[发明专利]多路径螺旋电感

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种适用于单层结构的多路径螺旋电感。

背景技术

近年来，消费类应用电子设备向着小型化、高性能、低成本和低功耗的目标迅速发展，而片上系统为上述要求的实现提供了可能。标准CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semicondutor Transistor,互补金属氧化物半导体)工艺以高集成度、低成本、低功耗等优势成为这些消费类电子产品芯片设计的首选，随着标准CMOS工艺技术研究的不断深入，MOS晶体管的性能显著提高，尤其在进入深亚微米和纳米工艺后，MOS晶体管的特征频率已经超过100GHz。同时，由无线城域网络规定的10-66GHz频率范围已为射频和微波电路设计提供了广阔的应用平台。因此，目前的CMOS工艺已经越来越多的被用于制作几GHz到几十GHz的射频前端电路，而高性能的片上无源器件，尤其是片上无源电感的设计逐渐成为CMOS射频微波集成电路的设计瓶颈之一，并发展成为现今的研究热点。

片上电感是组成射频集成电路的重要无源元件，广泛地应用于低噪声放大器、功率放大器、混频器等电路模块中，片上电感一般为平面螺旋结构，金属线圈的半径逐渐减小，按照对称性，片上无源电感分为单端电感与差分电感。附图1为传统单端电感结构图，电感外径为258微米，金属线宽为20微米，间距s为2微米；图2为传统差分电感结构图，在射频条件下，由于金属线宽较宽，因此，电感金属线会出现趋肤效应，表现为电流在金属线上分布不均匀，从而降低了电感的品质因数，同时螺旋电感的螺旋结构会使相邻金属线间产生临近效应，临近效应会增加金属线电阻值，同样会降低电感品质因数，为了改善传统螺旋电感因金属线宽较宽而导致的趋肤效应致使电感品质因数下降，目前所采取的措施是：将传统片上螺旋电感的金属线划分为多个路径，图3是传统多路径单端电感结构图，图4是传统多路径差分电感结构图，其中，图3是在图1的基础上，在原有金属线的基础上划分为多个路径，形成多路径(4路)单端电感，图4是在图2的基础上，同样在原有的金属线上划分多个路径，形成多路径(4路)差分电感，经过改进后的电感由于每个路径的尺寸比较小，这样就可以明显抑制趋肤效应，提高电感品质因数，但是对于临近效应并没有得到很好的改善。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够提高单层结构的片上多路径螺旋电感品质因数的多路径螺旋电感。

一种多路径螺旋电感，为单层结构，包括成平面螺旋结构的顶层金属线圈与若干段分段式的底层金属连接线，所述顶层金属线圈包括多个路径，相互对称的两个路径通过底层金属连接线与金属过孔实现交叉连接，交叉连接后该两个相互对称的路径实现互换，交叉连接位置为使两端口间两个交叉后的路径长度近似相等处。

进一步地，如上所述的多路径螺旋电感，对于偶数个路径，相互对称的两个路径通过底层金属连接线与金属过孔实现交叉连接；对于奇数个路径，中间路径不变，和中间路径对称的两个路径通过底层金属连接线与金属过孔实现交叉连接。

进一步地，如上所述的多路径螺旋电感，交叉连接处两个对称路径走线方式为：将对称的两条路径在交叉连接处分别断开形成4个端点，其中一条路径的端点分别为左端点A、右端点B，另一条路径的端点分别为左端点C、右端点D,左端点A与左端点C通过顶层金属连接线连接，右端点B与左端点C之间通过金属过孔和底层金属连接线连接，所述顶层金属连接线和底层金属连接线的线宽与任意一个路径的线宽一致，两个金属连接线处于上下两个不同的层面上，且形状位置对称，大小一致；在两个对称路径之间的其他路径走线方式为：在顶层金属连接线的左右两侧，将所述其他路径断开，分别形成两个端口，然后通过底层金属连接线和金属过孔实现其他路径两个端口的连接。

进一步地，如上所述的多路径螺旋电感，对于偶数个路径，最中间的两条路径成X形交叉连接，其他对称的两个路径成Z字型交叉连接。

进一步地，如上所述的多路径螺旋电感，所述螺旋结构的顶层金属线圈为圆形或者多边形。

本发明提供的多路径螺旋电感，通过使相互对称的两个路径利用底层金属连接线与金属过孔实现交叉连接，使得能够平衡端口间路径长度大小与内外圈电流分布的影响，从而能够抑制趋肤效应与邻近效应，近而提高了电感品质因数。

附图说明

图1为传统单端电感结构图；

图2为传统差分电感结构图；

图3是传统多路径单端电感结构图；

图4是传统多路径差分电感结构图；

图5为本发明单端电感多路径螺旋电感结构图；