一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器制造技术

一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器，初级线圈和次级线圈，其中，所述的初级线圈为多边形形状的环形线圈，所述环形线圈的一侧形成有向外凸出的开口，所述开口的两个端中的一个端构成初级线圈第一端口，另一个端构成初级线圈第二端口，所述的次级线圈是由位于所述环形线圈环内侧的Π形结构的次级线圈主体和位于所述环形线圈环外侧且与Π形结构的次级线圈主体开口端对应设置的端口结构构成。本发明专利技术通过非对称的结构，使得实现太赫兹频段的片上变压器具有较大前后级电感差值，并且能保持较高耦合系数。本发明专利技术集成度高、成本低、易于大规模生产，能够达到的参数还可以和现有结构形成补充关系，在太赫兹电路的匹配中，提供了更宽广的参数选择范围。

A terahertz asymmetric transformer realized by standard CMOS process

A terahertz asymmetric transformer, a primary coil and a secondary coil are realized by a standard CMOS process, in which the primary coil is a polygonal loop coil, the one side of the loop coil has an opening that has an outward projection, and one of the two ends of the opening constitutes the first port of the primary coil, and the other is the first port of the primary coil. The one end consists of a primary coil second port. The secondary coil is composed of a secondary coil body located on the inside of the annular coil ring and a port structure corresponding to the outer loop of the ring loop and corresponding to the opening end of the secondary coil. Through asymmetric structure, the invention makes the on chip transformer of the terahertz band have a larger front and back inductance difference, and can maintain a high coupling coefficient. The invention has high integration degree, low cost, and easy to mass production. The parameters that can be reached can also form a complementary relationship with the existing structure, and provide a wider range of parameter selection in the matching of terahertz circuits.

【技术实现步骤摘要】
一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器
本专利技术涉及一种称变压器。特别是涉及一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器。
技术介绍
随着无线通信产业的快速发展，人们对无线通信产品的性能提出越来越高的要求，具体到硬件产品，就是在满足性能要求的基础上，成本要足够低，体积也要足够小。对于射频收发机系统来说，采用CMOS工艺的单芯片方案就是一种降低成本并且减小体积的解决办法。随着CMOS工艺特征尺寸的不断缩小，器件的工作频率不断增加，CMOS工艺MOSFET的截止频率已经能够达到太赫兹的频率范围，使得采用CMOS工艺实现太赫兹电路成为可能。对比BiCMOS、GaAsMESFET、HBT等等众多工艺，CMOS工艺最为成熟，功耗最低，成本最低，并且由于其与CMOS数字集成电路良好的兼容性，使用CMOS工艺制作太赫兹频段下的器件与电路成为近年来发展的趋势。在单芯片解决方案中，片上变压器作为一种重要的无源器件，得到了广泛的使用。片上变压器可以实现单端信号到差分信号的转换、级间阻抗匹配、功率合成、直流隔离、噪声反馈及带宽扩展等功能，常用于毫米波和太赫兹频段的倍频器、混频器、功率放大器、低噪声放大器和压控振荡器等模块电路中。通常来说，片上变压器的前后级电感值会很接近，如果想做出前后级电感值差距较大的变压器，通常变压器的耦合系数又很难保证。为了降低设计难度，需要一种能够提供较大前后级电感差值并且能够保证较高耦合系数的变压器结构。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种实现太赫兹频段的片上变压器具有较大前后级电感差值，并且能保持较高耦合系数的采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器。本专利技术所采用的技术方案是：一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器，包括，初级线圈和次级线圈，其中，所述的初级线圈为多边形形状的环形线圈，所述环形线圈的一侧形成有向外凸出的开口，所述开口的两个端中的一个端构成初级线圈第一端口，另一个端构成初级线圈第二端口，所述的次级线圈是由位于所述环形线圈环内侧的Π形结构的次级线圈主体和位于所述环形线圈环外侧且与Π形结构的次级线圈主体开口端对应设置的端口结构构成。所述的次级线圈主体包括有Π形结构的上层主体金属段、第一下层主体金属块和第二下层主体金属块，所述Π形结构的上层主体金属段开口端的一个端通过第三通孔块与相对应的第一下层主体金属块相连且导通，所述上层主体金属段开口端的另一个端通过第一通孔块与相对应的第二下层主体金属块相连且导通，所述端口结构包括有第一上层金属块、第二上层金属块、第一下层金属块和第二下层金属块，所述第一上层金属块通过第四通孔块与相对应的第一下层金属块相连且导通，所述第二上层金属块通过第二通孔块与相对应的第二下层金属块相连且导通，其中，所述的第一下层主体金属块与所述的第一下层金属块为一体连接，所述的第二下层主体金属块与所述的第二下层金属块为一体连接，所述第一上层金属块构成次级线圈的第一端口，所述第二上层金属块构成次级线圈的第二端口。本专利技术的一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器，通过非对称的结构，使得实现太赫兹频段的片上变压器具有较大前后级电感差值，并且能保持较高耦合系数。本专利技术的变压器可以采用标准CMOS工艺实现，有集成度高、成本低、易于大规模生产的优点，并且能够达到的参数还可以和现有结构形成补充关系，在太赫兹电路的匹配中，提供了更宽广的参数选择范围。本专利技术有以下优点：1.自谐振频率高：变压器的自谐振频率足够高，保证其能够在太赫兹频段工作时保持良好的性能。2.有较大的前后级电感差值，并且保持了较高的耦合系数：现有的片上变压器难以同时保持较高的电感差值和耦合系数，本专利技术能够将电感差值和耦合系数都保持在较高的值。3.成本低：本专利技术使用标准CMOS工艺即可实现，无需增加工艺步骤，不会增加芯片制作成本。同时结构简单，实现较快，方便计算和调整变压器的电感值，简化了芯片设计阶段的工作量。4.损耗低：本专利技术使用的屏蔽层能够有效屏蔽变压器所辐射的电磁场信号，不影响芯片电路的工作。附图说明图1是本专利技术一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器的整体结构示意图；图2是本专利技术一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器的俯视结构示意图；图3是本专利技术一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器的分解结构示意图；图4是简化的变压器电路模型示意图；图5a：是本专利技术的太赫兹非对称变压器的电感值仿真结果图；图5b：是本专利技术的太赫兹非对称变压器的品质因数仿真结果图；图6：是本专利技术的太赫兹非对称变压器的耦合系数仿真结果。图中M11：上层主体金属段M12：第一上层金属块M13：第二上层金属块M14：第一下层主体金属块M15：第二下层主体金属块M16：第一下层金属块M17：第二下层金属块M21：环形线圈V1：第一通孔块V2：第二通孔块V3：第三通孔块V4：第四通孔块P1：初级线圈第一端口P2：初级线圈第二端口P3：次级线圈第一端口P4：次级线圈第二端口具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器做出详细说明。如图1、图2、图3所示，本专利技术的一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器，包括，初级线圈和次级线圈，其中，所述的初级线圈为多边形形状的环形线圈M21，所述环形线圈M21的一侧形成有向外凸出的开口，所述开口的两个端中的一个端构成初级线圈第一端口P1，另一个端构成初级线圈第二端口P2，所述的次级线圈是由位于所述环形线圈M21环内侧的Π形结构的次级线圈主体和位于所述环形线圈M21环外侧且与Π形结构的次级线圈主体开口端对应设置的端口结构构成。所述初级线圈和次级线圈通过介质进行定位。如图2、图3所示，所述的次级线圈主体包括有Π形结构的上层主体金属段M11、第一下层主体金属块M14和第二下层主体金属块M15，所述Π形结构的上层主体金属段M11开口端的一个端通过第三通孔块V3与相对应的第一下层主体金属块M14相连且导通，所述上层主体金属段M11开口端的另一个端通过第一通孔块V1与相对应的第二下层主体金属块M15相连且导通，所述端口结构包括有第一上层金属块M12、第二上层金属块M13、第一下层金属块M16和第二下层金属块M17，所述第一上层金属块M12通过第四通孔块V4与相对应的第一下层金属块M16相连且导通，所述第二上层金属块M13通过第二通孔块V2与相对应的第二下层金属块M17相连且导通，其中，所述的第一下层主体金属块M14与所述的第一下层金属块M16为一体连接，所述的第二下层主体金属块M15与所述的第二下层金属块M17为一体连接，所述第一上层金属块M12构成次级线圈第一端口P3，所述第二上层金属块M13构成次级线圈第二端口P4。如图1、图2所示，本专利技术的一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器工作原理如下：太赫兹非对称变压器的初级线圈：信号进入初级线圈第一端口P1后，通过上层主体金属段M11到达初级线圈第二端口P2，完成信号传输。太赫兹非对称变压器的次级线圈：信号进入次级线圈第一端口P3后，通过第一上层金属块M12、第四通孔块V4、第一下层金属块M16、第三通孔块V3、上层主体金属段M11、第一通孔块V1、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器，其特征在于，包括，初级线圈和次级线圈，其中，所述的初级线圈为多边形形状的环形线圈(M21)，所述环形线圈(M21)的一侧形成有向外凸出的开口，所述开口的两个端中的一个端构成初级线圈第一端口(P1)，另一个端构成初级线圈第二端口(P2)，所述的次级线圈是由位于所述环形线圈(M21)环内侧的Π形结构的次级线圈主体和位于所述环形线圈(M21)环外侧且与Π形结构的次级线圈主体开口端对应设置的端口结构构成。

【技术特征摘要】
1.一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器，其特征在于，包括，初级线圈和次级线圈，其中，所述的初级线圈为多边形形状的环形线圈(M21)，所述环形线圈(M21)的一侧形成有向外凸出的开口，所述开口的两个端中的一个端构成初级线圈第一端口(P1)，另一个端构成初级线圈第二端口(P2)，所述的次级线圈是由位于所述环形线圈(M21)环内侧的Π形结构的次级线圈主体和位于所述环形线圈(M21)环外侧且与Π形结构的次级线圈主体开口端对应设置的端口结构构成。2.根据权利要求1所述的一种采用标准CMOS工艺实现的太赫兹非对称变压器，其特征在于，所述的次级线圈主体包括有Π形结构的上层主体金属段(M11)、第一下层主体金属块(M14)和第二下层主体金属块(M15)，所述Π形结构的上层主体金属段(M11)开口端的一个端通过第三通孔块(V3)与相对应的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛陆虹，陈天伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12