CN1665127A - 可变电容电路以及包含该可变电容电路的集成电路 - Google Patents

Abstract

可变电容电路可以包括MOS电容器，以及配置为改变MOS电容器的应用电压以改变MOS电容器的电容的应用电压切换部分。可变电容电路将MOS电容器连接到电子电路。在此，电子电路可以是电压放大电路，并且可变电容电路可以作为放大增益切换电路，该放大增益切换电路配置为通过改变连接到电压放大电路的电容来改变电压放大电路的放大增益。

Description

可变电容电路以及包含该可变电容电路的集成电路

技术领域

本发明涉及一种可变电容电路以及包含该可变电容电路的集成电路。

背景技术

日本未决专利申请(JP-P2003-17959A)公布了一种通过改变输入电容来改变电压放大器电路增益的常规技术。图1表示这样一种可变增益放大器。

如图1所示的可变增益放大器由耦合电容器10、一对开关92和94、电容器91和93、以及反相器321和323组成。耦合电容器10的一端连接到输入端Ti。开关92和94(N-MOS晶体管)中的每个都具有第一触点(源极或者漏极)，该触点连接到耦合电容器10的另外一端。电容器91和93分别插入开关92和94的第二触点与接地导体之间。反相器321和323串联连接。放大器电路940具有连接到输入节点950的输入端，开关92和94的第一触点也连接到输入节点950。放大器电路940的输入端是N-MOS晶体管943的栅极，而N-MOS晶体管943的漏极被连接到输出端To。增益切换信号被提供给反相器321的输入端。反相器321和323的输出端分别连接到开关92和94的控制端(栅极)。

在常规电路中，通过改变增益切换信号，电容器91和93中的一个电容器可以连接到节点950。在常规电路中，从输入端Ti到输出端To的路径中的一个近似电压放大增益β由以下公式(1)表示：

β＝α*C1*C1*(C2+Cgd+Csg)/(C2+α*Cgd+Csg)  (1)

其中α表示放大N-MOS晶体管943的增益，C2是节点950和接地导体之间的电容(在这种情况下，是指连接到节点950的电容器91和93之一的电容)；Csg和Cdg分别表示放大N-MOS晶体管943的源极-栅极寄生电容和晶体管943的漏极一栅极寄生电容。

因此，随着节点950和接地导体之间的电容C2增加，放大增益β与之成反比关系减少。结果，通过改变电容C2，可以改变放大器电路的增益β。

然而，根据以上描述的方法，应该为每个可选择的增益值提供一个电容器。因此，为了实现大量增益值，在IC芯片上电容器的布局区域与电容器数目按比例增加。

结合以上描述，在日本未决专利申请(JP-A-Heisei 9-27722)中公开了一种可变增益放大设备。在该常规范例中，负反馈的第一电容器和增益切换的第一开关连接在反相输入端和正相输出端之间，第二电容器连接在反相输入端和固定电位之间。差动放大器施加输入电压到非反相输入端，而增益切换的第二开关连接在反相输入端和输出端之间。第三电容器连接在反相输入端和固定电位之间。运算放大器在非反相输入端接收差动放大器的正侧输出。负反馈的第四电容器连接在差动放大器的反相输入端和运算放大器的输出端之间。

此外，在日本未决专利申请(JP-P2000-138548A)中公开了一种可变增益反相放大器电路。该常规范例包括一个或多个输入电容，模拟输入电压连接到上述输入电容的输入。输入恢复开关与输入电容的输入相连并且将模拟输入电压或者参考电压连接到输入电容。放大器与输入电容的输出相连并且产生一个反相输出。一个或多个反馈电容与放大器的输出相连。放大器恢复开关连接放大器的输入和输出。输出恢复开关与反馈电容的输出相连并且将这些输出与放大器的输出或者参考电压相连。一部分输入电容或者反馈电容对控制放大器的输出电压的增益是无效的。每个输入电容或者反馈电容的一端通过多路复用器与放大器输入或者参考电压相连。

此外，在日本未决专利申请(JP-P2002-185274A)中公开了一种增益切换放大电路。在该常规范例中，第一和第二晶体管的发射极与第三晶体管的集电极相连，其中第三晶体管具有连接输入的基极，以及与第二电阻和第一电容器相连的发射极。第一电阻连接在输入和第二电源之间。第二电源连接在第一电阻和接地之间。第二电阻连接在第三晶体管的发射极和接地之间。第一电容器连接在第三晶体管的发射极和地之间。第一晶体管具有与增益设定输入相连的栅极，与第三晶体管的集电极相连的发射极以及与第一电源相连的集电极。第二晶体管具有与第四电源相连的基极，与第三晶体管的集电极相连的发射极以及与输出相连的集电极。第一电源在一端与第一晶体管的集电极和第一电感器相连而在另一端接地。第一电感器连接在第一电源和输出之间。第四电源连接在第二晶体管的基极和地之间。第二电容器连接在输入和第五晶体管的基极之间。第三电阻在一端与第二电容器和第五晶体管的基极相连而在另一端与第三电源相连。第三电源连接在第三电阻和接地之间。第五晶体管具有与第三电阻和第二电容器相连的基极，与第四电阻和第三电容器相连的发射极以及与第四晶体管的发射极相连的集电极。第四电阻在一端与第五晶体管的发射极和第三电容器相连而在另一端接地。第三电容器在一端与第五晶体管的发射极和第四电阻相连而在另一端接地。第四晶体管具有与第四电源和第二晶体管的基极相连的基极，与第五晶体管的集电极相连的发射极以及与输出相连的集电极。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种可变电容电路以及使用该可变电容电路的集成电路，该可变电容电路可以减少可变电容电路的布局区域。

在本发明的一个方面中，可变电容电路可以包括MOS电容器，以及配置为改变MOS电容器的应用电压的应用电压切换部分，该部分可以改变MOS电容器的电容。该可变电容电路将MOS电容器连接到电子电路。

在此，该电子电路可以是电压放大电路，并且通过改变连接到电压放大电路的电容，可变电容电路可以起到配置为改变电压放大电路的放大增益的放大增益切换电路的作用。

此外，电子电路可以通过与连接导体相连的耦合电容器来接收输入信号，该电子电路通过该耦合电容器与可变电容电路的一端相连。该电子电路可以包括参考电压源，该参考电压源连接到与可变电容电路并联的连接导体并且配置为给连接导体施加预定的DC电压。此外，应用电压切换部分可以包括与MOS电容器串联连接的可变电压源并且配置为响应一个控制信号来输出输出电压。在这种情况下，当应用电压处于低于第一负阈值电压的第一区域中的时候，MOS电容器最好呈现为第一电容，而当应用电压处于高于第二正阈值电压的第二区域中的时候，MOS电容器最好呈现为高于第一电容的第二电容。控制信号可以是二值信号，并且可变电压源可以响应该控制信号来输出第一电压和不同于第一电压的第二电压中的一个电压。可以这样设置第一电压以使不管输入信号如何变化该应用电压都在第一区域中，并且这样设置第二电压以使不管输入信号如何变化该应用电压都在第二区域中。此外，可以这样设置第一电压和第二电压使其满足以下关系：

(第一电压)≥(预定DC电压-第一阈值电压+输入信号的改变的允许电压范围)，和

(第二电压)≤(预定DC电压+第二阈值电压-输入信号的改变的允许电压范围)。

此外，可变电压源可以包括配置为输出第一电压的第一电压源；配置为输出第二电压的第二电压源；以及配置为响应一个控制信号来使第一电压源和第二电压源中的一个电压源与MOS电容器相接触的2触点切换电路。

此外，开关可以插入在连接导体和可变电容电路之间并且配置为响应第二二值控制信号来闭合和断开。

在本发明的另一个方面中，集成电路包括配置为处理信号输入端所提供的信号的电子电路；以及配置为能够切换连接到电子电路的电容的可变电容电路。可变电容电路包括与电子电路相连的MOS电容器；以及配置为改变MOS电容器的应用电压以改变MOS电容器的电容的应用电压切换部分。

在此，电子电路可以是电压放大电路，并且可变电容电路可以包括放大增益切换电路，其配置为通过改变连接到电压放大电路的电容来改变电压放大电路的放大增益。

此外，电子电路可以通过与连接导体相连的耦合电容器来接收输入信号，通过该耦合电容器电子电路与可变电容电路的一端相连。电子电路可以包括与可变电容电路并联地连接在连接导体的参考电压源并且配置为给连接导体施加预定的DC电压。此外，应用电压切换部分可以包括与MOS电容器串联连接的可变电压源并且配置为响应一个控制信号来输出输出电压。

此外，上述可变电压源响应于上述控制信号输出一个预定范围内的任意电压。

此外，当应用电压位于低于第一负阈值电压的第一区域中的时候，MOS电容器最好呈现为第一电容，而当应用电压位于高于第二正阈值电压的第二区域中的时候，MOS电容器最好呈现为高于第一电容的第二电容。控制信号可以是二值信号，并且可变电压源可以响应控制信号来输出第一电压和不同于第一电压的第二电压中的一个电压。此外，可以这样设置第一电压以致不管输入信号如何变化该应用电压都在第一区域中，并且这样设置第二电压以致不管输入信号如何变化该应用电压都在第二区域中。在这种情况下，可以这样设置第一电压和第二电压以使其满足以下关系：

(第一电压)≥(预定DC电压-第一阈值电压+输入信号的改变的允许电压范围)，和

(第二电压)≤(预定DC电压+第二阈值电压-输入信号的改变的允许电压范围)。

此外，可变电压源可以包括配置为输出第一电压的第一电压源；配置为输出第二电压的第二电压源；以及响应控制信号来使第一电压源和第二电压源中的一个电压源连接到MOS电容器的2触点切换电路。

此外，第一电压源的输出电压可为零。

此外，2触点切换电路可以包括两个MOS晶体管，其中漏极和源极之一被连接到一个公共端，而另一极构成两个触点；和两个MOS晶体管的栅极之间的反相电路。

此外，可变电容电路可以进一步包括插入在MOS电容器和可变电压源的串连电路与连接导体的之间的开关并且配置为响应第二二值控制信号来闭合或者断开。

此外，参考电压源可以是箝位电路，并且集成电路可以包括插入在连接导体和箝位电路之间的箝位切换电路。

此外，集成电路可以进一步包括并联连接的多个可变电容电路。

此外，集成电路可以进一步包括配置为接收外部命令的控制单元，以便解码命令，并且根据该命令产生控制信号来控制多个可变电容电路的可变电压源。

此外，应用电压切换部分可以包括与MOS电容器串联的可变电压源。可变电压源可以包括配置为响应控制信号来提供地电位和电源电压中的一个电压的2触点切换电路。

附图说明

图1是表示常规可变电容电路的电路图；

图2A是表示含有根据本发明的可变电容电路60的集成电路1的结构的电路图；

图2B是MOS电容器的薄膜分层结构的纵向横剖面视图；

图2C是表示如图2B所示的MOS电容器的电压-电容特性图以及本发明的可变电容电路的工作的图；

图3A是表示多晶硅栅类型电容器的结构的横剖面视图；

图3B是表示如图3A所示的多晶硅栅类型电容器的电压-电容特性图；

图4A是表示当恒定电压(Vc1)是负值时可变电容电路的结构的图；

图4B是表示如图4A所示的电路的工作的图；

图5是表示根据本发明第一实施例的集成电路的电路图；

图6是表示当增益切换端Tg的电压为低时描述集成电路的工作所必需的部分的等效电路的图；

图7是表示当增益切换端Tg的电压为高时描述集成电路工作所必需的部分的等效电路的图；

图8是表示根据本发明第二实施例的一部分集成电路的电路图；

图9是表示根据本发明第四实施例的一部分集成电路的电路图；

图10是表示根据本发明第三实施例的一部分集成电路的电路图；

图11是表示如图4所示的可变电容电路的2级可变电压源的具体结构电路图；和

图12是表示企图进一步减少布局区域的可变电容电路的电路图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述包含本发明的可变电容电路的集成电路。在附图中，相同的元件被分配了相同的参考数字与符号。

[原理]

首先，在描述实施例之前，将大致描述本发明的原理。

图2A到2C是表示包含根据本发明可变电容电路60的集成电路1的原理的图。参考图2A，集成电路1由耦合电容器10、可变电容电路60和电子电路40组成。耦合电容器10具有用于接收输入信号的一端，并且可变电容电路60连接在耦合电容器10的另一端与接地导体之间。电子电路40具有连接到输入节点50的输入端，其中输入节点50位于耦合电容器10和可变电容电路60之间。

可变电容电路60由具有端子22和24的电容器20以及与电容器20串联连接的2级可变电压源30组成。电容器20的端子22连接到输入节点50。2级可变电压源30由2触点开关32和恒压源34和36组成。2触点开关32具有连接到电容器20的端子24的公共端，以及两个连接触点。恒压源34和36分别具有连接到2触点开关32的两个连接触点的阳极，以及接地的阴极。恒压源34和36分别为电容器20提供两种不同电压VH和VL。因此，响应提供给2触点开关32的切换信号，只能选择恒压源34和36之一并且将该恒压源连接到电容器20的端子24。

电容器20是表面贴装类型的电容器并且位于集成电路1上。通常，以下两种类型之一用于表面贴装类型的电容器。一种类型的电容器是多晶硅栅类型电容器，其具有如图3A所示的结构。如图3B所示，这类电容器不管外加电压如何都具有恒定电容，同时每单位面积电容相对小。另一类型的电容器是MOS电容器，其具有如图2B所示的结构。这类电容器是每单位面积具有相对大电容的MOS电容器，并且如图2C所示，电容在施加的电压大约为0伏特(V)附近显著改变。在本发明中，MOS电容器被用作电容器20。电子电路40具有位于接地导体和输入节点50之间的参考电压源41，以在输入节点50到接地导体之间施加恒定电压Vc1，如图2A用虚线箭头所示。

图2B是表示集成电路1上的表面贴装类型MOS电容器20的纵向横剖面视图。图2C是表示电容器20的电压-电容特性和根据本发明的可变电容电路60的工作原理的图。

参考图2B，MOS电容器20由N型半导体衬底24，形成为衬底24上的绝缘膜的栅极氧化膜23、以及形成在栅极氧化膜23上的多晶硅栅电极22组成。在该结构中，静电电容C2位于半导体衬底24和多晶硅栅电极22之间。当将相对于衬底24的正电压Vc2施加到多晶硅栅极的时候，如图2C用Vc2-C2所示曲线，MOS电容器20随着电压Vc2变化而变化。

再次参考图2C，当在箭头方向上的MOS电容器20的电压Vc2低于接近于地电势的电压-Vca的时候，MOS电容器20的电容C2在低电容Ca下是稳定的。MOS容器20的电容C2随着电压Vc2从-Vca变化到正电压Vcb而急剧增加。当电压Vc2为Vcb或者更高的时候，MOS电容器20的电容C2稳定在明显地大于电容Ca的电容Cb处。在这种情况下，等于或者低于-Vca的电压Vc2的范围被认为是“低电容工作区域”，并且等于或者高于Vcb的电压Vc2的范围被认为是“高电容工作区域”。在以上情况下，下面将描述集成电路1的工作。

为了在解释时避免混淆，假定在虚线箭头方向的参考电压源41的电压Vc1是正电压。另外，假定MOS电容器20这样布置以致其多晶硅栅电极22被连接到输入节点50，并且其半导体衬底24被连接到2级可变电压源30。在以上假定下，电压源34的电压VH相对于接地导体进行设置，以便MOS电容器20的电压Vc2在高电容工作区域中，并且电压源36的电压VL相对于接地导体进行设置，以便电容电压Vc2在低电容工作区域中。在这种情况下，MOS电容器20的电容C2通过使用切换信号可以被设置为低电容Ca和高电容Cb两者之一。

如上所述，输入节点50通过DC工作中的参考电压源41被固定到电压Vc1。然而，输入信号的AC分量通过耦合电容器10被施加到输入节点50。因此，当应用到输入节点50的AC分量的振幅上限为Vs时，输入节点50的电压可能在VC1±Vs范围内变化。一般说来，即使当跨过MOS电容器20的电压Vc2变化与输入节点50的电压变化有关的时候，电压Vc2最好在低电容工作区域和高电容工作区域中的任何一个，以便使MOS电容器20的电容C2不发生变化并且保持在Ca或者Cb。当施加到MOS电容器20的2级可变电压源30的电压相对于接地导体表示为v的时候，Vc2＝Vc1-v。在这种情况下，在低电容工作区域中，v＝VL；而在高电容工作区域中，v＝VH。为了使施加到MOS电容器20的电压Vc2即使在输入信号的电压变为+Vs的时候也在低电容工作区域中，必需满足Vc2(＝Vc1-VL)≤-Vca-Vs。类似地，为了使施加到MOS电容器20的电压Vc2即使在输入信号的电压变为-Vs的时候也在高电容工作区域中，必须满足vc2(＝Vc1-VH)≥Vcb+Vs。因此，即使除以上考虑的以外的其他各种情况，施加到2级可变电压源30中的各电压源34和36的电压VH和VL应该设置为符合下列公式(2)和(3)。

VL≥Vc1+Vca+Vs        (2)

VH≤Vc1-Vcb-Vs        (3)

在上述中，为了使描述简单，在输入节点50相反侧上的可变电容电路60的端子的电势被设置为地电势。然而，本发明并不局限于此。在其它情况下，通过在虚线箭头方向设置可变电容电路60的电压为Vc1，公式(2)和(3)也适用。

在上述描述中，虽然输入节点50的电势假定为高于接地导体的电势，即，电压Vc1为正电压，相反的情况也可能发生。图4A是表示可变电容电路60a的结构的图，而图4B是表示电路60a的工作的图。参考图4A，当Vc1＜0的时候，可变电容电路60a的MOS电容器20以与Vc1＞0情况相反的方向来贴装。具体地说，MOS电容器20的多晶硅栅电极22连接到2级可变电压源30，而衬底24连接到输入节点。在这种情况下，MOS电容器20的电压通过与Vc1＞0的情况下相反方向的箭头表示为Vc2。因此，Vc2＝-(Vc1-v)，并且v、VH、VL和Vc1全部是负值。根据如图4B所示的Vc2-C2曲线，由以下公式(4)和(5)替代各公式(2)和(3)。

VL≤Vc1-Vca-Vs    (4)

VL≥Vc1+Vcb+Vs    (5)

此外，在这种情况下，后端恒定电压Vc1的电势当然不必为0。

如上所述，根据本发明的原理，在电路60或者60a中MOS电容器20和2级可变电压源30串联连接，2级可变电压源的电压源34和电压源36的各电压VH和VL这样设置以致不管输入信号如何，MOS电容器的电压Vc2都在高电容工作区域或者低电容工作区域中。从而，通过切换2级可变电压源的输出电压v到电压VH或者VL两者之一，MOS电容器的电容C2可以设置到高电容Ca和低电容Cb中的任一个。

注意到图2A只表示出集成电路1被贴装在单独的IC芯片上。因此，可选数目的不同电路可能被贴装在电路1的前侧和/或后侧。从设计自由度和减少布局区域的观点来看，现在假定电路1是贴装在IC芯片上的第一级电路，那么耦合电容器10最好不要为表面贴装，而是可以为外部贴装。

接下来将描述本发明的实施例。上述提到的原理对所有实施例都有效。

[第一实施例]

图5是表示根据本发明第一实施例的集成电路1a的电路图，在其中集成了可变增益放大器2。

图5的集成电路1a不同于图2A所示的集成电路1之处在于电路40被替换为具有输入箝位功能的电压放大器40a，并且可变电容电路60被替换为可变电容电路60b，缓冲反相器321被插入在切换信号线中，并且增加缓冲反相器47从而为具有输入箝位功能的电压放大器40a提供箝位脉冲信号。在这种情况下，假设将被贴装的可变增益放大器2为集成电路的第一级，耦合电容器10不包括在可变增益放大器2内。

电压放大器40a具有代替参考电压源41的箝位电路41a，并且由栅极和漏极连接到电源V的N-MOS晶体管42、以及具有栅极连接到输入节点50且漏极连接到N-MOS晶体管42源极的源极接地N-MOS晶体管43组成。晶体管42的源极和晶体管43的漏极之间的耦合节点被用作电压放大器40a的输出端，即，可变增益放大器2的输出端To。箝位电路41a由DC电压源45和箝位开关(N-MOS晶体管)46组成。DC电压源45具有接地阴极并且提供箝位电压Vc1。箝位开关46(N-MOS晶体管)由连接到输入节点50的第一触点(源极或者漏极)、连接到DC电压源45的阳极端的第二触点、以及一个连接反相器47的输出端的控制端(栅极)组成。耦合电容器10的开路端充当耦合电容器10的信号输入端Ti。另外，反相器47的输入端连接到箝位切换控制端Tc1。

N-MOS晶体管43反相放大输入节点50所提供的电压。N-MOS晶体管42充当给N-MOS晶体管43的漏极提供电流的恒流源。作为箝位开关的开关46只有当设置输入节点50的电压时才被控制为闭合并且在N-MOS晶体管43作为反相放大器工作期间被控制为断开。

除了2级可变电压源30被2级可变电压源30a替代之外，可变电容电路60b与图2A的可变电容电路60相同。除了电压源34的电压VH变为0V，即，由短路线34a替代，并且2触点开关32被两个开关322和324(N-MOS晶体管)以及一个反相器323替代之外，2级可变电压源30a与2级可变电压源30相同。具体地说，开关322和324的第一触点(源极或者漏极)被连接到输入节点50。开关322的第二触点通过短线34a接地，并且开关324的第二触点被连接到电压源36的阳极。开关322的控制端(栅极)连接到缓冲反相器321的输出以及反相器323的输入。开关324的控制端连接到反相器323的输出。缓冲反相器321的输入连接到增益切换端Tg。

可变增益放大器2的工作将详细地描述如下。图6是仅表示出当增益切换端Tg的电压为低时描述一部分电路1a的工作所必需的等效电路图，具体地说就是，当开关322闭合并且开关324断开的情况下。在这种情况下，2级可变电压源30a的输出变为0V(接地)，并且MOS电容器20的电压Vc2变为Vc1。在集成电路2中，箝位电压Vc1通过输入信号AC分量的变化范围落在放大晶体管43的线性工作区域中的方式来决定。因此，电压Vc1设置为比Vcb+Vs更大的值(参见图2C)。因此，大于Vcb+Vs的电压被施加到MOS电容器20，以便MOS电容器20的电容C2变为Ca。

图7是只表示出当增益切换端Tg的电压为高压时描述一部分电路1a的工作所必需的等效电路图，具体地说就是，当开关322断开并且开关324闭合的情况下。在这种情况下，2级可变电压源30a的输出变为VL，并且MOS电容器20的电压Vc2为Vc1-VL。因此，当电压源36的电压VL设置为满足公式(2)的时候，低于-(Ca+Vs)的电压被施加到MOS电容器20。因此MOS电容器20的电容C2变为低电容Cb。

根据如上所述结果，通过比较Ca被上述公式(1)的C2所代替的情况和因此Cb被代替的情况可见，从信号输入端Ti到输出端的路径中的放大增益β在MOS电容器20为低时增加到Ca，并且在MOS电容器20为高时降低到Cb。

如上所述，在包含根据本发明的可变电容电路60b的可变增益放大器2中，整个电路的放大增益β可以通过响应增益切换信号来改变可变电容电路60b的单个电容器的电容而被改变。

图11是表示图5所示的可变电容电路60e的2级可变电压源30a的具体修改的电路图。除了2级可变电压源30a的结构不同之外，图11所示的可变增益放大电路2与图5所示的可变增益放大电路2相同。注意到，如图5所示的相同元件是通过相同的参考数字来标识，并且该描述从略。

如图11所示，2级可变电压源30e包括开关322和324、反相器323、位于开关322和地电势之间的短路线34a、以及电压源36a。电压源36a由电源电压V和地电势之间的串联连接的晶体管325和326组成。用这种方法，通过分压电源电压V和地电势之间的电压产生电压VL。

在用这种方法配置的可变增益放大电路2中，与图1所示的常规范例相比，布局区域可以减少为一个电容器。两个晶体管用于实现电压源VL并且两个晶体管的布局区域与电容器的布局区域相比较小。因此，与图1所示的常规范例相比布局区域可以做得小。

图12是表示可变电容电路2的电路图，在该可变电容电路2中企图进一步减少布局区域。除了2级可变电压源30的结构不同之外，图12所示的可变增益放大电路2与图5所示的可变增益放大电路2相同，这类似于图11的情况。此外，除了电压源36的结构不同之外，图12的2级可变电压源30f与图5的2级可变电压源30a相同。因此，例如图5所示的相同元件是通过相同的参考数字表示的，并且描述从略。

在图12中，电压源36的电压设置为V[伏特]，即，经过短路线36b连接电源电压。因此，开关324通过短路线36b与电源电压V相连。在用这种方法配置的可变电容电路2中，与图11所示的可变电容电路相比，由于实现电压源VL的晶体管变得非必需，所以布局区域可以被做得更小。也就是说，在图12所示的电路中，可以通过单个电容器、两个开关、以及连接开关和地电压或者电源电压的电线来实现具有两种电容的可变电容电路。因此，与图1所示的常规范例相比布局区域可以做的更小。

[第二实施例]

图8表示电路60b，其中给可变电容电路60b增加开关62(N-MOS晶体管)。在可变电容电路60c中，开关62被插入在输入节点50和可变电容电路60b之间。控制信号Gmax/被提供给开关62的控制端(栅极)。当控制信号Gmax/为低时，开关62断开，并且放大增益β最大。如上所述，当控制信号Gmax/为高时，开关62闭合，并且放大增益β可以通过增益切换端Tg在两级之间切换。因而，在第二实施例中，用单个MOS电容器，放大增益β可以在三个级之间切换。

[第三实施例]

如上，在上述实施例中描述了2级可变电压源30a被用于控制MOS电容器20的电压Vc2的范例。在第三实施例中，2级可变电压源30a由图10所示的可变电压源30b替代，其可以将电压设置到预定范围内的可选数值。具体地说，在第三实施例中，可变电压源30b连接到电容C2的一端24。

根据第三实施例，从可变电压源30b施加到电容C2的一端24的电压设置在接近于0V的可选数值(也就是说，该电压设置从-Vca到Vcb范围内的可选数值)，并且由电容C2施加到电压放大器40a的电容值可以精细地调节到任意数值。也就是说，用单个电容C2，电压放大器40a的增益可以精细地调整。

[第四实施例]

图9是表示根据本发明第四实施例的集成电路的电路图。参见图9，N级可变增益放大器2a由并联插入在输入节点和接地导体之间的M(＝N-1)个可变电容电路60、以及输入端连接到输入节点的电压放大器40a(参见图5)组成。在N级可变增益放大器2a，当所有的切换信号Tg1、Tg2、…、和TgM设置为高的时候，输入节点和接地导体之间的电容变为最小值M*Ca。当信号Tgj(1≤j≤M)设置为一个比一个低的时候，输入节点和接地导体之间的电容以(Cb-Ca)为单位递增到最终成为最大值M*Cb。因此，电容(也就是说，放大增益β)可以在(M+1)级中切换。

当然，可变电容电路60a到60c、60e和60f中的任何一个可以被用于可变电容电路60。如果使用M个可变电容电路60c，电容，即，增益可以在包括0电容的(2M+1)级中切换。

在本实施例中，由于控制线的数目增加，实际上连接控制线到IC引脚是无效的。优选地，控制器(未示出)被引入，外部模式信号和串行数据线被用于允许切换电平被作为命令串行输入，并且通过控制器解码该命令，以便产生切换信号Tg1、Tg2、…、以及TgM和Tc1。因而，由于可以实现许多放大级，本实施例的N级可变增益放大器2a适于构造成高性能的CCD数字转换器。

图9所示的N级可变增益放大器2a被假定具有外部耦合电容器10，且耦合电容器10不包含在其中。

很清楚上述实施例仅仅是为了描述和阐明本发明。因此，本领域技术人员在本发明的范围中能够很容易进行实施例的各种变形。

例如，MOS电容器20的半导体衬底在上述描述中为N型半导体衬底。然而，本发明可以被用于P类型半导体衬底。

在图2A、4A、和5所示的各可变电容电路60、60a、和60b中，MOS电容器20和2级可变电压源30(或30a)的顺序可以被反过来。

在图5和8所示的实施例中，所有的晶体管都是N-MOS晶体管，但是本发明可以应用于P-MOS晶体管。例如，在图5的2级可变电压源30a中，如果P-MOS晶体管用于N-MOS晶体管322和324的任何一个，则反相器323可以被省略。

在上述中，术语“输入节点”用于方便描述。然而，该术语表示用来传递经耦合电容器进入的输入信号的导体或者导线的整体。

根据本发明，由于单个MOS电容器可以为电子电路提供两种类型的电容，因此可以减少布局区域。

Claims (21)

1.一种可变电容电路包括：

MOS电容器；和

应用电压切换部分，其配置为改变所述MOS电容器的应用电压以改变所述MOS电容器的电容，

其中所述可变电容电路将所述MOS电容器连接到电子电路。

2.根据权利要求1所述的可变电容电路，其中所述电子电路是电压放大电路，和

所述可变电容电路作为放大增益切换电路，该放大增益切换电路配置为通过改变被连接到所述电压放大电路的所述电容来切换所述电压放大电路的放大增益。

3.根据权利要求1所述的可变电容电路，其中所述电子电路通过与连接导体相连的耦合电容器接收输入信号，所述电子电路通过该耦合电容器与所述可变电容电路的一端相连，

所述电子电路包括：

与所述可变电容电路并联地连接到所述连接导体的参考电压源，并且该参考电压源配置为施加预定DC电压到所述连接导体，和

所述应用电压切换部分包括与所述MOS电容器串联连接的可变电压源并且配置为响应一个控制信号而输出输出电压。

4.根据权利要求3所述的可变电容电路，其中当所述应用电压处于低于第一负阈值电压的第一区域内的时候，所述MOS电容器提供第一电容，并且当所述应用电压处于高于第二正阈值电压的第二区域内的时候，所述MOS电容器提供高于所述第一电容的第二电容，

所述控制信号为二值信号，

所述可变电压源响应所述控制信号输出第一电压和不同于所述第一电压的第二电压中的一个电压，

所述第一电压这样设置以致不管所述输入信号的变化，所述应用电压都在所述第一区域中，和

所述第二电压这样设置以致不管所述输入信号的变化，所述应用电压都在所述第二区域中。

5.根据权利要求4所述的可变电容电路，其中所述第一电压和所述第二电压这样设置以使其满足以下关系：

(所述第一电压)≥(所述预定DC电压-所述第一阈值电压+所述输入信号的所述变化的允许电压范围)，和

(所述第二电压)≤(所述预定DC电压+所述第二阈值电压-所述输入信号的所述变化的允许电压范围)。

6.根据权利要求4所述的可变电容电路，其中所述可变电压源包括：

配置为输出所述第一电压的第一电压源；

配置为输出所述第二电压的第二电压源；和

配置为响应所述控制信号来将所述第一电压源和所述第二电压源之一与所述MOS电容器连接的2触点切换电路。

7.根据权利要求1到6的任一权利要求的可变电容电路，其中在所述连接导体和所述可变电容电路之间插入开关并且该开关配置为响应第二二值控制信号来闭合和断开。

8.一种集成电路，包括：

配置为处理信号输入端所提供的信号的电子电路；和

配置为能够切换连接到所述电子电路的电容的可变电容电路，

其中所述可变电容电路包括：

与所述电子电路相连的MOS电容器；和

应用电压切换部分，其配置为改变所述MOS电容器的应用电压以改变所述MOS电容器的电容。

9.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述电子电路为电压放大电路，和

所述可变电容电路包括配置为通过改变连接到所述电压放大电路的所述电容来切换所述电压放大电路的放大增益的放大增益切换电路。

10.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述电子电路通过与连接导体相连的耦合电容器接收输入信号，所述电子电路通过该耦合电容器与所述可变电容电路的一端相连，

所述电子电路包括；

与所述可变电容电路并联地连接到所述连接导体的参考电压源，并且该参考电压源配置为施加预定DC电压到所述连接导体，和

所述应用电压切换部分包括与所述MOS电容器串联连接的可变电压源并且配置为响应一个控制信号而输出输出电压。

11.根据权利要求10所述的集成电路，其中所述可变电压源响应所述控制信号输出预定范围内的可选电压。

12.根据权利要求10所述的集成电路，其中当所述应用电压处于低于第一负阈值电压的第一区域内的时候，所述MOS电容器提供第一电容，并且当所述应用电压处于高于第二正阈值电压的第二区域内的时候，所述MOS电容器提供高于所述第一电容的第二电容，

所述控制信号为二值信号，

所述可变电压源响应所述控制信号输出第一电压和不同于所述第一电压的第二电压中的一个电压，

所述第一电压这样设置以致不管所述输入信号的变化，所述应用电压都在第一区域中，和

所述第二电压这样设置以致不管所述输入信号的变化，所述应用电压都在第二区域中。

13.根据权利要求12所述的可变电容电路，其中所述第一电压和所述第二电压这样设置以使满足以下关系：

(所述第一电压)≥(所述预定DC电压-所述第一阈值电压+所述输入信号的所述改变的允许电压范围)，和

(所述第二电压)≤(所述预定DC电压+所述第二阈值电压-所述输入信号的所述改变的允许电压范围)。

14.根据权利要求12所述的集成电路，其中所述可变电压源包括：

配置为输出所述第一电压的第一电压源；

配置为输出所述第二电压的第二电压源；和

配置为响应所述控制信号来将所述第一电压源和所述第二电压源之一与所述MOS电容器连接的2触点切换电路。

15.根据权利要求14所述的集成电路，其中所述第一电压源的输出电压为零。

16.根据权利要求14所述的集成电路，其中所述2触点切换电路包括：

两个MOS晶体管，其中漏极和源极之一连接到公共端，而另一极构成两个触点；和

连接在所述两个MOS晶体管的栅极之间的反相电路。

17.根据权利要求9所述的集成电路，其中所述参考电压源为箝位电路，和

所述集成电路包括插入在所述连接导体和所述箝位电路之间的箝位切换电路。

18.根据权利要求8到17的任一权利要求所述的集成电路，其中所述可变电容电路进一步包括：

插入在所述MOS电容器和所述可变电压源的串联电路与所述连接导体之间的开关并且该开关配置为响应第二二值控制信号来闭合或者断开。

19.根据权利要求8或者17所述的集成电路，进一步包括：

并联连接的多个所述可变电容电路。

20.根据权利要求19所述的集成电路，进一步包括：

控制单元，该单元配置为接收外部命令、解码所述命令、并且基于所述命令来产生所述控制信号以控制所述多个可变电容电路的所述可变电压源。

21.根据权利要求1到6的任一权利要求所述的可变电容电路，其中所述应用电压切换部分包括与所述MOS电容器串联连接的可变电压源，和

所述可变电压源包括配置为响应一个控制信号而提供地电位和电源电压中的一个的2触点切换电路。

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