[發明專利]一種基于TSV垂直開關的壓控振蕩器

有效

• 申請號: 202110254843.4
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113162549B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 王鳳娟;文炳成;余寧梅;楊媛;朱樟明;尹湘坤
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H03B5/12
• 分類號: H03B5/12;H01L27/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種基于TSV垂直開關的壓控振蕩器，其特征在于，包括電源VDD，所述電源VDD通過導線并列電連接有基于TSV的惠斯通電橋電感器M1和基于TSV的惠斯通電橋電感器M2的輸入端，所述基于TSV的惠斯通電橋電感器M1的輸出端通過導線并列電連接有變容器C1的輸出端、TSV垂直開關MOS4的柵極、TSV垂直開關MOS3的漏極，所述基于TSV的惠斯通電橋電感器M2的輸出端通過導線并列電連接有變容器C2的輸出端、TSV垂直開關MOS3的柵極、TSV垂直開關MOS4的漏極，所述變容器C1和變容器C2的輸入端共同通過導線連接有電容控制電源Vctr3，所述TSV垂直開關MOS3的源極分別通過導線連接有TSV垂直開關MOS4的源極、TSV垂直開關MOS5的漏極相連，所述TSV垂直開關MOS5的柵極通過導線電連接有偏置電源Vb，所述TSV垂直開關MOS5的源極接地；

所述基于TSV的惠斯通電橋電感器M1和基于TSV的惠斯通電橋電感器M2結構相同，均包括10個TSV電感及1個TSV垂直開關MOS，基于TSV的惠斯通電橋電感器M1和基于TSV的惠斯通電橋電感器M2中的TSV垂直開關MOS分別記為TSV垂直開關MOS1和TSV垂直開關MOS2，其中TSV電感L1有a1、b1兩端口，TSV電感L2有a2、b2兩端口，TSV電感L3有a3、b3兩端口，TSV電感L4有a4、b4兩端口，TV電感L5有a5、b5兩端口，TSV電感L6有a6、b6兩端口，TSV電感L7有a7、b7兩端口，TSV電感L8有a8、b8兩端口，TSV電感L9有a9、b9兩端口，TSV電感L10有a10、b10兩端口，其中TSV電感L1的b1端口與TSV電感L2的b2端口相連接，TSV電感L2的a2端口與TSV電感L3的a3端口相連接，TSV電感L3的b3端口與TSV電感L4的b4端口相連接，TSV電感L4的被a4端口與TSV電感L5的a5端口相連接，TSV電感L5的b5端口與TSV電感L6的b6端口相連接，TSV電感L6的a6端口與TSV電感L7的a7端口相連接，TSV電感L7的b7端口與TSV電感L8的b8端口相連接，TSV電感L8的a8端口與TSV電感L9的a9端口相連接，TSV電感L9的b9端口與TSV電感L10的b10端口相連接，TSV電感L10的a10端口與TSV電感L1的a1端口相連接，TSV垂直開關MOS1的漏極與TSV電感L3的b3端口相連接，TSV垂直開關MOS1的源極與TSV電感L8的a8端口相連接，TSV垂直開關MOS1或TSV垂直開關MOS2的柵極與電感控制電源Vctr1相連，其中，TSV電感電感L1的a1端口與TSV電感L10的a10端口作為基于TSV的惠斯通電橋電感器的輸入端Lint1，TSV電感電感L5的b5端口與TSV電感電感L6的b6端口作為基于TSV的惠斯通電橋電感器的輸出端Lout1。

2.根據權利要求1所述的一種基于TSV垂直開關的壓控振蕩器，其特征在于，所述TSV垂直開關MOS3、TSV垂直開關MOS4以及TSV垂直開關MOS5結構相同，均包括P型的硅襯底(5)，所述硅襯底(5)中間開設有通孔，所述通孔內從內向外依次設置有金屬柱(1)和介質層(2)，所述金屬柱(1)一端穿過所述通孔漏出硅襯底(5)表面設置有端子A，所述端子A作為TSV垂直開關的柵極，所述硅襯底(5)內位于通孔兩端靠近介質層的一側均設置有n型參雜區(4)，兩個所述n型參雜區(4)端面上設置有伸出所述硅襯底(5)的金屬層(3)，兩個所述金屬層(3)上分別設置有端子B1、B2，所述端子B1、B2分別作為TSV垂直開關的源極與漏極。

3.根據權利要求2所述的一種基于TSV垂直開關的壓控振蕩器，其特征在于，所述硅襯底(5)上下端面還設置有二氧化硅層(6)。

4.根據權利要求1所述的一種基于TSV垂直開關的壓控振蕩器，其特征在于，記基于TSV的惠斯通電橋電感器M1和基于TSV的惠斯通電橋電感器M2的電壓分別為Vctr1、Vctr2：

若連接TSV垂直開關MOS1及TSV垂直開關MOS2的控制電壓Vctr1、Vctr2小于TSV垂直開關本身的閾值電壓時，開關斷開，此時基于TSV的惠斯通電橋電感器M1與基于TSV的惠斯通電橋電感器M2的總電感值均為Ltot1：

L_tot1＝[(L₀-ΔL)+(L₀+ΔL)]||[(L₀+ΔL)+(L₀-ΔL)]＝L₀

上式中(L₀-△L)等效為TSV電感L4與L5，L10與L9的串聯電感值，(L₀+△L)等效為TSV電感L1與L2與L3以及L6與L7與L8的串聯電感值，L₀為輸入端int到輸出端out的等效電感值；

若TSV垂直開關MOS1及TSV垂直開關MOS2的控制電壓Vctr1、Vctr2大于TSV垂直開關本身的閾值電壓時，開關導通，此時基于TSV的惠斯通電橋電感器M1與基于TSV的惠斯通電橋電感器M2的總電感值均為Ltot2：