CN105915242A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及半导体装置。该半导体装置包括：发射电路，将发射数据转换为具有指定频率的发射信号；放大器，放大所述发射信号的功率；匹配电路，将所述发射信号从平衡信号转换为不平衡信号；以及滤波电路，限制所述发射信号的频带，其中所述匹配电路包括初级电感器和次级电感器，所述滤波电路包括用于滤波器的电感器，以及所述初级电感器、所述次级电感器和所述用于滤波器的电感器在一个平面上基本上同心地卷绕。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置和无线电通信装置，并且例如涉及执行匹配和滤波的半导体装置和无线电通信装置。
背景技术
当前对使用诸如Bluetooth(注册商标)的无线电的计算机设备的需求日益增加。此外，由于要求将无线电电路构建到一个芯片中以用于并入可穿戴装置中，因此将无线电电路并入诸如微型计算机、SoC(芯片上系统)等的半导体装置中日益增多。
并入半导体装置中的无线电电路使用匹配电路将平衡信号转换成不平衡信号并且进一步执行阻抗匹配，并且然后从天线发射不平衡信号。例如，并入半导体装置中的而且包括匹配电路的无线电电路被描述在Hoseok Seol、Changkun Park、Dong Ho Lee、Park,Min、SongcheolHong的“A 2.4-GHz HBT power amplifier using an on-chip transformeras an output matching network”(Microwave Symposium Digest,2008IEEE MTT-S International Publication Year:2008,第875-878页)中。
此外，并入半导体装置中的无线电电路包括用于抑制谐波的滤波器。例如，高效率的饱和操作功率放大器被用在Bluetooth(注册商标)、Bluetooth low energy(注册商标)和IEEE802.15.4g中。然而，由于在饱和操作功率放大器中输出中包含的谐波分量的水平高，因此必须在发射到空间之前抑制谐波使得符合法律和规范。
例如，在上述的现有技术中，对将匹配电路和滤波器并入半导体装置中进行研究。
根据现有技术的装置具有其中并入有匹配电路和滤波器的半导体装置的占地面积(footprint)增大的问题。
从本说明书和附图的描述中将明白本发明的其它问题和新颖的特征。
发明内容
根据一个实施例，一种半导体装置包括：发射电路，将发射数据转换为具有指定频率的发射信号；放大器，放大所述发射信号的功率；匹配电路，将所述发射信号从平衡信号转换为不平衡信号；以及滤波电路，限制所述发射信号的频带，其中所述匹配电路包括初级电感器和次级电感器，所述滤波电路包括用于滤波器的电感器，以及所述初级电感器、所述次级电感器和所述用于滤波器的电感器在一个平面上基本上同心地卷绕。
根据上述的实施例，可以减少其中并入有匹配电路和滤波器的半导体装置的占地面积。
附图说明
根据和附图一起进行的特定实施例的以下描述，上述和其它方面、优点和特征将更明白，在附图中：
图1是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的视图。
图2是示出用于无线电通信装置的典型的半导体装置的示意性结构的视图。
图3是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的视图。
图4是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的视图。
图5是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的视图。
图6是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的视图。
图7是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的电路图。
图8是示出根据第一实施例的半导体装置的结构的视图。
图9是示出根据第一实施例的半导体装置的示意性结构的电路图。
图10是示出根据第一实施例的半导体装置的结构的截面图。
图11是示出根据第一实施例的半导体装置的结构的截面图。
图12是示出根据第一实施例的半导体装置的结构的截面图。
图13是示出根据第一实施例的半导体装置的电感和耦合常数之间的关系的视图。
图14是示出根据第一实施例的半导体装置的电感和耦合常数之间的关系的视图。
图15是示出根据第一实施例的半导体装置的示意性结构的视图。
图16是示出根据第二实施例的半导体装置的结构的视图。
图17是示出根据第三实施例的半导体装置的结构的视图。
图18是示出根据第四实施例的半导体装置的结构的视图。
图19是示出根据第五实施例的半导体装置的结构的视图。
图20是示出根据第五实施例的半导体装置的结构的视图。
图21是示出根据第六实施例的半导体装置的结构的视图。
图22是示出根据第六实施例的半导体装置的结构的视图。
图23是示出根据第七实施例的装置的无线电通信的结构的视图。
具体实施方式
在下文中将参考附图说明本发明的示例性实施例。以下描述和附图被适当地缩短和简化以便使说明明晰。在附图中，由相同的附图标记表示相同的元件，并且根据需要省略重复的说明。
在以下实施例中，必要时为了方便起见将描述划分成多个部分或实施例。然而，除非明确地规定，否则那些部分或实施例绝不是彼此无关的，而是处于其中一个代表其它的部分或全部的变型、详细或补充的描述等的这种关系。此外，在以下实施例中，当提到要素的数字等(包括数字、数值、数量、范围等)时，除了在其中明确地规定或该数字在原理上明显地限于特定的数字的这种情况下之外，该数字不限于特定的数字而是可以大于或小于该特定的数字。
不必说，在以下实施例中，它们的组成要素(包括操作步骤)不一定是必不可少的，除了有明确规定或在原理上明显地认为必不可少的这种情况之外。同样地，在以下实施例中，当提到组成要素等的形状、相对位置等时，这包括那些与该形状等基本上相像或类似的形状等，除了有明确地规定或在原理上明显地认为的这种情况之外。同样情况也适用于上述的数字等(包括数字、数值、数量、范围等)。
(实施例的概述)
图1是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的视图。如图1所示，根据实施例的半导体装置10包括合成器11、发射器12、放大器13、传输匹配电路和滤波器14、LNA 15、以及接收器16。合适的是半导体装置10通过并入无线电通信装置20中来使用。
例如，无线电通信装置20包括半导体装置10、接口21、调制解调器22、开关23、天线24、接收滤波器25、以及接收匹配电路26。
接口21调整调制解调器22与内部或外部之间的信号电压等的标准，并且居中于(mediate)与MCU(微控制单元)27的数据通信。调制解调器22调制发射信号并且将其输出到发射器12，并且解调制来自接收器16的所接收的信号并且将其输出到接口21。
合成器11包括振荡器，并且产生具有射频的信号而且将所产生的信号输出到发射器12和接收器16。发射器12将发射信号转换成射频而且将其输出到放大器13。放大器13放大发射信号的功率而且将其输出到发射匹配电路和滤波器14。
发射匹配电路和滤波器14是将发射匹配电路(平衡-不平衡变换器(balun))和滤波器集成到一个半导体集成电路中，该发射匹配电路对发射信号执行阻抗变换和平衡到不平衡的转换，该滤波器将截止频带中的信号衰减。发射匹配电路和滤波器14对发射信号执行阻抗变换、平衡到不平衡的转换以及截止频带中的信号的衰减。例如，发射匹配电路和滤波器14衰减第三谐波。发射匹配电路和滤波器14然后将经处理的发射信号输出到开关23。
开关23将发射信号输出到天线24。然后，天线24将发射信号作为无线电信号发射。此外，天线24将所接收的无线电信号作为所接收的信号输出到开关23。开关23将所接收的信号输出到接收滤波器25。
接收滤波器25衰减所接收的信号上的截止频带中的信号并且将其输出到接收匹配电路26。接收匹配电路26对所接收的信号执行阻抗变换以及平衡到不平衡的转换。接收匹配电路26然后将经处理的所接收的信号输出到LNA 15。
LNA 15是低噪声放大器，并且放大所接收的信号且将其输出到接收器16。接收器16将所接收的信号从射频转换到基带且将其输出到调制解调器22。
如上所述，根据本实施例的半导体装置包括作为一个集成电路的发射匹配电路和滤波器。
图2是示出用于无线电通信装置的典型的半导体装置的示意性结构的视图。在图2中，与图1中相同的元件由相同的附图标记表示并且不被重复描述。
在图2中，半导体装置30与图1中的半导体装置10的不同之处在于，它不包括发射匹配电路和滤波器14。无线电通信装置31包括与半导体装置30分离的发射匹配电路32和发射滤波器33。
根据本实施例的半导体装置10包括在半导体内部的发射匹配电路和滤波器14，而且无线电通信装置20不需要分离地准备发射匹配电路和滤波器。
接下来作为电路描述根据本实施例的半导体装置。图3是示出无线电通信装置的发射部分的示意性结构的电路图。图3示出在无线电通信装置的电路结构之中的包括放大器、发射匹配电路和滤波器的部分。
如图3所示，放大器PA13是由FET(场效应晶体管)的组合构成的差分的功率放大器。放大器PA13具有与发射器12连接的输入端子以及与发射匹配电路TR41的平衡端子连接的输出端子。
发射匹配电路TR41由平衡侧的电感器L42和电容器C43以及不平衡侧的电感器L44构成。不平衡侧的电容器C45可以位于发射匹配电路TR41外部或内部。在发射匹配电路TR41中，平衡侧的两个端子连接到放大器PA13的输出，不平衡侧的一个端子接地，并且不平衡侧的另一端子是输出。
滤波器LPF46由电感器L47和电容器C48构成。电感器L47的一端与发射匹配电路TR41的输出连接，并且电感器L47的另一端与电容器C48的一端连接。电容器C48的另一端接地。
本发明的发明人已经想出了将发射匹配电路TR41和滤波器LPF46并入半导体装置中的主意。图4是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的视图。如图4所示，无线电通信装置RD51内部的半导体装置SD51包括放大器PA13、发射匹配电路TR41、电感器L47以及电容器C48。
图5示出了半导体装置SD51的框图。图5是示出根据该实施例的半导体装置的示意性结构的视图。在图5中，与图1中相同的元件由相同的附图标记表示并且不被重复描述。
图5所示的半导体装置51包括合成器11、发射器12、放大器13、LNA15、接收器16、发射匹配电路52和滤波器53。无线电通信装置50包括半导体装置51、接口21、调制解调器22、开关23、天线24、接收滤波器25以及接收匹配电路26。
如图5所示，本发明的发明人已经首先想出了将发射匹配电路52和滤波器53并入半导体装置51中的主意，并且进一步想出了将发射匹配电路52和滤波器53一起集成在半导体装置51中的主意。
具体地，如图3所示，发射匹配电路TR41的不平衡侧的电感器L44的一端和滤波器LPF46的电感器L47的一端彼此连接，并且连接点用作不平衡侧的输出。因此，在将发射匹配电路TR41和滤波器LPF46集成在一起的情况下，构造了总共具有五个端子的电路，这五个端子为在平衡侧的两个端子、滤波器LPF46的电感器L47和不平衡侧的电感器L44连接处的一个端子、不平衡侧的电感器L44的另一个端子、以及滤波器LPF46的电感器L47的另一个端子。
图6是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的视图。在图6中，无线电通信装置RD60内部的半导体装置SD61包括放大器PA13、发射匹配电路和电感器ID62以及电容器C63。在半导体衬底上形成全部那些元件。
发射匹配电路和电感器ID62具有在匹配电路的平衡侧的两个端子P1P和P1N、作为匹配电路的不平衡侧的电感器与滤波器的电感器之间的连接点的端子P2P、在匹配电路的不平衡侧的电感器的另一端子P2N、以及滤波器的电感器的另一端子P3。因此，发射匹配电路和电感器ID62是具有五个端子的无源电路。
端子P2P用作输出端子，并且端子P2N接地。端子P3连接到电容器C63的一端。电容器C63的另一端接地。通过这种连接，构造了电容器C63和电感器ID62的串联电路。
端子P1P和P1N分别连接到放大器PA13的输出。端子P2N接地并且通过电容器进一步连接到端子P3以便形成滤波器。端子P2P用作不平衡侧的输出端子。
图7示出了图6的发射匹配电路和电感器ID62的内部电路。图7是示出根据实施例的半导体装置的示意性结构的电路图。
如图7所示，发射匹配电路和电感器ID62包括发射匹配电路的平衡侧的电感器L71、在不平衡侧的电感器L72以及滤波器的电感器L73，这些电感器通过互感耦合在一起。具体地，在发射匹配电路的平衡侧的电感器L71和在发射匹配电路的不平衡侧的电感器L72通过互感而耦合，在平衡侧的电感器L71和滤波器的电感器L73通过互感而耦合，并且在不平衡侧的电感器L72和滤波器的电感器L73通过互感而耦合。
下面将在实施例的描述中清楚其中发射匹配电路的电感器和滤波器的电感器通过互感而耦合在一起的结构的效果。
(实施例1)
在下文中将参考附图描述第一实施例。在第一实施例中，描述了其中匹配电路用作包括平衡到不平衡的转换的平衡-不平衡变换器的例子。具体地，匹配电路的初级电感器用作在平衡侧的电感器，并且匹配电路的次级电感器用作在不平衡侧的电感器。图8是示出根据第一实施例的半导体装置的结构的视图。在图8中，实心线表示一个布线层的导线，并且空心线表示另一个布线层的导线。如图8所示，半导体装置SD100在半导体衬底的平面上具有电感器L101、电感器L102和电感器L103。
电感器L101是在匹配电路的平衡侧的电感器并且连接P1P和P1N作为端子。电感器L102是在匹配电路的不平衡侧的电感器并且连接P2P和P2N作为端子。
电感器L103是形成滤波器的电感器并且连接作为端子的P2P和P3。因此，电感器L102和电感器L103的一端彼此连接，并且它们具有P2P作为输出端子。
在图8中，电感器L101具有两匝，电感器L102具有三匝，并且电感器L103具有一匝。然而，每个电感器的匝数由要设置的电感确定，并且它不限于图8中示出的匝数。
此外，电感器L102和电感器L103从端子P2P观看时沿相同的周向卷绕，即，从正面观看图8时右旋地卷绕。优选的是每个电感器被形成在多层布线层中的最厚的层上。仅在导线相交处使用另一个布线层形成一个导线。
如图8所示，电感器L101、电感器L102和电感器L103形成基本上环路并且在彼此没有接触的情况下基本上同心地布置在平面上。换句话说，这三个电感器被布置为使得它们的中心在最内侧的电感器内侧。
那些电感器被基本上同心地布置：从内侧起顺序为电感器L102、电感器L101、电感器L102、电感器L101、电感器L102和电感器L103。
接下来描述半导体装置SD100的分层方向上的结构。图10-12是示出根据第一实施例的半导体装置的结构的截面图。
图10是示出沿着图8中的线XA-XB的截面的截面图。在图10中，电感器L101到L103被形成在同一层中。电感器L101通过另一个布线层的导线101B和通孔101A而连接到端子P1N。
以这样的方式，电感器被形成在同一个层中，并且在导线相交处通过另一个布线层，由此形成半导体装置SD100。
优选的是使用多层布线中的最厚的层形成电感器L101到L103。此外，可以使用另一个布线层形成导线的相交。此外，如图10所示，优选的是电感器L101到L103被形成在与放大器PA13的层不同的层中。
电感器也在电感器相交处通过另一个布线层，由此形成半导体装置SD100。图11是示出沿着图8中的线XIA-XIB的截面的截面图。在图11中，电感器L101和L102的相交的导线分别通过通孔101A和102A并且连接到另一个布线层中的导线101B和102B。
图12是示出沿着图8中的线XIIA-XIIB的截面的截面图。如图12所示，电感器L101和L102被形成在与导线101B和102B不同的层中，并且因此电感器L101和L102可以在不与导线101B和102B接触的情况下彼此相交。
如参考图8到12所描述的，电感器L101和电感器L102在它们的导线彼此交替的情况下卷绕，使得电感器L101和电感器L102的耦合常数大。另一方面，由于电感器L103卷绕在电感器L101和电感器L102的外周，因此电感器L103和电感器L101的耦合常数以及电感器L103和电感器L102的耦合常数小于电感器L101和电感器L102的耦合常数。
以这样的方式，在半导体装置SD100中，形成匹配电路的电感器L101和L102的耦合常数大于形成滤波器的电感器L103与形成匹配电路的电感器L101和L102的耦合常数，由此减少形成滤波器的电感器L103对匹配电路的操作的影响。
此外，由于形成滤波器的电感器L103以及形成匹配电路的电感器L101和L102在半导体装置SD100中通过互感而耦合，因此与滤波器的电感器被与匹配电路分离地位于半导体装置外部的情况相比，可以在自感更小的情况下实现相同的电感。具体地，假设用于谐振电路的电容是恒定的，可以使用具有更小自感的电感器来实现期望的谐振电路。增大谐振电路的Q值是有利的。
自感一般与电感器的匝数的平方成比例，因此可以通过减少电感器的自感来减少电感器的匝数。由此可以进一步减少电感器的占地面积。
每个电感器的自感和互感通过该电感器的导线长度、匝数、截面面积、耦合常数等确定，因此可以通过计算和仿真获得最佳值。
下面进一步详细地描述半导体装置的互电抗(mutual reactance)的耦合常数。图9是示出根据第一实施例的半导体装置的示意性结构的电路图。在图9中，施加到电感器L101的电压是v1，流到电感器L101的电流是i1，并且电感器L101的自感是L1。类似地，施加到电感器L102的电压是v2，流到电感器L102的电流是i2，并且电感器L102的自感是L2。此外，施加到电感器L103的电压是v3，流到电感器L103的电流是i3，并且电感器L103的自感是L3。
此外，电感器L101和电感器L102的互感是M12，电感器L101和电感器L103的互感是MPA13，并且电感器L102和电感器L103的互感是M23。注意，半导体装置SD100被配置为满足M11>0，MPA13>0和M23>0。
在电感器L102处产生的电压v2通过下式(1)限定。
v2＝jωL2i2+jωM12i1+jωM23i3
其中j是虚数单位，并且ω是待处理的信号的每个频率。
在第三谐波频率处，电感器L103和电容器C63的串联电路被设计为使得P2P和P2N短路。因此，v2由下式(2)表示。
v2＝0
在这时候，由于流过电感器L102的电流i2全部流到电感器L103中，因此考虑到极性获得下式(3)的关系。
i2＝-i3
通过将式(2)和(3)代入式(1)中并且重新整理，获得下式(4)。
i1＝[(L2-M23)/M12]i3
对于v3，建立下式(5)。
v3＝jωL3i3+jωM13i1+jωM23i2
由于电容器C63的两个端子之间的电压与v3的和在第三谐波频率处为零，因此获得下式(6)。
v3+i3/jωC＝0
其中C为电容器C63的电容。
根据上面描述的式(3)、(4)、(5)和(6)，获得下式(7)。
L3-M23+(L2-M23)M13/M12＝1/ω2C
当电感器L101和L102的耦合常数为k12，电感器L102和L103的耦合常数为k23，并且电感器L101和L103的耦合常数为kPA13时，式(7)被变成下式(8)。
L3(1-k13k23/k12)+(L2L3)0.5(k13/k12-k23)＝1/ω2C
式(8)的左边对应于图4的等效电路中的电感器L47的电感。通过将式(8)的左边除以L3，获得下式(9)。
1-k13k23/k12+(L2/L3)0.5(k13/k12-k23)
当式(9)的值大于1时，这意味着图4的等效电路中的电感器L47的电感大于电感器L103的自感L3。
为了简化，考虑其中满足kPA13＝k23＝k并且k<k12的情况。这个条件增大电感器L101和电感器L102之间的耦合(这作为匹配电路是重要的)，并且减少与电感器L103有关的耦合(这是针对第三谐波滤波器增加的)。这是图8中示出的结构中已经实现的条件。在该情况下，式(9)被简化成下式(10)。
1-k2/k12+(L2/L3)0.5k(/k12-1)
作为一个示例，图13中示出了绘制其中k12被固定到0.8、k为参数并且(L2/L3)为横轴的式(10)的值的结果。图13是示出根据第一实施例的半导体装置的电感和耦合常数之间的关系的视图。如图13所示，式(10)的值在k＝0.3附近处到达它的最大值。换句话说，在k＝0.3附近处使可以在具有比图4的电感器L47的电感更小的自感的电感器L103中获得期望谐振操作的特性最大化。
作为另一个例子，图14中示出了其中k12被固定到0.6的情况的结果。图14是示出根据第一实施例的半导体装置的电感和耦合常数之间的关系的视图。如图14所示，在该情况下它在k＝0.3到k＝0.5的范围内到达它的最佳值。
如上所述，虽然k的最佳值根据k12和L2/L3的值而变化，但是共通的是，在任何情况下当k的值小于k12的值时可以获得更好结果。
这示出了本实施例的重要发现。在信号发射方面更有利的是，增大用作匹配电路的电感器L101和电感器L102之间的耦合。出于此目的，有效的是合并且密集布置电感器L101和电感器L102的绕组。为了增强匹配电路的电感器L102和电感器L101之间的耦合，不期望将滤波器的电感器L103的绕组添加到密集的区域。
因此，优选的是使电感器L103的绕组位于其中密集布置电感器L101和电感器L102的绕组的区域外部。图8中示出的结构反映了这个发现。在这个结构中，匹配电路的电感器L101和滤波器的电感器L103之间的耦合常数小于匹配电路的电感器L102和电感器L101之间的耦合常数。同样地，匹配电路的电感器L102和滤波器的电感器L103之间的耦合常数小于匹配电路的电感器L102和电感器L101之间的耦合常数。
因此，在图8中示出的结构中，可以在具有比电感器L47的电感小的自感的电感器L103中获得期望的谐振操作。
此外，如上所述，在图8中示出的结构中，卷绕匹配电路的电感器L102和滤波器的电感器L103的方式在从端子P2P观看时是沿相同的方向的。当这个方向反向时，式(10)中k的值为负值，并且由此式(10)的值小于1。因此，为了电感器L103在比图4的电感器L47的电感小的自感的情况下获得期望的谐振操作，卷绕匹配电路的电感器L102和滤波器的电感器L103的方式当从图8的正面观看时需要从端子P2P开始沿相同的周向。图8中的半导体装置SD100的结构满足这个条件。
如上所述，在根据第一实施例的半导体装置中，匹配电路的电感器和滤波器的电感器基本上同心地卷绕在同一个平面上，并且由此可以减少匹配电路的电感器和滤波器的电感器的占地面积。此外，由于匹配电路的电感器和滤波器的电感器通过互电抗而耦合，因此每个电感器可以利用小匝数实现要求的电感，并且由此可以进一步减少占地面积。
此外，在根据第一实施例的半导体装置中，将通过平衡到不平衡转换抑制偶数阶谐波和通过用于滤波器的电容器和电感器抑制奇数阶谐波集成在一起，并且由此可以减少占地面积。
图8的半导体装置可以被并入图5和图6的半导体装置中。图15是示出根据第一实施例的半导体装置的示意性结构的视图。如图15所示，放大器PA13是由FET的组合构成的差分的功率放大器。放大器PA13具有与发射器12连接的输入端子以及与发射匹配电路和电感器ID62的平衡端子连接的输出端子。
发射匹配电路和电感器ID62由在平衡侧的电感器L71、在不平衡侧的电感器L72以及形成滤波器的电感器L73构成。电感器L71连接到放大器PA13的输出端子。电感器L72的一端连接到电感器L73和开关23，并且电感器L72的另一端与电容器C63连接。电容器C63的一端连接到电感器L73，并且电容器C63的另一端接地。
将图15的半导体装置与图3的半导体装置进行比较，由于形成滤波器的电感器和发射匹配电路被集成在图15的半导体装置中，因此，与其中那些元件被分离地放置的图3的半导体装置相比，可以减少电路面积。
(第二实施例)
图16是示出根据第二实施例的半导体装置的结构的视图。在图16中，实心线表示一个布线层的导线，并且空心线表示另一个布线层的导线。如图16所示，半导体装置200在半导体衬底的平面上具有电感器L201、电感器L202和电感器L203。
电感器L201是在匹配电路的平衡侧的电感器并且连接作为端子的P1P和P1N。电感器L202是在匹配电路的不平衡侧的电感器并且连接作为端子的P2P和P2N。
电感器L203是形成滤波器的电感器并且连接作为端子的P2P和P3。因此，电感器L202和电感器L203的一端彼此连接，并且它们具有P2P作为输出端子。
在图16中，电感器L201具有两匝，电感器L202具有三匝，并且电感器L203具有一匝。然而，每个电感器的匝数由要设置的电感确定，并且它不限于图16中示出的匝数。
此外，电感器L202和电感器L203从端子P2P观看时沿相同的周向卷绕，即，从正面观看图16时右旋地卷绕。优选的是每个电感器被形成在多层布线层中的最厚的层上。仅在导线相交处使用另一个布线层形成一个导线。
如图16所示，电感器L201、电感器L202和电感器L203形成基本上环路并且在彼此没有接触的情况下基本上同心地布置在平面上。换句话说，这三个电感器被布置为使得它们的中心在最内侧的电感器内侧。
那些电感器被基本上同心地布置：从内侧起顺序为电感器L203、电感器L202、电感器L201、电感器L202、电感器L201和电感器L202。
因此，在半导体装置200中，在该平面上用于滤波器的电感器L203位于用于匹配电路的电感器L201和L202内侧。
(第三实施例)
图17是示出根据第三实施例的半导体装置的结构的视图。在图17中，实心线表示一个布线层的导线，并且空心线表示另一个布线层的导线。如图17所示，半导体装置300在半导体衬底的平面上具有电感器L301、电感器L302和电感器L303。
电感器L301是在匹配电路的平衡侧的电感器并且连接作为端子的P1P和P1N。电感器L302是在匹配电路的不平衡侧的电感器并且连接作为端子的P2P和P2N。
电感器L303是形成滤波器的电感器并且连接作为端子的P2P和P3。因此，电感器L302和电感器L303的一端彼此连接，并且它们具有P2P作为输出端子。
在图17中，电感器L301具有两匝，电感器L302具有三匝，并且电感器L303具有一匝。然而，每个电感器的匝数由要设置的电感确定，并且它不限于图17中示出的匝数。
此外，电感器L302和电感器L303从端子P2P观看时沿相同的周向卷绕，即，从正面观看图17时右旋地卷绕。优选的是每个电感器被形成在多层布线层中的最厚的层上。仅在导线相交处使用另一个布线层形成一个导线。
如图17所示，电感器L301、电感器L302和电感器L303形成基本上环路并且在彼此没有接触的情况下基本上同心地布置在平面上。换句话说，这三个电感器被布置为使得它们的中心在最内侧的电感器内侧。
那些电感器被基本上同心地布置：从内侧起顺序为电感器L302、电感器L301、电感器L302、电感器L303、电感器L301和电感器L302。
因此，在半导体装置300中，在该平面上用于滤波器的电感器L303位于用于匹配电路的电感器L301和L302之间。
(第四实施例)
图18是示出根据第四实施例的半导体装置的结构的视图。在图18中，实心线表示一个布线层的导线，并且空心线表示另一个布线层的导线。如图18所示，半导体装置400在半导体衬底的平面上具有电感器L401、电感器L402和电感器L403。
电感器L401是在匹配电路的平衡侧的电感器并且连接作为端子的P1P和P1N。电感器L402是在匹配电路的不平衡侧的电感器并且连接作为端子的P2P和P2N。
电感器L403是形成滤波器的电感器并且连接作为端子的P2P和P3。因此，电感器L402和电感器L403的一端彼此连接，并且它们具有P2P作为输出端子。
在图18中，电感器L401具有两匝，电感器L402具有三匝，并且电感器L403具有两匝。然而，每个电感器的匝数由要设置的电感确定，并且它不限于图18中示出的匝数。
此外，电感器L402和电感器L403从端子P2P观看时沿相同的周向卷绕，即，从正面观看图18时右旋地卷绕。优选的是每个电感器被形成在多层布线层中的最厚的层上。仅在导线相交处使用另一个布线层形成一个导线。
如图18所示，电感器L401、电感器L402和电感器L403形成基本上环路并且在彼此没有接触的情况下基本上同心地布置在平面上。换句话说，这三个电感器被布置为使得它们的中心在最内侧的电感器内侧。
那些电感器被基本上同心地布置：从内侧起顺序为电感器L403、电感器L402、电感器L401、电感器L402、电感器L401、电感器L402和电感器L403。
因此，在半导体装置400中，在该平面上用于滤波器的电感器L403位于用于匹配电路的电感器L401和L402的内侧和外侧。
注意，虽然在第四实施例中电感器L403具有两匝，但是电感器L403的匝数可以根据所要求的能力而为任何值。同样地，最外周和最内周上的电感器L403的匝数也可以根据所要求的能力而为任何值。
(第五实施例)
图19是示出根据第五实施例的半导体装置的结构的视图。在图19中，实心线表示一个布线层的导线，并且空心线表示另一个布线层的导线。如图19所示，半导体装置SD500在半导体衬底的平面上具有电感器L501、电感器L502和电感器L503。
电感器L501是在匹配电路的平衡侧的电感器并且连接作为端子的P1P和P1N。电感器L502是在匹配电路的不平衡侧的电感器并且连接作为端子的P2P和P2N。
电感器L503是形成滤波器的电感器。具体地说，电感器L503被分成连接作为端子的P3P和P2P的导线和连接作为端子的P3N和P2N的导线。
在图19中，电感器L501具有两匝，电感器L502具有三匝，并且电感器L503具有一匝。然而，每个电感器的匝数由要设置的电感确定，并且它不限于图19中示出的匝数。
此外，电感器L502和电感器L503从端子P2P观看时沿相同的周向卷绕，即，从正面观看图19时右旋地卷绕。优选的是每个电感器被形成在多层布线层中的最厚的层上。仅在导线相交处使用另一个布线层形成一个导线。
如图19所示，电感器L501、电感器L502和电感器L503形成基本上环路并且在彼此没有接触的情况下基本上同心地布置在平面上。换句话说，这三个电感器被布置为使得它们的中心在最内侧的电感器内侧。
那些电感器被基本上同心地布置：从内侧起顺序为电感器L502、电感器L501、电感器L502、电感器L501、电感器L502和电感器L503。
在半导体装置SD500中，用于匹配电路的电感器L501和L502的端子的位置以及用于滤波器的电感器L503的端子的位置是不同的。
图20是示出根据第五实施例的半导体装置的结构的视图。如图20所示，无线电通信装置RD510内部的半导体装置SD520包括放大器PA521、半导体装置SD500以及电容器C522。
如图20所示，在半导体装置SD500中，端子P1P和P1N连接到放大器PA521的输出，端子P2P用作输出端子，端子P2N接地，并且端子P3P和P3N连接到电容器C522。
如上所述，在根据第五实施例的半导体装置中，用于滤波器的电感器由两个分开的电感器构成，并且每个分开的电感器连接次级电感器的端子和用于滤波器的电感器的端子，并且由此可以根据要连接到用于滤波器的电感器的电容器的布置位置确定用于滤波器的电感器的端子的位置，因此增大布线的灵活性。
(第六实施例)
图21是示出根据第六实施例的半导体装置的结构的视图。在图21中，实心线表示一个布线层的导线，并且空心线表示另一个布线层的导线。如图21所示，半导体装置SD600在半导体衬底的平面上具有电感器L601、电感器L602、电感器L603以及电感器L604。
电感器L601是在匹配电路的平衡侧的电感器并且连接作为端子的P1P和P1N。电感器L602是在匹配电路的不平衡侧的电感器并且连接作为端子的P2P和P2N。
电感器L603是形成滤波器的电感器并且连接作为端子的P2P和P3。因此，电感器L602和电感器L603的一端彼此连接，并且它们具有P2P作为输出端子。电感器L603位于电感器L601和L602内侧。
电感器L604是形成滤波器的电感器并且连接作为端子的P2P和P4。因此，电感器L603和电感器L604位于电感器L601和L602的内侧和外侧。
此外，电感器L602、电感器L603和电感器L604从端子P2P观看时沿相同的周向卷绕，即，从正面观看图21时右旋地卷绕。优选的是每个电感器被形成在多层布线层中的最厚的层上。仅在导线相交处使用另一个布线层形成一个导线。
如图21所示，电感器L601、电感器L602、电感器L603和电感器L604形成基本上环路并且在彼此没有接触的情况下基本上同心地布置在平面上。换句话说，这四个电感器被布置为使得它们的中心在最内侧的电感器内侧。
那些电感器被基本上同心地布置：从内侧起顺序为电感器L603、电感器L602、电感器L601、电感器L602、电感器L601、电感器L602和电感器L604。
因此，在半导体装置SD600中，在该平面上用于滤波器的电感器L603位于用于匹配电路的电感器L601和L602内侧，并且此外在该平面上用于滤波器的电感器L604位于用于匹配电路的电感器L601和L602的外侧。
图22是示出根据第六实施例的半导体装置的结构的视图。如图22所示，无线电通信装置SD710内部的半导体装置SD720包括放大器PA721、半导体装置SD600、电容器C722以及电容器C723。
如图22所示，在半导体装置SD600中，端子P1P和P1N连接到放大器PA721的输出，端子P2P用作输出端子，端子P2N接地，并且端子P2P和P3连接到电容器C722。此外，在半导体装置SD600中，端子P2P和P4连接到电容器C723。
如上所述，在根据第六实施例的半导体装置中，用于滤波器的多个电感器基本上同心地卷绕在与用于匹配电路的电感器相同的平面上，并且由此可以减少抑制多个频带的电路的占地面积。
例如，电感器L603和电容器C722在第一频率处串联谐振。电感器L604和电容器C723在第二频率处串联谐振。以这样的方式，根据第六实施例的半导体装置可以获得具有两个陷波(notch)的频率。如果这两个陷波被设置在第二谐波和第五谐波处，则可以抑制除第七阶或更高奇数阶的谐波以外的谐波。
注意，虽然在第六实施例中描述了其中半导体装置包括两个用于滤波器的电感器的例子，但是根据第六实施例的半导体装置可以包括三个或更多个用于滤波器的电感器。例如，根据第六实施例的半导体装置可以在匹配电路的电感器内侧或外侧包括多个用于滤波器的电感器。此外，在根据第六实施例的半导体装置中，一个或多个用于滤波器的电感器可以位于匹配电路的多个电感器之间，并且多个其它用于滤波器的电感器可以位于匹配电路的电感器的内侧或外侧，如图17所示。
(第七实施例)
图23是示出根据第七实施例的装置的无线电通信的结构的视图。在图23中，无线电通信装置800包括安培计801、测量装置802、MCU 803、EEPROM 804、通信装置805、天线806、LCD 807以及电源电路808。
安培计801检测从商用电源810流到家庭电源811的电流。测量装置802将由安培计801检测到的电流的测量值输出到MCU 803。
MCU 803是微控制单元。MCU 803对由测量装置802测量的电流的测量值进行积分并且将积分的电流值的数据输出到通信装置805。EEPROM 804是电可擦除可编程只读存储器。EEPROM 804存储MCU的操作所需要的程序。
通信装置805将从MCU 803输出的数据转换成无线电信号并且将其从天线806发射。通信装置805包括根据第一到第六实施例中的任何一个的半导体装置。通信装置805通过使用根据第一到第六实施例中的任何一个的半导体装置减少无线电信号放大之后的谐波。
LCD 807是液晶显示器。例如，LCD 807显示通过测量装置802测量的电流的测量值。电源电路808将从商用电源获得的电力供应给无线电通信装置800的每个元件。
如上所述，根据第七实施例的装置，通过将其中匹配电路的电感器和滤波器的电感器在相同的平面上基本上同心地卷绕的半导体装置应用到无线电通信装置，可以减少半导体装置的面积并且由此减少无线电通信装置的尺寸。
注意，作为测量装置的一个示例，可以使用功率表、水表、煤气表、气候表(降雨量、温度、湿度等)等。
作为测量装置的另一个例子，当通过无线电信号执行在健身和保健领域中使用的心率计、血压计或计步器与诸如智能电话之类的计算机设备之间的通信时，它可以被并入每个装置中。
此外，作为无线电通信装置，适合应用于BLE(Bluetooth(注册商标)低能量)。
此外，还可应用于记录自行车上的驱动的细节的装置。例如，当通过无线电信号执行安装在自行车的车轮和把手上的传感器与安装在把手上的记录计算机之间的通信时，它可以被并入每个装置中。
此外，当通过无线电信号调整时间或执行具有进来电子邮件通知功能的钟表与接收电子邮件的NTP服务器、电子邮件服务器或计算机终端之间的通信时，它可以被并入每个装置中。
此外，当通过无线电信号执行诸如无钥匙进入装置和iBeacon(注册商标)的装置之间的通信时，它可以被并入每个装置中。此外，它还可以被并入可穿戴的装置中。
注意，平面上的每个电感器的形状可以是任何形状，只要它可以在端子之间绕一圈或多圈即可。每个电感器的形状可以例如是诸如六边形或八边形之类的多边形、圆形、椭圆形或由复合曲线构成的形状。
此外，每个电感器的匝数可以根据所要求的能力任意地确定。
其中电感器的导线彼此相交的部分不受特别地限制，并且它可以是形成周界的任何位置。
每个电感器在平面上卷绕的方式可以例如是沿螺旋形的。
限定的是，如果每个电感器的中心或重心在最内侧电感器内侧，电感器基本上同心。
卷绕每个电感器的方向可以是右旋的或左旋的。
此外，虽然在上述实施例的例子中匹配电路的初级电感器是在平衡侧的电感器并且匹配电路的次级电感器是在不平衡侧的电感器，但是初级电感器可以是在不平衡侧的电感器，并且次级电感器可以是在平衡侧的电感器。在该情况下，作为初级电感器的在不平衡侧的电感器的一端接地。
此外，虽然在上述的实施例的例子中输出是单相的，但是可以采用其中端子P2P是一个输出端子并且端子P2N和电容器之间的连接节点是另一输出端子的差分输出配置。换句话说，它可应用作为平衡信号中的阻抗匹配和滤波的功能。
在存在具有足够厚度的多个布线层来实现要求的电感特性的情况下，每个电感可以通过以任意的方式使用它们来形成。此外，通过并联地连接多个布线层，可以形成一个或多个电感。
根据上述实施例中的每一个的包括匹配电路的输出电路和功率放大器可以被集成到一个半导体衬底中或形成在不同半导体衬底上。在后一种情况下，可以在其中形成功率放大器的半导体衬底和其中形成根据每个实施例的包括匹配电路的输出电路的半导体衬底中使用不同的半导体工艺。由此可以通过利用具有各自所需的特性的最低成本的工艺制造它们。那两个半导体衬底可以被安装在一个封装体中，安装在不同的封装体中并且随后构建到模块中，或者作为裸露的管芯安装在模块中。
此外，在根据上述实施例的半导体装置中，半导体衬底、半导体层、扩散层(扩散区)等的导电类型(P型或者N型)可以被颠倒。因此，当N型和P型中的一个导电类型为第一导电类型而另一个导电类型为第二导电类型时，第一导电类型可以是P型并且第二导电类型可以是N型，或者相反地第一导电类型可以是N型并且第二导电类型可以是P型。
虽然在上文中具体地描述了本发明的实施例，但是本发明不局限于上述的实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变型和变化。
本领域技术人员可以根据期望组合第一到第七实施例。
虽然已经依据若干实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到本发明可以以在所附权利要求的精神和范围内的各种修改来实践，并且本发明不限于上述的示例。
此外，权利要求的范围不受上述实施例限制。
此外，请注意，申请人的意图是包含所有权利要求要素的等同物，甚至稍后在审查期间所修改的权利要求要素的等同物。

Claims (14)

1.一种半导体装置，包括：
发射电路，将发射数据转换为具有指定频率的发射信号；
放大器，放大所述发射信号的功率；
匹配电路，将所述发射信号从平衡信号转换为不平衡信号；以及
滤波电路，限制所述发射信号的频带，其中
所述匹配电路包括初级电感器和次级电感器，
所述滤波电路包括用于滤波器的电感器，以及
所述初级电感器、所述次级电感器和所述用于滤波器的电感器在一个平面上基本上同心地卷绕。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述用于滤波器的电感器和所述初级电感器之间的耦合常数小于所述初级电感器和所述次级电感器之间的耦合常数，并且所述用于滤波器的电感器和所述次级电感器之间的耦合常数小于所述初级电感器和所述次级电感器之间的耦合常数。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中
所述初级电感器为在平衡侧的电感器，并且所述次级电感器为在不平衡侧的电感器，
在不平衡侧的电感器的一端接地，以及
所述匹配电路执行平衡到不平衡的转换。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述用于滤波器的电感器和所述次级电感器在所述平面上从所述用于滤波器的电感器和所述次级电感器之间的连接点开始沿相同的周向卷绕。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述用于滤波器的电感器位于所述匹配电路的外部。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述用于滤波器的电感器位于所述匹配电路的内部。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述用于滤波器的电感器位于所述初级电感器和所述次级电感器之间。
8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述用于滤波器的电感器位于所述匹配电路的内部和所述匹配电路的外部。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述次级电感器的一个端子和所述用于滤波器的电感器的一个端子连接，并且所述次级电感器和所述用于滤波器的电感器具有公共的端子。
10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述用于滤波器的电感器由两个分离的电感器构成，并且所述分离的电感器中的每一个连接所述次级电感器的端子和所述用于滤波器的电感器的端子。
11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述用于滤波器的电感器包括彼此分离地位于所述匹配电路外部的电感器和位于所述匹配电路内部的电感器。
12.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：
电容器，连接到所述次级电感器的一端和所述用于滤波器的电感器的一端。
13.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：
放大器，放大交流信号，
其中所述放大器的输出端子和所述初级电感器连接。
14.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：
放大器，放大具有射频的信号，
其中所述匹配电路将所述初级电感器连接到所述放大器。
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