CN103985503B - 用于射频、微波、以及毫米波集成电路的具有增强共模抑制的集成变压器巴伦 - Google Patents

用于射频、微波、以及毫米波集成电路的具有增强共模抑制的集成变压器巴伦 Download PDF

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Abstract

装置和方法的示例实施例在高频变压器巴伦中提供改进的共模抑制比。根据本发明的示例实施例，一种装置包括：形成初级线圈的、至少一个线匝的第一绕组，具有定向在第一方向上的第一差分引线和第二差分引线，初级线圈被形成在基板上方的第一导电层中并且初级线圈的第一差分引线被接地；以及形成次级线圈的、至少一个线匝的第二绕组，具有定向在第二方向上的第三差分引线和第四差分引线，第二方向以大于零度并且小于180度的角度从第一方向偏移，次级线圈被形成在由绝缘层从第一导电层分离的第二导电层中。

Description

用于射频、微波、以及毫米波集成电路的具有增强共模抑制的 集成变压器巴伦
技术领域
本发明的领域涉及使用在通信、雷达、以及成像系统中的射频、微波、以及毫米波电路。
背景技术
射频、微波、以及毫米波集成电路对无线通信、雷达、以及成像系统的功能是至关重要的。在这些频率上的集成电路设计需要使用片上无源电组件，诸如电阻器、电感器、电容器、以及变压器。变压器和平衡到不平衡（巴伦）设备普遍地使用在无线通信中。变压器通常被用来耦合功能电路块之间的差分射频、微波、或者毫米波频率信号。巴伦被用于信号的单端到差分转换或者差分到单端转换。该转换的有效性在有用的巴伦设计中应当被最大化，以最大化所期望的模式中（例如在差分模式中）的信号功率。
在单端到差分转换中，随着一个端口在变压器巴伦的初级线圈上接地，次级线圈上的理想输出将是纯差分的。在次级线圈处对共模信号的抑制对于最大化差分模式中的信号功率是重要的，并且对于避免后续电路的工作点上的共模变化也是重要的。
在高频处，当在初级线圈的第一端子处用单端输入来激励巴伦并且初级线圈的第二端子被接地时，变压器绕组之间的寄生电容导致次级线圈处不合意的共模输出。该电容的复阻抗在高频处变小，引起了每个线圈的线匝到它自身之间的电容性耦合，并且还引起了初级线圈的线匝到次级线圈之间的电容性耦合。初级线圈不对称地被接地，但是次级线圈一致地被耦合至初级线圈，引起了归因于这个不对称的降低的共模抑制。
差模转换增益是变压器次级处的差分信号功率与初级线圈的第一端子处的单端信号功率之比，其中第二端子被接地。共模转换增益相似地被定义，但是涉及变压器次级处的共模信号功率。巴伦的共模抑制被定义为差模转换增益与共模转换增益之比。最大化共模抑制比（CMRR）是合意的，因为它意味着更多的输入信号功率被转换为合意的差分输出信号，并且更少的输入信号功率被转换为变压器次级线圈处的不合意的共模输出信号。
发明内容
装置和方法的示例实施例，由于对被添加至绕组的中心抽头的电容的减少的需求，而提供了具有最大化的共模抑制比和改进的自谐振频率的改进变压器巴伦。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
形成初级线圈的、至少一个线匝的第一绕组，具有定向在第一方向上的第一差分引线和第二差分引线，初级线圈被形成在基板上方的第一导电层中并且初级线圈的第一差分引线被接地；以及
形成次级线圈的、至少一个线匝的第二绕组，具有定向在第二方向上的第三差分引线和第四差分引线，第二方向以大于零度并且小于180度的角度从第一方向偏移，次级线圈被形成在由绝缘层从第一导电层分离的第二导电层中；
其中初级线圈和次级线圈形成变压器巴伦。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
其中初级线圈具有与次级线圈不同的直径。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
次级线圈的中心抽头与初级线圈的被接地的第一差分引线交叠；并且
次级线圈的第三差分引线和第四差分引线与初级线圈的第二差分引线交叠。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
次级线圈的中心抽头与初级线圈的第二差分引线交叠；并且
次级线圈的第三差分引线和第四差分引线与初级线圈的被接地的第一差分引线交叠。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
初级线圈的中心抽头与次级线圈的第三差分引线交叠；并且
初级线圈的被接地的第一差分引线和第二差分引线与次级线圈的第四差分引线交叠。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
其中初级线圈与次级线圈的定向上的大于零度并且小于180度的偏移角度，归因于对初级线圈的平衡的电容性和电感性耦合，而向次级线圈的第三差分引线和第四差分引线提供相等的总阻抗，由此最大化用于次级线圈的第三差分引线和第四差分引线的共模抑制。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
其中初级线圈的第一引线和第二引线彼此在变压器巴伦的相同侧上；并且次级线圈的第三引线和第四引线彼此在变压器巴伦的相同侧上，减少了每对引线之间的寄生接地环路电感。
本发明的示例实施例包括一种方法，该方法包括：
用装置在基板上方的第一导电层中形成至少一个线匝的初级线圈，初级线圈具有定向在第一方向上的第一差分引线和第二差分引线，并且初级线圈的第一差分引线被接地；以及
用装置在由绝缘层从第一导电层分离的第二导电层中形成至少一个线匝的次级线圈，次级线圈具有定向在第二方向上的第三差分引线和第四差分引线，第二方向以大于零度并且小于180度的角度从第一方向偏移；
其中初级线圈和次级线圈形成变压器巴伦。
本发明的示例实施例包括一种方法，该方法包括：
其中初级线圈具有与次级线圈不同的直径。
本发明的示例实施例包括一种方法，该方法包括：
形成与初级线圈的被接地的第一差分引线交叠的次级线圈的中心抽头；以及
使次级线圈的第三差分引线和第四差分引线与初级线圈的第二差分引线交叠。
本发明的示例实施例包括一种方法，该方法包括：
形成与初级线圈的第二差分引线交叠的次级线圈的中心抽头；以及
使次级线圈的第三差分引线和第四差分引线与初级线圈的被接地的第一差分引线交叠。
本发明的示例实施例包括一种方法，该方法包括：
形成与次级线圈的第三差分引线交叠的初级线圈的中心抽头；以及
使初级线圈的被接地的第一差分引线和第二差分引线与次级线圈的第四差分引线交叠。
本发明的示例实施例包括一种方法，该方法包括：
其中初级线圈与次级线圈的定向上的大于零度并且小于180度的偏移角度，归因于对初级线圈的平衡的电容性和电感性耦合，而向次级线圈的第三差分引线和第四差分引线提供相等的总阻抗，由此最大化用于次级线圈的第三差分引线和第四差分引线的共模抑制。
本发明的示例实施例包括一种方法，该方法包括：
其中初级线圈的第一引线和第二引线彼此在变压器巴伦的相同侧上；并且次级线圈的第三引线和第四引线彼此在变压器巴伦的相同侧上，减少了每对引线之间的寄生接地环路电感。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
用于在基板上方的第一导电层中形成至少一个线匝的初级线圈的器件，初级线圈具有定向在第一方向上的第一差分引线和第二差分引线，并且初级线圈的第一差分引线被接地；以及
用于在由绝缘层从第一导电层分离的第二导电层中形成至少一个线匝的次级线圈的器件，次级线圈具有定向在第二方向上的第三差分引线和第四差分引线，第二方向以大于零度并且小于180度的角度从第一方向偏移；
其中初级线圈和次级线圈形成变压器巴伦。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
其中初级线圈具有与次级线圈不同的直径。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
用于形成与初级线圈的被接地的第一差分引线交叠的次级线圈的中心抽头的器件；以及
用于使次级线圈的第三差分引线和第四差分引线与初级线圈的第二差分引线交叠的器件。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
用于形成与初级线圈的第二差分引线交叠的次级线圈的中心抽头的器件；以及
用于使次级线圈的第三差分引线和第四差分引线与初级线圈的被接地的第一差分引线交叠的器件。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
用于形成与次级线圈的第三差分引线交叠的初级线圈的中心抽头的器件；以及
用于使初级线圈的被接地的第一差分引线和第二差分引线与次级线圈的第四差分引线交叠的器件。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
其中初级线圈与次级线圈的定向上的大于零度并且小于180度的偏移角度，归因于对初级线圈的平衡的电容性和电感性耦合，而向次级线圈的第三差分引线和第四差分引线提供相等的总阻抗，由此最大化用于次级线圈的第三差分引线和第四差分引线的共模抑制。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
其中初级线圈的第一引线和第二引线彼此在变压器巴伦的相同侧上；并且次级线圈的第三引线和第四引线彼此在变压器巴伦的相同侧上，减少了每对引线之间的寄生接地环路电感。
本发明的示例实施例包括一种装置，该装置包括：
其中次级线圈的第三差分引线和第四差分引线耦合至初级线圈的相似区域，并且通过对初级线圈的相似区域的电容性和电感性耦合而看到近似平衡的阻抗。
本发明的示例实施例包括一种方法，该方法包括：
其中次级线圈的第三差分引线和第四差分引线耦合至初级线圈的相似区域，并且通过对初级线圈的相似区域的电容性和电感性耦合而看到近似平衡的阻抗。
本发明的示例实施例，由于对被添加至绕组的中心抽头的电容的减少的需求，而提供了具有最大化的共模抑制比和改进的自谐振频率的改进变压器巴伦。
附图说明
图1图示了本发明的一个示例实施例，其中根据本发明的示例实施例，电路图描绘了示例变压器巴伦，带有初级线圈和次级线圈任一或者两者上可选的中心抽头，以微调次级线圈的差分信号的平衡。
图2图示了本发明的示例实施例，其中三维视图描绘了具有单线匝初级线圈和单线匝次级线圈的示例变压器巴伦，根据本发明的示例实施例，初级线圈具有定向在第一方向上的第一差分引线和第二差分引线，第一差分引线接地，初级线圈被形成在基板上方的第一导电层中，次级线圈具有定位在第二方向上的第三差分引线和第四差分引线，第二方向以90度从第一方向偏移，次级线圈被形成在第一导电层中的初级线圈上方的被绝缘层所分离的第二导电层中。
图3A图示了本发明的示例实施例，描绘了图2的变压器巴伦的侧视图，根据本发明的示例实施例，示出了多个层上的初级线圈和次级线圈以及接地层的分离。
图3B图示了本发明的示例实施例，描绘了图2的变压器巴伦的、图4的沿着截线3B-3B’的横截视图，根据本发明的示例实施例，示出了由一个或多个绝缘电介质层所分离的两个分离导电层上的初级线圈和次级线圈的分离。
图4图示了本发明的示例实施例，描绘了图2的变压器巴伦的顶视图，根据本发明的示例实施例，示出了初级线圈与次级线圈之间在外宽度或直径上的差异，并且示出了这两个线圈在定向上的90度差异。
图5是根据本发明的示例实施例的制造本发明的示例实施例的步骤的示例序列的示例流程图。
图6图示了本发明的示例实施例，描绘了图2的变压器巴伦的顶视图，根据本发明的示例实施例，描述了初级线圈和次级线圈的配置如何形成如下的变压器巴伦，该变压器巴伦由于对被添加至绕组的中心抽头的电容的减少的需求而具有最大化的共模抑制比和改进的自谐振频率。
图6A图示了本发明的示例实施例，其中变压器巴伦的次级线圈具有比初级线圈更大的直径，并且它们以90度的角度偏移。初级线圈的中心抽头与次级线圈的第三差分引线交叠。初级线圈的被接地的第一差分引线和被驱动的第二差分引线与次级线圈的第四差分引线交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，次级线圈的第三差分引线和第四差分引线耦合至初级线圈的相似区域，并且通过与初级线圈的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗。
图6B图示了本发明的示例实施例，其中变压器巴伦的次级线圈具有比初级线圈更大的直径，并且它们以90度的角度偏移。初级线圈的中心抽头与次级线圈的第四差分引线交叠。初级线圈的被接地的第一差分引线和被驱动的第二差分引线与次级线圈的第三差分引线交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，次级线圈的第三差分引线和第四差分引线耦合至初级线圈的相似区域，并且通过与初级线圈的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗。
图6C图示了本发明的替代示例实施例，其中变压器巴伦的初级线圈具有比次级线圈更大的直径，并且它们以90度的角度偏移。该图示出了，次级线圈的中心抽头与初级线圈的被接地的第一差分引线交叠。次级线圈14的第三差分引线和第四差分引线与初级线圈的被驱动的第二差分引线交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，次级线圈的第三差分引线和第四差分引线耦合至初级线圈的相似区域，并且通过与初级线圈的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗。
图6D图示了本发明的替代示例实施例，其中变压器巴伦的初级线圈具有比次级线圈更大的直径，并且它们以90度的角度偏移。该图示出了，次级线圈的中心抽头与初级线圈的被驱动的第二差分引线交叠。次级线圈的第三差分引线和第四差分引线与初级线圈的被接地的第一差分引线交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，次级线圈的第三差分引线和第四差分引线耦合至初级线圈的相似区域，并且通过与初级线圈的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗。
图6E图示了本发明的示例实施例，其中变压器巴伦的次级线圈具有比初级线圈更大的直径，并且它们以大于零度并且小于180度的角度偏移。初级线圈的中心抽头与次级线圈的第三差分引线交叠。初级线圈的被接地的第一差分引线和被驱动的第二差分引线与次级线圈的第四差分引线交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，次级线圈的第三差分引线和第四差分引线耦合至初级线圈的相似区域，并且通过与初级线圈的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗。
图6F图示了本发明的替代示例实施例，其中变压器巴伦的初级线圈具有比次级线圈更大的直径，并且它们以大于零度并且小于180度的角度偏移。该图示出了，次级线圈的中心抽头与初级线圈的被接地的第一差分引线交叠。次级线圈的第三差分引线和第四差分引线与初级线圈的被驱动的第二差分引线交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，次级线圈的第三差分引线和第四差分引线耦合至初级线圈的相似区域，并且通过与初级线圈的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗。
图7A图示了本发明的示例实施例，根据本发明的示例实施例，描绘了制备变压器巴伦的第一阶段，其中掩蔽层可以被沉积在基板的表面上，留下孔隙用于沉积金属层而形成初级线圈。
图7B图示了本发明的示例实施例，根据本发明的示例实施例，描绘了制备变压器巴伦的第二阶段，其中绝缘体层可以被沉积在基板的表面上并且在基板的表面上的初级线圈的上方。
图7C图示了本发明的示例实施例，根据本发明的示例实施例，描绘了制备变压器巴伦的第三阶段，其中掩蔽层可以被沉积在绝缘体层的表面上，留下孔隙用于沉积金属层而形成次级线圈。
图7D图示了本发明的示例实施例，根据本发明的示例实施例，描绘了制备变压器巴伦的完成阶段，其中次级线圈被定位在绝缘体层地表面上，并且初级线圈被定位在绝缘体层的下方，与次级线圈同心，并且初级线圈的引线以90度的角度从次级线圈的引线偏移。
具体实施方式
根据本发明的示例实施例，通过将初级线圈和次级线圈的引线定向在大于零度并且小于180度的角度，例如定向在90度，以抵消初级线圈的不对称阻抗（初级线圈的该不对称阻抗电容性地以及电感性地耦合至次级线圈），变压器巴伦的共模抑制可以增强。归因于对于在初级线圈和次级线圈的中心抽头任一或者两者处增加的电容的减少的需求，通过这个方法变压器巴伦的自谐振频率也可以增强。直观地，变压器巴伦的改进的共模抑制—以及为了最大化共模抑制而在变压器次级上所需要的电容上的伴随减小—是由于在初级线圈和次级线圈之间引入了旋转不对称。这个旋转不对称寻求抵消初级线圈中的阻抗不对称。
为了与制造技术兼容，集成电路设计规则可能限制所绘制的形状具有关于模具（die）边缘成45或90度而定向的边缘，因此这里所讨论的示例实施例选择初级线圈与次级线圈之间的90度的相对定向。因为相同的原因，线圈可以被实施为圆的多边形近似—例如被实施为八边形—以符合设计规则。
根据本发明的示例实施例，包括变压器巴伦的两个线圈可以以90度偏移，从而次级线圈的两根引线与初级线圈的部分交叠，并且次级线圈的中心抽头与初级线圈具有不同阻抗的一部分交叠。例如，次级的中心抽头可以与初级线圈的“接地引线”交叠，而次级的两个信号端子可以与初级线圈的“驱动引线”交叠。反过来的配置也是可能的。这可以促使次级线圈的两个半线圈看到基本相似的阻抗，其归因于对初级线圈的相似且相等的阻抗区域的电容性和电感性耦合，由此增强了巴伦的共模抑制。另外，根据本发明的示例实施例，可以使次级端子间距为小，从而两个次级引线在它们交叠的位置处耦合至初级线圈的相同区域，并且通过与初级线圈的这个电容性耦合而看到近似平衡的阻抗。
初级线圈与次级线圈的定向上的90度差异，可以在10GHz-400GHz频率范围中向巴伦的两个平衡引线提供相等的返回路径电感，其中10GHz-400GHz频率范围中的返回路径电感对电路性能的影响可能是显著的。返回路径电感通常指代如下电流环路的所有部分：该电流环路不沿着线圈它本身而是替代地在附近的导电结构（诸如接地平面或变压器的其他线圈）中。在该示例实施例中，初级的一个节段可以基本上接地（阻抗接近于零），并且归因于初级线圈的长度及其相关联的电感，另一个节段可以具有更高的视在阻抗。因此，次级线圈的每个半线圈具有与初级线圈的基本接地节段平行并且耦合至初级线圈的基本接地节段的节段，以及与初级线圈的较高阻抗节段平行并且耦合至初级线圈的较高阻抗节段的节段。这个相似性提供了对于该示例实施例相比先前的变压器巴伦提供共模抑制上的增强的直观理解。
此外，根据本发明的示例实施例，次级线圈的差分引线可以定位在变压器巴伦的相同侧上，减少了引线之间的寄生（接地环路）电感。这样做减少了次级线圈的差分阻抗对大小、形状、以及周围接地平面的接近性的依赖。将引线接近地放置在一起可以减小返回路径的长度并且使得巴伦能够在更高的频率处工作。额外的益处可以是：由于差分引线的接近性，差分波导（例如差分微带或共面带状线波导）可以更容易地连接至变压器巴伦。
本发明的这个示例实施例用来增加变压器巴伦的共模抑制比（CMRR），将更多的输入信号功率转换为合意的差分输出信号。此外，附加的益处可以是：为了最大化共模抑制比（CMRR）而在变压器次级中心抽头上所需要的电容，对于90度变压器巴伦比对于替代的180度变压器巴伦可以小得多。这是因为本发明的示例实施例的引线的角度定向抵消了初级线圈中固有的不对称，初级线圈使一个引线接地并且另一个引线由非零源阻抗所驱动。作为结果，需要更少的附加电容被添加至线圈的（多个）中心抽头。
在本发明的示例实施例中，初级线圈可以被形成在第一导电层中，而被绝缘层从被形成在第二导电层中的次级线圈所分离。被应用至初级线圈的引线的高频信号产生与次级线圈电感地耦合的磁场。变压器巴伦的自谐振频率必须比电路工作频率高得足够多，以实现低损耗。用于工作在94GHz电路中的变压器巴伦的示例外部直径，具有直径大约是70微米的次级线圈，并且分离两个线圈的绝缘层的厚度大约是一微米。变压器巴伦的两个线圈可以被形成在多层集成电路的不同金属层上，以最小化初级线圈与次级线圈之间的电容性耦合。
在本发明的示例替代实施例中，包括变压器巴伦的两个线圈可以具有不同的外直径。这减小了初级与次级之间的电容性耦合，该电容性耦合发生在堆叠配置变压器巴伦中，在堆叠配置变压器巴伦中初级线圈和次级线圈基本上是相同的大小和形状但是占用被中间层电介质分离的不同金属层。
在本发明的又另一个示例替代实施例中，每个线圈可以具有中心抽头，调谐电容可以被放置在该中心抽头处，以进一步改进变压器巴伦的共模抑制。对初级线圈或次级线圈的中心抽头中的任一个是固有的电容或者被添加的电容，可以被用来平衡差分输出并且改进巴伦的CMRR。特别地，向次级添加电容可能是非常有效的，并且相比线圈的定向上不具有差异或者具有180度差异的替代平行巴伦，巴伦中的线圈的定向上的90度差异需要较少的电容。
图1图示了本发明的示例实施例，其中根据本发明的示例实施例，电路图描绘了示例变压器巴伦10，带有初级线圈12和次级线圈14任一或者两者上可选的中心抽头17和24，以微调次级线圈的差分信号的平衡。初级线圈可以包括信号引线16、接地引线18、以及可选的中心抽头17。次级线圈可以包括第一差分信号引线20、第二差分信号引线22、以及可选的中心抽头引线24。图1的变压器巴伦10可以被用来耦合功能电路块之间的射频、微波、或毫米波频率信号，用于单端到差分的转换。变压器巴伦10可以被用来在单端与差分信号之间转换或者反之亦然。在单端到差分转换中，一个引线18在初级线圈12上被接地并且输出信号在次级线圈14上是差分的。它是无源互易网络，因此它在单端到差分转换与它在相反方向做得同样好。
图2图示了本发明的示例实施例，其中是X、Y和Z方向中的三维视图。该图描绘了示例变压器巴伦10具有单匝初级线圈12和单匝次级线圈14。初级线圈12具有沿着第一方向Y定向的第一差分引线18和第二差分引线16，第一差分引线18接地。初级线圈12可以被形成在基板（诸如二氧化硅和/或氮化硅的绝缘基板）上方的第一导电层（诸如铜）中，基板本身可以在任意数量的其他基板（诸如硅）上。次级线圈14具有沿着第二方向X定位的第三差分引线20和第四差分引线22，第二方向X以90度从第一方向Y偏移。根据本发明的示例实施例，次级线圈14可以被形成在第一导电层中的初级线圈12的上方被绝缘层（诸如二氧化硅或氮化硅）所分离的第二导电层（诸如铜）中。备选地，初级线圈12可以在较高的金属层上，并且次级线圈14可以在较低的金属层上。
该图示出了变压器巴伦10的两个线圈12和14可以具有不同的外直径。该图中所示出的参考标尺在45和90微米被划分刻度，指示初级线圈12的直径近似为50微米并且次级线圈的直径近似为70微米。这可以减小初级12与次级14之间的电容性耦合，该耦合能够发生在堆叠配置变压器巴伦中，在堆叠配置变压器巴伦中初级线圈和次级线圈将基本上是相同大小和形状的，但是占用被中间层电介质所分离的不同金属层。接地平面导体30可能需要用于仿真并且可能通常在实践中也被包括，用于仿真与所制备的设备之间的良好匹配。
图3A图示了本发明的示例实施例，描绘了图2的变压器巴伦10的侧视图，根据本发明的示例实施例，示出了在多个层上的初级线圈12、次级线圈14、以及接地层30的分离。被示出在从初级线圈和次级线圈分离并且在初级线圈和次级线圈下方的层上的接地平面导体30，可能需要用于仿真并且可能通常在实践中也被包括，用于仿真与所制备的设备之间的良好匹配。图3A是简化的视图并且没有示出分离导电层的绝缘层或者绝缘层对导体的封装。在图3B中示出了变压器巴伦10结构的更详细的视图。
图3B图示了本发明的示例实施例，描绘了图2的变压器巴伦10的、图4的沿着截面线3B-3B’的横截面视图，根据本发明的示例实施例，示出了在被绝缘层40所分离的两个分离导电层上的初级线圈12和次级线圈14的分离。初级线圈12可以被形成在基板44（诸如二氧化硅或氮化硅的绝缘基板）上方的第一导电层（诸如铜）中。根据本发明的示例实施例，次级线圈14可以被形成在第一导电层中的初级线圈12上方被绝缘层40（诸如二氧化硅或氮化硅）所分离的第二导电层（诸如铜）中。可选的接地平面导体30也在该图中被示出在被绝缘体层42从初级线圈12分离并且在初级线圈12下方的层上。绝缘材料在侧方封装金属。绝缘层不仅夹在金属之间，而且在它们的侧方上完全封装金属层。顶部金属可以暴露于空气或者进一步由任意数量的附加绝缘层（在图3B中未示出）所封装。如果基板是半导体，诸如硅，则绝缘材料可以定位于硅基板与接地平面金属之间。
图4图示了本发明的示例实施例，描绘了图2的变压器巴伦10的顶视图，根据本发明的示例实施例，示出了初级线圈12与次级线圈14之间的外宽度或直径上的差异，并且示出了这两个线圈沿着各自的Y和X方向的定向上的90度差异。在该图中由相互正交的轴来表示X和Y方向，相互正交的轴在交叉点交叉，该交叉点也被与X和Y轴相互正交的Z轴所交叉。初级线圈12是其导体关于Z轴的单绕组。次级线圈14是其导体关于Z轴的单绕组。初级线圈12和次级线圈14彼此同心并且具有它们的与Z轴一致的中心。用于图3B的横截视图的横截线3B-3B’关于变压器巴伦10的初级线圈和次级线圈而被示出。
根据本发明的示例实施例，以下是设计本发明的示例实施例的示例步骤。
1）在尺寸（d1）的金属层（k）上设计第一线圈。
a.如果使用多个线匝，则在金属层（k-1）和/或（k+1）上实施下穿通道（underpass）或高架通道（overpass）。
2）在尺寸（d2≠d1）的不同金属层（m>k）上设计第二线圈，从而通过使差异︱d2-d1︱足够大，这两个线圈不交叠。
a.如果使用多个线匝，则在金属层（m-1）和/或（m+1）上实施下穿通道或高架通道。
3）关于它们的公共中心轴旋转一个或两者线圈，使得两组差分引线是正交的。换句话说，在初级与次级之间实施90度的旋转。
4）仿真并且可选地将中心抽头添加到至少一个线圈，通常以次级线圈开始，向该线圈提供一些寄生电容并且提供引线，显式电容能够被放置于该引线上。
5）如果有必要满足共模抑制规范，则将显式电容添加至所添加的（多个）中心抽头并且调谐每个电容值以满足双共轭阻抗匹配下的共模抑制要求。
根据本发明的示例实施例，图5是制造本发明的示例实施例的步骤的示例序列的示例流程图500。该流程图的步骤可以以与所示出的顺序不同的顺序被执行并且各个步骤可以被组合或者被分离为分量步骤。该流程图具有下列步骤：
步骤502：用装置在基板上方的第一导电层中形成至少一个线匝的初级线圈，该初级线圈具有定向在第一方向上的第一差分引线和第二差分引线，并且该初级线圈的第一差分引线被接地；以及
步骤504：用装置在被绝缘层从第一导电层分离的第二导电层中形成至少一个线匝的次级线圈，该次级线圈具有定向在第二方向上的第三和第四差分引线，第二方向以大于零度并且小于180度的角度从第一方向偏移；
其中该初级线圈和该次级线圈形成变压器巴伦。
图6图示了本发明的示例实施例，描绘了图2的变压器巴伦10的顶视图，描述了初级线圈和次级线圈的配置如何形成如下的变压器巴伦：归因于对被添加至绕组的中心抽头的电容的减少的需求，该变压器巴伦具有最大化的共模抑制比和改进的自谐振频率。
这个实施例中的次级线圈14具有比直径为“d1”的初级线圈12更大的直径“d2”，并且初级线圈12的中心抽头17与次级线圈14的第三差分引线20交叠。初级线圈12的接地第一差分引线18和第二差分引线16与次级线圈14的第四差分引线22交叠。次级线圈14在初级线圈12上方的上层金属层中。
接下来是对于为何本发明可以增强先前变压器巴伦的共模抑制的解释；已经在全波电磁仿真中论证了显著的性能增强以支持这个解释。想象每个线圈沿着其对称轴被两半地切分成为两个“半线圈”。次级线圈14用四个节段A、B、C和D来示出。对于次级线圈14，节段A和B在第四引线22与中心抽头24之间形成次级线圈14的一半。节段C和D在第三引线20与中心抽头24之间形成次级线圈14的另一半。对于初级线圈12，节段A’和C’在驱动第二引线16与中心抽头17之间形成初级线圈的一半。节段B’和D’在接地第一引线18与中心抽头17之间形成初级线圈14的另一半。
假设每个半线圈是基本上低阻抗的（诸如被接地）或者高阻抗的（诸如被连接至50欧姆线）。在现实中，该阻抗沿着该导体连续地变化，所以这是一种简化。初级线圈12和次级线圈14上的平行节段电容性地且电感性地相互耦合。使用这个简化的视图，初级线圈12具有基本上被接地的一个半线圈（节段B’和D’）以及基本上更高阻抗的另一个半线圈（节段A’和C’）。
对于次级线圈14的第一半，次级线圈14的节段B平行于初级线圈12的接地节段B’，并且这两个节段电容性地且电感性地相互耦合。次级线圈14的节段A平行于初级的驱动节段A’，并且这两个节段电容性地且电感性地相互耦合。对于次级线圈14的第二半，次级线圈14的节段D平行于初级线圈12的接地节段D’，并且容性地且电感性地相互耦合。次级线圈14的节段C平行于初级线圈12的驱动节段C’，并且容性地且电感性地相互耦合。
因为这些平行的节段在次级线圈14的每个半线圈中针对高阻抗节段和接地节段两者都被耦合，所以次级线圈14的每个半线圈中的总阻抗基本上相等。归因于对被添加至线圈的中心抽头的电容的减小的需求，正是这个相等最大化了共模抑制比并且改进了自谐振频率。
如所阐述的，这个半线圈论证是一种简化。通过将每个线圈细分为非常小的节段并且针对每个节段定义“视在阻抗”，可以改进其精确度。然后最优设计将寻求使如从次级线圈的每个几何半线圈所看到的这些阻抗的总和平衡。这种论证的概括是，本发明的90度地实施例不一定是最好的，尽管它比使用0度或180度设计的配置更好。在实践中，最优定向将是大于零度并且小于180度的某个角度，该角度使次级线圈14的两个半线圈平衡。
图6A图示了本发明的示例实施例，其中变压器巴伦10A的次级线圈14具有比初级线圈12更大的直径，并且它们以90度的角度偏移。次级线圈14在初级线圈12上方的上层金属层中。初级线圈12的中心抽头17与次级线圈14的第三差分引线20交叠。初级线圈12的被接地的第一差分引线18和被驱动的第二差分引线16与次级线圈14的第四差分引线22交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，如图6中所图示的，次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22耦合至初级线圈12的相似区域，并且通过与初级线圈12的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗Z20和Z22。
图6B图示了本发明的示例实施例，其中变压器巴伦10B的次级线圈14具有比初级线圈12更大的直径，并且它们以90度的角度偏移。次级线圈14在初级线圈12上方的上层金属层中。初级线圈12的中心抽头17与次级线圈14的第四差分引线22交叠。初级线圈12的被接地的第一差分引线18和被驱动的第二差分引线16与次级线圈14的第三差分引线20交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，如图6中所图示的，次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22耦合至初级线圈12的相似区域，并且通过与初级线圈12的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗Z20和Z22。
图6C图示了本发明的替代示例实施例，其中变压器巴伦10C的初级线圈12具有比次级线圈14更大的直径，并且它们以90度的角度偏移。初级线圈12在次级线圈14上方的上层金属层中。该图示出了，次级线圈14的中心抽头24与初级线圈12的被接地的第一差分引线18交叠。次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22与初级线圈12的被驱动的第二差分引线16交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，与图6中所图示的相似的，次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22耦合至初级线圈12的相似区域，并且通过与初级线圈12的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗Z20和Z22。
图6D图示了本发明的替代示例实施例，其中变压器巴伦10D的初级线圈12具有比次级线圈14更大的直径，并且它们以90度的角度偏移。初级线圈12在次级线圈14上方的上层金属层中。该图示出了，次级线圈14的中心抽头24与初级线圈12的被驱动的第二差分引线16交叠。次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22与初级线圈12的被接地的第一差分引线18交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，与图6中所图示的相似的，次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22耦合至初级线圈12的相似区域，并且通过与初级线圈12的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗Z20和Z22。
图6E图示了本发明的示例实施例，其中变压器巴伦10E的次级线圈14具有比初级线圈12更大的直径，并且它们以大于零度并且小于180度的角度偏移。次级线圈14在初级线圈12上方的上层金属层中。初级线圈12的中心抽头17与次级线圈14的第三差分引线20交叠。初级线圈12的被接地的第一差分引线18和被驱动的第二差分引线16与次级线圈14的第四差分引线22交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，如图6中所图示的，次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22耦合至初级线圈12的相似区域，并且通过与初级线圈12的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗。
图6F图示了本发明的替代示例实施例，其中变压器巴伦10F的初级线圈12具有比次级线圈14更大的直径，并且它们以大于零度并且小于180度的角度偏移。初级线圈12在次级线圈14上方的上层金属层中。该图示出了，次级线圈14的中心抽头24与初级线圈12的被接地的第一差分引线18交叠。次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22与初级线圈12的被驱动的第二差分引线16交叠。在这种配置中，根据本发明的示例实施例，与图6中所图示的相似的，次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22耦合至初级线圈12的相似区域，并且通过与初级线圈12的相似区域的电容性和电感性的耦合而看到近似平衡的阻抗。
集成电路掩模制备过程可能执行如下的布局规则：要求导体边缘以关于模具或掩模边缘的大于0并且小于180度的某个值的角度增量而定向。例如，一些集成电路掩模制备过程可能允许45度的最小角度增量，使得能够形成在图4的变压器巴伦10中所看到的八边形线圈。其他的集成电路掩模制备过程可能允许更小的角度增量，允许线圈近似于变压器巴伦10、10A、10B、10C、10D、10E或10F的圆形形状。因此，变压器巴伦10E和10F（诸如图6E和6F中所描绘的）被制备过程所约束，而具有它们的初级线圈与次级线圈的引线在可允许的角度网格（angular grid）上的相对角度定向。
每个线圈节段看到的视在阻抗主要归因于与相对的线圈节段的电容性和磁性耦合。在两个方向上互电感是相同的，不取决于线圈是否是较大的线圈或者较小的线圈。然而，线圈关于基板的电容取决于线圈的大小以及基板有多接近，并且因此将较小的线圈放置在更低的金属层上，从而它具有更少的面积并且因此更少的对基板的电容，相比将较大的线圈更接近基板放置，可能具有提高变压器巴伦的自谐振频率的有益效果。当使用半导体（诸如硅）或低电阻基板时，这可能特别重要。可能有益的是，不使两个线圈大小相同，因为那么它们将具有对彼此更大的电容，具有变压器巴伦的自谐振频率降低的有害效果，以及降低变压器巴伦的共模抑制。
可能方便的是，使用较高的金属层作为次级线圈，以使得通向最上层金属层上的差分波导的更容易的连接成为可能。相似地，可能方便的是，将单端初级线圈实施在较低的金属层上，因为它的引线之一需要接地，并且然后在与较低金属层更接近的附近的是通常被实施在集成电路上的接地平面，允许通向线圈的接地引线的更短连接。
图7A图示了本发明的示例实施例，描绘了制备变压器巴伦10中的第一阶段，其中掩蔽层35（例如二氧化硅的层）可以沉积在基板44的表面上，并且孔隙可以被蚀刻在掩蔽层中用于沉积金属层36而形成初级线圈12。金属沉积过程可以在真空室中通过对金属（诸如铜）的真空沉积，将金属层36沉积在掩蔽层35的表面上以及基板表面通过掩蔽层35中的孔隙而被暴露的部分上。然后可以通过化学/机械抛光使金属层36和掩蔽层35平面化，使初级线圈12留在基板表面上的掩蔽层35的孔隙中。初级线圈12可以由基板44上方的金属层36中的至少一个线匝来形成。掩蔽层35中的孔隙可以被定位以使初级线圈12的第一差分引线16和第二差分引线18定向在第一方向Y上，如图2中所示出的。由掩蔽层35中的孔隙所形成的初级线圈12的示例直径可以是近似50微米。
图7B图示了本发明的示例实施例，描绘了制备变压器巴伦10的第二阶段，其中绝缘体层40可以被沉积在掩蔽层35的平面化表面上并且在初级线圈12的暴露金属表面的上方。用于绝缘体40的沉积过程可以在沉积室中对二氧化硅或其他绝缘材料的化学汽相沉积，将二氧化硅层沉积在掩蔽层35的平面化表面上并且在初级线圈12的暴露金属表面的上方。在初级线圈12的顶部上方的绝缘体层40的厚度可以为大约一微米。
图7C图示了本发明的示例实施例，描绘了制备变压器巴伦10的第三阶段，其中掩蔽层37（例如二氧化硅或其他绝缘材料的层）可以被沉积在绝缘体层40的表面上，并且孔隙可以被蚀刻在掩蔽层中用于沉积金属层38而形成次级线圈14。金属沉积过程可以在真空室中通过对金属（诸如铜）的真空沉积，将金属层38沉积在掩蔽层37的表面上以及绝缘体层40通过掩蔽层37中的孔隙而被暴露的部分上。然后可以通过化学/机械抛光使金属层38和掩蔽层37平面化，使次级线圈14留在绝缘体层40的表面上的掩蔽层37的孔隙中。次级线圈14可以由绝缘体层40上方的金属层38中的至少一个线匝来形成。掩蔽层37中的孔隙可以被定位以使次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22定向在第二方向X上，第二方向X以90度的角度从第一方向Y偏移，如图2中所示出的。由掩蔽层37中的孔隙所形成的次级线圈14的示例直径可以是近似70微米。
图7D图示了本发明的示例实施例，描绘了制备变压器巴伦10的完成阶段，其中金属次级线圈14被定位在绝缘体层40的表面上，并且金属初级线圈12被定位在绝缘体层40之下。次级线圈14的第三差分引线20和第四差分引线22定向在第二方向X，第二方向X以90度的角度从第一方向Y偏移，第一方向Y用于初级线圈的第一差分引线16和第二差分引线18，如图2中所示出的。初级线圈12具有近似50微米的直径并且与具有近似70微米直径的次级线圈14同心。
进行了本发明的示例实施例的仿真并且与替代变压器巴伦结构相比较。
1）该仿真被设置以在合理的片上假设下分析变压器巴伦的共模抑制比（CMRR）和Gmax（最大增益）。变压器巴伦在频率范围90-100GHz中被仿真，并且这里所给出的数据用于95GHz频点。
2）仿真了四个物理模型。存在巴伦引线的90度定向和180度定向。存在同心（不同直径）的初级/次级线圈和堆叠的/相同大小的初级/次级线圈。被仿真的具有90度定向和通信（不同直径）的初级/次级线圈的变压器巴伦，被发现具有应当被优选用于高频设计的最好共模抑制比（CMRR）。
3）针对90度定向的变压器巴伦和180度定向的变压器巴伦的最优化结果总结如下。因为对于同心并且相同大小的巴伦，初级线圈在大小上是不同的，所以它们的Gmax=S21是不同的。
a.90度，同心：CMRR=33.6dB，Gmax=S21=-1.1dB
b.180度，同心：CMRR=23.3dB，Gmax=S21=-1.0dB
c.90度，堆叠/相同大小：CMRR=30.2dB，Gmax=S21=-1.76dB
d.180度，堆叠/相同大小：CMRR=17.8dB，Gmax=S21=-0.75dB
4）看到了针对本发明的示例实施例，CMRR被最大化，其中变压器巴伦针对引线和同心（不同直径）的初级/次级线圈具有90度的定向。
5）除了其他的益处之外，90度配置还可能在次级上需要更小的电容，这可以节省片上面积并且可以提高变压器巴伦的自谐振频率。
优点：
根据本发明的示例实施例，最小化的寄生电容允许高的自谐振频率并且使得这个设计对于微波和毫米波单端到差分转换或者差分到单端转换特别有用。特别地，单线匝初级和次级线圈在毫米波频率可能是有用的，在毫米波频率处多线匝变压器由于过低的自谐振频率可能通常不被使用。
根据本发明的示例实施例，基于如次级线圈的引线所看到的初级线圈的区域的平衡阻抗，通过初级线圈与次级线圈之间的电容性和电感性的耦合，利用几何修正来达到（当使用在单端到差分转换配置中时）差分输出的平衡。例如，与通过在次级中心抽头处使用添加的电容相比，这减小了损耗。
根据本发明的示例实施例，对于共模抑制的给定级别，需要更少的“平衡”电容被放置（潜在地为零），并且可以容易地被放置在次级线圈的中心抽头处。次级线圈可以基本上是几何对称的。
根据本发明的示例实施例，在初级线圈的中心抽头而不是在次级线圈的中心抽头处放置平衡电容（如果需要的话），或者除了在次级线圈的中心抽头还在在初级线圈的中心抽头处放置平衡电容（如果需要的话），在连接至次级线圈的差分电路中可以帮助减少共模振荡问题。这是因为相比替代的0度或180度变压器，在次级线圈的中心抽头处需要更少的电容用于差分信号平衡。取而代之，更高的阻抗可以被放置在次级线圈的中心抽头处，以通过减小共模阻抗的品质因数来抑制共模振荡。
根据本发明的示例实施例，两个线圈的定向上的90度差异可以允许更紧凑或更方便的电路布局。变压器巴伦10的所有四个侧方是易使用的并且可以为不同的目的服务。初级引线、初级线圈的中心抽头、次级线圈的引线、以及次级线圈的中心抽头每个占用变压器巴伦10周围的矩形边界的分离边界。对中心抽头和初级/次级线圈的使用不受限制。
本发明的作为结果的示例实施例，由于对被添加至绕组的中心抽头的电容的减少的需求，而提供了具有最大化的共模抑制比和改进的自谐振频率的改进变压器巴伦。
尽管已经公开了特定的示例实施例，但是本领域的技术人员将理解，不偏离本发明的精神和范围，能够对这些特定的示例实施例做出改变。

Claims (23)

1.一种用于射频、微波、以及毫米波电路的设备，包括：
形成初级线圈的、至少一个线匝的第一绕组，具有定向在第一方向上的第一差分引线和第二差分引线，所述初级线圈被形成在基板上方的第一导电层中并且所述初级线圈的所述第一差分引线被接地；以及
形成次级线圈的、至少一个线匝的第二绕组，具有定向在第二方向上的第三差分引线和第四差分引线，所述第二方向以大于零度并且小于180度的角度从所述第一方向偏移，所述次级线圈被形成在由绝缘层从所述第一导电层分离的第二导电层中；
其中所述初级线圈和所述次级线圈形成变压器巴伦。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述初级线圈具有与所述次级线圈不同的直径。
3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：
所述次级线圈的中心抽头与所述初级线圈的所述被接地的第一差分引线交叠；并且
所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线与所述初级线圈的所述第二差分引线交叠。
4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：
所述次级线圈的中心抽头与所述初级线圈的所述第二差分引线交叠；并且
所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线与所述初级线圈的所述被接地的第一差分引线交叠。
5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：
所述初级线圈的中心抽头与所述次级线圈的所述第三差分引线交叠；并且
所述初级线圈的所述被接地的第一差分引线和所述第二差分引线与所述次级线圈的所述第四差分引线交叠。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述初级线圈与所述次级线圈的定向上的大于零度并且小于180度的偏移角度，归因于对所述初级线圈的平衡的电容性和电感性耦合，而向所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线提供相等的总阻抗，由此最大化用于所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线的共模抑制。
7.根据权利要求1-6中的任一项权利要求所述的设备，其中所述初级线圈的所述第一差分引线和所述第二差分引线彼此在所述变压器巴伦的相同侧上；并且所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线彼此在所述变压器巴伦的相同侧上，减少了每对所述差分引线之间的寄生接地环路电感。
8.一种用于射频、微波、以及毫米波电路的方法，包括：
在基板上方的第一导电层中形成至少一个线匝的初级线圈，所述初级线圈具有定向在第一方向上的第一差分引线和第二差分引线，并且所述初级线圈的所述第一差分引线被接地；以及
在由绝缘层从所述第一导电层分离的第二导电层中形成至少一个线匝的次级线圈，所述次级线圈具有定向在第二方向上的第三差分引线和第四差分引线，所述第二方向以大于零度并且小于180度的角度从所述第一方向偏移；
其中所述初级线圈和所述次级线圈形成变压器巴伦。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述初级线圈具有与所述次级线圈不同的直径。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
形成与所述初级线圈的所述被接地的第一差分引线交叠的所述次级线圈的中心抽头；以及
使所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线与所述初级线圈的所述第二差分引线交叠。
11.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
形成与所述初级线圈的所述第二差分引线交叠的所述次级线圈的中心抽头；以及
使所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线与所述初级线圈的所述被接地的第一差分引线交叠。
12.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
形成与所述次级线圈的所述第三差分引线交叠的所述初级线圈的中心抽头；以及
使所述初级线圈的所述被接地的第一差分引线和所述第二差分引线与所述次级线圈的所述第四差分引线交叠。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述初级线圈与所述次级线圈的定向上的大于零度并且小于180度的偏移角度，归因于对所述初级线圈的平衡的电容性和电感性耦合，而向所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线提供相等的总阻抗，由此最大化用于所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线的共模抑制。
14.根据权利要求8-13中的任一项权利要求所述的方法，其中所述初级线圈的所述第一差分引线和所述第二差分引线彼此在所述变压器巴伦的相同侧上；并且所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线彼此在所述变压器巴伦的相同侧上，减少了每对所述差分引线之间的寄生接地环路电感。
15.一种用于射频、微波、以及毫米波电路的设备，包括：
用于在基板上方的第一导电层中形成至少一个线匝的初级线圈的装置，所述初级线圈具有定向在第一方向上的第一差分引线和第二差分引线，并且所述初级线圈的所述第一差分引线被接地；以及
用于在由绝缘层从所述第一导电层分离的第二导电层中形成至少一个线匝的次级线圈的装置，所述次级线圈具有定向在第二方向上的第三差分引线和第四差分引线，所述第二方向以大于零度并且小于180度的角度从所述第一方向偏移；
其中所述初级线圈和所述次级线圈形成变压器巴伦。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述初级线圈具有与所述次级线圈不同的直径。
17.根据权利要求15所述的设备，进一步包括：
用于形成与所述初级线圈的所述被接地的第一差分引线交叠的所述次级线圈的中心抽头的装置；以及
用于使所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线与所述初级线圈的所述第二差分引线交叠的装置。
18.根据权利要求15所述的设备，进一步包括：
用于形成与所述初级线圈的所述第二差分引线交叠的所述次级线圈的中心抽头的装置；以及
用于使所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线与所述初级线圈的所述被接地的第一差分引线交叠的装置。
19.根据权利要求15所述的设备，进一步包括：
用于形成与所述次级线圈的所述第三差分引线交叠的所述初级线圈的中心抽头的装置；以及
用于使所述初级线圈的所述被接地的第一差分引线和所述第二差分引线与所述次级线圈的所述第四差分引线交叠的装置。
20.根据权利要求15所述的设备，其中所述初级线圈与所述次级线圈的定向上的大于零度并且小于180度的偏移角度，归因于对所述初级线圈的平衡的电容性和电感性耦合，而向所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线提供相等的总阻抗，由此最大化用于所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线的共模抑制。
21.根据权利要求15-20中的任一项权利要求所述的设备，其中所述初级线圈的所述第一差分引线和所述第二差分引线彼此在所述变压器巴伦的相同侧上；并且所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线彼此在所述变压器巴伦的相同侧上，减少了每对所述差分引线之间的寄生接地环路电感。
22.根据权利要求3、4、5、17、18或19中的任一项权利要求所述的设备，其中所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线耦合至所述初级线圈的两个相似区域，并且通过对所述初级线圈的所述两个相似区域的电容性和电感性耦合而看到平衡的阻抗。
23.根据权利要求10、11或12中的任一项权利要求所述的方法，其中所述次级线圈的所述第三差分引线和所述第四差分引线耦合至所述初级线圈的两个相似区域，并且通过对所述初级线圈的所述两个相似区域的电容性和电感性耦合而看到平衡的阻抗。
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013101768A1 (de) 2013-02-22 2014-08-28 Intel Mobile Communications GmbH Transformator und elektrische Schaltung
US20140273825A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Infineon Technologies Ag Semiconductor Chip Configuration with a Coupler
EP3158641B1 (en) * 2015-01-27 2021-06-16 Huawei Technologies Co., Ltd. A resonator circuit
US10439739B2 (en) * 2015-06-12 2019-10-08 Qualcomm Incorporated Divided ring for common-mode (CM) and differential-mode (DM) isolation
CN107408931B (zh) * 2015-07-28 2020-06-19 株式会社村田制作所 电路基板、使用其的滤波器电路以及电容器元件
KR102400978B1 (ko) * 2015-09-30 2022-05-23 삼성전자주식회사 전원공급장치용 회로 기판, 이를 포함하는 전자 장치 및 인덕터 소자
WO2017111910A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-29 Intel Corporation High performance integrated rf passives using dual lithography process
GB201604599D0 (en) * 2016-03-18 2016-05-04 Isis Innovation Magnetoinductive waveguide
US9843301B1 (en) 2016-07-14 2017-12-12 Northrop Grumman Systems Corporation Silicon transformer balun
WO2018027653A1 (zh) * 2016-08-10 2018-02-15 电子科技大学 一种差分放大器
KR101846375B1 (ko) 2016-10-27 2018-04-06 피앤피넷 주식회사 블루투스 신호의 송수신을 위한 트랜스포머 회로 및 그 트랜스포머를 포함하는 ｒｆ 입출력 회로
US10367452B2 (en) * 2017-03-16 2019-07-30 Infineon Technologies Ag System and method for a dual-core VCO
TWI634570B (zh) * 2017-06-19 2018-09-01 瑞昱半導體股份有限公司 非對稱式螺旋狀電感
US10784590B2 (en) * 2018-07-06 2020-09-22 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Ultra-wide bandwidth frequency-independent circularly polarized array antenna
US10877115B2 (en) * 2018-09-12 2020-12-29 General Electric Company Systems and methods for a radio frequency coil for MR imaging
US11031918B2 (en) * 2018-11-01 2021-06-08 Intel Corporation Millimeter wave transmitter design
CN109411183A (zh) * 2018-12-12 2019-03-01 深圳飞骧科技有限公司 双螺旋结构变压器及射频功率放大器
JP7163935B2 (ja) * 2020-02-04 2022-11-01 株式会社村田製作所 コモンモードチョークコイル
CN115913139A (zh) * 2021-09-30 2023-04-04 锐磐微电子科技(上海)有限公司 推挽式射频功率放大电路及推挽式射频功率放大器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200612544A (en) * 2004-10-08 2006-04-16 Winbond Electronics Corp Integrated transformer with stack structure
CN102208903A (zh) * 2010-03-30 2011-10-05 新科金朋有限公司 半导体器件及其形成方法
KR101214722B1 (ko) * 2011-11-22 2012-12-21 삼성전기주식회사 트랜스포머 및 그 제조방법

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2790328B1 (fr) 1999-02-26 2001-04-20 Memscap Composant inductif, transformateur integre, notamment destines a etre incorpores dans un circuit radiofrequence,et circuit integre associe avec un tel composant inductif ou transformateur integre
TW535322B (en) 2001-06-27 2003-06-01 Ind Tech Res Inst Multi-layer radio frequency chip balun
US6801114B2 (en) 2002-01-23 2004-10-05 Broadcom Corp. Integrated radio having on-chip transformer balun
US6707367B2 (en) * 2002-07-23 2004-03-16 Broadcom, Corp. On-chip multiple tap transformer and inductor
US7330156B2 (en) 2004-08-20 2008-02-12 Nokia Corporation Antenna isolation using grounded microwave elements
US7808356B2 (en) 2004-08-31 2010-10-05 Theta Microelectronics, Inc. Integrated high frequency BALUN and inductors
KR100777394B1 (ko) 2006-05-17 2007-11-19 삼성전자주식회사 진폭 불균형을 개선하기 위한 온­칩 트랜스포머 밸룬
TWI314329B (en) 2006-08-16 2009-09-01 Realtek Semiconductor Corp On-chip transformer balun
CN101414508B (zh) 2007-10-16 2011-07-13 瑞昱半导体股份有限公司 芯片式平衡-不平衡变压器
US7821372B2 (en) 2008-12-31 2010-10-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. On-chip transformer BALUN structures
JP2011040509A (ja) 2009-08-07 2011-02-24 Imec ２層式トランス
JP2011159953A (ja) * 2010-01-05 2011-08-18 Fujitsu Ltd 電子回路及び電子機器
US8552812B2 (en) * 2010-12-09 2013-10-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Transformer with bypass capacitor
CN102184910B (zh) * 2011-03-21 2012-12-26 广州润芯信息技术有限公司 非全凸十六角形变压器巴伦
US9312060B2 (en) * 2012-09-20 2016-04-12 Marvell World Trade Ltd. Transformer circuits having transformers with figure eight and double figure eight nested structures

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200612544A (en) * 2004-10-08 2006-04-16 Winbond Electronics Corp Integrated transformer with stack structure
CN102208903A (zh) * 2010-03-30 2011-10-05 新科金朋有限公司 半导体器件及其形成方法
KR101214722B1 (ko) * 2011-11-22 2012-12-21 삼성전기주식회사 트랜스포머 및 그 제조방법

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