[发明专利]具有螺旋电感器的可变电感器、包括其的压控振荡器及锁相环

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及可变电感器。

背景技术

锁相环（PLL）是配置为生成输出信号的控制系统，输出信号的相位与参考信号的相位有关。PLL用于解调系统、音频检测器、以及频率合成器中。PLL还用于包括高频周期信号的数字应用，以使电路内的事件同步。

PLL包括压控振荡器（VCO），被配置为基于控制信号调节输出信号的频率。在一些情况中，VCO包括变抗器。变抗器是具有可变电容的二极管。在一些情况中，金属氧化物半导体（MOS）变抗器用于VCO中。在一些情况中，基于传输线的电感器还包括在用于高频应用（例如，毫米波区域）的VCO中。

Q因子是能量损耗相对于存储在谐振器（诸如变抗器）中能量的量的度量。当Q因子减小时，变抗器中的振荡更快地衰减。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种可变电感器，包括：螺旋电感器，位于衬底上方，所述螺旋电感器包括环状部分；接地环，位于所述衬底上方，所述接地环至少围绕所述螺旋电感器的环状部分；浮置环，位于所述衬底上方，所述浮置环设置在所述接地环和所述螺旋电感器之间；以及开关阵列，所述开关阵列被配置为将所述接地环选择性地连接至所述浮置环。

在该可变电感器中，所述开关阵列的每个开关均被配置为接收相同的开关控制信号。

在该可变电感器中，将所述开关阵列中的至少一个开关配置为接收与所述开关阵列中的至少另一个开关不同的开关控制信号。

在该可变电感器中，所述浮置环位于单片三维集成电路（3DIC）的第一层级中，所述接地环位于所述单片3DIC的不同于所述第一层级的第二层级中，并且将所述浮置环配置为通过至少一个层级间通孔选择性连接至所述接地环。

在该可变电感器中，所述螺旋电感器包括：位于离所述衬底的顶面第一距离处的第一部分；以及位于离所述衬底的顶面第二距离处的第二部分，并且所述第一距离不同于所述第二距离。

在该可变电感器中，所述螺旋电感器的至少一部分位于单片三维集成电路（3DIC）的第一层级中，所述浮置环和所述接地环中的至少一个位于所述单片3DIC的不同于所述第一层级的第二层级中。

在该可变电感器中，所述开关阵列包括至少一个晶体管，将所述至少一个晶体管配置为将位于单片三维集成电路（3DIC）的第一层级中的所述浮置环选择性连接至位于所述单片3DIC的不同于所述第一层级的第二层级中的所述接地环，并且将所述至少一个晶体管配置为通过层级间通孔将所述浮置环选择性连接至所述接地环。

在该可变电感器中，所述浮置环与所述接地环隔开的距离在约2μm至约50μm的范围内。

在该可变电感器中，所述螺旋电感器进一步包括至少一个输入端口和至少一个输出端口。

在该可变电感器中，所述浮置环位于互补金属氧化物半导体（CMOS）电路的与所述接地环相同的层级中。

在该可变电感器中，所述至少一个输出端口从所述环状部分延伸到所述接地环的外侧的位置。

在该可变电感器中，所述开关阵列包括：第一开关，设置在所述螺旋电感器的第一侧上；以及第二开关，设置在与所述螺旋电感器的所述第一侧相反的第二侧上。

根据本发明的一方面，提供了一种震荡电路，包括：第一可变电感器，被配置为接收DC工作电压和信号；第二可变电感器，被配置为接收DC工作电压和信号，其中，所述第二可变电感器与所述第一可变电感器并联地电连接；第一晶体管，具有连接至所述第一可变电感器的第一端子；以及第二晶体管，具有连接至所述第二可变电感器的第一端子，其中，所述第一可变电感器和所述第二可变电感器中的至少一个包括螺旋电感器。

在该震荡电路中，所述第一可变电感器和所述第二可变电感器中的至少一个包括：所述螺旋电感器，位于衬底上方，所述螺旋电感器包括环状部分；接地环，位于所述衬底上方，所述接地环至少围绕所述螺旋电感器的环状部分；浮置环，位于所述衬底上方，所述浮置环设置在所述接地环和所述螺旋电感器之间；以及开关阵列，所述开关阵列被配置为将所述接地环选择性连接至所述浮置环。

在该震荡电路中，所述震荡电路是数控振荡器（DCO），并且将所述开关阵列的至少一个开关配置为接收与所述开关阵列的至少另一个开关不同的开关控制信号。