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专利号: 2021102548434
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电子电路
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于TSV垂直开关的压控振荡器,其特征在于,包括电源VDD,所述电源VDD通过导线并列电连接有基于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,所述基于TSV的惠斯通电桥电感器M1的输出端通过导线并列电连接有变容器C1的输出端、TSV垂直开关MOS4的栅极、TSV垂直开关MOS3的漏极,所述基于TSV的惠斯通电桥电感器M2的输出端通过导线并列电连接有变容器C2的输出端、TSV垂直开关MOS3的栅极、TSV垂直开关MOS4的漏极,所述变容器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,所述TSV垂直开关MOS3的源极分别通过导线连接有TSV垂直开关MOS4的源极、TSV垂直开关MOS5的漏极相连,所述TSV垂直开关MOS5的栅极通过导线电连接有偏置电源Vb,所述TSV垂直开关MOS5的源极接地;

所述基于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结构相同,均包括10个TSV电感及1个TSV垂直开关MOS,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中的TSV垂直开关MOS分别记为TSV垂直开关MOS1和TSV垂直开关MOS2,其中TSV电感L1有a1、b1两端口,TSV电感L2有a2、b2两端口,TSV电感L3有a3、b3两端口,TSV电感L4有a4、b4两端口,TV电感L5有a5、b5两端口,TSV电感L6有a6、b6两端口,TSV电感L7有a7、b7两端口,TSV电感L8有a8、b8两端口,TSV电感L9有a9、b9两端口,TSV电感L10有a10、b10两端口,其中TSV电感L1的b1端口与TSV电感L2的b2端口相连接,TSV电感L2的a2端口与TSV电感L3的a3端口相连接,TSV电感L3的b3端口与TSV电感L4的b4端口相连接,TSV电感L4的被a4端口与TSV电感L5的a5端口相连接,TSV电感L5的b5端口与TSV电感L6的b6端口相连接,TSV电感L6的a6端口与TSV电感L7的a7端口相连接,TSV电感L7的b7端口与TSV电感L8的b8端口相连接,TSV电感L8的a8端口与TSV电感L9的a9端口相连接,TSV电感L9的b9端口与TSV电感L10的b10端口相连接,TSV电感L10的a10端口与TSV电感L1的a1端口相连接,TSV垂直开关MOS1的漏极与TSV电感L3的b3端口相连接,TSV垂直开关MOS1的源极与TSV电感L8的a8端口相连接,TSV垂直开关MOS1或TSV垂直开关MOS2的栅极与电感控制电源Vctr1相连,其中,TSV电感电感L1的a1端口与TSV电感L10的a10端口作为基于TSV的惠斯通电桥电感器的输入端Lint1,TSV电感电感L5的b5端口与TSV电感电感L6的b6端口作为基于TSV的惠斯通电桥电感器的输出端Lout1。

2.根据权利要求1所述的一种基于TSV垂直开关的压控振荡器,其特征在于,所述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(5),所述硅衬底(5)中间开设有通孔,所述通孔内从内向外依次设置有金属柱(1)和介质层(2),所述金属柱(1)一端穿过所述通孔漏出硅衬底(5)表面设置有端子A,所述端子A作为TSV垂直开关的栅极,所述硅衬底(5)内位于通孔两端靠近介质层的一侧均设置有n型参杂区(4),两个所述n型参杂区(4)端面上设置有伸出所述硅衬底(5)的金属层(3),两个所述金属层(3)上分别设置有端子B1、B2,所述端子B1、B2分别作为TSV垂直开关的源极与漏极。

3.根据权利要求2所述的一种基于TSV垂直开关的压控振荡器,其特征在于,所述硅衬底(5)上下端面还设置有二氧化硅层(6)。

4.根据权利要求1所述的一种基于TSV垂直开关的压控振荡器,其特征在于,记基于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的电压分别为Vctr1、Vctr2:

若连接TSV垂直开关MOS1及TSV垂直开关MOS2的控制电压Vctr1、Vctr2小于TSV垂直开关本身的阈值电压时,开关断开,此时基于TSV的惠斯通电桥电感器M1与基于TSV的惠斯通电桥电感器M2的总电感值均为Ltot1:Ltot1=[(L0‑ΔL)+(L0+ΔL)]||[(L0+ΔL)+(L0‑ΔL)]=L0

上式中(L0‑△L)等效为TSV电感L4与L5,L10与L9的串联电感值,(L0+△L)等效为TSV电感L1与L2与L3以及L6与L7与L8的串联电感值,L0为输入端int到输出端out的等效电感值;

若TSV垂直开关MOS1及TSV垂直开关MOS2的控制电压Vctr1、Vctr2大于TSV垂直开关本身的阈值电压时,开关导通,此时基于TSV的惠斯通电桥电感器M1与基于TSV的惠斯通电桥电感器M2的总电感值均为Ltot2: