片上变压器制造技术

本发明专利技术涉及一种片上变压器，包括具有两个初级连接端的初级线圈、具有两个次级连接端的次级线圈，片上变压器包括由上至下依次设置的第一层、第二层、第三层和第四层；初级线圈设置于第二层中，次级线圈设置于第三层中，初级线圈的厚度大于次级线圈的厚度；初级线圈具有设置于第一层中的双抽头，次级线圈具有设置于第四层中的单抽头；初级线圈中，两个初级连接端所产生电感值和电阻值均在允许的参数偏差范围内达到平衡；次级线圈中，两个次级连接端所产生的电感值和电阻值均在允许的参数偏差范围内达到平衡。本发明专利技术具有较高的电感值，其配备双抽头从而能够为多种电路供电，且初级线圈和次级线圈各自相对自身电源抽头平衡，提高了器件性能。

【技术实现步骤摘要】
片上变压器
本专利技术涉及射频集成电路
，更具体地，涉及一种用于射频集成电路的片上变压器的版图结构。
技术介绍
片上电感和片上变压器都是射频电路中非常重要的无源器件，一般电感的结构比较简单，各种工艺也都会提供一些典型的结构给电路设计者直接调入使用，但是片上变压器往往需要电路工程师自己设计，自己建模。片上变压器主要的性能指标中比较重要有：初级线圈和次级线圈各自的电感值、初级线圈和次级线圈各自的品质因素、变压器所占的版图面积以及容易忽略的变压器初级线圈和次级线圈各自相对于自身的电源抽头的平衡性。不可能在同一个变压器中同时实现所有指标的最优化，因此需要电路工程师在建模过程中根据具体应用进行折衷考虑。片上变压器是射频集成电路中多个模块不可或缺的组成部分，例如功率放大器（PowerAmplifier，PA）、功放驱动放大器（PowerAmplifierDriver，PAD）、低噪声放大器（LowNoiseAmplifier，LNA）等，在这些电路中，变压器一般用作电流负载、阻抗变换、直流耦合、相位分离等。像上变频器（UPConverter，UPC）等电路，负载本来只需要普通的差分电感来完成，如果也使用变压器来实现，初级线圈可以代替原有电路的电感，次级线圈的信号端就可以直接和后级电路的输入相连，并且可以从次级线圈的抽头加电位为电路提供偏置电压。因此，变压器的应用已经越来越广泛。现有技术中，片上变压器大都采用同层金属之间交叉耦合的方式来实现，如附图1和附图2所示，即初级线圈和次级线圈均交叉间隔设置在同一层中。这种结构的片上变压器最明显的弊端就是电感值较小。同时这种结构往往只有一个电源抽头，这个抽头一般只能给一般的放大电路的主电路供电，电路中的偏置电路、数字电路等就还需要别的电源。此外，初级线圈和次级线圈各自相对自身电源抽头的平衡性往往不被重视，这两端的不平衡会影响差分电路的共模信号的抑制效果以及整个电路的对称性，因此，片上变压器的平衡性也必须要重点考虑。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有片上变压器的不足，提供一种高电感值、双电源抽头、平衡的片上变压器。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种片上变压器，包括由金属线绕成且具有两个初级连接端的初级线圈、由金属线绕成且具有两个次级连接端的次级线圈，所述片上变压器包括由上至下依次设置的第一层、第二层、第三层和第四层；所述初级线圈设置于所述第二层中，所述次级线圈设置于所述第三层中，从而所述次级线圈叠设于所述初级线圈下方，所述初级线圈的厚度大于所述次级线圈的厚度；所述初级线圈具有设置于所述第一层中的双抽头，所述次级线圈具有设置于所述第四层中的单抽头；所述次级线圈由m层次级金属层叠加并联而成，m为大于1的正整数；所述初级线圈中，两个所述初级连接端所产生电感值和电阻值均在允许的参数偏差范围内达到平衡；所述次级线圈中，两个所述次级连接端所产生的电感值和电阻值均在允许的参数偏差范围内达到平衡。优选的，所述初级线圈包括使一个所述初级连接端产生电感值和电阻值的第一初级部分、使另一个所述初级连接端产生电感值和电阻值的第二初级部分，所述第一初级部分中所述金属线的绕线长度和所述第二初级部分中所述金属线的绕线长度在允许的偏差范围内。优选的，所述初级线圈的绕制方式包括多圈同心的初级线路部分和过渡连接不同圈的所述初级线路部分的若干初级连接头，不同所述初级连接头具有不同的面积来使所述第一初级部分中所述金属线的绕线长度和所述第二初级部分中所述金属线的绕线长度在允许的偏差范围内。优选的，部分所述初级连接头设置于所述初级线圈所在的所述第二层中，另外部分所述初级连接头设置于所述次级线圈所在的所述第三层中最靠近所述初级线圈的若干层所述次级金属层中。优选的，所述次级线圈包括使一个所述次级连接端产生电感值和电阻值的第一次级部分、使另一个所述次级连接端产生电感值和电阻值的第二次级部分，所述第一次级部分中所述金属线的绕长度和所述第二次级部分中所述金属线的绕线长度在允许的偏差范围内。优选的，所述次级线圈的绕制方式包括多圈同心的次级线路部分和过渡连接不同圈的所述次级线路部分的若干次级连接头，所述第一次级部分中各所述次级连接头的绕线长度与所述第二次级部分中各所述次级连接头的绕线长度在允许的偏差范围内。优选的，所述第一部分中所述次级连接头的总数与所述第二次级部分中所述次级连接头的总数相等，或者在所述次级线圈中设置连接同圈的所述次级线路部分的辅助连接头，使得所述第一部分中所述次级连接头和所述辅助连接头的总数与所述第二次级部分中所述次级连接头和所述辅助连接头的总数相等。优选的，所述初级线圈、所述次级线圈均呈八边形。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的片上变压器采用不同层的线圈从而具有较高的电感值，其配备双抽头从而能够为多种电路供电，且初级线圈和次级线圈各自相对自身电源抽头平衡，提高了器件性能。附图说明附图1为现有片上变压器的结构示意图。附图2为现有片上变压器的版图结构示意图。附图3为本专利技术实施例的片上变压器的结构示意图。附图4为本专利技术实施例的片上变压器的版图结构示意图。附图5为本专利技术实施例的片上变压器的版图结构示意图的三维图。附图6为本专利技术实施例的片上变压器的版图结构示意图的X方向上的侧视图。附图7为本专利技术实施例的片上变压器的版图结构示意图的Y方向上的侧视图。附图8为本专利技术实施例的片上变压器的版图结构示意图的Z方向上的俯视图。附图9为本专利技术实施例的片上变压器的版图结构示意图中初级线圈的三种初级连接头的版图结构和主要尺寸标注示意图。附图10是金属层M1到M7以及AL共八层金属各层的版图结构示意图。附图11是本专利技术实施例的片上变压器的电感值L的仿真结果。具体实施方式下面结合附图所示的实施例对本专利技术作进一步描述。实施例一：如附图3至附图8、附图10所示，一种片上变压器，包括由上至下（即z方向上）依次设置的第一层、第二层、第三层和第四层。在第二层中设置有由金属线绕成且具有两个初级连接端P1、P2（即信号抽头）的初级线圈，在第三层中设置有由金属线绕成且具有两个次级连接端S1、S2（即信号抽头）的次级线圈，从而次级线圈叠设于初级线圈下方，而在第一层中则设置初级线圈具有的180°的双抽头，两个抽头分别为PCT1、PCT2，可以给不同的电路供电，即整个片上变压器模块只需要外部提供一个电压，通过其两个抽头，就可以实现全模块的供电，解决了一般电路中需要外部提供两个电压的麻烦。具体来说，在使用时，抽头PCT1是普通意义上的用来给主电路的漏端供电用的，抽头PCT2是给模块中的偏置电路等其他部分供电用的。在第四层中则设置次级线圈具有的单抽头SCT。初级线圈的厚度大于次级线圈的厚度，且初级线圈的导电率大于次级线圈的导电率。其中，次级线圈由m层次级金属层利用过孔叠加并联而成，m为大于1的正整数。在本实施例中，第一层即双抽头对应于附图10中的AL层，第二层即初级线圈的主体对应于附图10中的M7层，第三层即次级线圈对应于附图10中的M2至M6层，M6层最贴近M7层，而M2层最远离M6层，第四层即单抽头对应于附图10中的M1层。本实施例中，初级线圈、次级线圈均呈八圈（一般圈数均为偶数）的八边形结构。初级线圈中由绕制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片上变压器，包括由金属线绕成且具有两个初级连接端的初级线圈、由金属线绕成且具有两个次级连接端的次级线圈，其特征在于：所述片上变压器包括由上至下依次设置的第一层、第二层、第三层和第四层；所述初级线圈设置于所述第二层中，所述次级线圈设置于所述第三层中，从而所述次级线圈叠设于所述初级线圈下方，所述初级线圈的厚度大于所述次级线圈的厚度；所述初级线圈具有设置于所述第一层中的双抽头，所述次级线圈具有设置于所述第四层中的单抽头；所述次级线圈由m层次级金属层叠加并联而成，m为大于1的正整数；所述初级线圈中，两个所述初级连接端所产生电感值和电阻值均在允许的参数偏差范围内达到平衡；所述次级线圈中，两个所述次级连接端所产生的电感值和电阻值均在允许的参数偏差范围内达到平衡。

【技术特征摘要】
1.一种片上变压器，包括由金属线绕成且具有两个初级连接端的初级线圈、由金属线绕成且具有两个次级连接端的次级线圈，其特征在于：所述片上变压器包括由上至下依次设置的第一层、第二层、第三层和第四层；所述初级线圈设置于所述第二层中，所述次级线圈设置于所述第三层中，从而所述次级线圈叠设于所述初级线圈下方，所述初级线圈的厚度大于所述次级线圈的厚度；所述初级线圈具有设置于所述第一层中的双抽头，所述次级线圈具有设置于所述第四层中的单抽头；所述次级线圈由m层次级金属层叠加并联而成，m为大于1的正整数；所述初级线圈中，两个所述初级连接端所产生电感值和电阻值均在允许的参数偏差范围内达到平衡；所述次级线圈中，两个所述次级连接端所产生的电感值和电阻值均在允许的参数偏差范围内达到平衡。2.根据权利要求1所述的片上变压器，其特征在于：所述初级线圈包括使一个所述初级连接端产生电感值和电阻值的第一初级部分、使另一个所述初级连接端产生电感值和电阻值的第二初级部分，所述第一初级部分中所述金属线的绕线长度和所述第二初级部分中所述金属线的绕线长度在允许的偏差范围内。3.根据权利要求2所述的片上变压器，其特征在于：所述初级线圈的绕制方式包括多圈同心的初级线路部分和过渡连接不同圈的所述初级线路部分的若干初级连接头，不同所述初级连接头具有不同的面积来使所述第一初级部分中所述金属线的绕线长度和所述第二初级...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈郑，王磊，胡雪青，周立国，颜峻，石寅，
申请(专利权)人：苏州威发半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32