[发明专利]一种调谐范围宽品质因数高的开关电容阵列结构

说明书

技术领域

本发明主要涉及离散电容设计领域，尤其指一种调谐范围宽、品质因数高的开关电容阵列结构。

背景技术

由于射频系统中本振电路对调谐范围以及相位噪声性能要求越来越严格，LC振荡器设计实现逐渐成为众多研究热点之一。为了获得足够宽的调谐范围，A.Kral等人于1998年第一次提出了采用开关电容阵列实现谐振器的电容部分。但是由于各种寄生效应，导致有效容值范围减小，品质因数降低，使得开关电容的调谐范围和相位噪声性能存在很大程度的减小。因此，如何减弱开关电容阵列的寄生效应、增大调谐范围和品质因数是开关电容阵列设计时亟待解决的难题。

图1和图3分别展示了一种由NMOS开关管和金属电容实现的传统开关电容结构以及其对应的开关电容阵列结构，图1所示NMOS管N1为射频开关管，N1的栅极为开关控制信号D的输入端，漏极连接金属电容C的一端，电容的另一端为输出端OUT。对于任意一个开关电容单元，当开关控制信号D_i为低电平时，开关管N_i不开启，开关电容处于关闭状态，此时开关电容结构的等效电路如图5所示，其寄生电容可以表示为：

CiOFF=CDi//(CNipar+CDipar)=CDi·(CNipar+CDipar)CDi+(CNipar+CDipar)---(1)]]>

其中C_Dipar为金属电容C_Di的下极板与地形成的寄生电容，C_Nipar为NMOS开关管漏极产生边缘电容，其值等于W_iswC_dd，其中W_isw是开关管的宽度，C_dd为漏端边缘单位宽度电容值，单位为fF/μm。由于开关断开时，金属电容并没有被完全隔离在谐振器之外，而是与寄生电容串联后接入谐振器中，这一效应大大降低振荡器的最高频率。

当开关控制信号D_i为高电平时，开关管N_i开启，开关电容处于工作状态，此时开关电容等效电路如图6所示，其中R_iON为开关管导通时的等效电阻。此时开关电容容值大小可以表示为：

C_iON≈C_i                    (2)

其品质因数Q_i可以表示为：