[发明专利]一种基于TSV变容管的压控振荡器

说明书

本发明公开了一种基于TSV变容管的压控振荡器，包括可变电感M1，PMOS1源极S1、衬底B1、PMOS2源极S2和衬底B2相连形成电源接入端，PMOS1漏极D1与PMOS2栅极G2、M1输入端Min1、C1输出端Cout1、MOS3漏极D3和MOS4栅极G4相连，PMOS2漏极D2与PMOS1栅极G1、M1输出端Mout1、C2输出端Cout2、MOS4漏极D4和MOS3栅极G3相连，MOS3源极S3、衬底B3、MOS4源极S4和衬底B4为接地端，C1输入端Cin1和C2输入端Cin2相连组成电容控制电源接入端，MOS5栅极G5、衬底B5分别为电感控制电源接入端和接地端。

技术领域

本发明属于三维集成电路技术领域，涉及一种基于TSV变容管的压控振荡器。

背景技术

压控振荡器(VCO)是锁相环中的关键部分，可通过控制电压对输出振荡频率进行调节，压控振荡器在射频电路中具有重要的地位，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路中更是重中之重。

随着微电子技术的发展，微电子器件的尺寸按照摩尔定律持续减小，集成电路的集成度也逐渐增大，但是晶体管的特征尺寸逐渐达到物理极限，使集成电路的设计、可靠性都受到严重影响。

目前的压控振荡器均是基于CMOS技术，相位噪声高，占用芯片面积大，能耗高，已难以满足高集成度电路的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于TSV变容管的压控振荡器，解决了现有压控振荡器高相位噪声和高能耗的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于TSV变容管的压控振荡器，包括基于TSV的惠斯通桥式可变电感M1，两个TSV变容管，分别为C1、C2，两个晶体管，分别为PMOS1、PMOS2，以及两个TSV垂直开关，分别为MOS3、MOS4，基于TSV的惠斯通桥式可变电感M1由六个单根TSV电感和一个TSV垂直开关MOS5连接组成，PMOS1的源极S1、衬底B1以及PMOS2的源极S2和衬底B2相连形成电源VDD接入端，PMOS1的漏极D1与PMOS2的栅极G2、基于TSV的惠斯通桥式可变电感M1的输入端Min1、C1的输出端Cout1、MOS3的漏极D3和MOS4的栅极G4相连，PMOS2的漏极D2与PMOS1的栅极G1、基于TSV的惠斯通桥式可变电感M1的输出端Mout1、C2的输出端Cout2、MOS4的漏极D4和MOS3的栅极G3相连，MOS3的源极S3、衬底B3以及MOS4的源极S4、衬底B4均为接地端GND，C1的输入端Cin1和C2的输入端Cin2相连组成电容控制电源Vctr2接入端，TSV垂直开关MOS5的栅极G5、衬底B5分别为电感控制电源Vctr1接入端和接地端GND。

本发明的技术特征还在于，

C1包括P型硅衬底，P型硅衬底中设置有竖直的TSV铜柱，TSV铜柱外侧设置有SiO₂介质层，P型硅衬底上下两端的SiO₂介质层外均设置有p型掺杂区，p型掺杂区外侧面上设置有金属层，上、下两个金属层上分别引出有源极S和漏极D，源极S和漏极D相连接形成C1的输出端Cout1，TSV铜柱顶端端部引出有栅极G，栅极G为C1的输入端Cin1。

C2与C1的结构相同。

基于TSV的惠斯通桥式TSV可变电感M1中六个单根TSV电感分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6，六个TSV电感各有两个端口，L1的端口a1与L2的端口a2相连，L1的端口b1与L3的端口b3相连，TSV垂直开关MOS5的源极S5分别与L2的端口b2和L4的端口b4相连，TSV垂直开关MOS5的漏极D5分别与L3的端口a3和L5的端口a5相连，L4的端口a4与L6的端口a6相连，L6的端口b6与L5的端口b5相连，TSV可变电感M1的输入端Min1与L1的端口a1相连，TSV可变电感M1的输出端Mout1与L6的端口b6相连。

PMOS1和PMOS2均为平面P型MOSFET晶体管。