专利名称：电压控制可变电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压控制可变电容器，其电容值根据施加到其上的控制电压而改变。
背景技术：
在通信终端等中使用的信号处理电路中，需要以高精度振荡的振荡器，以精确地产生时钟信号。传统地，为了提高通常使用的晶体振荡器的振荡精度，已知有VCXO(电压控制晶体振荡器)，其包括电容值根据控制电压而改变的电压控制可变电容器(电压控制可变电抗器)，以及根据电压控制可变电抗器的电容值以某频率振荡的晶体振荡器。还已知有TCXO(温度补偿晶体振荡器或具有温度补偿电路的晶体振荡器)，其中，为了补偿取决于温度的晶体振荡器的频率变化，将由温度补偿电路在温度特性方面进行了补偿的控制电压施加到电压控制可变电抗器，从而以所希望的频率振荡晶体振荡器。
作为在前述振荡器中使用的传统的可变电抗器，有一个在图12至14中示出。
图12示出了使用二极管的电压控制可变电抗器。电压控制可变电抗器以这样的方式布置PN结二极管的正极侧接地，并且给其负极侧上的端子Zc施加控制电压，由此改变在二极管的pn结表面形成的耗尽层宽度，从而改变从端子Zc看到的电容值。图中示出的被配置用来将反向偏压施加到二极管上的电压控制可变电抗器可以通过在一定的范围内改变控制电压来改变其电容值。然而，通常，这样的电压控制可变电抗器不能产生很高的关于控制电压变化的电容值变化的灵敏度。
图13是使用固定电容器和MOS晶体管的电压控制可变电抗器。该电压控制可变电抗器以这样的方式布置固定电容器的一端和MOS晶体管的漏极串联，并且MOS晶体管的源极接地，由此改变MOS晶体管的栅极电压，从而改变MOS晶体管的导通电阻值，以改变从电容器的另一端Zc看到的电容值(例如，参见日本专利第3222366号)。
图15(A)是示出了从端子Zc看到的电容值关于图13中示出的电压控制可变电抗器的控制电压Vcont的变化特性(C-V特性)的图。当施加到栅极上的控制电压Vcont从地线电压逐渐增大并超过阈值Vt时，MOS晶体管开始导通。也就是说，当控制电压Vcont增大时，MOS晶体管的导通电阻值减小。这样，电压控制可变电抗器的电容值在如图15(A)所示的控制电压范围ΔVC内迅速地从0法拉(F)变到C(F)。如此图中所示，此C-V特性线性不好。
图15(B)是示出了关于控制电压Vcont的电压控制可变电抗器的电容值变化率(C-V灵敏度)的图。如此图中所示，在控制电压范围VC内，C-V灵敏度没有表示几乎相同的值的范围。换句话说，将理解的是，电压控制可变电抗器的电容值的变化特性不是线性的。
图15(C)是示出了在电压控制晶体振荡器中使用电压控制可变电抗器的情况中，关于控制电压Vcont的振荡频率特性(f-V特性)的图。如此图中所示，当通过使用电压控制可变电抗器在电压范围ΔVC内改变控制电压Vcont时，电压控制可变电抗器的电容值迅速改变，并且，此外，该变化特性不是线性的。这样，不能线性地改变电压控制晶体振荡器的振荡频率。
也就是说，根据如此配置的电压控制可变电抗器，尽管关于控制电压的变化的电容值变化的灵敏度高，但仅能在小电压范围内改变控制电压。此外，相对于控制电压的变化的电容值变化的线性不好。这样，电压控制可变电抗器在其控制方面有困难，因此难以用来补偿晶体振荡器的频率。
图14是电压控制可变电抗器，其中改进了前述的传统技术。此电压控制可变电抗器以这样的方式布置多个可变电抗器并联，每个在图13中示出，并且将具有不同值的控制电压Vcont1至Vcontn(Vcont1＞Vcont2＞...＞Vcontn)分别施加到组成可变电抗器的MOS晶体管(M1至Mn)的栅极上，从而改变从端子Zc看到的电容值。以Vcont1＝Vc、Vcont2＝Vc-Voff1、Vcont3＝Vc-Voff2...的方式产生各个控制电压，使得在其之间具有预定的偏离值。这些控制电压被分别施加到MOS晶体管上。这样，当从GND电压升高电压Vc时，并且当Vcont1(＝Vc)达到MOS晶体管在该处开始导通的阈值电压VT时，包括MOS晶体管M1的可变电抗器VC1的电容值开始改变。当进一步升高电压Vc并达到VT+Voff1(即，Vcont2＝Vt)时，包括MOS晶体管M2的可变电抗器VC2的电容值开始改变。在这方面，以这样的方式确定Voff1的值当可变电抗器VC1的电容值的改变值在其电容值开始改变之后变得更小的时候，可变电抗器VC2的电容值开始改变。以类似的方式，确定Voff2、Voff3...的值。
根据这样的电压控制可变电抗器，具有不同值的控制电压被分别施加到可变电抗器上。当增大电压Vc时，首先，可变电抗器VC1的电容值开始改变，并且当控制电压增大预定的值(Voff1)时，可变电抗器VC2的电容值开始改变。这样，可以在宽控制电压范围内改变从端子Zc看到的电容值(电压控制可变电抗器的整个电容值)。此外，根据此电压控制可变电抗器，如上所述，由于将控制电压(Vcont1至Vcontn)以预定模式施加到各个MOS晶体管上，因此可以线性地改变从端子Zc看到的电容值(例如，参见JP-A-10-51238)。
然而，根据前述传统的电压控制可变电抗器，其中多组固定电容器和MOS晶体管并联，由于分别将分别具有不同值的控制电压施加到MOS晶体管上，因此需要多个电路，每一个用来产生控制电压。这样，电路结构变得复杂，并且难以以高精度控制电容值。此外，由于电路结构变得复杂，因此难以减小电路规模以由此减小芯片面积。
发明内容
考虑到前述情况而做出了本发明，并且，本发明的目的是提供一种电压控制可变电容器，其可以在宽控制电压范围内改变其电容值，并容易地以高精度控制该电容值而不使其电路结构复杂化。此外，本发明的目的是提供一种电压控制可变电容器，其可以以良好的线性来改变其电容值。
根据本发明的电压控制可变电容器是电容值根据施加到其上的控制电压而改变的电压控制可变电容器。该电压控制可变电容器包括多个可变电容装置，其每一个被构成为具有固定电容器和MOS晶体管，其中在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管的阈值电压不同，其中MOS晶体管响应于施加到其上的栅极电压而在所述阈值电压处开始导通；对于预定的控制电压，所述多个可变电容装置分别基于不同的阈值电压而呈现电容值；并且，电压控制可变电容器的电容值是所述多个可变电容装置的电容值的合成值。
根据这样的结构，由于在所述多个可变电容装置中阈值不同，并且在所述多个可变电容装置中对于可变电容装置的控制电压范围不同，因此可以在宽控制电压范围内改变电压控制可变电容器的电容值。此外，由于将相同的控制电压施加到多个可变电容装置，因此可以容易地以良好的精度控制电容值而不使电路结构复杂化。
通过连接固定电容器和MOS晶体管的源极-漏极组成根据本发明的电压控制可变电容器的可变电容装置，并且并联所述多个可变电容装置。根据这样的结构，可以在宽控制电压范围内改变电压控制可变电容器的电容值，并且可以容易地以良好的精度控制该电容值而不使电路结构复杂化。
根据本发明的电压控制可变电容器的多个可变电容装置的MOS晶体管根据控制电压的增大，分别在施加到其上的控制电压的不同值处开始导通。根据这样的结构，所述多个可变电容装置根据控制电压的增大，一个接一个地顺次开始导通，使得可以关于控制电压的变化以良好的线性来控制电容值。
根据本发明的电压控制可变电容器的多个可变电容装置的MOS晶体管根据控制电压的增大，一个接一个地顺次开始导通，并且，当包括先前已经导通的MOS晶体管的所述多个可变电容装置的另一个的电容值的变化率开始减小时，所述多个可变电容装置的下一个的MOS晶体管开始导通。根据这样的结构，当增大控制电压时，可以使电容值的变化率为常数，其中该电容值是所述多个可变电容装置的电容值的合成。这样，可以关于控制电压的增大以良好的线性来控制电容值。
在所述多个可变电容装置中，根据本发明的电压控制可变电容器的MOS晶体管具有相同的栅极宽度，并且具有彼此不同的栅极长度。根据这样的结构，在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管可以根据其栅极长度而分别具有不同的阈值电压。
在所述多个可变电容装置中，根据本发明的电压控制可变电容器的MOS晶体管具有相同的栅极长度，并且具有彼此不同的栅极宽度。根据这样的结构，在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管可以根据其栅极宽度而分别具有不同的阈值电压。
根据本发明的电压控制可变电容器的MOS晶体管以这样的方式布置在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管的栅极宽度和栅极长度之间的比率彼此不同。根据这样的结构，在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管可以根据其栅极宽度和栅极长度之间的比率而分别具有不同的阈值电压。
根据本发明的电压控制可变电容器的MOS晶体管以这样的方式布置在所述多个可变电容装置中，将MOS晶体管的背栅极电压分别区分开。根据这样的结构，在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管可以根据其背栅极电压而分别具有不同的阈值电压。
根据本发明的半导体集成电路包括根据本发明的电压控制可变电容器。
根据本发明的VCXO模块包括根据本发明的电压控制可变电容器、振荡电路和晶体谐振器。根据这样的结构，可以容易地在宽控制电压范围内以良好的精度振荡产生所希望的频率信号。此外，由于电路结构没有复杂化，可以减小电路的尺寸，因此还可以减小芯片面积。
根据本发明的TCXO模块包括根据本发明的电压控制可变电容器、振荡电路、温度补偿电路和晶体谐振器。根据这样的结构，可以容易地在宽控制电压范围内以良好的精度振荡产生受到温度补偿的所希望的频率信号。此外，由于电路结构没有复杂化，可以减小电路的尺寸，因此还可以减小芯片面积。
根据本发明的通信终端包括通过使用根据本发明的电压控制可变电容器而组成的晶体振荡模块。根据这样的结构，振荡产生了具有高精度的频率信号，因此提高了稳定性。此外，由于电路结构没有复杂化，可以使终端最小化。
根据本发明，提供了电压控制可变电容器，其可以在宽控制电压范围内改变其电容值，并容易地以高精度控制该电容值而不使其电路结构复杂化。此外，提供了该电压控制可变电容器，其可以以良好的线性改变其电容值。
图1是示出了用于解释本发明的第一实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。
图2是示出了MOS晶体管的示意结构的图。
图3是用于解释根据第一实施例的电压控制可变电抗器的工作特性的图。
图4是示出了使用根据该实施例的电压控制可变电抗器的电压控制晶体振荡器的结构的图。
图5是示出了用于解释本发明的第二实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。
图6是示出了用于解释本发明的第三实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。
图7是示出了用于解释本发明的第四实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。
图8是示出了用于解释本发明的第五实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。
图9是示出了用于解释本发明的第六实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。
图10是示出了用于解释本发明的第七实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。
图11是示出了用于解释本发明的第八实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。
图12是用于解释使用二极管的传统的电压控制可变电容器(电压控制可变电抗器)的结构的图。
图13是用于解释使用固定电容器和MOS晶体管的传统的电压控制可变电容器(电压控制可变电抗器)的结构的图。
图14是用于解释传统的电压控制可变电容器(电压控制可变电抗器)的结构的图，其中图13中示出的多个电压控制可变电抗器并联。
图15是用于解释图13中示出的传统的电压控制可变电抗器的工作特性的图。
具体实施例方式
(第一实施例)在第一和第二实施例中，关于这样的情况将进行解释其中在多个可变电容装置中，将MOS晶体管的栅极长度分别区分开，从而在MOS晶体管中将阈值电压分别区分开。
图1是示出了用于解释本发明的第一实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。根据该实施例的电压控制可变电抗器VC以这样的方式配置可变电抗器VCk(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)并联，其每一个通过串联电容值为C/n的固定电容器Ck(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)和N沟道型MOS晶体管Mk(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)而形成。在根据该实施例的电压控制可变电抗器中，根据施加到其一端上的控制电压Vcont，改变从其另一端(端子Zc)看到的电容值(多个可变电抗器VC1至VCn的合成电容值)。用于确定从端子Zc看到的可变电抗器VCk的电容值的MOS晶体管的尺寸由如图2所示的栅极宽度W和栅极长度L确定。然而，组成图1中示出的电压控制可变电抗器VC的MOS晶体管M1至Mn具有相同的栅极宽度W，但分别具有不同的栅极长度(L1＜L2＜...＜Ln)。这样，在可变电抗器VC1至VCn中，MOS晶体管M1至Mn的阈值电压Vtk分别不同(即，Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)，其中MOS晶体管响应于施加到其上的栅极电压而在该阈值电压处开始导通。对于预定的控制电压，可变电抗器VC1至VCn分别基于不同的阈值电压而呈现电容值。
可变电抗器VCk以这样的方式布置固定电容器Ck的一端连接到端子Zc，并且另一端连接到MOS晶体管Mk的漏极。MOS晶体管Mk的源极接地，给其栅极施加控制电压Vcont，并且其背栅极接地。包含在可变电抗器VC1至VCn中的MOS晶体管M1至Mn分别以这样的方式配置顺次延长栅极长度L1至Ln(即，L1＜L2＜...＜Ln)，使得顺次增大阈值电压Vt1至Vtn(即，Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)。
图3是用于解释根据第一实施例的电压控制可变电抗器的工作特性的图。
图3(A)是示出了在电压控制可变电抗器中，关于控制电压Vcont的从端子Zc看到的电容值的变化特性(C-V特性)的图。当将相同的控制电压Vcont施加到各个MOS晶体管的栅极上，然后从地线电平(GND)逐渐增大控制电压时，当控制电压Vcont分别达到阈值电压Vt1至Vtn的时候，可变电抗器VC1至VCn的MOS晶体管M1至Mn顺次导通。换句话说，当控制电压Vcont增大时，该控制电压顺次将它的值改变阈值电压Vt，从而减小MOS晶体管M1至Mn的导通电阻值，使得可变电抗器VC1至VCn的每一个的电容值在可变电抗器VCk的控制电压范围ΔVC内从0(F)变到C(F)。在图3(A)中，可变电抗器VC1、VC2的控制电压范围ΔVC1、ΔVC2作为示例示出。如此图中所示，可变电抗器(VC1至VCn)的控制电压范围被区分开。
由于电压控制可变电抗器以并联可变电抗器VC1至VCn的方式布置，电压控制可变电抗器的整个电容值的变化特性是可变电抗器VC1至VCn的电容值的变化特性的总和(或合成)。这样，当改变MOS晶体管的栅极长度L1至Ln，使得MOS晶体管M1至Mn的阈值电压Vt1至Vtn分别呈现适当的值时，从端子Zc看到的电压控制可变电抗器的整个电容值VC在宽控制电压范围(ΔVC)内随着控制电压Vcont，以良好的线性从0(F)平滑地变到C(F)。
图3(B)是示出了电压控制可变电抗器的电容值VC关于控制电压Vcont的变化率(C-V灵敏度)的图。如此图中所示，当设置MOS晶体管M1至Mn的栅极长度L1至Ln以确定阈值电压Vt1至Vtn，使得可变电抗器VC1至VCn的每一个的C-V灵敏度在控制电压范围ΔVC内变得几乎为常数时，可以使电压控制可变电抗器的电容值VC的变化特性具有良好的线性。
接下来，关于在电压控制晶体振荡器(VCXO)中使用根据该实施例的电压控制可变电抗器的情况，将进行解释。图4是示出了使用根据该实施例的电压控制可变电抗器的电压控制晶体振荡器的结构的图。如此图中所示，电压控制晶体振荡器以这样的方式布置由电阻器R、反向器INV和晶体Xta1形成的并联的一端和另一端连接到端子Zc1、Zc2，电压控制可变电抗器Vca、VCb的一端(连接端)分别连接到端子Zc1、Zc2，并且，将控制电压Vcont施加到电压控制可变电抗器Vca、VCb的另一端(控制输入端)。电压控制晶体振荡器根据电压控制可变电抗器Vca、VCb的电容值而改变器振荡频率。
图3(C)是示出了在通过使用根据该实施例的电压控制可变电抗器而组成图4中示出的电压控制晶体振荡器的情况中，关于控制电压Vcont的振荡频率特性(f-V特性)的图。如此图中所示，当通过使用根据该实施例的电压控制可变电抗器而在电压范围ΔVC内改变控制电压Vcont时，可以基本上以线性方式改变电压控制可变电抗器的电容值VC。这样，也可以基本上以线性方式在相同的电压范围(ΔVC)内改变电压控制晶体振荡器的振荡频率。因此，当在电压控制晶体振荡器中使用根据该实施例的电压控制可变电抗器时，可以在宽控制电压范围内控制晶体振荡器的振荡频率，并且还可以容易地以高精度控制振荡频率。因此，使用根据该实施例的电压控制可变电抗器的电压控制晶体振荡器易于作为用于频率补偿的晶体振荡器来使用。
如上面所解释的，在根据该实施例的电压控制可变电抗器中，用于各个可变电抗器(VC1至VCn)的控制电压范围彼此不同，并且可以在由这些控制电压范围合成的控制电压范围内改变控制电压。这样，可以在宽控制电压范围内改变电容值(各个可变电抗器VC1至VCn的合成电容值)。因此，可以使电容值变化对于控制电压变化的灵敏度低。也就是说，由于可以逐渐地改变电容值，因此可以容易地产生用于获得所希望的电容值的控制电压。此外，由于将相同的控制电压Vcont施加到所述多个可变电抗器VC1至VCn上，因此可以容易地以高精度控制电容值而不使电路结构复杂化。此外，根据根据该实施例的电压控制可变电抗器，设置各个栅极长度(L1至Ln)以便将各个阈值电压彼此区分开，使得当可变电抗器VC1电容值的变化量(变化率)在其开始改变之后减小的时候，可变电抗器VC2的电容值开始改变。这样，可以使关于控制电压变化的电容值(各个可变电抗器VC1至VCn的合成电容值)的变化量(变化率)为常数，因此可以以良好的关于控制电压的变化的线性来控制电容值。
(第二实施例)图5是示出了用于解释本发明的第二实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。在该图中，用共同的符号来表示与第一实施例中解释的图1的那些部件同样的部件。
在根据此实施例的电压控制可变电抗器中，每个可变电抗器VCk(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)中的固定电容器Ck(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)和MOS晶体管Mk(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)之间的位置关系与第一实施例的位置关系相反。也就是说，根据此实施例，可变电抗器VCk以这样的方式布置固定电容器Ck的一端接地，并且其另一端连接到MOS晶体管Mk的源极。MOS晶体管Mk在其漏极处连接到端子Zc，并在其栅极处给其提供控制电压Vcont。
根据此实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果与根据第一实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果相同。
(第三实施例)在第三和第四实施例中，关于在多个可变电容装置中，将MOS晶体管的栅极宽度分别区分开的情况，将进行解释。
图6是示出了用于解释本发明的第三实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。在此图中，用共同的符号来表示与在第一实施例中解释的图1的那些部件同样的部件。在第一实施例中，将MOS晶体管M1至Mn的栅极长度彼此分别区分开，从而在MOS晶体管中将阈值电压分别区分开。相比之下，在此实施例中，设置MOS晶体管M1至Mn的栅极宽度以具有不同的值(W1＞W2＞W3＞...＞Wn)，从而在MOS晶体管中将阈值电压Vtk分别区分开(Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)。
组成根据该实施例的电压控制可变电抗器VC的MOS晶体管M1至Mn以这样的方式布置栅极长度L相同，但栅极宽度W1至Wn分别区分开(即，W1＞W2＞W3＞...＞Wn)。这样，MOS晶体管M1至Mn分别具有在可变电抗器VC1至VCn中不同的阈值Vtk(即，Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)，其中MOS晶体管响应于施加到其上的栅极电压而在所述阈值处开始导通。
如图6所示，根据该实施例的电压控制可变电抗器VC以这样的方式配置可变电抗器VCk(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)并联，其每一个由电容值为C/n的固定电容器Ck(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)和N沟道型MOS晶体管Mk(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)的串联形成。在根据该实施例的电压控制可变电抗器中，根据施加到其一端的控制电压Vcont，改变从其另一端(端子Zc)看到的电容值。组成根据该实施例的电压控制可变电抗器VC的MOS晶体管M1至Mn以这样的方式布置栅极长度L相同，但栅极宽度W1至Wn分别区分开(即，W1＞W2＞W3＞...Wn)。这样，MOS晶体管M1至Mn分别具有在可变电抗器VC1至VCn中不同的阈值(即Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)，其中MOS晶体管响应于施加到其上的栅极电压而在该阈值处开始导通。
可变电抗器VCk以这样的方式布置固定电容器Ck的一端连接到端子Zc，并且另一端连接到MOS晶体管Mk的漏极。MOS晶体管Mk的源极接地，给其栅极施加控制电压Vcont，并且其背栅极接地。包含在可变电抗器VC1至VCn中的MOS晶体管M1至Mn分别以这样的方式布置顺次减小栅极宽度W1至Wn(即，W1＞W2＞...＞Wn)，使得顺次增大阈值电压Vt1至Vtn(即，Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)。
根据此实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果与根据第一和第二实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果相同。也就是说，在根据该实施例的电压控制可变电抗器中，用于各个可变电抗器(VC1至VCn)的控制电压范围彼此不同，并且可以在由这些控制电压范围合成的控制电压范围内改变控制电压。这样，可以在宽控制电压范围内改变电容值(各个可变电抗器VC1至VCn的合成电容值)。因此，可以使关于控制电压变化的电容值变化的灵敏度低。也就是说，由于可以逐渐地改变电容值，因此可以容易地产生用于获得所希望的电容值的控制电压。此外，由于将相同的控制电压施加到所述多个可变电抗器VC1至VCn上，因此可以容易地以高精度控制电容值而不使电路结构复杂化。此外，根据根据该实施例的电压控制可变电抗器，设置各个栅极宽度(W1至Wn)，以便将各个阈值电压彼此区分开，使得当可变电抗器VC1电容值的变化量在其开始改变之后减小的时候，可变电抗器VC2的电容值开始改变。这样，可以使关于控制电压变化的电容值(各个可变电抗器VC1至VCn的合成电容值)的变化率为常数，因此可以以良好的关于控制电压变化的线性来控制电容值。
(第四实施例)图7是示出了用于解释本发明的第四实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。在该图中，用共同的符号来表示与第三实施例中解释的图6的那些部件同样的部件。
在根据此实施例的电压控制可变电抗器中，每个可变电抗器VCk(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)中的固定电容器Ck(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)和MOS晶体管Mk(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)之间的位置关系与第三实施例的位置关系相反。也就是说，根据此实施例，可变电抗器VCk以这样的方式布置固定电容器Ck的一端接地，并且其另一端连接到MOS晶体管Mk的源极。MOS晶体管Mk在其漏极处连接到端子Zc，并在其栅极处给其提供控制电压Vcont。
根据此实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果与根据第三实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果相同。
(第五实施例)在第五和第六实施例中，关于在多个可变电容装置中，将MOS晶体管的栅极宽度和栅极长度的比率区分开的情况，将进行解释。
图8是示出了用于解释本发明的第五实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。在此图中，用共同的符号来表示与在第一实施例中解释的图1的那些部件同样的部件。在第一实施例中，MOS晶体管M1至Mn的栅极长度彼此分别区分开，从而在MOS晶体管中将阈值电压分别区分开。相比之下，在此实施例中，设置MOS晶体管的栅极宽度相对于栅极长度的比率，以在各个MOS晶体管M1至Mn中具有不同的值(W1/L1＞W2/L2＞W3/L3＞...＞Wn/Ln)，从而在MOS晶体管中将阈值电压Vtk分别区分开(Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)。
组成根据该实施例的电压控制可变电抗器VC的MOS晶体管M1至Mn以这样的方式布置设置MOS晶体管的栅极宽度相对于栅极长度的比率(W1/L1至Wn/Ln)，以具有彼此不同的值(即，W1/L1＞W2/L2＞W3/L3＞...＞Wn/Ln)。这样，MOS晶体管M1至Mn分别具有在可变电抗器VC1至VCn中不同的阈值Vtk(即，Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)，其中MOS晶体管响应于施加到其上的栅极电压而在所述阈值处开始导通。
如图8所示，根据该实施例的电压控制可变电抗器VC以这样的方式配置可变电抗器VCk并联，其每一个由电容值为C/n的固定电容器Ck(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)和N沟道型MOS晶体管Mk(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)的串联形成。在根据该实施例的电压控制可变电抗器中，根据施加到其一端上的控制电压Vcont而改变从其另一端(端子Zc)看到的电容值。组成电压控制可变电抗器的MOS晶体管M1至Mn以这样的方式布置设置MOS晶体管的栅极宽度相对于栅极长度的比率(W1/L1至Wn/Ln)，以具有彼此不同的值(即，W1/L1＞W2/L2＞W3/L3＞...＞Wn/Ln)。这样，MOS晶体管M1至Mn分别具有在可变电抗器VC1至VCn中不同的阈值Vtk(即Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)，其中MOS晶体管响应于施加到其上的栅极电压而在该阈值处开始导通。
可变电抗器VCk以这样的方式布置固定电容器Ck的一端连接到端子Zc，并且另一端连接到MOS晶体管Mk的漏极。MOS晶体管Mk的源极接地，给其栅极施加控制电压Vcont，并且其背栅极接地。包含在可变电抗器VC1至VCn中的MOS晶体管M1至Mn分别以这样的方式配置顺次减小MOS晶体管的栅极宽度相对于栅极长度的比率W1/L1至Wn/Ln(即，W1/L1＞W2/L2＞W3/L3＞...＞Wn/Ln)，使得顺次增大阈值电压Vt1至Vtn(即，Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)。
根据此实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果与根据第一至第四实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果相同。也就是说，在根据该实施例的电压控制可变电抗器中，用于各个可变电抗器(VC1至VCn)的控制电压范围彼此不同，并且可以在由这些控制电压范围合成的控制电压范围内改变控制电压。这样，可以在宽控制电压范围内改变电容值(各个可变电抗器VC1至VCn的合成电容值)。因此，可以使电容值变化关于控制电压变化的灵敏度低。也就是说，由于可以逐渐地改变电容值，可以容易地产生用于获得所希望的电容值的控制电压。此外，由于将相同的控制电压Vcont施加到所述多个可变电抗器VC1至VCn上，因此可以容易地以高精度控制电容值而不使电路结构复杂化。此外，根据根据该实施例的电压控制可变电抗器，设置各个栅极宽度相对于栅极长度的比率(W1/L1至Wn/Ln)，以便将各个阈值电压彼此区分开，使得当可变电抗器VC1电容值的变化量在其开始改变之后减小的时候，可变电抗器VC2的电容值开始改变。这样，可以使关于控制电压变化的电容值(各个可变电抗器VC1至VCn的合成电容值)的变化率为常数，因此可以以良好的关于控制电压变化的线性来控制电容值。
(第六实施例)图9是示出了用于解释本发明的第六实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。在该图中，用共同的符号来表示与第五实施例中解释的图8的那些部件同样的部件。
在根据此实施例的电压控制可变电抗器中，每个可变电抗器VCk(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)中的固定电容器Ck(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)和MOS晶体管Mk(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)之间的位置关系与第五实施例中的位置关系相反。也就是说，根据此实施例，可变电抗器VCk以这样的方式布置固定电容器Ck的一端接地，并且其另一端连接到MOS晶体管Mk的源极。MOS晶体管Mk在其漏极处连接到端子Zc，并在其栅极处给其提供控制电压Vcont。
根据此实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果与根据第五实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果相同。
(第七实施例)在第七和第八实施例中，关于在多个可变电容装置中将MOS晶体管的背栅极电压区分开的情况，将进行解释。
图10是示出了用于解释本发明的第七实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。在此图中，用共同的符号来表示与在第一实施例中解释的图1的那些部件同样的部件。在第一实施例中，MOS晶体管M1至Mn的栅极长度彼此分别区分开，从而在MOS晶体管中将阈值电压分别区分开。相比之下，在此实施例中，设置MOS晶体管M1至Mn的背栅极电压VFBk，以具有彼此不同的值(即，VFB1＞VFB2＞...＞VFBn)，从而在MOS晶体管中将阈值电压Vtk分别区分开(Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)。
如该图中所示，根据该实施例的电压控制可变电抗器VC以这样的方式配置可变电抗器VCk(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)并联，其每一个由电容值为C/n的固定电容器Ck(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)和N沟道型MOS晶体管Mk(k＝1，2，...n，其中n为等于或大于2的整数)的串联形成。在根据该实施例的电压控制可变电抗器中，根据施加到其一端上的控制电压Vcont而改变从其另一端(端子Zc)看到的电容值。组成电压控制可变电抗器的MOS晶体管M1至Mn以这样的方式布置每一个栅极宽度W和栅极长度L相同，但是用于分别确定从端子Zc看到的可变电抗器VCk的电容值的其背栅极电压(VFBk)彼此区分开(即，VFB1＞VFB2＞...＞VFBn)。这样，MOS晶体管M1至Mn分别具有在可变电抗器VC1至VCn中不同的阈值，其中MOS晶体管响应于施加到其上的栅极电压而在该阈值处开始导通。
可变电抗器VCk以这样的方式布置固定电容器Ck的一端连接到端子Zc，并且另一端连接到MOS晶体管Mk的漏极。MOS晶体管Mk的源极接地，给其栅极施加控制电压Vcont，并且给其背栅极提供了预定的电压VFBk。包含在可变电抗器VC1至VCn中的MOS晶体管M1至Mn分别以这样的方式配置顺次降低背栅极电压VFB1至VFBn(即VFB1＞VFB2＞...＞VGBn)，使得顺次增大阈值电压Vt1至Vtn(即，Vt1＜Vt2＜...＜Vtn)。
根据此实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果与根据第一至第六实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果相同。也就是说，在根据该实施例的电压控制可变电抗器中，用于各个可变电抗器(VC1至VCn)的控制电压范围彼此不同，并且可以在由这些控制电压范围合成的控制电压范围内改变控制电压。这样，可以在宽控制电压范围内改变电容值(各个可变电抗器VC1至VCn的合成电容值)。因此，可以使关于控制电压变化的电容值变化的灵敏度低。也就是说，由于可以逐渐地改变电容值，因此可以容易地产生用于获得所希望的电容值的控制电压。此外，由于将相同的控制电压Vcont施加到所述多个可变电抗器VC1至VCn，因此可以容易地以高精度控制电容值而不使电路结构复杂化。此外，根据根据该实施例的电压控制可变电抗器，设置各个背栅极电压(VFB1至VFBn)，以便将各个阈值电压彼此区分开，使得当可变电抗器VC1电容值的变化量在其开始改变之后减小的时候，可变电抗器VC2的电容值开始改变。这样，可以使关于控制电压变化的电容值(各个可变电抗器VC1至VCn的合成电容值)的变化率为常数，因此可以以良好的关于控制电压变化的线性来控制电容值。
(第八实施例)图11是示出了用于解释本发明的第八实施例的电压控制可变电抗器的结构的图。在该图中，用共同的符号来表示与第七实施例中解释的图10的那些部件同样的部件。
在根据此实施例的电压控制可变电抗器中，每个可变电抗器VCk(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)中的固定电容器Ck(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)和MOS晶体管Mk(k＝1，2，...，n，其中n为等于或大于2的整数)之间的位置关系与第七实施例中的位置关系相反。也就是说，根据此实施例，可变电抗器VCk以这样的方式布置固定电容器Ck的一端接地，并且其另一端连接到MOS晶体管Mk的源极。MOS晶体管Mk在其漏极处连接到端子Zc，并在其栅极处给其提供控制电压Vcont，并且还在其背栅极处提供了预定的电压(VFBk)。
根据此实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果与根据第一至第七实施例的电压控制可变电抗器的运行和效果相同。
在根据上面解释的第一至第八实施例的每一个的电压控制可变电抗器中，当增大每个固定电容器的电容值时，可以使关于控制电压变化的电容值变化的灵敏度高。
由于上面解释的电压可变电抗器仅由诸如可利用通常的半导体制造工艺制成的固定电容器、MOS晶体管等的元件构成，因此可以以低成本实现电压控制可变电抗器。
尽管在前述解释中使用了N沟道MOS晶体管，但是可以为此使用P沟道MOS晶体管。在使用P沟道MOS晶体管的情况中，其漏极侧接地，并且其源极侧连接到固定电容器。此外，在此情况中，关于电压值变化的从端子Zc看到的电容值的变化在极性上与N沟道MOS晶体管的相反。
根据本发明的电压控制可变电容器具有这样的效果可以在宽控制电压范围内改变其电容值，并且可以容易地以高精度控制该电容值而不使其电路结构复杂化。这样，本发明可用于包括使用电压控制可变电容器的半导体集成电路、VCXO模块、TCXO模块以及振荡模块的通信终端等中。
权利要求
1.一种电压控制可变电容器，其电容值根据施加到其上的控制电压而改变，包括多个可变电容装置，其每一个被构成为包括固定电容器和MOS晶体管，其中在所述多个可变电容装置中MOS晶体管的阈值电压不同，其中MOS晶体管响应于施加到其上的栅极电压而在所述阈值电压处开始导通；对于预定的控制电压，所述多个可变电容装置分别基于不同的阈值电压来呈现电容值；以及所述电压控制可变电容器的电容值是所述多个可变电容装置的电容值的合成值。
2.根据权利要求1的电压控制可变电容器，其中通过连接固定电容器和MOS晶体管的源极-漏极而构成所述可变电容装置；并且所述多个可变电容装置并联。
3.根据权利要求1的电压控制可变电容器，其中所述多个可变电容装置的MOS晶体管根据控制电压的增大，分别在施加到其上的控制电压的不同值处开始导通。
4.根据权利要求1的电压控制可变电容器，其中所述多个可变电容装置的MOS晶体管根据控制电压的增大，一个接一个地顺次开始导通，并且，当包括先前已经导通的MOS晶体管的所述多个可变电容装置的另一个的电容值的变化率开始减小时，所述多个可变电容装置的下一个的MOS晶体管开始导通。
5.根据权利要求1的电压控制可变电容器，其中在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管具有相同的栅极宽度，并且具有彼此不同的栅极长度。
6.根据权利要求1的电压控制可变电容器，其中在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管具有相同的栅极长度，并且具有彼此不同的栅极宽度。
7.根据权利要求1的电压控制可变电容器，其中在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管的栅极宽度和栅极长度之间的比率彼此区分开。
8.根据权利要求1的电压控制可变电容器，其中在所述多个可变电容装置中，MOS晶体管的背栅极电压分别区分开。
9.一种半导体集成电路，其包括根据权利要求1的电压控制可变电容器。
10.一种VCXO模块，其包括根据权利要求1的电压控制可变电容器、振荡电路和晶体谐振器。
11.一种TCXO模块，其包括根据权利要求1的电压控制可变电容器、振荡电路、温度补偿电路和晶体谐振器。
12.一种通信终端，其包括通过使用根据权利要求1的电压控制可变电容器构成的晶体振荡模块。
全文摘要
提供一种电压控制可变电容器，其可以在宽控制电压范围内改变其电容值，并容易地以高精度控制该电容值而不使其电路结构复杂化，以及，提供一种电压控制可变电容器，其可以以良好的线性改变其电容值。电压控制可变电抗器以这样的方式配置可变电抗器VCk并联，其每一个由固定电容器Ck(k＝1，2，...，n)和N沟道型MOS晶体管Mk的串联形成。MOS晶体管M1至Mn以这样的方式配置栅极宽度W相同，但是顺次延长栅极长度L1至Ln(即，L1＜L2＜...＜Ln)，使得其阈值电压彼此区分开。
文档编号H01L21/822GK1610246SQ20041008507
公开日2005年4月27日 申请日期2004年10月12日 优先权日2003年10月17日
发明者松浦润一, 上西荣一, 藤田典之 申请人:松下电器产业株式会社