CN201994297U - 嵌套组合式高集成度片上变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了嵌套组合式高集成度片上变压器，其特征在于：所述片上变压器包括设置在芯片顶层的第一级螺旋线圈的两端，设置在芯片顶层或芯片次顶层或芯片下层的第二级Q路螺旋线圈的两端和设置在芯片顶层或芯片次顶层或芯片下层的第二级C路螺旋线圈的两端；其中，第一级螺旋线圈的两端分别设置在芯片的中轴线的两边，第一级螺旋线圈的一端与第一级螺旋线圈的另一端对于芯片的中轴线镜像对称设置；第二级C路螺旋线圈的一端与第二级Q路螺旋线圈的一端对于芯片的中轴线镜像对称设置，第二级C路螺旋线圈的另一端与第二级Q路螺旋线圈的另一端对于芯片的中轴线镜像对称设置。本实用新型将两个变压器用一个变压器的面积设置在同一芯片上。

Description

嵌套组合式高集成度片上变压器

技术领域

本实用新型涉及集成电路,具体涉及嵌套组合式高集成度片上变压器。

背景技术

随着集成电路设计和制造技术的不断进步，晶体管和MOS管最小尺寸等比例不断缩小，芯片面积也不断缩小。但是片上无源器件，特别是片上变压器的面积几乎没有变化。而片上变压器在射频前端电路中几乎是必须使用的元件，这是因为由天线接收和发射的射频信号都是单端信号，而收发系统处理的都是差分信号，因此需要一个变压器实现单端信号到差分信号的转换。特别是在共基极输入或者共栅极输入镜像抑制混频器中，C路和Q路射频信号都需要单端信号转差分信号，这就需要两个变压器，如图1所示。现有的技术方案采用两个片上变压器实现，单个片上变压器，采用图2方式设置，图2中，端点T1A、B1A分别是第一级螺旋线圈的两端，端点T2Q、B2Q分别是第二级螺旋线圈的两端，端点CT2Q是第二级螺旋线圈的中间抽头。黑色实线M3表示设置在顶层的金属线，黑色虚线M21、M2(2)、M2(3)表示设置在次顶层的金属线，黑色虚线M1(1) 、M1(2)表示设置在下层的金属线。因此，现有技术需要两个变压器才能实现单端射频信号向两路差分射频信号的转换，存在面积大、成本高、两个变压器之间的互感不确定等缺点。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种嵌套组合式高集成度片上变压器，在一个芯片上同时集成二个变压器。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是，嵌套组合式高集成度片上变压器，其特点是：所述片上变压器包括设置在芯片顶层的第一级螺旋线圈的两端，设置在芯片顶层或芯片次顶层或芯片下层的第二级Q路螺旋线圈的两端和设置在芯片顶层或芯片次顶层或芯片下层的第二级C路螺旋线圈的两端；其中，第一级螺旋线圈的两端分别设置在芯片的中轴线的两边，并且第一级螺旋线圈的一端与第一级螺旋线圈的另一端对于芯片的中轴线镜像对称设置；第二级Q路螺旋线圈的两端和第二级C路螺旋线圈的两端均位于芯片的相同层，并且，第二级C路螺旋线圈的一端与第二级Q路螺旋线圈的一端对于芯片的中轴线镜像对称设置，第二级C路螺旋线圈的另一端与第二级Q路螺旋线圈的另一端对于芯片的中轴线镜像对称设置。

由于第二级C路螺旋线圈的一端与第二级Q路螺旋线圈的一端对于芯片的中轴线镜像对称设置，第二级C路螺旋线圈的另一端与第二级Q路螺旋线圈的另一端对于芯片的中轴线镜像对称设置。因此，第二级C路螺旋线圈和第二级Q路螺旋线圈对于芯片的中轴线镜像对称，第二级C路螺旋线圈和第二级Q路螺旋线圈具有相同的幅度和相位；故，第二级C路螺旋线圈或者第二级Q路螺旋线圈与第一级螺旋线圈可组成与现有技术方案中变压器同样功能和性能的变压器，即本实用新型所述的嵌套组合式高集成度片上变压器实现了将现有技术方案中两个变压器合而为一的功能，实现了将两个变压器用一个变压器的面积设置在同一芯片上。

根据本实用新型所述的嵌套组合式高集成度片上变压器的一种优选方案，所述片上变压器还设置有第二级Q路螺旋线圈抽头以及第二级C路螺旋线圈抽头，所述第二级Q路螺旋线圈抽头与第二级Q路螺旋线圈的两端位于芯片的相同层，第二级C路螺旋线圈抽头与第二级C路螺旋线圈的两端位于芯片的相同层。

根据本实用新型所述的嵌套组合式高集成度片上变压器的一种优选方案，所述第一级螺旋线圈的一端通过设置在芯片顶层的多条金属线和设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层的多条跳线连接到第一级螺旋线圈的另一端。

根据本实用新型所述的嵌套组合式高集成度片上变压器的一种优选方案，所述第二级Q路螺旋线圈的一端通过设置在芯片顶层的多条金属线和设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层的多条跳线连接到第二级Q路螺旋线圈的另一端；

第二级C路螺旋线圈的一端通过设置在芯片顶层的多条金属线和设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层的多条跳线连接到第二级C路螺旋线圈的一端；

并且，用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端的金属线与用于连接第一级螺旋线圈的两端的金属线相互间隔设置，用于连接第二级C路螺旋线圈的两端的金属线与用于连接第一级螺旋线圈的两端的金属线相互间隔设置，以保证变压器互感耦合，用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端的金属线与用于连接第二级C路螺旋线圈的两端的金属线按芯片的中轴线镜像对称设置，以保证第二级C路螺旋线圈和第二级Q路螺旋线圈具有相同的幅度和相位。

根据本实用新型所述的嵌套组合式高集成度片上变压器的一种优选方案，第二级C路螺旋线圈的一端通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线和通孔连接到设置在芯片顶层的金属线上，第二级C路螺旋线圈的另一端通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线和通孔连接到设置在芯片顶层的金属线上；

第二级Q路螺旋线圈的一端通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线和通孔连接到设置在芯片顶层的金属线上，第二级Q路螺旋线圈的另一端通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线和通孔连接到设置在芯片顶层的金属线上；

用于连接第二级Q路螺旋线圈的一端的跳线、用于连接第二级Q路螺旋线圈的另一端的跳线、用于连接第二级C路螺旋线圈的一端的跳线以及用于连接第二级C路螺旋线圈的另一端的跳线位于芯片的相同层。

根据本实用新型所述的嵌套组合式高集成度片上变压器的一种优选方案，所述第二级Q路螺旋线圈抽头通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线连接到用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端的设置在芯片顶层的金属线上；第二级C路螺旋线圈抽头通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线连接到用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端设置在芯片顶层的金属线上。

本实用新型所述的嵌套组合式高集成度片上变压器的有益效果是：本实用新型采用两个现有变压器嵌套组合的方法，将两个变压器用一个变压器的面积设置在同一芯片上，成本低、性能优，工艺简单，使用方便，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是现有技术中镜像抑制混频器的原理图。

图2是现有技术中单个片上变压器的布板示意图。

图3是本实用新型所述的一种嵌套组合式高集成度片上变压器的布板示意图。

图4是本实用新型所述的一种嵌套组合式高集成度片上变压器的等效电路图。

图5是本实用新型所述的一种嵌套组合式高集成度片上变压器在镜像抑制混频器中应用原理图。

具体实施方式

参见图3，嵌套组合式高集成度片上变压器，所述片上变压器包括设置在芯片顶层的第一级螺旋线圈的两端T1A、B1A，设置在芯片顶层或芯片次顶层或芯片下层的第二级Q路螺旋线圈的两端T2Q、B2Q以及第二级Q路螺旋线圈抽头CT2Q，设置在芯片顶层或芯片次顶层或芯片下层的第二级C路螺旋线圈的两端T2C、B2C以及第二级C路螺旋线圈抽头CT2C；

其中，第一级螺旋线圈的两端T1A、B1A分别设置在芯片的中轴线Y1Y2的两边，并且第一级螺旋线圈的一端T1A与第一级螺旋线圈的另一端B1A对于芯片的中轴线Y1Y2镜像对称设置；第二级Q路螺旋线圈的两端T2Q、B2Q以及第二级Q路螺旋线圈抽头CT2Q、第二级C路螺旋线圈的两端T2C、B2C以及第二级C路螺旋线圈抽头CT2C均于芯片的相同层，并且，第二级C路螺旋线圈的一端T2C与第二级Q路螺旋线圈的一端T2Q对于芯片的中轴线Y1Y2镜像对称设置，第二级C路螺旋线圈的另一端B2C与第二级Q路螺旋线圈的另一端B2Q对于芯片的中轴线Y1Y2镜像对称设置。

由于第二级C路螺旋线圈的一端T2C与第二级Q路螺旋线圈的一端T2Q对于芯片的中轴线Y1Y2镜像对称设置，第二级C路螺旋线圈的另一端B2C与第二级Q路螺旋线圈的另一端B2Q对于芯片的中轴线Y1Y2镜像对称设置。因此，第二级C路螺旋线圈和第二级Q路螺旋线圈对于芯片的中轴线镜像对称，第二级C路螺旋线圈和第二级Q路螺旋线圈具有相同的幅度和相位；故，第二级C路螺旋线圈或者第二级Q路螺旋线圈与第一级螺旋线圈可组成与现有技术方案中变压器同样功能和性能的变压器，即本实用新型所述的一种嵌套组合式高集成度片上变压器实现了将现有技术方案中两个变压器合而为一的功能，图4中的等效电路形象地说明了本实用新型技术方案采用的变压器的连接关系。图5是采用本实用新型所述的一种嵌套组合式高集成度片上变压器在镜像抑制混频器中应用的原理图。

所述第一级螺旋线圈的一端T1A通过设置在芯片顶层的多条金属线和设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层的多条跳线连接到第一级螺旋线圈的另一端B1A；跳线根据布线需要设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层，主要是为了避免与其他跳线或者与设置在芯片顶层的金属线交叉，金属线和跳线的数量根据电感的大小确定，即布线的圈数确定，电感越大，布线的圈数越多，金属线的数量越多，跳线数量越多，在本实用新型的具体实施方式中，在芯片顶层共布置4圈金属线，所述第一级螺旋线圈的一端T1A通过设置在芯片顶层的3条金属线M21、M13、M23、M11和设置在芯片顶层的2条跳线J33、J31以及设置在芯片次顶层的1条跳线J29连接到第一级螺旋线圈的另一端B1A。

所述第二级Q路螺旋线圈的一端T2Q通过设置在芯片顶层的多条金属线和设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层的多条跳线连接到第二级Q路螺旋线圈的另一端B2Q；跳线也是根据布线需要设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层，主要是为了避免与其他跳线或者与设置在芯片顶层的金属线交叉，金属线和跳线的数量根据电感的大小确定，即布线的圈数确定，电感越大，布线的圈数越多，金属线的数量越多，跳线数量越多，在本实用新型的具体实施方式中，在芯片顶层共布置4圈金属线，所述第二级Q路螺旋线圈的一端T2Q通过设置在芯片顶层的3条金属线M22、M14、M26和设置在芯片次顶层的3条跳线J21、J30、J22以及设置在芯片底层的1条跳线J26连接到第二级螺旋线圈的另一端B2Q。

第二级C路螺旋线圈的一端T2C通过设置在芯片顶层的多条金属线和设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层的多条跳线连接到第二级C路螺旋线圈的一端B2C；跳线也是根据布线需要设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层，主要是为了避免与其他跳线或者与设置在芯片顶层的金属线交叉，金属线和跳线的数量根据电感的大小确定，即布线的圈数确定，电感越大，布线的圈数越多，金属线的数量越多，跳线数量越多，在本实用新型的具体实施方式中，在芯片顶层共布置4圈金属线，所述第二级C路螺旋线圈的一端T2C通过设置在芯片顶层的3条金属线M12、M24、M16和设置在芯片顶层的1条跳线J31以及设置在芯片次顶层的3条跳线J24、J25、J23连接到第二级螺旋线圈的另一端B2C。

并且，用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端T2Q、B2Q的金属线与用于连接第一级螺旋线圈的两端T1A、B1A的金属线相互间隔设置，用于连接第二级C路螺旋线圈的两端T2C、B2C的金属线与用于连接第一级螺旋线圈的两端T1A、B1A的金属线相互间隔设置，以保证变压器互感耦合，用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端T2Q、B2Q的金属线与用于连接第二级C路螺旋线圈的两端T2C、B2C的金属线按芯片的中轴线Y1Y2镜像对称设置，以保证第二级C路螺旋线圈和第二级Q路螺旋线圈具有相同的幅度和相位；

第二级C路螺旋线圈的一端T2C通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线J24和通孔K4连接到设置在芯片顶层的金属线M12上，第二级C路螺旋线圈的另一端B2C通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线J23和通孔K3连接到设置在芯片顶层的金属线M16上；

第二级Q路螺旋线圈的一端T2Q通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线J21和通孔K1连接到设置在芯片顶层的金属线M22上，第二级Q路螺旋线圈的另一端B2Q通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线J22和通孔K2连接到设置在芯片顶层的金属线M26上；

用于连接第二级Q路螺旋线圈的一端T2Q的跳线J21、用于连接第二级Q路螺旋线圈的另一端B2Q的跳线J22、用于连接第二级C路螺旋线圈的一端T2C的跳线J24以及用于连接第二级C路螺旋线圈的另一端B2C的跳线J23位于芯片的相同层。

所述第二级Q路螺旋线圈抽头CT2Q通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线M25、J28连接到用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端T2Q、B2Q的设置在芯片顶层的金属线上；第二级C路螺旋线圈抽头CT2C通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线M15、J27连接到用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端T2C、B2C设置在芯片顶层的金属线上。

在具体实施例中，第一级螺旋线圈的一端B1A由用于连接第一级螺旋线圈的一端B1A和节点K16的金属线M11、用于连接节点K16和节点K17的跳线J31、用于连接节点K17和节点K19的金属线M23、用于连接节点K19和节点K20的跳线J33、用于连接节点K20和节点K14的金属线M13、用于连接节点K14和节点K11的跳线J29、用于连接节点K11和第一级螺旋线圈的另一端T1A的金属线M21顺序连接到第一级螺旋线圈的另一端T1A。

第二级Q路螺旋线圈的一端T2Q由用于连接第二级Q路螺旋线圈的一端T2Q和通孔K1的跳线J21、用于连接通孔K1和节点K9的金属线M22、、用于连接节点K9和节点K8的跳线J26、用于连接节点K8和节点K15的金属线M14、用于连接节点K15和节点K12的跳线J30、用于连接节点K12和通孔K2的金属线M26、用于连接通孔K2和第二级Q路螺旋线圈的抽头CT2Q的跳线J22顺序连接到第二级Q路螺旋线圈的另一端B2Q。

第二级Q路螺旋线圈的抽头CT2Q由用于连接第二级Q路螺旋线圈的抽头CT2Q和节点K5的跳线M25、用于连接节点K5和节点K8的跳线J28、用于连接节点K8和节点K15的金属线M14、用于连接节点K15和节点K12的跳线J30、用于连接节点K12和通孔K2的金属线M26、用于连接通孔K2和第二级Q路螺旋线圈的一端B2Q的跳线J22顺序连接到第二级Q路螺旋线圈的另一端B2Q。

第二级C路螺旋线圈的一端T2C由用于连接第二级Q路螺旋线圈的一端T2C和通孔K4的跳线J24、用于连接通孔K4和节点K10的金属线M12、、用于连接节点K10和节点K7的跳线J25、用于连接节点K7和节点K18的金属线M24、用于连接节点K18和节点K13的跳线J32、用于连接节点K13和通孔K3的金属线M16、用于连接通孔K3和第二级Q路螺旋线圈的另一端B2C的跳线J23顺序连接到第二级Q路螺旋线圈的另一端B2C；

第二级C路螺旋线圈的抽头CT2C由用于连接第二级C路螺旋线圈的抽头CT2C和节点K6的跳线M15、用于连接节点K6和节点K7的跳线J27、用于连接节点K7和节点K18的金属线M24、用于连接节点K18和节点K13的跳线J32、用于连接节点K13和通孔K3的金属线M16、用于连接通孔K3和第二级Q路螺旋线圈的另一端B2C的跳线J23顺序连接到第二级Q路螺旋线圈的另一端B2C；

金属线M11与金属线M21、金属线M12与金属线M22、金属线M13与金属线M23、金属线M14与金属线M24、金属线M16与金属线M26、跳线M15与跳线M16对于芯片的中轴线Y1Y2镜像对称设置。

金属线M12设置在金属线M11与金属线M13之间，金属线M13设置在金属线M12与金属线M14之间。金属线M22设置在金属线M21与金属线M23之间，金属线M23设置在金属线M22与金属线M24之间。

在具体实施例中，所述金属线M11～M14、M21～M24、M16、M26均设置在芯片的顶层，跳线J25、J26、J33分别设置在芯片的不同层；跳线J31、J32设置在芯片的相同层，跳线J29、J30设置在芯片的相同层，并与跳线J31和跳线J32设置在芯片的不同层；在具体实施例中，跳线J31、J32设置在芯片的顶层，在具体实施例中，跳线J29、J30设置在芯片的次顶层。

在具体实施例中，布置在芯片顶层的金属线采用长方型布图，也可以采用圆型布图、椭圆型布图、方型布图、五边型布图、六边型布图、七边型布图、八边型布图或者五边型布图，在此不一一累述。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但是，本实用新型保护的不仅限于具体实施方式的范围。

Claims (6)

1.高集成度片上变压器，其特征在于：所述片上变压器包括设置在芯片顶层的第一级螺旋线圈的两端（T1A、B1A），设置在芯片顶层或芯片次顶层或芯片下层的第二级Q路螺旋线圈的两端（T2Q、B2Q）和设置在芯片顶层或芯片次顶层或芯片下层的第二级C路螺旋线圈的两端（T2C、B2C）；其中，第一级螺旋线圈的两端（T1A、B1A）分别设置在芯片的中轴线（Y1Y2）的两边，并且第一级螺旋线圈的一端（T1A）与第一级螺旋线圈的另一端（B1A）对于芯片的中轴线（Y1Y2）镜像对称设置；第二级Q路螺旋线圈的两端（T2Q、B2Q）和第二级C路螺旋线圈的两端（T2C、B2C）均位于芯片的相同层，并且，第二级C路螺旋线圈的一端（T2C）与第二级Q路螺旋线圈的一端（T2Q）对于芯片的中轴线（Y1Y2）镜像对称设置，第二级C路螺旋线圈的另一端（B2C）与第二级Q路螺旋线圈的另一端（B2Q）对于芯片的中轴线（Y1Y2）镜像对称设置。

2.根据权利要求1所述的高集成度片上变压器，其特征在于：所述片上变压器还设置有第二级Q路螺旋线圈抽头（CT2Q）以及第二级C路螺旋线圈抽头（CT2C），所述第二级Q路螺旋线圈抽头（CT2Q）与第二级Q路螺旋线圈的两端（T2Q、B2Q）位于芯片的相同层，第二级C路螺旋线圈抽头（CT2C）与第二级C路螺旋线圈的两端（T2C、B2C）位于芯片的相同层。

3.根据权利要求2所述的高集成度片上变压器，其特征在于：所述第一级螺旋线圈的一端（T1A）通过设置在芯片顶层的多条金属线和设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层的多条跳线连接到第一级螺旋线圈的另一端（B1A）。

4.根据权利要求3所述的高集成度片上变压器，其特征在于：

    所述第二级Q路螺旋线圈的一端（T2Q）通过设置在芯片顶层的多条金属线和设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层的多条跳线连接到第二级Q路螺旋线圈的另一端（B2Q）；

第二级C路螺旋线圈的一端（T2C）通过设置在芯片顶层的多条金属线和设置在芯片顶层、芯片次顶层或芯片下层的多条跳线连接到第二级C路螺旋线圈的一端（B2C）；

并且，用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端（T2Q、B2Q）的金属线与用于连接第一级螺旋线圈的两端（T1A、B1A）的金属线相互间隔设置，用于连接第二级C路螺旋线圈的两端（T2C、B2C）的金属线与用于连接第一级螺旋线圈的两端（T1A、B1A）的金属线相互间隔设置，用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端（T2Q、B2Q）的金属线与用于连接第二级C路螺旋线圈的两端（T2C、B2C）的金属线按芯片的中轴线（Y1Y2）镜像对称设置。

5.根据权利要求2、3或4所述的高集成度片上变压器，其特征在于：

第二级C路螺旋线圈的一端（T2C）通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线（J24）和通孔（K4）连接到设置在芯片顶层的金属线（M12）上，第二级C路螺旋线圈的另一端（B2C）通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线（J23）和通孔（K3）连接到设置在芯片顶层的金属线（M16）上；

第二级Q路螺旋线圈的一端（T2Q）通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线（J21）和通孔（K1）连接到设置在芯片顶层的金属线（M22）上，第二级Q路螺旋线圈的另一端（B2Q）通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线（J22）和通孔（K2）连接到设置在芯片顶层的金属线（M26）上；

用于连接第二级Q路螺旋线圈的一端（T2Q）的跳线（J21）、用于连接第二级Q路螺旋线圈的另一端（B2Q）的跳线（J22）、用于连接第二级C路螺旋线圈的一端（T2C）的跳线（J24）以及用于连接第二级C路螺旋线圈的另一端（B2C）的跳线（J23）位于芯片的相同层。

6.根据权利要求5所述的高集成度片上变压器，其特征在于：所述第二级Q路螺旋线圈抽头（CT2Q）通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线（M25、J28）连接到用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端（T2Q、B2Q）的设置在芯片顶层的金属线上；第二级C路螺旋线圈抽头（CT2C）通过设置在芯片次顶层或芯片下层的跳线（M15、J27）连接到用于连接第二级Q路螺旋线圈的两端（T2C、B2C）设置在芯片顶层的金属线上。

Images