(iT,i3)到一個控制裝置(440)，這控制裝置有一個控制信號輸入端口(630)；響應(yīng)于所說控制信號對所說第二相角(θ2)產(chǎn)生影響。
10．可用按照上述權(quán)利要求任一權(quán)利要求的一種方法在一個高頻諧振器中。
11．可用按照權(quán)利要求1-9的任一權(quán)利要求的一種方法在一個濾波器中。
12．可用按照權(quán)利要求1-9的任一權(quán)利要求的一種方法在一臺雷達接收機中。
13．一種有一個電阻(Re)和一個電抗(Le)的阻抗裝置(5)；這阻抗裝置包括一個第一導(dǎo)體(10,L1)被用來接收一個有第一幅度(I1)和第一相角(θ1)的第一電信號；一個第二導(dǎo)體(40,L2)，所說第二導(dǎo)體被置于相對于所說第一導(dǎo)體的位置，這樣在所說第一和第二導(dǎo)體之間提供磁耦合(L12)；一個信號發(fā)生器(70)被激勵產(chǎn)生一個第二電信號，所說第二電信號有一個第二幅度(I2)和一個第二相角(θ2)；所說信號發(fā)生器被耦合到所說第二導(dǎo)體(40,L2)用于把所說第二電信號供給所說第二導(dǎo)體(40,L2)；其中所說信號發(fā)生器是設(shè)計用來控制第二相角(θ2)，這樣使所說電阻(Re)被改變。
14．一種電路元件(5)有一個電阻(Re)和一個電抗(Le)，這元件有第一端口(20)和第二端口(30)，為接收有第一幅度(I1)和第一相角(θ1)的第一電信號，這元件包括耦合于第一端口(20)和第二端口(30)之間的一個第一導(dǎo)體(10,L1)；一個第二導(dǎo)體(40,L2)，所說的第二導(dǎo)體是被電磁耦合(L12)于所說的第一導(dǎo)體；為了產(chǎn)生對應(yīng)于所說第一電信號的指示器信號(iT)的一個傳感器(90；480,490)；為了控制元件阻抗的一個控制器(120,70；440,480)，所說控制器有接收所說指示器信號的第一輸入口(110)和接收可調(diào)置位信號的第二輸入口(630)，所說控制器是設(shè)計用來產(chǎn)生響應(yīng)于所說指示器信號和所說置位信號的一個第二電信號，所說第二電信號有一個第二幅度(I2)和一個第二相角(θ2)；所說控制器被耦合到所說第二導(dǎo)體(40,L2)，為了提供所說第二電信號到所說第二導(dǎo)體(40,L2)；所說控制器包含用于控制所說第二相角的裝置(440)。
15．按照權(quán)利要求13或14的電路元件，其中所說第一導(dǎo)體是一個電感器，而其中所說第二導(dǎo)體是一個電感器。
16．按照權(quán)利要求14或15的電路元件，其中所說控制器是設(shè)計用來產(chǎn)生所說第二電信號以便使所說電阻(Re)被改變。
17．一種電感裝置(5)有一個第一端口(20)和一個第二端口(30)，電感裝置有一個電阻(Re)和一個電抗(Le)；電感裝置包括一個第一電感器(10,L1)耦合在端口(20,30)之間，用于接收有第一幅度(I1)和第一相角(θ1)的第一振蕩電信號；一個第二電感器(40,L2)，所說的第二電感器具有一互感電磁耦合(L12)到所說的第一電感器；一個信號發(fā)生器(70；490,450；412,440)為了產(chǎn)生一個決定于所說第一電信號的第二振蕩電信號，所說第二電信號有一個第二幅度(I2)和一個第二相角(θ2)；所說信號發(fā)生器(70；490,450)是把所說第二振蕩電信號供給所說第二電感器(40,L2)，使在第一電感器產(chǎn)生一個響應(yīng)于第二振蕩電信號的反饋信號；這里所說信號發(fā)生器包括用來控制所說的第二相角(θ2)的裝置(440)。
18．按照權(quán)利要求17的電感裝置(5)，其中所說控制裝置是設(shè)計用來控制第二相角(θ2)，使所說電阻(Re)被改變。
19．按照權(quán)利要求17或18的電感裝置(5)，其中所說信號發(fā)生器(70；490,450)設(shè)計把所說第二電信號供給所說第二電感器(40,L2)，使所說第一相角(θ1)與所說的第二相角(θ2)之間產(chǎn)生一個相差(φ)，用來控制電感裝置的電阻。
20．按照權(quán)利要求19的電感裝置(5)，其中所說控制裝置(440)設(shè)計用來控制相差(φ)到一個偏離零的預(yù)置值，使所說電阻(Re)被改變。
21．按照權(quán)利要求19的電感裝置(5)，其中所說控制裝置設(shè)計用來控制相差(φ)到一個偏離零的預(yù)置值，使所說電阻(Re)被減小。
22．按照權(quán)利要求19的電感裝置(5)，其中所說控制裝置設(shè)計用來調(diào)節(jié)控制相差(φ)到一個偏離零的值，使所說電阻(Re)被改變。
23．按照權(quán)利要求19的電感裝置(5)，其中所說信號發(fā)生器設(shè)計用來調(diào)節(jié)控制相差(φ)到一個偏離零的值，使所說電阻(Re)被減小。
24．按照權(quán)利要求19的電感裝置(5)，其中所說信號發(fā)生器設(shè)計用來產(chǎn)生所說第二電信號，這樣相差(φ)被控制到偏離n*π，這里n是一個整數(shù)
25．按照權(quán)利要求19的電感裝置(5)，其中所說信號發(fā)生器是用來產(chǎn)生所說第二電信號，這樣相差(φ)被控制在下列區(qū)域內(nèi)的一個值(p-1)*π＜φ＜p*π這里p是一個整數(shù)，p不為零。
26．按照權(quán)利要求19的電感裝置(5)，其中所說信號發(fā)生器是用來產(chǎn)生響應(yīng)于所說第一電信號的所說第二電信號。
27．按照權(quán)利要求17-26中的任一權(quán)利要求的電感裝置(5)，其中所說的第一電感器有一個第二電阻值(R1)；所說電磁耦合電感器被安排來產(chǎn)生一個第三電阻值(Rv)；在第一和第二端口之間的所說第一電阻值(Re)大體上是所說第二電阻值(R1)和所說第三電阻值(Rv)之和。
28．按照權(quán)利要求17-27中的任一權(quán)利要求的電感裝置(5)，其中所說的第一電感器有一個第二電抗值(X1)；所說電磁耦合電感器被安排來產(chǎn)生一個第三電抗值(Xv)；在第一和第二端口之間的所說第一電抗值(Xe)取決于所說第二電抗值(x1)和所說第三電抗值(Xv)。
29．按照權(quán)利要求17-28中的任一權(quán)利要求的電感裝置(5)，包括一個傳感器裝置(550,560,480,490)，用于產(chǎn)生一個響應(yīng)于所說第一電信號的所說第二電信號。
30．按照權(quán)利要求17-29中的任一權(quán)利要求的電感裝置(5)，其中所說控制裝置(440)包括一個為調(diào)節(jié)信號的輸入口(630)；所說控制裝置(440)是設(shè)計用來控制響應(yīng)于所說調(diào)節(jié)信號的所說第二相角(θ2)。
31．一種集成電路芯片包含有按照權(quán)利要求17-30中任一權(quán)利要求的電感裝置(5)。
32．按照權(quán)利要求31的集成電路芯片，其中所說第一電感器包括形狀為螺線形的一個導(dǎo)體；和所說第二電感器包括形狀為螺線形的一個導(dǎo)體；所說第一螺線和所說第二螺線是被盤繞。
33．按照權(quán)利要求31或32的集成電路芯片，其中所說第一電感器包括形狀為螺線形的一個導(dǎo)體；和所說第二電感器包括形狀為螺線形的一個導(dǎo)體；和所說第一螺線和所說第二螺線被做成大體上為扁平狀的螺線。
34．按照權(quán)利要求32或33的集成電路芯片，其中所說螺線大體上是環(huán)形的。
35．按照權(quán)利要求32或33的集成電路芯片，其中所說螺線大體上是方形的。
36．一種可以電子頻率調(diào)諧的諧振電路包括一個按照權(quán)利要求17-35中任一權(quán)利要求的電感裝置(5)，該電感裝置有一個第一電感值(Lekv)；一個有第一電容值的電容裝置，所說第一電容值可被進行電子調(diào)節(jié)；所說電容裝置與所說電感裝置互相耦合，這樣在一個取決于所說第一電容值和所說第一電感值(Lekv)的選定頻率諧振。
37．按照權(quán)利要求32,33或34的諧振電路，其中所說選定頻率取決于所說相位差(φ)
38．一種振蕩器電路包括按照權(quán)利要求17-35中任一權(quán)利要求的一個電感裝置(5)。
39．一種濾波器電路包括按照權(quán)利要求17-35中任一權(quán)利要求的一個電感裝置(5)。
40．按照權(quán)利要求39的濾波電路，還包括一個電容裝置(260,410)，它是這樣被耦合，使與所說電感裝置(5)協(xié)同工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種阻抗裝置(5),它有一個第一導(dǎo)體(10,L
文檔編號H03H11/46GK1207832SQ9619969
公開日1999年2月10日 申請日期1996年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月27日
發(fā)明者J－M·戈比, T·約翰松 申請人:艾利森電話股份有限公司