用于开关电容器阵列控制以在调谐期间提供单调电容器变化的方法、装置及系统 |
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申请号 | CN201380037453.5 | 申请日 | 2013-06-12 | 公开(公告)号 | CN104620228A | 公开(公告)日 | 2015-05-13 |
申请人 | 维斯普瑞公司; | 发明人 | 亚瑟·S·莫里斯三世; | ||||
摘要 | 本主题涉及用于 开关 电容器阵列控制的方法、装置及系统。对于能独立地处于工作状态或不工作状态的双态元件的阵列来说,所述方法、装置及系统能够确定实现对应于期望行为的总的组合 活动度 所需的处于工作状态的元件的线性个数D,将处于工作状态的元件的个数A与实现期望行为所需的元件的线性个数D进行比较,启动第一个数n个不工作元件,并且停用第二个数m个工作元件,其中第一个数n与第二个数m之间的差值等于实现期望行为所需的元件的线性个数D与处于工作状态的元件的当前个数A之间的差值。 | ||||||
权利要求 | 1.一种用于操作双态元件阵列的方法,所述双态元件能独立地处于工作状态或不工作状态,所述方法包括: |
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说明书全文 | 用于开关电容器阵列控制以在调谐期间提供单调电容器变化的方法、装置及系统 技术领域[0003] 在此所公开的主题主要地涉及用于操作能够独立地处于工作状态或不工作状态的双态元件的阵列的方法、装置及系统。更具体地,此处所公开的主题涉及用于开关电容器阵列控制的系统及方法。 背景技术[0004] 相同的或结构上大体相似的开关电容器元件的阵列能够被电力地组合成组(例如通过互连)以提供给定量的集体电容量。在此种阵列之前的实施中,子组已被分组并通过单个控制线驱动以最小化所需要的驱动电路数量。这样的配置能够使用混合的线性控制序列及二进制控制序列。当达到二进制界限时,一些子组被接通,并且其他的子组被关断。这样可能产生总的组电容量在起始态与结束态之间的范围之外变化的瞬态。对于冷切换来说,这不会造成问题。但是,对于电路在切换事件期间处于操作中的热切换来说,这可能在瞬态期间引起使用电容器的电路的非期望的响应。此外,元件的固定分组会造成高切换速率及高度依赖于应用的元件切换速率的特定分布。 [0005] 例如,如图1所示,多个开关电容器元件10布置于阵列100中。特别地,如图1所示,阵列100可为包括64个元件10的8x8的阵列。例如,对于16pF的总调谐范围,元件10可各自具有250fF的电容量变化。元件10可被分组为二进制元件小组以最小化选择多个元件10中的任一个所需的控制线数量。在图1所示的8x8的阵列中,例如,64个元件10可被分组为6个控制比特。在此种配置中,存在不易被组合至二进制方案中的单个比特10a。在常规的控制配置中,此单个的比特能被配置为比较小的电容量比特(例如,相比于250fF的125fF)以增加分辨率(resolution)并维持如图2中所示的全部7个比特的二进制控制。 [0006] 在阵列的总电容量从7.75pF(例如,二进制控制字011111)被切换至8.00pF(例如二进制控制字100000)的一个特别情况下,总电容量中的该单个比特的变化导致如图3中所示的几乎所有比特的变化状态。此种几乎全部的切换可导致短的产品寿命,并且,取决于哪个转变更快,此种几乎全部的切换可能导致在瞬态期间的某一点暂时地具有几乎全部的阵列电容量或几乎没有阵列电容量。对于开启比关闭更早开始的装置来说,例如,调谐电容量将短时间地下降至几乎为零。此下降会影响瞬态期间的电路性能,因此其对于热切换应用来说能成为关键缺点。而且,当耗损是寿命限制方时,此途径会导致所有元件的耗损。 [0007] 因此,对于阵列控制系统及方法来说,将期望的是有效地控制单独能切换元件的阵列的操作,且在调谐期间无电容量偏移(capacitance excursions)且无阵列寿命限制。发明内容 [0008] 依照本公开,提供了用于开关电容器阵列控制的方法、装置及系统。在一个方案中,提供了一种用于操作双态元件阵列的方法,所述双态元件能独立地处于工作状态或不工作状态。此方法可包括:确定实现对应于期望行为的总的组合活动度所需的处于工作状态的元件的线性个数D;及将处于工作状态的元件的个数A与实现期望行为所需的元件的线性个数D进行比较。第一个数n个不工作元件可被启动,第二个数m个工作元件可被停用,使得第一个数n与第二个数m之间的差值等于实现期望行为所需的元件的线性个数D与处于工作状态的元件的当前个数A之间的差值。换句话说,(n-m)=(D-A)。 [0009] 在另一个方案,一种用于开关电容器阵列控制的系统,可包括能独立地处于工作状态或不工作状态的双态元件的阵列及控制器。控制器可配置为接收对应于期望行为的输入,确定实现与期望行为相对应的总的组合活动度所需的处于工作状态的双态元件的线性个数D,将处于工作状态的元件的个数A与实现期望行为所需的元件的线性个数D进行比较,并且启动元件中的第一个数n个不工作元件和停用元件中的第二个数m个工作元件,其中第一个数n与第二个数m之间的差值等于实现期望行为所需的元件的线性个数D与处于工作状态的元件的当前个数A之间的差值。 附图说明[0011] 通过以下的应结合附图一起阅读的详细描述,本主题的特征及优点将更加容易理解,且附图仅通过解释性的及非限制性的例子的方式所给出,其中: [0012] 图1是可调谐电容元件阵列的示意图; [0013] 图2是根据常规控制配置的布置在二进制小组中的可调谐电容元件阵列的示意图; [0014] 图3是根据常规控制配置的切换事件期间的可调谐电容元件阵列的示意图; [0015] 图4是根据本公开的主题的实施例的切换事件期间的可调谐电容元件阵列的示意图; [0016] 图5A-图5C是使用根据本公开的主题的实施例的方法正在被切换的可调谐电容元件阵列的示意图; [0017] 图6A是根据本公开的主题的实施例的布置于不同的元件组中的可调谐电容元件阵列的示意图; [0018] 图6B是根据本公开的主题的实施例的用于可调谐电容元件阵列的连续二进制行列方案; [0019] 图6C是根据本公开的主题的实施例的用于可调谐电容元件阵列的启动序列的图;以及 [0020] 图6D是根据本公开的主题的实施例的提供期望顺序的用于可调谐电容元件阵列的地址的列表。 具体实施方式[0021] 本主题提供了一种用于开关电容器阵列控制的方法、装置及系统,其可处理上文提到的关于常规二进制控制方案的瞬态及寿命问题。在一个方案中,本主题提供了一种用于操作能独立地处于工作状态或不工作状态的双态元件10的阵列100的方法。例如,如上文中所讨论的,每个双态元件10可包括电容器,并且每个元件可具有其自己独立可控的驱动器。 [0022] 对于此种阵列100,可提供对应于期望行为的输入。尽管存在如上文所讨论的与常规控制方案有关的问题,但是二进制的控制输入仍能够有利地在控制通信及寄存器中限制比特个数。然而,为了避免常规二进制控制算法的这种大量切换,取代将元件固定分配为二进制子组,而是二进制控制字可被转换为应当被接通以实现对应于期望行为的总的组合活动度的元件10的线性个数D(例如温度计代码)。例如,在每个双态元件10包括电容器的情况下,期望的行为可包括总的期望电容量。 [0023] 实现期望行为所需的元件10的线性个数D可与当前处于工作状态的元件10的当前个数A进行比较。基于此比较,可启动第一个数n个不工作元件,可停用第二个数m个工作元件,其中第一个数n与第二个数m之间的差值等于实现期望行为所需的元件10的线性个数D与处于工作状态的元件10的当前个数A之间的差值。 [0024] 在一个特定的例子中,当处于工作状态的元件的当前个数A小于实现期望行为所需的元件10的线性个数D时,待被启动的不工作元件的第一个数n可等于实现期望行为所需的元件10的线性个数D与处于工作状态的元件10的当前个数A之间的差值(即,n=(D-A)),但待被停用的工作元件的第二个数m可等于零。 [0025] 相反地,当处于工作状态的元件10的当前个数A大于实现期望行为所需的元件10的线性个数D时,将要被启动的不工作元件的第一个数n可等于零,同时将要被停用的工作元件的第二个数m可等于处于工作状态的元件10的当前个数A与实现期望行为所需的元件10的线性个数D之间的差值(即m=(A-D))。 [0026] 这样,再次参照关于图3讨论的例子,将总电容量从7.75pF(例如二进制控制字011111)变化至8.00pF(例如二进制控制字100000)可通过从接通31个元件10变至接通 32个元件10来完成。由于元件10可独立地被切换,所以此切换事件可如图4所示仅是包括再多将一个元件10转至工作状态。因此,用此种方式控制阵列100中的元件10的使用可最小化元件非必要的循环。除限制调谐期间的电容量偏移之外,需注意的是,此方法还利用了“额外的比特”。 [0027] 可选地或除最小化循环之外,还认识到元件切换速率的分布可高度依赖于应用。如果直接使用以上方法,例如,第一个元件10可趋向于在大部分时间处于通状态,而最后一个元件10将会很少被使用。相比之下,阵列100中间的那些元件10的切换速率可能会接近于阵列100作为整体的切换速率。此行为会将产品可靠性限制在接近单个元件的可靠性。 [0028] 为解决此分布,用于给定的调谐状态的一组元件10可额外地在阵列100中进行轮换。例如,如图5A至5D中所示,元件10可如图5B及5C中所示在电容量增加期间在一端(如右端)被启动,并且也可如图5D所示在电容量减小期间从另一端(如左端)被停用。另外,阵列100中的这组元件10可作为逻辑循环寄存器,从而当越过上界限的元件10被启动时,其可如图5E所示继续从下界限被添加。这还可应用于如图5F所示越过上界限关断的元件10。此方法可使整个阵列的元件10的单独个体的切换速率均衡以达到调谐状态转变的合理分布,这能够有助于最大化总体的产品寿命。 [0029] 处于工作状态的元件10的当前个数A的此轮换可进一步通过使将待被启动的元件的第一个数n与待被停用的元件的第二个数m均强制为非零值来辅助。特别地,例如,通过分别启动和停用相等的、非零个数的不工作元件和工作元件(即n=m),即使对于固定的调谐设置(即,当调谐字不变时),所使用的元件10中的那些元件也可进行轮换。此固定状态循环会增加循环,但也会降低在“通”状态的停留时间(即,保持时间),其还能够提升平均产品寿命。上述行为是否应该被执行及以多少基础速率执行可依赖具体的元件可靠性限制。 [0030] 然而,不考虑被切换的元件10的数量或其循环的速率,元件10可根据阵列100中元件10的预定顺序序列被启动及/或停用,其可以以例如连续、重复的模式进行。例如,此顺序序列可在映射表中定义,在该映射表中预定的顺序序列被映射至阵列100中的元件10的位置。这种映射表可为固定的表,或其可为可编程的表。 [0031] 在一个特定的方法中,参照映射表可包括:根据预定的顺序序列启动起始于第一指针P1的一个或多个元件10,第一指针P1确定下一个将要被启动的不工作元件;及在预定的顺序序列中将第一指针P1前进n个位置。特别地,由第一指针P1确定的不工作元件可被启动,第一指针P1可在预定的顺序序列中前进1个位置,并且可重复此启动及前进直到n个不工作元件已经被启动为止(参见例如图5A-5F)。 [0032] 相似的,映射表可同样地用于根据预定的顺序序列停用起始于第二指针P2的一个或多个元件10,第二指针P2确定下一个将要被停用的工作元件,及在预定的顺序序列中将第二指针P2前进m个位置。特别地,由第二指针P2确定的一个工作元件可被停用,第二指针P2可在预定的顺序序列中前进1个位置,并且可重复此停用及前进的步骤直到m个工作元件已经被停用为止(参见例如图5B-5F)。 [0033] 需注意,当基础“序列”可对应于特定的物理配置时,可选择所使用的特定序列来优化操作及可靠性。例如,为了最小化调谐过程中的RF变化,启动第一个数n个不工作元件可包括启动阵列100中的相互分隔开的多个元件10。在这点上,使序列在阵列100中穿插会是有利的,以使得元件10在不同的位置被添加从而平均化不同的寄生及元件Q’s,若它们存在的话。 [0034] 在另一方案中,用于操作双态元件10的阵列100的方法可通过硬件系统实现。若应用在设计时已被固定,则其可能被硬连线构建至设计中。然而,可期望的是,阵列能灵活地用于许多应用中,从而提高在更大市场的设计。为使这种灵活性成为可能,可使用可编程的方法来将以上的序列分配至物理配置。此方法可有益于优化产品的RF性能。再次参照8x8阵列的例子,根据当前主题的阵列中元件的切换可以多种方式应用于给定的应用中。例如,如图6A至6D所示,元件可被连接至3个不同的组101、102及103。组的边界可为预定的和固定的,或其可以由用户选择性地重新定义/重新编程。 [0035] 如上文所讨论的,赋予每个元件唯一的地址可各自需要6比特。这些地址的排列可为随机的,因此连续的二进制行列方案110(例如十进制的0-63)可被选择为如图6B所示。此连续的二进制行列方案110可为预定的和固定的,或每个元件10的二进制地址可依照期望选择性地重新分配/重新编程。尽管图6B确定了三个不同的组101、102及103中的每一个,但是应当注意的是,连续的二进制行列方案110可独立于元件10向三个不同的组101、102和103之一的分配来为每个元件10分配地址。如图6C中所示,比特序列111、112及113可分配在各个组中。为使根据连续的二进制行列方案110的元件10的地址与序列111、112及113关联,每个组的列表能够以期望顺序来提供元件地址。 [0036] 例如,在图6D中示出了包含第一组101的元件地址的列表121。此列表121能够针对特定的顾客/应用在制造期间设置于非易失性存储器中,或者其能够在运行时由顾客载入寄存器中。用于确定预定的顺序序列的此方法能够在阵列控制为完全可变的和为软件可编程的配置中是有益的。 [0037] 可选地,在元件10被编成多个不同的元件组(例如三个不同的组101、102及103),并且为每个组应用单独的寄存器(例如序列111、112及113)的情况下,二进制字可针对每个寄存器被转换为线性温度计代码。此代码可硬连线至束(beams),例如如上文关于图6C所讨论的具体序列。 [0038] 虽然可能存在多种途径来在硬件中实现此方法,但是值得详细描述用于操作的某些细节。例如,可通过起始索引及“通”计数来指定移动窗。或,其可通过起始索引及终止索引来指定。其对于上文中待被转换成固定逻辑配置的查询表能够是有益的,以最小化调谐事件期间的计算量。此移动窗的实现也可最小化计算量。这是为了避免延迟、最小化芯片尺寸,并且为了可能避免对于时钟逻辑的需要。 [0039] 此实现可包括k×k的多路复用器(multiplexer),其中k为元件个数。注意的是,在总输入列表中,每个地址出现一次且仅出现一次。多路复用器通过地址列表来设置。之后特定的组成为全体输出列表的连续区段。 [0040] 注意的是,用于单独元件的此逻辑还可应用于包含多个元件的子组(或单元),在子组中,在前往列表中的下一个子组之前一直遵循一致的顺序。 [0041] 本主题在不脱离其精神及必要特征的情况下可以以其他形式实现。因此所描述的实施例在所有方面被认为是说明性和非限制性的。尽管本主题已经在特定优选实施例方面进行了描述,但是对于本领域技术人员而言显而易见的其他实施例也在本主题的范围之内。 |