專利名稱：平衡－不平衡變換器和變壓器集成結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成電路器件，并且更具體地涉及集成電路芯片上制造的平衡-不平衡變換器(balun)和變壓器。
背景技術(shù)：
出于可靠性、性能和成本考慮，以前駐留在印制電路板(PCB)上的器件越來越多地集成到集成電路(IC)芯片上。變壓器、電感器和平衡-不平衡變換器是遷移到IC芯片上的器件的例子。
由于IC芯片上的相對有干撓的環(huán)境，芯片上的許多信號典型地是差動信號或雙端信號。差動信號對噪聲提供良好的共模抑制；噪聲典型地以相同方式影響差動信號的二個半部分，并且由于信息包含在二個信號半部分信號的差分中，盡管對二個半部分添加了噪聲，該差分也不會顯著改變。
平衡-不平衡變換器是接收單端信號并把它變換成差動信號以及反之亦然的器件的一個例子。術(shù)語“平衡-不平衡變換器”暗示其具有這樣的功能把平衡(差動)信號轉(zhuǎn)換成不平衡(單端)信號。PCB上的信號典型地為單端信號。由于IC芯片使用差動信號，在PCB上設(shè)置平衡-不平衡變換器以把單端信號轉(zhuǎn)換成差動信號。也在IC芯片上設(shè)置平衡-不平衡變換器。但是，目前的設(shè)計具有不對稱寄生特性(例如，不對稱寄生電容和電阻)以及差的磁耦合。該不對稱寄生特性造成差動信號不對稱。差動信號的對稱性對于許多差動電路的正常工作是非常重要的。此外，差的磁耦合造成能量傳送無效率。
變壓器是芯片上使用的器件的另一個例子。例如，變壓器可以用于匹配放大各級之間的阻抗，同時提供各級之間的直流隔離。用于差動信號的變壓器也必須提供好的磁耦合和對稱的寄生特性。目前的設(shè)計不提供相對良好的寄生特性和良好的磁耦合。
從而，需要可提供改進的對稱性以及磁耦合的平衡-不平衡變換器和變壓器。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述一種生產(chǎn)芯片上的信號轉(zhuǎn)換器件的方法。該方法包括提供一塊基片并在該基片上設(shè)置第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有多個交錯電感器。該方法接著包括在該基片上面設(shè)置第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層至少具有一個電感器。


在附圖中通過例子非限制性地示出本發(fā)明，附圖中相同的參考數(shù)字代表類似元件，附圖中圖1a示出平衡-不平衡變換器的電路表示；圖1b示出依據(jù)本發(fā)明的一實施例的平衡-不平衡變換器；圖2示出依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的平衡-不平衡變換器；圖3a示出依據(jù)本發(fā)明的一實施例的平衡式變壓器；圖3b示出變壓器300的電路表示；圖3c示出通過一個平衡式線路變壓器耦合的二個放大器；圖4a示出依據(jù)本發(fā)明的一實施例的另一個平衡-不平衡變換器，其具有把差動信號變換成單端信號以及反之亦然的能力；以及圖4b(1-3)和4c示出用來形成圖4a中示出的平衡-不平衡變換器的各電感器的三層。
具體實施例方式
下面說明用于集成變壓器和平衡-不平衡變換器的方法和設(shè)備。在下面的說明中，出于解釋的目的，描述了許多具體細節(jié)以便完整地理解本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，可以用不具有這些具體細節(jié)的各種電路，尤其是射頻電路，來實現(xiàn)本發(fā)明。在其它實例中，為了避免使本發(fā)明模糊不清，不示出周知的操作、步驟、功能和器件。短語“在一實施例中”、“替代實施例”或“更替實施例”的重復(fù)使用不必指的是同一實施例，盡管可能是指同一實施例。
圖1a示出平衡-不平衡變換器的電路表示。平衡-不平衡變換器100包括電感器114以及電感器108和110。電感器108和110對電感器114直流去耦但以及與電感器114磁耦合，從而允許能量傳送。平衡-不平衡變換器100可以把不平衡傳輸線102的信號變換成平衡傳輸線104和106的信號。平衡-不平衡變換器100還可以把平衡傳輸線104和106的信號變換成不平衡傳輸線102的信號。平衡部分的一個優(yōu)點是，外部噪聲相等地影響各平衡傳輸線而不會顯著地影響線路104和106的電位差。盡管平衡-不平衡變換器的電路表示是長久以來已知的，但是尚不知本發(fā)明的集成平衡和不平衡變換器以及變壓器的設(shè)計。
圖1b示出依據(jù)本發(fā)明的一實施例的平衡-不平衡變換器。平衡-不平衡變換器100包括在金屬層108′中的二個交錯電感器108和110以及位于金屬層114′中的垂直移位螺旋電感器114，它們都在基片116的上方。使電感器108和110交錯造成每個電感器具有基本相同的寄生特性；換言之它們是對稱的。另外，使這些交錯電感器堆疊在電感器114的上方提供比橫向耦合方案相對要好的磁耦合，在橫向耦合方案中初級繞組的交錯電感器和次級繞組的電感器相鄰設(shè)置并且在同一層中。
盡管在上面的說明中平衡-不平衡變換器100具有位于螺旋電感器114上方的交錯電感器108和110，在一替代實施例中，螺旋電感器114可在交錯電感器108和110的上方。
圖2示出依據(jù)本發(fā)明的又一實施例的平衡-不平衡變換器。平衡-不平衡變換器200包括二個位于金屬層208′中的交錯電感器208和210以及位于金屬層214′和214″中的垂直移位螺旋電感器214，它們都在基片216的上方。電感器214的第一部分在層214′中并且電感器214的第二部分在層214″中。使一個繞組數(shù)量是電感器114的繞組數(shù)量二倍的電感器在二個層中拆開形成一個電感更大的電感器，這在一些情況中是希望的，因為這產(chǎn)生更大的磁耦合。
圖3a示出依據(jù)本發(fā)明的一實施例的變壓器。變壓器300包括分別位于金屬層308′和314′中的堆疊交錯電感器308和314。交錯電感器308包括螺旋電感器308a和308b。交錯電感器314包括螺旋電感器314a和314b。該堆疊交錯結(jié)構(gòu)提供電感器308和314之間的良好磁耦合以及308a和308b之間、314a和314b之間的對稱寄生特性。圖3b示出變壓器300的電路表示。諸如變壓器300的變壓器是所希望的，因為它例如可以用來在放大各級之間匹配阻抗并且同時提供各級間的DC(直流)隔離。圖3c示出二個通過一個平衡式線路變壓器耦合的放大器。由于放大器320和放大器324之間的DC隔離，放大器320的輸出可以設(shè)置成偏壓VA而放大器324的輸入可以設(shè)置成不同的偏壓VB。
圖4a示出依據(jù)本發(fā)明的一實施例的另一個平衡-不平衡變換器，其具有把差動信號變換成單端信號以及反之亦然的能力。變壓器400包括電感器408、410和414。如圖4b1中所示，電感器408和410是交錯的以提供它們之間良好的磁耦合。依據(jù)一實施例，它們設(shè)置在同一個層中，不過在區(qū)420a-1和420a-2中一個電感器和另一個電感器相交。在圖4b2中示出的一實施例中，電感器408全部設(shè)置在金屬層408′上，而電感器410利用電氣上和另一個在金屬層408′上方或下方的金屬層410′連接的通路(via)422與電感器408相交。在圖4b2示出的實施例中，電感器408在區(qū)420a-1中的交叉口完成二次直角轉(zhuǎn)彎，并且盡管未在圖4b2中示出，電感器410也在區(qū)420-2中的交叉口完成二次直接轉(zhuǎn)彎。在圖4b3中示出的實施例中，電感器410例如以45度或其它角度和電感器408相交。另外，如圖4c中所示，電感器414堆疊在一個與層408′和410′中之一相鄰設(shè)置的不同金屬層414′中，從而允許電感器414與電感器408和410中的每個耦合。
在一修改的實施例中，電感器408和410可分別設(shè)置在分開的金屬層408′和410′中。在該實施例中，由于各電感器在分開的層中，故不需要交叉，盡管仍可在一個層內(nèi)完成轉(zhuǎn)彎以便使電感器408和410之間的耦合均衡。
由此，說明了用于集成的平衡-不平衡變換器和變壓器的方法和設(shè)備。盡管參照特定示范實施例說明了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)清楚，在不背離如權(quán)利要求書所闡述的本發(fā)明的更廣泛精神和范圍的情況下，可對這些實施例做出各種修改和改變。從而，該說明以及各附圖看成是示意性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)芯片上信號變換器件的方法，該方法包括提供一塊基片；在該基片上設(shè)置第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有多個交錯電感器；以及在該基片上設(shè)置第二導(dǎo)電層并與第一導(dǎo)電層隔離，其中該第二導(dǎo)電層具有至少一個電感器。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中該第二導(dǎo)電層在該第一導(dǎo)電層的下面。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中該至少一個電感器是多個交錯電感器。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中該至少一個電感器是一個螺旋電感器。
5.如權(quán)利要求1的方法，還包括設(shè)置與第一和第二導(dǎo)電層隔離的第三導(dǎo)電層，并且其中該至少一個電感器部分地在該第三導(dǎo)電層中，而且該第一導(dǎo)電層在該第二導(dǎo)電層和該第三導(dǎo)電層之間。
6.一種用于生產(chǎn)芯片上信號變換器件的方法，該方法包括提供一塊基片；在該基片上設(shè)置第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有多個交錯電感器；以及在該基片上設(shè)置與該第一導(dǎo)電層隔離的第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層具有多個交錯電感器。
7.一種用于生產(chǎn)芯片上信號變換器件的方法，該方法包括提供一塊基片；在該基片上設(shè)置第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有多個交錯電感器；以及在該基片上設(shè)置與該第一導(dǎo)電層隔離的第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層具有一個電感器的第一部分；設(shè)置與第一和第二導(dǎo)電層隔離的第三導(dǎo)電層；以及其中，該電感器具有位于該第三導(dǎo)電層中的第二部分，通過一個通路連接該第一部分和該第二部分，以及該第一導(dǎo)電層位于該第二導(dǎo)電層和該第三導(dǎo)電層之間。
8.一種芯片上信號變換器件，該器件包括一塊基片；位于該基片上的第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有多個交錯電感器；以及位于該基片上的、與該第一導(dǎo)電層隔離的第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層具有至少一個電感器。
9.如權(quán)利要求8的器件，其中該第二導(dǎo)電層在該第一導(dǎo)電層的下面。
10.如權(quán)利要求8的器件，其中該至少一個電感器是多個交錯電感器。
11.如權(quán)利要求8的器件，其中該至少一個電感器是一個螺旋電感器。
12.如權(quán)利要求8的器件，還包括與第一和第二導(dǎo)電層隔離的第三導(dǎo)電層；以及其中該至少一個電感器還部分地在該第三導(dǎo)電層中，而且該第一導(dǎo)電層在該第二導(dǎo)電層和該第三導(dǎo)電層之間。
13.一種芯片上信號變換器件，該器件包括一塊基片；位于該基片上的第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有多個交錯電感器；以及位于該基片上的、與該第一導(dǎo)電層隔離的第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層具有多個交錯電感器。
14.一種芯片上信號變換器件，該器件包括一塊基片；位于該基片上的第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有多個交錯電感器；以及位于該基片上的、與該第一導(dǎo)電層隔離的第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層具有至少一個電感器；位于絕緣層中的、與該第一和第二導(dǎo)電層隔離的第三導(dǎo)電層；以及其中該至少一個電感器還部分地在該第三導(dǎo)電層中，而且該第一導(dǎo)電層在該第二導(dǎo)電層和該第三導(dǎo)電層之間。
15.一種用于生產(chǎn)芯片上信號變換器件的方法，該方法包括提供一塊基片；在該基片上設(shè)置第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有第一螺旋電感器；以及在該基片上、與該第一導(dǎo)電層相隔離地設(shè)置第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層具有至少一個螺旋電感器，以便該第一和第二螺旋電感器是交錯的。
16.如依據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括步驟在該基片上的第三導(dǎo)電層上、與第一和第二導(dǎo)電層相隔離地設(shè)置第三螺旋電感器，其中該第三導(dǎo)電層至少具有一個與該第一螺旋電感器以及該第二螺旋電感器耦合的第三螺旋電感器。
17.一種用于生產(chǎn)芯片上信號變換器件的方法，該方法包括提供一塊基片；在該基片上設(shè)置第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有彼此交錯的第一螺旋電感器和第二螺旋電感器；在該基片上、與該第一導(dǎo)電層相隔離地設(shè)置第二導(dǎo)電層；提供一條從該第一導(dǎo)電層到該第二導(dǎo)電層并且回到該第一導(dǎo)電層的導(dǎo)電通路，以便允許該第一螺旋電感器和該第二螺旋電感器交叉。
18.依據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括步驟在該基片上的第三導(dǎo)電層上、與該第一和第二導(dǎo)電層相隔離地設(shè)置第三螺旋電感器，其中該第三導(dǎo)電層至少具有一個與該第一螺旋電感器和該第二螺旋電感器耦合的第三螺旋電感器。
全文摘要
一種產(chǎn)生芯片上信號變換器件的方法。該方法包括提供一塊基片，和在該基片上設(shè)置第一導(dǎo)電層，其中該第一導(dǎo)電層具有多個交錯電感器。該方法包括然后在該基片上設(shè)置第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層具有至少一個電感器。
文檔編號H01F19/06GK1599978SQ02824358
公開日2005年3月23日 申請日期2002年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月5日
發(fā)明者奇克·P.·俞 申請人:阿特羅斯通信公司