专利名称：具有t线圈结构的驱动器的制作方法
技术领域：
本公开总体上涉及半导体集成电路，更具体地，涉及具有T线圈结构的驱动器。
背景技术：
光链路是通过光纤通信的链接。随着通信技术的发展，光链路的带宽从每秒几千兆字节(Gb/s)增加到几十Gb/s。光链路每一端上的收发器都能够发送和/或接收高带宽信号。通常，驱动器设置在发射端处，驱动光源以实现这种高带宽信号。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种驱动器，包括第一驱动级，具有至少一个输入节点和至少一个第一输出节点，第一驱动级包括与至少一个第一输出节点相邻设置的T线圈结构，T线圈结构包括电感器的第一集合，每一个电感器都可操作地用于提供第一电感；以及电感器的第二集合，以并联方式与电感器的第一集合电耦合，其中，电感器的第二集合中的每一个电感器都可操作地用于提供第二电感；以及第二驱动级，与第一驱动级电耦合。其中，第一电感和第二电感分别为大约0. 2毫微亨(nH)或更高。其中，电感器的第一集合包括第一电感器和第二电感器，在第一电感器和第二电感器之间设置至少一个第一输出节点，电感器的第二集合包括第三电感器和第四电感器，在第三电感器和第四电感器之间设置至少一个第一输出节点，第一电感器和第三电感器可操作地用于提供大约0.1毫微 亨(nH)或更低的等效电感。其中，第一电感器和第二电感器可操作地用于提供范围在大约0. 45至大约0. 55之间的耦合系数。其中，至少一个第一输出节点与第二驱动级的第一晶体管的栅极电耦合，至少一个第二晶体管电耦合在第一晶体管和第二驱动级的至少一个第二输出节点之间。其中，至少一个第二晶体管被配置为减小由至少一个第二输出节点和第一晶体管的栅极之间的电压差所产生的应力。其中，第一晶体管和至少一个第二晶体管分别为核心器件。该驱动器还包括负阻抗转换器，设置在第一驱动级和第二驱动级之间。此外，还提供了一种驱动器，包括第一驱动级，具有至少一个输入节点和至少一个第一输出节点，第一驱动级包括与至少一个第一输出节点相邻设置的T线圈结构，其中，T线圈结构包括电感器的第一集合，每一个电感器都可操作地用于提供大约0. 2毫微亨(nH)或更高的电感和大约0. 5的耦合系数；以及电感器的第二集合，以并联方式与电感器的第一集合电耦合，其中，电感器的第二集合中的每一个电感器都可操作地用于提供大约
0.2nH或更高的电感；以及第二驱动级，与第一驱动级电耦合。其中，电感器的第一集合包括第一电感器和第二电感器，在第一电感器和第二电感器之间设置至少一个第一输出节点，电感器的第二集合包括第三电感器和第四电感器，在第三电感器和第四电感器之间设置至少一个第一输出节点，第一电感器和第三电感器可操作地用于提供大约0.1毫微亨(nH)或更低的等效电感。其中，至少一个第一输出节点与第二驱动级的第一晶体管的栅极电耦合，至少一个第二晶体管电耦合在第一晶体管和第二驱动级的至少一个第二输出节点之间。其中，至少一个第二晶体管被配置为减小由至少一个第二输出节点和第一晶体管的栅极之间的电压差所产生的应力。其中，第一晶体管和至少一个第二晶体管分别为核心器件。该驱动器还包括负阻抗转换器，设置在第一驱动级和第二驱动级之间。此外，还提供了一种驱动器，包括第一驱动级，具有第一输入节点和第二输入节点以及第一输出节点和第二输出节点，第一驱动级包括每一个都与第一输出节点和第二输出节点相邻设置的T线圈结构，T线圈结构均包括电感器的多个集合，以并联方式相互电耦合，其中，电感器的每个集合都可操作地用于提供大约0. 5的耦合系数；以及第二驱动级，具有第三输入节点和第四输入节点，其中，第三输入节点电耦合至第一输出节点，第四输入节点电耦合至第二输出节点。其中，电感器的多个集合包括第一电感器和第二电感器，其中，第一电感器和第二电感器分别可操作地用于提供大约0. 2nH或更高的电感；以及第三电感器和第四电感器，以并联方式与第一电感器和第二电感器电耦合，其中，第三电感器和第四电感器分别可操作地用于提供大约0. 2nH或更高的电感，第一电感器和第三电感器可操作地用于提供大约0.1nH或更高的等效电感。其中，第二驱动级包括第一晶体管，其栅极与第一输出节点电耦合；第二晶体管，其栅极与第二输出节点 电耦合；至少一个第三晶体管，设置在第一晶体管和第三输出节点之间；以及至少一个第四晶体管，设置在第二晶体管和第四输出节点之间。其中，至少一个第三晶体管被配置为减小由第三输出节点和第一晶体管的栅极之间的电压差所产生的应力。其中，第一晶体管和至少一个第三晶体管分别为核心器件。该驱动器还包括负阻抗转换器，设置在第一驱动级和第二驱动级之间。
当阅读附图时，根据以下详细描述更好地理解本公开的一个或多个方面。应该强调的是，根据工业的标准实践，各种部件没有按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，可以任意增加或减小各种部件的尺寸。图1是示例性驱动器的示意图。图2是具有至少一个T线圈结构的另一个示例性驱动器的示意图。图3A和图3B是示出具有不同耦合系数(k)的示例性驱动级的模拟输出结果的示意图。
具体实施例方式通过0. 18-Um技术节点制造驱动器。驱动器在驱动级的每个输出节点上都具有T线圈用于感应峰化(inductive peaking)。T线圈具有两个电感器,它们都电稱合至输出节点。每一个电感器都响应于由驱动级的输出节点看到的寄生电容提供大约3毫微亨(nH)的电感。在集成电路(IC)演进的过程中，技术节点移动到小几何尺寸。这种缩小工艺通常通过增加生产效率和降低相关成本来提供优点。在设计具有小于40纳米(nm)的技术节点的激光器/调制器驱动器的过程中，申请人发现驱动级之间的寄生电容剧烈降低。响应于低寄生电容，T线圈中的电感器被设计为具有小电感，例如大约0.1nH0申请人还发现，每一个都生成大约0.1nH电感的电感器可以不提供大约0. 5的耦合系数(k)，其被设计用于增加驱动器的带宽。应该理解，以下公开提供了用于实施各种实施例的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下描述部件和配置的具体实例以简化本公开。当然，这些仅仅是实例而不用于限制。此外，以下第一部件形成在第二部件上方的描述可以包括第一和第二部件被形成为直接接触的实施例，并且还可以包括可以形成附加部件夹置在第一和第二部件之间使得第一和第二部件没有直接接触的实施例。此外，本公开可以在各个实例中重复参考标号和/或字母。图1是示例性驱动器的示意图。在图1中，驱动器100包括至少一个驱动级，例如驱动级Iio和120。驱动级110和120相互电连接。驱动级110具有至少一个输入节点(例如输入节点N1和N2)以及至少一个输出节点(例如输出节点N3和N4)。驱动级120具有至少一个输入节点(例如输入节点N5和N6)以及至少一个输出节点(例如输出节点N7和N8)。输出节点N3和N4分别与输入节点N5和N6电耦合。在一些实施例中，驱动器100为激光驱动器、调制器驱动器或其他类型的驱动器。驱动器100可用于接收输入信号Vin，然后提供输出信号Vout以驱动其他电路、二极管、器件等。注意，图1所示驱动级的数量仅仅是示例性的。在一些实施例中，驱动器100包括单个驱动级或者多于两个的驱动级。参照图1，在驱动 级110和120之间存在寄生电容器C1和C2的电容。寄生电容器C1和C2的电容可以影响脱离其理想条件的驱动器100的电操作。在一些实施例中，寄生电容器C1和C2的电容可以被补偿以实现驱动器100的预期操作。图2是包括至少一个T线圈结构的另一示例性驱动器的示意图。在图2中，驱动级100包括晶体管M1和M2，其栅极分别与输入节点N1和N2电耦合。晶体管M1和M2的源极与电流源电耦合。晶体管M1和M2的漏极分别与T线圈结构130a和130b电耦合。电阻器札和民电耦合在电源电压电平VDDl与对应的T线圈结构130a和130b之间。在一些实施例中，VDDl对于R1和R2来说是相同。在其他实施例中，VDDl对于R1和R2来说不同。在图2中，T线圈结构130a和130b被设置为分别与输出节点N3和N4相邻。T线圈结构130a和130b可用于在对应的输出节点N3和N4处提供电感峰化。在一些实施例中，T线圈结构130a和130b分别包括电感器的多个集合，例如，电感器集合131a、133a和131b、133b。电感器集合131a以并联方式与感器集合133a电耦合。电感器集合131b以并联方式与感器集合133b电耦合。在一些实施例中，电感器集合131a、133a、131b和133b包括对应的电感 L1-L2、L3-L4、L5-L6 和 L7-L8。在一些实施例中，输出节点N3在电感器L1和L2之间以及电感器L3和L4之间。在一些实施例中，输出节点N4在电感器L5和L6之间以及电感器L7和L8之间。在一些实施例中，电感器集合131a和133a以并联方式与电容器C3电f禹合。在一些实施例中，电感器集合131b和133b以并联方式与电容器C4电f禹合。随着技术节点收缩至例如40nm或更低，寄生电容器C1和C2的电容剧烈下降。申请人发现，响应于低寄生电容，每个T线圈结构的电感应该被设计为例如大约0.1nH或更低。申请人发现，具有单个电感器集合的0.1nH T线圈结构由于电感器的窄金属线和/或较少的布线循环可以提供大约0. 3的耦合系数(k)。由于传统的T线圈不能够提供大约0. 5的耦合系数，所以驱动器100的带宽显著降低。为了针对被设计为具有40nm以下技术节点的驱动器保持大约0. 5的耦合系数，申请人设计电感器L7-L8，每一个都具有大约0. 2nH以上的电感。每一对并联电感器(例如，电感器L1和L3)都可用于响应于寄生电容器C1和C2的低电容而提供大约0.1nH以下的等效电感。电感器L7-L8的每一个都具有足以提供0. 2nH电感的宽金属和/或更多的布线循环，因此每个电感器集合的电感器(例如L1和L2)都可以用于提供大约0.5的耦合系数。在一些实施例中，耦合系数(k)的范围在大约0. 45至大约0. 55之间。通过使用T线圈结构130a和130b，驱动器100的带宽可以达到40GHz或更高。图3A和图3B是示出具有不同耦合系数(k)的示例性驱动级的模拟输出结果的示意图。在图3A和图3B中，垂直轴表不输出信号的电压电平,水平轴表不皮秒(ps)级别的时间。对于图3A来说，耦合系数大约为0. 3。对于图3B来说，耦合系数大约为0. 5。如图所示，图3B所示眼睛图样比图3A所示的更加清楚。注意，上面参照图2描述的电感器集合和电感器的数量仅仅是示例性的。在一些实施例中，T线圈结构130a和130b分别包括多于两个的电感器集合以进一步降低等效电感。通过降低等效电感，每个电感器集合的单个电感器都具有更高的电感。还应该注意，电感、等效电感和/或带宽都仅仅是示例性的。可以响应于驱动器的设计改变等效电感和/或带宽。在一些实施例中，驱动级110任选地包括电感器L9和Lltl，它们分别电耦合在晶体管M1和M2与T线圈结构130a和130b之间。电感器L9和Lltl可用于分别向输出节点N3和N4提供电感峰化和/或向输出节点N3和N4提供屏蔽效应。再次参照图2，驱动级120包括输入节点N5-N6和输出节点N7_N8。输出节点N7和N8与对应的电阻器R3和R4、电感器L11和L12以及电容器C5和C6电耦合。电容器C5和C6与输出负载Rpcb和/或Rusra电I禹合。在一些实施例中，输出负载Rrb表不印刷电路板的等效电阻。输出负载Rlasek表示激光二极管的等效电阻。注意，图2所示输出负载仅仅是示例性的。在一些实施例中，附加和/或不同的输出负载与驱动级120的输出节点N7和N8电耦
口 O在一些实施例中，驱动级120包括晶体管M3和M4，其栅极分别与输入节点N5和N6电耦合。晶体管M3和M4的源极与电流源电耦合。晶体管M3和M4的漏极分别与至少一个晶体管(例如，晶体管M5-MdP M7-M8)电耦合。
在一些实施例中，晶体管M5-M6和M7-M8分别设置在输出节点N7和晶体管M3之间以及输出节点N8和晶体管M4之间。晶体管M5-M6和M7-M8的栅极被配置为接收电压电平VDD2或VDD3，用于控制晶体管仏^8的导通/截止。在一些实施例中，电压电平VDD2与电压电平VDD3相同或不同。在一些实施例中，VDD2在R3和R4处相同。在一些实施例中，VDD2在R3和R4处不同。在一些实施例中，VDD3在仏和队处相同。在一些实施例中，VDD3在仏和M8处不同。在一些实施例中，晶体管M3-M8为核心器件(core device)。术语“核心器件”是指晶体管的沟道长度被设计为具有最低标准的技术节点。例如，如果技术节点为28nm，则核心器件具有大约28nm的沟道长度。由于核心器件的小几何尺寸，所以晶体管M3和M4的栅极介电层变薄并且易受施加于其上的高电压差的影响。为了保护晶体管M3的栅极介电层不被损坏，晶体管M5-M6被设计在输出节点N7和晶体管M3的栅极之间，以减小由节点N7和晶体管M3的栅极之间的电压差所产生的静电应力。例如，输出节点N7可以看到大约2V±1V的电压变化，以及晶体管M3的栅极可以看到范围在大约0. 45V到大约0. 85V之间的电压。在最坏的情况下，输出节点N7和晶体管M3的栅极之间预测电压差达到2. 55V。如果没有使用晶体管M5-M6(每一个都可用于支持大约0. 8V的压降)，则2. 55V的电压差将损坏晶体管M3的栅极电介质。注意，晶体管M5-M6和M7-M8的数量仅仅是示例性的。本申请的范围不限于此。例如，响应于应用于晶体管的技术节点和/或电压电平的改变，晶体管M5-Mf^P M7-M8的数量可以增加或减小。还应该注意，上述电压电平仅仅是示例性的。例如，可以响应于技术节点的变化来改变电压电平。再次参照图2，驱动器100可选地包括设置在驱动级110和120之间的负阻抗转换器140。负阻抗转换器140被配置为提供负阻抗以补偿驱动级110和120之间存在的寄生电容器C1和C2的电容。在一些实施例中，当寄生电容器C1和C2的电容变小或可容忍时，从驱动器100中去除负阻抗转换器140。 在本申请的示例性实施例中，驱动器包括具有至少一个输入节点和至少一个第一输出节点的第一驱动级。第一驱动级包括与至少一个第一输出节点相邻设置的T线圈结构。T线圈结构包括电感器的第一集合，电感器的每一个都可用于提供第一电感。电感器的第二集合以并联方式与电感器的第一集合电耦合。电感器的第二集合的每一个电感器都可用于第二电感。第二驱动级与第一驱动级电耦合。前面概述了多个实施例的特征，使得本领域的技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域的技术人员应该意识到，他们可以容易地将本公开用作用于设计或修改用于执行与本文引入实施例相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构的基础。本领域的技术人员还应该意识到，这种等效构造不背离本公开的精神和范围，并且他们可以进行各种改变、替换和修改而不背离本公开的精神和范围。
权利要求
1.一种驱动器，包括 第一驱动级，具有至少一个输入节点和至少一个第一输出节点，所述第一驱动级包括与所述至少一个第一输出节点相邻设置的T线圈结构，所述T线圈结构包括 电感器的第一集合，每一个电感器都可操作地用于提供第一电感；以及电感器的第二集合，以并联方式与电感器的第一集合电耦合，其中，电感器的第二集合中的每一个电感器都可操作地用于提供第二电感；以及第二驱动级，与所述第一驱动级电耦合。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述第一电感和所述第二电感分别为大约0.2毫微亨(nH)或更高。
3.根据权利要求2所述的驱动器，其中，电感器的第一集合包括第一电感器和第二电感器，在所述第一电感器和所述第二电感器之间设置所述至少一个第一输出节点，电感器的第二集合包括第三电感器和第四电感器，在所述第三电感器和所述第四电感器之间设置所述至少一个第一输出节点，所述第一电感器和所述第三电感器可操作地用于提供大约0.1毫微亨(nH)或更低的等效电感。
4.根据权利要求2所述的驱动器，其中，所述第一电感器和所述第二电感器可操作地用于提供范围在大约0. 45至大约0. 55之间的耦合系数。
5.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述至少一个第一输出节点与所述第二驱动级的第一晶体管的栅极电耦合，至少一个第二晶体管电耦合在所述第一晶体管和所述第二驱动级的至少一个第二输出节点之间。
6.根据权利要求5所述的驱动器，其中，所述至少一个第二晶体管被配置为减小由所述至少一个第二输出节点和所述第一晶体管的栅极之间的电压差所产生的应力。
7.根据权利要求5所述的驱动器，其中，所述第一晶体管和所述至少一个第二晶体管分别为核心器件。
8.根据权利要求1所述的驱动器，还包括 负阻抗转换器，设置在所述第一驱动级和所述第二驱动级之间。
9.一种驱动器，包括 第一驱动级，具有至少一个输入节点和至少一个第一输出节点，所述第一驱动级包括与所述至少一个第一输出节点相邻设置的T线圈结构，其中，所述T线圈结构包括 电感器的第一集合，每一个电感器都可操作地用于提供大约0.2毫微亨(nH)或更高的电感和大约0. 5的耦合系数；以及 电感器的第二集合，以并联方式与所述电感器的第一集合电耦合，其中，所述电感器的第二集合中的每一个电感器都可操作地用于提供大约0. 2nH或更高的电感；以及第二驱动级，与所述第一驱动级电耦合。
10.一种驱动器，包括 第一驱动级，具有第一输入节点和第二输入节点以及第一输出节点和第二输出节点，所述第一驱动级包括每一个都与所述第一输出节点和所述第二输出节点相邻设置的T线圈结构，所述T线圈结构均包括 电感器的多个集合，以并联方式相互电耦合，其中，电感器的每个集合都可操作地用于提供大约0.5的耦合系数；以及第二驱动级，具有第三 输入节点和第四输入节点，其中，所述第三输入节点电耦合至所述第一输出节点，所述第四输入节点电耦合至所述第二输出节点。
全文摘要
一种驱动器，具有T线圈结构，包括具有至少一个输入节点和至少一个第一输出节点的第一驱动级。第一驱动级包括与至少一个第一输出节点相邻设置的T线圈结构。T线圈结构包括电感器的第一集合，电感器的每一个都可用于提供第一电感。电感器的第二集合以并联方式与电感器的第一集合电耦合。电感器的第二集合的每一个电感器都可用于第二电感。第二驱动级与第一驱动级电耦合。
文档编号H03K19/08GK103067083SQ20121009353
公开日2013年4月24日 申请日期2012年3月31日 优先权日2011年10月21日
发明者黃明杰, 钟道文, 陈建宏, 林志昌, 隋彧文, 普强荣 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司