CN110120293B

CN110120293B - 变压器结构

Info

Publication number: CN110120293B
Application number: CN201810110730.5A
Authority: CN
Inventors: 颜孝璁; 简育生; 叶达勋
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2038-02-05
Also published as: CN110120293A

Abstract

本案涉及一种变压器结构，包含第一电感以及第二电感。第一电感包含复数圈。第二电感亦包含复数圈，第二电感与第一电感是为交互设置，除了跨线外，第二电感与第一电感置于同一层。其中，第一电感的该些圈中至少一圈相邻于第一电感的该些圈的另一圈以及第二电感中的一圈。

Description

变压器结构

技术领域

本案涉及一种电感结构，尤为一种变压器结构。

背景技术

电感结构为现今积体电路中不可或缺的一种元件，其中，变压器结构更是一种由电感所构成的元件。然而，习知技术中的变压器结构在满足高电感比需求的前提下，往往其两组电感之间的耦合系数以及的品质因子皆不甚理想。是故，此种变压器结构亟待领域中人加以改良。

发明内容

本案之一目的是在提供一种变压器结构，其同时具备高互感值(L值)、较佳的耦合系数(K值)以及良好的品质因子(Q值)。

本案的实施态样是为一种变压器结构，包含一第一电感以及一第二电感。该第一电感包含复数圈。该第二电感亦包含复数圈，且该第二电感与该第一电感是为交互设置。其中该第一电感中的该些圈中至少一圈相邻于该第一电感的该些圈的另一圈以及该第二电感中的一圈。

因此，根据本案的技术内容，本案实施例藉由提供一种变压器结构，包含交互设置的该第一电感以及该第二电感，在变压器结构的匝数比较高的状况下，本案的变压器结构具备高互感值，且由于两组电感之间接近，也能保持好的耦合系数，此外，本案的变压器结构的品质因子也相当良好。本案提供了一种各项指标值兼顾的高匝数变压器结构，并提供良好的对称架构，相对其他变压器设计可减少10dB以上的二阶谐波(2^nd harmonic)。

附图说明

图1为本案一实施例的变压器结构的示意图；

图2为本案一实施例的变压器结构的示意图；

图3为本案一实施例的变压器结构的示意图；

图4为本案一实施例的变压器结构的示意图；以及

图5为本案一实施例的变压器结构的实验结果示意图。

【符号说明】

100、300、500、700：第一电感

101、301、501、701：第一埠

102～112、302～312、502～510、702～716：金属线段

113、313、511、717：第二埠

200、400、600、800：第二电感

201、401、601、801：第三埠

202～206、402～410、602～610、802～806：金属线段

207、411、611、807：第四埠

A：第一区

L1：第一假想直线

L2：第二假想直线

CT：平面中心点

S1：第一侧

S2：第二侧

S3：第三侧

S4：第四侧

具体实施方式

图1为本案一实施例的变压器结构的示意图，其绘示了一变压器结构的上视图。在本实施例中，变压器结构是设置于第一区A的平面上，其中，第一区A的平面上绘示有彼此垂直的第一假想直线L1以及第二假想直线L2，两假想直线相交于平面中心点CT。如图1中所示，第一假想直线L1由上而下划分平面，其一端为平面的第一侧S1，其相对的另一端为平面的第二侧S2。第二假想直线L2由左而右划分平面，其一端为平面的第三侧S3，其相对的另一端为平面的第四侧S4。

如图1中所示，在本实施例中，第一区A的平面包含由外而内设置的第一圈至第九圈，第一电感100以及第二电感200交互地设置于第一区A的第一圈至第九圈当中，其中，第一电感100共包含六圈，分别设置于第一区A的第一、四、五、七、八、九圈上，而第二电感200共包含三圈，分别设置于第一区A的第二、三、六圈上，其中，第一电感100所包含的第一区A的第四、五、七圈是同时相邻于第一电感100所属的另一圈以及第二电感200的一圈，第二电感200所包含的第一区A的第二、三圈是同时相邻于第二电感200所属的另一圈以及第一电感100的一圈。

如图1所示，在本实施例中，其中第一电感100的第一埠101于第一侧S1耦接金属线段102，金属线段102自第一侧S1起沿第一区A的第一圈逆时针绕设，其经由第三侧S3绕设至第二侧S2，金属线段102再于第二侧S2交错绕设至第一区A的第四圈，金属线段102自第二侧S2起沿第一区A的第四圈绕设，其经由第四侧S4绕设至第一侧S1，金属线段102于第一侧S1透过金属线段103交错耦接至金属线段104，其中金属线段104设置于第一区A的第五圈，金属线段104自第一侧S1起沿第一区A的第五圈绕设，其经由第三侧S3绕设至第二侧S2，金属线段104再于第二侧S2交错绕设至第一区A的第七圈，并继续沿第一区A的第七圈通过第四侧S4绕设至第一侧S1，金属线段104于第一侧S1透过金属线段105交错耦接至金属线段106，其中金属线段106设置于第一区A的第八圈，金属线段106自第一侧S1起沿第一区A的第八圈绕设，其经由第三侧S3绕设至第二侧S2，金属线段106再于第二侧S2交错绕设至第一区A的第九圈，金属线段106沿第一区A的第九圈根据平面中心点CT逆时针绕设一圈回第二侧S2。

接续上段，在本实施例中，金属线段106再于第二侧S2透过金属线段107交错耦接至金属线段108，其中金属线段108设置于第一区A的第八圈，金属线段108自第二侧S2起沿第一区A的第八圈绕设，其经由第四侧S4绕设至第一侧S1，金属线段108再于第一侧S1交错绕设至第一区A的第七圈，金属线段108自第一侧S1起沿第一区A的第七圈绕设，其经由第三侧S3绕设至第二侧S2，金属线段102于第二侧S2透过金属线段109交错耦接至金属线段110，其中金属线段110设置于第一区A的第五圈，金属线段110自第二侧S2起沿第一区A的第五圈绕设，其经由第四侧S4绕设至第一侧S1，金属线段110于第一侧S1交错绕设至第一区A的第四圈，金属线段110自第一侧S1起沿第一区A的第四圈绕设，金属线段110经由第三侧S3绕设至第二侧S2，并于第二侧S2透过金属线段111交错耦接至金属线段112，其中金属线段112设置于第一区A的第一圈，金属线段112自第二侧S2起沿第一区A的第一圈绕设，其经由第四侧S4绕设至第一侧S1，金属线段112于第一侧S1耦接至第二埠113。

在本实施例中，第一电感100包含第一埠101、金属线段102～112以及第二埠113，其中，金属线段103、金属线段105、金属线段107、金属线段109以及金属线段111是设置于不同于其余金属线段所设置的另一层中，第一电感100的各圈即是透过金属线段103、105、107、109以及111交错耦接地设置于第一区A中。另外，第一电感100的第一埠101以及第二埠113与上述的其余金属线段是设置于同一层，且两埠皆设置于第一区A的第一侧S1。

如图1所示，在本实施例中，其中第二电感200的第三埠201于第二侧S2耦接金属线段201，金属线段201自第二侧S2起沿第一区A的第二圈顺时针绕设，其经由第三侧S3绕设至第一侧S1，金属线段201再于第一侧S1交错绕设至第一区A的第三圈，金属线段201自第一侧S1起沿第三圈绕设，其经由第四侧S4绕设至第二侧S2，金属线段201于第二侧S2透过金属线段203交错耦接至金属线段204，其中金属线段204设置于第一区A的第六圈，金属线段204自第二侧S2起沿第一区A的第六圈绕设，其根据平面中心点CT顺时针绕设一圈回第二侧S2，金属线段204再于第二侧S2交错绕设至第一区A的第三圈，金属线段204自第二侧S2起沿第一区A的第三圈绕设，其经由第三侧S3绕设至第一侧S1，金属线段204于第一侧S1透过金属线段205交错耦接至金属线段206，其中金属线段206设置于第一区A的第二圈，金属线段206自第一侧S1起沿第一区A的第二圈绕设，其经由第四侧S4绕设至第二侧S2，金属线段206于第二侧S2耦接至第四埠207。

在本实施例中，第二电感200包含第三埠201、金属线段202～206以及第四埠211，其中，第三埠201、金属线段203、金属线段205以及第四埠207是设置于不同于其余金属线段所设置的另一层中，第二电感200的各圈即是透过金属线段203以及金属线段205交错耦接地设置于第一区A中。另外，第三埠201以及第四埠207皆设置于第一区A的第二侧S2。应注意的是，在本实施例中，除了跨线(例如，金属线段105、107、109等等)以外，第一电感100以及第二电感200的其他金属线段皆是设置于积体电路的同一层当中。

由上述本案实施方式可知，本案实施例提供一种变压器结构，其具备高互感值，且变压器结构的两组电感之间距离较近，使其仍能保持较佳的耦合系数，且其品质因子值亦一并提升。举例而言，请参阅图1的左侧部分，金属线段110的右侧为与其属于相同电感的金属线段104，因此，两者间不会产生电容，而得以提升第一电感100的电性特性。此外，由于相同电感的金属线段104与金属线段110相邻配置，两者间会产生互感，进而提升K值，进一步提升了第一电感100的电性特性。此外，金属线段204与同属不同电感的金属线段110相邻配置，两者间亦会产生互感，进而提升第二电感200的K值。相对地，第二电感200亦同样具有类似的配置而得以提升第二电感200的电性特性。

图2为本案一实施例的变压器结构的示意图，其绘示了一变压器结构的上视图。在本实施例中，变压器结构是设置于第一区A的平面上，其中，第一区A的平面上的假想直线以及第一至四侧的配置皆同于图1，可同时参照图1。

如图2中所示，在本实施例中，第一区A的平面包含由外而内设置的第一圈至第九圈，第一电感300以及第二电感400交互地设置于第一区A的第一圈至第九圈当中，其中，第一电感300共包含六圈，分别设置于第一区A的第一、四、五、六、七、九圈上，而第二电感400共包含三圈，分别设置于第一区A的第二、三、八圈上，其中，第一电感300所包含的第一区A的第四、五、六、七、九圈是同时相邻于第一电感300所属的另一圈以及第二电感400的一圈，第二电感400所包含的第一区A的第二、三圈是同时相邻于第二电感400所属的另一圈以及第一电感300的一圈。基本上，本实施例中的第一电感300以及第二电感400的配置方式类似于图1实施例中的第一电感100以及第二电感200。

在本实施例中，第一电感300包含第一埠301、金属线段302～312以及第二埠313，其中，金属线段303、金属线段305、金属线段307、金属线段309以及金属线段311是设置于不同于其余金属线段所设置的另一层中，第一电感300的各圈即是透过金属线段303、金属线段305、金属线段307、金属线段309以及311交错耦接地设置于第一区A中，其绕设方式如图2中所示。另外，第一电感300的第一埠301以及第二埠313与上述的其余金属线段是设置于同一层，且两埠皆设置于第一区A的第一侧S1。在本实施例中，第二电感400包含第三埠401、金属线段402～410以及第四埠411，其中，第三埠401、金属线段403、金属线段405、金属线段407、金属线段409以及第四埠411是设置于不同于其余金属线段所设置的另一层中，第二电感400的各圈即是透过金属线段403、金属线段405、金属线段407以及金属线段409交错耦接地设置于第一区A中，其绕设方式如图2中所示。另外，第三埠401以及第四埠411皆设置于第一区A的第二侧S2。

应注意的是，本实施例中的部分结构不同于图1的实施例。其中，在本实施例中，第二电感400的金属线段402自第二侧S2沿第一区A的第二圈逆时针绕设，其途经第三侧S3，再于第一侧S1交错绕设至第一区A的第三圈，金属线段402再沿第一区A的第三圈途经第四侧S4绕设至第二侧S2，金属线段402于第二侧S2透过金属线段403交错耦接至第一区A的第六圈，金属线段202沿第一区A的第六圈绕设约八分之一圈透过金属线段405跨接至金属线段406，而金属线段406设置于第一区A的第八圈，金属线段406沿第一区A的第八圈绕设约四分之三圈后透过金属线段407跨接至金属线段408的一端，金属线段408的该端是设置于第一区A的第六圈。亦即，若由第二侧S2向内计算，第二电感400的最内圈是设置于第一区A的第六圈，但若由第一侧S1、第三侧S3或第四侧S4向内计算，第二电感400的最内圈是设置于第一区A的第八圈。

图3为本案一实施例的变压器结构的示意图，其绘示了一变压器结构的上视图。在本实施例中，变压器结构是设置于第一区A的平面上，其中，第一区A的平面上的假想直线以及第一至四侧的配置皆同于图1或图2，故关于图中所指的方向请同时参照图1及图2。

如图3中所示，在本实施例中，第一区A的平面包含由外而内设置的第一圈至第九圈，第一电感500以及第二电感600交互地设置于第一区A的第一圈至第九圈当中，其中，第一电感500共包含五圈，分别设置于第一区A的第一、四、五、八、九圈上，而第二电感600共包含四圈，分别设置于第一区A的第二、三、六、七圈上，其中，第一电感500所包含的第一区A第四、五、八圈是同时相邻于第一电感500所属的另一圈以及第二电感600的一圈，第二电感600所包含的第一区A第二、三、六、七圈是同时相邻于第二电感600所属的另一圈以及第一电感500的一圈。基本上，本实施例中的第一电感300以及第二电感400的配置方式类似于图1实施例中的第一电感100以及第二电感200。

在本实施例中，第一电感500包含第一埠501、金属线段502～510以及第二埠511，其中，金属线段503、金属线段505、金属线段507以及金属线段509是设置于不同于其余金属线段所设置的另一层中，第一电感500的各圈即是透过金属线段503、金属线段505、金属线段507以及金属线段509交错耦接地设置于第一区A中，其绕设方式如图3中所示。另外，第一电感500的第一埠501以及第二埠511与上述的其余金属线段是设置于同一层，且两埠皆设置于第一区A的第一侧S1。在本实施例中，第二电感600包含第三埠601、金属线段602～610以及第四埠611，其中，第三埠601、金属线段603、金属线段605、金属线段607、金属线段609以及第四埠611是设置于不同于其余金属线段所设置的另一层中，第二电感600的各圈即是透过金属线段603、金属线段605、金属线段607以及金属线段609交错耦接地设置于第一区A中，其绕设方式如图3中所示。另外，第三埠601以及第四埠611皆设置于第一区A的第二侧S2。

应注意的是，除了第一电感500以及第二电感600的绕设圈数不同外，本实施例中仍有部分结构不同于图1或图2的实施例。其中，在本实施例中，第二电感600的金属线段604自第二侧S2起沿第一区A的第六圈顺时针绕设，其途经第三侧S3，再于第一侧S1交错绕设至第一区A的第七圈，金属线段204再沿第一区A的第七圈途经第四侧S4绕设至第二侧S2，金属线段604于第二侧S2透过金属线段605交错跨接至金属线段606，其中金属线段606的一端设置于第一区A的第八圈，再来，金属线段606于与金属线段605耦接的第二侧S2随即又再绕设回第一区A的第七圈，金属线段606再继续沿第一区A的第七圈顺时针绕设，第二电感600后续的金属线段的绕设方式详见图3，于此不再赘述。亦即，第二电感600的金属线段605应称作一种跳线结构，其透过有效地利用其他金属线段绕设所留下的空间，将金属线段604跨接回同样位于第一区A的第七圈的金属线段606。

此外，如图3中所示，在本实施例中，第二电感600的第三埠601是于另一层中延伸以连接金属线段602一端，同样地，第二电感600的第四埠611亦是于另一层中延伸以连接金属线段610的一端。

图4为本案一实施例的变压器结构的示意图，其绘示了一变压器结构的上视图。在本实施例中，变压器结构是设置于第一区A的平面上，其中，第一区A的平面上的假想直线以及第一至四侧的配置皆同于图1至图3，故关于图4中所指的方向请同时参照图1至图3。

如图4中所示，在本实施例中，第一区A的平面包含由外而内设置的第一圈至第六圈，第一电感700以及第二电感800交互地设置于第一区A的第一圈至第六圈当中，其中，第一电感700共包含四圈，分别设置于第一区A的第一、三、四、六圈上，而第二电感800共包含两圈，分别设置于第一区A的第二、五圈上，其中，第一电感700所包含的第一区A的第三、四圈是同时相邻于第一电感700所属的另一圈以及第二电感800的一圈。不同于前述实施例的是，本实施例中，第一电感700以及第二电感800的绕设形状为八边形，而非矩形。

在本实施例中，第一电感700包含第一埠701、金属线段702～716以及第二埠717，其中，金属线段703、金属线段705、金属线段707以及金属线段709是设置于不同于其余金属线段所设置的另一层中，第一电感700的各圈即是透过金属线段703、金属线段705、金属线段707、金属线段709、金属线段711、金属线段713以及金属线段715交错耦接或跨接地设置于第一区A中，其绕设方式如图4中所示。另外，第一电感700的第一埠701以及第二埠717与上述的其余金属线段是设置于同一层，且两埠皆设置于第一区A的第一侧S1。在本实施例中，第二电感800包含第三埠801、金属线段802～806以及第四埠807，其中，金属线段803以及金属线段805是设置于不同于其余金属线段所设置的另一层中，第二电感800的各圈即是透过金属线段803以及金属线段805交错耦接或跨接地设置于第一区A中，其绕设方式如图4中所示。另外，第三埠801以及第四埠807皆设置于第一区A的第二侧S2。

应注意的是，在本实施例中，第一电感700以及第二电感800皆包含若干跳线结构，即是类似图3的实施例当中的金属线段605，是用以有效地利用其他金属线段绕设所留下的空间来耦接位于同一圈的前后金属线段。例如，如图4所示，第一电感700的金属线段707和金属线段713皆为跳线结构，而第二电感800的金属线段805亦为跳线结构。在本实施例中，除了跨线以及并联走线(例如上述的金属线段707、713、805等等)以外，第一电感700以及第二电感800的其他金属线段皆是设置于积体电路的同一层当中。

图5为本案一实施例的变压器结构的实验结果示意图。请参照图5，其中横轴表示的是为频率，纵轴表示的是为品质因子(Q factor)的值。其中，曲线Q1所绘示者是为利用本案上述实施例的电变压结构的品质因子曲线，而曲线Q2所绘示者是为非利用本案的变压感结构的品质因子曲线。显然地，在大多数的频率之下，曲线Q1皆是位于曲线Q2之上，尤其于频率为0GHz～3.5GHz的区间时，曲线Q1与曲线Q2之间具有更大的差距。故知，本案所提供的变压感结构其量测到的品质因子是为相当理想的。另外，本案的变压器结构提供了良好的对称架构，相对非利用本案的变压感结构的设计可减少10dB以上的二阶谐波(2^ndharmonic)。

由上述本案实施方式可知，本案提供一种变压器结构，其第一电感及第二电感之间具备高互感值，但变压器结构的两组电感之间距离较近，使其仍能保持较佳的耦合系数，另外，此种变压器结构的品质因子亦相当理想。

虽然本案以实施例揭露如上，然其并非用以限定本案，任何熟习此技艺者，在不脱离本案的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案的保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种变压器结构，包含：

一第一电感，包含复数圈；以及

一第二电感，包含复数圈，该第二电感与该第一电感是为交互设置；

其中，该第一电感以及该第二电感是设置于同一层；

其中，该第一电感的该些圈中至少一圈相邻于该第一电感的该些圈的另一圈以及该第二电感的该些圈中的一圈；

其中，该第一电感的该些圈中至少一圈，完全位于该第一电感的该些圈的另一圈构成的封闭区域内部，且完全包围该第二电感的该些圈中的至少一圈构成的封闭区域。

2.如权利要求1所述的变压器结构，其中该第一电感的各圈之间是透过至少一组交错结构相互耦接。

3.如权利要求2所述的变压器结构，其中该第一电感的该至少一组交错结构是跨越该第二电感中的至少两圈。

4.如权利要求2所述的变压器结构，其中该第一电感的该至少一组交错结构是由设置于不同层中的两金属线段所构成。

5.如权利要求1所述的变压器结构，其中该第一电感与该第二电感是设置于一第一区，该第一区包含一第一侧以及相对于该第一侧的一第二侧。

6.如权利要求5所述的变压器结构，其中该第一电感包含一第一埠以及一第二埠，该第二电感包含一第三埠以及一第四埠。

7.如权利要求1所述的变压器结构，其中该第一电感和该第二电感的圈数比例为二比一。

8.如权利要求7所述的变压器结构，其中该第一电感与该第二电感是设置于一第一区，该第一区包含由外而内设置的第一圈至第九圈，该第一电感包含当中的六圈，该第二电感包含当中的三圈。

9.如权利要求7所述的变压器结构，其中该第一电感与该第二电感是设置于一第一区，该第一区包含由外而内设置的第一圈至第六圈，该第一电感包含当中的四圈，该第二电感包含当中的两圈。

10.如权利要求1所述的变压器结构，其中该第一电感和该第二电感的圈数比例为五比四。