2.1　片上电感的物理结构

在低频模拟电路中，电感主要由漆包线绕制而成（如图2.1所示），一种是电感量较小的空心线圈电感，另一种是电感量很大的磁芯电感。半导体收音机的电路板上一般均可以看到磁芯电感。低频电感的主要特点是立体性很强，需要较大的空间，它可以直接焊接在印制电路板（PCB）的表面使用。

与低频应用相比，射频集成电路中电感的形状结构和实现方式发生了很大的变化，表2.1对低频电感和射频微波单片电感进行了比较分析，射频微波单片电感的主要问题是品质因数偏小，这给低噪声放大电路设计带来了困难。图2.2给出了基于正多边形电感设计的超宽带低噪声放大器电路结构和电路芯片版图［3］，LB、LC、LE三个电感分别用于异质结晶体管器件基极峰化、集电极峰化和电路匹配。而且从图2.2中可以看到3个电感占据了芯片面积的一半左右，说明电路需要的电感量较大。图2.3给出了基于方形螺旋电感的超宽带低噪声放大器电路结构和电路芯片版图［4］，3个片上螺旋电感分别用于异质结晶体管器件基极峰化、电压并联反馈和集电极峰化，显然电感占据的芯片面积远比有源器件大得多。图2.4给出了基于圆形螺旋电感的电路芯片版图。

图2.1　低频电感结构

表2.1　低频电感和射频微波单片电感的比较

平面螺旋电感主要分为对称和非对称（单端）两种结构。图2.5给出了非对称平面螺旋电感结构，图2.5（a）、（b）、（c）和（d）分别为四边形结构、六边形结构、八边形结构和圆形结构。电感设计中常用的典型几何参数有外径Dout、内径Din、线宽W、圈数n和线间距S。一般来说，随着电感边数的增多，其特性也会得到改善，因此最理想的结构为圆形结构。在几何参数一定的情况下，圆形结构的自谐振频率比四边形结构要高，且电阻损耗较小，品质因数较高。但从流片的角度来说，制作具有弧形线条的掩模版通常比较困难，所以边数越多越难实现，只能采用16边形电感、32边形电感等来近似圆形电感的性能。

图2.2　基于正多边形电感设计的超宽带低噪声放大器电路结构和电路芯片版图

图2.3　基于方形螺旋电感的超宽带低噪声放大器电路结构和电路芯片版图

图2.6给出了对称平面螺旋电感的结构，除各个半圈之间的交叉区域外，其版图几乎是完全对称的，因此电感的两个端口呈现相同的特性。在对称电感的最内圈中点处引出一个抽头，便可以作为差分电感使用。差分电感就是将两个相同的螺旋电感缠绕在一起，这样增加了两个对称电感之间的磁场耦合，所以具有较高的电感值。

图2.4　基于圆形螺旋电感的电路芯片版图

图2.5　非对称平面螺旋电感结构

图2.6　对称平面螺旋电感结构

片上电感需要利用上下两层金属进行连接，如图2.7所示，当然也会带来额外的上下层金属线之间的电容耦合［2］。如果电感量很小，如在100pH以下，可以采用微带线、半圈方形或圆形螺旋电感实现，在这种情况下，就不需要再利用上下两层金属进行连接了，这在工艺上很容易实现，如图2.8所示。

图2.7　电感的端子连接

图2.8　小型电感