專利名稱：用于壓控振蕩器的頻率控制的可變電感電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子裝置，更具體地但是不排除地，涉及一種用于壓控振蕩器(VCO)的頻率控制的可變電感電路。用于改變電感的相關技術還適合于需要可調電感的其他應用。
背景技術：
典型地，基于集成電路(IC)的VCO利用變抗器或其他可變電容設備以提供相應范圍的頻率調節。因為更寬頻率調節范圍的要求的增加，所以需要更寬范圍的可變電容。為了提供可變電容的更大范圍，已經開發了各種電路，包括具有鎖相環(PLL)控制的金屬氧化物半導體(MOS)變抗器、由數字控制器管理的MOS開關等。在一些示例中，這種電路改進要求不可接受量的轉換IC“不動產(real estate)”和/或不希望的相關設備復雜化。在這種改進是可接受的另外示例中，通常希望更進一步地擴展可變頻率范圍。因此，需要用于該技術領域的額外貢獻。
發明內容
本發明的一個實施例是適合于VCO頻率控制的獨特可變電感配置。其他實施例包括獨特的方法、系統、裝置和設備，以提供用于VCO頻率控制和/或不同應用的可變電感。
本發明的另外實施例包括利用包括承載裝置電路的第一襯底和承載可變電感電路的第二襯底的電子裝置。該實施例還包括電磁地耦合第一和第二電感器，以提供互感。在一種形式下，該耦合通過將第一襯底和第二襯底按照設計用于實現該耦合的所需形式的空間關系進行裝配，來實現該耦合。作為非限制示例，將襯底定位為彼此相對，以將電感器放置為彼此接近。該實施例還包括在第一和第二電感器耦合期間，利用作為互感的函數而確定的第一頻率范圍來操作所述裝置電路；改變第二電感器的操作以更改其間的互感；以及在這種改變之后，用與第一頻率范圍不同的第二頻率范圍來操作所述裝置電路。在一種非限制形式中，所述裝置電路定義了用第一頻率范圍和第二頻率范圍中的每一個操作的壓控振蕩器。
在另一個實施例中，一種設備包括第一襯底、按照預定空間關系與第一襯底裝配的第二襯底、包括承載在第一襯底上的第一電感器的壓控振蕩器電路，以及包括電感選擇裝置和第二電感器的電感調節電路。將該第二電感器承載在第二襯底上。構建電感選擇裝置，以在設備操作期間，通過更改第一電感器和第二電感器之間的互感，針對壓控振蕩器電路，在多個電感值之間進行選擇。當被選定時，每一個不同的電感值建立了針對壓控振蕩器電路的多個相應操作頻率范圍中的不同的一個操作頻率范圍。
本發明的另一個實施例包括設置具有包括電感器的裝置電路的第一襯底和具有包括一個或更多其他電感器的電感調節電路的第二襯底；將第一和第二襯底裝配到一起，以實現電感器與一個或更多其他電感器間所需電磁耦合的形成；以及配置一個或更多其他電感器，以提供電感器和一個或更多其他電感器之間的不同互感關系的選擇。在電子裝置的操作期間，這些關系可以是可選擇的，以由所述電感器向所述裝置電路提供可變電感。在一種非限制性形式中，一個或更多電感器中的每一個與開關相連，以通過斷開或閉合電路路徑來改變互感。可選地或另外地，一個或更多其他電感器的個數至少是3。
在另一個實施例中，包括具有承載在第一襯底上的電感器的壓控振蕩器、承載在第二襯底上的一個或更多其他電感器、以及用于改變壓控振蕩器的頻率范圍的裝置。將第二襯底與第一襯底裝配，按照設計用于實現選擇性電磁耦合的方式，相對于一個或更多其他電感器來定位所述電感器。改變裝置包括用于通過更改電感器和一個或更多其他電感器之間的互感來調節壓控振蕩器中的電感的裝置。
另一個實施例包括可變電感電路，所述可變電感電路包括一個或更多第一電感器，將所述第一電感器相對于一個或更多第二電感器進行定位，以便進行選擇性的電磁耦合。可以在一個或更多第一電感器和一個或更多第二電感器之間建立多個不同的互感關系，以提供可變電感。在一種形式中，用每一個都與一個電感器相連的開關來選擇所述關系。可選地或附加地，在另一種形式中，將一個或更多第一電感器承載在第一襯底的表面上，以及將一個或更多第二電感器承載在第二襯底的表面上，其中將所述襯底裝配為彼此相對地進行定位。
本發明的一個目的是提供適合于改變VCO頻率的獨特可變電感配置。
其他目的包括獨特的方法、系統、裝置和設備，以提供可變電感，用于壓控振蕩器的頻率控制和/或不同應用。
根據以下提供的附圖和描述，本發明另外的目的、實施例、形式、方案、好處、優點和特征將是顯而易見的。
圖1是包括具有可調電感的VCO的電子裝置的示意圖。
圖2是圖1裝置的局部剖面示意圖。
圖3是沿圖2的3-3線得到的視圖，示出了圖1中包括的電感器之間的位置關系。
具體實施例方式
為了便于對本發明原理的理解，現在將參考附圖所示實施例，并且將使用特定的語言對其進行描述。然而，應該理解的是，并非傾向于限制本發明的范圍。本發明所涉及領域的普通技術人員容易想到，所述實施例中的任意替代物和進一步修改以及這里所述的本發明原理的進一步應用。
圖1示意性地示出了本發明一個實施例的電子裝置20。裝置20包括襯底22和襯底24。襯底22和襯底24每一個均用矩形象征性地表示，具有由虛線26所示象征性分離。襯底22包括典型地為基于半導體類型的電子部件。針對包括這些類型部件的實施例，典型地，襯底22包括相應的半導體材料。襯底24包括由合適的材料制成的其他電子部件，可以是基于半導體的部件也可以不是基于半導體的部件。以襯底22承載定位在線26左側的裝置20的電子特征，并且以襯底24承載定位在線26右側的裝置20的電子特征。將裝置20按照“倒裝芯片”形式進行裝配，如下文中結合圖2和圖3所更加全面地描述的那樣，然而，可以采取本領域普通技術人員想到的其他形式。
裝置20包括由襯底22和襯底24所承載的電路30。針對襯底22，電路30包括裝置電路32。針對襯底24，電路30包括裝置電路34。裝置電路32包括利用壓控振蕩器(VCO)電路41實現的VCO 40。電路41包括電感器42和與其相連的子電路43。子電路43包括帶內頻率調節電路44，以在所需頻帶內選擇性地改變VCO 40的操作頻率。電路44具有一個或更多部件45，可操作地構建以提供可調電容。一個或更多部件45包括至少一個變抗器46，并且可以包括其他部件或部件類型，以提供所需的帶內頻率調節。在一個示例中，變抗器46是MOS型的，部件45還包括鎖相環(PLL)控制和數字控制器管理下的MOS開關。
子電路43還包括頻率范圍(頻帶)選擇電路50。構建電路50以選擇所需頻率范圍，并且將電路44用于在該范圍內調節操作頻率。電路50可操作地與裝置電路34相連。裝置電路34包括電感調節電路60。電路60包括多個可調電路61a、61b和61c(統稱為電路61)。電路61每一個均包括相應的電感器62a、62b、或62c(統稱為指定電感器62)；象征性地表示，總額(lump-sum)電負載64a、64b、或64c(統稱為指定負載64)；以及開關66a、66b、或66c(統稱為指定開關66)。針對每一個電路61，當相應的開關66閉合時，將電環路或路徑閉合以提供“閉路”，以及當相應的開關66斷開時，提供開路。
通過按照相對于彼此所需的空間配置，對電路41的電感器42和電路61的電感器62進行放置，并且用特定的操作參數來給VCO 40加電，可以在電感42和一個或更多電感器62之間實現選擇性的互感。應該理解的是，該互感的程度依賴于開關66的狀態。針對每一個開關66，閉合狀態提供由相應電感器62和電感器42之間的電磁耦合加電的閉路。該耦合與電感器42和相應電感器62之間的相應互感相對應。相反，針對每一個開關66的斷開狀態，所得到的開路更改了該互感，理想情況下消除互感。通過將開關66調節為處于相對于電路61的閉合/斷開組合，可以共同地調節電感器42和電感器62之間的互感的程度。隨著電感器42和電感器62之間的互感的變化，由VCO電路41中的電感器42提供的有效電感由基于各個電路的理想集總元件模型的以下等式(1)來表示L1＝L1-M12-M13-M14 (1)其中L1等于電感器42的電感，M12等于當開關66a閉合時62a相對于電感器42的互感，M13等于當開關66b閉合時62b相對于電感器42的互感，以及M14等于當開關66c閉合時62c相對于電感器42的互感。在等式(1)的理想模型下，如果相應的開關處于斷開狀態，有效地去除了每一個互感M12、M13和M14。因此，通過斷開全部開關66，針對這種形式模型，電感器42的有效電感是L1。
應該理解的是，在非理想情況下，由于開關電抗和/或電阻電平、二階效應等，處于“斷開狀態”的每一個電路61(對應于開關66斷開)仍然可能存在一定程度的互感。然而，應該認識的是，可以通過考慮這種因素和/或通過合適地校準，仍然可以實現可變電感的預定范圍。可選地，將由電感器42、電路50和電路60提供的有效電感指定為圖1中的可變電感器68。如所示出的，開關66是響應于來自電路50的控制信號的半導體類型開關；然而，在其他實施例中，開關66可以是不同類型的。另外，每一個開關66單獨地或任意組合地操作為電感選擇裝置，如由參考數字69所指定的。
如前所述，將電感器42用于定義用于VCO 40操作的頻率范圍(或頻帶)，并且利用調節電路44執行這種范圍內的操作頻率調節。因此，通過改變電感器42的有效電感，如通過子電路43所實現的，可以選擇用于VCO40操作的不同頻率范圍。針對所示實現，電路50控制每一個開關66的狀態以選擇電感器42和一個或更多電感器62之間的互感的程度，因此提供用于VCO 40的不同操作頻率的選擇。在一種方案中，通過用可變電感器68改變針對VCO 40的電感，當利用相同的可變電容配置時，可以實現相對較大的操作范圍。可選地，可以減小由VCO 40所利用的可變電容的范圍，而通過可變電感器68的調節來提供相同的有效操作頻率范圍。如果選擇可變電容范圍減小方案，可以潛在地消除至少一些可變電容電路以提供更簡單的、不復雜的設計。在其他實施例中，可以利用這些方案的組合。在另一個實施例中，可以省略可變電容電路。
參考圖2，在部分剖面圖中還示出了裝置20，作為倒裝芯片結構21；其中相同的參考數字表示相同的特征。結構21包括分別為有源管芯22a和無源管芯24a形式的襯底22和24。襯底22包括面23a和反面23b，以及襯底24包括面25a和反面25b。將襯底22和24相對于彼此配置，以建立面23b和25b之間的相對的、空間分離的關系。以襯底22的面23b承載電感器42，并且電感器42向襯底24的面25b延伸。以襯底24的面25b承載電感器62，并且每一個電感器62向襯底22的面23b延伸。截面地示出了電感器42和62的每一個。除非另外說明，修飾語“有源”和“無源”是補充術語，用于表示要利用相應電源和不必利用電源的給定部件類型或部件功能。在一個非限制性示例中，與有源管芯22的電感器42的電磁耦合向無源管芯24上的電路61提供電能；其中電路61可以包括半導體部件。在其他實施例中，管芯22a和/或24a可能不完全是無源或有源的。
將有源管芯22安裝到底座70上。通過將結構72a和72b分別與支架74a和74b相連來安裝無源管芯24，以提供電感器42和電感器62之間的接口。此外，參考圖3，提供了相對于圖2的線3-3得到的電感器42和62的視圖，其中相同的參考數字表示相似的特征。電感器42和62每一個相對于由交叉斜線的交叉點表示的基準點P大致呈圓形并且同心。在電感器端子82中存在環形的輕微不連續性，其中以夸張的形式示出端子之間的分離以便更加清楚。電感器42和電感器62每一個均包括兩個端子82。在電感器42的端子82處設置與電路41的電連接，并且在電感器62的端子82處設置與相應電路61的電連接。
電感器42和62每一個大體上相對于基準平面R是平面的。基準平面R與圖3的視圖平面相對應。基準點P與基準平面R重合。應該理解的是電感器42和62每一個均與和基準平面R重合或平行的公共平面相交。相應地，如沿著該公共平面中所包括的線向電感器42和62觀察，電感器42與電感器62交迭。電感器42和62每一個均遵循沿平面R的大體上為平面的路徑，相對于基準點P轉動至少270度。該路徑象征性地用定位在電感器42和62附近的箭頭PA的路徑來表示。電感器42的相對邊84a和84b限定了其間的區域A，并作為區域A的邊界。區域A有足夠的尺寸以在其中容納電感器62。相應地，電感器62共同地嵌套在電感器42中；電感器62b和62c共同地嵌套在電感器42和62a中；以及電感器62c嵌套在電感器42、62a和62b中。
構思了本應用的多個其他實施例。例如，在一些可選實施例中，更多或更少的電路61、相應的電感器、開關、和/或電負載可以用于提供所需的電感調節特征。在另外的實施例中，可以將某些或全部電感器42和62形成為與這里所示的這些不同的形狀或尺寸，或彼此不同的形狀或尺寸。同樣，電感器42和/或任意電感器62可以是處于串聯和/或并聯配置的多個部件的形式。可選地或另外地，可以通過不同類型的開關或另一種類型的可調裝置來提供互感的調節，所述可調裝置構建用于更改相對于電感器42產生的互感。在其他實施例中，襯底22和24的任意一個可以是無源的或有源的，代替電路58，手動地執行互感的調節以限定頻帶，使用更多或更少的襯底，并且/或者建立電感42和一個或更多電感器62之間的不同空間關系。在其他實施例中，將具有或不具有任意上述變體的可變電感器用于提供非-VCO電路中的可調電感。這些替代物僅表示一些可能性。
盡管在附圖和前述描述中詳細示出和描述了本發明，同樣認為在性質上是說明性的而不是限制性的。應該理解的是，僅示出和描述了選定實施例，并且意欲保護所述發明的精神之內和/或由以下權利要求定義的全部改變、修改和等價物。
權利要求
1.一種方法，包括利用電子裝置(20)，所述電子裝置(20)包括承載壓控振蕩器電路(44)的第一襯底(22)和承載電感調節電路(60)的第二襯底(24)，所述壓控振蕩器電路(41)包括第一電感器(42)，以及所述電感調節電路(60)包括第二電感器(62)；電磁地耦合第一電感器(42)和第二電感器(62)以提供其間的互感；在第一電感器(42)和第二電感器(62)耦合期間，利用作為互感的函數而確定的第一頻率范圍來操作所述壓控振蕩器電路；利用電感調節電路(60)，改變第二電感器(62)的操作以更改第一電感器(42)和第二電感器(62)之間的互感；以及在改變第二電感器(62)的操作之后，用與第一頻率范圍不同的第二頻率范圍來操作所述壓控振蕩器電路(41)。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述改變包括減小第一電感器(42)和第二電感器(62)之間的互感。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，通過斷開與第二電感器(62)相連的開關(66)來執行所述減小。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述電感調節電路(60)包括第三電感器(62)，并且所述方法還包括建立第三電感器(62)和第一電感器(42)之間的不同互感；以及在由所述建立產生的第三頻率范圍上操作所述壓控振蕩器電路(41)。
5.根據權利要求1所述的方法，包括通過改變用壓控振蕩器電路(41)中所包括的一個或更多部件建立的電容，來在第一頻率范圍內調節壓控振蕩器電路(41)的頻率。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述電感調節電路(60)包括兩個或更多電感器，所述第二電感器(62)是兩個或更多電感器之一，構建所述兩個或更多電感器以提供相對于第一電感器(42)的不同互感關系的選擇，不同的互感關系是可選擇的，以改變所述壓控振蕩器電路(41)的操作頻率范圍，以及將第一襯底(22)和第二襯底(24)按照相對的關系裝配在一起。
7.根據權利要求6所述的方法，包括選擇不同的互感關系之一，以在所述壓控振蕩器電路(41)中設置所需的電感；在根據所需電感確定的第三頻率范圍上操作所述壓控振蕩器電路(41)；以及用所述壓控振蕩器電路(41)的一個或更多部件來改變電容，以在第三頻率范圍內調節頻率。
8.一種設備，包括第一襯底(22)；第二襯底(24)，按照相對的關系與第一襯底(22)進行裝配；壓控振蕩器電路(41)，包括第一電感器(42)，所述第一電感器(42)承載在第一襯底(22)上；以及電感調節電路(60)，包括電感選擇裝置(69)和第二電感器(62)，所述第二電感器(62)承載在第二襯底(24)上，構建所述電感選擇裝置(69)，以通過在設備操作期間，更改第一電感器(42)和第二電感器(62)之間的互感，針對壓控振蕩器電路(41)，在多個不同電感值之間進行選擇，當選定不同的電感值時，每一個不同的電感值建立了針對壓控振蕩器電路(41)的多個相應操作頻率范圍中的不同的一個操作頻率范圍。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，所述電感選擇裝置(69)包括開關(66)，與第二電感器(62)串聯，通過將開關(66)設置為閉合狀態以形成閉路來建立互感，并且通過將開關(66)設置為開路狀態以形成開路來減小或去除互感。
10.根據權利要求9所述的設備，其中，所述第一電感器(42)和所述第二電感器(62)中的至少一個的每一個大體上是平面的，并且每一個遵循沿關于共面基準點旋轉至少270度的基準平面的路徑。
11.根據權利要求9所述的設備，其中，所述第一電感器(42)和所述第二電感器(62)之一遵循以如下區域的相對側邊為邊界的基準平面的路徑，所述區域具有足夠的尺寸，以包含沿由第一電感器(42)和第二電感器(62)的另一個所遵循的基準平面的路徑。
12.根據權利要求9所述的設備，其中，將所述第一電感器(42)承載在所述第一襯底(22)的面(23b)上，以及將所述第二電感器(62)承載到所述第二襯底(24)的面(25b)上，所述第二襯底(24)面(25b)與第一襯底(22)面(23b)相對，電感調節電路(60)包括承載在第二襯底(24)面(25b)上的多個不同電感器(62)，不同的電感器(62)包括第二電感器(62)，并且電感調節電路(60)包括響應于不同的電感值，選擇性地設置相對于第一電感器(22)的多個不同互感關系的裝置。
13.根據權利要求14所述的設備，其中，壓控振蕩器電路(41)包括用于在每一個操作頻率范圍內調節頻率的裝置。
14.一種制作電子裝置(20)的方法，包括設置具有包括電感器(42)的裝置電路(32)的第一襯底和具有包括多個其他電感器(62)的電感調節電路(60)的第二襯底(24)；將第一襯底(22)和第二襯底(24)按照如下空間關系裝配到一起，所述空間關系設計成選擇性地設置所述電感器(42)和一個或更多其他電感器(62)的電磁耦合的所需形式；以及配置其他電感器(62)，以提供與所述電感器(42)之間不同互感關系的選擇，在電子裝置(20)的操作期間，每個所述不同的互感關系是可選擇的，以提供可變電感。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，操作電路限定了具有依賴于由第一電感器(42)提供的電感的頻率范圍的壓控振蕩器(40)。
16.根據權利要求15所述的方法，包括以一個或更多部件限定所述壓控振蕩器(40)，所述一個或更多部件可操作用于改變電容，以在所述頻率范圍內調節所述壓控振蕩器(40)的操作頻率。
17.根據權利要求14所述的方法，其中，所述配置包括設置多個不同的開關(66)，每一個開關均與其他電感器(62)的相應一個串聯，每個不同的開關(66)均可操作用于相對于其他電感器(62)的相應一個，在閉路或開路路徑之間進行選擇，以相應地在不同的互感關系之間進行選擇。
18.根據權利要求14所述的方法，其中，每一個其他電感器(62)均是平面的，并且配置為相對于彼此的嵌套關系。
19.根據權利要求14所述的方法，其中，其他電感器(62)的個數至少是3。
20.根據權利要求14所述的方法，其中，所述電感器(42)承載在第一襯底(22)面(23b)上，以及其他電感器(62)承載在第二襯底(24)面(25b)上，第一襯底(22)面(23b)與第二襯底(24)面(25b)相對，并且第一電感器(42)遵循關于共面基準點旋轉至少270度的平面路徑。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，每一個其他電感器(62)均遵循關于公共點旋轉至少270度的多個近似共面路徑的相應一個。
22.根據權利要求14所述的方法，包括由半導體材料制作第一襯底(22)；以及形成以第一襯底(22)承載的多個半導體裝置，將每個所述半導體裝置包括在所述裝置電路中。
23.一種設備，包括壓控振蕩器(40)，包括承載在第一襯底(22)上的電感器(42)；承載在第二襯底(24)上的一個或更多其他電感器(62)，將第二襯底(24)和第一襯底(22)裝配到一起，以按照如下空間關系定位第一襯底(22)和第二襯底(24)，所述空間關系限定為選擇性地設置所述電感器(42)和所述一個或更多其他電感器(62)之間的電磁耦合；以及用于改變壓控振蕩器(40)的頻率范圍的裝置，所述改變裝置包括用于通過更改電感器(42)和一個或更多其他電感器(62)之間的互感來調節壓控振蕩器(40)中的電感的裝置。
24.根據權利要求23所述的設備，還包括用于在所述頻率范圍內改變壓控振蕩器(40)的操作頻率的裝置。
25.根據權利要求23所述的設備，其中，其他電感器(62)的個數至少是3，并且配置為相對于彼此近似共面嵌套的關系。
全文摘要
一種電子裝置(2)，由具有包括電感器(42)的裝置電路(32)的第一襯底(22)和具有包括多個其他電感器(62)的電感調節電路(60)的第二襯底制成。將襯底(22、24)彼此相對地裝配到一起。其他電感器(62)配置用于提供相對于電感器(42)的不同互感關系的選擇。在裝置的操作期間，這些關系是可選擇的，以在裝置電路(32)中提供可變的電感。
文檔編號H03B5/12GK101057391SQ200580039070
公開日2007年10月17日 申請日期2005年11月15日 優先權日2004年11月15日
發明者揚·布特門特, 澤格·巴爾迪 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司