包含电容二极管的电子元件、该元件在接收单元中的用途以及 包含该元件的电路装置 【技术领域】
本发明涉及一种包含多个电容二极管的电子元件，例如三频带电视机调谐器，和该元件在接收单元中的使用方法，以及包含一个或多个该元件的电路装置。
背景技术
为了接收不同的电视节目，电视机接收器应当能调谐到需要接收节目的广播频率。
在电视技术中，用于传送信号的频率可分成不同的频率范围，称为频带。通常，接收器可调谐到一个或多个频带。其优点在于，一个接收单元不需要被设计用来接收所有的频率，而是提供了几个次接收单元，用于分别接收一个频带的频率。然后次接收单元中的调谐电路可优化到相应频带的较小频谱，例如参见：DE36 06 437 C2。
用于电视信号传送的频率可分成三个频带。譬如较低的VHF频带覆盖地频谱从45到126兆赫，较高的VHF频带的频率从133到407兆赫，UHF频带的频率间隔则是从415到860兆赫。用于VHF和UHF频率范围的次接收单元通常电路独立，并通常包括一个混频器和一个振荡器。每个次接收单元都包括多条调谐到接收频率或振荡器频率的谐振电路，谐振电路内布置了电容二极管作为调谐元件。
接收单元(调谐器)通常有两或三个次接收单元。在“三频带调谐器”中，每个频带配有一个次接收单元。此外，还有仅包含两个次接收单元的调谐器，其中一个次接收单元中的谐振电路设计成能够在两个频带之间进行切换。为实现这一目的，每条谐振电路中都布置了电感器，其中的一个电感器能够通过开关二极管而短路，从而实现在两个频带之间进行切换。这类调谐器称为双频带调谐器。
次接收单元的调谐范围内的谐振电路必须同步，以保证恒定导通特性和调谐器的恒定输出频率。因此对调谐二极管的同步提出了高的要求，调谐二极管通常是电容可调节的电容二极管。
有两种已知方法来获得具有良好同步属性的二极管：第一种已知技术是测量所有二极管的特性曲线，即：采用六种不同的电压，记录每种电压下的可测量电容。将差别微小的二极管组装成一组。第二种已知技术是在制作时将晶片上相邻二极管组装成一组，这种方法称为滑动同步(sliding synchronism)。上述的已知技术在电气和逻辑特性上的共同缺点在于需要太多的耗费。
由于不同次接收单元的电容二极管，或者称调谐二极管设计用于不同的频带，因此二极管的电容范围各不相同。用于三频带调谐器低频带的电容二极管具有较大的电容，而用于高频带的二极管电容较小。电容二极管的电容范围，即特性曲线，受二极管的尺寸和制作工艺改变的影响。
调谐器，特别是用于电视机的调谐器必须尽可能地节约成本，因此必须提高元件的集成度，减少元件数量。但是，不可能将一组二极管集成用于单一的次接收单元，因为在二极管之间存在的耦合将次接收单元中的谐振电路耦合在了一起。由于缺少选择性，这一方法并不实用。
【发明内容】
本发明的目标是规定一种电子元件，该元件具有多个电容二极管，能够满足电视机调谐器中的电容二极管的同步要求，并且降低成本。
此外，本发明的目标还在于规定一种在接收单元中使用该元件的方法，以及含有至少一个此类元件的电路布置。
在元件方面，符合本发明目标的电子元件装置包括共用管壳的第一和第二二极管，在控制电压下，其电容均可在电容范围内的最小电容和最大电容之间进行调节，两个二极管均具有取决于控制电压的电容特性曲线，第二二极管的特性曲线与第一二极管的特性曲线之间存在固定的已知关系。
在用途方面，符合本发明目标的方法是将一个或多个上述元件用于具有一个或两个次接收单元的接收单元中，第一二极管作为第一接收单元中的调谐二极管，第二二极管作为第二接收单元中的调谐二极管。
在切割前的制造过程中，当用于元件并包含二极管的芯片在晶片上紧密相邻时可使第一二极管和第二二极管产生极佳的同步属性。
在电路布置方面，符合本发明目标的方法是采用包含一个或多个上述元件的调谐电路，其中的第一次调谐器内布置元件的第一二极管，第二次调谐器内布置元件的第二二极管。
上述元件具有至少两个二极管，每个二极管的电容均可通过控制电压进行调节。二极管的电容范围的上、下限分别是最小可调电容和最大可调电容。特性曲线说明了电容与控制电压的关系曲线。第二二极管的特性曲线与第一二极管的特性曲线之间存在固定的已知关系。因此通过测量第一二极管的特性曲线就可得出关于第二二极管特性曲线的可靠结论。
多个二极管集成于一个元件中可节约成本，因为这一布置可减小芯片面积，并且减少在元件发挥作用的应用中所需元件的数量。因而可以降低这些应用，如接收单元的制造成本。
上述布置原则还可以从另一方面节约成本，因为在这些对于电容二极管的同步属性有很高要求的应用中，只需要在每个元件中挑选一个二极管进行检验。这是因为，如果测量了元件中的一个二极管的电气性能，那么便可知道布置在同一元件中的其他二极管的电气性能。这是因为同一元件中的二极管受同样的生产条件、环境条件制约，与此有关的允许误差也相同。例如：将不同元件的多个第一二极管通过测量电气性能的方法，如测量电容范围的最小和最大可调电容来进行比较，如果这些第一二极管是同步的，那么不同元件的所有第二二极管和/或其他二极管也同步。这一特点可节约检验时间，进而降低成本。
在一个元件上组装多个二极管还能增加产量。
第二二极管的特性曲线与第一二极管的特性曲线之间存在固定的已知关系，因此，测量第一二极管的特性曲线，即：以通过测量在多点上可测得的控制电压为函数的二极管电容，能够得出第二二极管实际特性曲线的正确结论。
在本发明的一种较佳实施例中，元件的第一和第二二极管具有相同的电容变动率(variation ratio)。电容二极管的电容变动率是电容调节的最大和最小的商。电容变动率依赖于电容二极管的面积。例如，如果第二二极管的面积是第一二极管的两倍，那么其电容就是第一二极管的四倍。这类元件特别适用于包含多个次接收单元以分别用于不同频带的接收单元。如果要接收更高的频率，则要求电容二极管的电容更低，电容范围更小。
最大可调电容与最小可调电容的比率可称为斜率。如果第一和第二二极管在制造程序中经过了同样的植入和掺杂等生产步骤，那么其特性曲线的斜率相同。如果通过尺寸缩放使第一二极管的面积是第二二极管面积的倍数，那么上述结论也同样成立。如果第一和第二二极管经过了采用掩模控制方式的不同的生产步骤，那么其特性曲线的斜率各不相同。
在本发明的另一种较佳实施例中，第一和第二二极管被单片地集成在一个元件内。
在本发明的另一种较佳实施例中，元件上相邻的二极管极性相反，以减少二极管之间的耦合。
将元件中二极管的阴极与高阻值电阻器相连可进一步节约空间和降低成本，因为只需要一个电阻器用于向元件提供反向电压。
在上述元件的一些应用中还需要额外的耦合二极管。该耦合二极管可集成到上述元件中。
双频带调谐器中需要开关二极管，用于使次接收单元在两个频带之间进行切换。该开关二极管可集成到元件中。
在切割前的制造过程中，使晶片上的多个电容二极管紧密相邻的布置方法可产生元件中的二极管高配对的现象。并导致元件中的每个第一二极管和第二二极管都具有良好的同步属性。这对于那些对元件组中二极管的同步属性要求很高的应用格外有利。例如，本发明可用于包括多个次接收单元的电视机接收单元。
本发明的其他实施例将在从属权利要求书中进行说明。
【附图说明】
以下通过图片说明具体范例来对本发明做更加详细的说明：
图1为本发明的第一种实施例，其中包括第一和第二电容二极管；
图2为图一中的元件，其中包括一个第三电容二极管；
图3为图一中的元件，其二极管的阴极与高阻值电阻器相连；
图4为图二中的元件，其二极管的阴极通过高阻值电阻彼此相连；
图5为图一中的元件，其中包括一个耦合二极管；
图6为包括一个电容二极管和一个开关二极管的元件；
图7为包括第一和第二电容二极管，并且包括一个开关二极管的元件；
图8为本发明的应用实例，该应用为一个三频带调谐器，包括四个图二中的元件；
图9为本发明的应用实例，该应用为一个双频带调谐器，包括四个图七中的元件。
【具体实施方式】
图1显示的第一种元件实施例中包括第一电容二极管D1和第二电容二极管D2。该两个二极管集成在一个元件内。第二二极管D2的特性曲线与第一二极管D1的电容范围之间存在固定的已知关系。例如，只要对二极管的尺寸进行按比例缩放，那么第二二极管的电容范围相对于第一二极管就会发生变化。这是因为，如果第二二极管的面积比第一二极管小，其电容也较小。如果电容缩小的系数为4，那么就意味着第二二极管的电容范围在1/4pF与5pF之间，而第一二极管的电容范围是1pF到20pF。在这种二极管尺寸按比例缩放的情况中，相当于最大和最小可调电容的商的电容变动率没有变化，只是二极管面积发生了改变。在数字示例中，第一和第二二极管之间的电容变动率总是保持为20。
如果通过简单的尺寸缩放方法，即：增大或缩小第二二极管D2相对于第一二极管D1的二极管面积，无法使电容范围产生充分变化，那么可在元件的制造过程中利用掩模控制方式通过在半导体材料中掺杂来进行适当的植入。例如，通过这种方法可以使第二二极管的电容范围在1pF和20pF之间，而第一二极管的电容范围为1pF到20pF。图1中的元件的第一和第二二极管极性相反，以最大程度地避免二极管之间的耦合。
图2中的元件也具有第一和第二二极管D1和D2，但是增加了图1中的元件所没有的第三电容二极管D3。通过按尺寸缩放方法，第三二极管D3也可以具有与第一和第二二极管D1、D2不同的频率范围。包含三个电容范围各不相同的电容二极管的元件适用于三频带调谐器，因为电容二极管与不同的频率匹配，能调谐不同频带的谐振电路。频带的频率越高，调谐该频带的二极管的电容和电容范围就越小。
图3显示的元件具有第一电容二极管D1和第二电容二极管D2，与图1中的元件不同之处在于，两个二极管的阴极通过阻值为20kΩ的高阻值电阻器R1相连。由于在元件中集成了电阻器R1，因此仅需要一个电阻器来连接元件和外部反向电源电压。
图4显示的元件包括第一和第二二极管D1、D2，和第三二极管D3，并且其电容范围各不相同。第一二极管D1和第二二极管D2的阴极通过高阻值电阻器R2相连，而第二二极管D2与第三二极管D3的阴极通过高阻值电阻器R3相连。因此，也仅需要一个外部电阻器来连接图4中的元件和反向电源电压。
图5中的元件除了第一二极管D1和第二二极管D2之外，还有额外的耦合二极管D4。该元件用于要求具有耦合二极管的调谐器。图6中的元件具有第一二极管D1和额外的开关二极管S1。
图7显示的元件也具有第一电容二极管D1和第二电容二极管D2，但是增加了图1中的元件所没有的开关二极管S1。该元件特别适用于双波段调谐器，因为在由两个次接收单元组成的电视机接收单元中，其中的一个次接收单元必须能在两个频带之间进行切换。为了实现这一目的，次接收单元中的每个调谐二极管或电容二极管都分配了一个开关二极管S1。
图8为一个三频带电视调谐器实施例，该调谐器具有三个次接收单元。其中在下边示出的次接收单元VHF1设计接收频率为45到126兆赫，中间的次接收单元VHF2覆盖的频谱从133到407兆赫，第三个次接收单元UHF的接收频率范围是415到860兆赫。每个接收器分别具有混频器M1、M2、M3，用于将接收信号馈送到天线输入端ANT，并与在本地振荡器LO1、LO2、LO3中生成的信号混频。每个次接收单元VHF1、VHF2、UHF具有一组相互同步的电容二极管。属于同一次接收单元的四个调谐二极管不能水平集成，因为这会导致单个二极管以及谐振电路发生耦合，并导致选择性受损。但是调谐二极管可以按垂直方向进行集成，从而总是将三个二极管D1、D2、D3组装，或者说集成在一个共用管壳中。在该应用实例中，调谐二极管元件的数量可以从12个减少到4个。所需的四个元件IC1、IC2、IC3、IC4中各包括三个调谐二极管D1、D2、D3，适用于不同的频率级。频率最低的次接收单元VHF1的第一二极管D1的电容较大。频带最高的UHF的第三二极管D3的电容较小。中间频带VHF2的第二二极管D2的电容在上述两者之间。电容二极管D1、D2、D3的电容可通过电压U进行调节。例如，可采用上文说明过的尺寸缩放方法调节二极管D1、D2、D3各自的电容范围，使其适合各自的频带。除了节约元件制造成本和时间之外，这种通过减小元件的方法还可简化PLL(锁相回路)合成器的设计，并改善振荡器LO1、LO2、LO3的噪声特性。次接收单元VHF1、VHF2、UHF还分别包括一个放大器V1、V2、V3，用于处理控制信号I。放大后的输出信号O可从混频器M1、M2、M3的输出端获得。
由相互同步的二极管组成的二极管组可以进行简单的组装，因为能够充分地测量和比较所有第一或第二或第三二极管各自的电气性能，比如特性曲线或电容范围。元件中的其他二极管与进行比较的二极管之间的电容范围比率为已知数，因而这些二极管可实现同步。
如果在制造包含多个单片集成的电容二极管的元件的过程中，元件被布置为在晶片上紧密相邻，那么第一、第二和第三二极管都能获得极佳的同步属性。
图9显示的是一个电视机双频带调谐器，下边的次接收单元VHF设计成能在两个频带之间进行切换。实现这一功能的开关二极管S1可用于短路电感器(未示出)，从而实现在两个频带之间的切换。图8所说明的应用通过模拟第一和第二二极管D1、D2来实现。而在本应用中，第一二极管D1，第二二极管D2和开关二极管S1总是布置在一个元件IC1、IC2、IC3、IC4上。