在定期偏置下維持電容器電介質(zhì)以減少由于時(shí)變滯后效應(yīng)所致的電容變化的制作方法
【專利摘要】為可以包括移動(dòng)通信裝置的電子電路提供一種將經(jīng)歷暫時(shí)時(shí)變滯后效應(yīng)的可變電容器裝置預(yù)加應(yīng)力的方法。所述方法包括向可變電容器提供定期的偏置電壓，使得將可變電容器維持在至少目標(biāo)應(yīng)力水平，以便由于減少了時(shí)變滯后效應(yīng)而在承受目標(biāo)偏置電壓時(shí)可變電容器的電容是可預(yù)測(cè)的。
【專利說(shuō)明】
在定期偏置下維持電容器電介質(zhì)以減少由于時(shí)變滯后效應(yīng)所致的電容變化
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開涉及電子電路中使用的可調(diào)諧電容器。更具體而言，本公開涉及在電路操作期間維持處于應(yīng)變下的可調(diào)諧電容器的電介質(zhì)，以便減少由于可調(diào)諧電容器的時(shí)變滯后效應(yīng)所致的電容變化。
【背景技術(shù)】
[0002]在可調(diào)諧RF裝置(諸如天線調(diào)諧器和可調(diào)諧濾波器)中采用了具有電壓可變電介質(zhì)的電容器。通過(guò)改變電容器上的偏置電壓，可以改變電壓可變電介質(zhì)的介電常數(shù)，從而提供壓控電容裝置。
[0003]目前存在各種類型的壓控或數(shù)字調(diào)諧電容器裝置。數(shù)字調(diào)諧電容器裝置是可以基于多種技術(shù)中的一種技術(shù)的集成電路(IC)。這樣的技術(shù)可包括微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、絕緣體上硅、和藍(lán)寶石上硅(S0I/S0S)裝置以及鈦酸鍶鋇(BST)可變?nèi)菪匝b置。目前可從許多供應(yīng)商得到MEMS、S0I/S0S、和BST裝置，并且為了在不同的RF調(diào)諧應(yīng)用中使用，它們?cè)陔娙莘秶?、質(zhì)量因子、和分辨率方面變化。
[0004]MEMS裝置趨于具有最高的質(zhì)量因子，且高度線性。MEMS裝置適合于天線孔徑調(diào)諧、動(dòng)態(tài)阻抗匹配、功放負(fù)載匹配以及可調(diào)節(jié)濾波器。
[0005]S0I/S0S調(diào)諧裝置由構(gòu)建在絕緣CMOS晶片上的固態(tài)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)開關(guān)構(gòu)成，并使用以二進(jìn)制加權(quán)值布置的金屬-絕緣體-金屬(ΜΠ0電容器，以實(shí)現(xiàn)不同的電容值。SOI/SOS開關(guān)高度線性，并且非常適合于沒(méi)有高電壓的低功率應(yīng)用。
[0006]BST可變電容器裝置基于鈦酸鍶鋇，并且在裝置被施加偏置電壓時(shí)改變它們的電容。BST裝置的調(diào)諧能力部分地受數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)電路的準(zhǔn)確性限制，DAC電路生成施加在BST可變電容器裝置上的偏置電壓。因?yàn)槠潆娊橘|(zhì)材料對(duì)于所加電壓(用于改變可變電容器裝置的介電常數(shù))的高度靈敏性，所以在可調(diào)諧RF裝置(例如天線調(diào)諧器和可調(diào)諧濾波器)中采用BST可變電容器裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0007]為了更完整地理解，下面結(jié)合附圖參照以下描述，在附圖中:
[0008]圖1圖示出移動(dòng)通信裝置的示例的方框圖；
[0009]圖2圖示出天線匹配電路的實(shí)施例的基本電路圖；
[0010]圖3圖示出連接到偏置電壓源的BST可變電容器，旁邊的圖示出施加偏置電壓怎樣影響B(tài)ST可變電容器的電容的時(shí)變滯后效應(yīng)(返零(RTZ));
[0011]圖4圖示出由于向BST可變電容器施加RTZ應(yīng)力達(dá)應(yīng)力持續(xù)時(shí)間(ts)，在特定恢復(fù)時(shí)間之后，相對(duì)于期望電容的所測(cè)量的偏離的示意圖；
[0012]圖5圖示出由偏置電壓加應(yīng)力達(dá)確定的時(shí)間量并且允許在恢復(fù)時(shí)間(ts)里從RTZ應(yīng)力中恢復(fù)之后，相對(duì)于BST可變電容器的期望電容的所測(cè)量的百分比偏離；
[0013]圖6圖示出在移動(dòng)通信裝置中維持可變電容器電介質(zhì)上應(yīng)力的方法的流程圖；以及
[0014]圖7圖示出在移動(dòng)通信裝置中維持可變電容器電介質(zhì)上應(yīng)力的另一方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]所圖示的實(shí)施例提供在可調(diào)諧RF裝置(諸如天線調(diào)諧器和可調(diào)諧濾波器)中實(shí)現(xiàn)電壓可變電介質(zhì)的方法和通信裝置。示例性方法和通信裝置被配置為根據(jù)數(shù)學(xué)模型將經(jīng)歷暫時(shí)滯后效應(yīng)的電壓可變電容器中的電壓可變電介質(zhì)材料維持在目標(biāo)加應(yīng)力狀態(tài)中或者附近，使得將由于時(shí)變滯后效應(yīng)所致的電容中的總體所得變化最小化。用于維持電壓可變電介質(zhì)材料中應(yīng)力的預(yù)定水平或者接近預(yù)定水平的數(shù)學(xué)模型，可由運(yùn)行在移動(dòng)通信裝置中的處理器上的應(yīng)用軟件來(lái)操作或執(zhí)行。應(yīng)用軟件可以配置處理器，以保持所施加的偏置電壓的流水記錄、將偏置電壓施加在每個(gè)電壓可變電容器上的時(shí)間量、以及操作溫度。這些信息可以由數(shù)學(xué)模型來(lái)存儲(chǔ)并在數(shù)學(xué)模型中使用，以通過(guò)定期地或者在電容器不使用的時(shí)段里向電壓可變電容器裝置(多個(gè))施加偏置電壓，來(lái)維持每個(gè)電壓可變電容器裝置上的接近預(yù)定量的應(yīng)力。
[0016]在下面的詳細(xì)描述中，用充分的細(xì)節(jié)提供和描述實(shí)施例，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本公開。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本公開精神和范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施例，并進(jìn)行邏輯的、架構(gòu)的、程序性的、電學(xué)的、以及其它改變。因此，下面的詳細(xì)公開并非在限制的含義上進(jìn)行，并且其范圍由后附權(quán)利要求書及其等同物限定。
[0017]在多個(gè)附圖的描述中，相似的元件或方法步驟被給予與前面附圖中的那些元件或方法步驟相似的名稱和附圖標(biāo)記。向元件分配的特定附圖標(biāo)記僅用于幫助描述，并非要表示對(duì)所述元件的任何限制(結(jié)構(gòu)、功能、時(shí)間順序、或其他)。
[0018]應(yīng)當(dāng)理解，(諸如用于指示本文所述執(zhí)行實(shí)用程序、邏輯、或固件的)特定組件、裝置和/或參數(shù)名稱的使用僅用于示例，并非意味著暗示對(duì)所述實(shí)施例的任何限制。在沒(méi)有限制的情況下，可利用本文用于描述組件、裝置和參數(shù)的不同專門名詞、術(shù)語(yǔ)或縮寫來(lái)描述實(shí)施例。在描述一個(gè)或多個(gè)元件、特征或者實(shí)施例的概念時(shí)對(duì)任何特定協(xié)議或?qū)ｉT名稱的引用僅用作一個(gè)實(shí)施方式的示例，并且這些引用并不將所要求的實(shí)施例的范圍限制于使用不同元件、特征或概念名稱的實(shí)施例。因此，在給定使用該術(shù)語(yǔ)的場(chǎng)境下，對(duì)本文使用的每個(gè)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)給予其最寬泛的解釋。
[0019]如下進(jìn)一步所述，在處理裝置/結(jié)構(gòu)中提供所述公開的功能特征的實(shí)施方式，并且功能特征的實(shí)施方式可以涉及使用硬件、固件、以及若干軟件級(jí)構(gòu)造(例如程序代碼)的組合，它們由處理器裝置執(zhí)行，為裝置提供特定實(shí)用程序。附圖圖示出示例性通信裝置架構(gòu)中的硬件組件和軟件/邏輯組件兩者。
[0020]在可調(diào)諧RF裝置(諸如天線阻抗匹配電路、天線調(diào)諧器和可調(diào)諧濾波器)中采用具有電壓可變電介質(zhì)特性的電容器。通過(guò)變化可變電容器裝置上的偏置電壓，可以改變電壓可變電介質(zhì)的介電常數(shù)。在改變可變電容器裝置上的偏置電壓時(shí)，裝置的所得電容也被改變。經(jīng)常使用鈦酸鍶鋇(BST)電介質(zhì)作為電壓可變電容器裝置中的電壓可變電介質(zhì)，因?yàn)锽ST通過(guò)改變其介電常數(shù)而對(duì)于改變偏置電壓具有高度靈敏性和響應(yīng)。
[0021]使用電壓可變電容器(諸如電壓可變BST電容器)的一個(gè)缺點(diǎn)是，向電壓可變電容器施加相對(duì)較高的偏置電壓之后，電容器的介電常數(shù)不會(huì)立即返回其原始的偏置狀態(tài)或OV偏置狀態(tài)。這個(gè)效應(yīng)被認(rèn)為是由于在施加相對(duì)較高的偏置電壓期間，BST電介質(zhì)材料中產(chǎn)生的壓力或應(yīng)力所致。此外認(rèn)為，置于電介質(zhì)材料上的壓力或應(yīng)力需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間(與施加偏置電壓的時(shí)間量相比)來(lái)放松并允許介電常數(shù)返回其施加偏置電壓之前的初始、OV或放松狀態(tài)。這種現(xiàn)象在文獻(xiàn)中稱為返零效應(yīng)或時(shí)變電介質(zhì)滯后效應(yīng)，統(tǒng)稱RTZ效應(yīng)。
[0022]這種RTZ效應(yīng)導(dǎo)致相對(duì)于施加OV偏置情況下的BST電介質(zhì)的穩(wěn)態(tài)電容的大約7%至18%的RTZ電容偏移。在向電壓可變電容器短暫施加偏置電壓時(shí)，RTZ效應(yīng)很快地出現(xiàn)。實(shí)際上，只要施加偏置電壓100ms，RTZ效應(yīng)就會(huì)出現(xiàn)，并且然后能夠持續(xù)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，例如在那之后持續(xù)大約一個(gè)小時(shí)或更久。
[0023]在天線匹配電路中使用電壓可變BST電容器時(shí)，如果不糾正的話，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致將天線的阻抗與收發(fā)器電路匹配時(shí)的不確定性，從而要求帶寬更寬(更大)的天線配置。
[0024]圖1描繪移動(dòng)通信裝置100(諸如移動(dòng)電話、智能電話、膝上型計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、或類似裝置)的基本方框圖。移動(dòng)通信裝置100可以是具有用于通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)雙向通信的收發(fā)器102的任何類型的無(wú)線通信裝置。除了其他之外，移動(dòng)通信裝置100包括應(yīng)用處理器(處理器)104和存儲(chǔ)器106，存儲(chǔ)器106被配置為存儲(chǔ)應(yīng)用軟件以及由處理器104使用的數(shù)據(jù)，以執(zhí)行與移動(dòng)通信裝置有關(guān)的各種功能。收發(fā)器102是RF收發(fā)器，它使得移動(dòng)通信裝置100能夠通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收通信信號(hào)。
[0025]移動(dòng)通信裝置(諸如移動(dòng)通信裝置100)可以適配于或者被配置為通過(guò)一個(gè)或多個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)通信。這種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)可包括但是不限于蜂窩電話系統(tǒng)或其他長(zhǎng)距離無(wú)線通信系統(tǒng)，諸如全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)電話波段、GSM演進(jìn)增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率(EDGE);通用分組無(wú)線電系統(tǒng)(GPRS);諸如IS-95的CDMA;CDMA2000;WCDMA或通用移動(dòng)電信系統(tǒng)(UMTS);第四代長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE);其他廣域網(wǎng)通信系統(tǒng)；專用移動(dòng)無(wú)線電(PMR);全球微波接入互操作性(WiMAX) ;WLAN;其他3G或4G網(wǎng)絡(luò);等等。此外，UE也可以利用無(wú)線通信協(xié)議來(lái)支持與附近裝置的通信，包括W1-Fi(IEEE 802.11)和藍(lán)牙裝置。
[0026]由收發(fā)器102傳遞的信號(hào)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)天線(諸如天線108)發(fā)射或接收。移動(dòng)通信裝置100還包括天線匹配電路110，用于調(diào)節(jié)由天線108和收發(fā)器102兩者獲悉的阻抗。例如，天線匹配電路110被配置為基于被發(fā)射或接收的信號(hào)頻率，匹配收發(fā)器102與天線108之間的阻抗。在射頻系統(tǒng)中，雖然也可以使用其他阻抗值，但是用于源和負(fù)載阻抗的常用值是50歐姆。因此，通常利用天線匹配電路110將收發(fā)器102和天線108都匹配為50歐姆。
[0027]天線匹配電路110用于將從收發(fā)器遞送給天線(以及相對(duì)的)的功率最大化。遞送的最大功率通常在天線和收發(fā)器都通過(guò)天線匹配電路110將阻抗匹配為大約50歐姆時(shí)出現(xiàn)。如果天線匹配電路完全匹配，就認(rèn)為增益為I。如果天線匹配電路并非完全匹配，就認(rèn)為增益小于I。增益越接近I，阻抗匹配越好。
[0028]天線匹配電路110可包括多個(gè)可調(diào)諧電容器和固定電感器。示例性移動(dòng)通信裝置100的匹配電路110中使用的可調(diào)諧電容器可以是電壓可變BST電容器裝置。應(yīng)用處理器104向數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)電路114提供數(shù)字調(diào)諧信號(hào)112，DAC電路114進(jìn)而將一個(gè)或多個(gè)調(diào)諧電壓116提供給天線匹配電路110，以便調(diào)諧天線匹配電路的阻抗，使得收發(fā)器102和/或天線108獲悉例如大約50歐姆的阻抗。
[0029]如上所述，例如在天線匹配電路110中使用電壓可變BST電容器裝置或其他類似裝置或者其衍生物(下面稱為“可變電容器”)時(shí)，可變電容器的RTZ會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于施加OV偏置時(shí)可變電容器的穩(wěn)態(tài)電容的大約7%至18%的電容偏移。RTZ效應(yīng)或者時(shí)變滯后效應(yīng)導(dǎo)致更小的調(diào)諧范圍以及由于可變電容器被施加偏置電壓的最近歷史，關(guān)于可變電容器的電容值是多少的不確定性。
[0030]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在操作期間將可變電容器維持在加應(yīng)力或加壓力狀態(tài)時(shí)，可將可變電容器電容的不確定性最小化。因此，各種實(shí)施例提供通過(guò)將可變電容器的電介質(zhì)材料保持在壓力狀態(tài)使得能夠確定可變電容器的介電常數(shù)并設(shè)置在大約+/-5%的準(zhǔn)確性以內(nèi)或更好，來(lái)提高可變電容器的可變電容的確定性的方法。結(jié)果是天線調(diào)諧電路更準(zhǔn)確的調(diào)諧，導(dǎo)致所接收或者所發(fā)射的信號(hào)更少的信號(hào)損失或功率損失。RTZ效應(yīng)的這種補(bǔ)償允許天線以及天線調(diào)諧電路利用可變電容器。
[0031]在施加大的偏置電壓之后，可變電容器在其電容值方面可以具有大的容差或不確定性(高達(dá)大約18%)。電容容差或不確定性是以向可變電容器施加的偏置電壓以及每個(gè)這樣的偏置電壓施加多久的過(guò)去歷史為根據(jù)的?？勺冸娙萜鞯倪^(guò)去歷史包括將裝置保持在OV偏置電壓多久。當(dāng)可變電容器在長(zhǎng)時(shí)間段(例如24小時(shí))內(nèi)停留在零偏置電壓時(shí)，可變電容器將返回原始電容(Co)。替選地，在短時(shí)間段內(nèi)以一定的電壓偏置可變電容器并且然后返回零偏置時(shí)，可變電容器將具有初始電容(C1)，初始電容(C1)不同于原始電容(Co)且通常小于原始電容(Co)。兩個(gè)電容值之間的差I(lǐng) CcrC11等于可變電容器對(duì)于所施加的偏置電壓(達(dá)施加偏置電壓的時(shí)間量)的容差或者不確定性。
[0032]根據(jù)溫度、偏置電壓、以及施加偏置電壓的時(shí)間量，對(duì)于可變電容器而言需要從不至IJl小時(shí)到大約24小時(shí)來(lái)返回其原始電容(Co)。與寒冷環(huán)境中相比，RTZ效應(yīng)或時(shí)變滯后在溫暖環(huán)境中迅速消失。例如，在高于大約100°F的極溫暖環(huán)境中，RTZ效應(yīng)可能僅持續(xù)幾分鐘。相反，在低于大約30°F的寒冷環(huán)境中，RTZ效應(yīng)可能持續(xù)達(dá)到大約24小時(shí)。換言之，與寒冷環(huán)境相比，可變電容器內(nèi)電介質(zhì)材料上的應(yīng)力在溫暖環(huán)境中解除更快。
[0033 ]在實(shí)際電路中使用時(shí)，例如在移動(dòng)通信裝置100內(nèi)的天線匹配電路110中，可以存在最小電壓(可能是大約2V或更小)作為偏置電壓在電路加電時(shí)向可變電容器連續(xù)施加。因此，在其移動(dòng)通信裝置操作時(shí)，每個(gè)可變電容器可能從來(lái)沒(méi)有被施加過(guò)OV偏置電壓。此外，在不同的時(shí)間段內(nèi)在操作電路中施加偏置電壓將累積添加到可變電容器中電介質(zhì)材料的應(yīng)力。
[0034]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在以接近電容器最大允許偏置電壓的偏置電壓操作可變電容器時(shí)，由于時(shí)變滯后效應(yīng)或RTZ效應(yīng)所致的電容誤差被最小化。替選地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以各種更高(但是并非最大)的偏置電壓進(jìn)行偏置之后，在以低電壓偏置可變電容器時(shí)，可變電容器的電容的不確定性增加。
[0035]實(shí)質(zhì)上，RTZ效應(yīng)在BST可變電容器裝置的電容vs.電壓曲線上產(chǎn)生時(shí)變滯后。時(shí)變滯后效應(yīng)降低可變電容器可獲得的最大電容，并將較高電容區(qū)域(即，在低偏置電壓)內(nèi)的電容vs.電壓曲線向下移動(dòng)。由于時(shí)變滯后所產(chǎn)生的電容誤差的大小或數(shù)量與可變電容器暴露于較高偏置電壓(例如10-20V)的時(shí)間量有關(guān)，較高偏置電壓在可變電容器上產(chǎn)生較低電容值。因此，不管以低偏置電壓還是以高偏置電壓操作可變電容器，向可變電容器施加每個(gè)偏置電壓的時(shí)間量都影響由于時(shí)變滯后效應(yīng)所產(chǎn)生的誤差量的總大小。以高水平的應(yīng)力(即，接近最大偏置電壓)維持電介質(zhì)材料時(shí)，對(duì)于所有偏置電壓而言，電容VS.電壓曲線中的變化被最小化。
[0036]圖2是移動(dòng)通信裝置100的方框圖，但是將天線匹配電路110作為基本電路圖。應(yīng)用處理器104連接到收發(fā)器102，以控制收發(fā)器的發(fā)射或接收。在本實(shí)施例中，天線匹配電路110包括三個(gè)電感器L1、L2、L3以及兩個(gè)可變電容器C1、C2。電感器L1、L2、L3和電容器Cl和C2被配置為通過(guò)將收發(fā)器的輸出阻抗與針對(duì)所發(fā)射的頻率的天線的輸入阻抗相匹配，實(shí)現(xiàn)從收發(fā)器102到天線108的最大功率遞送。替選地，當(dāng)在天線108處接收信號(hào)時(shí)，電感器L1、L2、L3和電容器C1、C2被配置為通過(guò)提供從天線到收發(fā)器102獲悉的50歐姆阻抗，將信號(hào)的接收最大化。在匹配電路110處天線108的匹配或調(diào)諧是由應(yīng)用處理器104利用與可變電容器Cl和C2相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型來(lái)完成。處理器將數(shù)字調(diào)諧信號(hào)112提供給DAC 114，DAC 114將數(shù)字調(diào)諧信號(hào)112轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)電壓20(^、20013。如下所述，電壓20(^、20013施加于可變電容器Cl和C2，且用于調(diào)節(jié)可變電容器Cl和C2的電容。可變電容器Cl和C2最終改變天線匹配電路110的阻抗，使得天線/收發(fā)器組合能夠發(fā)射和接收各種頻率，以便將匹配電路的增益最大化為盡可能接近增益I。為了將天線匹配電路的增益最大化，必須將電容器Cl和C2調(diào)節(jié)為落入必要電容值的極小百分比范圍內(nèi)，其使得天線匹配電路與通過(guò)收發(fā)器以及或者通過(guò)天線獲悉的阻抗緊密匹配。
[0037]在一些實(shí)施例中，DAC114能夠在從大約OV到大約20V的范圍內(nèi)分別向可變電容器Cl和C2提供偏置電壓200a、200b。在其他實(shí)施例中，可通過(guò)DAC 114施加或提供的最小電壓是大約2伏特。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解，可調(diào)節(jié)或者可編程天線匹配電路110只是電勢(shì)可調(diào)節(jié)或者可編程天線匹配電路的許多變型中的一個(gè)。例如，其他天線匹配電路可具有往來(lái)于收發(fā)器的附加并行饋入或輸入，其中并行的阻抗匹配電路具有使得收發(fā)器能夠同時(shí)在不同的頻帶使用天線的附加的可變電容器。不管怎樣，可編程或者可調(diào)節(jié)天線匹配電路可包括利用偏置電壓加應(yīng)力之后將表現(xiàn)出時(shí)變滯后效應(yīng)或RTZ效應(yīng)的可變電容器。如下更詳細(xì)所述，與可變電容器的電介質(zhì)材料處于未加應(yīng)力狀態(tài)時(shí)相比，當(dāng)可變電容器的電介質(zhì)材料被維持在目標(biāo)應(yīng)力條件或高于目標(biāo)應(yīng)力條件時(shí)，在處于零偏置狀態(tài)的情況下可變電容器的電容維持在更低的值。替選地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于任何所施加的偏置電壓而言，將可變電容器保持在受控應(yīng)力狀態(tài)下減少了由于返零效應(yīng)所致的電容變化。
[0039]圖3描繪了連接到偏置電壓源V的BST可變電容器C，旁邊的圖示出偏置電壓V怎樣影響對(duì)于BST可變電容器C的電容的時(shí)變滯后效應(yīng)或RTZ效應(yīng)的示例。當(dāng)偏置電壓V為OV時(shí)，可變電容器C的電容為原始電容Co。當(dāng)然，這假定電容C沒(méi)有被偏置達(dá)長(zhǎng)時(shí)間段。當(dāng)移動(dòng)通信裝置打開時(shí)，向BST可變電容器C施加2V的偏置電壓V，并且電容下降到初始電容C1，這可以認(rèn)為是本示例的最大操作電容。只要偏置電壓V保持在2V，初始電容(^就保持恒定。
[0040]在一些時(shí)間點(diǎn)，收發(fā)器需要發(fā)送或接收信號(hào)，并向可變電容器C施加高于2V的偏置電壓V，以便針對(duì)特定頻帶調(diào)諧天線匹配電路的阻抗。在使得偏置電壓達(dá)到更高電壓時(shí)，將電壓視為應(yīng)力電壓Vs。在本示例中，應(yīng)力電壓Vs為20V。應(yīng)力電壓Vs將可變電容器C的電容降低為加應(yīng)力電容Cs。天線匹配電路被設(shè)置成它的目標(biāo)阻抗，并且收發(fā)器在過(guò)一個(gè)時(shí)間段后接收來(lái)自天線的信號(hào)。因此，可變電容器C被保持在應(yīng)力電壓Vs達(dá)應(yīng)力持續(xù)時(shí)間ts ο由于偏置電壓被保持在應(yīng)力電壓Vs達(dá)應(yīng)力持續(xù)時(shí)間ts，時(shí)變滯后效應(yīng)(RTZ效應(yīng))出現(xiàn)。如上所述，RTZ效應(yīng)在較高的加應(yīng)力電壓設(shè)置中減少，其中，可變電容器C中電介質(zhì)材料的電容被最小化。替代地，當(dāng)可變電容器C上的偏置電壓V下降回到2V時(shí)，由于較高偏置電壓所致的應(yīng)力向電介質(zhì)材料施加應(yīng)力，從而使其不太能夠立即返回初始電容C1水平。
[0041]當(dāng)施加于可變電容器C的偏置電壓V下降回到2V時(shí)，允許可變電容器C在恢復(fù)時(shí)間tR期間恢復(fù)。在恢復(fù)時(shí)間tR期間，電容器C的電容不是完全恢復(fù)回到初始電容C1，而是恢復(fù)到小于初始電容C1的恢復(fù)電容Cr。在本示例中，可變電容器C的容差是(^與&之間的電容差。
[0042]在移動(dòng)通信裝置內(nèi)操作期間，可變電容器將以多個(gè)電壓被偏置達(dá)多個(gè)時(shí)間段，由于時(shí)變滯后效應(yīng)的變化性，使得電容器的容差很難預(yù)測(cè)或計(jì)算，每次施加較高偏置電壓時(shí)，時(shí)變滯后效應(yīng)迅速增加，并且施加較低偏置電壓時(shí)，時(shí)變滯后效應(yīng)緩慢減少。此外，裝置的操作溫度影響在任何恢復(fù)時(shí)間期間時(shí)變滯后效應(yīng)減少的速度。
[0043]圖4是示出由于向BST可變電容器施加的RTZ應(yīng)力(S卩，偏置電壓)達(dá)應(yīng)力持續(xù)時(shí)間(ts)，在所限定的恢復(fù)持續(xù)時(shí)間之后，測(cè)量電容相對(duì)于期望電容的偏離的曲線圖。例如，利用20V的偏置電壓向具有8.2pF未加應(yīng)力電容的BST可變電容器加應(yīng)力達(dá)應(yīng)力持續(xù)時(shí)間ts，并且所允許的在室溫下以2V的偏置電壓恢復(fù)的恢復(fù)時(shí)間tR等于I秒、10秒、100秒、1000秒、10000秒和18000秒。對(duì)于每個(gè)恢復(fù)時(shí)間段tR示出最佳擬合曲線。例如，曲線圖示出向可變電容器施加持續(xù)時(shí)間為I秒的20V應(yīng)力之后(然后允許可變電容器恢復(fù)達(dá)I秒的時(shí)間)，可變電容器的測(cè)量電容相對(duì)于8.2pF的未加應(yīng)力原始電容偏離大約8%。用20V向相同的可變電容器加應(yīng)力達(dá)I秒的持續(xù)時(shí)間，并且然后允許可變電容器恢復(fù)100秒時(shí)，相對(duì)于原始電容的偏離大約是6% ;以20V加應(yīng)力達(dá)I秒的時(shí)間然后提供1000秒的恢復(fù)時(shí)間時(shí)，偏離大約是5%。大體上，曲線圖支持這樣的事實(shí):對(duì)于可變電容器而言，花費(fèi)短時(shí)間來(lái)由偏置電壓加應(yīng)力，并且用相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)恢復(fù)回原始電容。
[0044]仍然參照?qǐng)D4中的曲線圖，當(dāng)以20V的偏置電壓向可變電容器施加應(yīng)力達(dá)1K秒的應(yīng)力持續(xù)時(shí)間并且然后允許以2V的恢復(fù)電壓恢復(fù)達(dá)I秒的時(shí)間時(shí)，可變電容器相對(duì)其原始電容的偏離大約是18.5%。當(dāng)以20V加應(yīng)力達(dá)1K秒的持續(xù)時(shí)間并且然后允許以2V恢復(fù)達(dá)100秒的時(shí)間時(shí)，電容偏離下降到16%。此外，當(dāng)放置在相同的應(yīng)力條件下并且然后給予IK秒的恢復(fù)時(shí)間時(shí)，電容偏離仍然很高，大約是13%。因此如上所述，該圖示出，對(duì)于可變電容器而言，要花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間從已經(jīng)施加了達(dá)顯著時(shí)間量的大偏置電壓完全恢復(fù)。此外該圖示出，可變BST電容器的電介質(zhì)材料迅速響應(yīng)形式為大偏置電壓(多于1V)的應(yīng)力的啟動(dòng)，但是當(dāng)偏置電壓下降到大約2V的相對(duì)較低的電壓時(shí)，恢復(fù)就慢得多。
[0045]圖5描繪了多個(gè)恢復(fù)曲線，所述多個(gè)恢復(fù)曲線示出就以20V向可變電容器加應(yīng)力達(dá)預(yù)先選擇的應(yīng)力持續(xù)時(shí)間ts并且然后允許在以2V加偏置時(shí)恢復(fù)之后的恢復(fù)時(shí)間^而言，測(cè)量電容相對(duì)于期望電容的偏離。可變電容器具有8.2pF的原始未加應(yīng)力電容。然后以20V向可變電容器施加應(yīng)力達(dá)O秒、0.I秒、1秒、1000秒、5000秒、10，000秒、和50，000秒的應(yīng)力持續(xù)時(shí)間段ts。加應(yīng)力之后，允許可變電容器隨時(shí)間恢復(fù)。在不同的恢復(fù)時(shí)間tr，測(cè)量可變電容器的電容，并在曲線圖中畫出電容相對(duì)于它8.2pF的原始電容的偏離。該曲線圖示出，以高偏置電壓(例如20V)加應(yīng)力達(dá)不同的時(shí)間量之后，當(dāng)以低電壓(例如2V)偏置時(shí)，難以預(yù)測(cè)可變電容器的電容偏離是多少。該曲線圖還示出，需要降低可變電容器(諸如BST可變電容器)的電容vs.電壓曲線的變化性，使得當(dāng)以任何電壓進(jìn)行偏置時(shí)，可變電容器的電容更加可預(yù)測(cè)。當(dāng)可變電容器的電容更加可預(yù)測(cè)時(shí)，可變電容器可電路中使用以提供相對(duì)一致的性能和結(jié)果。換言之，所需要的是一種方式，該方式在天線匹配電路中使用可變BST電容器，以便天線匹配電路的準(zhǔn)確性能夠提供一致的天線阻抗匹配而不管已經(jīng)向可變電容器施加的電壓偏置加應(yīng)力歷史如何。
[0046]在各種實(shí)施例中，提供的系統(tǒng)和方法將可變BST電容器的總電容偏離限制為相對(duì)于期望電容小于大約+/-5%而不管所施加的偏置電壓、操作溫度、或者最近向可變電容器施加的歷史偏置電壓如何。
[0047]如上所述，發(fā)現(xiàn)可變電介質(zhì)的加應(yīng)力或加偏置隨時(shí)間累積。因此，在恢復(fù)時(shí)間期間例如定期地對(duì)電介質(zhì)加應(yīng)力達(dá)I秒鐘會(huì)將可變電容器的電介質(zhì)維持在加應(yīng)力條件下。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以預(yù)定應(yīng)力水平或接近預(yù)定應(yīng)力水平向可變BST電容器連續(xù)加應(yīng)力時(shí)，可變BST電容器在每個(gè)施加的偏置電壓下將具有相同的可預(yù)測(cè)電容。
[0048]仍然參照?qǐng)D5，通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算出最佳擬合曲線500，對(duì)于曲線圖中與多個(gè)恢復(fù)曲線相關(guān)聯(lián)的所有測(cè)量數(shù)據(jù)而言是最佳擬合。最佳擬合曲線500幫助預(yù)測(cè)所測(cè)試的可變電容器裝置的時(shí)變滯后(RTZ)效應(yīng)，以便任何量的偏置電壓(在偏置電壓的可接受范圍內(nèi))可以被施加到電介質(zhì)和可預(yù)測(cè)電容，該可預(yù)測(cè)電容在大約+/-2%至+/-5%準(zhǔn)確度結(jié)果內(nèi)。最佳擬合曲線500提供對(duì)可變電容器的BST電介質(zhì)材料進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的等式，而不需要通過(guò)物理方法來(lái)確定在電容器裝置中發(fā)生了什么。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于曲線圖上的多個(gè)圖形曲線而言，存在多種可接受的數(shù)學(xué)技巧來(lái)用于產(chǎn)生最佳擬合曲線。最佳擬合曲線500或者建立來(lái)描述或限定圖形數(shù)據(jù)曲線的其他等式可用于為可變BST電容器的電容vs.電壓曲線建模，其中電容器被置于預(yù)加應(yīng)力條件下。
[0049]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，提供一種減少可變電容器的電容vs.電壓曲線的變化的方法。在一些實(shí)施例中，方法和/或數(shù)學(xué)模型操作以消除RTZ恢復(fù)曲線上裝置的電容相對(duì)于可變電容器的原始狀態(tài)或放松狀態(tài)偏離最多的區(qū)域。換言之，方法或數(shù)學(xué)模型消除電容vs.電壓曲線隨時(shí)間偏離最快的區(qū)域。此外，實(shí)施例被配置為在電容vs.電壓曲線不趨向于在固定的時(shí)間量里變化很大(例如不多于幾個(gè)百分點(diǎn))的區(qū)域中操作。結(jié)果是，可變電容器的操作條件中的小變化不會(huì)導(dǎo)致所得電容中的大變化。因此，實(shí)施例提供可變電容器，所述可變電容器對(duì)于任何偏置電壓均提供相對(duì)于預(yù)測(cè)值不會(huì)變化多于幾個(gè)百分點(diǎn)的可預(yù)測(cè)電容，而不管在過(guò)去24小時(shí)中裝置的操作歷史如何。
[0050]實(shí)施例提供可變電容器，所述可變電容器操作使得在將可變電容器的電介質(zhì)材料維持在預(yù)加應(yīng)力條件時(shí)，對(duì)于特定偏置電壓而言，向可變電容器施加的正常偏置電壓變化導(dǎo)致相對(duì)于可變電容器的期望電容的小偏離(大約+/-2%至+/-5%)。實(shí)施例消除或避免可變電容器的原始狀態(tài)、放松狀態(tài)或者未加應(yīng)力狀態(tài)，并在操作期間至少維持電介質(zhì)材料的基線預(yù)應(yīng)力。在一些實(shí)施例中，在正常裝置的發(fā)射和接收操作期間，通過(guò)連同向可變電容器施加的所有普通偏置電壓一起施加并跟蹤定期偏置電壓的施加，來(lái)完成基線預(yù)應(yīng)力。
[0051]應(yīng)當(dāng)理解，目的并非是將可變電容器的電介質(zhì)材料保持在它最高的應(yīng)力或者保持在很大的應(yīng)力水平，因?yàn)檫@樣做會(huì)由于在以最低偏置電壓加應(yīng)力時(shí)不允許可變電容器獲得可能的更高電容值，而限制向電介質(zhì)材料預(yù)加應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。
[0052]一些實(shí)施例有兩種操作模式，也就是空閑模式和連接模式。當(dāng)移動(dòng)裝置處于空閑模式時(shí)，基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的尋呼周期，收發(fā)器/天線或者不發(fā)射或接收，或者在標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)定定期基礎(chǔ)上間歇地發(fā)射和接收信息。在空閑模式中，在應(yīng)用處理器上運(yùn)行的移動(dòng)裝置應(yīng)用一般對(duì)天線和收發(fā)器要求不多。在空閑模式中，移動(dòng)裝置可以等候呼叫或者以低的預(yù)定占空比監(jiān)測(cè)各種信道。移動(dòng)通信裝置可以進(jìn)行附近小區(qū)的功率測(cè)量、接收導(dǎo)頻信道信號(hào)、發(fā)送尋呼信號(hào)或者進(jìn)行其他待機(jī)操作或空閑模式基本操作。因此，在移動(dòng)裝置的天線匹配電路中可以存在以偏置電壓的形式向可變電容器施加的一些應(yīng)力，雖然很小。向可變電容器施加的偏置電壓以及施加偏置電壓的時(shí)長(zhǎng)能夠被容易地跟蹤并由應(yīng)用處理器上運(yùn)行的數(shù)學(xué)建模應(yīng)用來(lái)使用。數(shù)學(xué)建模應(yīng)用保持每個(gè)可變電容器的電介質(zhì)材料的應(yīng)力的近似量的運(yùn)行估計(jì)。如果確定可變BST電容器上的電介質(zhì)應(yīng)力并非處于預(yù)定基線或目標(biāo)水平或者高于預(yù)定基線或目標(biāo)水平，則數(shù)學(xué)建模應(yīng)用可以以定期偏置電壓的形式向可變BST電容器施加固定量的定期應(yīng)力，以保持它處于某個(gè)預(yù)定基線或目標(biāo)水平操作范圍或者高于某個(gè)預(yù)定基線或目標(biāo)水平操作范圍。
[0053]此外，在第一次打開移動(dòng)通信裝置時(shí)，裝置最初輸入空閑模式的類型。在空閑模式的初始類型中，可以緊接著打開移動(dòng)通信裝置之后但是在激活收發(fā)器開始與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的任何初始通信之前，以偏置電壓的形式向可變電容器施加初始應(yīng)力。向可變電容器施加的初始偏置電壓使得可變電容器達(dá)到基線或應(yīng)力的目標(biāo)水平量，以便當(dāng)收發(fā)器打開并且微處理器調(diào)諧天線匹配電路以匹配收發(fā)器與天線之間的阻抗時(shí)，可由控制電壓將可變電容器設(shè)置為落入電容大約+/-2%至+/-5%的范圍，這是正確調(diào)諧天線匹配電路所必須的。
[0054]其他模式(連接模式)是移動(dòng)通信通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)通信，并調(diào)諧和再調(diào)諧天線匹配電路，使得它們對(duì)于所使用的每個(gè)信道和頻率正確地匹配天線與收發(fā)器之間的阻抗。移動(dòng)通信裝置可以處于發(fā)送/接收呼叫或文本消息的過(guò)程中，并且因此主動(dòng)連接到無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。這里移動(dòng)通信裝置是打開的，但是與移動(dòng)通信裝置處于空閑模式時(shí)相比，操作條件更加多變。移動(dòng)通信裝置可以在多個(gè)頻帶中操作，所述多個(gè)頻帶對(duì)于天線匹配電路中的可變電容器要求不同的電壓。通信可以在一個(gè)帶上連續(xù)，因?yàn)橛脩羰庆o止的。替選地，通信可以從一個(gè)頻帶跳躍到另一個(gè)頻帶，因?yàn)橛脩粼谝苿?dòng)并且移動(dòng)通信裝置從小區(qū)到小區(qū)進(jìn)行切換。此外，移動(dòng)通信裝置可以在允許用戶經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)的同時(shí)處理呼叫，因此要求調(diào)諧和再調(diào)諧匹配天線電路中的可變電容器。
[0055]在連接模式中，通過(guò)數(shù)學(xué)電容應(yīng)力模型應(yīng)用監(jiān)測(cè)和跟蹤由于施加的偏置電壓電平以及施加該偏置電壓電平的時(shí)間量所致在可變電容器上累積的應(yīng)力。通過(guò)數(shù)學(xué)電容應(yīng)力模型應(yīng)用跟蹤施加的偏置電壓以及施加偏置電壓的時(shí)間量，使得數(shù)學(xué)電容應(yīng)力模型應(yīng)用可以確定，以偏置電壓的形式，是否需要向可變BST電容器中的一個(gè)施加附加應(yīng)力。
[0056]以偏置電壓達(dá)預(yù)定時(shí)間量的形式，如果對(duì)于可變電容器中的一個(gè)特定電容器而言需要附加應(yīng)力，則偏置電壓可以被施加到天線上的通信發(fā)射或接收脈沖之間，或者以交替的方式施加到兩個(gè)分集天線(主天線和分集天線)之間，以便將對(duì)可變電容器預(yù)加應(yīng)力時(shí)的通信最小化。
[0057]偏置電壓被跟蹤，使得在不需要時(shí)就不向可變電容器添加附加應(yīng)力。在不需要時(shí)向可變電容器的電介質(zhì)添加應(yīng)力不僅浪費(fèi)移動(dòng)通信裝置的電池電力，而且會(huì)使得可變電容器在很高的應(yīng)力水平下操作，使得恢復(fù)分散性很大，從而限制了向電介質(zhì)材料預(yù)加應(yīng)力的一些優(yōu)點(diǎn)。
[0058]圖6給出一種方法的流程圖，該方法用于將可變電容器維持在預(yù)應(yīng)力條件，使得對(duì)于所施加的偏置電壓而言，向天線匹配電路中的可變電容器施加的正常偏置電壓變化導(dǎo)致相對(duì)于可變電容器的期望電容值或希望電容值的小偏離(小于大約+/-2%至+/-5%)。在各種實(shí)施例中，對(duì)于移動(dòng)通信裝置中的每個(gè)可變電容器，重復(fù)該方法。因此，這里將圖6和圖7中的方法描述為監(jiān)測(cè)和跟蹤單個(gè)可變電容器。
[0059]在圖6中，在步驟600，將移動(dòng)通信裝置加電。應(yīng)當(dāng)理解，在加電時(shí)，由于移動(dòng)通信裝置關(guān)閉達(dá)長(zhǎng)時(shí)間段，所以移動(dòng)通信裝置中的可變電容器可以是完全放松狀態(tài)或者未加應(yīng)力狀態(tài)。替選地，可變電容器可能已經(jīng)被加應(yīng)力到某種程度，因?yàn)橐苿?dòng)通信裝置可能處于關(guān)閉狀態(tài)達(dá)短時(shí)間量，或者只是被用戶重啟或重置。不管怎樣，在步驟600，將移動(dòng)通信裝置加電到開啟狀態(tài)并置于啟動(dòng)模式。
[0060]在步驟602，在一些實(shí)施例中，在初始加電之后，向可變電容器施加最大偏置電壓達(dá)預(yù)定時(shí)間量以便迅速使得可變電容器的電介質(zhì)應(yīng)力水平達(dá)到目標(biāo)預(yù)加應(yīng)力水平。在一個(gè)實(shí)施例中，最大偏置電壓大約是20V，并且預(yù)定時(shí)間量可以在0.1秒到大約3秒的范圍內(nèi)。在其他實(shí)施例中，在步驟602，通過(guò)運(yùn)行數(shù)學(xué)電容應(yīng)力模型應(yīng)用(其跟蹤可變電容器的估計(jì)的預(yù)加應(yīng)力水平)的應(yīng)用處理器，和/或根據(jù)在移動(dòng)通信裝置關(guān)機(jī)之前通過(guò)數(shù)學(xué)電容應(yīng)力模型應(yīng)用存儲(chǔ)在移動(dòng)通信裝置的存儲(chǔ)器中的歷史電容應(yīng)力數(shù)據(jù)，可以確定可變電容器已經(jīng)處于預(yù)加應(yīng)力水平。如果確定可變電容器已經(jīng)處于預(yù)加應(yīng)力水平，但是低于目標(biāo)預(yù)加應(yīng)力水平，則數(shù)學(xué)電容應(yīng)力模型應(yīng)用向可變電容器施加適當(dāng)量的偏置電壓(最大電壓的中間范圍)達(dá)計(jì)算的時(shí)間量或者預(yù)定的時(shí)間量，以便使得可變電容器達(dá)到至少目標(biāo)預(yù)加應(yīng)力水平。
[0061]在步驟604，移動(dòng)通信裝置打開收發(fā)器，將天線匹配電路(多個(gè)天線匹配電路)中的可變電容器調(diào)節(jié)或調(diào)諧到目標(biāo)值，該目標(biāo)值在通信期間將天線緊密地阻抗匹配到收發(fā)器。此外，移動(dòng)通信裝置確定利用當(dāng)前無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以空閑模式操作時(shí)移動(dòng)通信裝置必須使用的空閑時(shí)段(持續(xù)時(shí)間和頻率)。
[0062]在步驟606，基于針對(duì)當(dāng)前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(例如，GSM、CDMA、WCDMA、UMTS、LTE、PMR、W頂AX、WLAN或其他3G或4G網(wǎng)絡(luò)或W1-Fi)所確定的空閑模式參數(shù)，數(shù)學(xué)模型電容器應(yīng)力應(yīng)用確定維持時(shí)間t_maintain以及向可變電容器施加預(yù)定偏置電壓的時(shí)段N，以便維持可變電容器中電介質(zhì)材料的預(yù)加應(yīng)力水平。T_maintain是每第N個(gè)空閑尋呼時(shí)段施加加應(yīng)力電壓或偏置電壓的時(shí)間量，其中N是在向可變電容器施加偏置電壓之間出現(xiàn)的空閑尋呼時(shí)段的整數(shù)數(shù)目。換言之，每第N個(gè)空閑時(shí)段施加偏置電壓達(dá)t_maintain時(shí)間量。在各種實(shí)施例中，加應(yīng)力電壓可以是能夠向可變電容器施加的最大電壓。例如，最大電壓可以在18V到20V之間。
[0063]此時(shí)，移動(dòng)通信裝置進(jìn)入空閑模式608，對(duì)于特定的移動(dòng)通信裝置和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)而言，空閑模式是已知狀態(tài)。在空閑模式中，移動(dòng)通信裝置具有分配的時(shí)隙，用于網(wǎng)絡(luò)何時(shí)定期地聯(lián)系移動(dòng)通信裝置或者被移動(dòng)通信裝置聯(lián)系。在步驟610，遞增空閑尋呼周期時(shí)段計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，以保持跟蹤已經(jīng)出現(xiàn)的尋呼周期的數(shù)目。在步驟612，如果已經(jīng)過(guò)了N個(gè)尋呼周期，則運(yùn)行數(shù)學(xué)模型應(yīng)用的應(yīng)用處理器向可變電容器施加預(yù)定偏置電壓或最大偏置電壓達(dá)持續(xù)時(shí)間t_maintain。此外，如果已經(jīng)過(guò)了 N個(gè)尋呼周期，則將空閑尋呼周期計(jì)數(shù)器重置。在一些實(shí)施例中，處理器被配置為定期地產(chǎn)生數(shù)字調(diào)諧信號(hào)，該數(shù)字調(diào)諧信號(hào)在被DAC接收時(shí)產(chǎn)生施加于可變電容器的電容器維持偏置電壓，使得將可變電容器保持在目標(biāo)預(yù)應(yīng)力條件或高于目標(biāo)預(yù)應(yīng)力條件。
[0064]在步驟614，移動(dòng)通信裝置仍然處于空閑模式。雖然處于空閑模式，但是經(jīng)常要求收發(fā)器定期地接收或發(fā)送頁(yè)面信息、功率水平信息或者與當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的其他無(wú)線通信。為此，處理器經(jīng)由DAC將可變電容器設(shè)置為適當(dāng)?shù)钠秒妷海杂糜谄ヅ涮炀€和收發(fā)器電路阻抗，例如用于定期尋呼和或測(cè)量通信頻率。此時(shí)，數(shù)學(xué)電容應(yīng)力模型應(yīng)用循環(huán)回到空閑模式步驟608并繼續(xù)循環(huán)步驟608到614，只要移動(dòng)通信裝置處于空閑模式。
[0065]在一些時(shí)間點(diǎn)，移動(dòng)通信裝置退出空閑模式并進(jìn)入連接模式616。在連接模式中，通過(guò)移動(dòng)通信裝置的用戶或者通過(guò)呼叫移動(dòng)通信裝置的另一方來(lái)啟動(dòng)呼叫。此外，可通過(guò)發(fā)送或接收文本消息或者通過(guò)適配于或者被配置為在移動(dòng)通信裝置中的應(yīng)用處理器或其他處理器上運(yùn)行的各種應(yīng)用的初始化或定期更新來(lái)啟動(dòng)連接模式。在連接模式中，由于天線匹配電路的調(diào)諧和再調(diào)諧(即，以不同電壓對(duì)可變電容器偏置達(dá)不同時(shí)間量)，可變電容器上電介質(zhì)應(yīng)力量可以不斷地改變。因此在連接模式中，在可變電容器上任何時(shí)候的應(yīng)力量可以小于、等于、或超過(guò)數(shù)學(xué)模型電容應(yīng)力應(yīng)用中為特定可變電容器指定的目標(biāo)應(yīng)力量。不管怎樣，在一些實(shí)施例中，假定在移動(dòng)通信裝置處于連接模式時(shí)，不時(shí)以不同電壓將可變電容器偏置，使得可變電容器能夠保持在接近、等于、或高于預(yù)定目標(biāo)預(yù)應(yīng)力水平的加應(yīng)力狀態(tài)。
[0066]在步驟618，處理器經(jīng)由DAC將可變電容器調(diào)節(jié)到目標(biāo)偏置電壓，從而得到用于匹配天線與收發(fā)器電路阻抗的目標(biāo)電容，以便執(zhí)行無(wú)線通信功能(例如電話交談、發(fā)文本、視頻會(huì)議、運(yùn)行要求無(wú)線連接的應(yīng)用等等)。換言之，將可變電容器設(shè)置為接收目標(biāo)偏置電壓，用于它在移動(dòng)通信裝置進(jìn)行通信的頻帶匹配天線與收發(fā)器的阻抗的正常操作。
[0067]在步驟620，經(jīng)由天線匹配電路調(diào)諧收發(fā)器和天線，以執(zhí)行無(wú)線通信功能。然后，當(dāng)無(wú)線通信裝置保持在連接模式時(shí)連接模式循環(huán)。
[0068]如果在步驟616確定，移動(dòng)通信裝置不再需要保持在連接模式，并且例如要變回空閑模式，則在一些實(shí)施例中，數(shù)學(xué)電容應(yīng)力模型應(yīng)用將返回步驟602，并且施加最大偏置電壓達(dá)持續(xù)時(shí)間t_int，以便將可變電容器的電介質(zhì)材料設(shè)置為或者置于大于或等于目標(biāo)預(yù)加應(yīng)力水平的加應(yīng)力水平。替選地在其他實(shí)施例中，當(dāng)移動(dòng)通信裝置在步驟616退出連接模式時(shí)，方法將進(jìn)入步驟604，并假定可變電容器已經(jīng)處于一些預(yù)加應(yīng)力水平。在本實(shí)施例中，當(dāng)移動(dòng)通信裝置處于空閑模式并且在每第N個(gè)尋呼周期被最大偏置電壓偏置時(shí)，將可變電容器維持在目標(biāo)預(yù)加應(yīng)力水平或高于目標(biāo)預(yù)加應(yīng)力水平。
[0069]在附加實(shí)施例中，在初始加電或者移動(dòng)通信裝置重置之后不進(jìn)行步驟602，因?yàn)橹辽賹?duì)于多個(gè)尋呼周期，裝置立即進(jìn)入空閑模式，使得在步驟612能夠由每第N個(gè)尋呼周期所施加的偏置電壓對(duì)可變電容器的電介質(zhì)材料加應(yīng)力。此外應(yīng)當(dāng)理解，在本實(shí)施例中，即使天線匹配電路不一定正確地被預(yù)加應(yīng)力或被阻抗調(diào)諧，移動(dòng)通信裝置將能夠在步驟604接收和發(fā)射，以便確定用于移動(dòng)裝置在其中操作的網(wǎng)絡(luò)的空閑時(shí)段。
[0070]下面參照?qǐng)D7，給出在移動(dòng)通信裝置的應(yīng)用處理器上運(yùn)行的方法或數(shù)學(xué)電容應(yīng)力模型應(yīng)用的另一個(gè)實(shí)施例。在圖7中，步驟600到步驟618與圖6所述方法基本上相同。本實(shí)施例中的差異在于，在連接模式616期間，數(shù)學(xué)模型電容應(yīng)力應(yīng)用連續(xù)跟蹤向可變電容器施加的偏置電壓連同施加該偏置電壓的時(shí)間量。因此在步驟702，方法根據(jù)施加的偏置量、施加不同偏置量的時(shí)間量、以及移動(dòng)通信裝置內(nèi)部或可變電容器附近溫度來(lái)估計(jì)在可變電容器的電介質(zhì)材料上的總應(yīng)力量或者運(yùn)行應(yīng)力量。在步驟704利用連續(xù)收集的數(shù)據(jù)(偏置電壓、偏置時(shí)間、以及溫度)，方法計(jì)算是否需要將處于最大偏置電壓的附加應(yīng)力時(shí)間t_stress應(yīng)用于可變電容器，以便將其預(yù)加應(yīng)力到等于或高于目標(biāo)預(yù)加應(yīng)力水平的水平。在步驟706，如果確定因?yàn)榭勺冸娙萜饕呀?jīng)處于或高于目標(biāo)預(yù)加應(yīng)力水平，而不需要向可變電容器施加附加偏置電壓，則不施加偏置電壓。相反在步驟706，如果確定需要向可變電容器施加附加偏置電壓，以保持其電介質(zhì)應(yīng)力水平維持在目標(biāo)預(yù)應(yīng)力水平或高于目標(biāo)預(yù)加應(yīng)力水平，則施加最大偏置電壓達(dá)所計(jì)算的持續(xù)時(shí)間t_stress。在進(jìn)行步驟706之后，方法循環(huán)回到步驟616。
[0071]如上所述，RTZ效應(yīng)或時(shí)變電介質(zhì)滯后效應(yīng)影響包括可變BST電容器的天線匹配電路的準(zhǔn)確性。以高偏置電壓或者接近最大允許偏置電壓加應(yīng)力一段時(shí)間之后，該影響對(duì)處于未加應(yīng)力狀態(tài)的可變電容器電容貢獻(xiàn)多達(dá)18%的誤差。在移動(dòng)通信裝置操作時(shí)，本公開所述實(shí)施例通過(guò)對(duì)可變電容器預(yù)加應(yīng)力并且至少維持在目標(biāo)預(yù)應(yīng)力水平，減輕了 RTZ效應(yīng)的影響，從而能夠?qū)TZ效應(yīng)的不確定性最小化。使用本文所述方法的結(jié)果，減少了可變BST電容器的不確定性，得到阻抗匹配更好的收發(fā)器和天線電路、更低的功耗和發(fā)射功率損失。
[0072]容易確定，移動(dòng)通信裝置通過(guò)當(dāng)移動(dòng)通信裝置在空閑狀態(tài)下操作時(shí)監(jiān)測(cè)向可變電容器施加的偏置電壓(或相關(guān)信號(hào))合并了本發(fā)明的實(shí)施例。如果向可變電容器(例如在天線匹配電路中)施加偏置電壓，當(dāng)發(fā)射或接收沒(méi)有發(fā)生時(shí)，則可將本發(fā)明的實(shí)施例合并到這種裝置。
[0073]雖然詳細(xì)描述了優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離后附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種變化、替代和改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電子裝置，包括: 可變電容器，所述可變電容器包括電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料具有對(duì)所述可變電容器的電容的時(shí)變滯后效應(yīng)；以及 處理器，所述處理器被配置為定期地產(chǎn)生電容器維持偏置電壓； 其中，當(dāng)所述電容器維持偏置電壓被所述可變電容器定期地接收時(shí)，所述可變電容器的所述電介質(zhì)材料被維持在目標(biāo)預(yù)應(yīng)力條件或高于目標(biāo)預(yù)應(yīng)力條件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，當(dāng)所述可變電容器的所述電介質(zhì)材料被維持在目標(biāo)應(yīng)力條件或高于目標(biāo)應(yīng)力條件時(shí)，所述可變電容器的所述電容處于零偏置狀態(tài)時(shí)被維持在比所述可變電容器的電介質(zhì)材料處于未加應(yīng)力狀態(tài)時(shí)更低的值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為產(chǎn)生目標(biāo)偏置電壓，并且其中，當(dāng)所述可變電容器在已經(jīng)接收到所述電容器維持偏置電壓之后接收到所述目標(biāo)偏置電壓時(shí)，所述可變電容器的所述電容能夠預(yù)測(cè)處于小于期望電容值的大約+/-5%內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為:當(dāng)所述電子裝置處于空閑模式時(shí)，定期地產(chǎn)生所述電容器維持偏置電壓。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，當(dāng)所述電子裝置處于啟動(dòng)模式時(shí)，所述處理器被進(jìn)一步配置為:產(chǎn)生由所述可變電容器接收的初始偏置電壓達(dá)預(yù)定時(shí)間量。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為:當(dāng)所述電子裝置正在發(fā)射或接收無(wú)線通信的同時(shí)產(chǎn)生由所述可變電容器接收的調(diào)諧偏置電壓，并且其中，當(dāng)所述電子裝置正在發(fā)射或接收無(wú)線通信時(shí)所述處理器不產(chǎn)生所述電容器維持偏置電壓。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為:保持跟蹤由所述可變電容器接收的多個(gè)類型的偏置電壓以及每個(gè)偏置電壓施加于所述可變電容器的時(shí)間量，并且其中，所述電容器維持偏置電壓是所述多個(gè)偏置電壓中的一個(gè)偏置電壓。8.—種移動(dòng)通信裝置，包括: 收發(fā)器； 天線； 數(shù)字模擬電路DAC; 處理器，所述處理器被配置為:向所述DAC定期地提供維持電容器應(yīng)力信號(hào)達(dá)t_maintain持續(xù)時(shí)間； 可變電容器，所述可變電容器包括電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料具有對(duì)所述可變電容器的電容的時(shí)變滯后效應(yīng)，所述可變電容器連接在所述收發(fā)器與所述天線之間，所述可變電容器被配置為接收來(lái)自所述DAC的偏置電壓；以及 其中，在所述維持電容器應(yīng)力信號(hào)的定期接收的接收期間，所述DAC向所述可變電容器提供維持偏置信號(hào)達(dá)t_maintain持續(xù)時(shí)間，使得所述可變電容器的電介質(zhì)材料至少維持在目標(biāo)應(yīng)力水平。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的移動(dòng)通信裝置，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為向所述DAC提供電容器調(diào)諧信號(hào)；其中，在所述電容器調(diào)諧信號(hào)的接收期間，所述DAC向所述可變電容器提供調(diào)諧偏置信號(hào)；以及其中，當(dāng)所述可變電容器在已經(jīng)接收到所述定期維持偏置信號(hào)之后接收到所述調(diào)諧偏置信號(hào)時(shí)，所述可變電容器的所述電容處于小于期望電容值的大約+/_5% 內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的移動(dòng)通信裝置，其中，所述可變電容器被進(jìn)一步配置為:作為連接在所述收發(fā)器與所述天線之間的阻抗匹配電路的一部分操作。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的移動(dòng)通信裝置，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為:在所述移動(dòng)通信裝置的啟動(dòng)期間，向所述DAC提供初始偏置信號(hào)達(dá)預(yù)定的時(shí)間量；以及其中，一旦接收到所述初始偏置信號(hào)，所述DAC向所述可變電容器提供初始偏置電壓達(dá)所述七_(dá)init時(shí)間量，使得所述可變電容器的電介質(zhì)材料被加應(yīng)力到至少所述目標(biāo)應(yīng)力水平。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的移動(dòng)通信裝置，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為:向所述DAC提供電容器調(diào)諧信號(hào);其中，一旦接收到所述電容器調(diào)諧信號(hào)，所述DAC向所述可變電容器提供調(diào)諧偏置信號(hào)；以及其中，當(dāng)所述可變電容器在已經(jīng)接收到所述初始偏置信號(hào)之后接收到所述調(diào)諧偏置信號(hào)時(shí)，所述可變電容器的電容處于小于期望電容值的大約+/-5%內(nèi)。13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的移動(dòng)通信裝置，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為:保持跟蹤向所述DAC提供的所有信號(hào)，使得所述可變電容器的電介質(zhì)材料的應(yīng)力水平的估計(jì)能夠被計(jì)算，并且使得所述處理器能夠確定所述應(yīng)力水平是高于還是低于所述目標(biāo)應(yīng)力水平。14.一種在應(yīng)力維持可變電容器的電介質(zhì)材料以便減少由于時(shí)變滯后效應(yīng)所致的電容變化的方法，所述方法包括: 向所述可變電容器定期地施加維持偏置電壓達(dá)預(yù)定時(shí)間量，從而至少維持所述可變電容器的所述電介質(zhì)材料的目標(biāo)應(yīng)力水平，所述目標(biāo)應(yīng)力水平低于最大應(yīng)力水平； 在所述可變電容器的電介質(zhì)材料處于至少所述目標(biāo)應(yīng)力水平的同時(shí)，向所述可變電容器施加調(diào)諧偏置電壓； 獲得所述可變電容器的電容值，所述電容值處于期望電容值的+/-5 %內(nèi)。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在向所述可變電容器定期地施加維持偏置電壓之前，所述方法進(jìn)一步包括:向所述可變電容器施加初始偏置電壓達(dá)時(shí)間量，以使得所述電介質(zhì)材料達(dá)到至少預(yù)加應(yīng)力水平。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述預(yù)加應(yīng)力水平與所述目標(biāo)應(yīng)力水平基本上相同。17.在包括收發(fā)器、天線、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC、處理器以及連接在所述收發(fā)器與所述天線之間的可變電容器的移動(dòng)通信裝置中，其中，所述可變電容器包括電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料具有對(duì)所述可變電容器的電容的時(shí)變滯后效應(yīng)，一種將所述可變電容器的電介質(zhì)材料維持在目標(biāo)應(yīng)力水平或高于目標(biāo)應(yīng)力水平以使得減少所述可變電容器的電容的所述時(shí)變滯后效應(yīng)的方法，所述方法包括: 當(dāng)所述移動(dòng)通信裝置以空閑模式操作時(shí): 在預(yù)定數(shù)目N個(gè)尋呼周期之間，定期地向所述可變電容器施加維持偏置電壓達(dá)t_maintain時(shí)間量，以便維持至少所述目標(biāo)應(yīng)力水平。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，當(dāng)所述移動(dòng)通信裝置處于啟動(dòng)模式時(shí)，所述方法進(jìn)一步包括: 在所述啟動(dòng)模式期間，向所述可變電容器施加初始偏置電壓達(dá)時(shí)間量，使得所述電介質(zhì)材料被加應(yīng)力到至少所述目標(biāo)應(yīng)力水平。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，當(dāng)所述移動(dòng)通信裝置處于連接模式時(shí)，所述方法進(jìn)一步包括: 根據(jù)從所述處理器產(chǎn)生的調(diào)諧信號(hào)，由所述DAC向所述可變電容器施加調(diào)諧偏置電壓；以及 在所述收發(fā)器和所述天線用于在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上通信的同時(shí)，所述可變電容器被設(shè)置為處于預(yù)定電容的大約+/-5%內(nèi)。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括: 由所述處理器根據(jù)所述可變電容器的數(shù)學(xué)模型以及施加于所述可變電容器的偏置電壓和向所述可變電容器施加所述偏置電壓的時(shí)間量的歷史，來(lái)估計(jì)所述電容器的電介質(zhì)材料的所述應(yīng)力水平。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述可變電容器的所述數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步包括所述可變電容器的溫度。22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括: 由所述處理器確定所估計(jì)的應(yīng)力水平是低于、等于、還是大于所述目標(biāo)應(yīng)力水平； 如果所估計(jì)的應(yīng)力水平大于或等于所述目標(biāo)應(yīng)力水平，則沒(méi)有附加的加應(yīng)力偏置電壓被施加到所述可變電容器； 如果所估計(jì)的應(yīng)力水平低于所述目標(biāo)應(yīng)力水平，則根據(jù)從所述處理器產(chǎn)生的加應(yīng)力信號(hào)，由所述DAC向所述可變電容器施加加應(yīng)力偏置電壓達(dá)預(yù)定加應(yīng)力時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H03H7/40GK105850039SQ201480070887
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日
【發(fā)明人】格里高利·R·布萊克, 阿明·克洛姆斯朵爾夫, 戴爾·G·施文特, 羅伯特·S·特羅克
【申請(qǐng)人】谷歌技術(shù)控股有限責(zé)任公司