[發(fā)明專利]一種變壓器及其制作方法和芯片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310704262.1
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN104733452A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝豪律;吳章彬
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市中興微電子技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01F27/28;H01F41/02
• 代理公司: 北京派特恩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11270
• 代理人: 張振偉;王黎延

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)的接收和發(fā)射技術(shù)，尤其涉及一種變壓器及其制作方法和芯片。

背景技術(shù)

由于差分電路對電磁干擾、電源噪聲和地噪聲具有良好的免疫作用，以及對偶次諧波良好的抑制性能，差分結(jié)構(gòu)的電路在射頻電路中使用越來越普遍，如低噪聲放大器、混頻器和功率放大器。射頻通信系統(tǒng)中，天線發(fā)送和接收的信號都是單端信號，因此變壓器或者變壓器式巴倫（balun，balanced?to?unbalanced）作為單端信號與差分信號相互轉(zhuǎn)換的模塊是現(xiàn)今射頻電路系統(tǒng)中不可或缺的。在接收機中，變壓器將天線接收到的單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號，然后傳輸給差分結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器進行放大；在發(fā)射機中，變壓器將差分結(jié)構(gòu)功率放大器輸出的差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號，然后傳輸給天線進行發(fā)射。從芯片成本以及面積等方面考慮，通常將變壓器和接收發(fā)送模塊集成在同一塊芯片上。

片上變壓器作為無源功率傳輸模塊，其最重要性能之一是插入損耗。當(dāng)變壓器作為單端與差分信號轉(zhuǎn)換模塊位于接收機低噪放的前端時，變壓器的插入損耗等同于噪聲系數(shù)。如果變壓器的插入損耗過大，則整個接收機的靈敏度會大大的降低。當(dāng)變壓器作為差分與單端信號轉(zhuǎn)換模塊位于發(fā)射機的前端時，變壓器的插入損耗等同于發(fā)射信號的功率損耗。如需滿足發(fā)射信號的功率要求，則插入損耗越小越好。

變壓器的插入損耗主要由三個方面來決定：線圈之間的耦合系數(shù)、線圈電感的品質(zhì)因子（Q值）和輸入輸出回波損耗。其中耦合系數(shù)可通過優(yōu)化變壓器線圈的繞線方式來得到大幅度的改善，如采用疊層結(jié)構(gòu)已可使耦合系數(shù)達(dá)到0.9以上；輸入輸出回波損耗可通過調(diào)諧電容和優(yōu)化線圈的匝數(shù)比來改善。在現(xiàn)今的工藝條件下影響變壓器的插入損耗性能最為嚴(yán)重的是線圈電感的品質(zhì)因子。

影響片上繞線電感品質(zhì)因子的因素有很多，其中之一是電感的渦流損耗。渦流是電感的磁場在導(dǎo)體上所生成的感應(yīng)環(huán)形電流，如襯底、金屬導(dǎo)線和元器件上的感應(yīng)環(huán)形電流。一般來說導(dǎo)體離變壓器線圈的距離越近，引入的渦流損耗越嚴(yán)重。為了減小導(dǎo)體對變壓器線圈自感品質(zhì)因子的影響，目前大部分芯片上金屬導(dǎo)線和元器件離線圈一般都較遠(yuǎn)，所以變壓器以及其周圍空白區(qū)域在芯片上所占據(jù)的面積比較的大，整個芯片面積的利用率較低。

多模多帶系統(tǒng)是當(dāng)今移動通信系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，不同頻帶的發(fā)送和接收模塊共用一根或者幾根天線，每一個頻帶的發(fā)送和接收模塊必然對應(yīng)有一個變壓器。從現(xiàn)今的工藝條件以及芯片的成本等多方面考慮，片上變壓器的面積不宜過大，其面積通常保持在400um*400um以下，因此變壓器線圈的自感值比較小。當(dāng)變壓器工作在低頻帶范圍時，如工作在幾百兆赫茲頻帶，其輸入輸出端口需分別并聯(lián)一個大的調(diào)諧電容才能使整個變壓器諧振在低頻工作頻帶。

另外，如果每個頻帶的接收或者發(fā)送模塊都對應(yīng)一個變壓器巴倫，則整個芯片的面積會非常的大，從而使芯片的成本大大的增加。為了減少變壓器在芯片上的使用個數(shù)，現(xiàn)今常采用的方法是在變壓器的輸入端和輸出端分別并聯(lián)調(diào)諧電容，通過改變調(diào)諧電容的值可使同一個變壓器工作在不同的頻帶，從而實現(xiàn)同一個變壓器在不同頻帶的復(fù)用。

總的來說，多模多帶系統(tǒng)中變壓器和調(diào)諧電容所占據(jù)的芯片面積非常的大，且變壓器的線圈電感Q值較小；因此為了減小變壓器及其調(diào)諧電容所占的芯片面積，以及提高變壓器線圈電感的Q值，必須采用一些方法使這兩者都得到改善。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明實施例提供一種變壓器及其制作方法和芯片，能夠使變壓器具有高的Q值，而且結(jié)構(gòu)尺寸小。

本發(fā)明實施例的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種變壓器的制作方法，所述變壓器包括初級線圈、次級線圈、第一初級調(diào)諧電容和第一次級調(diào)諧電容，所述方法包括：

將所述第一初級調(diào)諧電容和/或所述第一次級調(diào)諧電容排布在所述初級線圈和所述次級線圈所圍成的區(qū)域中；其中所述第一初級調(diào)諧電容包括一個以上的第二初級調(diào)諧電容，所述第一次級調(diào)諧電容包括一個以上的第二次級調(diào)諧電容；

并聯(lián)連接一個以上的所述第二初級調(diào)諧電容，和并聯(lián)連接一個以上的所述第二次級調(diào)諧電容；一個以上的所述第二初級調(diào)諧電容及其連線、和/或一個以上的所述第二次級調(diào)諧電容及其之間的連線構(gòu)成一個局部屏蔽網(wǎng)絡(luò)或一個局部屏蔽網(wǎng)絡(luò)的其中一部分。

優(yōu)選地，所述將所述第一初級調(diào)諧電容和/或所述第一次級調(diào)諧電容排布在所述初級線圈和所述次級線圈所圍成的區(qū)域中，包括：

將所有的或部分的一個以上的所述第二初級調(diào)諧電容和/或一個以上的所述第二次級調(diào)諧電容排布在所述初級線圈和所述次級線圈所圍成的空白區(qū)域中或所述空白區(qū)域的正下方。