DE102015109632A1

DE102015109632A1 - Induktivitätsstruktur und anwendung dafür

Info

Publication number: DE102015109632A1
Application number: DE102015109632.3A
Authority: DE
Inventors: Zaid Aboush; Adem Aktas; Jeff KOELLER
Original assignee: Cambridge Silicon Radio Ltd
Current assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2015-12-17
Also published as: GB201506913D0; US20150364242A1; GB2528739A; US9543068B2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft zusammengesetzte Induktivitätsstrukturen zur Verwendung in integrierten Schaltungen. Es wird eine zusammengesetzte Induktivitätsstruktur bereitgestellt, die eine erste Induktivitätsspule und eine zweite Induktivitätsspule umfasst. Die zweite Induktivitätsspule umfasst eine Mehrwindungsschleife, die die erste Induktivitätsspule umgibt. Die erste Induktivitätsspule umfasst zwei Mehrwindungsschleifen, die in einer Achterkonfiguration um einen zentralen Anschluss geschaltet sind, um so zu bewirken, dass ein in einer ersten Schleife der Mehrwindungsschleifen fließender Strom in einer ersten Drehrichtung um die erste Schleife zirkuliert und ein in einer zweiten Schleife der Mehrwindungsschleifen fließender Strom in einer der Drehrichtung des Stromflusses in der ersten Schleife entgegengesetzten zweiten Drehrichtung um die zweite Schleife zirkuliert, wobei die Richtung des Stromflusses in der ersten und zweiten Schleife Spiegelbilder voneinander sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Induktivitätsstrukturen, die in HF-Entwürfen wie rauscharmen Verstärkern (LNA), Leistungsverstärkern (PA) und/oder spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO) anzutreffen sind. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf Doppel-Breitband-VCO anwendbar.
Hintergrund
Induktivitäten werden oft in integrierten Schaltungen verwendet, wie etwa dem in 1 gezeigten spannungsgesteuerten Oszillator 100. Wenn mehrere Induktivitäten L1 und L2 in solchen Schaltungen oder in getrennten Schaltungen auf demselben IC-Substrat anwesend sind, besteht ein Risiko, dass sich die Induktivitäten magnetisch miteinander koppeln, was wiederum den Betrieb der integrierten Schaltung beeinflussen kann, da die in den Komponenten induzierten resultierenden Ströme unerwünschte Änderungen ihrer Verhaltenskenngrößen verursachen können. Ort und Nähe dieser Komponenten sind ein Faktor beim Grad anwesender magnetischer Kopplung. Um dieses Problem zu mindern, werden integrierte Schaltungen oft so entworfen, dass Induktivitäten soweit wie praktikabel physisch getrennt sind. Solche Entwurfstopologien nehmen jedoch eine große Fläche auf dem Chip ein und es ist wünschenswert, die für eine integrierte Schaltung erforderliche Chipfläche zu minimieren. Ferner ist es wünschenswert, Chipfläche zu bewahren, ohne die Leistungsfähigkeit der integrierten Schaltung zu beeinträchtigen.
Es wurde vorgeschlagen, die von einer Schaltung, die mehr als eine Induktivität umfasst, benötigte Fläche zu verringern, indem eine Induktivität in eine andere eingebettet wird. Ein Entwurf einer Integration von Induktivität und Übertrager, der in der Technik bekannt ist, ist in 2 (aus US 2011/0248809 und US 2012/0326826 ) gezeigt, wobei die Induktivitätsstruktur 200 eine erste Induktivität 201 und einen Übertrager 202 mit einer zweiten Induktivität 203 und einer dritten Induktivität 204 umfasst, wobei die erste Induktivität 201 in den Übertrager 202 eingebettet ist, so dass der magnetische Effekt eines durch die Induktivität 201 fließenden Stroms den der äußeren Induktivitäten 203 und 204 aufhebt, so dass keine magnetische Kopplung dieser Spulen auftritt. Diese Aufhebung des magnetischen Effekts in 2 ist auf die Achterkonfiguration der ersten Induktivität 201 zurückzuführen, dergestalt, dass die vom in den äußeren Induktivitäten 203 und 204 fließenden Strom erzeugte magnetische Komponente entfernt wird, während gleichzeitig die äußeren Induktivitäten 203 und 204 verschachtelt sind, um den Übertrager 202 zu bilden.
3 zeigt eine Schaltung 300 eines rauscharmen Verstärkers (LNA) mit der Induktivitätsstruktur 200. Die Schaltung 300 umfasst mehrere Elemente und umfasst Induktivitätselemente 201, 203 und 204. Die Schaltung 300 zeigt, wie die erste Induktivität 201 und die äußeren Induktivitäten 203 und 204 der Induktivitätsstruktur 200 verbunden werden können. Aus 3 ist klar, dass, obwohl die Induktivitätsstruktur 200 von 2 bezüglich Chipfläche ökonomisch ist, die Vorrichtung nicht die Funktionalität aufweist, um alle Induktivitäten als diskrete isolierte Induktivitäten zu betreiben, die ausgelegt werden können, unabhängig oder zusammenzuarbeiten, da die Spulen L2 und L3 nicht von dem Übertrager 202 entkoppelt und getrennt verwendet werden können. Ferner teilen sich die äußeren Induktivitäten 203 und 204 (repräsentiert von Spulen L2 und L3) und die innere Induktivität 201 (repräsentiert von Spule L1) keine gemeinsame Masseverbindung, wodurch die gesamte Struktur symmetrisch wird, wobei ein allen Spulen gemeinsamer Knoten auf ein spezielles Potential gezwungen wird, wobei der Gleichtaktstrom durch die Spulen L1 bis L3 gesteuert werden kann.
Es wird deshalb eine verbesserte integrierte Induktivitätsstruktur benötigt, die zum Betrieb als unabhängige Induktivitäten oder als zusammengesetzte Induktivität, wie von einer integrierten Schaltung benötigt, ausgelegt werden kann, während die eingenommene Chipfläche minimiert und gegenseitige Isolation zwischen den unabhängigen Vorrichtungen sichergestellt wird.
Kurzfassung der Erfindung
Hiermit wird eine zusammengesetzte Induktivitätsstruktur bereitgestellt, die eine erste Induktivitätsspule und eine zweite Induktivitätsspule umfasst, wobei die zweite Induktivitätsspule eine Mehrwindungsschleife umfasst, die die erste Induktivitätsspule umgibt, und die erste Induktivitätsspule zwei spiegelbildliche Mehrwindungsschleifen umfasst, die in einer Achterkonfiguration um einen zentralen Anschluss geschaltet sind, um so zu bewirken, dass in einer ersten Schleife der zwei spiegelbildlichen Mehrwindungsschleifen fließender Strom in einer ersten Drehrichtung um die erste Schleife zirkuliert und ein in einer zweiten Schleife der zwei spiegelbildlichen Mehrwindungsschleifen fließender Strom in einer der Drehrichtung des Stromflusses in der ersten Schleife entgegengesetzten zweiten Drehrichtung um die zweite Schleife zirkuliert, wobei der zentrale Anschluss die erste Induktivitätsspule mit der zweiten Induktivitätsspule verbindet, so dass die Größe der ersten Schleife der ersten Induktivitätsspule, die mit dem zentralen Anschluss verbunden ist, gleich der Größe der zweiten Schleife der ersten Induktivitätsspule ist, die mit dem zentralen Anschluss verbunden ist.
Bei Ausführungsformen teilt der zentrale Anschluss die Schleife der zweiten Induktivitätsspule gleichmäßig auf. Bei anderen Ausführungsformen ist die erste Induktivitätsspule 180° drehsymmetrisch um den zentralen Anschluss.
Bei anderen Ausführungsformen ist der zentrale Anschluss mit einer Gleichstromversorgung mit einem Entkopplungskondensator oder mit einem Masseanschluss verbunden.
Bei anderen Ausführungsformen induzieren die von den in der ersten und zweiten Schleife der ersten Induktivitätsspule zirkulierenden Strömen erzeugten elektromagnetischen Felder elektromagnetische Ströme in der zweiten Induktivitätsspule, wobei Betrag und Richtung dieser induzierten Ströme dergestalt sind, dass sie sich effektiv aufheben.
Bei anderen Ausführungsformen können die erste und zweite Induktivitätsspule unabhängig, gleichzeitig oder eine auf einmal betrieben werden.
Bei anderen Ausführungsformen weisen die erste und zweite Schleife der ersten Induktivitätsstruktur und die Schleife der zweiten Induktivitätsstruktur jeweils mehrere Wicklungen auf.
Bei anderen Ausführungsformen ist die Breite jeder der Wicklungen der ersten und zweiten Induktivitätsspule von der innersten Wicklung zur äußersten Wicklung gehend entweder unterschiedlich oder dieselbe.
Bei anderen Ausführungsformen werden die Windungen der Wicklungen in der ersten und zweiten Induktivitätsspule durch eine Beabstandung getrennt.
Bei anderen Ausführungsformen ist die Beabstandung von der innersten Wicklung zur äußersten Wicklung gehend entweder unterschiedlich oder dieselbe.
Bei anderen Ausführungsformen zur Verwendung in einem zweibandigen spannungsgesteuerten Oszillator, rauscharmen Verstärker (LNA) und Leistungsverstärker (PA).
Bei anderen Ausführungsformen ist die Form der ersten und zweiten Induktivitätsspule eine von kreisförmig, oktagonal oder rechteckig.
Bei anderen Ausführungsformen verbindet der zentrale Anschluss die erste und zweite Spule auf entweder derselben Metallschicht oder verschiedenen Metallschichten unter Verwendung entsprechender Durchkontaktierungsstrukturen.
Bei anderen Ausführungsformen werden die erste und zweite Induktivitätsspule auf derselben Schicht in einer integrierten Schaltung hergestellt.
Bei anderen Ausführungsformen werden die erste und zweite Induktivitätsspule auf verschiedenen Schichten in einer integrierten Schaltung hergestellt und unter Verwendung von Durchkontaktierungsstrukturen verbunden.
Figuren
1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines in der Technik bekannten spannungsgesteuerten Oszillators;
2 zeigt eine in der Technik bekannte integrierte Induktivitäts- und Übertragerstruktur;
3 zeigt ein die integrierte Induktivitäts- und Übertragerstruktur von 2 verwendendes LNA-Schaltbild;
4 zeigt die zweibandige integrierte Induktivitätsstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt das Ersatzschaltbild der integrierten Induktivitätsstruktur von 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6A zeigt die zwischen der integrierten Induktivitätsstruktur der vorliegenden Erfindung und zwei spannungsgesteuerten Oszillatoren hergestellten Verbindungen, während 6B VCO zeigt, die in einer herkömmlichen Anordnung mit zwei getrennten Spulen verbunden sind.
Ausführliche Beschreibung
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Zweiband-IC-Induktivitätsstruktur 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in integrierten SoC-Schaltungen(System-on-Chip), wie etwa spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO). Die Zweiband-Induktivität 400 von 4 wird unter Verwendung bekannter Herstellungstechnologie integrierter Schaltungen hergestellt.
Die Zweiband-Induktivitätsstruktur 400 umfasst eine erste Induktivitätsspule 401 und eine zweite Induktivitätsspule 402. Die erste Induktivitätsspule 401 umfasst eine erste Schleife 403 und eine zweite Schleife 404, die in einer Achteranordnung verbunden sind. Die zweite Induktivitätsspule 402 umfasst eine Schleife, die die erste Induktivitätsspule 401 einschließt. Im Beispiel von 4 kann die erste Induktivitätsspule 401 eine beliebige Form annehmen. Vorzugsweise sind die erste 403 und zweite 404 Schleife der ersten Induktivitätsspule 401 und die zweite Induktivitätsspule 402 oktagonal. Als Alternative sind die erste 401 und zweite 402 Induktivitätsspule entweder kreisförmig oder rechteckförmig. Mit dieser Anordnung benutzt die Zweiband-Induktivitätsstruktur 400 von 4 einen Spulenraum oder -platz, der durch die Größe der zweiten Induktivitätsspule 402 gesetzt wird. Der von der ersten Induktivitätsspule 401 eingenommene Platz ist daher naturgemäß und somit effektiv „umsonst”, um dadurch die Benutzung von Siliziumfläche in einem IC zu maximieren.
Die Zweiband-Induktivitätsstruktur 400 der vorliegenden Erfindung kann in Mehrband-VCO verwendet werden. Bei Verwendung in einem Zweiband-VCO bestimmt die Größe der ersten Induktivitätsspule 401 das höhere Frequenzband des VCO, während die Größe der zweiten Induktivitätsspule 402 das niedrigere Frequenzband des VCO bestimmt. Das niedrigere Frequenzband (bestimmt von Induktivität 402) des VCO schreibt die Größe der Zweiband-Induktivitätsstruktur 400 vor und die Spule 401 für das höhere Frequenzband benötigt keinen zusätzlichen Platz, weil sie in der Niederfrequenzbandspule 402 eingeschlossen ist. Beim Entwurf der Zweiband-Induktivitätsstruktur 400 der vorliegenden Erfindung wird somit die Spule 401 zuerst hinsichtlich des benötigten Induktivitätswerts und Gütefaktors entworfen. Die Spule 402 wird dann unabhängig hinsichtlich der benötigten Parameter optimiert und um die Spule 401 eingebettet. Die zweite Spule 402 wird dann feinabgestimmt, wenn sie die erste Spule 401 umgibt, um etwaige Änderungen der Leistungsfähigkeit aufgrund der ersten Spule 401 zu berücksichtigen.
Die erste Schleife 403 und die zweite Schleife 404 der ersten Induktivitätsspule 401 und die Schleife der zweiten Induktivitätsspule 402 sind mit einem zentralen Anschluss 405 in der Induktivitätsstruktur verbunden. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Anschluss 405 der physische HF-Masseanschluss der Induktivitätsstruktur 400. Im Beispiel von 4 sind mit Ausnahme des Anschlusses 405 die ersten Induktivitätsspulenschleifen 403 und 404 so ausgelegt, dass sie wie in 4 gezeigt um den Punkt 406 drehsymmetrisch sind. Diese Symmetrie stellt sicher, dass die magnetischen Effekte dieser Spulen übereinstimmen und sich somit wegheben.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Induktivitätsspulen 401 und 402 auf derselben Schicht in einer integrierten Schaltungsstruktur hergestellt. Als Alternative können sich die Induktivitäten 401 und 402 auf getrennten Schichten befinden. Ferner wird bei der in 4 gezeigten Ausführungsform der zentrale Anschluss 405 von einer Erweiterung des für die erste Schleife 403 und die zweite Schleife 404 der ersten Induktivitätsspule 401 verwendeten Materials gebildet. Es versteht sich jedoch, dass dieser Anschluss als Alternative auf andere Weisen implementiert werden kann (zum Beispiel auf einer anderen Schicht als der die erste 401 und zweite 402 Induktivitätsspule enthaltenden, über eine Durchkontaktierung mit den Spulen verbunden).
Jede der Windungen 409 bis 415 der Wicklungen in der ersten 401 und zweiten 402 Induktivitätsspule werden durch die Beabstandung 408 für die erste Induktivität 401 und die Beabstandung 407 für die zweite Induktivität 402 getrennt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Breite jeder der Wicklungen 409 bis 415 und die Beabstandung 407 und 408 zwischen den Wicklungen dieselbe. Als Alternative können diese Abmessungen 407 bis 415 in jeder der Induktivitäten 401 und 402 unterschiedlich sein, um eine Zielinduktivität und/oder einen Zielgütefaktor zu erreichen, um die Leistungsfähigkeit zu optimieren.
Die hier zuvor beschriebene Zweiband-Induktivitätsstruktur kann (i) den benötigten Platz verringern, (ii) Betrieb der Spulen unabhängig und gleichzeitig als eine einzige selbstständige Induktivität erlauben und (iii) Verwendung eines effektiven Einzel-S-Parametermodells erlauben, wobei Kopplung zwischen Spulen mit eingeschlossen und optimiert werden kann.
Es sollte beachtet werden, dass der Gütefaktor eine Repräsentation der Verluste in der Spule aufgrund der sich aus ihrer einzigartigen Struktur ergebenden elektromagnetischen Feldverteilung ist. In der Struktur von 4 weist die erste (innere) Induktivitätsspule 401 bestimmte Verluste auf; wenn diese innere Spule 401 von der zweiten (äußeren) Induktivitätsspule 402 umgeben wird, erfahren die aus der äußeren Spule 402 in die innere Spule 401 gekoppelten elektromagnetischen Felder die Verluste der inneren Spule 401. Die Induktivitätsspule mit dem niedrigsten Gütefaktor dominiert daher die Strukturleistungsfähigkeit.
Die Kopplung zwischen der inneren und äußeren Spule kann durch Heraus- und Wegdrücken der äußeren Spule 402 von der inneren Spule 401 verringert werden. Achter-Spulen weisen einen niedrigeren Gütefaktor als entsprechende Spulen des Standardentwurfs auf. Bei der in 4 abgebildeten Ausführungsform weist die innere Spule 401 somit einen niedrigeren Gütefaktor als die äußere Spule 402 auf. Die Verringerung des Gütefaktors wird jedoch durch die Verringerung des von den integrierten Spulen eingenommenen Platzes mehr als kompensiert.
In der obigen Beschreibung kann die Induktivität jeder Spule unabhängig voneinander gesetzt werden, während der Gütefaktor jeder Spule von dem kleinsten Gütefaktor jeder Spule bestimmt wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt die Breite der Wicklungen 409 und 410 der ersten Induktivitätsspule 401 nach außen von 3 μm auf 7 μm zu und die Breiten der Wicklungen 413 bis 415 der zweiten Induktivitätsspule 402 sind nach außen gehend 8 μm, 9 μm bzw. 6 μm. In beiden Induktivitäten werden die jeweiligen Wicklungen durch eine Beabstandung 407 und 408 von 3 μm getrennt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform weist die Spule 402 einen Gütefaktor von > 15 auf, wenn keine Spule darin eingebettet ist, und die Spule 401 einen Gütefaktor von > 13, wenn keine Spule sie umgibt. Durch Kombinieren beider Spulen in der Zweiband-Induktivitätsstruktur 400 von 4 wird ein Gütefaktor von 13 für die Spule 401 und 12,7 für die Spule 402 erreicht. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Spule 401 ausgelegt, bei 10 GHz optimal zu arbeiten, und die Spule 402 ausgelegt, bei 4 GHz optimal zu arbeiten.
Es sollte beachtet werden, dass aufgrund des Skin-Tiefen-Effekts der Strom gewöhnlich in den Seitenwänden der Spulenbahn fließt. Die Abmessungen der Merkmale 407 bis 415 bestimmen daher die Selbst- und Gegeninduktivität in der Induktivitätsstruktur 400. Spulen mit breiteren Windungen weisen mehr Kopplung des elektrischen Felds auf (der kapazitive Effekt); durch Verwendung dieses kapazitiven Elements ist es somit möglich, die Selbstresonanzfrequenz der Induktivität abzustimmen und zu optimieren, was wiederum die Gütefaktorspitze verschiebt und den Induktivitätswert entsprechend ändert.
Insbesondere sind bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Windungen der Wicklungen 413 bis 415 und der äußeren Induktivitätsspule 402 diskontinuierlich und verbunden, um so eine kontinuierliche Struktur zu bilden; diese Verbindung wird durch die Überleitungsabschnitte 416 und 417 ermöglicht, die auf einer anderen Schicht als die Wicklungen hergestellt und mit diesen von Durchkontaktierungen 418 bis 421 verbunden werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Induktivitätsspule 401 aufgrund der Schleifen 403 und 404 von ihrer Achterstruktur kontinuierlich. Als Alternative kann bei einer weiteren Ausführungsform die erste Induktivitätsspule 401 Wicklungen aufweisen, die ähnlich wie bei der zweiten Induktivitätsspule 402 diskontinuierlich sind. Bei einer anderen Ausführungsform kann die zweite Induktivitätsspule 402 Wicklungen aufweisen, die ähnlich wie bei der ersten Induktivitätsspule 401 der vorliegenden Erfindung kontinuierlich sind.
In der Konfiguration von 4 können die Induktivitätsspulen 401 und 402 als zwei ineinander platzierte unabhängige Induktivitätsspulen fungieren, die unabhängig und/oder gleichzeitig verwendet werden können, ohne die elektrische Leistungsfähigkeit jeder Spule zu beeinflussen, während ein gemeinsamer Mittelabgriffspunkt 405 geteilt wird. Bei einer Ausführungsform ist dieser Mittelabgriffspunkt eine Wechselstrom-Massereferenz.
Die Ersatzschaltung 500 der Induktivitätsstruktur 400 ist in 5 gezeigt. Die erste Induktivitätsspule 401 wird von identischen Ersatzinduktivitäten 510 und 520 repräsentiert, und die zweite Induktivitätsspule 402 wird von identischen Induktivitäten 530 und 540 repräsentiert. Jede dieser Induktivitäten in der Ersatzschaltung 500 weist einen Punkt auf, der mit einem gemeinsamen Mittelabgriffspunkt 550 verbunden ist, und der andere Punkt ist in einer Sternkonfiguration mit Eingangsanschlüssen P1, P2, P3 und P4 verbunden, um dadurch effektiv eine passive Vorrichtung mit fünf Anschlüssen zu bilden. Der Mittelabgriffspunkt 550 in 5 wird physisch von dem zentralen Anschluss 405 in 4 realisiert.
Während des Gebrauchs der Induktivitätsstruktur 400 fließt Wechselstrom über den Anschluss P3 in der ersten Induktivität 401 zum Anschluss P4, wie in 5 gezeigt. Aufgrund der Achterstruktur der ersten Induktivität 401 fließt der Strom während eines ersten Zyklus des Wechselstrombetriebs im Uhrzeigersinn in der Schleife 403 und entgegen dem Uhrzeigersinn in der Schleife 404; diese Richtungen des Stromflusses sind auch in 5 dargestellt. Da die Schleifen 403 und 404 in der ersten Induktivität 401 gleiche Größe und Form aufweisen, induzieren die von den sich in jeder der Schleifen 403 und 404 ausbreitenden Strömen erzeugten elektromagnetischen Felder elektromagnetische Fernfeldströme in der äußeren Spule 402; diese induzierten Ströme sind bezüglich Betrag gleich, aber bezüglich Richtung entgegengesetzt, um sich somit effektiv gegenseitig wegzuheben. Ferner induziert der in der inneren Spule 401 fließende Strom Stromfluss in der äußeren Spule 402 aufgrund von elektromagnetischer Nahfeldkopplung zwischen diesen Strukturen. Ein (induzierter) Strom fließt somit physisch in der äußeren Spule 402 und wird schnell am Mittelpunkt 430 der äußeren Spule 402 (Bezeichnung „X” in 5) weggehoben. Wenn die Spulen 401 und 402 gleichzeitig verwendet werden, sind somit keine zusätzlichen Isolationsmittel (wie aktive Schalter) erforderlich, um die Spulen 401 und 402 voneinander zu isolieren. Das Umgekehrte würde während eines zweiten, entgegengesetzten Zyklus des Wechselstrombetriebs auftreten.
Der Mittelabgriffspunkt 550 ermöglicht, die Spulen 401 und 402 unabhängig, gleichzeitig oder eine auf einmal zu benutzen.
Die Zweiband-Induktivitätsspule 400 der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung der Verbindungsanschlüsse P1 bis P4 der Zweiband-Induktivitätsspule 400, wie in 6A gezeigt, in zwei Oszillatoren 601 und 602 benutzt werden. Durch diese Konfiguration werden zwei getrennte Spulen 620 und 630, die jeweils Platz auf einem Chip einnehmen, überflüssig. Aufgrund der zwischen der ersten Induktivitätsspule 401 und der zweiten Induktivitätsspule 402 in der Zweibandstruktur 400 gewährleisteten Isolation vermeidet der vorgeschlagene Zweiband-VCO 600 Wechselwirkung zwischen den zwei Spulen während des Gebrauchs. Dies ist verglichen mit der Verwendung von getrennten Spulen (wie etwa Spulen 620 und 630 wie in 6B gezeigt) für jeweils VCO1 und VCO2 vorteilhaft. Selbst falls die Spulen weit getrennt sind (und somit viel Platz verbrauchen), findet eine gewisse gegenseitige Kopplung statt und muss beim Entwurf einbezogen werden (wie etwa Sicherstellung einer Mindesttrennung 640 zwischen Spulen).
Die Induktivitätsstruktur 400 der vorliegenden Erfindung erlaubt eine Verbindung von VCO1 und VCO2 mit den Spulen 401 und 402 über Anschlüsse P1 bis P4 wie in 4 gezeigt und kann gleichzeitig, unabhängig oder einer auf einmal arbeiten. Da keine aktiven Schalter zur Isolation der eingebetteten Spulen 401 und 402 erforderlich sind, kann sowohl für VCO1 als auch für VCO2 ein hoher Gütefaktor aufrechterhalten werden. Weiterhin gewährleistet der Mittelabgriffspunkt 550 einen gemeinsamen Gleichstromzuführungs- und Wechselstrommassepunkt, wodurch das Versorgungsrouting auf dem IC verringert wird, falls diese Oszillatoren getrennt implementiert werden sollten.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die eingebettete Spulenkonfiguration der vorliegenden Erfindung für Hochfrequenz- bzw. HF-Schaltungen wie rauscharme Verstärker (LNA) verwendet werden, zusätzlich zu der oben besprochenen Zweifach-VCO-Anwendung.
Im Obigen kann der Ausdruck „Größe” die Bedeutung von Länge annehmen. Im Kontext der vorliegenden Induktivitätsstruktur würde sich der Ausdruck „Größe” somit auf die Länge des Metallleiters beziehen, der zur Bildung der jeweiligen Spule der Struktur verwendet wird.
Es versteht sich, dass die obige Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform lediglich als Beispiel gegeben wird und dass Fachleute verschiedene Modifikationen vornehmen können. Obwohl oben verschiedene Ausführungsformen mit einem bestimmten Grad an Einzelheit oder unter Bezugnahme auf eine oder mehrere einzelne Ausführungsformen beschrieben wurden, könnten Fachleute zahlreiche Abänderungen an den offenbarten Ausführungsformen vornehmen, ohne vom Wesen oder Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0248809 [0003]
US 2012/0326826 [0003]

Claims

Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur zur Verwendung in integrierten Schaltungen, wobei die zusammengesetzte Induktivitätsstruktur umfasst: eine erste Induktivitätsspule; und eine zweite Induktivitätsspule, wobei die zweite Induktivitätsspule eine Mehrwindungsschleife umfasst, die die erste Induktivitätsspule umgibt; und die erste Induktivitätsspule zwei Mehrwindungsschleifen umfasst, die in einer Achterkonfiguration um einen zentralen Anschluss geschaltet sind, um so zu bewirken, dass ein in einer ersten Schleife der Mehrwindungsschleifen fließender Strom in einer ersten Drehrichtung um die erste Schleife zirkuliert und ein in einer zweiten Schleife der Mehrwindungsschleifen fließender Strom in einer der Drehrichtung des Stromflusses in der ersten Schleife entgegengesetzten zweiten Drehrichtung um die zweite Schleife zirkuliert, wobei die Richtung des Stromflusses in der ersten und zweiten Schleife Spiegelbilder voneinander sind, wobei der zentrale Anschluss die erste Induktivitätsspule mit der zweiten Induktivitätsspule verbindet, so dass die Größe der ersten Schleife der ersten Induktivitätsspule, die mit dem zentralen Anschluss verbunden ist, gleich der Größe der zweiten Schleife der ersten Induktivitätsspule ist, die mit dem zentralen Anschluss verbunden ist.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei der zentrale Anschluss die Schleife der zweiten Induktivitätsspule gleichmäßig aufteilt.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste Induktivitätsspule 180° drehsymmetrisch um den zentralen Anschluss ist.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei der zentrale Anschluss mit einer Gleichstromversorgung mit einem Entkopplungskondensator oder mit einem Masseanschluss verbunden ist.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei die von den in der ersten und zweiten Schleife der ersten Induktivitätsspule zirkulierenden Strömen erzeugten elektromagnetischen Felder elektromagnetische Ströme in der zweiten Induktivitätsspule induzieren, wobei Betrag und Richtung dieser induzierten Ströme dergestalt sind, dass sie sich effektiv wegheben.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Induktivitätsspule unabhängig, gleichzeitig oder eine auf einmal betrieben werden können.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Schleife der ersten Induktivitätsstruktur und die Schleife der zweiten Induktivitätsstruktur jeweils mehrere Wicklungen aufweisen.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei die Breite jeder der Wicklungen der ersten und zweiten Induktivitätsspule von der innersten Wicklung zur äußersten Wicklung gehend entweder unterschiedlich oder dieselbe ist.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei die Windungen der Wicklungen in der ersten und zweiten Induktivitätsspule durch eine Beabstandung getrennt werden.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 9, wobei die Beabstandung von der innersten Wicklung zur äußersten Wicklung gehend entweder unterschiedlich oder dieselbe ist.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem zweibandigen spannungsgesteuerten Oszillator, rauscharmen Verstärker (LNA) und Leistungsverstärker (PA).
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei die Form der ersten und zweiten Induktivitätsspule eine von kreisförmig, oktagonal oder rechteckig ist.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei der zentrale Anschluss die erste und zweite Spule verbindet, entweder auf derselben Metallschicht oder auf verschiedenen Metallschichten unter Verwendung entsprechender Durchkontaktierungsstrukturen.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Induktivitätsspule auf derselben Schicht in einer integrierten Schaltung hergestellt werden.
Zusammengesetzte Induktivitätsstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Induktivitätsspule auf verschiedenen Schichten in einer integrierten Schaltung hergestellt werden und unter Verwendung von Durchkontaktierungsstrukturen verbunden werden.