[发明专利]一种基于TSV垂直开关的压控振荡器

说明书

本发明公开了一种基于TSV垂直开关的压控振荡器，包括电源VDD，电源VDD通过导线连接有惠斯通电桥电感器M1和惠斯通电桥电感器M2的输入端，M1的输出端连接有变容器C1的输出端、MOS4的栅极、MOS3的漏极，M2的输出端连接有变容器C2的输出端、MOS3的栅极、MOS4的漏极，C1和C2的输入端连接有电容控制电源Vctr3，MOS3的源极通过导线与MOS4的源极、MOS5的漏极相连，MOS5的栅极通过导线电连接有偏置电源Vb，MOS5的源极接地。本发明通过TSV实现更短的互连线以降低功耗与延迟，通过TSV垂直开关的导通或关断以调节电感电路的电感值，配合变容器实现压控振荡器的频率调节。

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垂直开关的压控振荡器。

背景技术

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，电子产品性能得到空前提高。但是随着尺寸减小到深亚微米甚至纳米量级后，晶体管的特征尺寸逐渐达到物理极限，量子效应和短沟道效应越来越严重，集成电路的设计、性能和可靠性都受到严重影响。作为射频系统中的核心模块之一的压控振荡器(VCO)，直接影响着射频系统的性能、可靠性、稳定性和成本。如何提高其性能成为了设计压控振荡器的主要问题。由于传统设计中的缩小器件尺寸、提高二维芯片集成度等方法，在器件特征尺寸缩小到深亚微米甚至纳米量级后，带来的量子效应及短沟道效应越来越严重。使得电路的性能和可靠性都受到了严重影响，因此有必要寻找新的设计思路解决以上问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于TSV垂直开关的压控振荡器，通过TSV实现更短的互连线以降低功耗与延迟，通过TSV垂直开关的导通或关断以调节电感电路的电感值，配合变容器实现压控振荡器的频率调节。

本发明所采用的技术方案是，一种基于TSV垂直开关的压控振荡器，包括电源VDD，电源VDD通过导线连接有基于TSV的惠斯通电桥电感器M1和基于TSV的惠斯通电桥电感器M2的输入端，基于TSV的惠斯通电桥电感器M1的输出端通过导线连接有变容器C1的输出端、TSV垂直开关MOS4的栅极、TSV垂直开关MOS3的漏极，基于TSV的惠斯通电桥电感器M2的输出端通过导线连接有变容器C2的输出端、TSV垂直开关MOS3的栅极、TSV垂直开关MOS4的漏极，变容器C1和变容器C2的输入端共同通过导线连接有电容控制电源Vctr3，TSV垂直开关MOS3的源极通过导线与TSV垂直开关MOS4的源极、TSV垂直开关MOS5的漏极相连，TSV垂直开关MOS5的栅极通过导线连接有偏置电源Vb，TSV垂直开关MOS5的源极接地。

本发明的特征还在于，

TSV垂直开关MOS3、TSV垂直开关MOS4以及TSV垂直开关MOS5结构相同，均包括P型的硅衬底，硅衬底中间开设有通孔，通孔内从内向外依次设置有金属柱和介质层，金属柱一端穿过通过漏出硅衬底表面设置有端子A，端子A作为TSV垂直开关的栅极，硅衬底内位于通孔两端靠近介质层的一侧均设置有n型参杂区，两个n型参杂区端面上设置有伸出硅衬底的金属层，两个金属层上分别设置有端子B1、B2，端子B1、B2分别作为TSV垂直开关的源极与漏极。

硅衬底上下端面还设置有二氧化硅层。