CN105810385B - 共模扼流器 - Google Patents

Abstract

一种共模扼流器，包括：第一平面线圈，用于接收第一信号；第二平面线圈，用于接收第二信号；第一和第二线圈包括彼此的实质上镜像，并且在共同平面中并排布置，第一平面线圈和第二平面线圈通过闭合耦合环电磁耦合。

Description

共模扼流器

技术领域

本公开涉及一种共模扼流器(choke)，具体地，本公开涉及一种平面金属硅上共模扼流器，配置为对差分信号进行操作。本公开还涉及利用共模扼流器来对信号进行滤波的电子设备。

背景技术

需要一种共模扼流器来降低数据失真。

发明内容

根据第一方面，本公开提供了一种共模扼流器，包括：第一平面线圈，用于接收第一信号，第二平面线圈，用于接收第二信号，第一和第二线圈包括彼此的实质上镜像，并且在共同平面中并排布置，第一平面线圈和第二平面线圈通过闭合耦合环电磁耦合。

上述优点在于，通过并排地而非面对面地设置第一和第二平面线圈，可以对称地布置共模扼流器的平面线圈(信号接收线圈)。因此闭合耦合环提供了平面线圈的磁耦合。

闭合耦合环可以是平面的，并且配置为在与共同平面相邻但间隔开的平面中至少部分地延伸。这种布置的优点在于，共模扼流器可以设置在硅衬底(例如)中的多个金属层中。闭合耦合环可以是对称的。闭合耦合环可以在第一平面线圈和第二平面线圈的旁边，在共同平面中延伸。

闭合耦合环可以包括：第一线圈部分，布置为与第一平面线圈的至少一部分互补，第二线圈部分，布置为与第二平面线圈的至少一部分互补，以及连接部分，布置为将第一线圈部分与第二线圈部分连接，以形成闭合环。因此线圈部分可以配置为遵循平面线圈以与平面线圈磁耦合，并且连接部分在线圈部分之间提供链接，以将平面线圈磁耦合在一起。

连接部分包括第一轨和第二轨，第一轨配置为将第一线圈部分的第一端与第二线圈部分的互补第一端连接，第二轨配置为将第一线圈部分的第二端与第二线圈部分的互补第二端连接，第一轨和第二轨配置为在不同平面中延伸。

连接部分可以包括第一轨和第二轨，第一轨配置为将第一线圈部分的第一端与第二线圈部分的互补第一端连接，第二轨配置为将第一线圈部分的第二端与第二线圈部分的互补第二端连接，第一轨和第二轨配置为在相同平面中延伸。上述优点在于，共模扼流器可以设置在两个金属层之上。

共模扼流器可以关于第一平面线圈和第二平面线圈之间延伸的平面对称。对称共模扼流器可以提供较低的信号失真。

可以设置多个闭合耦合环，每个闭合耦合环配置为将第一平面线圈与第二平面线圈电磁耦合。因此每个闭合耦合环可以与第一平面线圈的仅一部分互补，并且与第二平面线圈的仅一部分互补，其中，每个闭合耦合环覆盖第一线圈和第二线圈的不同部分。

多个闭合耦合环中的至少两个可以在相同平面中延伸。可选地，所有闭合耦合环在相同平面中延伸。

多个闭合耦合环中的第一闭合耦合环可以在共同平面上方的平面中延伸，而多个闭合耦合环中的第二闭合耦合环可以在共同平面下方的平面中延伸。

第一平面线圈可以包括直区段和线圈区段，第二平面线圈可以包括直区段和线圈区段，其中，第一和第二平面线圈的直区段布置为彼此平行。

闭合耦合环的数目可以等于第一或第二平面线圈的匝数，或者比第一或第二平面线圈的匝数多一个。

第一和/或第二平面线圈可以包括螺线，并且具有在共同平面中布置的外部螺线端和内部螺线端。内部螺线端或每个内部螺线端可以连接至在与共同平面相邻但间隔开的平面中延伸的桥轨，以提供位于螺线外侧的连接点。

第一和第二平面线圈可以包括至少1.5匝，或至少2匝，或至少2.5匝。

第一平面线圈和第二平面线圈可以各自布置在多个平行平面之上，其中第一平面线圈和第二平面线圈的对应部分布置在多个平行平面的共同平面中。因此，第一和第二平面线圈中在共同平面中延伸的部分彼此是实质上镜像。闭合耦合环可以或可以不在与第一和第二平面线圈不同的平面中延伸。

第一和第二平面线圈可以是螺线，并且各自可以具有外部螺线端和内部螺线端以及包括闭合耦合环的共模扼流器，第一和第二平面线圈可以在包括桥轨的仅三个层上延伸，以提供内部螺线端与螺线外侧点之间的连接。备选地，第一和第二平面线圈可以是螺线，并且各自具有外部螺线端和内部螺线端以及包括闭合耦合环的共模扼流器，可以在包括桥轨的仅两个层之上延伸，以提供内部螺线端与螺线外侧点之间的连接。

根据另一方面，本公开提供了一种电子设备，包括第一方面的共模扼流器。

电子设备可以包括发射机或接收机，配置为发送或接收在两个信号信道上布置的信号，其中，共模扼流器的第一平面线圈配置为连接到两个信号信道中的一个，共模扼流器的第二平面线圈配置为连接到两个信号信道中的另一个。

附图说明

现在下面是，仅作为示例参照附图对本公开实施例的详细描述，在附图中：

图1示出了表示示例共模扼流器的图；

图2a示出了图1中表示的示例共模扼流器的布局的平面视图；

图2b示出了图2a的布局的侧视图；

图2c示出了穿过图2a的布局的A-A的截面的透视图；

图2d示出了穿过图2a的布局的B-B的截面的透视图；

图3示出了表示第二示例共模扼流器的图；

图4a示出了图3中表示的第二示例共模扼流器的布局的平面图；

图4b示出了图4a的布局的侧视图；

图5示出了表示第三示例共模扼流器的图；

图6示出了第一和第二平面线圈在多于一个平行面中延伸的示例共模扼流器；

图7示出了在仅两个层中形成的示例共模扼流器；

图8示出了第一和第二平面线圈具有利用闭合耦合环的双线布置的示例共模扼流器；以及

图9示出了示例电子设备。

具体实施方式

图1和2a示出了具有第一平面线圈2和第二平面线圈3的共模扼流器1，第一平面线圈2形成第一信号信道，第二平面线圈3形成第二信号信道。第一信号信道配置为接收第一信号，第二信号信道配置为接收第二信号。第一信号和第二信号包括差分发送信号的分量部分。共模扼流器1配置为通过两个信号信道接收差分信号，衰减共模信号，并且允许差分信号通过。

第一平面线圈2和第二平面线圈3是彼此的实质上镜像，并且在共同平面4中并排布置。第一平面线圈2和第二平面线圈3通过闭合耦合环5彼此电磁耦合。共模扼流器1沿平面SL实质上对称并与平面SL垂直，平面SL在第一和第二平面线圈2和3之间延伸。对称共模扼流器1可以优于非对称共模扼流器。

第一平面线圈2和第二平面线圈3在衬底(例如，硅衬底)上的金属层中形成为轨。线圈2、3各自具有实质上2.5匝，尽管应认识到线圈能够具有其他匝数。在该示例中，线圈2、3是螺线，并包括紧固弯曲部。平面线圈2、3在硅衬底的一个金属层上延伸。第一平面线圈2包括第一端子6和第二端子7。第一和第二端子6和7形成第一信号信道的输入端子和输出端子。第二平面线圈3包括第一端子8和第二端子9。第一和第二端子8和9形成第二信号信道的输入端子和输出端子。

第一平面线圈的第二端子7和第二平面线圈3的第二端子9可以配置为连接至相应的第一和第二桥轨10、11。桥轨10和11配置为向位于第一和第二平面线圈2、3外侧的第二端子7和9提供连接点7’、9’(同样在图2c中示出)。第一和第二桥轨10、11在第三平面12中延伸，第三平面12与共同平面4对齐但间隔开。在一些示例中，桥轨10、11可以设置在形成有共同平面扼流器的管芯(未示出)的顶部金属层中。

耦合环5包括闭合环，因此是短路的。耦合环5尽管在图2a中示出为在第一和第二平面线圈2、3略微旁边延伸，但是事实上配置为在不同平面中延伸，并且至少部分地遵循第一和第二平面线圈2、3。图2b示出了在第二平面13中延伸的耦合线圈5，第二平面13与共同平面4和第三平面12对齐但间隔开。第二平面13在共同平面4与第三平面12之间延伸。因此第一平面线圈2的第二端子7通过通孔14延伸到第二平面13中的金属垫，然后通过第二通孔15延伸到第一桥轨10上。同样，第二平面线圈3的第二端子9通过通孔16延伸到第二平面13中的金属垫19(图2c中所示)，然后通过第二通孔17延伸到第二桥轨11上。参照图2c，第二桥轨11通过通孔17’延伸到第二平面13中的金属垫19’，然后通过通孔16’延伸到共同平面4中的连接点9’。

闭合耦合环5包括第一线圈部分20和第二线圈部分21，第一线圈部分20布置为与第一平面线圈2的至少一部分互补，第二线圈部分21布置为与第二平面线圈3的至少一部分互补。第一和第二线圈部分20、21通过连接部分22连接在一起，以形成闭合环。包括穿过图2a的B-B的截面的图2d示出了共同平面4中第一线圈2的轨以及第二平面13中布置为与第一线圈2互补的耦合环5的第一线圈部分20的轨。因此不同平面中的轨可以对齐。连接部分包括两个连接器轨；第一连接器轨23和第二连接器轨24布置为在两个线圈部分20、21之间延伸。在给定第一和第二线圈部分20和21遵循第一和第二平面线圈2、3的情况下，第一和第二线圈部分20和21是螺线，因此具有外部螺线端和内部螺线端。第一和第二线圈部分20和21的外部螺线端通过第一连接器轨23连接在一起，第一连接器轨23在与线圈部分20、21相同的平面(在该示例中，是第二平面13)中延伸。第二连接器轨24需要横跨第一和第二线圈部分20和21，以便使耦合环5闭合，第二连接器轨24连接至第一和第二线圈部分20和21的内部螺线端。相应地，第二连接器轨24在与耦合环5的其余部分不同的平面中延伸，使得第二连接器轨24可以横跨第一和第二线圈部分的线圈。因此闭合耦合环5是平面的，并且在除了在线圈部分20、21之间延伸的部分(第二连接器轨24)以外的单个平面的上方延伸。在该示例中，第二连接器轨24在与桥轨10、11相同的平面中延伸，桥轨10、11可以是管芯(未示出)的顶部金属层。因此，在该示例中，共模扼流器1设置在硅衬底的三个金属层之上。一个或所有实质上二维层可以关于在平面线圈之间延伸的线对称。此外，由于共模扼流器1在若干层中延伸，因此该共模扼流器1还关于与对称线SL对齐的平面实质上对称，对称线SL在第一和第二平面线圈2、3之间延伸，并且与共同平面4、第二平面13和第三平面12正交。

在使用中，共模扼流器1配备有在两个线路之上提供的差分信令信号。第一线路连接至第一端子6，第二线路连接至第一端子8。第二端子7包括来自第一线圈2的输出，第二端子9提供来自第二线圈3的输出。差分数据信道的两个线路在穿过对称共模扼流器1时会遇到相同阻抗。这与非对称布局相比可以引起降低的数据失真。

图3、4a和4b示出了多个耦合环50设置为将第一和第二平面线圈电磁耦合的第二示例。针对相同部件使用了相同的附图标记。第一平面线圈2和第二平面线圈3具有与图2a中所示相同的布局。然而，应认识到其他平面线圈形状是可能的。此外，平面线圈2、3连接至第一和第二桥轨10和11，以提供位于第一和第二平面线圈2、3外部的连接点7’、9’。

耦合环50各自包括闭合环，并且各自配置为将第一和第二平面线圈2、3电磁耦合。在该示例中，设置了三个闭合耦合环51、52、53。在该示例中，三个闭合耦合环51、52、53是同心的。此外，耦合环50均位于相同平面中，并布置为一个在另一个的内部。在其他实施例中，应认识到耦合环50可以设置在不同平面或层中。例如，一个或多个闭合耦合环可以在共同平面4上方的平面中延伸，一个或多个闭合耦合环可以在共同平面4下方的平面中延伸。然而，在该示例中，共同平面扼流器1(包括平面线圈2、3和耦合线圈50)设置在硅衬底的两个金属层上方(如图4b所示)。连接至第一和第二平面线圈2的桥轨10、11设置在第三层12中，但是与第二端子7和第二端子9的其他连接是可能的。

每个闭合耦合环51、52、53包括第一线圈部分54和第二线圈部分55，第一线圈部分54布置为与第一平面线圈2的一部分互补，第二线圈部分55布置为与第二平面线圈3的一部分互补。第一和第二线圈部分54、55通过连接部分56连接在一起，以形成闭合环。连接部分56包括第一轨57和第二轨58。第一轨57配置为将第一线圈部分54的第一端60连接至第二线圈部分55的互补第一端61，第二轨58配置为将第一线圈部分54的第二端62连接至第二线圈部分55的互补第二端63。与上述第一示例不同，连接部分56的第一和第二轨57、58在相同平面13中延伸。

第一线圈部分54包括少于一匝和第一平面线圈2的轨部分。同样，第二线圈部分55包括少于一匝和第二平面线圈3的轨部分。耦合线圈的数目足以遵循平面线圈2、3的每一匝或部分匝。例如，第一和第二平面线圈2、3具有近似2.5匝，因此三个线圈匝在至少一个径向位置处与平面线圈2、3中心的径向延伸平面相交。相应地，提供了等同数目(3)的耦合线圈50。应认识到可以提供其他数目的耦合线圈50，该其他数目可以与第一和/或第二平面线圈2、3的匝数相关或不相关。

图5示出了包括对称共模扼流器70的另一示例布局。针对相同部件已经使用了相同的附图标记。在该示例中，第一和第二平面线圈71、72具有不同形状。具体地，第一平面线圈71包括直区段73和线圈区段74。同样，第二平面线圈72包括直区段75和线圈区段76。第一和第二平面线圈是彼此的镜像，并且相应地是沿相反方向(例如，分别沿逆时针和顺时针)的线圈。第一和第二平面线圈71、72的直区段73、75布置为彼此平行，并与共模扼流器70的对称线SL的相邻。

设置了单个耦合线圈77，该单个耦合线圈77包括闭合环。耦合线圈77在图5中以虚线示出，并且在第一和第二平面线圈71、72的旁边。然而，应认识到耦合线圈77布置在与第一和第二平面线圈所位于的平面对齐但间隔开的相邻平面中。如在关于图2a所示的示例中，耦合线圈77包括通过连接部分80连接在一起的第一线圈部分78和第二线圈部分79。连接部分80包括两个连接器轨；第一连接器轨81和第二连接器轨82布置为在两个线圈部分78、79之间延伸。第一和第二线圈部分78和79遵循第一和第二平面线圈71、72(在它们的相邻平面或层中)，因此第一和第二线圈部分78、79是螺线并具有外部螺线端和内部螺线端。第一和第二线圈部分78和79的外部螺线端通过第一连接器轨81连接在一起，第一连接器轨81在与线圈部分78、79相同的平面(在该示例中，第二平面13)中延伸。第二连接器轨82需要横跨第一和第二线圈部分78和79，以使耦合环5闭合，第二连接器轨82连接至第一和第二线圈部分78和79的内部螺线端。相应地，第二连接器轨82在与耦合环77的其余部分不同的平面中延伸，使得第二连接器轨82可以横跨第一和第二线圈部分78、79的线圈。因此闭合耦合环77实质上是平面的，并且在除了在线圈部分之间延伸的一部分(第二连接器轨82)以外的单个平面上方延伸。在图5中，示意地示出第二连接器轨，在实践中可以具有与针对图2a和2b的第二连接器轨24而描述的布局更接近的布局。

图6示出了穿过第一平面线圈85和闭合耦合环86的一部分以及第二平面线圈87的等同部分的截面图。仅示出了线圈/环85、86、87中的每一个的最外部匝。在该示例中，第一平面线圈85在两个平面A、D上方延伸(通过层之间的通孔(未示出)连接)。第二平面线圈87的对应但镜像的部分在平面A、D上延伸。因此第一和第二平面线圈在共同平面上延伸。第一和第二平面线圈可以各自考虑包括在第一平面中延伸的第一部分和在第二平面中延伸的第二部分。对应部分是彼此的实质上镜像，并且对应部分各自在共同平面中延伸。因此，第一平面线圈85的第一部分与第二平面线圈86的对应第一部分在共同平面A中延伸，同样，第一平面线圈85的第二部分与第二平面线圈86的对应第二部分在共同平面D中延伸。闭合耦合环86也可以在两个平面B、C上延伸，以将第一和第二平面线圈85、86的第一和第二部分磁耦合。应认识到，假定第一和第二平面线圈85、87中的每一个的对应部分(即镜像部分)位于共同平面中，第一和第二平面线圈85、87以及闭合耦合环在平面A-D中的相对位置可以不同。

图7示出了第一平面线圈、第二平面线圈、闭合耦合环和桥轨设置在仅两个层中的另一示例共模扼流器。具体地，第一平面线圈88和第二平面线圈89设置在包括第一层的单个共同平面中。第一平面线圈包括外部螺线端88a和内部螺线端88b。同样，第二平面线圈包括外部螺线端89a和内部螺线端89b。以虚线示出的闭合耦合环包括多个(两个)环90a、90b。耦合环90在与第一层平行并间隔开的第二层中形成。因此，尽管闭合耦合环90以及第一和第二平面线圈88、89在图7中示为并排(为了清楚起见)延伸，但是事实上它们在平行的第一和第二层中直接置于彼此之上。平面视图中，闭合耦合环90配置为向螺线端88b、89b的内部延伸。具体地，闭合耦合环各自包括分叉区段93、94，分叉区段93、94离开实质上遵循第一平面线圈或第二平面线圈的路径，使得它们向内部螺线端88b、89b的内部延伸。相应地，桥轨91、92能够在与闭合耦合环90相同的平面中延伸，桥轨91、92将内部螺线端89a、89b连接到螺线线圈88、89的平面的外部。还应当认识到在该示例中第一和第二平面线圈88、89具有螺线形状，但是在环形区域中延伸，而螺旋运动到螺线中心的点。

图8示出了第一和第二平面线圈与闭合耦合环双线缠绕的示例共模扼流器的一部分。因此，尽管在上述图2a中，在与第一和第二平面线圈不同的层中示出了闭合耦合环，在该示例中，第一平面线圈与闭合耦合环互缠绕，第二平面线圈与闭合耦合环互缠绕。因此，在截面中，尽管针对任意桥轨，但是线圈和闭合耦合环在相同平面中延伸。图8示出了与闭合耦合环96互缠绕的第一平面线圈95。示出了第一平面线圈95的三匝以及闭合耦合环96的两匝。

图9示出了可以包括电信网络的发射机或接收机的电子设备100。该设备100包括以上任意示例中所述的共模扼流器101。第一平面线圈2、71接收两个信号线路102上接收到的差分信令输入信号的第一线路，第二平面线圈3、72接收两个信号线路102上接收到的差分信令输入信号的第二线路。第一和第二平面线圈2、71、3、72在两个信号线路103上提供差分信令输出信号。应认识到电子设备100可以包括用于例如信号处理的其他电子组件。

Claims (12)

1.一种共模扼流器，包括：

第一平面线圈，用于接收第一信号；

第二平面线圈，用于接收第二信号；

第一和第二线圈包括彼此的实质上镜像，并且在共同平面中并排布置，第一平面线圈和第二平面线圈通过闭合耦合环电磁耦合，

其中，闭合耦合环包括：第一线圈部分，布置为与第一平面线圈的至少一部分互补，第二线圈部分，布置为与第二平面线圈的至少一部分互补，以及连接部分，布置为将第一线圈部分与第二线圈部分连接，以形成闭合环，

其中，连接部分包括第一轨和第二轨，第一轨配置为将第一线圈部分的第一端与第二线圈部分的互补第一端连接，第二轨配置为将第一线圈部分的第二端与第二线圈部分的互补第二端连接，第一轨和第二轨配置为在相同或不同的平面中延伸。

2.根据权利要求1所述的共模扼流器，其中，闭合耦合环是平面的，并且配置为在与所述共同平面相邻但间隔开的平面中至少部分地延伸。

3.根据权利要求1或2所述的共模扼流器，其中，共模扼流器关于在第一平面线圈和第二平面线圈之间延伸的平面对称。

4.根据权利要求1或2所述的共模扼流器，其中，多个闭合耦合环设置为，每个闭合耦合环配置为将第一平面线圈与第二平面线圈电磁耦合。

5.根据权利要求4所述的共模扼流器，其中，多个闭合耦合环中的至少两个在相同平面中延伸。

6.根据权利要求4所述的共模扼流器，其中，多个闭合耦合环中的第一闭合耦合环在共同平面上方的平面中延伸，而多个闭合耦合环中的第二闭合耦合环在共同平面下方的平面中延伸。

7.根据权利要求1或2所述的共模扼流器，其中，第一平面线圈包括直区段和线圈区段，第二平面线圈包括直区段和线圈区段，其中，第一平面线圈和第二平面线圈的直区段布置为彼此平行。

8.根据权利要求4所述的共模扼流器，其中，闭合耦合环的数目等于第一或第二平面线圈的匝数，或者比第一或第二平面线圈的匝数多一个。

9.根据权利要求1或2所述的共模扼流器，其中，第一平面线圈和/或第二平面线圈包括螺线，并且具有在共同平面中布置的外部螺线端和内部螺线端，并且内部螺线端或每个内部螺线端连接至在与共同平面相邻但间隔开的平面中延伸的桥轨，以提供位于螺线外侧的连接点。

10.根据权利要求1或2所述的共模扼流器，其中，第一平面线圈和第二平面线圈各自布置在多个平行平面上，第一平面线圈和第二平面线圈的对应部分布置在多个平行平面的共同平面中。

11.一种电子设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的共模扼流器。

12.根据权利要求11所述的电子设备，其中，电子设备包括发射机或接收机，配置为发送或接收在两个信号信道上布置的信号，其中，共模扼流器的第一平面线圈配置为连接到两个信号信道中的一个，共模扼流器的第二平面线圈配置为连接到两个信号信道中的另一个。