具有螺旋電感器的可變電感器、包括其的壓控振蕩器及鎖相環的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明一般地涉及半導體技術領域，更具體地，涉及可變電感器。
【背景技術】
[0002] 鎖相環（PLL)是配置為生成輸出信號的控制系統，輸出信號的相位與參考信號的 相位有關。PLL用于解調系統、音頻檢測器、以及頻率合成器中。PLL還用于包括高頻周期 信號的數字應用，以使電路內的事件同步。
[0003]PLL包括壓控振蕩器（VC0)，被配置為基于控制信號調節輸出信號的頻率。在一些 情況中，VC0包括變抗器。變抗器是具有可變電容的二極管。在一些情況中，金屬氧化物半 導體（M0S)變抗器用于VC0中。在一些情況中，基于傳輸線的電感器還包括在用于高頻應 用(例如，毫米波區域）的VC0中。
[0004] Q因子是能量損耗相對于存儲在諧振器(諸如變抗器)中能量的量的度量。當Q因 子減小時，變抗器中的振蕩更快地衰減。

【發明內容】

[0005] 為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種可變電感 器，包括：螺旋電感器，位于襯底上方，所述螺旋電感器包括環狀部分；接地環，位于所述襯 底上方，所述接地環至少圍繞所述螺旋電感器的環狀部分；浮置環，位于所述襯底上方，所 述浮置環設置在所述接地環和所述螺旋電感器之間；以及開關陣列，所述開關陣列被配置 為將所述接地環選擇性地連接至所述浮置環。
[0006]在該可變電感器中，所述開關陣列的每個開關均被配置為接收相同的開關控制信 號。
[0007] 在該可變電感器中，將所述開關陣列中的至少一個開關配置為接收與所述開關陣 列中的至少另一個開關不同的開關控制信號。
[0008] 在該可變電感器中，所述浮置環位于單片三維集成電路（3DIC)的第一層級中，所 述接地環位于所述單片3DIC的不同于所述第一層級的第二層級中，并且將所述浮置環配 置為通過至少一個層級間通孔選擇性連接至所述接地環。
[0009]在該可變電感器中，所述螺旋電感器包括：位于離所述襯底的頂面第一距離處的 第一部分；以及位于離所述襯底的頂面第二距離處的第二部分，并且所述第一距離不同于 所述第二距離。
[0010] 在該可變電感器中，所述螺旋電感器的至少一部分位于單片三維集成電路（3DIC) 的第一層級中，所述浮置環和所述接地環中的至少一個位于所述單片3DIC的不同于所述 第一層級的第二層級中。
[0011] 在該可變電感器中，所述開關陣列包括至少一個晶體管，將所述至少一個晶體管 配置為將位于單片三維集成電路（3DIC)的第一層級中的所述浮置環選擇性連接至位于所 述單片3DIC的不同于所述第一層級的第二層級中的所述接地環，并且將所述至少一個晶 體管配置為通過層級間通孔將所述浮置環選擇性連接至所述接地環。
[0012] 在該可變電感器中，所述浮置環與所述接地環隔開的距離在約2ym至約50ym的 范圍內。
[0013] 在該可變電感器中，所述螺旋電感器進一步包括至少一個輸入端口和至少一個輸 出端口。
[0014] 在該可變電感器中，所述浮置環位于互補金屬氧化物半導體（CMOS)電路的與所述 接地環相同的層級中。
[0015] 在該可變電感器中，所述至少一個輸出端口從所述環狀部分延伸到所述接地環的 外側的位置。
[0016] 在該可變電感器中，所述開關陣列包括：第一開關，設置在所述螺旋電感器的第一 側上；以及第二開關，設置在與所述螺旋電感器的所述第一側相反的第二側上。
[0017] 根據本發明的一方面，提供了一種震蕩電路，包括：第一可變電感器，被配置為接 收DC工作電壓和信號；第二可變電感器，被配置為接收DC工作電壓和信號，其中，所述第二 可變電感器與所述第一可變電感器并聯地電連接；第一晶體管，具有連接至所述第一可變 電感器的第一端子；以及第二晶體管，具有連接至所述第二可變電感器的第一端子，其中， 所述第一可變電感器和所述第二可變電感器中的至少一個包括螺旋電感器。
[0018] 在該震蕩電路中，所述第一可變電感器和所述第二可變電感器中的至少一個包 括：所述螺旋電感器，位于襯底上方，所述螺旋電感器包括環狀部分；接地環，位于所述襯 底上方，所述接地環至少圍繞所述螺旋電感器的環狀部分；浮置環，位于所述襯底上方，所 述浮置環設置在所述接地環和所述螺旋電感器之間；以及開關陣列，所述開關陣列被配置 為將所述接地環選擇性連接至所述浮置環。
[0019] 在該震蕩電路中，所述震蕩電路是數控振蕩器（DC0)，并且將所述開關陣列的至少 一個開關配置為接收與所述開關陣列的至少另一個開關不同的開關控制信號。
[0020] 在該震蕩電路中，所述浮置環位于單片三維集成電路（3DIC)的第一層級中，所述 接地環位于所述單片3DIC的不同于所述第一層級的第二層級中，并且所述浮置環被配置 為通過至少一個層級間通孔選擇性連接至所述接地環。
[0021] 在該震蕩電路中，所述開關陣列包括至少一個晶體管，所述至少一個晶體管被配 置為將位于單片三維集成電路（3DIC)的第一層級中的所述浮置環選擇性連接至位于所述 單片3DIC的不同于所述第一層級的第二層級中的所述接地環，并且所述至少一個晶體管 被配置為通過層級間通孔將所述浮置環選擇性地連接至所述接地環。
[0022] 根據本發明的又一方面，提供了一種鎖相環（PLL)，包括：相頻檢測器（PFD)，被配 置為接收參考頻率和反饋頻率，所述PFD被配置為生成第一控制信號；電荷泵（CP),被配置 為接收所述第一控制信號并且生成模擬電壓信號；低通濾波器（LPF)，被配置為接收所述 模擬電壓信號并且生成第二控制信號；震蕩電路，被配置為接收所述第二控制信號并且生 成和輸出信號，所述震蕩電路包括：第一可變電感器，被配置為接收工作電壓；第二可變電 感器，被配置為接收所述工作電壓，其中，所述第二可變電感器與所述第一可變電感器并聯 地電連接；第一晶體管，具有連接至所述第一可變電感器的第一端子；以及第二晶體管，具 有連接至所述第二可變電感器的第一端子，其中，所述第一可變電感器和所述第二可變電 感器中的至少一個包括螺旋電感器；以及分頻器（FD)，被配置為接收所述輸出信號并且生 成所述反饋頻率。
[0023] 在該PLL中，所述第一可變電感器和所述第二可變電感器中的至少一個包括：螺 旋電感器，位于襯底上方，所述螺旋電感器包括環狀部分；接地環，位于所述襯底上方，所述 接地環至少圍繞所述螺旋電感器的環狀部分；浮置環，位于所述襯底上方，所述浮置環設置 在所述接地環和所述螺旋電感器之間；以及開關陣列，所述開關陣列被配置為將所述接地 環選擇性連接至所述浮置環。
[0024] 在該PLL中，所述浮置環位于單片三維集成電路（3DIC)的第一層級中，所述接地 環位于所述單片3DIC的不同于所述第一層級的第二層級中，并且所述浮置環被配置為通 過至少一個層級間通孔選擇性地連接至所述接地環。
【附圖說明】
[0025] 在多幅附圖中，通過實例示出了一個或多個實施例，并且不用于限制，其中，在通 篇描述中，具有相同參考符號的元件表示相同的元件。應該強調，根據工業中的標準實踐， 各個部件可以不按比例繪制并且僅用于說明目的。事實上，為了論述的清楚起見，附圖中的 各個部件的尺寸可以任意增加或減小。
[0026] 圖1是根據一個或多個實施例的可變電感器（varainductor)的透視圖；
[0027] 圖2是根據一個或多個實施例的可變電感器的俯視圖；
[0028] 圖3是根據一個或多個實施例的可變電感器的透視圖；
[0029] 圖4是根據一個或多個實施例包括可變電感器的壓控振蕩器的示意圖；
[0030] 圖5是根據一個或多個實施例包括可變電感器的鎖相環的示意性功能圖；
[0031] 圖6是根據一個或多個實施例設計可變電感器的方法的流程圖；
[0032] 圖7是根據一個或多個實施例操作可變電感器的方法的流程圖；以及
[0033] 圖8是根據一個或多個實施例操作包括可變電感器的鎖相環的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0034] 以下
【發明內容】
提供用于實現本發明的不同特征的多個不同實施例或實例。下文描 述了部件和布置的特定實例，以簡化本發明。這些僅是實例并且不用于限制。
[0035] 圖1是根據一個或多個實施例的可變電感器100的透視圖。可變電感器100包括 襯底102和設置在襯底上方的螺旋電感器104。將螺旋電感器104配置為接收DC工作電壓 和信號。浮置環106設置在襯底102上方并且圍繞螺旋電感器104。接地環108設置在襯 底102上方并且圍繞浮置環106。將接地環108配置為接收接地電壓或參考電壓。浮置環 106位于螺旋電感器104和接地環108之間。
[0036] 開關陣列110設置在襯底102上方，并且能夠將接地環108與浮置環106電連接。 可變電感器100被配置為接收開關控制信號vtune，其電連接至開關陣列110。開關控制信 號Vtune控制接地環108和浮置環106之間的電連接水平，以調節可變電感器100的電感 水平。在襯底102、螺旋電感器104、浮置環