JP3656050B2 - モノリシック集積化トランス - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、モノリシック集積化トランスに関し、殊に、できる限り高い結合係数を有する高周波トランスに関する。
【０００２】
このようなトランスは米国特許第４８１６７８４号から公知であり、ここでは巻線の導体路および交差は、隣り合う導体路が別個の巻線に所属し、これによって殊に良好な磁気的な結合が得られるように配置されている。
【０００３】
本発明の課題は、１次巻線数よりも少ない２次巻線数を有するモノリシック集積化トランスを提供して、慣例のシリコン−バイポーラ半導体テクノロジの、実現可能な３つのメタライゼーション面を利用するよって、このモノリシック集積化トランスが殊に高い結合係数を有するようにすることである。
【０００４】
この課題は本発明により、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成によって解決される。
【０００５】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００６】
本発明の実質的なアイデアは、巻線にスリットを設け、ないしはこの巻線の導体路を並列接続し、これらの並列接続された導体路間に別の巻線の導体路を配置することにある。ここでこの別の巻線にも例えば相応にスリットを入れることができる。
【０００７】
以下では本発明を具体的な実施例に基づいて詳しく説明する。ここで、
図１は、巻線配線図と本発明のトランスの回路図とを示しており、
図２は、図１のトランスを３次元的に上側から示した図であり、
図３は、相応に下側から示した図である。
【０００８】
図１には本発明のトランスが、１次側および２次側センタタップを有する６：２変圧器により巻線配線図で示されている。第１の１次側端子Ｐ＋と、１次側センタタップＰＣＴとの間には３つの巻線Ｐ１，Ｐ２およびＰ３があり、１次側センタタップＰＣＴと、第２の１次側端子Ｐ−との間には別の３つの巻線Ｐ４，Ｐ５およびＰ６がある。第１の２次側端子Ｓ＋と、２次側センタタップＳＣＴとの間には、並列接続された３つの導体路からなる巻線Ｓ１がある。２次側センタタップＳＣＴと、２次側巻線の第２端子との間には、同様に並列接続された３つの導体路からなる巻線Ｓ２がある。図１の巻線配線図では導体路は、接続領域Ｖ１〜Ｖ６および交差領域Ｋ，Ｋ１〜Ｋ５を除いて、同心円の形態で配置されており、これらの同心円は図１において半径が小さくなる順に参照符号１〜１２が付されている。第１の１次側巻線Ｐ１は、外側の導体路１と、交差Ｋ１の半分と、導体路３′と、交差Ｋ２の半分とからなり、この交差Ｋ２の半分は、導体路５との接続、ひいては巻線Ｐ２との接続を形成する。巻線Ｐ２の導体路５は、交差Ｋ３の半分を介して導体路８′に接続されており、また交差Ｋ４の半分を介してすでに巻線Ｐ３に所属する導体路１０に接続されている。巻線Ｐ３に所属する導体路１０は、交差Ｋ５の半分と、導体路１２′とを介して１次側センタタップＰＣＴに接続されている。これに対して巻線Ｐ４，Ｐ５およびＰ６は鏡映対称に配置されており、ここでセンタタップＰＣＴは巻線Ｐ４の導体路１２と、交差Ｋ５の別の半分とを介して、さらに交差Ｋ４の別の半分を介して導体路８に接続されている。これはすでに巻線Ｐ５に所属している。巻線Ｐ５は、導体路８と、交差Ｋ３の他方の半分と、導体路５′と、交差Ｋ２の別の半分とからなり、これは導体路３に接続されている。巻線Ｐ６は、導体路３と、ノードＫ１の別の半分と、導体路１′とからなり、これは端子Ｐ−に接続されている。端子Ｓ＋とセンタタップＳＣＴとの間の２次巻線Ｓ１は、接続領域Ｖ１と、並列接続された３つの導体路２，４，および６と、接続領域Ｖ３と、交差領域Ｋの半分と、接続領域Ｖ６と、並列接続された３つの導体路１１′，９′，７′と、接続領域Ｖ７とによって形成されている。センタタップＳＣＴと端子Ｓ−との間の第２の２次側巻線Ｓ２は、接続領域Ｖ２と、並列接続された３つの導体路２′，４′および６′と、接続素子Ｖ５と、交差領域Ｋの半分と、接続領域Ｖ４と、並列接続された３つの導体路７，９および１１と、接続領域Ｖ７とによって形成されている。２つの１次巻線も、２つの２次巻線も共に実践的に、相互に入り込んだ鏡映対称のらせんを形成しており、ここで接続ないしは交差領域を除けば、１次巻線は２次巻線内にある。導体路を実質的に円形かつ同心に配置することによって、殊に良好な磁気的な結合が得られる。ここでこの円形は実践的な実現においては頂点数Ｎ＞４の多角形によって近似される。
【０００９】
図２および３にはこのトランスの例が３次元的に示されている。ここで図２は上側から見ており、図３は下側から見ている。図２から明らかであるのは、１次巻線が、接続および交差領域の領域において貫通コンタクトする２つのメタライゼーション層Ｍ１およびＭ２にあり、ここに端子Ｐ＋とＰ−も設けられていることである。センタタップＰＣＴは第３メタライゼーション層Ｍ３にあり、かつ接続および交差領域において貫通コンタクトを介して第１および第２メタライゼーション層に接続されている。図３から明らかであるのは、２次巻線が、接続および交差領域以外で３つのメタライゼーション層すべてに延在しており、貫通コンタクトＤを介して、第３メタライゼーション層にある２次側端子Ｓ＋と、ＳＣＴと、Ｓ−とに接続されていることである。２次側で３つのメタライゼーション層すべて利用することによって２次巻線のオーム抵抗が最小化される。これは有利であるが本発明にとっては必須ではない。
【００１０】
本発明の別の有利な実施形態では、図２および３のようにスリットをいれた２次巻線を適切に設計して、比較的大きいことによるオーム抵抗が、各部分巻線、ないしは導体路２，４，６，７，９，および１１，ないしは導体路２′，４′，６′，７′，９′，および１１′において等しくなるようにする。これは２次巻線の導体路の断面を半径方向に線形に大きくすることによって達成される。メタライゼーション層の厚さは十分に一定であるため、このことは実践的は導体路の幅を線形に大きくすることを意味する。
【００１１】
当然のことながら２次巻線の代わりに１次巻線に相応にスリットを入れることも可能である。
【００１２】
しかしながら２次巻線の他に同時に１次巻線にもスリットを入れることもできる。この場合、巻線は実践的には相互に入り込み、別個の巻線の並列接続された複数の導体路は半径方向に交互に配置される。
【００１３】
このトランスの絶対的サイズ、実践的にはほとんど役割がなく、最適な機能ないしは固有振動周波数の周波数領域を決定するだけである。８００〜９００ＭＨｚの周波数に対する最適なトランスの直径は例えば約４００μｍである。
【００１４】
このようなトランスによって、完全にモノリシック集積化された、効率の高い高周波電力増幅器を、シリコン−バイポーラ−テクノロジにより移動無線ないしはＧＳＭ移動部のために実現することができる。それはこれによって高周波を高周波増幅段間で別の外部素子なしに整合できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 巻線配線図と本発明のトランスの回路図である。
【図２】 図１のトランスを３次元的に上側から示した図である。
【図３】 図１のトランスを３次元的に下側から示した図である。

Claims (5)

1. １次巻線および／または２次巻線（Ｓ１，Ｓ２）の少なくとも一方はスリットを有しており、
   該スリットの各導体路（２，４，６；７，９，１１）は並列接続されており、
   当該並列接続された導体路の間に、それぞれ別の巻線（Ｐ１〜Ｐ６）の少なくとも一部（３，５；８，１０）が設けられていることを特徴とする
   モノリシック集積化トランス。
2. １次巻線にも２次巻線にも、接続領域（Ｖ１〜Ｖ７）および交差領域（Ｋ，Ｋ１〜Ｋ５）の他に、実質的に同心的に配置された円形セグメント状の導体路（１〜１２；１′〜１２′）を有する
   請求項１に記載のモノリシック集積化トランス。
3. 前記導体路（２，４，６；７，９，１１）の断面が半径方向に大きくなっている
   請求項１または２に記載のモノリシック集積化トランス。
4. １次巻線が、接続および交差領域を除いて完全に２つのメタライゼーション層（Ｍ１，Ｍ２）に延在しており、
   ２次巻線が、接続および交差領域を除いて完全に３つのメタライゼーション層（Ｍ１〜Ｍ３）に延在している
   請求項１から３までのいずれか１項に記載のモノリシック集積化トランス。
5. １次巻線は、第１の１次巻線部分（Ｐ１〜Ｐ３）と、第２の１次巻線部分（Ｐ４〜Ｐ６）とからなっており、
   前記１次巻線部分はタップ（ＰＣＴ）を介して相互に接続されており、
   第１の１次巻線部分の個々の導体路（１，５，１０）は、第２の１次巻線部分の導体路（３，８，１２）と半径方向に交互に配置されており、かつ共通の平面の射影にて鏡映対称に延在している
   請求項１から４までのいずれか１項に記載のモノリシック集積化トランス。

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