CN102915930B - 改变射频螺旋电感之间的互感的方法和射频电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改变射频螺旋电感之间的互感的方法和射频电路，有助于提高射频电路中的螺旋电感之间的隔离度。本发明的改变射频螺旋电感之间的互感的方法中，对于固定在基底上的两个以上射频螺旋电感，改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角，从而改变射频螺旋电感之间的互感。本发明的射频电路包括基底和固定在该基底上的两个以上射频螺旋电感，所述两个以上射频螺旋电感中，至少有两个射频螺旋电感所处的平面不互相平行。根据本发明的技术方案，能够在射频螺旋电感占用面积不变的条件下，通过改变射频螺旋电感所处的平面之间的夹角大小实现增大或者减小它们之间的互感，从而有助于在小尺寸环境下实现射频螺旋电感之间有较高的隔离度。

Description

改变射频螺旋电感之间的互感的方法和射频电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别地涉及改变射频螺旋电感之间的互感的方法和射频电路。
背景技术
射频电路通常由电感、电容、传输线等无源器件和有源器件组成。电感器依靠线圈的感抗阻碍电流的变化，具有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等重要的作用。电感器有绕线电感及射频螺旋电感等多种形式。射频螺旋电感可以和其它射频有源或无源器件一起加工在芯片、PCB板、封装基底上，相对于传统的绕线电感，射频螺旋电感具有成本低、集成度高、噪声小、功耗低的优点。传统的射频螺旋电感如图1所示，图1中示出了承载元器件的基底11（包括但不限于硅衬底、Ⅲ-Ⅳ化合物衬底等半导体衬底，印刷电路板，层压封装基底等）和基底上的三个射频螺旋电感12、13、14。射频螺旋电感的形状包括但不限于螺旋线、蛇形走线、直线等各种形状。因为射频螺旋电感呈平板形，所以往往也称作平面螺旋电感。
图1是与本发明实施例有关的具有多个射频螺旋电感的基底的简图，图中仅示出了三个射频螺旋电感，省略了其他元件。在存在多个射频螺旋电感的情况下，这些射频螺旋电感之间会有耦合现象，即产生互感。
随着射频电路的尺寸日益缩小，它所包含的射频元器件也面临着越来越拥挤的环境，使得人们在电路设计过程中，为实现电路的性能要求，不得不考虑这些电感之间的耦合及隔离。如何在小尺寸环境下保证器件相互具有较高隔离度成为射频电路设计中亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种改变射频螺旋电感之间的互感的方法和射频电路，有助于提高射频电路中的螺旋电感之间的隔离度。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种改变射频螺旋电感之间的互感的方法。
本发明的改变射频螺旋电感之间的互感的方法中，对于固定在基底上的两个以上射频螺旋电感，改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角，从而改变射频螺旋电感之间的互感。
可选地，所述射频螺旋电感由金属键合线和金属层走线构成；通过改变所述金属键合线与所述基底的距离来改变所述射频螺旋电感所处平面的角度，从而改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角。
可选地，所述射频螺旋电感由金属层走线构成；通过配置所述金属层走线在所述基底的各个金属层上的分布来改变所述射频螺旋电感所处平面的角度，从而改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角。
可选地，使至少一个射频螺旋电感处于两个平面以上，从而改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角。
可选地，所述射频螺旋电感由金属键合线和金属层走线构成；通过改变所述金属键合线与所述基底的距离使至少一个射频螺旋电感处于两个平面以上。
可选地，所述射频螺旋电感由金属层走线构成；通过配置所述金属层走线在所述基底的各个金属层上的分布，使至少一个射频螺旋电感处于两个平面以上。
可选地，所述基底是半导体衬底、印刷电路板、或层压封装基底。
根据本发明的另一方面，提供了一种射频电路。
本发明的射频电路包括基底和固定在该基底上的两个以上射频螺旋电感，所述两个以上射频螺旋电感中，至少有两个射频螺旋电感所处的平面不互相平行。
可选地，所述基底是半导体衬底、印刷电路板、或层压封装基底。
可选地，所述射频螺旋电感由金属键合线和金属层走线构成。
可选地，至少有一个射频螺旋电感处于两个平面以上。
可选地，所述射频螺旋电感由金属层走线构成。
可选地，所述金属层走线分布在所述基底的不同金属层上。
根据本发明的技术方案，能够在射频螺旋电感占用面积不变的条件下，通过改变射频螺旋电感所处的平面之间的夹角大小实现增大或者减小射频螺旋电感之间的互感，从而有助于在小尺寸环境下实现射频螺旋电感之间较高的隔离度。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是与本发明实施例有关的具有多个射频螺旋电感的基底的简图；
图2A是与本发明实施例有关的固定在基底上的两个由键合线和金属层走线构成的射频螺旋电感的示意图；
图2B是图2A中的S方向的视图；
图3A是与本发明实施例有关的固定在基底上的由键合线和金属层走线构成并且绕制圈数更多的射频螺旋电感的示意图；
图3B是图3A中射频螺旋电感处于一个平面的S方向的视图；
图3C是图3A中射频螺旋电感处于两个平面的S方向的视图；
图4A是与本发明实施例有关的固定在基底上的两个由金属层走线构成的射频螺旋电感的示意图，这两个射频螺旋电感所处的平面互相平行；
图4B是与本发明实施例有关的固定在基底上的两个由金属层走线构成的射频螺旋电感的示意图，这两个射频螺旋电感所处的平面不互相平行。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
在本发明实施例中，对于固定在基底上的两个以上射频螺旋电感，改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角，从而改变射频螺旋电感之间的互感。这里的基底可以是半导体衬底、印刷电路板、或层压封装基底，也可以是其他类型的基底。
图2A是与本发明实施例有关的固定在基底上的两个由键合线和金属层走线构成的射频螺旋电感的示意图。如图2A所示，基底20上固定有两个射频螺旋电感21、22，其中射频螺旋电感21由金属层走线211、212和金属键合线（以下简称为“键合线”）213、214构成，射频螺旋电感22由金属层走线221、222和键合线223、224构成。键合线214、224一端分别与金属层走线211、221连接，另一端与接地金属层23连接。
键合线213、214的主体（即不计两端下弯的部分）是互相平行的，它们确定了一个平面，该平面就是射频螺旋电感所处的平面。射频螺旋电感21、22仅绕制了3/4圈，对于绕制圈数更多的类似型式的射频螺旋电感，多条键合线主体也是互相平行的，这些互相平的多条键合线主体确定出的平面即为该射频螺旋电感所处的平面。
以图2A示出的射频螺旋电感21为例，若要改变它所处的平面，则改变键合线213或键合线214与接地金属层23的距离即可。通常键合线213和键合线214是平行于接地金属层23的，当然也可以使同一个射频螺旋电感中的键合线一端高另一端低并仍保持两条键合线平行。
仍以键合线平行于基底为例，令射频螺旋电感21、22的电感值分别为L1和L2，其中，射频螺旋电感21中的两条键合线213、214距离基底20的接地（GND）金属层23高度分别为h1和h2，射频螺旋电感22中的两条键合线223、224距离GND金属层23高度均为h3。h1、h2和h3标于图2B中。图2B是图2A中的S方向的视图。图2B中还示出了射频螺旋电感21、22分别所处的平面M1和M2，在图2B的视图中，平面M1和M2各自呈一条直线，而键合线213、214、223、224各自呈一个点。
当h2=h3=80um保持不变，h1分别为80um、100um、120um、160um时，射频螺旋电感21与22在2GHz频率点的电感值、互感值、以及隔离度如表1所示。当h1=h3=80um保持不变，h2分别为80um、100um、120um、160um时，射频螺旋电感21与22在2GHz的电感值、互感值、以及隔离度如表2所示。从表1和表2的数据可以看出，当射频螺旋电感21与22所处的平面具有一定夹角时，可以在占用面积不变的条件下，通过改变射频螺旋电感所处的平面之间的夹角大小实现增大或者减小射频螺旋电感之间的隔离度。
表1
表2
利用表1和表2提供的数据，可以通过合理设计h1和h2的高度（不限于选择表1和表2中h1、h2的数值）从而实现需要的隔离度，例如选择h1=160um，得到-50.926dB的隔离度。此时基底20上存在的两个射频螺旋电感21、22所处的平面不再互相平行。在基底20上可以有其他元件从而形成一个射频电路，这个射频电路中可以有更多的射频螺旋电感，同样可以采用本实施例中的方案来改变这些射频螺旋电感之间的隔离度，这样，至少有两个射频螺旋电感所处的平面不互相平行。
对于绕制圈数更多的类似型式的射频螺旋电感，同样可以通过调整键合线与基底的距离来改变各个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角，从而改变射频螺旋电感之间的隔离度。对于绕制圈数更多的射频螺旋电感来说，它可以处于一个或多个平面。
图3A是与本发明实施例有关的固定在基底上的由键合线和金属层走线构成并且绕制圈数更多的射频螺旋电感的示意图。如图3A所示，基底30上的射频螺旋电感31绕了1.25圈，键合线311、312、313主体平行，键合线312一端与接地金属层32连接。这样，可以通过调整键合线311、312、313的高度，使射频螺旋电感31处于一个平面或两个平面。
射频螺旋电感31处于一个平面的情形如图3B所示，图3B是图3A中射频螺旋电感处于一个平面的S方向的视图，其中，键合线311、312、313各自呈现为点，它们处于同一平面M3上（平面M3呈现为一条直线）。
射频螺旋电感31处于两个平面的情形如图3C所示，图3C是图3A中射频螺旋电感处于两个平面的S方向的视图，其中，键合线311、312、313各自呈现为点，它们处于两个平面M4、M5上（平面M4、M5呈现为一条直线），键合线312成为平面M4和平面M5的交线。
如果调整键合线311、312、313与接地金属层32的距离，不论是按类似于图3B的方式保持射频螺旋电感31处于一个平面，还是按类似于图3C的方式使射频螺旋电感31处于两个平面，都能改变射频螺旋电感31与基底上的其他射频螺旋电感（图中未示出）之间的互感，从而也就改变了它们之间的隔离度。可以看出上述两种调整方式，都不改变射频螺旋电感31所占的面积。
以上示出的是由键合线和金属层走线构成的射频螺旋电感。还有一种应用比较广泛的射频螺旋电感不包含键合线，而是由金属层走线构成。参考图4A和图4B，图4A是与本发明实施例有关的固定在基底上的两个由金属层走线构成的射频螺旋电感的示意图，这两个射频螺旋电感所处的平面互相平行。图4B是与本发明实施例有关的固定在基底上的两个由金属层走线构成的射频螺旋电感的示意图，这两个射频螺旋电感所处的平面不互相平行。
图4A中的基底40上的两个射频螺旋电感41和42处于同一金属层上，因此它们互相平行。图4B中的基底43上射频螺旋电感44中，位于通孔441的一侧的一段442处于介质层上面（按图中视图）的金属层，通孔441的另一侧的一段443（以虚线表示）处于介质层下面的金属层，而射频螺旋电感45的整体全部处于介质层上面的金属层，这样，射频螺旋电感44和45所处的平面不再互相平行。
射频螺旋电感41和44的电感值（以L3表示）、射频螺旋电感42和45的电感值（以L4表示）、图4A中的两个射频螺旋电感以及图4B中的两个射频螺旋电感之间的互感值、隔离度示于表3中。
表3
从表3可以看出，当平面螺旋电感所处的平面不互相平行时，可以在占用面积不变的条件下，通过改变射频螺旋电感所处的平面之间的夹角大小实现增大或者减小射频螺旋电感之间的隔离度。
射频电路中同样也可以具有多个以金属层走线构成的射频螺旋电感，可以使其中的一个或几个射频螺旋电感所处平面不互相平行，从而改变它们之间的隔离度。
对于绕制圈数更多的由金属层走线构成的射频螺旋电感，同样可以使它处于同一平面或更多平面，可以通过将金属层走线分布在多层基板中不同金属层来实现。
以上实施方式中，以两种射频螺旋电感为例说明了改变射频螺旋电感之间的互感的方法以及射频电路中有关射频螺旋电感的结构。需要说明的是，这种通过改变射频螺旋电感所处平面之间的夹角来改变射频螺旋电感之间的互感的方法也适用于其他类型的射频螺旋电感。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改变射频螺旋电感之间的互感的方法，其特征在于，
对于固定在基底上的两个以上射频螺旋电感，改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角，从而改变射频螺旋电感之间的互感；
所述射频螺旋电感由金属键合线和金属层走线构成，通过改变所述金属键合线与所述基底的距离来改变所述射频螺旋电感所处平面的角度，从而改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角；或者，所述射频螺旋电感由金属层走线构成，通过配置所述金属层走线在所述基底的各个金属层上的分布来改变所述射频螺旋电感所处平面的角度，从而改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使至少一个射频螺旋电感处于两个平面以上，从而改变至少两个射频螺旋电感所处的平面之间的夹角。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述射频螺旋电感由金属键合线和金属层走线构成；
通过改变所述金属键合线与所述基底的距离使至少一个射频螺旋电感处于两个平面以上。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述射频螺旋电感由金属层走线构成；
通过配置所述金属层走线在所述基底的各个金属层上的分布，使至少一个射频螺旋电感处于两个平面以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底是半导体衬底、印刷电路板、或层压封装基底。
6.一种射频电路，包括
基底和固定在该基底上的两个以上射频螺旋电感，其特征在于，
所述两个以上射频螺旋电感中，至少有两个射频螺旋电感所处的平面不互相平行；
所述射频螺旋电感由金属键合线和金属层走线构成，至少有一个射频螺旋电感处于两个互相不平行的平面以上；或者，所述射频螺旋电感由金属层走线构成，所述金属层走线分布在所述基底的不同金属层上。
7.根据权利要求6所述的射频电路，其特征在于，所述基底是半导体衬底、印刷电路板、或层压封装基底。
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