基于片上变压器的功率合成电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于片上变压器的功率合成电路，包括：由多个初级线圈和一个次级线圈组成的片上变压器；次级线圈由多个同一层的平面金属线围绕而成的环形匝组成，各初级线圈也分别由对应的同一层的平面金属线围绕而成的环形匝组成，各初级线圈的环形匝的数量都分别小于次级线圈的环形匝的数量；各初级线圈的环形匝的平面金属线的金属层次高于或低于对应的次级线圈的环形匝的平面金属线的金属层；在纵向上，各初级线圈的环形匝的平面金属线和对应的次级线圈的环形匝的平面金属线完全对齐，完全对齐的结构使初级线圈和次级线圈的耦合区域增加。本发明专利技术能降低电路的面积，提高初级线圈和次级线圈之间的耦合因子，提高变压器的效率。

【技术实现步骤摘要】
基于片上变压器的功率合成电路
本专利技术涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种基于片上变压器的功率合成电路。
技术介绍
如图1所示，是片上变压器的功率合成电路的电路图；图1中的片上变压器101包括2个初级线圈和一个次级线圈Ls，两个初级线圈分别用Lp101和Lp102标出，初级线圈Lp101和Lp102的参数相同且和次级线圈Ls的匝数比都为1:2，故图1所示的片上变压器101为2乘1:2即2×1:2的变压器；初级线圈Lp101和Lp102的输入段分别连接由功率放电器(PA)102放大后的功率输入信号，两个功率输入信号通过片上变压器101进行功率合成后提供功率输出信号，图1中次级线圈Ls的输出端和负载RL连接。如图2A所示，是现有基于片上变压器的功率合成电路的版图；图2B是图2A的第一分解图；图2C是图2A的第二分解图；图2A中主要示意了图1中对应的片上变压器101的版图，线圈201连接层2个环形匝形成图1中所示的次级线圈Ls，具有两个标记P3+和P3-对应的输出端口；线圈202连接层1个环形匝形成图1中所示的初级线圈Lp101，具有两个标记P1+和P1-对应的输出端口；线圈203连接层1个环形匝形成图1中所示的初级线圈Lp102，具有两个标记P2+和P2-对应的输出端口。可以看出，线圈201、202和203彼此之间的主要平面金属线都位于同一层金属上，且同一平面上的各平面金属线彼此之间横向错开，虚线框204和205对应的区域存在线圈的内外圈之间的连接线，在虚线框204和205的区域中存在通孔和形成于底层金属层上的平面金属线。由图2A，线圈201和线圈202和203所围区域的大小并不完全重合，具有由于线圈的平面金属线之间的横向排列所带来的所围区域的面积偏差，线圈201和线圈202和203所围区域不相重合的区域会带来一定的磁通泄露，这不仅会使得电路的面积增加，而且还会降低次级线圈Ls和初级线圈Lp101和Lp102之间的耦合因子。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于片上变压器的功率合成电路，能降低电路的面积，提高初级线圈和次级线圈之间的耦合因子，提高变压器的效率。为解决上述技术问题，本专利技术提供的基于片上变压器的功率合成电路包括：由多个初级线圈和一个次级线圈组成的片上变压器，各所述初级线圈分别输入一个功率输入信号，多个所述初级线圈的各功率输入信号在所述次级线圈中合成形成一个功率输出信号。所述次级线圈形成一半导体衬底上并呈平面螺旋结构，所述次级线圈包括第一信号输出端和第二信号输出端，所述次级线圈由多个同一层的平面金属线围绕而成的环形匝组成，所述次级线圈的环形匝的内径依次减少，所述次级线圈的各环形匝设置有对应的两个下级连接点或两个上级连接点。所述第一信号输出端和所述第二信号输出端由所述次级线圈的最外侧的环形匝的两个相互断开的上级连接点组成。所述次级线圈的各环形匝的连接结构为：在当前级环形匝具有下级环形匝时，当前级环形匝的两个下级连接点断开，下级环形匝的两个上级连接点断开，当前级环形匝的第一个下级连接点通过同一层的平面金属线连接下级环形匝的第二上级连接点，当前级环形匝的第二个下级连接点通过通孔和相邻层的平面金属线连接下级环形匝的第一上级连接点；在当前级环形匝不具有下级环形匝时，当前级环形匝的两个下级连接点连接在一起。各所述初级线圈也分别由对应的同一层的平面金属线围绕而成的环形匝组成，各所述初级线圈的环形匝的数量都分别小于所述次级线圈的环形匝的数量；各所述初级线圈的环形匝的平面金属线的金属层次高于或低于对应的所述次级线圈的环形匝的平面金属线的金属层。在纵向上，各所述初级线圈的环形匝的平面金属线和对应的所述次级线圈的环形匝的平面金属线完全对齐，完全对齐的结构使所述初级线圈和所述次级线圈的耦合区域增加；同一层的各所述初级线圈的环形匝之间具有交叠区，在交叠区中，其中一个所述初级线圈的内外圈的环形匝之间通过同一层的平面金属线直接连接、另一个所述初级线圈的内外圈的环形匝之间通过通孔和相邻层的平面金属线连接。进一步的改进是，所述初级线圈的个数为2个。进一步的改进是，所述次级线圈的环形匝的数量为2个，各所述初级线圈的环形匝的数量为1个。进一步的改进是，所述次级线圈的环形匝围绕的形状为矩形。进一步的改进是，所述次级线圈的最外侧的环形匝包括两个上级连接点和两个下级连接点，所述次级线圈的最内侧的环形匝包括两个上级连接点；所述次级线圈的最外侧的环形匝的各上级连接点设置在矩形的一条边上以及各下级连接点设置在矩形的另一条边上。进一步的改进是，各所述初级线圈的环形匝由一半的内圈平面金属线和一半的外圈平面金属线环绕形成，各所述初级线圈的环形匝的外圈平面金属线和对应的所述次级线圈的最外侧的环形匝的半圈对齐，各所述初级线圈的环形匝的内圈平面金属线和对应的所述次级线圈的最内侧的环形匝的半圈对齐。进一步的改进是，各所述初级线圈的环形匝包括一对上级连接点，各所述初级线圈的一对上级连接点用于作为对应的第一功率输入信号端和第二功率信号输入端。进一步的改进是，各所述初级线圈的一对上级连接点设置在外圈平面金属线对应的矩形边上。进一步的改进是，各所述初级线圈的一对上级连接点对应的矩形边和所述次级线圈的所述第一信号输出端和所述第二信号输出端的矩形边不同。进一步的改进是，两个所述初级线圈的一对上级连接点对应的矩形边相同。进一步的改进是，两个所述初级线圈的一对上级连接点在对应矩形边的位置不同。进一步的改进是，两个所述初级线圈的一对上级连接点对应的矩形边不同。进一步的改进是，所述片上变压器包括了3层金属层。所述次级线圈的各环形匝的各平面金属线位于第三层金属层上，在前后级环形匝的连接位置处存在位于底部的第二层金属层上的部分平面金属线。各所述初级线圈的环形匝的各平面金属线位于第二层金属层上，在各所述初级线圈的环形匝的交叠区中存在位于底部的第一层金属层上的部分平面金属线。进一步的改进是，所述片上变压器包括了4层金属层。所述次级线圈的各环形匝的各平面金属线位于第三层金属层上，在前后级环形匝的连接位置处存在位于底部的第二层金属层上的部分平面金属线。各所述初级线圈的环形匝的各平面金属线位于第二层金属层上，在各所述初级线圈的环形匝的交叠区中存在位于底部的第一层金属层上的部分平面金属线以及位于第一层金属层底部的第0层金属层上的部分平面金属线。进一步的改进是，各所述功率输入信号通过功率放大器放大后连接到各所述初级线圈的功率信号输入端。本专利技术对片上变压器的初级线圈和次级线圈对应的平面金属线的结构做了特别的设置，通过增加金属层次以及通过通孔的设置来实现交叠区域的金属线的连接，能实现将次级线圈对应的主体平面金属线都放置在同一层金属层上以及将初级线圈的主体平面金属线都放置在其它层的金属层上如放置在相邻的上一层或下一层上，通过上下金属层的纵向设置能使得各初级线圈的环形匝的平面金属线和对应的次级线圈的环形匝的平面金属线完全对齐，这样，不仅能减少整个片上变压器所占的面积，还能同时增加初级线圈和次级线圈的耦合区域，从而能提高初级线圈和次级线圈之间的耦合因子，提高变压器的效率。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1是基于片上变压器的功率合成电路的电路图；图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于片上变压器的功率合成电路，其特征在于，包括：由多个初级线圈和一个次级线圈组成的片上变压器，各所述初级线圈分别输入一个功率输入信号，多个所述初级线圈的各功率输入信号在所述次级线圈中合成形成一个功率输出信号；所述次级线圈形成一半导体衬底上并呈平面螺旋结构，所述次级线圈包括第一信号输出端和第二信号输出端，所述次级线圈由多个同一层的平面金属线围绕而成的环形匝组成，所述次级线圈的环形匝的内径依次减少，所述次级线圈的各环形匝设置有对应的两个下级连接点或两个上级连接点；所述第一信号输出端和所述第二信号输出端由所述次级线圈的最外侧的环形匝的两个相互断开的上级连接点组成；所述次级线圈的各环形匝的连接结构为：在当前级环形匝具有下级环形匝时，当前级环形匝的两个下级连接点断开，下级环形匝的两个上级连接点断开，当前级环形匝的第一个下级连接点通过同一层的平面金属线连接下级环形匝的第二上级连接点，当前级环形匝的第二个下级连接点通过通孔和相邻层的平面金属线连接下级环形匝的第一上级连接点；在当前级环形匝不具有下级环形匝时，当前级环形匝的两个下级连接点连接在一起；各所述初级线圈也分别由对应的同一层的平面金属线围绕而成的环形匝组成，各所述初级线圈的环形匝的数量都分别小于所述次级线圈的环形匝的数量；各所述初级线圈的环形匝的平面金属线的金属层次高于或低于对应的所述次级线圈的环形匝的平面金属线的金属层；在纵向上，各所述初级线圈的环形匝的平面金属线和对应的所述次级线圈的环形匝的平面金属线完全对齐，完全对齐的结构使所述初级线圈和所述次级线圈的耦合区域增加；同一层的各所述初级线圈的环形匝之间具有交叠区，在交叠区中，其中一个所述初级线圈的内外圈的环形匝之间通过同一层的平面金属线直接连接、另一个所述初级线圈的内外圈的环形匝之间通过通孔和相邻层的平面金属线连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于片上变压器的功率合成电路，其特征在于，包括：由多个初级线圈和一个次级线圈组成的片上变压器，各所述初级线圈分别输入一个功率输入信号，多个所述初级线圈的各功率输入信号在所述次级线圈中合成形成一个功率输出信号；所述次级线圈形成一半导体衬底上并呈平面螺旋结构，所述次级线圈包括第一信号输出端和第二信号输出端，所述次级线圈由多个同一层的平面金属线围绕而成的环形匝组成，所述次级线圈的环形匝的内径依次减少，所述次级线圈的各环形匝设置有对应的两个下级连接点或两个上级连接点；所述第一信号输出端和所述第二信号输出端由所述次级线圈的最外侧的环形匝的两个相互断开的上级连接点组成；所述次级线圈的各环形匝的连接结构为：在当前级环形匝具有下级环形匝时，当前级环形匝的两个下级连接点断开，下级环形匝的两个上级连接点断开，当前级环形匝的第一个下级连接点通过同一层的平面金属线连接下级环形匝的第二上级连接点，当前级环形匝的第二个下级连接点通过通孔和相邻层的平面金属线连接下级环形匝的第一上级连接点；在当前级环形匝不具有下级环形匝时，当前级环形匝的两个下级连接点连接在一起；各所述初级线圈也分别由对应的同一层的平面金属线围绕而成的环形匝组成，各所述初级线圈的环形匝的数量都分别小于所述次级线圈的环形匝的数量；各所述初级线圈的环形匝的平面金属线的金属层次高于或低于对应的所述次级线圈的环形匝的平面金属线的金属层；在纵向上，各所述初级线圈的环形匝的平面金属线和对应的所述次级线圈的环形匝的平面金属线完全对齐，完全对齐的结构使所述初级线圈和所述次级线圈的耦合区域增加；同一层的各所述初级线圈的环形匝之间具有交叠区，在交叠区中，其中一个所述初级线圈的内外圈的环形匝之间通过同一层的平面金属线直接连接、另一个所述初级线圈的内外圈的环形匝之间通过通孔和相邻层的平面金属线连接。2.如权利要求1所述的基于片上变压器的功率合成电路，其特征在于：所述初级线圈的个数为2个。3.如权利要求2所述的基于片上变压器的功率合成电路，其特征在于：所述次级线圈的环形匝的数量为2个，各所述初级线圈的环形匝的数量为1个。4.如权利要求3所述的基于片上变压器的功率合成电路，其特征在于：所述次级线圈的环形匝围绕的形状为矩形。5.如权利要求4所述的基于片上变压器的功率合成电路，其特征在于：所述次级线圈的最外侧的环形匝包括两个上级连接点和两个下级连接点，所述次级线圈的最内侧的环形匝包括两个上级连接点；所述次级线圈的最外侧的环形匝的各上级连接点设置在矩形的一条边上以及各下...

【专利技术属性】
技术研发人员：任江川，戴若凡，何军，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31