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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Transformatoren und insbesondere
Systeme und Verfahren für
einen kompakten Aufbau für
mehrere Transformatoren.
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Mit
der Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie werden viele Blöcke und
Funktionen auf einem Chip integriert, etwa mittels der System-On-Chip(SOC)-Technologie.
In der Halbleitertechnologie erfordert ein monolithischer Transformator
einen beträchtlichen
Raum. Außerdem
muss bei einem monolithischen Transformator ein Abstand von mindestens
50 μm zu
anderen Schaltungen vorgesehen werden, um unerwünschte magnetische Kopplungen
oder einen Verlust des Magnetflusses zu verhindern. Dementsprechend
ist die Gesamtgröße von mehreren
Transformatoren groß und
sind die Herstellungskosten, die Chipgröße und die Packungsgröße erhöht.
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Gemäß der Erfindung
wird ein kompakter Aufbau für
mehrere Transformatoren angegeben, wobei jeder Transformator eine
primäre
Wicklung und eine sekundäre
Wicklung umfassen kann. Ein erster Transformator kann mit wenigstens
einem anderen Transformator gekoppelt werden, wobei die ersten äußeren Metallleitungen
des ersten Transformators mit den zweiten äußeren Metallleitungen des wenigstens
einen anderen Transformators gekoppelt werden können, wobei die ersten äußeren Metallleitungen
und die zweiten äußeren Metallleitungen
eine gleiche Stromflussrichtung vorsehen können. Die gleiche Stromflussrichtung
kann den Magnetfluss, die Induktivität und/oder den Qualitätsfaktor
der Transformatoren erhöhen.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung kann ein System für
mehrere Transformatoren vorgesehen werden. Das System kann einen
ersten Transformator umfassen, der eine erste primäre Wicklung
und eine erste sekundäre Wicklung
aufweist, wobei die die erste primäre Wicklung induktiv mit der
ersten sekundären
Wicklung gekoppelt ist, wobei der erste Transformator mit einer ersten
sich drehenden Stromflussrichtung in der ersten primären Wicklung
assoziiert ist. Das System kann weiterhin einen zweiten Transformator
umfassen, der eine zweite primäre
Wicklung und eine zweite sekundäre
Wicklung aufweist, wobei die zweite primäre Wicklung induktiv mit der
zweiten sekundären Wicklung
gekoppelt ist, wobei der zweite Transformator mit einer zweiten
sich drehenden Stromflussrichtung, die der ersten sich drehenden
Stromrichtung entgegen gesetzt ist, in der zweiten primären Wicklung
assoziiert ist, wobei ein erster Abschnitt der ersten primären Wicklung
in Nachbarschaft zu einem zweiten Abschnitt der zweiten primären Wicklung
angeordnet ist, wobei die benachbarten ersten und zweiten Abschnitte
im wesentlichen eine gleiche erste lineare Stromflussrichtung aufweisen.
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Gemäß einer
anderen beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Vorsehen von mehreren Transformatoren
angegeben. Das Verfahren umfasst das Vorsehen eines ersten Transformators,
der eine erste primäre
Wicklung und eine erste sekundäre
Wicklung enthält,
wobei die erste primäre
Wicklung induktiv mit der ersten sekundären Wicklung gekoppelt ist,
wobei die erste primäre Wicklung
mit erstem Eingangsanschlüssen
verbunden ist und eine erste Eingabe an den ersten Eingangsanschlüssen empfängt, um
eine erste sich drehende Stromflussrichtung in der ersten primären Wicklung
vorzusehen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Vorsehen eines zweiten
Transformators, der eine zweite primäre Wicklung und eine zweite
sekundäre
Wicklung enthält,
wobei die zweite primäre Wicklung
induktiv mit der zweiten sekundären
Wicklung gekoppelt ist, wobei die zweite primäre Wicklung mit zweiten Eingangsanschlüssen verbunden
ist und eine zweite Eingabe an den zweiten Eingangsanschlüssen empfängt, um
eine zweite sich drehende Stromflussrichtung, die der ersten sich
drehenden Stromflussrichtung entgegen gesetzt ist, in der zweiten
primären
Wicklung vorzusehen. Ein erster Abschnitt der ersten primären Wicklung
ist in Nachbarschaft zu einem zweiten Abschnitt der zweiten primären Wicklung
angeordnet, wobei die benachbarten ersten und zweiten Abschnitte
eine im wesentlichen gleiche lineare Stromflussrichtung aufweisen.
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Im
Folgenden wird auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu
gezeichnet sind.
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1A–1C zeigen
kompakte Aufbauten für
mehrere Transformatoren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigen
einen kompakten Aufbau für mehrere
Transformatoren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung für
die Anwendung in parallelen Stufenkopplungsnetzwerken mit mehreren
Transformatoren.
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3 zeigt
einen kompakten Aufbau für mehrere
Transformatoren, die eine oder mehrere Wicklungen mit mehreren Windungen
aufweisen, gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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4 zeigt
einen kompakten Aufbau für mehrere
Transformatoren mit einer Gleichstrom-Vorspannung über mittlere
Anschlüsse
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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5 zeigt
einen kompakten Aufbau für mehrere
Transformatoren mit Abstimmungsblöcken über mittlere Anschlüsse gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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6A–6C sind
schematische Ansichten von Abstimmungsblöcken gemäß beispielhaften Ausführungsformen
der Erfindung.
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7 zeigt
einen planaren Aufbau für
die Implementierung der mehreren Transformatoren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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8 zeigt
einen gestapelten Aufbau für
die Implementierung der mehreren Transformatoren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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Im
Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
ausführlich
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die
beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern kann in verschiedenen anderen Ausführungsformen realisiert werden.
Es werden durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet, um identische
Elemente anzugeben.
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1A zeigt
einen kompakten Aufbau für mehrere
Transformatoren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung, der einen ersten Transformator 101 und einen
zweiten Transformator 102 umfasst. Wie in 1A gezeigt
kann der kompakte Aufbau für
mehrere Transformatoren einen ersten Transformator 101 umfassen,
der eine primäre
Wicklung 111 und eine sekundäre Wicklung 112 enthält. Die
primäre
Wicklung 111 kann Eingangssignale von einem ersten Eingangsanschluss 103 für ein positives
Eingangssignal und von einem zweiten Eingangsanschluss 104 für ein negatives
Eingangssignal empfangen. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung kann die primäre
Wicklung 111 induktiv mit der sekundären Wicklung 112 gekoppelt
werden. Die sekundäre
Wicklung 112 kann Ausgangssignale zu einem ersten Ausgangsanschluss 107 für ein positives
Ausgangssignal und zu einem negativen Ausgangsanschluss 108 für ein negatives Ausgangssignal
geben. Wie in 1A gezeigt, kann die äußere primäre Wicklung 111 einen
oder mehrere Teile der inneren sekundären Wicklung 112 einschließen oder
umgeben. Ein oder mehrere Drahtbondings, Durchgänge oder anderen elektrischen
Verbindungen 120a, 120b können verwendet werden, um die
Ausgangsanschlüsse 107, 108 der
sekundären
Wicklung 112 um die primäre Wicklung 111 zu führen. Zum
Beispiel kann die Verbindung 120a verwendet werden, einen
ersten Teil der sekundären Wicklung 112 mit
dem ersten Ausgangsanschluss 107 zu verbinden, und kann
die Verbindung 120b verwendet werden, um einen zweiten
Teil der sekundären
Wicklung 112 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 108 zu
verbinden.
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Entsprechend
kann der beispielhafte Aufbau für
mehrere Transformatoren von 1A auch
einen zweiten Transformator 102 umfassen, der eine primäre Wicklung 113 und
eine sekundäre
Wicklung 114 enthält.
Die primäre
Wicklung 113 kann Eingangssignale von einem ersten Eingangsanschluss 105 für ein negatives
Eingangssignal und von einem zweiten Eingangsanschluss 106 für ein positives
Eingangssignal empfangen. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung kann die primäre Wicklung 113 induktiv
mit der sekundären
Wicklung 114 gekoppelt werden. Die sekundäre Wicklung 114 kann
Ausgangssignale zu einem ersten Ausgangsanschluss 109 für ein positives
Ausgangssignal und zu einem zweiten Ausgangsanschluss 110 für ein negatives
Ausgangssignal geben. Wie in 1A gezeigt,
kann die äußere primäre Wicklung 113 einen oder
mehrere Teile der inneren sekundären
Wicklung 114 einschließen
oder umgeben. Ein oder mehrere Drahtbondings, Durchgänge oder
anderen elektrische Verbindungen 121a, 121b können verwendet werden,
um die Ausgangsanschlüsse 109, 110 der sekundären Wicklung 114 um
die primäre
Wicklung 113 zu führen.
Zum Beispiel kann die Verbindung 121a verwendet werden,
um einen ersten Teil der sekundären
Wicklung 114 mit dem ersten Ausgangsanschluss 109 zu
verbinden, und kann die Verbindung 121b verwendet werden,
um einen zweiten Teil der sekundären
Wicklung 114 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 110 zu
verbinden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
der erste Transformator 101 und der zweite Transformator 102 Transformatoren
des Spiraltyps sein, wobei jedoch auch andere Typen von Transformatoren
verwendet werden können.
Es ist zu beachten, dass die primären Wicklungen 111, 113 und
die sekundären
Wicklungen 112, 114 als Leiterbahnen unter Verwendung
von einer oder mehreren Metallschichten auf einem oder mehreren
Halbleitersubstraten ausgebildet bzw. gemustert werden können. Zum
Beispiel können
die Metallschichten aus Kupfer, Gold, Silber, Aluminium, Nickel oder
einer Kombination aus denselben oder aus anderen Leitern, Metallen
und Legierungen bestehen. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die Transformatoren 101, 102 mit anderen Bauelementen
auf demselben Substrat ausgebildet werden. Zum Beispiel können Transformatoren,
Spulen, Kondensatoren, Widerstände
und Leiterbahnen zusammen mit den Transformatoren 101, 102 auf
demselben Substrat ausgebildet werden.
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In 1A sind
der erste Transformator 101 und der zweite Transformator 102 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung in einem kompakten Layout nebeneinander angeordnet.
Zum Beispiel kann ein erster Abschnitt (z. B. ein unterer Abschnitt)
der primären
Wicklung 111 mit einem kleinen Abstand in Nachbarschaft
zu einem zweiten Abschnitt (z. B. einem oberen Abschnitt) der primären Wicklung 113 angeordnet
sein. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung kann der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt der
primären
Wicklung 111 und dem benachbarten zweiten Abschnitt der
primären
Wicklung 113 kleiner als 50 μm betragen, wobei es sich etwa
um einen minimalen Abstand unter 15 μm (z. B. etwa 0,01 bis 6 μm) für eine sehr
kompaktes Layout oder um einen Abstand von 15 bis 30 μm (z. B.
etwa 12–14 μm) für ein etwas weniger
kompaktes Layout handeln kann. Es können aber auch andere Abstände verwendet
werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
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Wenn
wie in 1A gezeigt der untere Abschnitt
der primären
Wicklung 111 in Nachbarschaft zu dem oberen Abschnitt der
primären
Wicklung 113 angeordnet ist, kann die lineare Richtung
des Stromflusses durch die benachbarten primären Wicklungsabschnitt in derselben
linearen Richtung vorgesehen werden, um den ersten Transformator 101 über die benachbarten
primären
Wicklungsabschnitte magnetisch mit dem zweiten Transformator 102 zu
koppeln. Damit die benachbarten primären Wicklungsabschnitte im
wesentlichen dieselbe lineare Stromflussrichtung aufweisen, kann
der sich drehende Stromfluss in der primären Wicklung 111 in
einer ersten Drehrichtung vorgesehen werden, während der sich drehende Stromfluss
in der primären
Wicklung 113 in einer zweiten Drehrichtung vorgesehen werden kann,
die sich von der ersten Drehrichtung unterscheidet bzw. dieser entgegen
gesetzt ist. Wenn zum Beispiel die primäre Wicklung 111 mit
einer sich drehenden Stromflussrichtung im Uhrzeigersinn versehen
wird, kann der lineare Stromfluss in dem unteren Abschnitt der primären Wicklung 111 eine
lineare Flussrichtung von rechts nach links sein. Der benachbarte
obere Abschnitt der primären
Wicklung 113 kann entsprechend mit einer linearen Stromflussrichtung
von rechts nach links versehen werden, damit die primäre Wicklung 113 eine
sich drehende Stromflussrichtung gegen den Uhrzeigersinn aufweist.
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Damit
die primäre
Wicklung 111 eine sich drehende Stromflussrichtung im Uhrzeigersinn
aufweist, kann gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung an dem ersten Eingangsanschluss 103 ein positives
Eingangssignal vorgesehen werden und kann an dem zweiten Eingangsanschluss 104 ein
negatives Eingangssignal vorgesehen werden. Damit die primäre Wicklung 105 eine sich
drehende Stromflussrichtung gegen den Uhrzeigersinn aufweist, kann
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung an dem ersten Eingangsanschluss 105 ein negatives
Eingangssignal vorgesehen werden und kann an dem zweiten Eingangsanschluss 106 ein
positives Eingangssignal vorgesehen werden.
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In 1A können die
Eingangsanschlüsse 103, 104 für den ersten
Transformator 101 sowie die Eingangsanschlüsse 105, 106 für den zweiten
Transformator 102 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung auf einer linken Seite des kompakten Layouts angeordnet
werden. Die Ausgangsanschlüsse 107, 108 für den ersten
Transformator 101 und die Ausgangsanschlüsse 109, 110 für den zweiten
Transformator können
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung auf einer rechten Seite des kompakten Layouts angeordnet werden.
Es ist jedoch zu beachten, dass die Positionen der Eingangsanschlüsse und
der Ausgangsanschlüsse
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung auch variiert oder anders zugewiesen werden können. Zum
Beispiel können
die Eingangsanschlüsse
der Transformatoren zugewiesen werden, um die gleiche Stromflussrichtung
in benachbarten äußeren Abschnitten
der primären
Wicklungen vorzusehen. Entsprechend können die Ausgangsanschlüsse der
Transformatoren zugewiesen werden, um dieselbe Stromflussrichtung
in benachbarten äußeren Abschnitten
der primären
Wicklungen vorzusehen.
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1B zeigt
ein beispielhaftes kompaktes Layout, in dem die Eingangsanschlüsse 107, 108 für den ersten
Transformator 101 und die Eingangsanschlüsse 109, 110 für den zweiten Transformator 102 auf
einer linken Seite der entsprechenden Transformatoren 101, 102 vorgesehen
sind. Die Ausgangsanschlüsse 107, 108 für den ersten
Transformator 101 können
an einer oberen Seite des ersten Transformators 101 angeordnet
werden, während
die Ausgangsanschlüsse 109, 110 für den zweiten
Transformator 110 an einer unteren Seite des zweiten Transformators
angeordnet werden können. 1C zeigt ein
anderes beispielhaftes kompaktes Layout, in dem die Eingangsanschlüsse 103, 104 für den ersten Transformator 101 an
einer oberen Seite des ersten Transformators 101 vorgesehen
sind, während
die Eingangsanschlüsse 105, 106 an
einer unteren Seite des zweiten Transformators 102 vorgesehen
sind. Die Ausgangsanschlüsse 107, 108 für den ersten Transformator 101 und
die Ausgangsanschlüsse 109, 110 können auf
einer rechten Seite der entsprechenden Transformatoren 101, 102 angeordnet
werden. Es ist zu beachten, dass die Eingangsanschlüsse und
die Ausgangsanschlüsse
auch an verschiedenen anderen Positionen angeordnet werden können, ohne
dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
der erste und der zweite Transformator 101, 102 im
wesentlichen symmetrische oder gespiegelte Aufbauten aufweisen.
Die symmetrischen oder gespiegelten Aufbauten können einen guten Ausgleich
der Signale vorsehen. In einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung kann die Symmetrielinie die Linie zwischen den benachbarten
Abschnitten der Transformatoren 101, 102 sein.
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2 zeigt
eine beispielhafte Anwendung für
den kompakten Aufbau für
mehrere Transformatoren gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der
Erfindung. In 2 sind eine Vielzahl von Verstärkerblöcken 241, 242, 243 gezeigt.
Gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung können
die Verstärkerblöcke 241, 242, 243 als
parallele Blöcke
vorgesehen werden.
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Der
erste Verstärkerblock 241 kann
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung einen Verstärker 211 der
ersten Stufe, einen Transformator 207 und einen Verstärker der
zweiten Stufe 212 umfassen. Entsprechend kann der Verstärkerblock 242 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung einen Verstärker 213 der
ersten Stufe, einen Transformator 208 und einen Verstärker 214 der
zweiten Stufe umfassen. Der Verstärkerblock 243 kann
einen Verstärker 215 der
ersten Stufe, einen Transformator 209 und einen Verstärker 216 der zweiten
Stufe umfassen. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die Transformatoren 207, 208, 209 für eine Stufenkopplungsabstimmung
zwischen einem ersten und einem zweiten Block elektronischer Schaltungen
oder zwischen einem ersten und einem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsblock
verwendet werden. Zum Beispiel können die
Transformatoren 207, 208, 209 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
für eine
Stufenkopplungsabstimmung zwischen den entsprechenden Verstärkern 211, 213, 215 der
ersten Stufe und den entsprechenden Verstärkern 212, 214, 216 der
zweiten Stufe verwendet werden.
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In 2 kann
der erste Transformator 207 eine primäre Wicklung 201 enthalten,
die einen oder mehrere Abschnitte der sekundären Wicklung 202 einschließt oder
umgibt. Der zweite Transformator 208 kann eine primäre Wicklung 203 enthalten,
die einen oder mehrere Abschnitte der sekundären Wicklung 204 einschließt oder
umgibt. Entsprechend kann der dritte Transformator 209 eine
primäre
Wicklung 205 enthalten, die einen oder mehrere Abschnitte
der sekundären
Wicklung 206 einschließt
oder umgibt.
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Wie
in 2 gezeigt, können
die Transformatoren 207, 208, 209 in Übereinstimmung
mit einem kompakten Layout angeordnet werden, in dem der erste Transformator 207 und
der dritte Transformator 209 den zweiten Transformator 208 einschließen. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung kann der Abstand zwischen den benachbarten Abschnitten
der primären
Wicklungen 201, 203, 205 minimiert werden,
um das kompakte Layout vorzusehen. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen
den benachbarten Abschnitten der primären Wicklungen 201, 203, 205 weniger
als ungefähr 50 μm betragen,
wobei es sich etwa um einen minimalen Abstand unter 15 μm (z. B.
etwa 0,01 bis 6 μm) für eine sehr
kompaktes Layout oder um einen Abstand von 15 bis 30 μm (z. B.
etwa 12–14 μm) für ein etwas
weniger kompaktes Layout handeln kann. Es können aber auch andere Abstände verwendet
werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
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In 2 kann
der untere Abschnitt der ersten primären Wicklung 201 dieselbe
lineare Stromflussrichtung (z. B. von rechts nach links) wie der obere
Abschnitt der zweiten primären
Wicklung 203 aufweisen. Der untere Abschnitt der ersten
primären Wicklung 201 kann
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung magnetisch mit dem oberen Abschnitt der zweiten primären Wicklung 203 gekoppelt
sein. Entsprechend kann der untere Abschnitt der zweiten primären Wicklung 208 dieselbe lineare
Stromflussrichtung (z. B. von links nach rechts) wie der obere Abschnitt
der dritten primären Wicklung 205 aufweisen.
Dementsprechend kann der untere Abschnitt der zweiten primären Wicklung 203 magnetisch
mit dem oberen Abschnitt der dritten primären Wicklung gekoppelt werden.
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Wie
weiter oben erläutert,
kann die primäre Wicklung 203 des
zweiten Transformators 208 magnetisch mit dem ersten und
dem dritten Transformator 207, 209 gekoppelt werden.
Dazu kann jedoch die primäre
Wicklung 203 des zweiten Transformators mit einer ersten
sich drehenden Stromflussrichtung versehen werden, während die
primären
Wicklungen 201, 205 des ersten und des dritten
Transformators 207, 209 mit einer zweiten sich
drehenden Stromflussrichtung versehen werden können, die sich von der ersten
sich drehenden Stromflussrichtung unterscheidet oder dieser entgegen
gesetzt ist. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung kann die zweite primäre Wicklung 203 mit
einer sich drehenden Stromflussrichtung gegen den Uhrzeigersinn
versehen werden, um eine lineare Stromflussrichtung von rechts nach
links in dem oberen Abschnitt und eine lineare Stromflussrichtung
von links nach rechts in dem unteren Abschnitt vorzusehen. Weiterhin
können
die erste und die dritte primäre Wicklung 201, 205 mit
einer sich drehenden Stromflussrichtung im Uhrzeigersinn versehen
werden, um eine lineare Stromflussrichtung von links nach rechts in
den entsprechenden oberen Abschnitten und eine lineare Stromflussrichtung
von rechts nach links in den entsprechenden unteren Abschnitten
vorzusehen.
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Um
die zweite primäre
Wicklung 203 mit einer ersten sich drehenden Stromflussrichtung
(z. B. gegen den Uhrzeigersinn) zu versehen, kann an dem ersten
Eingangsanschluss 222 ein negatives Eingangssignal vorgesehen
werden und kann an dem zweiten Eingangsanschluss 223 ein
positives Eingangssignal vorgesehen werden. Weiterhin können die
ersten Eingangsanschlüsse 220, 224 und
die zweiten Eingangsanschlüsse 221, 225 für die ersten und
die dritten primären
Wicklungen 201, 205 mit entgegen gesetzten Polaritäten in Bezug
auf die zweite primäre
Wicklung 203 verbunden werden. Zum Beispiel können die
ersten Eingangsanschlüsse 220, 224 mit
einem positiven Eingangssignal verbunden werden, während die
zweiten Eingangsanschlüsse 221, 225 mit
einem negativen Eingangssignal verbunden werden können. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die Verstärker
der ersten Stufe 211, 213, 215 derart
verbunden werden, dass die erforderlichen negativen oder positiven
Eingangssignale an den entsprechenden ersten Eingangsanschlüssen 220, 222, 224 und
zweiten Eingangsanschlüssen 221, 223, 225 vorgesehen werden.
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Wie
weiterhin in 2 gezeigt kann gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung an dem ersten Ausgangsanschluss 228 für den zweiten
Transformator 208 ein negatives Ausgangssignal vorgesehen
werden und kann an dem zweiten Ausgangsanschluss 229 ein
positives Ausgangssignal vorgesehen werden. Weiterhin können gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung an den ersten Ausgangsanschlüssen 226, 230 für den ersten
und den dritten Transformator 207, 209 ein positives
Ausgangssignal vorgesehen werden und können an den zweiten Ausgangsanschlüssen 227, 231 ein
negatives Ausgangssignal vorgesehen werden. Die Verstärker 212, 214, 216 der
zweiten Stufe empfangen die negativen oder positiven Ausgangssignale
aus den entsprechenden ersten Ausgangsanschlüssen 226, 228, 230 und
den zweiten Ausgangsanschlüssen 227, 229, 231.
Es ist also zu beachten, dass gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der Verstärker in Übereinstimmung
mit der für
die Transformatoren gewünschten
Stromflussrichtung zugeordnet werden können.
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3 zeigt
ein Beispiel für
einen kompakten Aufbau für
mehrere Transformatoren mit Wicklungen mit mehreren Windungen gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung. Insbesondere zeigt 3 einen
ersten Transformator 305 und einen zweiten Transformator 306.
Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung kann der erste Transformator 305 eine primäre Wicklung 301 mit mehreren
Windungen (z. B. 2 oder mehr Windungen) und eine sekundäre Wicklung 302 mit
mehreren Windungen (z. B. 2 oder mehr Windungen) enthalten. Die primäre Wicklung 301 mit
mehreren Windungen kann gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung eine Vielzahl von inneren und äußeren Abschnitten 301a–c umfassen,
die über
ein oder mehrere Drahtbondings, Durchgänge oder andere elektrische
Verbindungen miteinander verbunden sind. Die sekundäre Wicklung 302 kann
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung eine Vielzahl von inneren und äußeren Abschnitten 302a–c umfassen,
die über
ein oder mehrere Drahtbondings, Durchgänge oder andere elektrische
Verbindungen miteinander verbunden sind. Entsprechend kann der zweite
Transformator 306 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung eine primäre Wicklung 303 mit
mehreren Windungen (z. B. 2 oder mehr Windungen) und eine sekundäre Wicklung 304 mit
mehreren Windungen (z. B. 2 oder mehr Windungen) enthalten. Die
primäre
Wicklung 303 mit mehreren Windungen kann gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung eine Vielzahl von inneren und äußeren Abschnitten 303a–c umfassen, die über ein
oder mehrere Drahtbondings, Durchgänge oder andere elektrische
Verbindungen miteinander verbunden sind. Die sekundäre Wicklung 304 mit mehreren
Windungen kann gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung eine Vielzahl von inneren und äußeren Abschnitten 304a–c umfassen, die über ein
oder mehrere Drahtbondings, Durchgänge oder andere elektrische
Verbindungen miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung kann der Abstand zwischen den benachbarten Abschnitten 301b, 303a der
primären Wicklungen 303, 303 mit
mehreren Windungen minimiert werden, um ein kompaktes Layout vorzusehen. Zum
Beispiel kann der Abstand zwischen den benachbarten Abschnitten 301b, 303a kleiner
als 50 μm sein
und etwa im Bereich eines minimalen Abstands bis zu 15 μm (z. B.
0,01–6 μm) liegen,
um ein sehr kompaktes Layout vorzusehen, oder im Bereich von 15
bis 30 μm
liegen, um ein etwas weniger kompaktes Layout vorzusehen. Es können auch
andere Abstandsbereiche verwendet werden, ohne dass deshalb der
Erfindungsumfang verlassen wird.
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In 3 kann
die primäre
Wicklung 301 mit mehreren Windungen mit einer ersten sich
drehenden Stromflussrichtung (z. B. gegen den Uhrzeigersinn) versehen
werden und kann die Wicklung 303 mit mehreren Windungen
mit einer zweiten sich drehenden Stromflussrichtung (z. B. im Uhrzeigersinn) versehen
werden, die der ersten Drehrichtung entgegen gesetzt ist. Wenn also
der untere Abschnitt 301b der primären Wicklung 301 mit
mehreren Windungen eine lineare Stromflussrichtung (z. B. von links
nach rechts) aufweist, kann diese gleich derjenigen des oberen Abschnitts 303a der
primären
Wicklung 303 mit mehreren Windungen sein. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können der
untere Abschnitt 301b und der obere Abschnitt 303a magnetisch
miteinander gekoppelt sein.
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Um
die erste primäre
Wicklung 301 mit mehreren Windungen mit der ersten sich
drehenden Stromflussrichtung zu versehen, kann die primäre Wicklung 301 mit
mehreren Windungen Eingangssignale von einem ersten Eingangsanschluss 310 für ein negatives
Eingangssignal und von einem zweiten Eingangsanschluss 311 für ein positives
Eingangssignal empfangen. Die sekundäre Wicklung 302 mit mehreren
Windungen kann Ausgangssignale an einem ersten Ausgangsanschluss 320 für ein negatives
Ausgangssignal und einem zweiten Ausgangsanschluss 321 für ein positives
Ausgangssignal ausgeben.
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Um
dagegen die zweite primäre
Wicklung 303 mit mehreren Windungen mit der zweiten sich drehenden
Stromflussrichtung zu versehen, die der ersten sich drehenden Stromflussrichtung
entgegen gesetzt ist, kann die primäre Wicklung 303 mit
mehreren Windungen Eingangssignale von einem ersten Eingangsanschluss 312 für ein positives
Eingangssignal und einem zweiten Eingangsanschluss 313 für ein negatives
Eingangssignal empfangen. Die sekundäre Wicklung 304 mit
mehreren Windungen kann Ausgangssignale an einem ersten Ausgangsanschluss 322 für ein positives
Ausgangssignal und an einem zweiten Ausgangsanschluss 323 für ein negatives Ausgangssignal
vorsehen. Dabei ist zu beachten, dass die Eingangsanschlüsse und
die Ausgangsanschlüsse
auch an anderen Positionen vorgesehen werden können, ohne dass deshalb der
Erfindungsumfang verlassen wird.
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4 zeigt
das kompakte Layout von 1A, in
dem gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung die mehreren Transformatoren über mittlere Abgreifanschlüsse mit
Gleichstrom versorgt werden. Wie in 4 gezeigt,
kann jede primäre
Wicklung 111, 113 einen entsprechenden mittleren
Abgreifanschluss 401, 402 umfassen. Entsprechend
kann jede sekundäre
Wicklung 112, 114 einen entsprechenden mittleren
Abgreifanschluss 403, 404 umfassen. Die mittleren
Abgreifanschlüsse 401, 402, 403, 404 können bei
virtuellen Wechselstromerden liegen, wenn Differentialsignale an
den entsprechenden Eingangsanschlüssen 103, 104 und 105, 106 eingegeben
werden. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
eine oder mehrere Gleichstrom-Vorspannungen 411–414 über den
einen oder die mehreren mittleren Abgreifanschlüsse 401–404 zugeführt werden.
Gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung können
die Positionen der mittleren Abgreifanschlüsse 401–404 einer
mittleren oder symmetrischen Position der entsprechenden primären Wicklungen 111, 113 oder
sekundären
Wicklungen 112, 114 entsprechen. In einer anderen
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die Positionen der mittleren Abgreifanschlüsse 401–404 auch
von einer mittleren oder symmetrischen Position abweichen.
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5 zeigt
einen beispielhaften kompakten Aufbau für mehrere Transformatoren von 1A,
in dem gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der
Erfindung mehrere Transformatoren über mittlere Abgreifanschlüsse mit
Abstimmungsblöcken
verbunden sind. Wie in 5 gezeigt, kann jede primäre Wicklung 111, 113 einen
entsprechenden mittleren Abgreifanschluss 501, 502 aufweisen.
Entsprechend kann jede sekundäre
Wicklung 112, 114 eine entsprechenden mittleren
Abgreifanschluss 503, 504 aufweisen. Die mittleren
Abgreifanschlüsse 501, 502, 503, 504 können bei
virtuellen Wechselstrommassen liegen, wenn Differentialsignale an
den entsprechenden Eingangsanschlüssen 103, 104 und 105, 106 eingegeben
werden. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
ein oder mehrere Abstimmungsblöcke 511, 512, 513, 514 über entsprechende
mittlere Abgreifanschlüsse 501–504 mit
den entsprechenden Wicklungen 501, 504 verbunden
sein. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
ein oder mehrere Abstimmungsblöcke 511–514 genutzt
werden, um die Frequenzeigenschaften der Transformatoren 101, 102 einzustellen.
Zum Beispiel können
die Abstimmungsblöcke 511, 514 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung betrieben werden, um die Frequenzbänder der Kopplung zu steuern,
einzustellen, zu filtern oder auf andere Weise abzustimmen. In einem
anderen Beispiel können die
Abstimmungsblöcke 511–514 Resonanzschaltungen
sein, die betrieben werden, um wahlweise eine oder mehrere Frequenzblöcke zu verstärken oder
zu unterdrücken.
Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die Abstimmungsblöcke 511–514 beliebige
komplexe Impedanzen von 0 bis unendlich für ein oder mehrere Frequenzbänder aufweisen.
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6A ist
eine schematische Ansicht eines beispielhaften Abstimmungsblocks
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung. Wie in 6A gezeigt, kann der Abstimmungsblock
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung eine Resonanzschaltung sein, die aus einem kapazitiven
Bauelement 601 und einem induktiven Bauelement 602 besteht,
die in Reihe geschaltet sind. Der Anschluss 600 der Resonanzschaltung
kann gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung mit einem mittleren Abgreifanschluss einer primären und/oder
sekundären
Wicklung verbunden sein. Die Resonanzschaltung von 6A kann
gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform
eine assoziierte Resonanzfrequenz fn 603 aufweisen.
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6B ist
eine andere schematische Ansicht eines beispielhaften Abstimmungsblocks
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung. Wie in 6B gezeigt, kann der Abstimmungsblock
eine Resonanzschaltung sein, die aus einem kapazitiven Bauelement 611 und
einem induktiven Bauelement 612 besteht, die parallel geschaltet sind.
Der Anschluss 610 der Resonanzschaltung kann gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung mit einem mittleren Abgreifanschluss einer primären und/oder
einer sekundären
Wicklung verbunden sein. Die Resonanzschaltung kann gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung eine Resonanzfrequenz fn 613 aufweisen.
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6C ist
eine weitere schematische Ansicht eines beispielhaften Abstimmungsblocks
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung. Wie in 6C gezeigt, kann eine Resonanzschaltung
mit einer Vielzahl von Resonanzfrequenzen wie etwa fn1 627,
fn2 628 und fn3 629 vorgesehen sein. Zum Beispiel
können
ein kapazitives Bauelement 621 und ein induktives Bauelement 622 in Reihe
verbunden sein, um die Resonanzfrequenz fn1 627 vorzusehen.
Entsprechend kann das kapazitive Bauelement 623 in Reihe
mit dem induktiven Bauelement 624 verbunden werden, um
eine Resonanzfrequenz fn2 628 vorzusehen. Außerdem kann
das kapazitive Bauelement 625 in Reihe mit dem induktiven Bauelement 626 verbunden
sein, um die Resonanzfrequenz fn3 629 vorzusehen. Der Anschluss 620 der Resonanzschaltung
kann gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung mit einem mittleren Anschluss einer primären und/oder
sekundären Wicklung
verbunden sein. Es ist zu beachten, dass 6C eine
bestimmte Konfiguration für
eine Resonanzschaltung zeigt, wobei jedoch in anderen Ausführungsformen
der Erfindung der Typ der seriellen/parallelen Resonanzschaltungen
variieren kann, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
Weiterhin sind die Abstimmungsblöcke
als mit mittleren Abgreifanschlüssen
verbunden gezeigt, wobei jedoch in anderen Ausführungsformen der Erfindung
die Abstimmungsblöcke
auch an anderen Positionen mit den primären Wicklungen verbunden sein können.
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Es
ist zu beachten, dass die Werte und Parameter der kapazitiven und
induktiven Bauelemente von 6A–6C gewählt werden
können,
um eine oder mehrere gewünschte
Resonanzfrequenzen vorzusehen. Weiterhin können die Resonanzschaltungen
auch resistive Bauelemente enthalten. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die eine oder die mehreren Resonanzfrequenzen des Abstimmungsblocks
verwendet werden, um ungewünschte
Harmonische zu filtern oder andere Harmonische an der einen oder
den mehreren Resonanzfrequenzen zu verstärken, um dadurch die Frequenzen
der Kopplung zu steuern.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die Layouts für
die hier beschriebenen Transformatoren unter Verwendung eines planaren
Aufbaus oder eines gestapelten Aufbaus implementiert werden. Bei
einem planaren Aufbau kann die Vielzahl der Transformatoren im wesentlichen
in derselben Metallschicht platziert werden. Zum Beispiel können wie
in dem beispielhaften Aufbau mit einem planaren Substrat von 7 gezeigt
die Vielzahl von Transformatoren auf derselben ersten Metallschicht 702 ausgebildet
sein. Die Leitungen zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen oder
zwischen den Abschnitten der primären/sekundären Wicklung können unter
Verwendung von einem oder mehreren Durchgängen, Drahtbondings oder anderen
elektrischen Verbindung vorgesehen werden.
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Gemäß einer
anderen beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die Layouts der Transformatoren auch unter Verwendung eines gestapelten
Aufbaus implementiert werden. Zum Beispiel kann in dem gestapelten
Substrat von 8 ein erster Transformator auf
der Metallschicht 802 ausgebildet werden, während ein
zweiter Transformator auf der Metallschicht 804 ausgebildet
wird. Die Leitungen zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen oder
zwischen den Abschnitten der primären/sekundären Wicklungen können unter
Verwendung von einem oder mehreren Durchgängen, Drahtbondings oder anderen
elektrischen Verbindung vorgesehen werden.
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Der
Fachmann kann zahlreiche Modifikationen und alternative Ausführungsformen
auf der Basis der vorliegenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen
entwickeln. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt, sondern
wird durch die beigefügten
Ansprüche
definiert. Die beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhafte
aufzufassen.