CN109950032B - 可变电感 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可变电感，包含主要导体、次要导体及开关。次要导体磁性耦合至主要导体。开关的两侧分别连接到次要导体，开关的闭合及开启状态，决定在次要导体上的电流路径，并改变可变电感的电感值。通过设置开关于电感的导体上，可通过决定其开启/关闭的状态来改变电流路径，进而改变电感值，因而制作出可变电感。可变电感使用上下两层金属导体与多个电晶体开关，可提供宽的可变电感值与高解析度。此外，由于在信号路径上并没有串联开关，与一般串联耦合开关式可变电感相比有较高的Q值。如此，可变电感提供更宽的可调电感范围、更好的电感解析度、以及更高的Q值。

Description

可变电感
技术领域
本发明涉及电子电路领域，尤其是一种可变电感。
背景技术
在电子电路某些特定的应用上，必须在特定的范围，例如，温度、频率等来改变电性的阻抗值。在现有技术上，常以一组电感器相互组合来达成可变电感值的效能。但是，这样的设计，尤其在集成电路中，占据了较大的空间，转化成本高，用以串联的耦接开关会降低电感器的效能。
在通讯领域的应用中，针对上述的结构作频率变化的测试，虽然可以达到可变电感值的效能，但是存在可调范围小、解析度低、耐久性差及偏压问题严重等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可变电感，可变电感包含主要导体、第一次要导体及第一开关。主要导体包含第一节点及第二节点，第一节点及第二节点分别位于主要导体的两侧。第一次要导体磁性耦合至主要导体。第一开关的两侧分别连接到第一次要导体，第一开关的闭合及开启状态，决定在第一次要导体上的电流路径，并改变可变电感的电感值。
在一些实施例中，可变电感更包含第二开关。第二开关的两侧分别连接到第一次要导体，第一开关及第二开关的闭合及开启状态，决定在第一次要导体上的电流路径，并改变可变电感的电感值。
在一些实施例中，可变电感更包含第三开关，第三开关的两侧分别连接到第一次要导体，第一开关、第二开关及第三开关的闭合及开启状态，决定在第一次要导体上的电流路径，并改变可变电感的电感值。
在一些实施例中，可变电感更包含基板/印刷电路板，且第一次要导体设置在主要导体底部的下方，而基板/印刷电路板设置在第一次要导体底部的下方。更进一步地，在一些实施例中，可变电感更包含第二次要导体，第二次要导体与主要导体彼此磁性耦合，第二次要导体设置于主要导体的上方。
在一些实施例中，可变电感更包含基板/印刷电路板，且第一次要导体设置在主要导体的上方，而基板/印刷电路板设置在主要导体底部的下方。进一步地，在一些实施例中，可变电感更包含第二次要导体，第二次要导体与主要导体彼此磁性耦合，第二次要导体设置于主要导体与基板/印刷电路板之间。
又进一步地，在一些实施例中，可变电感更包含第四开关，第四开关的两侧分别连接到第二次要导体，第四开关的闭合及开启状态，决定在第二次要导体上的电流路径，并改变可变电感的电感值。更进一步地，在另一些实施例中，可变电感更包含第五开关，第五开关的两侧分别连接到第二次要导体，第四开关及第五开关的闭合及开启状态，决定在第二次要导体上的电流路径，并改变可变电感的电感值。再进一步地，在又一些实施例中，可变电感更包含第六开关，第六开关的两侧分别连接到第二次要导体，第四开关、第五开关及第六开关的闭合及开启状态，决定在第二次要导体上的电流路径，并改变可变电感的电感值。
通过设置开关于电感的导体上，可通过决定其开启/关闭的状态来改变电流路径，进而改变电感值，而制作出可变电感。如此，可变电感提供更宽的可调电感范围、更好的电感解析度、以及更高的Q值。
有关本发明的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其它的图。
图1为可变电感一实施例的立体图；
图2A至图2H分别为第一次要导体上不同电流路径的平面图；
图3为图1的可变电感的等效电路图；
图4A和图4B为可变电感二个实施例的的设置方式的示意图；
图5为可变电感另一实施例的立体图；
图6为图5的可变电感的等效电路图；
图7A和图7B为可变电感二个实施例的的设置方式的示意图；
图8为图1的模拟结果的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征及效果更容易理解，以下提供用于详细说明本发明的实施例及图。
在附图中，为了清楚起见，放大了部分元件、区域等的宽度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。应当理解，当诸如元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、或部分，但是这些元件、部件、区域、及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、或部分而不脱离本文的教导。
此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件的“下”侧的元件将被定向在其他元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“下面”或“下面”可以包括上方和下方的取向。
图1为可变电感一实施例的立体图。如图1所示，可变电感100包含主要导体110、第一次要导体120、第一开关S1、第二开关S2及第三开关S3。主要导体110与第一次要导体120彼此磁性耦合以形成变压器结构。由于变压器结构的磁性耦合理论，通过控制第一开关S1至第三开关S3，能改变第一次要导体120 的等效电感和耦合因子。随着第一次要导体120的等效电感和耦合因子的改变，主要导体110的电感值改变。因此，主要导体110、第一次要导体120和第一开关S1至第三开关S3可以实现可变电感的目的。
如图1所示，第一次要导体120设置在主要导体110的上方。第一开关S1，第二开关S2和第三开关S3可以在基板或印刷电路板140上实现。基板或印刷电路板140可以设置在主要导体110底部的下方。
第一开关S1的两侧分别连接到第一次要导体120。第二开关S2的两侧分别连接到第一次要导体120。第三开关S3的两侧分别连接到第一次要导体120。另外，主要导体110的两侧，分别具有第一节点N1及第二节点N2，用以与外部元件(图1中未示出)电性连接。
图2A至图2H分别为第一次要导体上不同电流路径的平面图。第一开关S1，第二开关S2和第三开关S3决定第一电流路径P1、第二电流路径P2、以及第三电流路径P3的闭合/断开，也就是电流的导通/开路。通过决定第一电流路径P1、第二电流路径P2、以及第三电流路径P3的导通/关闭，来达到可变电感的功效。
如图2A所示，第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3都被操作为断开。第一次要导体120在此状态下，仅具有主分支M的单一回路(single-loop)结构。如图2B所示，第一开关S1呈闭合，第二开关S2和第三开关S3被操作为断开。第一次要导体120在此状态下形成为具有主分支M和第一电流路径P1的结构。如图2C所示，第二开关S2呈闭合，第一开关S1和第三开关S3被操作为断开。第一次要导体120在此状态下形成为具有主分支M和第二电流路径P2的结构。如图2D所示，第三开关S3呈闭合，第一开关S1和第二开关S2被操作为断开。第一次要导体120在此状态下形成为具有主分支M和第三电流路径P3的结构。
如图2E所示，第一开关S1和第二开关S2呈闭合，第三开关S3被操作为断开。第一次要导体120在此状态下形成为具有主分支M，并具有第一电流路径 P1和第二电流路径P2的结构。如图2F所示，第一开关S1和第三开关S3呈闭合，第二开关S2被操作为断开。第一次要导体120在此状态下形成为具有主分支M，并具有第一电流路径P1和第三电流路径P3的结构。如图2G所示，第二开关S2 和第三开关S3呈闭合，第一开关S1被操作为断开。第一次要导体120在此状态下形成为具有主分支M，并具有第二电流路径P2和第三电流路径P3的结构。如图2H所示，第一开关S1、第二开关S2及第三开关S3均呈闭合。第一次要导体 120在此状态下形成为具有主分支M，并具有第一电流路径P1、第二电流路径 P2及第三电流路径P3的结构。
如图2A至图2H所示，第一次要导体120可以通过第一开关S1，第二开关S2 和第三开关S3的断开或闭合的状态的组合，而可以形成八个不同可变电流路径的结构。因此，通过决定第一开关S1，第二开关S2和第三开关S3的闭合或断开状态，可以改变可变电感100的电感值。因此，在此实施例中，可变电感100 具有可调节的电感范围。
图3为图1的可变电感的等效电路图。从主要导体110的第一节点N1到第二节点N2的电感值是根据第一次要导体120的第一开关S1，第二开关S2和第三开关S3的断开或闭合的状态而改变。
然而，以上仅为示例，而不限于此。例如，在一些实施例中，可以省略第三开关S3。也就是，第一次要导体120形成可以有四种电流路径的结构，其由第一开关S1和第二开关S2的断开或闭合的状态来决定。又例如，在另一些实施例中，也可以去除第二开关S2和第三开关S3。如此，第一次要导体120形成具有两种电流路径的结构，其由第一开关S1的状态确定。又在另一些实施例中，连接到第一次要导体120可以超过三个，从而，电流路径的可变数量，可以超过八个。
图4A和图4B为可变电感二个实施例的的设置方式的示意图。如图4A所示，第一次要导体120设置在主要导体110的上方，并且基板/印刷电路板140设置在主要导体110底部的下方。而如图4B所示，第一次要导体120设置在主要导体110 的底部下方，并且基板/印刷电路板140设置在第一次要导体120的底部下方。
图5为可变电感另一实施例的立体图。如图5所示，可变电感200具有主要导体210、第一次要导体220、第二次要导体230、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、和第六开关S6。第二次要导体230与主要导体210彼此磁性耦合。
如图5所示，第二次要导体230设置在主要导体210底部的下方。第四开关 S4、第五开关S5、和第六开关S6可以在基板/印刷电路板240上实现。基板/印刷电路板240可以设置在主要导体210的底部下方。第四开关S4的两侧分别连接到第二次要导体230。第五开关S5的两侧分别连接到第二次要导体230。第六开关S6的两侧分别连接到第二次要导体230。第四开关S4、第五开关S5、和第六开关S6分别决定另外三个电流路径。
如同前述实施例，第二次要导体230可以具有主分支M的单环结构，可配合第四开关S4、第五开关S5、和第六开关S6的闭合/断开状态来决定不同的电流路径。因此，如果第四开关S4、第五开关S5、和第六开关S6中的任何一个的状态改变，则第二次要导体230的电流路径改变，进而改变了电感值。
在此实施例中，第一次要导体220和第二次要导体230的结构与前述实例的第一次要导体120的结构大致相同。因此，省略对第一次要导体220和第二次要导体230的详细描述。因此，由第一开关S1、第二开关S2、以及第三开关S3的闭合/断开的状态决定，第一次要导体220形成为具有八个可变电流路径的结构。同样地，由第四开关S4，第五开关S5、以及第六开关S6的闭合/断开的状态决定，第二次要导体230也形成为具有八个可变电流路径的结构。因此，可以通过闭合或断开第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、或第六开关S6来改变电流路径，进而改变可变电感200的电感值。因此，在此实施例中，可变电感器200具有可调节的电感范围，其包括分别对应于8×8个不同电流路径的64个不同电感值。图6为图5的可变电感的等效电路图。
图7A和图7B为可变电感二个实施例的的设置方式的示意图。如图7A所示，在一些实施例中，第二次要导体230设置在主要导体210的上方，第一次要导体 220设置在主要导体210底部的下方，基板/印刷电路板240设置在第一要导体 220底部的下方。如图7B所示，第一次要导体220设置在主要导体210的上方，第二次要导体230设置在主要导体210底部的下方，而基板/印刷电路板240设置在第二次要导体230底部的下方。
然而，以上仅为示例，而不限于此。例如，在一些实施例中，可以省略第六开关S6。也就是，第二次要导体230形成可以有四种电流路径的结构，其由第四开关S4和第五开关S5的断开或闭合的状态来决定。又例如，在另一些实施例中，也可以去除第五开关S5和第六开关S6。如此，第二次要导体230形成具有两种电流路径的结构，其由第四开关S4的状态确定。又在另一些实施例中，连接到第二次要导体230可以超过三个，从而，电流路径的可变数量，可以超过八个。
图8为图1的模拟结果的曲线图，在此实施例中，图1所示的第一开关S1、第二开关S2及第三开关S3是由线宽28nm的互补金属氧化物半导体 (complementary metal oxidesemiconductor，CMOS)来实现。如图8所示，可变电感100的电感值可调节范围是187pH-277pH。同时，Q值及实际阻抗(Zreal)也可以通过第一开关S1、第二开关S2及第三开关S3的闭合/断开状态来调整。
综上实施例所述，前述的可变电感100/200的技术特征在于通过设置开关于电感的导体上，可通过其开启/关闭来改变电流路径，进而改变电感值，从而制作出可变电感。如此，可变电感能提供更宽的可调电感范围、更好的电感解析度、以及更高的Q值。
以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。

Claims (10)

1.一种可变电感，其特征在于，包含：
基板/印刷电路板；
主要导体，包含第一节点及第二节点，所述第一节点及所述第二节点分别位于所述主要导体的两侧；
第一次要导体，磁性耦合至所述主要导体，所述第一次要导体设置在所述主要导体底部的下方，而所述基板/印刷电路板设置在所述第一次要导体底部的下方；
第一开关，所述第一开关的两侧分别连接到所述第一次要导体，所述第一开关的闭合及开启状态，决定在所述第一次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值；
第二开关，所述第二开关的两侧分别连接到所述第一次要导体，所述第一开关及所述第二开关的闭合及开启状态，决定在所述第一次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值；以及
第三开关，所述第三开关的两侧分别连接到所述第一次要导体，所述第一开关、所述第二开关及所述第三开关的闭合及开启状态，决定在所述第一次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值。
2.如权利要求1所述的可变电感，其特征在于：
所述可变电感更包含第二次要导体，所述第二次要导体与所述主要导体彼此磁性耦合，所述第二次要导体设置于所述主要导体的上方。
3.如权利要求2所述的可变电感，其特征在于：
所述可变电感更包含第四开关，所述第四开关的两侧分别连接到所述第二次要导体，所述第四开关的闭合及开启状态，决定在所述第二次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值。
4.如权利要求3所述的可变电感，其特征在于：
所述可变电感更包含第五开关，所述第五开关的两侧分别连接到所述第二次要导体，所述第四开关及所述第五开关的闭合及开启状态，决定在所述第二次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值。
5.如权利要求4所述的可变电感，其特征在于：
所述可变电感更包含第六开关，所述第六开关的两侧分别连接到所述第二次要导体，所述第四开关、所述第五开关及所述第六开关的闭合及开启状态，决定在所述第二次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值。
6.一种可变电感，其特征在于：
基板/印刷电路板；主要导体，包含第一节点及第二节点，所述第一节点及所述第二节点分别位于所述主要导体的两侧；
第一次要导体，磁性耦合至所述主要导体，所述第一次要导体设置在所述主要导体的上方，而所述基板/印刷电路板设置在所述主要导体底部的下方；
第二次要导体，所述第二次要导体与所述主要导体彼此磁性耦合，所述第二次要导体设置于所述主要导体与所述基板/印刷电路板之间；
第一开关，所述第一开关的两侧分别连接到所述第一次要导体，所述第一开关的闭合及开启状态，决定在所述第一次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值；以及
第二开关，所述第二开关的两侧分别连接到所述第一次要导体，所述第一开关及所述第二开关的闭合及开启状态，决定在所述第一次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值。
7.如权利要求6所述的可变电感，其特征在于：
所述可变电感更包含第四开关，所述第四开关的两侧分别连接到所述第二次要导体，所述第四开关的闭合及开启状态，决定在所述第二次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值。
8.如权利要求7所述的可变电感，其特征在于：
所述可变电感更包含第五开关，所述第五开关的两侧分别连接到所述第二次要导体，所述第四开关及所述第五开关的闭合及开启状态，决定在所述第二次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值。
9.如权利要求8所述的可变电感，其特征在于：
所述可变电感更包含第六开关，所述第六开关的两侧分别连接到所述第二次要导体，所述第四开关、所述第五开关及所述第六开关的闭合及开启状态，决定在所述第二次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值。
10.如权利要求6所述的可变电感，其特征在于：
所述可变电感更包含第三开关，所述第三开关的两侧分别连接到所述第一次要导体，所述第一开关、所述第二开关及所述第三开关的闭合及开启状态，决定在所述第一次要导体上的电流路径，并改变所述可变电感的电感值。
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