KR100716848B1 - 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 기판상에 형성되는 나선형 인덕터에 있어서, 각기 폭이 다른 도체를 이용하여 기판상에 나선형 패턴을 형성하며, 상기 형성된 나선형 패턴의 일측에 개방(open) 형태 또는 단락(short) 형태의 스터브(stub)를 갖는 금속 라인과; 인덕턴스(Inductance)의 조절을 위한 선택신호에 따라 도통 제어되어, 상기 금속 라인의 각기 폭이 다른 도체를 선택적으로 연결하는 스위칭 수단을 포함하는 나선형 인덕터를 구비하여 구성된다.
따라서, 본 발명은 고주파 대역을 사용하는 각종 통신기기의 집적회로(integrated circuits, IC)에서 나선형 인덕터(Spiral Inductor)를 구현함에 있어서, 나선형 구조의 금속 라인을 각기 폭이 다른 도체로 구현하고, 상기 도체의 일측에 개방(open) 혹은 단락(short) 형태의 스터브(stub)를 형성함으로써, 상기 스터브로 인해 기생 커패시턴스(capacitance) 혹은 인덕턴스(inductance)를 유도하거나 각기 폭이 다른 도체를 선택적으로 연결하는 것을 통해, 나선형 인덕터의 전체적인 인덕턴스를 사용 목적에 따라 정밀하게 조절하여, 특정 주파수 대역에서 인덕터의 Q-인자(Quality factor)를 최대로 출력하거나, 기판상의 적은 면적을 이용하여 다양한 인덕턴스를 갖는 인덕터를 고주파 대역에서 구현하여, 상기 집적회로의 집적도를 높이는 효과가 있다.

Description

가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터{A SPIRAL INDUCTOR HAVING A VARIABLE INDUCTANCE}
도 1은 종래 나선형 인덕터의 일 예를 보인 사시도.
도 2는 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제1 실시예를 보인 평면도.
도 3은 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제2 실시예를 보인 평면도.
도 4는 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터에 적용된 스터브의 동작원리를 보인 예시도.
도 5는 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터에 적용된 스터브의 적용 예와 등가회로를 보인 예시도.
도 6은 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터에 적용된 스터브의 폭 및 길이 조절 예를 보인 예시도.
도 7은 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터에 적용된 스터브의 선로의 종류를 보인 예시도.
도 8은 상기 도 2의 제1 실시예에 대한 등가회로를 보인 회로도.
도 9는 상기 도 3의 제2 실시예에 대한 등가회로를 보인 회로도.
도 10은 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제3 실시예를 보인 평면도.
도 11은 상기 도 10에 따라 구현한 예를 보인 예시도.
도 12는 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제4 실시예를 보인 평면도.
도 13은 상기 도 12에 따라 구현한 예를 보인 예시도.
본 발명은 나선형 인덕터에 관한 것으로, 특히 고주파 대역을 사용하는 각종 통신기기의 집적회로(integrated circuits, IC)에서 나선형 인덕터(Spiral Inductor)를 구현함에 있어서, 나선형 구조의 금속 라인을 각기 폭이 다른 도체로 구현하고, 상기 도체의 일측에 개방(open) 혹은 단락(short) 형태의 스터브(stub)를 형성함으로써, 상기 스터브로 인해 기생 커패시턴스(capacitance) 혹은 인덕턴스(inductance)를 유도하거나 각기 폭이 다른 도체를 선택적으로 연결하는 것을 통해, 나선형 인덕터의 전체적인 인덕턴스를 사용 목적에 따라 정밀하게 조절하여, 특정 주파수 대역에서 인덕터의 Q-인자(Quality factor)를 최대로 출력하거나, 기판상의 적은 면적을 이용하여 다양한 인덕턴스를 갖는 인덕터를 고주파 대역에서 구현하여, 상기 집적회로의 집적도를 높이도록 하는 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터에 관한 것이다.
도 1은 종래 나선형 인덕터의 일 예를 보인 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이, 제1 포트(Port)(10), 제2 포트(11) 및 비아 컨택(Via Contact)(13)으로 구성된다.
제1 및 제2 포트(10,11)는 신호의 입출력이 이루어지는 단자로서, 실리콘 기판에 해당하는 절연막에 수직 방향으로 이격되도록 배치되어, 절연막을 관통하는 상기 비아 컨택(12)에 의해 상호 연결되는 구조를 이루며, 절연막 상부에 위치하는 상기 제2 포트(11)는 외곽에서 중앙을 향하여 나선형으로 돌면서 돌아가는 구조를 갖는다.
여기서, 상기와 같은 나선형 인덕터의 경우, 제1 포트(10)와 제2 포트(11) 사이의 상호 인덕턴스(Mutual Inductance)가 존재하지 않으므로, 전체 인덕턴스를 증가시키기 위해서는 상기 제2 포트(11)의 수, 형태 및 크기를 변형시킴으로써, 나선의 턴 수, 내부 반지름, 금속 폭, 금속 간의 거리 등을 변경하여야 한다.
그러나, 이 경우 인덕터의 전체적인 크기도 증가되어 전체적인 회로의 집적도를 저하시키고, 인덕터의 면적이 일정 크기 이상이 되면, 상기 각 포트(10,11)와 기판 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스도 증가하게 됨으로 인해, 인덕터의 Q-인자(Quality factor)가 급격히 감소하여, 더 이상 전체 인덕턴스가 증가되지 않는 문제점이 있었다.
더욱이, 인덕터의 최대 Q-인자가 특정 주파수에서만 발생하게 되어, 회로 설 계자가 희망하는 주파수 대역에서 최대 Q-인자를 발생시키지 못하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 고주파 대역을 사용하는 각종 통신기기의 집적회로(integrated circuits, IC)에서 나선형 인덕터(Spiral Inductor)를 구현함에 있어서, 나선형 구조의 금속 라인을 각기 폭이 다른 도체로 구현하고, 상기 도체의 일측에 개방(open) 혹은 단락(short) 형태의 스터브(stub)를 형성함으로써, 상기 스터브로 인해 기생 커패시턴스(capacitance) 혹은 인덕턴스(inductance)를 유도하거나 각기 폭이 다른 도체를 선택적으로 연결하는 것을 통해, 나선형 인덕터의 전체적인 인덕턴스를 사용 목적에 따라 정밀하게 조절하거나, 기판상의 적은 면적을 이용하여 다양한 인덕턴스를 갖는 인덕터를 고주파 대역에서 구현하도록 하는 나선형 인덕터 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 기판상에 형성되는 나선형 인덕터에 있어서, 각기 폭이 다른 도체를 이용하여 기판상에 나선형 패턴을 형성하며, 상기 형성된 나선형 패턴의 일측에 개방(open) 형태 또는 단락(short) 형태의 스터브(stub)를 갖는 금속 라인과; 인덕턴스(Inductance)의 조절을 위한 선택 신호에 따라 도통 제어되어, 상기 금속 라인의 각기 폭이 다른 도체를 선택적으로 연결하는 스위칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 집적회로를 이루는 반도체 기판상에 둘 이상의 계층(layer)에 배열하여 형성되는 나선형 인덕터에 있어서, 상기 나선형 인덕터는 집적회로 내 제어부로부터 출력된 인덕턴스의 조절을 위한 선택신호를 입력받는 포트가 형성되는 제1 계층과, 상기 제1 계층을 통해 입력된 선택신호에 의해 도통 제어되는 스위칭 수단이 형성되는 제2 계층과, 각기 폭이 다른 도체가 기판상에 나선형 패턴으로 형성되고, 상기 각 도체의 일측에는 개방(open) 혹은 단락(short) 형태로 스터브(stub)가 형성되는 제3 계층 및, 그라운드 전원을 인가하는 제4 계층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제1 실시예를 보인 평면도로서, 이에 도시한 바와 같이, 반도체 기판상에 형성되는 나선형 인덕터에 있어서, 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)를 이용하여 기판상에 나선형 패턴을 형성하며, 상기 형성된 나선형 패턴의 일측에 개방(open) 형태의 개방스터브(stub)(OST1∼OST4)를 갖는 금속 라인(100)과; 인덕턴스(Inductance)의 조절을 위한 선택신호(S1∼S7)에 따라 도통 제어되어, 상기 금속 라인(100)의 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)를 선택적으로 연결하는 스위칭 수단(Q1∼Q7)으로 구성한다.
또한, 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제2 실시예는, 도 3에 도시한 바와 같이, 반도체 기판상에 형성되는 나선형 인덕터에 있어서, 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)로 이루어져 기판상에 나선형 패턴을 형성하며, 상기 형성된 나선형 패턴의 일측에 단락(short) 형태의 단락스터브(stub)(SST1∼SST4)를 갖는 금속 라인(100)과; 인덕턴스(Inductance)의 조절을 위한 선택신호(S1∼S7)에 따라 도통 제어되어, 상기 금속 라인(100)의 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)를 선택적으로 연결하는 스위칭 수단(Q1∼Q7)으로 구성한다.
이상과 같은 구성을 통해, 본 발명은 고주파 대역을 사용하는 각종 통신기기의 집적회로(integrated circuits, IC)에서 나선형 인덕터(Spiral Inductor)를 구현함에 있어서, 나선형 구조의 금속 라인을 각기 폭이 다른 도체로 구현하고, 상기 도체의 일측에 개방(open) 혹은 단락(short) 형태의 스터브(stub)를 형성함으로써, 상기 스터브로 인해 기생 커패시턴스(capacitance) 혹은 인덕턴스(inductance)를 유도하거나 각기 폭이 다른 도체를 선택적으로 연결하는 것을 통해, 나선형 인덕터의 전체적인 인덕턴스를 사용 목적에 따라 정밀하게 조절하여, 특정 주파수 대역에서 인덕터의 Q-인자(Quality factor)를 최대로 출력하거나, 기판상의 적은 면적을 이용하여 다양한 인덕턴스를 갖는 인덕터를 고주파 대역에서 구현하여, 상기 집적회로의 집적도를 높이게 된다.
본 발명은 고주파 대역을 사용하는 각종 통신기기의 집적회로(integrated circuits, IC)에 구현되는 나선형 인덕터(Spiral Inductor)에 관한 것으로, 본 발 명이 적용된 나선형 인덕터는 크게, 각기 폭이 다른 도체를 구비하여 나선형 형태를 가지는 금속 라인, 상기 금속 라인의 일측에 개방 혹은 단락 형태로 연결되어 기생 커패시턴스 혹은 인덕턴스를 유도하기 위한 스터브 및, 상기 금속 라인의 각기 폭이 다른 도체를 선택적으로 연결하여 상기 금속 라인의 폭 변환에 따른 금속 라인의 면적을 선택적으로 조절하기 위한 스위칭 수단으로 이루어진다.
일반적으로, 나선형 인덕터에서 인덕턴스는 금속 라인에 의해 발생하는 기생 커패시턴스 혹은 인덕턴스나 상기 금속 라인의 면적에 의해 영향을 받으므로, 본 발명은 집적회로에서, 도 4 및 도 5에 도시한 스터브의 실시예와 같이, 개방 형태의 스터브를 통해 신호선과 그라운드 사이의 유전체로 인해 상기 개방 형태의 스터브가 커패시터 역할을 하게 하고, 단락 형태의 스터브를 통해 신호선에서 하나의 금속 라인이 그라운드와 일렬로 연결됨으로 인해 상기 단락 형태의 스터브가 인덕터 역할을 하게 하며, 이때 상기 집적회로의 제어부(미도시)에서 나선형 인덕터를 구성하는 금속 라인의 면적을 선택하는 제어를 수행함으로써, 상기 개방 혹은 단락 형태의 스터브와 함께 금속 라인의 전체적인 면적을 선택적으로 조절하여, 해당 집적회로에서 요구하는 전체 인덕턴스를 가변하는 것을 가능케 한다.
그리고 금속 라인의 일측에 새로 연결되는 스터브의 길이는, 인덕터를 통과하는 신호의 공기중의 파장 길이를 관내파장길이(guided wavelength)로 바꾸어주어야 하므로, 하기의 수학식에 의해 산출하며,
Figure 112005058438805-pat00001
여기서 λ는 신호의 공기중의 파장이고, εr은 금속 라인을 이루는 도체의 비유전율(Relative Permittivity)이다. 예를 들어, 상기 수학식1에 의해 반도체 기판상에 50옴(Ω)의 임피던스를 갖는 스터브를 구현하는 경우, 그 폭은 '2.05mm'에 해당하고, 'λ/2' 만큼의 길이로 금속 라인에 연결됨을 알 수 있다.
또한, 본 발명에서 적용 가능한 스터브의 종류는 여러 가지가 있으며, 이중 가장 중요한 점은 스터브의 폭과 길이로서, 본 발명은 본 발명이 적용된 집적회로의 용도에 따라, 특정 주파수 대역에서 인덕터에 요구하는 임피던스를 만족시키도록, 상기 스터브의 폭과 길이를 다르게 설계하면 된다.
도 6은 50 옴의 임피던스를 갖는 인덕터에서 스터브의 폭과 길이를 예시한 것으로, 주파수 대역에 따라 로드(load) 구간(A)과 스터브 구간(B)을 변경 가능함을 보인 것이고, 도 7은 스터브의 선로를 형성하는 방법의 예시로서, 모서리 부분을 달리 형성하여 인덕터의 특성을 변경할 수 있음을 보인 것이다. 이때, 인덕터의 금속 라인과 스터브 간의 연결은 비아 컨택(Via Contact)으로 이루어진다.
한편, 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제1 실시예는, 도 2와 같이, 반도체 기판상에 나선형 인덕터를 형성함에 있어, 상기 나선형 인덕터는 크게 금속 라인(100)과 스위칭 수단(Q1∼Q7)으로 이루어지며, 상기 금속 라인(100)은 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)를 이용하여 기판상에 나선형 패턴을 형성하면서, 상기 형성된 나선형 패턴의 일측에 개방(open) 형태의 개방스터브(stub)(OST1∼OST4)를 가지고, 상기 스위칭 수단(Q1∼Q7)은 집적회로 내 제어부(미도시)로부터 출력된 인덕턴스의 조절을 위한 선택신호(S1∼S7)에 따라 도통 제어되어, 상기 금속 라인(100)의 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)를 선택적으로 연결하는 구조를 갖는다.
여기서, 상기 금속 라인(100)은 재질이 동일하면서 폭이 다른 도체(W1∼W4)가 각기 적어도 한 회선 이상 나선형으로 배열되고, 상기 스위칭 수단(Q1∼Q7)은 각 도체(W1∼W4) 사이 및, 상기 개방스터브(OST1∼OST4)와 상기 도체(W1∼W4)의 연결 부위에 위치한다. 그리고 상기 스위칭 수단(Q1∼Q7)은 동작속도가 빠르고 저전력 소비의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터를 이용하여 구현하며, 상기 개방스터브(OST1∼OST4)와 상기 도체(W1∼W4)의 연결 부위에는 비아 컨택(VC1∼VC4)을 통해 상기 스위칭 수단(S1,S3,S5,S7)을 연결한다.
본 발명의 제1 실시예의 등가회로는, 도 8에 도시한 바와 같이, 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)가 각각 하나의 인덕터(L1∼L4)에 해당하고, 금속 라인(100)에 연결된 개방스터브(OST1∼OST4)가 각각 하나의 기생 커패시터(SC1∼SC4)에 해당하며, 'Term1', 'Term2-1', 'Term2-2', 'Term2-3' 및 'Term2-4'는 집적회로에 연결되는 포트에 해당한다. 그리고 인덕터의 전체적인 인덕턴스는 일측 포트(Term1)를 공통으로 사용하면서, 타측 포트의 선택('Term2-1'에서 'Term2-4'까지의 선택)에 따라 임피던스가 증가하는 직렬 증가 형태의 인덕터를 이루는 구조이다.
예를 들어, 'Term1 ~ Term2-1'로 연결되는 인덕터의 임피던스는 'L1//SC1'이 되고, 'Term1 ~ Term2-2'로 연결되는 인덕터의 임피던스는 '(L1//SC1)+(L2//SC2)'이 되며, 마찬가지로 'Term1 ~ Term2-3'의 경우 '(L1//SC1)+(L2//SC2)+(L3//SC3)', 'Term1 ~ Term2-4'의 경우 '(L1//SC1)+(L2//SC2)+(L3//SC3)+(L4//SC4)'이 된다.
그리고 일측 스위칭 수단(Q2,Q4,Q6)은 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)를 스위칭하며, 타측 스위칭 수단(Q1,Q3,Q5,Q7)은 상기 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)에 의해 생성되는 각 인덕터(L1∼L4)의 구동을 제어한다. 예를 들어, 해당 "일측 스위칭 수단(Q2,Q4,Q6)" 중에서, 하나의 스위칭 수단(Q2)은 스위칭 신호(S2)에 따라 각기 폭이 다른 도체(W1~W4) 중 두 개의 도체(W1,W2) 사이를 스위칭시키며, 다른 하나의 스위칭 수단(Q4)은 스위칭 신호(S4)에 따라 각기 폭이 다른 도체(W1~W4) 중 두 개의 도체(W2,W3) 사이를 스위칭시키며, 또 다른 하나의 스위칭 수단(Q6)은 스위칭 신호(S6)에 따라 각기 폭이 다른 도체(W1~W4) 중 두 개의 도체(W3,W4) 사이를 스위칭시키는 기능을 수행한다. 그리고, 해당 "타측 스위칭 수단(Q1,Q3,Q5,Q7)" 중에서, 하나의 스위칭 수단(Q1)은 스위칭 신호(S1)에 따라 각기 폭이 다른 도체(W1~W4) 중 하나의 도체(W1)와 접지 사이를 스위칭시키며, 다른 하나의 스위칭 수단(Q3)은 스위칭 신호(S3)에 따라 각기 폭이 다른 도체(W1~W4) 중 다른 하나의 도체(W2)와 접지 사이를 스위칭시키며, 또 다른 하나의 스위칭 수단(Q5)은 스위칭 신호(S5)에 따라 각기 폭이 다른 도체(W1~W4) 중 또 다른 하나의 도체(W3)와 접지 사이를 스위칭시키며, 나머지 하나의 스위칭 수단(Q7)은 스위칭 신호(S7)에 따라 각기 폭이 다른 도체(W1~W4) 중 나머지 하나의 도체(W4)와 접지 사이를 스위칭시키는 기능을 수행한다.
이때, 앞서 상술한 바와 같이, 상기 개방스터브(OST1∼OST4)는 금속 라인(100)과 그라운드(ground) 사이에 존재하는 반도체 기판의 유전체에 의해 기생 커패시턴스가 유도되도록 배치하고, 나선형 인덕터에서 요구하는 임피던스에 따라 상기 개방스터브(OST1∼OST4)의 폭과 길이를 조절하여 설계함으로써, 주파수 대역에 따른 다양한 용도로 인덕터를 구현할 수 있게 된다.
한편, 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제2 실시예는, 도 3과 같이, 반도체 기판상에 나선형 인덕터를 형성함에 있어, 상기 나선형 인덕터는 크게 금속 라인(100)과 스위칭 수단(Q1∼Q7)으로 이루어지며, 금속 라인(100)은 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)로 이루어져 기판상에 나선형 패턴을 형성하면서, 상기 형성된 나선형 패턴의 일측에 단락(short) 형태의 단락스터브(SST1∼SST4)를 가지고, 스위칭 수단(Q1∼Q7)은 집적회로 내 제어부(미도시)로부터 출력된 인덕턴스의 조절을 위한 선택신호(S1∼S7)에 따라 도통 제어되어, 상기 금속 라인(100)의 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)를 선택적으로 연결하는 구조를 이룬다.
본 발명의 제2 실시예는 전술한 제1 실시예와 유사한 구조의 금속 라인(100)을 가지고 스위칭 수단(Q1∼Q7)의 역할이 동일하며, 다만 개방스터브(OST1∼OST4)를 대신하여, 인덕터 역할을 하는 상기 금속 라인(100)에 연결된 단락 형태의 단락스터브(SST1∼SST4)가 비아 컨택(Via Contact)을 통해 전기적으로 그라운드 슬러그(GND slug)에 연결되는 구조를 가진다는 점과, 상기 단락스터브(SST1∼SST4) 그 자체가 또 다른 인덕터 역할을 한다는 점이 상이하다.
이는, 도 9의 등가회로를 통해서도 확인할 수 있는데, 금속 라인(100)에 연결된 단락스터브(SST1∼SST4)가 각각 하나의 인덕터(SL1∼SL4)에 해당하고, 'Term1', 'Term2-1', 'Term2-2', 'Term2-3' 및 'Term2-4'는 집적회로에 연결되는 포트에 해당하며, 'Term1'을 공통으로 사용하면서 'Term2-1'에서 'Term2-4'까지 이를수록 임피던스가 증가하는 직렬 증가 형태의 인덕터를 이루는 구조이다.
또한, 'Term1 ~ Term2-1'로 연결되는 인덕터의 임피던스는 'L1+SL1'이 되고, 'Term1 ~ Term2-2'로 연결되는 인덕터의 임피던스는 '(L1+SL1)+(L2+SL2)'이 되며, 마찬가지로 'Term1 ~ Term2-3'의 경우 '(L1+SL1)+(L2+SL2)+(L3+SL3)', 'Term1 ~ Term2-4'의 경우 '(L1+SL1)+(L2+SL2)+(L3+SL3)+(L4+SL4)'이 되며, 이 경우에도 나선형 인덕터에서 요구하는 임피던스에 따라 상기 단락스터브(SST1∼SST4)의 폭과 길이를 조절하여 설계하면, 주파수 대역에 따른 다양한 용도로 인덕터를 구현할 수 있게 된다.
이상과 같이 설명한 본 발명 제1 및 제2 실시예는, 인덕터를 이루는 금속 라인(100)의 일측에 각기 개방 혹은 단락 형태의 스터브를 연결하는 것을 예로 들었 으나, 집적회로에서 요구하는 인덕터의 임피던스에 따라, 개방 형태와 단락 형태의 스터브를 모두 연결하여 인덕터를 형성하는 것도 가능하다.
한편, 전술한 본 발명 제1 및 제2 실시예는, 하나의 층(layer)에 개방 혹은 단락 형태의 나선형 구조를 갖는 인덕터를 구현하는 것을 예로 들었으나, 집적회로가 다층(multi layer) 구조를 가짐에 따라 둘 이상의 층에 적층하여 인덕터를 구현하는 것도 가능하다.
즉, 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제3 실시예는, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 반도체 기판상에 집적하여 나선형 인덕터를 형성함에 있어서, 상기 나선형 인덕터는 크게 금속 라인(100)과 스위칭 수단(Q1∼Q7)으로 이루어져 둘 이상의 계층(layer)에 배열되며, 상기 금속 라인(100)은 집적회로 내 제어부(미도시)로부터 출력된 인덕턴스의 조절을 위한 선택신호(S1∼S7)를 입력받는 포트가 형성되는 제1 계층(L1), 상기 제1 계층(L1)을 통해 입력된 선택신호(S1∼S7)에 의해 도통 제어되는 스위칭 수단(Q1∼Q7)이 형성되는 제2 계층(L2), 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)가 기판상에 하나 이상의 회선을 가지는 나선형 패턴으로 형성되고, 상기 각 도체(W1∼W4)의 일측에는 개방(open) 형태로 개방스터브(OST1∼OST4)가 형성되는 제3 계층(L3) 및, 그라운드 전원을 인가하는 제4 계층(L4)으로 이루어지는 구조를 가지며, 도 11에는 상기 개방스터브(OST1∼OST4)에 의해 유도되는 기생 커패시터(SC1∼SC4)를 상기 개방스터브(OST1∼OST4)와 함께 도시하였다.
또한, 본 발명 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터의 제4 실시예는, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 반도체 기판상에 집적하여 나선형 인덕터를 둘 이상의 계층(layer)에 배열되며, 상기 금속 라인(100)은 집적회로 내 제어부(미도시)로부터 출력된 인덕턴스의 조절을 위한 선택신호(S1∼S7)를 입력받는 포트가 형성되는 제1 계층(L1), 상기 제1 계층(L1)을 통해 입력된 선택신호(S1∼S7)에 의해 도통 제어되는 스위칭 수단(Q1∼Q7)이 형성되는 제2 계층(L2), 각기 폭이 다른 도체(W1∼W4)가 기판상에 하나 이상의 회선을 가지는 나선형 패턴으로 형성되고, 상기 각 도체(W1∼W4)의 일측에는 단락(short) 형태로 단락스터브(SST1∼SST4)가 형성되는 제3 계층(L3) 및, 그라운드 전원을 인가하는 제4 계층(L4)으로 이루어지는 구조를 가지며, 도 13에는 상기 단락스터브(SST1∼SST4)에 의해 유도되는 인덕터(SL1∼SL4)를 상기 단락스터브(SST1∼SST4)와 함께 도시하였다.
상기 제3 및 제4 실시예에서, 각 계층(L1∼L4)의 배열은 집적회로의 환경에 따라 다르게 형성할 수 있으며, 바람직하게는 금속 라인(100)을 제3 계층(L3)에 형성하는 경우, 인덕터의 전체적인 인덕턴스를 조절함에 있어 각각의 직렬(casecade) 배열 수행을 위하여, 일측 스위칭 수단(Q2,Q4,Q6)은 상기 금속 라인(100)과 동일한 계층(L3)에 형성하고, 개방 및 단락 형태의 스터브(OST1∼OST4, SST1∼SST4)는 상기 금속 라인(100)이 형성된 계층(L3)에서 하위 계층(L4)으로 형성되도록 배열한다.
그리고 본 발명의 제3 실시예는 제1 실시예와, 제4 실시예는 제2 실시예와 각각 그 기능 및 구조에 있어서 유사하며, 상기 제3 및 제4 실시예는 각기 제1 및 제2 실시예에 비해 더 큰 면적의 금속 라인(100)을 이용하여 인덕터의 임피던스를 크게 할 수 있고, 이를 위하여 둘 이상의 층에 집적화하여 구현하였다는 점이 상이하다.
또한, 이상과 같이 설명한 본 발명 제3 및 제4 실시예는, 인덕터를 이루는 금속 라인(100)의 일측에 각기 개방 혹은 단락 형태의 스터브를 연결하는 것을 예로 들었으나, 집적회로에서 요구하는 인덕터의 임피던스에 따라, 개방 형태와 단락 형태의 스터브를 모두 연결하여 다층 구조를 가지는 인덕터를 형성하는 것도 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 고주파 대역을 사용하는 각종 통신기기의 집적회로(integrated circuits, IC)에서 나선형 인덕터(Spiral Inductor)를 구현함에 있어서, 나선형 구조의 금속 라인을 각기 폭이 다른 도체로 구현하고, 상기 도체의 일측에 개방(open) 혹은 단락(short) 형태의 스터브(stub)를 형성함으로써, 상기 스터브로 인해 기생 커패시턴스(capacitance) 혹은 인덕턴스(inductance)를 유도하거나 각기 폭이 다른 도체를 선택적으로 연결하는 것을 통해, 나선형 인덕터의 전체적인 인덕턴스를 사용 목적에 따라 정밀하게 조절하여, 특정 주파수 대역에서 인덕터의 Q-인자(Quality factor)를 최대로 출력하거나, 기판상의 적은 면적을 이용하여 다양한 인덕턴스를 갖는 인덕터를 고주파 대역에서 구현하여, 상기 집적회로의 집적도를 높이는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 반도체 기판상에 형성되는 나선형 인덕터에 있어서, 각기 폭이 다른 도체를 이용하여 기판상에 나선형 패턴을 형성하며, 상기 형성된 나선형 패턴의 일측에 개방(open) 형태 또는 단락(short) 형태의 스터브(stub)를 갖는 금속 라인과; 인덕턴스(Inductance)의 조절을 위한 선택신호에 따라 도통 제어되어, 상기 금속 라인의 각기 폭이 다른 도체를 선택적으로 연결하는 스위칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 수단은, MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터.
  3. 집적회로를 이루는 반도체 기판상에 둘 이상의 계층(layer)에 배열하여 형성되는 나선형 인덕터에 있어서, 상기 나선형 인덕터는 집적회로 내 제어부로부터 출력된 인덕턴스의 조절을 위한 선택신호를 입력받는 포트가 형성되는 제1 계층과, 상기 제1 계층을 통해 입력된 선택신호에 의해 도통 제어되는 스위칭 수단이 형성되는 제2 계층과, 각기 폭이 다른 도체가 기판상에 나선형 패턴으로 형성되고, 상기 각 도체의 일측에는 개방(open) 혹은 단락(short) 형태로 스터브(stub)가 형성 되는 제3 계층 및, 그라운드 전원을 인가하는 제4 계층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 개방 혹은 단락 형태의 스터브는, 금속 라인이 형성된 계층에서 하위 계층으로 형성되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 개방 형태의 스터브는, 금속 라인과 그라운드(ground) 사이에 존재하는 반도체 기판의 유전체에 의해 기생 커패시턴스가 유도되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 단락 형태의 스터브는, 금속 라인과 그라운드(ground)가 비아 컨택(Via Contact)을 통해 전기적으로 연결되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 금속 라인은, 폭이 다른 도체가 각기 적어 도 한 회선 이상 나선형으로 배열되는 것을 특징으로 하는 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터.
  8. 제1항 또는 제3에 있어서, 상기 금속 라인은, 일측 포트를 공통으로 사용하면서, 타측 포트의 선택에 따라 임피던스가 증가하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 가변 인덕턴스를 갖는 나선형 인덕터.
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