CN203746603U - 反对称电感器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种反对称电感器结构，包括一第一螺旋线圈及一第二螺旋线圈，第一螺旋线圈及第二螺旋线圈分别具有至少两匣数的螺旋图案，第二螺旋线圈的螺旋图案将反对称于第一螺旋线圈的螺旋图案，一穿越区段连接在第一螺旋线圈的中心附近的端点与第二螺旋线圈的中心附近的端点间以使第一螺旋线圈与第二螺旋线圈互连一起，则，本实用新型电感器只需利用单一穿越区段进行螺旋线圈间的互连，将降低寄生电容及电阻的产生，并可提升结构走线长度的对称性，进而提升电感器的Q值及解耦能力。

Description

反对称电感器结构

技术领域

本实用新型涉及一种反对称电感器结构，尤其涉及一种利用螺旋图案所形成的反对称电感器结构。

背景技术

在无线射频电路中，电感器常用以作为电压控制振荡器、低噪声放大器、滤波器的基本组成元件。为了达到较大电感值的需求，最简便的方式就是增加电感器的布局面积，然而，增加电感器的布局面积将不利于电路的缩小化。于是，为了取得较大的电感值并同时兼顾布局面积可以在一较小的尺寸范围之下，以往常采用螺旋线圈态样来制作电感器。然而，在高速信号操作下，噪声经常可藉由电磁场的耦合，进而影响其他系统或电路，甚至噪声耦合回输入端，此噪声将会被正反馈放大，为了有较佳地抗干扰能力，与较低的噪声形成，故以往常采用8字型态样来制作电感器。

请参阅图1(A)，为现有单匣电感器的结构示意图。如图所示，现有单匣电感器100可以采取8字型态样布设于基板之上，其包括一对端点111、113及导电图案。导电图案对称布设于端点111、113之间以布设出一第一线圈121及一第二线圈122。导电图案在第一线圈121及第二线圈122间呈现有一交叉区域(cross area；CA)。两个穿越区段131、132存在于交叉区域(CA)中，以作为第一线圈121及第二线圈122间的连接区段。

再者，第一线圈121及第二线圈122的各段走线171～181可以感应电磁噪声Inoise而各别产生噪声电流。又，因走线171～177垂直于Inoise的走线，故感应电流量远小于走线180与181；又，Inoise的走线与走线178、179间的距离远大于Inoise的走线与走线180、181间的距离；所以，在此为方便讨论，均忽略Inoise在走线171～179的感应电流。故Inoise将在180与181分别感应一第一电流I1及一第二电流I2。由于电感器100结构对称性的因素，两电流I1、I2大小相同、方向相反，以在端点111、113的终端115处抵销为零。在此，藉由8字型电感器100结构的对称性将有效地抑制电磁噪声Inoise。

又，为了取得较大的电感值，现有8字型电感器也可以进一步设计成多匣的形式。请参阅图1(B)，为现有双匣电感器的结构示意图。如图所示，在双匣电感器101中，其导电图案可以进一步在第一线圈121中布设形成有一第三线圈123，而在第二线圈122的中布设形成有一第四线圈124。导电图案在第一线圈121、第二线圈122、第三线圈123与第四线圈124间呈现有一第一交叉区域(CA1)。四个穿越区段141～144存在于第一交叉区域(CA1)中，以作为第一线圈121、第二线圈122、第三线圈123及第四线圈124间的连接区段。导电图案尚在第二线圈122与第四线圈124间呈现有一第二交叉区域(CA2)。两个穿越区段145、146存在于第二交叉区域(CA2)中，以作为第二线圈122与第四线圈124间的连接区段。

或者，请参阅图1(C)，为现有三匣电感器的结构示意图。如图所示，在三匣电感器102中，导电图案可以进一步在第三线圈123中布设形成有一第五线圈125，而在第四线圈124的中布设形成有一第六线圈126。导电图案在第一线圈121、第二线圈122、第三线圈123、第四线圈124、第五线圈125与第六线圈126间呈现有一第一交叉区域(CA1)。六个穿越区段151～156存在于第一交叉区域(CA1)中，以作为第一线圈121、第二线圈122、第三线圈123、第四线圈124、第五线圈125及第六线圈126间的连接区段。导电图案在第二线圈122、第四线圈124与第六线圈126间呈现有一第二交叉区域(CA2)。三个穿越区段157～159存在于第二交叉区域(CA2)中，以作为第二线圈122、第四线圈124及第六线圈126间的连接区段。导电图案在第三线圈123及第五线圈125间呈现有一第三交叉区域(CA3)。两个穿越区段160～161存在于第三交叉区域(CA3)中，以作为第三线圈123及第五线圈125间的连接区段。

经由上述，现有电感器100、101、102可以藉由8字型结构的对称性而有效地抵抗电磁辐射的干扰。并且，藉由多匣导电线圈的设计，多匣电感器101、102将可以布设有较多的导电图案而取得较大的电感值。

以往8字型电感器101、102藉由增设导电线圈的匣数虽可得到较大电感值的功效，然而，电感器101、102的中将会存在有较多数量的交叉区域及穿越区段，例如：双匣的8字型电感器101存在有两个交叉区域CA1、CA2及六个穿越区段141～146，三匣的8字型电感器102存在有三个交叉区域CA1、CA2、CA3及十一个穿越区段151～161。由于导电图案的交叠部分将产生有寄生电容及电阻，因此，存在有较多数量穿越区段的电感器101、102相对地会增加许多的寄生电容及电阻，较高电阻的结果将导致电感器101、102的品质因子(quality factor；Q)产生不佳的情况。

另外，感应电流I3至端点113的距离约为第一线圈121的八分之一线圈长度；而感应电流I4至端点111的距离约为第三线圈123的线圈长度、第二线圈122的二分之一线圈长度、第四线圈124的二分之一线圈长度及第一线圈121的二分之一线圈长度的总和。由于，感应电流I3、I4分别至端点的距离不同，约相差两圈半闸数长度，故寄生效应上的电阻、电感及电容也有较大的差异，所以在端点111、113的终点解耦能力(decoupling capability)会较差；同理，感应电流I5、I6亦会因至端点路径长度不对称，而影响到电感器的解耦能力。这对于电感器101、102的操作效能而言非常不利。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种反对称电感器结构，其包括一第一螺旋线圈及一第二螺旋线圈，第一螺旋线圈及第二螺旋线圈具有多匣数的螺旋图案，并且第二螺旋线圈的螺旋图案将反对称于第一螺旋线圈的螺旋图案，第一螺旋线圈的中心附近的端点与第二螺旋线圈的中心附近的端点将通过单一穿越区段进行互连，则，本实用新型电感器不仅可以藉由设置多匣数的螺旋图案而增加电感值，且只需利用单一穿越区段进行螺旋线圈间的互连而降低寄生电容及电阻的产生，且电感上的感应电流至端点的路径长度较对称，致使以提升电感器的Q值及解耦能力。

为达上述目的，本实用新型提供一种反对称电感器结构，其包括：

一第一螺旋线圈，包括一第一端点及一第二端点，在第一端点及第二端点间包括有至少两匣数的螺旋图案，其中第一端点位于第一螺旋线圈的外围，而第二端点位于第一螺旋线圈的中心附近；

一第二螺旋线圈，包括一第三端点及一第四端点，在第三端点及第四端点间包括有至少两匣数的螺旋图案，其中第三端点位于第二螺旋线圈的外围，而第四端点位于第二螺旋线圈的中心附近，第二螺旋线圈的螺旋图案反对称于第一螺旋线圈的螺旋图案；及

一穿越区段，连接在第一螺旋线圈的第二端点及第二螺旋线圈的第四端点间。

上述的反对称电感器结构，其中该穿越区段将穿越于该第一螺旋线圈及该第二螺旋线圈的螺旋图案的上方或下方以连接该第一螺旋线圈的该第二端点及该第二螺旋线圈的该第四端点。

上述的反对称电感器结构，其中该反对称电感器结构为一平面式的电感器结构。

上述的反对称电感器结构，其中该第一螺旋线圈及该第二螺旋线圈的各匣螺旋图案分别布设在同一平面上。

上述的反对称电感器结构，其中该反对称电感器结构为一立体式的电感器结构。

上述的反对称电感器结构，其中该第一螺旋线圈及该第二螺旋线圈的各匣螺旋图案分别布设在不同平面上并通过通孔连接。

上述的反对称电感器结构，其中该反对称电感器结构为一8字型态样的电感器结构。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1(A)：现有单匣电感器的结构示意图；

图1(B)：现有双匣电感器的结构示意图；

图1(C)：现有三匣电感器的结构示意图；

图2(A)：本实用新型双匣电感器的结构示意图；

图2(B)：本实用新型三匣电感器的结构示意图；

图3：本实用新型三匣电感器的一实施例的立体剖视示意图；

图4(A)：现有双匣电感器与本实用新型双匣电感器的品质因子(Q)模拟图；

图4(B)：现有双匣电感器与本实用新型双匣电感器的解耦能力模拟图；

图5(A)：现有三匣电感器与本实用新型双匣电感器的品质因子(Q)模拟图；

图5(B)：现有三匣电感器与本实用新型双匣电感器的解耦能力模拟图。

其中，附图标记

100     单匣电感器           101     双匣电感器

102     三匣电感器           111     端点

113     端点                 115     终端

121     第一线圈             122    第二线圈

123     第三线圈             124    第四线圈

125     第五线圈             126    第六线圈

131     穿越区段             132     穿越区段

141     穿越区段             142     穿越区段

143     穿越区段             144     穿越区段

145     穿越区段             146     穿越区段

151     穿越区段             152     穿越区段

153     穿越区段             154     穿越区段

155     穿越区段             156     穿越区段

157     穿越区段             158     穿越区段

159     穿越区段             160     穿越区段

161     穿越区段             171     走线

172     走线                 173    走线

174     走线                 175    走线

176     走线                 177    走线

178     走线                 179    走线

180     走线                 181     走线

201     双匣电感器           202    三匣电感器

211     第一端点             212    第二端点

213     第三端点             214    第四端点

231     第一螺旋线圈         232    第二螺旋线圈

241     第一螺旋线圈         2411   第一匣螺旋图案

2412    第二匣螺旋图案       2413   第三匣螺旋图案

242     第二螺旋线圈         2421   第一匣螺旋图案

2422    第二匣螺旋图案       2423   第三匣螺旋图案

251     穿越区段             260       通孔

261     第一基板             262       第二基板

263     第三基板             301       曲线

302     曲线                 303       曲线

304     曲线                 305       曲线

306     曲线                 307       曲线

308     曲线

CA      交叉区域             CA1    第一交叉区域

CA2     第二交叉区域         CA3    第三交叉区域

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图2(A)，为本实用新型双匣电感器的结构示意图。如图所示，本实施例双匣电感器201包括一第一螺旋线圈231及一第二螺旋线圈232。

第一螺旋线圈231包括一第一端点211及一第二端点212。在第一端点211及第二端点212间布设有两匣数的导电的螺旋图案，其中第一端点211位于第一螺旋线圈231的外围，而第二端点212位于第一螺旋线圈231的中心附近。

第二螺旋线圈232包括一第三端点213及一第四端点214。在第三端点213及第四端点214间布设有两匣数的导电的螺旋图案，其中第三端点213位于第二螺旋线圈232的外围，而第四端点214位于第二螺旋线圈232的中心附近。并且，第二螺旋线圈232的螺旋图案将反对称于第一螺旋线圈231的螺旋图案。

双匣电感器201尚包括一穿越区段251。穿越区段251穿越于第一螺旋线圈231及第二螺旋线圈232的螺旋图案的上方或下方，以将第一螺旋线圈231的第二端点212与第二螺旋线圈232的第四端点214互连一起，而令第一螺旋线圈231及第二螺旋线圈232组成为双匣的8字型态样的电感器201。

又，请参阅图2(B)，为本实用新型三匣电感器的结构示意图。如图所示，本实施例电感器202进一步增加匣数数量，在第一端点211及第二端点212间布设出三匣数螺旋图案的第一螺旋线圈241以及在第三端点213及第四端点214间布设出三匣数螺旋图案的第二螺旋线圈242。并且，第二螺旋线圈242的螺旋图案将反对称于第一螺旋线圈241的螺旋图案。

同样地，第一螺旋线圈241的第二端点212及第二螺旋线圈242的第四端点214经由穿越于第一螺旋线圈241及第二螺旋线圈242的螺旋图案上方或下方的穿越区段251互连一起，而令第一螺旋线圈241及第二螺旋线圈242组成为三匣的8字型态样的电感器202。

本实用新型电感器201/202的第一螺旋线圈231/241及第二螺旋线圈232/242可以感应电磁噪声并通过两线圈231、232/241、242间结构上的反对称性，以分别产生大小相同、方向相反的电流，两电流将会相互抵销为零。藉此，本实用新型电感器201、202通过反对称性的结构将可以有效地降低电磁噪声的干扰(EMI)。

经由上述，本实用新型电感器201、202可以藉由设置多匣数的螺旋图案而增加电感值。并且，电感器201/202的第一螺旋线圈231/241及第二螺旋线圈232/242不论设置多少匣数的螺旋图案，都只需要利用单一穿越区段251进行螺旋线圈231/241、232/242间的互连，如此将可以降低导电图案的交叠部分而避免产生过多数量的寄生电容及电阻。则，电感器201、202将可以在低电阻的状况下取得较佳的Q值。又，感应电流I7、I8至端点211、213的距离分别是第一螺旋线圈231的二分之一线圈长度与第二螺旋线圈232的四分之一线圈长度，两者之间约相差四分之一圈闸数长度，在此，电感器201/202相较于现有双匣电感器101/102具有较佳的对称性，故有较出色的解耦能力；同理，I9、I10亦是。

再者，本实用新型一实施例中，电感器201/202为一平面式的电感器结构，其第一螺旋线圈231/241及第二螺旋线圈232/242的各匣螺旋图案可以直接布设在同一基板平面上，且穿越区段251与其交叉重叠的螺旋图案间存在绝缘材料，以使穿越区段251可以与交叉重叠的螺旋图案电性绝缘。

或者，本实用新型又一实施例中，电感器201/202为一立体式的电感器结构，其第一螺旋线圈231/241及第二螺旋线圈232/242的各匣螺旋图案可以分别布设在不同平面上并通过通孔连接。是以图3为例，三匣的电感器202的第一、第二螺旋线圈241、242分别包括第一匣螺旋图案2411、2421、第二匣螺旋图案2412、2422及第三匣螺旋图案2413、2423。其中，第一匣螺旋图案2411、2421布设在第一基板261的上方平面上，第二匣螺旋图案2412、2422布设在第一基板261的下方平面与第二基板262的上方平面间，而第三匣螺旋图案2413、2423布设在第二基板262的下方平面与第三基板263的上方平面间，另外穿越区段251布设在第三基板263的下方平面上。并且，布设在不同平面上的第一匣螺旋图案2411、2421、第二匣螺旋图案2412、2422、第三匣螺旋图案2413、2423及穿越区段251将通过各基板261、262、263间的通孔260电性连接一起。

此外，本实用新型是以双匣数、三匣数电感器201、202作为解说，然，熟悉本项技术者亦可理解，本实用新型反对称电感器结构是可以实现在更多匣数的电感器之上，如四匣数以上的电感器。

请参阅图4(A)，为现有双匣电感器与本实用新型双匣电感器的品质因子(Q)模拟图，并同时配合参阅图1(B)及图2(A)。现有双匣电感器101及本实用新型双匣电感器201皆以电感值1nH、布局面积W1×L1=120um×180um及导电图案线径10um作为Q值的模拟测试条件。

如图4(A)所示，对于现有双匣电感器101进行Q值的模拟测试，将可以取得一曲线301，而对于本实用新型双匣电感器201进行Q值的模拟测试，将可以取得一曲线302。

本实用新型双匣电感器201的Q值曲线302明显高于现有双匣电感器101的Q值曲线301。例如：是以5GHz作为比较的基准，本实用新型双匣电感器201的Q值大约为10，而现有双匣电感器101的Q值大约为9。经由模拟测试的结果，本实用新型双匣电感器201相较于现有双匣电感器101具有较高的Q值。

请参阅图4(B)，为现有双匣电感器与本实用新型双匣电感器的解耦能力模拟图，并同时配合参阅图1(B)及图2(A)。同样地，现有双匣电感器101及本实用新型双匣电感器201皆以电感值1nH、布局面积W1×L1=120um×180um、导电图案线径10um及噪声走线距离电感约110um，作为解耦能力的模拟测试条件。

如图4(B)所示，对于现有双匣电感器101进行解耦能力的模拟测试，将可以取得一曲线303，而对于本实用新型双匣电感器201进行解耦能力的模拟测试，将可以取得一曲线304。

本实用新型双匣电感器201的解耦能力曲线304的db值明显低于现有双匣电感器101的解耦能力曲线303的db值。例如：是以5GHz作为比较的基准，本实用新型双匣电感器201的解耦能力大约为-64db，而现有双匣电感器101的解耦能力大约为-52db。经由模拟测试的结果，本实用新型双匣电感器201相较于用现有双匣电感器101具有较佳的解耦能力。

在此，本实用新型双匣电感器201只需利用单一穿越区段251进行螺旋线圈231、232间的互连，其相较于现有双匣电感器101采用六个穿越区段141～146进行线圈121～124间的互连，减少了许多穿越区段的设置。再者，本实用新型双匣电感器201由于穿越区段251的设置数量较低，降低导电图案的交叠部分，避免产生过多数量的寄生电容及电阻，以及拥有良好的对称性，经由图4(A)及图4(B)模拟测试的结果，其相较于现有双匣电感器101可以取得较佳的Q值以及解耦能力。

请参阅图5(A)，为现有三匣电感器与本实用新型三匣电感器的品质因子(Q)模拟图，并同时配合参阅图1(C)及图2(B)。现有三匣电感器102及本实用新型三匣电感器202皆以电感值3nH、布局面积W2×L2=200um×300um及导电图案线径15um作为Q值的模拟测试条件。

如图5(A)所示，对于现有三匣电感器102进行Q值的模拟测试，将可以取得一曲线305，而对于本实用新型三匣电感器202进行Q值的模拟测试，将可以取得一曲线306。

本实用新型三匣电感器202的Q值曲线306明显高于现有双匣电感器102的Q值曲线305。是以5GHz作为比较的基准，本实用新型三匣电感器202的Q值大约为10.6，而现有三匣电感器102的Q值大约为8.6。经由模拟测试的结果，本实用新型三匣电感器202相较于现有三匣电感器102具有较高的Q值。

请参阅图5(B)，为现有三匣电感器与本实用新型三匣电感器的解耦能力模拟图，并同时配合参阅图1(C)及图2(B)。同样地，现有三匣电感器102及本实用新型三匣电感器202皆以电感值3nH、布局面积W2×L2=200um×300um、导电图案线径15um及噪声走线距离电感约100um，作为解耦能力的模拟测试条件。

如图5(B)所示，对于现有三匣电感器102进行解耦能力的模拟测试，将可以取得一曲线307，而对于本实用新型三匣电感器202进行解耦能力的模拟测试，将可以取得一曲线308。

本实用新型三匣电感器202的解耦能力曲线308的db值明显低于现有三匣电感器102的解耦能力曲线307的db值。例如：是以5GHz作为比较的基准，本实用新型三匣电感器202的解耦能力大约为-63db，而现有双匣电感器101的解耦能力大约为-54db。经由模拟测试的结果，在中高频段时，本实用新型三匣电感器202相较于用现有三匣电感器102具有较佳的解耦能力。

在此，本实用新型三匣电感器202只需利用单一穿越区段251进行螺旋线圈241、242间的互连，其相较于现有三匣电感器102采用十一个穿越区段151～161进行线圈121～126间的互连，减少了许多穿越区段的设置。再者，本实用新型三匣电感器202由于穿越区段251的设置数量较低，降低导电图案的交叠部分，避免产生过多数量的寄生电容及电阻，以及拥有良好的对称性，经由图5(A)及图5(B)模拟测试的结果，在中高频段时，其相较于现有三匣电感器102可以取得较佳的Q值以及解耦能力。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种反对称电感器结构，其特征在于，包括：

一第一螺旋线圈，包括一第一端点及一第二端点，在第一端点及第二端点间包括有至少两匣数的螺旋图案，其中第一端点位于第一螺旋线圈的外围，而第二端点位于第一螺旋线圈的中心附近；

一第二螺旋线圈，包括一第三端点及一第四端点，在第三端点及第四端点间包括有至少两匣数的螺旋图案，其中第三端点位于第二螺旋线圈的外围，而第四端点位于第二螺旋线圈的中心附近，第二螺旋线圈的螺旋图案反对称于第一螺旋线圈的螺旋图案；及

一穿越区段，连接在第一螺旋线圈的第二端点及第二螺旋线圈的第四端点间。

2.根据权利要求1所述的反对称电感器结构，其特征在于，该穿越区段将穿越于该第一螺旋线圈及该第二螺旋线圈的螺旋图案的上方或下方以连接该第一螺旋线圈的该第二端点及该第二螺旋线圈的该第四端点。

3.根据权利要求1所述的反对称电感器结构，其特征在于，该反对称电感器结构为一平面式的电感器结构。

4.根据权利要求3所述的反对称电感器结构，其特征在于，该第一螺旋线圈及该第二螺旋线圈的各匣螺旋图案分别布设在同一平面上。

5.根据权利要求1所述的反对称电感器结构，其特征在于，该反对称电感器结构为一立体式的电感器结构。

6.根据权利要求5所述的反对称电感器结构，其特征在于，该第一螺旋线圈及该第二螺旋线圈的各匣螺旋图案分别布设在不同平面上并通过通孔连接。

7.根据权利要求1所述的反对称电感器结构，其特征在于，该反对称电感器结构为一8字型态样的电感器结构。