CN110148513B - 变压器结构 - Google Patents

Abstract

本案涉及一种变压器结构，包含第一电感以及第二电感。第一电感包含第一绕组以及第二绕组。第二电感包含第三绕组以及第四绕组。第一电感的第一绕组与第二电感的第三绕组交互设置于第一金属层的第一区，第一电感的第二绕组与第二电感的第四绕组交互设置于第一金属层的第二区，第一区与第二区是相邻地设置于第一金属层。

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

本案的一目的是在提供一种变压器结构，其具备良好的品质因子(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。该第一电感包含一第一绕组以及一第二绕组。该第二电感包含一第三绕组以及一第四绕组。其中该第一电感的该第一绕组与该第二电感的该第三绕组交互设置于一第一金属层的一第一区，该第一电感的该第二绕组与该第二电感的该第四绕组交互设置于该第一金属层的一第二区，该第一区与该第二区是相邻地设置于该第一金属层。

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，其具备良好的对称关系，变压器结构包含交互设置的该第一电感以及该第二电感，该第一电感以及该第二电感形成一个双生(twin)变压器。该第一电感以及该第二电感在两区中的绕组能分别感应不同方向的电流，两者可相互抵消。藉此，可以防止本案的变压器结构受到其他元件的耦合(coupling) 影响，也可以防止本案的变压器结构对其他走线结构或其他元件造成耦合影响。因此，本案的变压器结构品质因子相当良好。

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；以及

图4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：第一电感

110：第一绕组

111：第一埠

112：终端

120：第二绕组

200：第二电感

121：首端

122：第二埠

210：第三绕组

211：第三埠

212：第一延伸金属线段

213：终端

220：第四绕组

221：首端

222：第二延伸金属线段

223：第四埠

L1：第一假想直线

A：第一区

B：第二区

CA：第一中心点

CB：第二中心点

HCU1：第一水平连接元件

HCU2：第二水平连接元件

VCU1：第一垂直连接元件

VCU2：第二垂直连接元件

VCU3：第三垂直连接元件

VCU4：第四垂直连接元件

VCU5：第五垂直连接元件

VCU6：第六垂直连接元件

CT1：第一中央抽头

CT2：第二中央抽头

DR1：第一方向

DR2：第二方向

CP1：第一耦接点

CP2：第二耦接点

300：第三电感

310：第五绕组

320：第六绕组

400：第四电感

410：第七绕组

420：第八绕组

HCU3：第三水平连接元件

HCU4：第四水平连接元件

CT3：第三中央抽头

DPS1：差动埠

500：第五电感

510：第九绕组

511：第三延伸金属线段

520：第十绕组

521：第四延伸金属线段

600：第六电感

610：第十一绕组

611：第五延伸金属线段

620：第十二绕组

621：第六延伸金属线段

Q1、Q2、L1、L2：曲线

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，绘示有第一电感100以及第二电感200，两者互为双生(Twin)的平面电感结构。第一电感100包含第一绕组110以及第二绕组120。第二电感200包含第三绕组210以及第四绕组220。第一电感 100以及第二电感200皆大致设置于积体电路板(图中未示)的第一金属层上。如图1中所示，于积体电路板的第一层上，绘示有第一假想直线L1，第一假想直线L1大致穿越第一层的中央，以第一假想直线L1为界，积体电路板的第一金属层被约略划分为第一区A以及第二区B，第一区A具有第一中心点CA，第二区B具有第二中心点CB。第一电感100的第一绕组110 以及第二电感200的第三绕组210大致地依据第一中心点CA同心且交互地设置于第一区A当中，第一电感100的第二绕组120以及第二电感200 的第四绕组220大致地依据第二中心点CB同心且交互地设置于第二区B 当中。

在本实施例中，第一区A具有四侧，分别为第一侧、第二侧、第三侧以及第四侧，若参照图1，第一区A的第一侧是指第一区A的上侧，第一区A的第二侧是指第一区A的左侧，第一区A的第三侧是指第一区A的下侧，第一区A的第四侧是指第一区A的右侧。第二区B同样地具有第一侧、第二侧、第三侧以及第四侧，第二区B的第一侧是指第二区B的上侧，第二区B的第二侧是指第二区B的左侧，第二区B的第三侧是指第二区B 的下侧，第二区B的第四侧是指第二区B的右侧。其中，第一区A的第四侧与第二区B的第二侧相邻。

如图1所示，在第一区A当中，第一电感100的第一绕组110具有第一埠111以及终端112。第一埠111设置于第一区A的第一侧，且位于第一绕组110以及第三绕组210的外侧。终端112设置于第一区A的第三侧与第四侧之间，且大致上位于第一绕组110以及第三绕组210的内侧。由图1中可见，自第一埠111起，由外向内地，第一绕组110的金属线段沿第一区A的第一侧、第二侧、第三侧至第四侧逆时针绕设至终端112。在第一区A当中，第一电感100的第一绕组110大致绕设了三圈半。

如图1所示，在第二区B当中，第一电感100的第二绕组120具有首端121以及第二埠122。首端121设置于第二区B的第三侧，且大致上位于第二绕组120以及第四绕组220的内侧。第二埠122设置于第二区B的第一侧，且位于第二绕组120以及第四绕组220的外侧。由图1中可见，自首端121起，由内向外地，第二绕组120的金属线段沿第二区B的第三侧、第二侧、第一侧至第四侧顺时针绕设至第二埠122。在第二区B当中，第一电感100的第二绕组120大致绕设了三圈半。

如图1所示，第一电感100更包含第一水平连接元件HCU1，此第一水平连接元件HCU1是设置于相异于第一金属层的第二金属层上，其中第二金属层在积体电路板上是平行设置于第一金属层的上方或下方。应注意的是，如图1中所示，第一水平连接元件HCU1在空间中跨设于位于上方/下方的第一金属层上的第一区A以及第二区B之间。详细地说，第一水平连接元件HCU1设置于第二金属层，第一水平连接元件HCU1的两端分别耦接至第一绕组110的终端112和第二绕组120的首端121，其中，第一水平连接元件HCU1的一端是透过第一垂直连接元件VCU1耦接至第一绕组110的终端112，而第一水平连接元件HCU1的另一端是透过第二垂直连接元件VCU2耦接至第二绕组120的首端121。透过第一水平连接元件 HCU1，第一电感100的第一埠111以及第二埠122是为电性导通的，其中，第一埠111以及第二埠122互为约略平行的差动埠(Differential Ports)。此外，第一水平连接元件HCU1更耦接至一第一中央抽头CT1，此第一中央抽头CT1于空间中平行于第一假想直线L1，并拉伸至第一方向DR1。在空间中，第一电感100的第一埠111、第二埠122以及第一中央抽头CT1 皆是朝向第一方向DR1设置。

如图1所示，第二电感200的第三绕组210具有第三埠211、第一延伸金属线段212、第三垂直连接元件VCU3、第一耦接点CP1以及终端213。应注意的是，第三埠211是设置于第三金属层，此第三金属层在空间中平行设置于第一金属层以及第二金属层的上方或下方。然而，如图1中所示，在空间中，若以位于上方/下方的第一金属层的第一区A作为方向的参照，第三埠211是相对地在空间中设置于第一区A的第三侧的外部的上方/下方。第三埠211耦接于第一延伸金属线段212的一端，此第一延伸金属线段212亦设置于第三金属层。如图1中所示，自积体电路板的上方视角观之，第一延伸金属线段212约略呈英文字母C的形状。第一延伸金属线段212 的另一端则透过第三垂直连接元件VCU3耦接至第一耦接点CP1，第一耦接点CP1约略位于第一金属层的第一区A当中的第一侧与第四侧之间。自第一耦接点CP1起，由内向外地，第三绕组210的金属线段沿第一区A的第四侧、第三侧、第二侧、第一侧顺时针地绕设至终端213。终端213设置于第一区A的第一侧与第四侧之间，大致位于第三绕组210的外部。在第一区A当中，第二电感200的第三绕组210大致绕设了二圈。若加上位于第三金属层的第三埠211以及第一延伸金属线段212，第二电感200的第三绕组210整体大致绕设了二圈半。

如图1所示，第二电感200的第四绕组220具有首端221、第二耦接点CP2、第四垂直连接元件VCU4、第二延伸金属线段222以及第四埠223。首端221设置于第二区B的第一侧与第二侧之间。第二耦接点CP2约略位于第一金属层的第二区B当中的第一侧与第四侧之间。自首端221起，由外向内地，第四绕组220的金属线段沿第二区B的第二侧、第三侧、第四侧、第一侧逆时针地绕设至第二耦接点CP2。第二耦接点CP2透过第四垂直连接元件VCU4耦接至位于第三金属层的第二延伸金属线段222的一端。如图1中所示，在空间中，若以位于上方/下方的第一金属层的第一区A作为方向的参照，第二延伸金属线段222是相对地在空间中设置于第二区B的上方/下方，自积体电路板的上方视角观之，第二延伸金属线段222约略呈英文字母C的形状。第二延伸金属线段222的另一端则耦接至第四埠223。在空间中，第四埠223大致位于第二区B的第三侧的上方/下方。在第二区 B当中，第二电感200的第四绕组220大致绕设了二圈。若加上位于第三金属层的第四埠223以及第二延伸金属线段222，第二电感200的第四绕组220整体大致绕设了二圈半。

如图1所示，第二电感200更包含第二水平连接元件HCU2，此第二水平连接元件HCU2是设置于第三金属层上。应注意的是，如图1中所示，第二水平连接元件HCU2在空间中跨设于位于上方/下方的第一金属层上的第一区A以及第二区B之间。详细地说，第二水平连接元件HCU2设置于第三金属层，第二水平连接元件HCU2的两端分别耦接至第三绕组210的终端213和第四绕组220的首端221，其中，第二水平连接元件HCU2的一端是透过第五垂直连接元件VCU5耦接至第三绕组210的终端213，而第二水平连接元件HCU2的另一端是透过第六垂直连接元件VCU6耦接至第四绕组220的首端221。透过第二水平连接元件HCU2，第二电感200的第三埠211以及第四埠223是为电性导通的，其中，第三埠211以及第四埠223是为约略平行的差动埠。此外，第二水平连接元件HCU2更耦接至一第二中央抽头CT2，此第二中央抽头CT2于空间中平行于第一假想直线 L1，并拉伸至第二方向DR2，此第二方向相反于第一方向DR1。在空间中，第二电感200的第三埠211、第四埠223以及第二中央抽头CT2皆是朝向第二方向DR2设置。

整体而言，在图1的实施例中，第一电感100的第一绕组110以及第二绕组120构成了第一电感100的整体。在空间中，自积体电路板的上方视角观之，第一电感100约略呈八字形结构。另外，第二电感200的第三绕组210以及第四绕组220构成了第二电感200的整体。在空间中，自积体电路板的上方视角观之，第二电感200亦约略呈八字形结构。应注意的是，第一电感100以及第二电感200在第一金属层的第一区A以及第二区 B当中皆是呈交互设置的。

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，绘示有第三电感300以及第四电感400，两者互为双生(Twin)的平面电感结构。第三电感300包含第五绕组310以及第六绕组320。第四电感400包含第七绕组410以及第八绕组420。大致上来说，在本实施例中，第三电感300以及第四电感400的设置方式相似于图1的实施例的第一电感100以及第二电感200，两者皆设置于第一金属层，差别在于，第三电感300的第五绕组310以及第六绕组320于第一区A以及第二区B当中分别绕设的圈数不同，第四电感400的第七绕组410以及第八绕组420于第一区A以及第二区B当中分别绕设的圈数亦不同。另外，因应第三电感300于两区中的圈数变化，耦接于第五绕组310以及第六绕组320之间的第三水平连接元件HCU3设置于第二金属层的位置亦对应地调整，第三中央抽头CT3耦接于第三水平连接元件HCU3并向第一方向 DR1拉伸而出。另外，在本实施例中，第四电感400的第七绕组410以及第八绕组420的一对差动埠DPS1是设置于第三金属层，差动埠DPS1是直接自第七绕组410以及第八绕组420的一端朝第二方向DR2拉伸而出。此外，于空间中，耦接于第七绕组410以及第八绕组420之间的第四水平连接元件HCU4跨设于第一区A以及第二区B的上方/下方。第四中央抽头 CT4耦接于第四水平连接元件HCU4并向第二方向DR2拉伸而出。

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，绘示有第五电感500以及第六电感600，两者互为双生的平面电感结构。第五电感500包含第九绕组510以及第十绕组 520。第六电感600包含第十一绕组610以及第十二绕组620。大致上来说，在本实施例中，第五电感500以及第六电感600的设置方式相似于图1的实施例的第一电感100以及第二电感200，两者皆设置于第一金属层，差别在于，第五电感500的第九绕组510以及第十绕组520于第一区A以及第二区B当中分别绕设的圈数不同，第六电感600的第十一绕组610以及第十二绕组620于第一区A以及第二区B当中分别绕设的圈数亦不同。另外，在本实施例中，第五电感500包含设置于第二金属层的第三延伸金属线段511以及第四延伸金属线段521，在空间中，两者分别设置于第一区A 以及第二区B的上方/下方。相似地，第六电感600包含设置于第二金属层的第五延伸金属线段611以及第六延伸金属线段621，在空间中，两者亦分别设置于第一区A以及第二区B的上方/下方。

图4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4，其中横轴表示的是为频率，纵轴表示的是为品质因子(Q factor)以及互感值 (L factor)的值。其中，曲线Q1所绘示者是为利用本案图1实施例的变压器结构中的第一电感100的品质因子曲线，而曲线Q2所绘示者是为利用本案图1实施例的变压器结构中的第二电感200的品质因子曲线。显然地，在大多数的频率之下，曲线Q1以及曲线Q2的变化趋势约略相当，表示两电感的品质因子皆相当理想且十分对称。曲线L1所绘示者是为利用本案图1 实施例的变压器结构中的第一电感100的互感值曲线，而曲线L2所绘示者是为利用本案图1实施例的变压器结构中的第二电感200的互感值曲线。在大多数的频率之下，曲线L1以及曲线L2的变化趋势约略相当，表示两电感的互感值亦十分对称。

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的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种变压器结构，包含：

一第一电感，包含一第一绕组以及一第二绕组；以及

一第二电感，包含一第三绕组以及一第四绕组；

其中该第一电感的该第一绕组与该第二电感的该第三绕组交互设置于一第一金属层的一第一区，该第一电感的该第二绕组与该第二电感的该第四绕组交互设置于该第一金属层的一第二区，该第一区与该第二区是相邻地设置于该第一金属层；

在该第一区内，该第一电感的该第一绕组与该第二电感的该第三绕组，分别自该第一绕组以及该第三绕组的内侧一端，由内向外地顺时针绕设至该第一绕组以及该第三绕组的外侧，

在该第二区内，该第一电感的该第二绕组与该第二电感的该第四绕组，分别自该第二绕组以及该第四绕组的内侧一端，由内向外地顺时针绕设至该第二绕组以及该第四绕组的外侧，

该第一电感包含一第一埠，该第一埠设置于该第一区的第一侧，该第二电感包含一第三埠，该第三埠设置于该第一区的与该第一侧相对的第二侧的外部，该第三埠设置于一第二金属层，其中所述第二金属层在空间中是平行设置于所述第一金属层的上方或下方。

2.根据权利要求1所述的变压器结构，其中该第一电感更包含一第二埠，该第一埠以及该第二埠设置于该第一金属层。

3.根据权利要求2所述的变压器结构，其中该第一埠是设置于该第一区当中且位于该第一绕组以及该第三绕组的外侧，该第二埠是设置于该第二区当中且位于该第二绕组以及该第四绕组的外侧。

4.根据权利要求1所述的变压器结构，其中该第二电感更包含一第四埠，该第四埠设置于所述第二金属层。

5.根据权利要求4所述的变压器结构，其中该第三埠是设置于该第二金属层的一第三区当中，在该第三区当中，该第三埠相对地设置于该第一绕组以及该第三绕组的外侧，该第四埠是设置于该第二金属层的一第四区当中，该第四埠相对地设置于该第二绕组以及该第四绕组的外侧。

6.根据权利要求5所述的变压器结构，其中，在该第三区当中，该第二电感更包含一第一金属线段相对地跨越于该第一绕组以及该第三绕组以耦接至该第三埠，在该第四区当中，该第二电感更包含一第二金属线段相对地跨越于该第二绕组以及该第四绕组以耦接至该第四埠。

7.根据权利要求1所述的变压器结构，其中该第一电感更包含一第一水平连接元件，该第一水平连接元件耦接该第一绕组以及该第二绕组，该第二电感更包含一第二水平连接元件，该第二水平连接元件耦接该第三绕组以及该第四绕组。

8.根据权利要求7所述的变压器结构，其中该第一水平连接元件耦接于一第一中央抽头，该第二水平连接元件耦接于一第二中央抽头。

9.根据权利要求8所述的变压器结构，其中该第一水平连接元件以及该第一中央抽头是设置于一第二金属层，该第二水平连接元件以及该第二中央抽头是设置于一第三金属层。

10.根据权利要求9所述的变压器结构，其中该第一中央抽头以及该第二中央抽头于空间中是为平行设置，该第一中央抽头拉伸至一第一方向，而该第二中央抽头拉伸至一第二方向，该第一方向以及该第二方向相反。

Images