CN101034614B - 对称式差动电感结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称式差动电感结构，其配置于基底上，对称式差动电感结构包括第一螺旋状导线及第二螺旋状导线。第一螺旋状导线具有第一端与第二端，第二端旋入第一螺旋状导线的内部。第二螺旋状导线与第一螺旋状导线相互缠绕且对称于对称平面配置，第二螺旋状导线具有第三端与第四端，第四端旋入第二螺旋状导线的内部且与第一螺旋状导线的第二端相连接。其中，与基底相距相同距离的第一螺旋状导线与第二螺旋状导线在交错时，第一螺旋状导线与第二螺旋状导线往基底方向延伸，而缩短第一螺旋状导线与第二螺旋状导线相距基底的距离。

Description

对称式差动电感结构

技术领域

本发明有关于一种电感结构，且特别是有关于一种对称式差动电感结构。

背景技术

电感器是非常重要的无源元件，常被应用于射频(radio frequency，RF)电路、压控振荡器(voltage controlled oscillator，VCO)、低噪放大器(low noiseamplifier，LNA)或是功率放大器(power amplifier，PA)等产品。

电感的大小通常与导线缠绕的圈数、几何形状以及磁芯的材料有关。品质因素(quality factor，Q factor)，即Q值，是判定电感器效能优劣的重要指标。品质因素的通式如下：

Q＝(储存电能)/(消耗电能)

由上述通式可知，增加储存的电能或是减少消耗的电能皆可提高Q值，以提高电感器的效能。

依信号传输的方式，电感器可以分为单端(single-ended)电感器以及差动式(differential)电感器。一般来说，差动式电感器通常是对称式的螺旋回路结构。在这样的结构中，差动式电感器通常具有两个端口(port)，并且对这两个端口施加电性相反但绝对值相同的电压。然而，差动式电感器在操作时，由于对称式的螺旋回路结构的导线为彼此相邻且电性相反，因此会在相邻导线之间会产生不小的感应电容。如此一来，所产生的感应电容会造成消耗电能增加，而导致差动式电感器的Q值下降。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种对称式差动电感结构，可以有效地降低于电感的导线之间所产生的感应电容。

本发明提出一种对称式差动电感结构，其配置于基底上，该对称式差动电感结构包括第一螺旋状导线及第二螺旋状导线。第一螺旋状导线具有第一端与第二端，第二端以螺旋方式，对应于对称式差动电感结构的一轴心沿基底的深度方向向内旋入。第二螺旋状导线以螺旋方式与第一螺旋状导线相互缠绕且对称于对称平面配置，第二螺旋状导线具有第三端与第四端，第四端以螺旋方式，对应于对称式差动电感结构的轴心沿基底的深度方向向内旋入，且第四端与第一螺旋状导线的第二端相连接。其中，当第一螺旋状导线以螺旋方式，对应于对称式差动电感结构的轴心沿基底的深度方向向内旋入而第二螺旋状导线以螺旋方式，对应于对称式差动电感结构的该轴心沿基底的深度方向向内旋入时，与基底相距相同距离的第一螺旋状导线与第二螺旋状导线在交错时，第一螺旋状导线与第二螺旋状导线往基底方向延伸，而缩短第一螺旋状导线与第二螺旋状导线相距基底的距离。

本发明提出另一种对称式差动电感结构，配置于基底上，对称式差动电感结构包括第一螺旋状导线及第二螺旋状导线。第一螺旋状导线至少包括第一外导线与第一内导线，第一外导线与第一内导线串联，且第一内导线以螺旋方式，对应于对称式差动电感结构的一轴心沿基底的深度方向向内旋入。第二螺旋状导线以螺旋方式与第一螺旋状导线相互缠绕且对称于对称平面配置，至少包括第二外导线与第二内导线，第二外导线与第二内导线串联，且第二内导线以螺旋方式，对应于对称式差动电感结构的轴心沿基底的深度方向向内旋入，且第二内导线与第一螺旋状导线的第一内导线相连接。其中，第一外导线与第二外导线配置于相对于基底的第一高度位置，而第一内导线与第二内导线配置于相对于基底的第二高度位置，且第一高度位置高于第二高度位置。在第一螺旋状导线与第二螺旋状导线的交错位置上，第一螺旋状导线与第二螺旋状导线从第一高度位置进入第二高度位置。

由于在本发明所提出的对称式差动电感结构中的导线互不相邻，因此能避免在导线之间产生感应电容，以降低由感应电容所产生的电能消耗，进而提升Q值。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所绘示为本发明一实施例的对称式差动电感结构的俯视图。

图2A与图2B所绘示分别为螺旋状导线106及108的俯视图。

图3所绘示为沿着图1中的A-A’剖面线的剖面图。

图4所绘示为增益导线的俯视图。

【主要元件符号说明】

100：基底                  102：介电层

104：对称式差动电感结构    106、108：螺旋状导线

106a、108a：外导线         106b、108b：内导线

106c、108c：连接导线       110、112、118、120：端点

114、122、128a、128b、130a、130b：介层通路

116：对称平面

124a、124b、126a、126b：增益导线

H1、H2、H3：高度位置

具体实施方式

图1为本发明一实施例的对称式差动电感结构的俯视图。图2A与图2B分别为第一螺旋状导线106及第二螺旋状导线108的俯视图。图3为沿着图1中的A-A’剖面线的剖面图。图4为增益导线的俯视图。

请同时参照图1、图2A、图2B、图3及图4，对称式差动电感结构104，配置于基底100上的介电层102中，其中对称式差动电感结构104可通过半导体工艺实现，因此基底100可以是硅基材。对称式差动电感结构104包括螺旋状导线106及108。介电层102的材料例如是氧化硅或其他介电材料，各导线可以是铜、铝铜合金等材料制成。

螺旋状导线106至少包括外导线106a与内导线106b，外导线106a与内导线106b串联。螺旋状导线106具有第一端110及第二端112。第一端110位于外导线106a上，而第二端112位于内导线106b上，且内导线106b的第二端112旋入螺旋状导线106的内部。螺旋状导线106的材料例如是铜等金属。

在本实施例中，对称式差动电感结构104的绕线结构例如是三圈的结构，螺旋状导线106还包括连接导线106c，而连接导线106c的材料例如是铜等金属。外导线106a与内导线106b的串联方式例如是通过连接导线106c与介层通路(via)114进行连接，但是并不用以限制本发明。在其他实施例中，如对称式差动电感结构104的绕线结构为两圈的情况下，外导线106a与内导线106b可透过介层通路直接进行连接。此外，若对称式差动电感结构104的绕线结构超过三圈，外导线106a与内导线106b可通过多条连接导线106c与多个介层通路114进行串联。

螺旋状导线108与106相互缠绕且对称于对称平面116，其中对称平面116的延伸方向为朝向页面内。螺旋状导线108至少包括外导线108a与内导线108b，外导线108a与内导线108b串联。螺旋状导线108具有第三端118及第四端120。第三端118位于外导线108a上，而第四端120位于内导线108b上，且内导线108b的第四端120旋入螺旋状导线108的内部且与螺旋状导线106的内导线106b的第二端112相连接。螺旋状导线108的材料例如是铜等金属。

承上述，施加于外导线106a上的电压与施加于外导线108a上的电压为绝对值相等且电性相反的电压，且越往螺旋状导线106与108的内部，电压的绝对值会逐渐递减。此外，在内导线106b的第二端112与内导线108b的第四端120的交会连接处会出现虚拟接地的情况，其电压值为0。

在本实施例中，对称式差动电感结构104的绕线结构例如是三圈的结构，螺旋状导线108还包括连接导线108c，而连接导线108c的材料例如是铜等金属。外导线108a与内导线108b的串联方式例如是通过连接导线108c与介层通路122进行连接，但是并不用以限制本发明。在其他实施例中，如对称式差动电感结构104的绕线结构为两圈的情况下，外导线108a与内导线108b可透过介层通路直接进行连接。此外，若对称式差动电感结构104的绕线结构超过三圈，外导线108a与内导线108b的可通过多条连接导线108c与多个介层通路122进行串联。

此外，螺旋状导线106与108在交错位置上互不接触，以避免产生短路的现象。螺旋状导线106与108在交错位置上互不接触的方法例如是，螺旋状导线108的外导线108a通过介层通路122与连接导线108c连接，使得螺旋状导线108进入下方的介电层102并通过外导线106a下方；另一方面，螺旋状导线106的外导线106a跨过连接导线108c上方，且通过介层通路114与连接导线106c连接，而使得螺旋状导线106进入下方的介电层102中。

再者，以基底100为基准，外导线106a与108a配置于高度位置H1，内导线106b与108b配置于高度位置H2，连接导线106c与108c配置于高度位置H3。其中，高度位置H1高于高度位置H2，且高度位置H3位于高度位置H1与高度位置H2之间。

因此，在螺旋状导线106与108的交错位置上，螺旋状导线106与108从高度位置H1先进入高度位置H3，再从高度位置H3进入高度位置H2，而螺旋状导线106与108的交错位置例如是位于对称平面116上。换句话说，当位于相同高度位置的螺旋状导线106与108在交错时，螺旋状导线106与108会往下方的另一高度位置进行延伸，进而缩短螺旋状导线106与108相距基底100的距离。如此一来，可使得相互缠绕的螺旋状导线106与108位于不同水平面，以避免在导线之间产生感应电容。例如：外导线106a、连接导线108c与内导线106b距离基底100的高度逐渐缩小，如此可避免在外导线106a、连接导线108c与内导线106b彼此之间产生感应电容。

值得一提的是，对称式差动电感结构104还包括增益导线124a、124b、126a、126b，可用以增加对称式差动电感结构104的截面积，以降低导体损失的情况。增益导线124a、124b、126a、126b的材料例如是铜等金属。

增益导线124a，对应于内导线106b的投影配置于内导线106b与基底100之间，且增益导线124a与内导线106b并联，并联的方式例如是通过至少二个介层通路128a进行连接，而将内导线106b的两末端连接。当增益导线124a为多条时，上下相邻的两条增益导线124a为并联，并联的方式例如是通过至少二个介层通路128a进行连接。在本实施例中，内导线106b下方配置有三条增益导线124a。

另一方面，增益导线124b亦可同时对应于内导线108b的投影配置于内导线108b与基底100之间，且增益导线124b与内导线108b并联，并联的方式例如是通过至少二个介层通路128b进行连接，而将内导线108b的两末端连接。当增益导线124b为多条时，上下相邻的两条增益导线124b为并联，并联的方式例如是通过介层通路128b进行连接。在本实施例中，内导线108b下方配置有三条增益导线124b。值得一提的是，当增益导线124a、124b分别对应内导线106b与108b配置时，同一水平面的二条的增益导线124a与124b，其当中的一个端点会相互连接。

增益导线126a，对应于连接导线106c的投影配置于连接导线106c下方，且增益导线126a所配置的位置不低于高度位置H2，即介于高度位置H3与高度位置H2之间。增益导线126a与连接导线106c并联，并联的方式例如是通过至少二个介层通路130a进行连接，而将连接导线106c的两末端连接。当增益导线126a为多条时，上下相邻的两条增益导线126a为并联，并联的方式例如是通过介层通路130a进行连接。在本实施例中，连接导线106c下方配置有二条增益导线126a。

另一方面，增益导线126b亦可同时对应于连接导线108c的投影配置于连接导线108c下方，且增益导线126b所配置的位置不低于高度位置H2，即介于高度位置H3与高度位置H2之间。增益导线126b与连接导线108c并联，并联的方式例如是通过至少二个介层通路130b进行连接，而将连接导线108c的两末端连接。当增益导线126b为多条时，上下相邻的两条增益导线126b为并联，并联的方式例如是通过介层通路130b进行连接。在本实施例中，连接导线108c下方配置有二条增益导线126b。值得一提的是，当增益导线126a、126b分别对应连接导线106c与108c配置时，同一水平面的二条的增益导线126a、126b不会相互连接。

基于上述，由于在对称式差动电感结构104中，相同高度位置的螺旋状导线106与108在交错时，螺旋状导线106与108会往下方的另一高度位置进行延伸，因此对称式差动电感结构104中的各导线并未位于相同水平面，可以避免在导线之间产生感应电容。如此一来，对称式差动电感结构104能够降低由感应电容所产生的电能消耗，进而提升Q值。

此外，增益导线124a、124b、126a、126b可以增加对称式差动电感结构104的截面积，以降低导体损失的情况，而有助于对称式差动电感结构104的效能增益。由于增益导线124a、124b、126a、126b亦未与其他导线位于相同水平面，因此在提高对称式差动电感结构104的截面积的同时，也不至于在提高导线之间所产生感应电容。

综上所述，本发明至少具有下列优点：

1.由于在本发明所提出的对称式差动电感结构中的导线互不相邻，因此能避免在导线之间产生感应电容，以降低由感应电容所产生的电能消耗，进而提升Q值。

2.当本发明所提出的对称式差动电感结构具有增益导线时，能增加对称式差动电感结构的截面积，以降低导体损失的情况，而使得对称式差动电感结构的效能增加。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (14)

1.一种对称式差动电感结构，配置于基底上，包括：

第一螺旋状导线，具有第一端与第二端，该第二端以螺旋方式，对应于该对称式差动电感结构的一轴心沿基底的深度方向向内旋入；以及

第二螺旋状导线，以螺旋方式与该第一螺旋状导线相互缠绕且对称于对称平面配置，该第二螺旋状导线具有第三端与第四端，该第四端以螺旋方式，对应于该对称式差动电感结构的该轴心沿基底的深度方向向内旋入，且该第四端与该第一螺旋状导线的该第二端相连接，其中

当该第一螺旋状导线以螺旋方式，对应于该对称式差动电感结构的该轴心沿基底的深度方向向内旋入而该第二螺旋状导线以螺旋方式，对应于该对称式差动电感结构的该轴心沿基底的深度方向向内旋入时，与该基底相距相同距离的该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线在交错时，该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线往该基底方向延伸，而缩短该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线相距该基底的距离。

2.如权利要求1的对称式差动电感结构，其特征在于，该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线的交错位置位于该对称平面上，且互不接触。

3.如权利要求1的对称式差动电感结构，还包括至少一条第一增益导线，该第一螺旋状导线至少包括第一外导线与第一内导线，该第一外导线与该第一内导线串联，且该第一内导线旋入该第一螺旋状导线的内部；该第二螺旋状导线至少包括第二外导线与第二内导线，该第二外导线与该第二内导线串联，且该第二内导线旋入该第二螺旋状导线的内部且与该第一螺旋状导线的该第一内导线相连接，该第一增益导线对应于该第一内导线的投影，配置于该第一内导线与该基底之间，且该第一增益导线与该第一螺旋状导线并联。

4.如权利要求3的对称式差动电感结构，还包括至少一条第二增益导线，该第二增益导线对应于该第二内导线的投影，配置于该第二内导线与该基底之间，且该第二增益导线与该第二螺旋状导线并联。

5.一种对称式差动电感结构，配置于基底上，包括：

第一螺旋状导线，至少包括第一外导线与第一内导线，该第一外导线与该第一内导线串联，且该第一内导线以螺旋方式，对应于该对称式差动电感结构的一轴心沿基底的深度方向向内旋入；以及

第二螺旋状导线，以螺旋方式与该第一螺旋状导线相互缠绕且对称于对称平面配置，至少包括第二外导线与第二内导线，该第二外导线与该第二内导线串联，且该第二内导线以螺旋方式，对应于该对称式差动电感结构的该轴心沿基底的深度方向向内旋入，且该第二内导线与该第一螺旋状导线的该第一内导线相连接，其中

该第一外导线与该第二外导线配置于相对于该基底的第一高度位置，而第一内导线与该第二内导线配置于相对于该基底的第二高度位置，且该第一高度位置高于该第二高度位置，

在该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线的交错位置上，该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线从该第一高度位置进入该第二高度位置。

6.如权利要求5的对称式差动电感结构，其特征在于，该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线的交错位置位于该对称平面上，且互不接触。

7.如权利要求5的对称式差动电感结构，还包括至少一条第一增益导线，对应于该第一内导线的投影，配置于该第一内导线与该基底之间，且该第一增益导线与该第一内导线并联。

8.如权利要求7的对称式差动电感结构，还包括至少一条第二增益导线，对应于该第二内导线的投影，配置于该第二内导线与该基底之间，该第二增益导线与该第二内导线并联。

9.如权利要求5的对称式差动电感结构，其特征在于，该第一螺旋状导线还包括至少一条第一连接导线，连接该第一外导线与该第一内导线，该第二螺旋状导线还包括至少一条第二连接导线，连接该第二外导线与该第二内导线，其中

该第一连接导线与该第二连接导线配置于相对于该基底的第三高度位置，且该第三高度位置位于该第一高度位置与该第二高度位置之间，

在该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线的交错位置上，该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线从该第一高度位置先进入该第三高度位置，再从该第三高度位置进入该第二高度位置。

10.如权利要求9的对称式差动电感结构，其特征在于，该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线的交错位置位于该对称平面上，且互不接触。

11.如权利要求9的对称式差动电感结构，还包括至少一条第一增益导线，对应于该第一内导线的投影，配置于该第一内导线与该基底之间，且该第一增益导线与该第一内导线并联。

12.如权利要求11的对称式差动电感结构，还包括至少一条第二增益导线，对应于该第二内导线的投影，配置于该第二内导线与该基底之间，且该第二增益导线与该第二内导线并联。

13.如权利要求9的对称式差动电感结构，还包括至少一条第一增益导线，对应于该第一连接导线的投影，配置于该第一连接导线下方，该第一增益导线与该第一连接导线并联，且该第一增益导线的位置不低于该第二高度。

14.如权利要求13的对称式差动电感结构，还包括至少一条第二增益导线，对应于该第二连接导线的投影，配置于该第二连接导线下方，该第二增益导线与该第二连接导线并联，且该第二增益导线的位置不低于该第二高度。

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