在定期偏置下维持电容器电介质以减少由于时变滞后效应所致的电容变化的利记博彩app
【专利摘要】为可以包括移动通信装置的电子电路提供一种将经历暂时时变滞后效应的可变电容器装置预加应力的方法。所述方法包括向可变电容器提供定期的偏置电压，使得将可变电容器维持在至少目标应力水平，以便由于减少了时变滞后效应而在承受目标偏置电压时可变电容器的电容是可预测的。
【专利说明】
在定期偏置下维持电容器电介质以减少由于时变滞后效应所致的电容变化
技术领域
[0001]本公开涉及电子电路中使用的可调谐电容器。更具体而言，本公开涉及在电路操作期间维持处于应变下的可调谐电容器的电介质，以便减少由于可调谐电容器的时变滞后效应所致的电容变化。
【背景技术】
[0002]在可调谐RF装置(诸如天线调谐器和可调谐滤波器)中采用了具有电压可变电介质的电容器。通过改变电容器上的偏置电压，可以改变电压可变电介质的介电常数，从而提供压控电容装置。
[0003]目前存在各种类型的压控或数字调谐电容器装置。数字调谐电容器装置是可以基于多种技术中的一种技术的集成电路(IC)。这样的技术可包括微电子机械系统(MEMS)、绝缘体上硅、和蓝宝石上硅(S0I/S0S)装置以及钛酸锶钡(BST)可变容性装置。目前可从许多供应商得到MEMS、S0I/S0S、和BST装置，并且为了在不同的RF调谐应用中使用，它们在电容范围、质量因子、和分辨率方面变化。
[0004]MEMS装置趋于具有最高的质量因子，且高度线性。MEMS装置适合于天线孔径调谐、动态阻抗匹配、功放负载匹配以及可调节滤波器。
[0005]S0I/S0S调谐装置由构建在绝缘CMOS晶片上的固态场效应晶体管(FET)开关构成，并使用以二进制加权值布置的金属-绝缘体-金属(ΜΠ0电容器，以实现不同的电容值。SOI/SOS开关高度线性，并且非常适合于没有高电压的低功率应用。
[0006]BST可变电容器装置基于钛酸锶钡，并且在装置被施加偏置电压时改变它们的电容。BST装置的调谐能力部分地受数字模拟转换器(DAC)电路的准确性限制，DAC电路生成施加在BST可变电容器装置上的偏置电压。因为其电介质材料对于所加电压(用于改变可变电容器装置的介电常数)的高度灵敏性，所以在可调谐RF装置(例如天线调谐器和可调谐滤波器)中采用BST可变电容器装置。
【附图说明】
[0007]为了更完整地理解，下面结合附图参照以下描述，在附图中:
[0008]图1图示出移动通信装置的示例的方框图；
[0009]图2图示出天线匹配电路的实施例的基本电路图；
[0010]图3图示出连接到偏置电压源的BST可变电容器，旁边的图示出施加偏置电压怎样影响BST可变电容器的电容的时变滞后效应(返零(RTZ));
[0011]图4图示出由于向BST可变电容器施加RTZ应力达应力持续时间(ts)，在特定恢复时间之后，相对于期望电容的所测量的偏离的示意图；
[0012]图5图示出由偏置电压加应力达确定的时间量并且允许在恢复时间(ts)里从RTZ应力中恢复之后，相对于BST可变电容器的期望电容的所测量的百分比偏离；
[0013]图6图示出在移动通信装置中维持可变电容器电介质上应力的方法的流程图；以及
[0014]图7图示出在移动通信装置中维持可变电容器电介质上应力的另一方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015]所图示的实施例提供在可调谐RF装置(诸如天线调谐器和可调谐滤波器)中实现电压可变电介质的方法和通信装置。示例性方法和通信装置被配置为根据数学模型将经历暂时滞后效应的电压可变电容器中的电压可变电介质材料维持在目标加应力状态中或者附近，使得将由于时变滞后效应所致的电容中的总体所得变化最小化。用于维持电压可变电介质材料中应力的预定水平或者接近预定水平的数学模型，可由运行在移动通信装置中的处理器上的应用软件来操作或执行。应用软件可以配置处理器，以保持所施加的偏置电压的流水记录、将偏置电压施加在每个电压可变电容器上的时间量、以及操作温度。这些信息可以由数学模型来存储并在数学模型中使用，以通过定期地或者在电容器不使用的时段里向电压可变电容器装置(多个)施加偏置电压，来维持每个电压可变电容器装置上的接近预定量的应力。
[0016]在下面的详细描述中，用充分的细节提供和描述实施例，以使得本领域技术人员能够实践本公开。应当理解，在不脱离本公开精神和范围的情况下，可以利用其它实施例，并进行逻辑的、架构的、程序性的、电学的、以及其它改变。因此，下面的详细公开并非在限制的含义上进行，并且其范围由后附权利要求书及其等同物限定。
[0017]在多个附图的描述中，相似的元件或方法步骤被给予与前面附图中的那些元件或方法步骤相似的名称和附图标记。向元件分配的特定附图标记仅用于帮助描述，并非要表示对所述元件的任何限制(结构、功能、时间顺序、或其他)。
[0018]应当理解，(诸如用于指示本文所述执行实用程序、逻辑、或固件的)特定组件、装置和/或参数名称的使用仅用于示例，并非意味着暗示对所述实施例的任何限制。在没有限制的情况下，可利用本文用于描述组件、装置和参数的不同专门名词、术语或缩写来描述实施例。在描述一个或多个元件、特征或者实施例的概念时对任何特定协议或专门名称的引用仅用作一个实施方式的示例，并且这些引用并不将所要求的实施例的范围限制于使用不同元件、特征或概念名称的实施例。因此，在给定使用该术语的场境下，对本文使用的每个术语应当给予其最宽泛的解释。
[0019]如下进一步所述，在处理装置/结构中提供所述公开的功能特征的实施方式，并且功能特征的实施方式可以涉及使用硬件、固件、以及若干软件级构造(例如程序代码)的组合，它们由处理器装置执行，为装置提供特定实用程序。附图图示出示例性通信装置架构中的硬件组件和软件/逻辑组件两者。
[0020]在可调谐RF装置(诸如天线阻抗匹配电路、天线调谐器和可调谐滤波器)中采用具有电压可变电介质特性的电容器。通过变化可变电容器装置上的偏置电压，可以改变电压可变电介质的介电常数。在改变可变电容器装置上的偏置电压时，装置的所得电容也被改变。经常使用钛酸锶钡(BST)电介质作为电压可变电容器装置中的电压可变电介质，因为BST通过改变其介电常数而对于改变偏置电压具有高度灵敏性和响应。
[0021]使用电压可变电容器(诸如电压可变BST电容器)的一个缺点是，向电压可变电容器施加相对较高的偏置电压之后，电容器的介电常数不会立即返回其原始的偏置状态或OV偏置状态。这个效应被认为是由于在施加相对较高的偏置电压期间，BST电介质材料中产生的压力或应力所致。此外认为，置于电介质材料上的压力或应力需要相对较长的时间(与施加偏置电压的时间量相比)来放松并允许介电常数返回其施加偏置电压之前的初始、OV或放松状态。这种现象在文献中称为返零效应或时变电介质滞后效应，统称RTZ效应。
[0022]这种RTZ效应导致相对于施加OV偏置情况下的BST电介质的稳态电容的大约7%至18%的RTZ电容偏移。在向电压可变电容器短暂施加偏置电压时，RTZ效应很快地出现。实际上，只要施加偏置电压100ms，RTZ效应就会出现，并且然后能够持续相对较长的时间，例如在那之后持续大约一个小时或更久。
[0023]在天线匹配电路中使用电压可变BST电容器时，如果不纠正的话，这种现象会导致将天线的阻抗与收发器电路匹配时的不确定性，从而要求带宽更宽(更大)的天线配置。
[0024]图1描绘移动通信装置100(诸如移动电话、智能电话、膝上型计算机、上网本计算机、平板计算机、或类似装置)的基本方框图。移动通信装置100可以是具有用于通过无线网络双向通信的收发器102的任何类型的无线通信装置。除了其他之外，移动通信装置100包括应用处理器(处理器)104和存储器106，存储器106被配置为存储应用软件以及由处理器104使用的数据，以执行与移动通信装置有关的各种功能。收发器102是RF收发器，它使得移动通信装置100能够通过无线通信网络发送和接收通信信号。
[0025]移动通信装置(诸如移动通信装置100)可以适配于或者被配置为通过一个或多个无线通信网络通信。这种无线通信网络可包括但是不限于蜂窝电话系统或其他长距离无线通信系统，诸如全球移动通信系统(GSM)电话波段、GSM演进增强数据速率(EDGE);通用分组无线电系统(GPRS);诸如IS-95的CDMA;CDMA2000;WCDMA或通用移动电信系统(UMTS);第四代长期演进(LTE);其他广域网通信系统；专用移动无线电(PMR);全球微波接入互操作性(WiMAX) ;WLAN;其他3G或4G网络;等等。此外，UE也可以利用无线通信协议来支持与附近装置的通信，包括W1-Fi(IEEE 802.11)和蓝牙装置。
[0026]由收发器102传递的信号经由一个或多个天线(诸如天线108)发射或接收。移动通信装置100还包括天线匹配电路110，用于调节由天线108和收发器102两者获悉的阻抗。例如，天线匹配电路110被配置为基于被发射或接收的信号频率，匹配收发器102与天线108之间的阻抗。在射频系统中，虽然也可以使用其他阻抗值，但是用于源和负载阻抗的常用值是50欧姆。因此，通常利用天线匹配电路110将收发器102和天线108都匹配为50欧姆。
[0027]天线匹配电路110用于将从收发器递送给天线(以及相对的)的功率最大化。递送的最大功率通常在天线和收发器都通过天线匹配电路110将阻抗匹配为大约50欧姆时出现。如果天线匹配电路完全匹配，就认为增益为I。如果天线匹配电路并非完全匹配，就认为增益小于I。增益越接近I，阻抗匹配越好。
[0028]天线匹配电路110可包括多个可调谐电容器和固定电感器。示例性移动通信装置100的匹配电路110中使用的可调谐电容器可以是电压可变BST电容器装置。应用处理器104向数字模拟转换器(DAC)电路114提供数字调谐信号112，DAC电路114进而将一个或多个调谐电压116提供给天线匹配电路110，以便调谐天线匹配电路的阻抗，使得收发器102和/或天线108获悉例如大约50欧姆的阻抗。
[0029]如上所述，例如在天线匹配电路110中使用电压可变BST电容器装置或其他类似装置或者其衍生物(下面称为“可变电容器”)时，可变电容器的RTZ会导致相对于施加OV偏置时可变电容器的稳态电容的大约7%至18%的电容偏移。RTZ效应或者时变滞后效应导致更小的调谐范围以及由于可变电容器被施加偏置电压的最近历史，关于可变电容器的电容值是多少的不确定性。
[0030]通过实验发现，在操作期间将可变电容器维持在加应力或加压力状态时，可将可变电容器电容的不确定性最小化。因此，各种实施例提供通过将可变电容器的电介质材料保持在压力状态使得能够确定可变电容器的介电常数并设置在大约+/-5%的准确性以内或更好，来提高可变电容器的可变电容的确定性的方法。结果是天线调谐电路更准确的调谐，导致所接收或者所发射的信号更少的信号损失或功率损失。RTZ效应的这种补偿允许天线以及天线调谐电路利用可变电容器。
[0031]在施加大的偏置电压之后，可变电容器在其电容值方面可以具有大的容差或不确定性(高达大约18%)。电容容差或不确定性是以向可变电容器施加的偏置电压以及每个这样的偏置电压施加多久的过去历史为根据的。可变电容器的过去历史包括将装置保持在OV偏置电压多久。当可变电容器在长时间段(例如24小时)内停留在零偏置电压时，可变电容器将返回原始电容(Co)。替选地，在短时间段内以一定的电压偏置可变电容器并且然后返回零偏置时，可变电容器将具有初始电容(C1)，初始电容(C1)不同于原始电容(Co)且通常小于原始电容(Co)。两个电容值之间的差I CcrC11等于可变电容器对于所施加的偏置电压(达施加偏置电压的时间量)的容差或者不确定性。
[0032]根据温度、偏置电压、以及施加偏置电压的时间量，对于可变电容器而言需要从不至IJl小时到大约24小时来返回其原始电容(Co)。与寒冷环境中相比，RTZ效应或时变滞后在温暖环境中迅速消失。例如，在高于大约100°F的极温暖环境中，RTZ效应可能仅持续几分钟。相反，在低于大约30°F的寒冷环境中，RTZ效应可能持续达到大约24小时。换言之，与寒冷环境相比，可变电容器内电介质材料上的应力在温暖环境中解除更快。
[0033 ]在实际电路中使用时，例如在移动通信装置100内的天线匹配电路110中，可以存在最小电压(可能是大约2V或更小)作为偏置电压在电路加电时向可变电容器连续施加。因此，在其移动通信装置操作时，每个可变电容器可能从来没有被施加过OV偏置电压。此外，在不同的时间段内在操作电路中施加偏置电压将累积添加到可变电容器中电介质材料的应力。
[0034]已经发现，在以接近电容器最大允许偏置电压的偏置电压操作可变电容器时，由于时变滞后效应或RTZ效应所致的电容误差被最小化。替选地，已经发现，以各种更高(但是并非最大)的偏置电压进行偏置之后，在以低电压偏置可变电容器时，可变电容器的电容的不确定性增加。
[0035]实质上，RTZ效应在BST可变电容器装置的电容vs.电压曲线上产生时变滞后。时变滞后效应降低可变电容器可获得的最大电容，并将较高电容区域(即，在低偏置电压)内的电容vs.电压曲线向下移动。由于时变滞后所产生的电容误差的大小或数量与可变电容器暴露于较高偏置电压(例如10-20V)的时间量有关，较高偏置电压在可变电容器上产生较低电容值。因此，不管以低偏置电压还是以高偏置电压操作可变电容器，向可变电容器施加每个偏置电压的时间量都影响由于时变滞后效应所产生的误差量的总大小。以高水平的应力(即，接近最大偏置电压)维持电介质材料时，对于所有偏置电压而言，电容VS.电压曲线中的变化被最小化。
[0036]图2是移动通信装置100的方框图，但是将天线匹配电路110作为基本电路图。应用处理器104连接到收发器102，以控制收发器的发射或接收。在本实施例中，天线匹配电路110包括三个电感器L1、L2、L3以及两个可变电容器C1、C2。电感器L1、L2、L3和电容器Cl和C2被配置为通过将收发器的输出阻抗与针对所发射的频率的天线的输入阻抗相匹配，实现从收发器102到天线108的最大功率递送。替选地，当在天线108处接收信号时，电感器L1、L2、L3和电容器C1、C2被配置为通过提供从天线到收发器102获悉的50欧姆阻抗，将信号的接收最大化。在匹配电路110处天线108的匹配或调谐是由应用处理器104利用与可变电容器Cl和C2相关联的数学模型来完成。处理器将数字调谐信号112提供给DAC 114，DAC 114将数字调谐信号112转换为一个或多个电压20(^、20013。如下所述，电压20(^、20013施加于可变电容器Cl和C2，且用于调节可变电容器Cl和C2的电容。可变电容器Cl和C2最终改变天线匹配电路110的阻抗，使得天线/收发器组合能够发射和接收各种频率，以便将匹配电路的增益最大化为尽可能接近增益I。为了将天线匹配电路的增益最大化，必须将电容器Cl和C2调节为落入必要电容值的极小百分比范围内，其使得天线匹配电路与通过收发器以及或者通过天线获悉的阻抗紧密匹配。
[0037]在一些实施例中，DAC114能够在从大约OV到大约20V的范围内分别向可变电容器Cl和C2提供偏置电压200a、200b。在其他实施例中，可通过DAC 114施加或提供的最小电压是大约2伏特。
[0038]应当理解，可调节或者可编程天线匹配电路110只是电势可调节或者可编程天线匹配电路的许多变型中的一个。例如，其他天线匹配电路可具有往来于收发器的附加并行馈入或输入，其中并行的阻抗匹配电路具有使得收发器能够同时在不同的频带使用天线的附加的可变电容器。不管怎样，可编程或者可调节天线匹配电路可包括利用偏置电压加应力之后将表现出时变滞后效应或RTZ效应的可变电容器。如下更详细所述，与可变电容器的电介质材料处于未加应力状态时相比，当可变电容器的电介质材料被维持在目标应力条件或高于目标应力条件时，在处于零偏置状态的情况下可变电容器的电容维持在更低的值。替选地，已经发现，对于任何所施加的偏置电压而言，将可变电容器保持在受控应力状态下减少了由于返零效应所致的电容变化。
[0039]图3描绘了连接到偏置电压源V的BST可变电容器C，旁边的图示出偏置电压V怎样影响对于BST可变电容器C的电容的时变滞后效应或RTZ效应的示例。当偏置电压V为OV时，可变电容器C的电容为原始电容Co。当然，这假定电容C没有被偏置达长时间段。当移动通信装置打开时，向BST可变电容器C施加2V的偏置电压V，并且电容下降到初始电容C1，这可以认为是本示例的最大操作电容。只要偏置电压V保持在2V，初始电容(^就保持恒定。
[0040]在一些时间点，收发器需要发送或接收信号，并向可变电容器C施加高于2V的偏置电压V，以便针对特定频带调谐天线匹配电路的阻抗。在使得偏置电压达到更高电压时，将电压视为应力电压Vs。在本示例中，应力电压Vs为20V。应力电压Vs将可变电容器C的电容降低为加应力电容Cs。天线匹配电路被设置成它的目标阻抗，并且收发器在过一个时间段后接收来自天线的信号。因此，可变电容器C被保持在应力电压Vs达应力持续时间ts ο由于偏置电压被保持在应力电压Vs达应力持续时间ts，时变滞后效应(RTZ效应)出现。如上所述，RTZ效应在较高的加应力电压设置中减少，其中，可变电容器C中电介质材料的电容被最小化。替代地，当可变电容器C上的偏置电压V下降回到2V时，由于较高偏置电压所致的应力向电介质材料施加应力，从而使其不太能够立即返回初始电容C1水平。
[0041]当施加于可变电容器C的偏置电压V下降回到2V时，允许可变电容器C在恢复时间tR期间恢复。在恢复时间tR期间，电容器C的电容不是完全恢复回到初始电容C1，而是恢复到小于初始电容C1的恢复电容Cr。在本示例中，可变电容器C的容差是(^与&之间的电容差。
[0042]在移动通信装置内操作期间，可变电容器将以多个电压被偏置达多个时间段，由于时变滞后效应的变化性，使得电容器的容差很难预测或计算，每次施加较高偏置电压时，时变滞后效应迅速增加，并且施加较低偏置电压时，时变滞后效应缓慢减少。此外，装置的操作温度影响在任何恢复时间期间时变滞后效应减少的速度。
[0043]图4是示出由于向BST可变电容器施加的RTZ应力(S卩，偏置电压)达应力持续时间(ts)，在所限定的恢复持续时间之后，测量电容相对于期望电容的偏离的曲线图。例如，利用20V的偏置电压向具有8.2pF未加应力电容的BST可变电容器加应力达应力持续时间ts，并且所允许的在室温下以2V的偏置电压恢复的恢复时间tR等于I秒、10秒、100秒、1000秒、10000秒和18000秒。对于每个恢复时间段tR示出最佳拟合曲线。例如，曲线图示出向可变电容器施加持续时间为I秒的20V应力之后(然后允许可变电容器恢复达I秒的时间)，可变电容器的测量电容相对于8.2pF的未加应力原始电容偏离大约8%。用20V向相同的可变电容器加应力达I秒的持续时间，并且然后允许可变电容器恢复100秒时，相对于原始电容的偏离大约是6% ;以20V加应力达I秒的时间然后提供1000秒的恢复时间时，偏离大约是5%。大体上，曲线图支持这样的事实:对于可变电容器而言，花费短时间来由偏置电压加应力，并且用相对较长的时间来恢复回原始电容。
[0044]仍然参照图4中的曲线图，当以20V的偏置电压向可变电容器施加应力达1K秒的应力持续时间并且然后允许以2V的恢复电压恢复达I秒的时间时，可变电容器相对其原始电容的偏离大约是18.5%。当以20V加应力达1K秒的持续时间并且然后允许以2V恢复达100秒的时间时，电容偏离下降到16%。此外，当放置在相同的应力条件下并且然后给予IK秒的恢复时间时，电容偏离仍然很高，大约是13%。因此如上所述，该图示出，对于可变电容器而言，要花费长时间从已经施加了达显著时间量的大偏置电压完全恢复。此外该图示出，可变BST电容器的电介质材料迅速响应形式为大偏置电压(多于1V)的应力的启动，但是当偏置电压下降到大约2V的相对较低的电压时，恢复就慢得多。
[0045]图5描绘了多个恢复曲线，所述多个恢复曲线示出就以20V向可变电容器加应力达预先选择的应力持续时间ts并且然后允许在以2V加偏置时恢复之后的恢复时间^而言，测量电容相对于期望电容的偏离。可变电容器具有8.2pF的原始未加应力电容。然后以20V向可变电容器施加应力达O秒、0.I秒、1秒、1000秒、5000秒、10，000秒、和50，000秒的应力持续时间段ts。加应力之后，允许可变电容器随时间恢复。在不同的恢复时间tr，测量可变电容器的电容，并在曲线图中画出电容相对于它8.2pF的原始电容的偏离。该曲线图示出，以高偏置电压(例如20V)加应力达不同的时间量之后，当以低电压(例如2V)偏置时，难以预测可变电容器的电容偏离是多少。该曲线图还示出，需要降低可变电容器(诸如BST可变电容器)的电容vs.电压曲线的变化性，使得当以任何电压进行偏置时，可变电容器的电容更加可预测。当可变电容器的电容更加可预测时，可变电容器可电路中使用以提供相对一致的性能和结果。换言之，所需要的是一种方式，该方式在天线匹配电路中使用可变BST电容器，以便天线匹配电路的准确性能够提供一致的天线阻抗匹配而不管已经向可变电容器施加的电压偏置加应力历史如何。
[0046]在各种实施例中，提供的系统和方法将可变BST电容器的总电容偏离限制为相对于期望电容小于大约+/-5%而不管所施加的偏置电压、操作温度、或者最近向可变电容器施加的历史偏置电压如何。
[0047]如上所述，发现可变电介质的加应力或加偏置随时间累积。因此，在恢复时间期间例如定期地对电介质加应力达I秒钟会将可变电容器的电介质维持在加应力条件下。通过实验发现，以预定应力水平或接近预定应力水平向可变BST电容器连续加应力时，可变BST电容器在每个施加的偏置电压下将具有相同的可预测电容。
[0048]仍然参照图5，通过数学方法计算出最佳拟合曲线500，对于曲线图中与多个恢复曲线相关联的所有测量数据而言是最佳拟合。最佳拟合曲线500帮助预测所测试的可变电容器装置的时变滞后(RTZ)效应，以便任何量的偏置电压(在偏置电压的可接受范围内)可以被施加到电介质和可预测电容，该可预测电容在大约+/-2%至+/-5%准确度结果内。最佳拟合曲线500提供对可变电容器的BST电介质材料进行数学建模的等式，而不需要通过物理方法来确定在电容器装置中发生了什么。应当理解，对于曲线图上的多个图形曲线而言，存在多种可接受的数学技巧来用于产生最佳拟合曲线。最佳拟合曲线500或者建立来描述或限定图形数据曲线的其他等式可用于为可变BST电容器的电容vs.电压曲线建模，其中电容器被置于预加应力条件下。
[0049]在本发明的一些实施例中，提供一种减少可变电容器的电容vs.电压曲线的变化的方法。在一些实施例中，方法和/或数学模型操作以消除RTZ恢复曲线上装置的电容相对于可变电容器的原始状态或放松状态偏离最多的区域。换言之，方法或数学模型消除电容vs.电压曲线随时间偏离最快的区域。此外，实施例被配置为在电容vs.电压曲线不趋向于在固定的时间量里变化很大(例如不多于几个百分点)的区域中操作。结果是，可变电容器的操作条件中的小变化不会导致所得电容中的大变化。因此，实施例提供可变电容器，所述可变电容器对于任何偏置电压均提供相对于预测值不会变化多于几个百分点的可预测电容，而不管在过去24小时中装置的操作历史如何。
[0050]实施例提供可变电容器，所述可变电容器操作使得在将可变电容器的电介质材料维持在预加应力条件时，对于特定偏置电压而言，向可变电容器施加的正常偏置电压变化导致相对于可变电容器的期望电容的小偏离(大约+/-2%至+/-5%)。实施例消除或避免可变电容器的原始状态、放松状态或者未加应力状态，并在操作期间至少维持电介质材料的基线预应力。在一些实施例中，在正常装置的发射和接收操作期间，通过连同向可变电容器施加的所有普通偏置电压一起施加并跟踪定期偏置电压的施加，来完成基线预应力。
[0051]应当理解，目的并非是将可变电容器的电介质材料保持在它最高的应力或者保持在很大的应力水平，因为这样做会由于在以最低偏置电压加应力时不允许可变电容器获得可能的更高电容值，而限制向电介质材料预加应力的优点。
[0052]一些实施例有两种操作模式，也就是空闲模式和连接模式。当移动装置处于空闲模式时，基于无线通信网络的寻呼周期，收发器/天线或者不发射或接收，或者在标准的预定定期基础上间歇地发射和接收信息。在空闲模式中，在应用处理器上运行的移动装置应用一般对天线和收发器要求不多。在空闲模式中，移动装置可以等候呼叫或者以低的预定占空比监测各种信道。移动通信装置可以进行附近小区的功率测量、接收导频信道信号、发送寻呼信号或者进行其他待机操作或空闲模式基本操作。因此，在移动装置的天线匹配电路中可以存在以偏置电压的形式向可变电容器施加的一些应力，虽然很小。向可变电容器施加的偏置电压以及施加偏置电压的时长能够被容易地跟踪并由应用处理器上运行的数学建模应用来使用。数学建模应用保持每个可变电容器的电介质材料的应力的近似量的运行估计。如果确定可变BST电容器上的电介质应力并非处于预定基线或目标水平或者高于预定基线或目标水平，则数学建模应用可以以定期偏置电压的形式向可变BST电容器施加固定量的定期应力，以保持它处于某个预定基线或目标水平操作范围或者高于某个预定基线或目标水平操作范围。
[0053]此外，在第一次打开移动通信装置时，装置最初输入空闲模式的类型。在空闲模式的初始类型中，可以紧接着打开移动通信装置之后但是在激活收发器开始与无线网络的任何初始通信之前，以偏置电压的形式向可变电容器施加初始应力。向可变电容器施加的初始偏置电压使得可变电容器达到基线或应力的目标水平量，以便当收发器打开并且微处理器调谐天线匹配电路以匹配收发器与天线之间的阻抗时，可由控制电压将可变电容器设置为落入电容大约+/-2%至+/-5%的范围，这是正确调谐天线匹配电路所必须的。
[0054]其他模式(连接模式)是移动通信通过无线网络主动通信，并调谐和再调谐天线匹配电路，使得它们对于所使用的每个信道和频率正确地匹配天线与收发器之间的阻抗。移动通信装置可以处于发送/接收呼叫或文本消息的过程中，并且因此主动连接到无线通信网络。这里移动通信装置是打开的，但是与移动通信装置处于空闲模式时相比，操作条件更加多变。移动通信装置可以在多个频带中操作，所述多个频带对于天线匹配电路中的可变电容器要求不同的电压。通信可以在一个带上连续，因为用户是静止的。替选地，通信可以从一个频带跳跃到另一个频带，因为用户在移动并且移动通信装置从小区到小区进行切换。此外，移动通信装置可以在允许用户经由无线网络与互联网互动的同时处理呼叫，因此要求调谐和再调谐匹配天线电路中的可变电容器。
[0055]在连接模式中，通过数学电容应力模型应用监测和跟踪由于施加的偏置电压电平以及施加该偏置电压电平的时间量所致在可变电容器上累积的应力。通过数学电容应力模型应用跟踪施加的偏置电压以及施加偏置电压的时间量，使得数学电容应力模型应用可以确定，以偏置电压的形式，是否需要向可变BST电容器中的一个施加附加应力。
[0056]以偏置电压达预定时间量的形式，如果对于可变电容器中的一个特定电容器而言需要附加应力，则偏置电压可以被施加到天线上的通信发射或接收脉冲之间，或者以交替的方式施加到两个分集天线(主天线和分集天线)之间，以便将对可变电容器预加应力时的通信最小化。
[0057]偏置电压被跟踪，使得在不需要时就不向可变电容器添加附加应力。在不需要时向可变电容器的电介质添加应力不仅浪费移动通信装置的电池电力，而且会使得可变电容器在很高的应力水平下操作，使得恢复分散性很大，从而限制了向电介质材料预加应力的一些优点。
[0058]图6给出一种方法的流程图，该方法用于将可变电容器维持在预应力条件，使得对于所施加的偏置电压而言，向天线匹配电路中的可变电容器施加的正常偏置电压变化导致相对于可变电容器的期望电容值或希望电容值的小偏离(小于大约+/-2%至+/-5%)。在各种实施例中，对于移动通信装置中的每个可变电容器，重复该方法。因此，这里将图6和图7中的方法描述为监测和跟踪单个可变电容器。
[0059]在图6中，在步骤600，将移动通信装置加电。应当理解，在加电时，由于移动通信装置关闭达长时间段，所以移动通信装置中的可变电容器可以是完全放松状态或者未加应力状态。替选地，可变电容器可能已经被加应力到某种程度，因为移动通信装置可能处于关闭状态达短时间量，或者只是被用户重启或重置。不管怎样，在步骤600，将移动通信装置加电到开启状态并置于启动模式。
[0060]在步骤602，在一些实施例中，在初始加电之后，向可变电容器施加最大偏置电压达预定时间量以便迅速使得可变电容器的电介质应力水平达到目标预加应力水平。在一个实施例中，最大偏置电压大约是20V，并且预定时间量可以在0.1秒到大约3秒的范围内。在其他实施例中，在步骤602，通过运行数学电容应力模型应用(其跟踪可变电容器的估计的预加应力水平)的应用处理器，和/或根据在移动通信装置关机之前通过数学电容应力模型应用存储在移动通信装置的存储器中的历史电容应力数据，可以确定可变电容器已经处于预加应力水平。如果确定可变电容器已经处于预加应力水平，但是低于目标预加应力水平，则数学电容应力模型应用向可变电容器施加适当量的偏置电压(最大电压的中间范围)达计算的时间量或者预定的时间量，以便使得可变电容器达到至少目标预加应力水平。
[0061]在步骤604，移动通信装置打开收发器，将天线匹配电路(多个天线匹配电路)中的可变电容器调节或调谐到目标值，该目标值在通信期间将天线紧密地阻抗匹配到收发器。此外，移动通信装置确定利用当前无线通信网络以空闲模式操作时移动通信装置必须使用的空闲时段(持续时间和频率)。
[0062]在步骤606，基于针对当前的移动通信网络(例如，GSM、CDMA、WCDMA、UMTS、LTE、PMR、W頂AX、WLAN或其他3G或4G网络或W1-Fi)所确定的空闲模式参数，数学模型电容器应力应用确定维持时间t_maintain以及向可变电容器施加预定偏置电压的时段N，以便维持可变电容器中电介质材料的预加应力水平。T_maintain是每第N个空闲寻呼时段施加加应力电压或偏置电压的时间量，其中N是在向可变电容器施加偏置电压之间出现的空闲寻呼时段的整数数目。换言之，每第N个空闲时段施加偏置电压达t_maintain时间量。在各种实施例中，加应力电压可以是能够向可变电容器施加的最大电压。例如，最大电压可以在18V到20V之间。
[0063]此时，移动通信装置进入空闲模式608，对于特定的移动通信装置和移动通信网络而言，空闲模式是已知状态。在空闲模式中，移动通信装置具有分配的时隙，用于网络何时定期地联系移动通信装置或者被移动通信装置联系。在步骤610，递增空闲寻呼周期时段计数器的计数，以保持跟踪已经出现的寻呼周期的数目。在步骤612，如果已经过了N个寻呼周期，则运行数学模型应用的应用处理器向可变电容器施加预定偏置电压或最大偏置电压达持续时间t_maintain。此外，如果已经过了 N个寻呼周期，则将空闲寻呼周期计数器重置。在一些实施例中，处理器被配置为定期地产生数字调谐信号，该数字调谐信号在被DAC接收时产生施加于可变电容器的电容器维持偏置电压，使得将可变电容器保持在目标预应力条件或高于目标预应力条件。
[0064]在步骤614，移动通信装置仍然处于空闲模式。虽然处于空闲模式，但是经常要求收发器定期地接收或发送页面信息、功率水平信息或者与当前无线网络通信的其他无线通信。为此，处理器经由DAC将可变电容器设置为适当的偏置电压，以用于匹配天线和收发器电路阻抗，例如用于定期寻呼和或测量通信频率。此时，数学电容应力模型应用循环回到空闲模式步骤608并继续循环步骤608到614，只要移动通信装置处于空闲模式。
[0065]在一些时间点，移动通信装置退出空闲模式并进入连接模式616。在连接模式中，通过移动通信装置的用户或者通过呼叫移动通信装置的另一方来启动呼叫。此外，可通过发送或接收文本消息或者通过适配于或者被配置为在移动通信装置中的应用处理器或其他处理器上运行的各种应用的初始化或定期更新来启动连接模式。在连接模式中，由于天线匹配电路的调谐和再调谐(即，以不同电压对可变电容器偏置达不同时间量)，可变电容器上电介质应力量可以不断地改变。因此在连接模式中，在可变电容器上任何时候的应力量可以小于、等于、或超过数学模型电容应力应用中为特定可变电容器指定的目标应力量。不管怎样，在一些实施例中，假定在移动通信装置处于连接模式时，不时以不同电压将可变电容器偏置，使得可变电容器能够保持在接近、等于、或高于预定目标预应力水平的加应力状态。
[0066]在步骤618，处理器经由DAC将可变电容器调节到目标偏置电压，从而得到用于匹配天线与收发器电路阻抗的目标电容，以便执行无线通信功能(例如电话交谈、发文本、视频会议、运行要求无线连接的应用等等)。换言之，将可变电容器设置为接收目标偏置电压，用于它在移动通信装置进行通信的频带匹配天线与收发器的阻抗的正常操作。
[0067]在步骤620，经由天线匹配电路调谐收发器和天线，以执行无线通信功能。然后，当无线通信装置保持在连接模式时连接模式循环。
[0068]如果在步骤616确定，移动通信装置不再需要保持在连接模式，并且例如要变回空闲模式，则在一些实施例中，数学电容应力模型应用将返回步骤602，并且施加最大偏置电压达持续时间t_int，以便将可变电容器的电介质材料设置为或者置于大于或等于目标预加应力水平的加应力水平。替选地在其他实施例中，当移动通信装置在步骤616退出连接模式时，方法将进入步骤604，并假定可变电容器已经处于一些预加应力水平。在本实施例中，当移动通信装置处于空闲模式并且在每第N个寻呼周期被最大偏置电压偏置时，将可变电容器维持在目标预加应力水平或高于目标预加应力水平。
[0069]在附加实施例中，在初始加电或者移动通信装置重置之后不进行步骤602，因为至少对于多个寻呼周期，装置立即进入空闲模式，使得在步骤612能够由每第N个寻呼周期所施加的偏置电压对可变电容器的电介质材料加应力。此外应当理解，在本实施例中，即使天线匹配电路不一定正确地被预加应力或被阻抗调谐，移动通信装置将能够在步骤604接收和发射，以便确定用于移动装置在其中操作的网络的空闲时段。
[0070]下面参照图7，给出在移动通信装置的应用处理器上运行的方法或数学电容应力模型应用的另一个实施例。在图7中，步骤600到步骤618与图6所述方法基本上相同。本实施例中的差异在于，在连接模式616期间，数学模型电容应力应用连续跟踪向可变电容器施加的偏置电压连同施加该偏置电压的时间量。因此在步骤702，方法根据施加的偏置量、施加不同偏置量的时间量、以及移动通信装置内部或可变电容器附近温度来估计在可变电容器的电介质材料上的总应力量或者运行应力量。在步骤704利用连续收集的数据(偏置电压、偏置时间、以及温度)，方法计算是否需要将处于最大偏置电压的附加应力时间t_stress应用于可变电容器，以便将其预加应力到等于或高于目标预加应力水平的水平。在步骤706，如果确定因为可变电容器已经处于或高于目标预加应力水平，而不需要向可变电容器施加附加偏置电压，则不施加偏置电压。相反在步骤706，如果确定需要向可变电容器施加附加偏置电压，以保持其电介质应力水平维持在目标预应力水平或高于目标预加应力水平，则施加最大偏置电压达所计算的持续时间t_stress。在进行步骤706之后，方法循环回到步骤616。
[0071]如上所述，RTZ效应或时变电介质滞后效应影响包括可变BST电容器的天线匹配电路的准确性。以高偏置电压或者接近最大允许偏置电压加应力一段时间之后，该影响对处于未加应力状态的可变电容器电容贡献多达18%的误差。在移动通信装置操作时，本公开所述实施例通过对可变电容器预加应力并且至少维持在目标预应力水平，减轻了 RTZ效应的影响，从而能够将RTZ效应的不确定性最小化。使用本文所述方法的结果，减少了可变BST电容器的不确定性，得到阻抗匹配更好的收发器和天线电路、更低的功耗和发射功率损失。
[0072]容易确定，移动通信装置通过当移动通信装置在空闲状态下操作时监测向可变电容器施加的偏置电压(或相关信号)合并了本发明的实施例。如果向可变电容器(例如在天线匹配电路中)施加偏置电压，当发射或接收没有发生时，则可将本发明的实施例合并到这种装置。
[0073]虽然详细描述了优选实施例，但是应当理解，在不脱离后附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种变化、替代和改变。
【主权项】
1.一种电子装置，包括: 可变电容器，所述可变电容器包括电介质材料，所述电介质材料具有对所述可变电容器的电容的时变滞后效应；以及 处理器，所述处理器被配置为定期地产生电容器维持偏置电压； 其中，当所述电容器维持偏置电压被所述可变电容器定期地接收时，所述可变电容器的所述电介质材料被维持在目标预应力条件或高于目标预应力条件。2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，当所述可变电容器的所述电介质材料被维持在目标应力条件或高于目标应力条件时，所述可变电容器的所述电容处于零偏置状态时被维持在比所述可变电容器的电介质材料处于未加应力状态时更低的值。3.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述处理器被进一步配置为产生目标偏置电压，并且其中，当所述可变电容器在已经接收到所述电容器维持偏置电压之后接收到所述目标偏置电压时，所述可变电容器的所述电容能够预测处于小于期望电容值的大约+/-5%内。4.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述处理器被进一步配置为:当所述电子装置处于空闲模式时，定期地产生所述电容器维持偏置电压。5.根据权利要求1所述的电子装置，其中，当所述电子装置处于启动模式时，所述处理器被进一步配置为:产生由所述可变电容器接收的初始偏置电压达预定时间量。6.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述处理器被进一步配置为:当所述电子装置正在发射或接收无线通信的同时产生由所述可变电容器接收的调谐偏置电压，并且其中，当所述电子装置正在发射或接收无线通信时所述处理器不产生所述电容器维持偏置电压。7.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述处理器被进一步配置为:保持跟踪由所述可变电容器接收的多个类型的偏置电压以及每个偏置电压施加于所述可变电容器的时间量，并且其中，所述电容器维持偏置电压是所述多个偏置电压中的一个偏置电压。8.—种移动通信装置，包括: 收发器； 天线； 数字模拟电路DAC; 处理器，所述处理器被配置为:向所述DAC定期地提供维持电容器应力信号达t_maintain持续时间； 可变电容器，所述可变电容器包括电介质材料，所述电介质材料具有对所述可变电容器的电容的时变滞后效应，所述可变电容器连接在所述收发器与所述天线之间，所述可变电容器被配置为接收来自所述DAC的偏置电压；以及 其中，在所述维持电容器应力信号的定期接收的接收期间，所述DAC向所述可变电容器提供维持偏置信号达t_maintain持续时间，使得所述可变电容器的电介质材料至少维持在目标应力水平。9.根据权利要求8所述的移动通信装置，其中，所述处理器被进一步配置为向所述DAC提供电容器调谐信号；其中，在所述电容器调谐信号的接收期间，所述DAC向所述可变电容器提供调谐偏置信号；以及其中，当所述可变电容器在已经接收到所述定期维持偏置信号之后接收到所述调谐偏置信号时，所述可变电容器的所述电容处于小于期望电容值的大约+/_5% 内。10.根据权利要求8所述的移动通信装置，其中，所述可变电容器被进一步配置为:作为连接在所述收发器与所述天线之间的阻抗匹配电路的一部分操作。11.根据权利要求8所述的移动通信装置，其中，所述处理器被进一步配置为:在所述移动通信装置的启动期间，向所述DAC提供初始偏置信号达预定的时间量；以及其中，一旦接收到所述初始偏置信号，所述DAC向所述可变电容器提供初始偏置电压达所述七_init时间量，使得所述可变电容器的电介质材料被加应力到至少所述目标应力水平。12.根据权利要求10所述的移动通信装置，其中，所述处理器被进一步配置为:向所述DAC提供电容器调谐信号;其中，一旦接收到所述电容器调谐信号，所述DAC向所述可变电容器提供调谐偏置信号；以及其中，当所述可变电容器在已经接收到所述初始偏置信号之后接收到所述调谐偏置信号时，所述可变电容器的电容处于小于期望电容值的大约+/-5%内。13.根据权利要求8所述的移动通信装置，其中，所述处理器被进一步配置为:保持跟踪向所述DAC提供的所有信号，使得所述可变电容器的电介质材料的应力水平的估计能够被计算，并且使得所述处理器能够确定所述应力水平是高于还是低于所述目标应力水平。14.一种在应力维持可变电容器的电介质材料以便减少由于时变滞后效应所致的电容变化的方法，所述方法包括: 向所述可变电容器定期地施加维持偏置电压达预定时间量，从而至少维持所述可变电容器的所述电介质材料的目标应力水平，所述目标应力水平低于最大应力水平； 在所述可变电容器的电介质材料处于至少所述目标应力水平的同时，向所述可变电容器施加调谐偏置电压； 获得所述可变电容器的电容值，所述电容值处于期望电容值的+/-5 %内。15.根据权利要求14所述的方法，其中，在向所述可变电容器定期地施加维持偏置电压之前，所述方法进一步包括:向所述可变电容器施加初始偏置电压达时间量，以使得所述电介质材料达到至少预加应力水平。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述预加应力水平与所述目标应力水平基本上相同。17.在包括收发器、天线、数字模拟转换器DAC、处理器以及连接在所述收发器与所述天线之间的可变电容器的移动通信装置中，其中，所述可变电容器包括电介质材料，所述电介质材料具有对所述可变电容器的电容的时变滞后效应，一种将所述可变电容器的电介质材料维持在目标应力水平或高于目标应力水平以使得减少所述可变电容器的电容的所述时变滞后效应的方法，所述方法包括: 当所述移动通信装置以空闲模式操作时: 在预定数目N个寻呼周期之间，定期地向所述可变电容器施加维持偏置电压达t_maintain时间量，以便维持至少所述目标应力水平。18.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述移动通信装置处于启动模式时，所述方法进一步包括: 在所述启动模式期间，向所述可变电容器施加初始偏置电压达时间量，使得所述电介质材料被加应力到至少所述目标应力水平。19.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述移动通信装置处于连接模式时，所述方法进一步包括: 根据从所述处理器产生的调谐信号，由所述DAC向所述可变电容器施加调谐偏置电压；以及 在所述收发器和所述天线用于在无线网络上通信的同时，所述可变电容器被设置为处于预定电容的大约+/-5%内。20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括: 由所述处理器根据所述可变电容器的数学模型以及施加于所述可变电容器的偏置电压和向所述可变电容器施加所述偏置电压的时间量的历史，来估计所述电容器的电介质材料的所述应力水平。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述可变电容器的所述数学模型进一步包括所述可变电容器的温度。22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括: 由所述处理器确定所估计的应力水平是低于、等于、还是大于所述目标应力水平； 如果所估计的应力水平大于或等于所述目标应力水平，则没有附加的加应力偏置电压被施加到所述可变电容器； 如果所估计的应力水平低于所述目标应力水平，则根据从所述处理器产生的加应力信号，由所述DAC向所述可变电容器施加加应力偏置电压达预定加应力时间。
【文档编号】H03H7/40GK105850039SQ201480070887
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月23日
【发明人】格里高利·R·布莱克, 阿明·克洛姆斯朵尔夫, 戴尔·G·施文特, 罗伯特·S·特罗克
【申请人】谷歌技术控股有限责任公司