JP7308801B2 - 低スプリアス電界インダクタ設計 - Google Patents
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Description
本発明は、誘導素子及び電子システムに関する。
市販されている電子デバイスの種類の数は、過去数年間で非常に増加しており、新しいデバイスの導入率は低下する兆候を示していない。タブレット、ラップトップ、デスクトップ、及び一体型のコンピュータ、携帯電話、ウェアラブルコンピューティングデバイス、記憶デバイス、ポータブルメディアプレーヤ、ナビゲーションシステム、アダプタ、モニタ、並びにその他などのデバイスが広く普及している。
これらのデバイスの機能も、同様に非常に増加している。これにより、これらの電子デバイスの内部の複雑さが増大している。電子デバイスは、現在、１つ以上のプロセッサ、無線機、ディスプレイ、及び他の構成要素を含むことができる。
これらの回路の多くは、１つ以上のスイッチングレギュレータ回路によって電力を供給することができる。例えば、スイッチングレギュレータは、バッテリ電圧を受信することができ、バッテリ電圧をバッテリ電圧よりも高い電圧まで昇圧することができる。これらのより高い電圧は、電子デバイス内のこれらの回路の電源電圧として使用することができる。
これらのスイッチングレギュレータは、インダクタ内の電流が瞬時に変化しないという原理に依拠する。そのようなインダクタ電流を使用して、コンデンサを充電することができ、充電されたコンデンサは、次いで、受信された入力バッテリ電圧よりも高い出力電源電圧を提供することができる。これを達成するために、インダクタの端子を、比較的大きな電圧スイングによって駆動することができ、これらの電圧スイングは、比較的速くてもよい。
インダクタ自体は、ループ状ワイヤのコイルであってもよい。これらのワイヤは、シールドされていなくてもよい。これらのシールドされていないワイヤと大きく速い過渡電圧との組み合わせにより、これらのスイッチングレギュレータが大きなスプリアス電界を発生させることになり得る。
これらの大きなスプリアス電界は、電子デバイス内の他の回路に結合することがあり、それによって、それらの性能を劣化させることがある。結果として、スイッチングレギュレータの付近にある潜在的に脆弱な回路は、離して移動させる必要があり得る。あるいは、それは、スイッチングレギュレータ又はインダクタ自体をシールドする必要があり得ることを意味し得る。
したがって、低減されたスプリアス電界を発生させるインダクタが必要とされている。
したがって、本発明の実施形態は、低減されたスプリアス電界を発生させるインダクタを提供することができる。本発明の例示的な実施形態は、インダクタの端子によって伝達される信号のタイプを決定し、次いで、その決定に基づいて端子の位置を選択することによって、スプリアス電界を低減する位置にインダクタの端子が配置されている、インダクタを提供することができる。
本発明のこれら及び他の実施形態は、２つのレベル上のループ状コイル又はひと続きのループで形成することができるインダクタを提供することができる。すなわち、インダクタは、２つの積み重ねられたひと続きのループで形成することができるが、１つ、３つ、４つ、又は５つ以上の積み重ねられたひと続きのループを使用することができる。２つのひと続きのループが使用される場合、インダクタは、各ひと続きのループに関して、物理的中心付近の最も内側のループ、及び、インダクタの周辺付近の最も外側のループを含むことができる。インダクタの物理的中心付近の最も内側のループ上の信号は、インダクタのひと続きのループによって、外部回路から少なくともある程度遮断することができる。これにより、外部回路をインダクタにより近接して配置することが可能になり、それにより、電子デバイス内のスペースを節約することができる。最も外側のループ上の信号は、このようにシールドされないことがあり、外部回路により容易に結合することができる。したがって、インダクタの端子が大きな動的（ＡＣ）信号を伝達する場合、端子は、インダクタの物理的中心付近に配置されて、結合を低減することができる。逆に、端子が静穏な非動的（ＤＣ）信号を伝達する場合、端子は、基板ルーティングを簡略化するために、インダクタの最も外側のループ上に実装することができる。
例えば、動的差動電圧が端子に印加される回路では、インダクタの電気的中心における信号レベルは、比較的静穏かつ非動的であり得る。したがって、この回路構成では、インダクタの端子は、インダクタの物理的中心に実装することができ、インダクタの物理的中心は、近隣の回路に対してより少ない結合を提供する。これにより、インダクタの静穏な電気的中心を物理的インダクタの周辺又は最も外側のループに置くことができる。インダクタの最も外側のループは、隣接する回路により効率的に結合することができるので、最も外側のループ上に比較的静穏な信号を有することにより、隣接する回路に対する実際の結合を低減することができる。
別の回路構成では、インダクタにわたる信号は、シングルエンド信号であってもよい。例えば、インダクタの第１の端子は、動的なシングルエンド入力を受信することができ、一方、インダクタの第２の端子は、非動的信号を伝達することができる。これに応じて、第１の端子は、インダクタの物理的中心付近に配置されて、結合を低減することができる。第２の端子は、非動的であり、かつ近隣の回路に対してより少ない結合を生成することができるため、インダクタの最も外側のループ上に実装することができる。この最も外側のループ上の第２の端子の配置は、基板ルーティングを簡略化するのに役立つことができる。
別の回路構成では、インダクタの両方の端子は、非動的信号を伝達することができる。結果として、端子からの結合が懸念される可能性がないため、両方の端子を物理的インダクタの最も外側のループ上に実装することができる。最も外側のループ上に両方の端子を配置することにより、他の配置オプションと比較して単純に基板ルーティングを行うことができる。
別の回路構成では、両方の端子は、動的信号を伝達することができ、動的信号は、差動信号ではない。そのような構成では、インダクタの最も静穏な電気部分を決定することができる。次いで、最も静穏な電気部分を、インダクタの最も外側のループとして実装することができる。次いで、端子を適切に配置することができる。場合によっては、端子は、インダクタの物理的中心に配置することができる。しかし、最も静穏な電気部分が電気的中心付近にない場合、２つのひと続きのループのうちの１つは、他方よりも多くのループを有することができ、これはスペースを浪費することがある。インダクタに必要なスペースは、インダクタの物理的中心又はインダクタの最も外側のループのいずれかから離れた物理的位置に端子を移動させることによって、低減することができる。
いくつかの状況では、インダクタの最もノイズが多い部分は、端子でなくてもよい。そのような場合、インダクタのループによって提供されるシールドを利用するために、インダクタの最もノイズが多い部分をインダクタの物理的中心に実装することが望ましいことがある。再び、これは、端子をインダクタの物理的中心と最も外側のループとの間に最良に配置することができることを意味し得る。
これらのインダクタは、さまざまな方法で製造することができる。例えば、２つ以上のレベルのそれぞれは、アルキメデスらせん（Archimedean spiral）、フェルマーのらせん（Fermat's spiral）の１つの分岐、インボリュート、Ａｔｚｅｍａらせん、又は他の種類のらせん若しくはパターンとして形成された、ひと続きのコイル又はループを含むことができる。本発明のこれら又は他の実施形態では、ひと続きのコイル又はループは、ヘリックス（helix）、コンコイドらせん（conchospiral）、又は他のらせん若しくはパターンに従うことができる。
本発明のさまざまな実施形態では、インダクタは、スタンピング、金属射出成形、機械加工、微細加工、３Ｄ印刷、又は他の製造プロセスによって形成することができる。それらは、ステンレス鋼、鋼、銅、チタン銅、リン青銅、若しくは他の材料、又は材料の組み合わせで形成することができる。それらは、ニッケル、金、又は他の材料でメッキ又は被覆することができる。
本発明の実施形態は、ポータブルコンピューティングデバイス、タブレットコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、オールインワンコンピュータ、携帯電話、ウェアラブルコンピューティングデバイス、記憶デバイス、ポータブルメディアプレーヤ、ナビゲーションシステム、モニタ、電源、アダプタ、遠隔制御デバイス、充電器、及び他のデバイスなどのさまざまな種類のデバイス内に配置することができるインダクタを提供することができる。これらのインダクタは、セラミックパッケージ又は他の方法での集積回路上のさまざまな金属層を使用して実装することができる。
本発明のさまざまな実施形態は、本明細書に記載されたこれらの及び他の特徴のうちの１つ以上を組み込むことができる。以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することによって、本発明の性質及び利点のより良い理解を得ることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチングレギュレータを示す。この図は、他の含まれる図と同様に、説明のために示されており、本発明の可能な実施形態又は請求項のいずれをも限定するものではない。
この図は、単一インダクタマルチ出力ブーストレギュレータを示す。バッテリ電圧であってもよい電源ＶＤＤは、トランジスタＭ１のソースで受信することができる。ブーストレギュレータは、この電圧を昇圧して、コンデンサＣ１及びＣ２にわたる調整された出力ＶＯＵＴ１及びＶＯＵＴ２を提供することができ、ＶＯＵＴ１上の出力電圧は、入力電圧ＶＤＤよりも高く、ＶＯＵＴ２上の出力電圧は、負であり、かつＶＤＤよりも高い大きさとすることができる。入力信号ＶＩＮ１、ＶＩＮ２、ＶＩＮ３、及びＶＩＮ４は、ブーストレギュレータの制御回路（図示せず）によって提供されてもよい。
以下に示すように、ノードＬＮ及びＬＰ上の電圧は、動的信号であってもよい。すなわち、これらの信号は、比較的大きい振幅を有することができ、比較的速いエッジを有することができる。インダクタＬ１の端子３１２及び３２６によって伝達されると、これらの電圧は、比較的大きなスプリアス電界を発生させ得る。近隣の回路は、信号結合を低減するために、このブーストレギュレータから離して移動させる必要があり得る。
本発明のこれら及び他の実施形態は、低スプリアス電界を発生させるインダクタを提供することができる。電界が低減されるので、近隣の回路を、インダクタ又はスイッチングレギュレータのより近くに移動させることができ、それによって、基板スペースを節約することができる。すなわち、近隣の回路をインダクタのより近くに移動させることによって、結合（結合係数として考えることができる）を増加させることがあっても、近隣の回路に結合された信号の実際の量は、インダクタにより、より低いスプリアス電界を発生させることによって、低減又は維持することができる。
したがって、インダクタＬ１は、低スプリアス電界を発生させるように構成することができる。例えば、インダクタＬ１は、２つのひと続きのコイル又はループ３１０及び３２０で構成することができる。これらのひと続きのループは、レベル変換３３０によって直列に接続されてもよい。ひと続きのループ３１０及び３２０は、別個のレベル上にあってもよく、積み重ねられた構成で一方の上にもう一方を少なくとも概ね位置合わせされてもよい。インダクタＬ１の物理的中心における信号は、２つのひと続きのループ３１０及び３２０内の個々のループのシールド効果に起因して、近隣の回路に対して低減された結合を有することができる。逆に、インダクタＬ１の最も外側のループ３１８及び３２８（図３に示す）は、隣接する回路に対して最大の結合を有することができる。したがって、大きな電圧が存在する端子３１２及び３２６は、ひと続きのループ３１０及び３２０によってシールドすることができるインダクタＬ１の物理的中心付近に実装することができる。ノードＬＰ及びＬＰ上の信号は少なくともある程度差動的であるため、インダクタＬ１の電気的中心は、比較的静穏かつ非動的であり得る。したがって、インダクタＬ１の電気的中心は、インダクタＬ１と近隣の回路との間の実際の信号結合を低減するために、ひと続きのループ３１０及び３２０の外側又は最も外側のループ３１８及び３２８として実装することができる。これにより、回路（図示せず）をインダクタＬ１により近接して配置することが可能になり、それによって、電子デバイス内のスペースを節約することができる。
図２は、図１の回路の動作を示すタイミング図である。時間Ｔ０において、入力信号ＶＩＮ１は、低になり、それによって、ｐチャネルトランジスタＭ１をオンにして、インダクタノードＬＮをＶＤＤに接続することができる。入力信号ＶＩＮ２は、高になり、ｎチャネルトランジスタＭ２をオンにして、ノードＬＰを接地に結合することができる。したがって、電流ＩＬは、インダクタＬ１を通って流れることができる。時間Ｔ１において、インダクタ電流ＩＬは、所望のレベルに到達することができ、ＶＩＮ２は、低に駆動され、それによってトランジスタＭ２をオフにすることができる。入力信号ＶＩＮ３は、高になり、トランジスタＭ３をオンにすることができ、それによってノードＬＰを出力ＶＯＵＴ１に結合することができる。電流ＩＬは、インダクタＬ１を通って出力ＶＯＵＴ１へと流れ続け、それによって出力コンデンサＣ１を充電することができる。時間Ｔ２において、インダクタ電流ＩＬは、ゼロに戻ることができる。
時間Ｔ３において、入力信号ＶＩＮ２は、高に戻り、再びトランジスタＭ２をオンにして、ノードＬＰを接地することができる。再び、電流は、インダクタＬ１を通って流れて、時間Ｔ４においてピークに到達することができる。時間Ｔ４において、ＶＩＮ４は、高になり、トランジスタＭ４をオンにして、ノードＬＮをＶＯＵＴ２に接続することができる。ＶＯＵＴ２は、バッテリ電圧又は電源電圧ＶＤＤを上回る大きさを有することができる負電圧であってもよい。時間Ｔ５において、ＶＩＮ４は、低に駆動され、それによってノードＬＮをＶＯＵＴ２から切断することができ、それによって、ノードＬＮ上の電圧がインダクタＬ１及びトランジスタＭ２を介して接地に戻ることを可能にすることができる。
ノードＬＮ及びＬＰ並びにインダクタＬ１の端子３１２及び３２６における電圧スイングは、バッテリ電圧ＶＤＤと出力電圧ＶＯＵＴ２との間の差の大きさとすることができる。一実施例では、バッテリ電圧又はＶＤＤは、３Ｖとなることができ、調整された出力電圧ＶＯＵＴ１は、５Ｖとなることができ、調整された電圧ＶＯＵＴ２は、－５Ｖとなることができる。したがって、インダクタノードＬＰ及びＬＮ上の電圧偏位は、最大８Ｖの大きさとなることができる。インダクタＬ１の電気的中心における電圧スイングは、この電圧差の半分となることができ、これは、インダクタＬ１の電気的中心における電圧偏位の大きさは、わずか４ボルトとなることができることを意味する。加えて、電圧偏位の変化速度（スルーレート）はまた、インダクタＬ１の電気的中心においてより低くてもよい。したがって、電気的中心をインダクタＬ１の最も外側のループとして実装することにより、低減されたスプリアス電界を有するインダクタＬ１を提供することができる。
図３は、図１の回路において使用されるインダクタを示す。インダクタＬ１は、第１の端子３１２を含むことができる。第１の端子３１２は、第１のひと続きのループ３１０の第１の端部３１４に結合することができる。第１のひと続きのループ３１０は、アルキメデスらせんに構成することができる。第１のひと続きのループ３１０の第２の端部３１６は、レベル変換３３０に結合することができる。レベル変換３３０はまた、第２のひと続きのループ３２０の第１の端部３２２に結合することができる。第２のひと続きのループ３２０は、アルキメデスらせんに構成することができる。第２の端子３２６は、第１のひと続きのループ３２０の第２の端部３２４に結合することができる。第１のひと続きのループ３１０及び第２のひと続きのループ３２０は、それら自体のレベル上にあることができる。第１のひと続きのループ３１０及び第２のひと続きのループ３２０は、同じ数のループを含むことができる。第１のひと続きのループ３１０と第２のひと続きのループ３２０とは、異なる数のループを含むことができる。最も外側のループ３１８及び３２８並びにレベル変換３３０は、インダクタＬ１の電気的中心に対応することができる。差動信号が端子３１２及び３２６によって伝達される場合、最も外側のループ３１８及び３２８は、比較的静穏かつ非動的であり得る。これらの最も外側のループ上の信号レベルが、インダクタＬ１から隣接する回路への結合を主に決定するため、この構成は、インダクタＬ１と近隣の回路との間の実際の信号結合を低減することができる。
図３のインダクタＬ１は、さまざまな方法で製造することができる。例えば、２つ以上のレベルのそれぞれは、アルキメデスらせん（Archimedean spiral）、フェルマーのらせん（Fermat's spiral）の１つの分岐、インボリュート、Ａｔｚｅｍａらせん、又は他の種類のらせん若しくはパターンとして形成された、ひと続きのコイル又はループを含むことができる。本発明のこれら又は他の実施形態では、ひと続きのコイル又はループは、ヘリックス、コンコイドらせん、又は他のらせん若しくはパターンに従うことができる。（ヘリックスらせんを図１２に示す。）アルキメデスらせんを用いた一実施例を以下の図に示す。
図４は、図３のインダクタの製造方法を示す。この実施例では、第１のひと続きのループ３１０及び第２のひと続きのループ３２０は、単一の層上に形成することができる。端子３１２及び３２６もまた、形成することができる。結果として得られる構造体は、第２のひと続きのループ３２０が第１のひと続きのループ３１０の上方に配置されるように、線４００で折り畳むことができる。端子３１２は、第１のひと続きのループ３１０を通過することができ、インダクタＬ１の底部側で利用可能とすることができる。端子３１２及び３２６は、インダクタＬ１の底部側上で利用可能とすることができ、スルーホール接点又は表面実装接点であってもよい。これらの接点は、基板又は他の適切な基材（図示せず）上の対応する接点にはんだ付けすることができる。
いくつかの状況では、インダクタの最も静穏な部分は、インダクタの電気的中心又はその付近になくてもよい。例えば、インダクタの最も静穏な部分は、インダクタの一方の端子又は別の端子に著しくより近くてもよい。そのような場合、インダクタの最も静穏な部分を最も外側のループとして実装することが依然として望ましいことがある。しかしながら、両方の端子がインダクタの物理的中心にある場合、１つのひと続きのループは、他方よりも多数のループを含むことができる。これは、インダクタによって消費されるスペースの観点から非効率であり得る。したがって、本発明のこれら及び他の実施形態は、インダクタの物理的中心と最も外側のループとの間に端子が配置されたインダクタを提供することができる。
いくつかの状況では、インダクタの最もノイズが多い部分は、端子でなくてもよい。そのような場合、インダクタのループによって提供されるシールドを利用するために、インダクタの最もノイズが多い部分をインダクタの物理的中心に実装することが望ましいことがある。再び、これは、端子をインダクタの物理的中心と最も外側のループとの間に最良に配置することができることを意味し得る。次の図に一実施例を示す。
図５は、本発明の一実施形態に係る別のインダクタを示す。この実施例では、インダクタ内の最も静穏な信号レベルの位置は、一方の端子（５１２）よりも他方の端子（５３６）により近くすることができる。本発明の一実施形態では、端子５１２から最も静穏な信号レベルの位置までの全てのループを第１のレベル上に配置することができる場合、最も静穏な信号レベルの位置から端子５３６までの全てのループは、第２のレベル上に配置することができる。そのような構成では、第１のレベル上のループの数は、第２のレベル上のループの数よりも多くてもよい。代わりに、端子５１２から最も静穏な信号レベルの位置までのループの一部は、第２のレベル上に配置することができる。
この実施例では、インダクタＬ１は、第１のひと続きのループ５１０、第２のひと続きのループ５２０、及び第３のひと続きのループ５３０を含むことができる。インダクタＬ１は、最も外側のループ５２８及び５３８を有することができる。第１の端子５１２は、第１のひと続きのループ５１０の第１の端部５１４に接続することができる。第１のひと続きのループ５１０の第２の端部５１６は、第１のレベル変換５４０に取り付けることができる。第２のひと続きのループ５２０は、第１のレベル変換５４０に結合することができる第１の端部５２２を含むことができる。第２のひと続きのループ５２０は、第２のレベル変換５５０に結合することができる第２の端部５２４で終端することができる。第２のレベル変換５５０は、第３のひと続きのループ５３０の第１の端部５３２に結合することができる。第３のひと続きのループ５３０は、第２の端子５３６に接続することができる第２の端部５３４で終端することができる。第１のひと続きのループ５１０、第２のひと続きのループ５２０、及び第３のひと続きのループ５３０は、アルキメデスらせんとして構成することができる。このインダクタＬ１は、以下の図のブーストレギュレータの文脈で示されている。
図６は、本発明の一実施形態に係る別の電子回路を示す。この回路の動作は、図１に示す回路と同じ又は同様であってもよい。この実施例では、インダクタＬ１は、３つのひと続きのループ５１０、５２０、及び５３０から構成することができる。ノードＬＮ及びＬＰは、インダクタＬ１の１つの層内の中間ループへの接続として実装することができるインダクタＬ１の端子５１２及び５３６に接続することができる。インダクタＬ１の最も静穏な部分は、端子５１２よりも端子５３６により電気的に近くすることができる。したがって、その相当な部分は、図５に示すように、第２のひと続きのループ５２０の最も外側のループ５２８及び第３のひと続きのループ５３０の最も外側のループ５３８として物理的に実装することができる。
更に他の回路構成では、インダクタの一方の端子は、大信号を見ることができ、一方、別の端子は、比較的静穏であってもよい。次の図に一実施例を示す。
図７は、本発明の一実施形態に係るバックレギュレータを示す。この実施例では、トランジスタＭ１及びＭ２は、入力電圧ＶＩＮ１及びＶＩＮ２を受信することができ、インダクタＬ１を駆動することができる。インダクタＬ１を通る電流は、コンデンサＣ１を充電し、出力電圧ＶＯＵＴを提供することができる。この実施例では、ノードＬＮは、比較的動的な信号を伝達することができ、ノードＬＰは、比較的静穏な信号又は非動的信号を伝達することができる。したがって、端子８１２は、インダクタＬ１の内側ループ上に実装することができ、一方、端子８１６は、ひと続きのループ８１０の最も外側のループ８１８（図８に示す）として実装することができる。以下の図にそのようなインダクタの一実施例を示す。
図８は、本発明の一実施形態に係る別のインダクタを示す。このインダクタＬ１は、第１のひと続きのループ８１０の第１の端部８１４に接続された第１の端子８１２を含むことができる。第１のひと続きのループ８１０は、第２の端部８１５で端子８１６に結合することができる最も外側のループ８１８を有することができる。
本発明のこれら及び他の実施形態は、異なる回路トポロジーのための適切なインダクタ構造体を選択する方法を提供することができる。次の図に実施例を示す。
図９は、本発明の一実施形態に係る回路を設計する方法のフローチャートである。動作９１０において、インダクタの第１の端子によって伝達されることになる第１の信号タイプを決定することができる。動作９２０において、第１の信号が動的信号であるかを判定することができる。第１の信号が動的信号である場合、動作９３０において、第１の端子をインダクタの物理的中心付近の内側ループ上に配置することができる。第１の信号が動的信号でない場合、動作９４０で、第１の端子をインダクタの最も外側のループ上に配置することができる。ノイズを低減するのを助けるためにインダクタの内側ループに端子を配置することにより、基板（図示せず）上の信号のルーティングをより複雑にすることができる。
動作９５０において、インダクタの第２の端子によって伝達されることになる第２の信号タイプを決定することができる。動作９６０において、第２の信号が動的信号であるかを判定することができる。第２の信号が動的信号である場合、動作９７０において、第２の端子をインダクタの物理的中心付近の内側ループ上に配置することができる。第２の信号が動的信号でない場合、動作９８０で、第２の端子をインダクタの最も外側のループに配置することができる。
この実施例では、インダクタの端子を、それらが伝達する信号のタイプに応じて、内側ループ又は最も外側のループ上に配置することができる。本発明のこれら及び他の実施形態では、最小量の信号振幅を有するインダクタの電気部分を特定することができる。次に、インダクタのこの電気部分をインダクタの最も外側のループにマッピングすることができ、端子を、全体的なインダクタサイズを低減するように配置することができる。本発明のこの実施形態及び他の実施形態におけるループの総数は、所望の誘導値、並びに使用される材料の特性及び間隔によって決定することができる。次の図に一実施例を示す。
図１０は、本発明の一実施形態に係る回路を設計する別の方法の別のフローチャートである。動作１０１０において、インダクタの第１の端子によって伝達されることになる第１の信号を決定することができる。動作１０２０において、インダクタの第２の端子によって伝達されることになる第２の信号を決定することができる。動作１０３０において、最低電界を有するインダクタ内の電気的位置を決定することができる。この電気的位置を、インダクタの物理的な最も外側のループ（単数又は複数）上に配置することができる。次いで、必要に応じて、第１の端子及び第２の端子を配置することができる。
図１１は、本発明の一実施形態に係る別のスイッチングレギュレータを示す。この実施例は、結合インダクタＬ１及びＬ２を含む多相バックコンバータを示す。このコンバータは、出力電圧ＶＯＵＴを生成するために、出力コンデンサＣ１に充電電流を提供するインダクタにそれぞれ結合された、２対の駆動トランジスタを含むことができる。具体的には、バッテリ電圧であってもよい電源ＶＤＤは、トランジスタＭ１のソースで受信することができる。Ｍ１のドレインは、ノードＬＮ１に接続することができ、ノードＬＮ１は、インダクタＬ１の端子１１１０に接続することができる。トランジスタＭ２は、ノードＬＮ１と接地との間に接続することができる。トランジスタＭ１のゲートは、制御信号ＶＩＮ１を受信することができ、トランジスタＭ２のゲートは、制御信号ＶＩＮ２を受信することができる。制御信号ＶＩＮ１及びＶＩＮ２は、非重複パルス幅変調信号であってもよく、コンバータの制御回路（図示せず）によって生成することができる。電源ＶＤＤはまた、トランジスタＭ３のソースで受信することができる。Ｍ３のドレインは、ノードＬＮ２に接続することができ、ノードＬＮ２は、インダクタＬ２の端子１１１４に接続することができる。トランジスタＭ４は、ノードＬＮ２と接地との間に接続することができる。トランジスタＭ３のゲートは、制御信号ＶＩＮ３を受信することができ、トランジスタＭ４のゲートは、制御信号ＶＩＮ４を受信することができる。制御信号ＶＩＮ３及びＶＩＮ４は、非重複パルス幅変調信号であってもよく、コンバータの制御回路（図示せず）によって生成することができる。
インダクタＬ１の第２の端子１１１２は、電流ＩＬ１をコンデンサＣ１に提供することができ、インダクタＬ２の第２の端子１１１６は、電流ＩＬ２をコンデンサＣ１に提供して、出力電圧ＶＯＵＴを生成することができる。結合インダクタは、インダクタＬ１内の電流ＩＬ１がインダクタＬ２に結合する電界を発生させる一方で、インダクタＬ２内の電流ＩＬ２がインダクタＬ１に結合する電界を発生させるように、互いに近接して配置することができる。残念ながら、インダクタＬ１及びＬ２によって発生された電界は、近隣の回路にも結合することができる。したがって、インダクタＬ１及びＬ２内の電流ＩＬ１及びＩＬ２は、それらの電界が互いに相殺する傾向があるように、反対方向に生成することができる。したがって、電流ＩＬ１及びＩＬ２によって発生される電界は、互いに相殺する傾向があり、それによって、このコンバータ又はこれらのインダクタを用いる他の回路によって発生される電界を低減することができる。この相殺又は低減はまた、インダクタＬ１及びＬ２のコア内の飽和レベルを低減するのに役立つことができ、それにより、そうでなければ高い電流レベルにおけるそれらのインピーダンスを増加させることがある、インダクタＬ１及びＬ２のディレーティングを回避することができる。
この回路構成では、ノードＬＮ１及びＬＮ２は、動的信号を受信することができ、共通ノードＬＰは、比較的静穏又は非動的とすることができる。前述のように、ノードＬＮ１上の動的信号を受信するように接続されたインダクタＬ１の端子１１１０は、インダクタＬ１の物理的中心付近に配置することができる。同様に、ノードＬＮ２上の動的信号を受信するように接続されたインダクタＬ２の端子１１１４は、インダクタＬ２の物理的中心付近に配置することができる。ノードＬＰ上に非動的信号を提供するように接続されたインダクタＬ１の端子１１１２は、インダクタＬ１の物理的中心、又は外側縁部若しくはループのいずれかにあってもよい。同様に、ノードＬＰ上に非動的信号を提供するように接続されたインダクタＬ２の端子１１１６は、インダクタＬ２の物理的中心、又は外側縁部若しくはループのいずれかにあってもよい。
インダクタＬ１及びＬ２は、さまざまな構成で構成することができる。例えば、それらはそれぞれ、ひと続きのコイル又はループであってもよく、各コイル又はループは、その先行するものの上方（又は下方）に積み重ねられている。それらはまた、図３及び図５に示す実施例などの、２つ以上のレベル上のひと続きのコイル又はループであってもよい。次の図に実施例を示す。
図１２は、図１１の回路において使用することができる結合インダクタを示す。インダクタＬ１は、ひと続きのループ１２１０を含むことができ、各ループ１２１０は、その先行するものの上方（又は下方）に積み重ねられている。インダクタＬ２は、ひと続きのループ１２２０を含むことができ、各ループ１２２０は、その先行するものの上方（又は下方）に積み重ねられている。第１のひと続きのループ１２１０及び第２のひと続きのループ１２２０はそれぞれ、ヘリックス、コンコイドらせん、又は他のらせん若しくはパターンに従うことができる。端子１１１０は、ループ１２１０及び１２２０の中心を通過することができる。端子１１１２及び１１１６は、ループ１２２０の中心を通過することができる。この実施例では、インダクタＬ１内の電流ＩＬ１は、端子１１１０から端子１１１２に流れることができる。電流ＩＬ１は、図に示すように、ループ１２１０を通って時計方向に流れることができる。電流ＩＬ２は、端子１１１４から端子１１１６に流れることができる。電流ＩＬ２は、図に示すように、ループ１２２０を通って反時計方向に流れることができる。したがって、電流ＩＬ１及びＩＬ２によって発生される電界は、互いに相殺する傾向があり、それによって、図１１のコンバータ又はこれらのインダクタを用いる他の回路によって発生される電界を低減することができる。この相殺又は低減はまた、インダクタＬ１及びＬ２のコア内の飽和レベルを低減するのに役立つことができ、それにより、そうでなければ高い電流レベルにおけるそれらのインピーダンスを増加させることがある、インダクタＬ１及びＬ２のディレーティングを回避することができる。
図１３は、図１１の回路において使用することができる別の一対の結合インダクタを示す。インダクタＬ１は、２つ以上のレベル上のひと続きのループ１３１０であってもよい。インダクタＬ２は、２つ以上のレベル上のひと続きのループ１３２０であってもよい。これらのループ１３１０及びループ１３２０はそれぞれ、アルキメデスらせん、フェルマーのらせんの１つの分岐、インボリュート、Ａｔｚｅｍａらせん、又は他の種類のらせんを形成することができる。端子１１１０は、ループ１３１０及び１３２０の中心を通過することができる。端子１１１２及び１１１６は、ループ１３２０の中心を通過することができる。この実施例では、インダクタＬ１内の電流ＩＬ１は、端子１１１０から端子１１１２に流れることができる。電流ＩＬ１は、図に示すように、ループ１３１０を通って時計方向に流れることができる。電流ＩＬ２は、端子１１１４から端子１１１６に流れることができる。電流ＩＬ２は、図に示すように、ループ１３２０を通って反時計方向に流れることができる。したがって、電流ＩＬ１及びＩＬ２によって発生される電界は、互いに相殺する傾向があり、それによって、図１１のコンバータ又はこれらのインダクタを用いる他の回路によって発生される電界を低減することができる。この相殺又は低減はまた、インダクタＬ１及びＬ２のコア内の飽和レベルを低減するのに役立つことができ、それにより、そうでなければ高い電流レベルにおけるそれらのインピーダンスを増加させることがある、インダクタＬ１及びＬ２のディレーティングを回避することができる。
本発明の実施形態は、ポータブルコンピューティングデバイス、タブレットコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、オールインワンコンコンピュータ、携帯電話、ウェアラブルコンピューティングデバイス、記憶デバイス、ポータブルメディアプレーヤ、ナビゲーションシステム、モニタ、電源、アダプタ、遠隔制御デバイス、充電器、及び他のデバイスなどのさまざまな種類のデバイス内に配置することができるインダクタを提供することができる。これらのインダクタは、セラミックパッケージ又は他の方法での集積回路上のさまざまな金属層を使用して実装することができる。
本発明の実施形態の上記説明は、例示及び説明のために提示されたものである。網羅的であることも、記載された厳密な形態に本発明を限定することも意図されておらず、上記教示に照らして多くの変更及び変形が可能である。本発明の原理及びその実際的な応用を最良の形で説明し、それによって、他の当業者がさまざまな実施形態で、及び想到される特定の用途に好適なさまざまな改変と共に本発明を最良な形で利用することを可能とするために、これらの実施形態を選択し説明したものである。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲内の全ての変更及び均等物を網羅することを意図していることが理解されよう。
Claims (21)
- 第１の端子と、
前記第１の端子に結合された第１の端部を有する第１のひと続きのループであって、前記第１の端子が前記第１のひと続きのループの外側に配置されるように、第２の端部まで内向きにループする、第１のひと続きのループと、
前記第１のひと続きのループの前記第２の端部に結合された第１のレベル変換部と、
前記第１のひと続きのループの上方に配置され、かつ前記第１のレベル変換部に結合された第１の端部を有し、かつ第２の端部まで外向きにループする、第２のひと続きのループと、
前記第２のひと続きのループの前記第２の端部に結合された第２のレベル変換部と、
前記第２のひと続きのループの下方に配置され、かつ前記第２のレベル変換部に結合された第１の端部を有し、かつ第２の端部まで内向きにループする、第３のひと続きのループと、
前記第３のひと続きのループの前記第２の端部に結合された第２の端子であって、前記第２の端子が前記第３のひと続きのループの内側に配置されるようになっている、第２の端子と、を備え、
前記第１の端子及び前記第２の端子は、それぞれ、前記第１のひと続きのループの少なくとも底部まで延びている、誘導素子。 - 前記第１のひと続きのループは第１の平面内にあり、前記第２のひと続きのループは第２の平面内にあり、前記第１の平面は前記第２の平面と平行である、請求項１に記載の誘導素子。
- 前記第１のひと続きのループは、第１の物理層上にあり、前記第２のひと続きのループは、第２の物理層上にある、請求項１に記載の誘導素子。
- 前記第１のひと続きのループ及び前記第２のひと続きのループが、同じ数のループを含む、請求項１に記載の誘導素子。
- 前記第１のひと続きのループと前記第２のひと続きのループとは、異なる数のループを含む、請求項１に記載の誘導素子。
- 前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記第１のひと続きのループの前記底部を越えて延長しており、スルーホール接点部を形成している、請求項１に記載の誘導素子。
- 前記第１の端子及び前記第２の端子は、表面実装接点部を形成する、請求項１に記載の誘導素子。
- スイッチングレギュレータを備える電子システムであって、
前記スイッチングレギュレータは、
第１の端子及び第２の端子を有する誘導素子と、
前記誘導素子の前記第１の端子と、電源との間に接続された第１のパワートランジスタと、
前記誘導素子の前記第１の端子に接続された第２のパワートランジスタと、
前記第２の端子と接地との間に接続された第３のパワートランジスタと、
前記誘導素子の前記第２の端子に接続された第４のパワートランジスタと、を備え、
前記誘導素子は、
第１の端子と、
前記第１の端子に結合された第１の端部を有する第１のひと続きのループであって、前記第１の端子が前記第１のひと続きのループの外側に配置されるように、第２の端部まで内向きにループする、第１のひと続きのループと、
前記第１のひと続きのループの前記第２の端部に結合された第１のレベル変換部と、
前記第１のひと続きのループの上方に配置され、かつ前記第１のレベル変換部に結合された第１の端部を有し、かつ第２の端部まで外向きにループする、第２のひと続きのループと、
前記第２のひと続きのループの前記第２の端部に結合された第２のレベル変換部と、
前記第２のひと続きのループの下方に配置され、かつ前記第２のレベル変換部に結合された第１の端部を有し、かつ第２の端部まで内向きにループする、第３のひと続きのループと、
前記第３のひと続きのループの前記第２の端部に結合された前記第２の端子であって、前記第２の端子が前記第３のひと続きのループの内側に配置されるようになっている、前記第２の端子と、を含む、電子システム。 - 前記第１のひと続きのループは、第１の物理層上にあり、前記第２のひと続きのループは、第２の物理層上にある、請求項８に記載の電子システム。
- 前記第１のひと続きのループ及び前記第２のひと続きのループが、同じ数のループを含む、請求項８に記載の電子システム。
- 前記第１のひと続きのループと前記第２のひと続きのループとは、異なる数のループを含む、請求項８に記載の電子システム。
- スイッチングレギュレータを備える電子システムであって、
前記スイッチングレギュレータは、
第１の端子及び第２の端子を有する誘導素子と、
前記誘導素子の前記第１の端子と、電源との間に接続された第１のパワートランジスタと、
前記誘導素子の前記第１の端子に接続された第２のパワートランジスタと、
前記第２の端子とグランドとの間に接続された第３のパワートランジスタと、
前記誘導素子の前記第２の端子に接続された第４のパワートランジスタと、を備え、
前記誘導素子は、
第１の端子と、
前記第１の端子に結合された第１の端部を有する第１のひと続きのループであって、前記第１の端子が前記第１のひと続きのループの外側に配置されるように、第２の端部まで内向きにループする、第１のひと続きのループと、
前記第１のひと続きのループの前記第２の端部に結合された第１のレベル変換部と、
前記第１のひと続きのループの上方に配置され、かつ前記第１のレベル変換部に結合された第１の端部を有し、かつ第２の端部まで外向きにループする、第２のひと続きのループと、
前記第２のひと続きのループの前記第２の端部に結合された第２のレベル変換部と、
前記第２のひと続きのループの下方に配置され、かつ前記第２のレベル変換部に結合された第１の端部を有し、かつ第２の端部まで内向きにループする、第３のひと続きのループと、
前記第３のひと続きのループの前記第２の端部に結合された前記第２の端子であって、前記第２の端子が前記第３のひと続きのループの内側に配置されるようになっている、前記第２の端子と、を含む、電子システム。 - 前記第１及び第２の端子は、前記第１のひと続きのループと前記第３のひと続きのループとの間に配置される、請求項１２に記載の電子システム。
- 前記第１のひと続きのループ及び前記第３のひと続きのループは、同じレベル上にある、請求項１３に記載の電子システム。
- 前記第１のひと続きのループ及び前記第３のひと続きのループは、第１の数のループを含み、前記第２のひと続きのループは、第２の数のループを含み、ループの前記第１の数とループの前記第２の数とは等しい、請求項１４に記載の電子システム。
- 前記第１のひと続きのループ及び前記第３のひと続きのループは、第１の数のループを含み、前記第２のひと続きのループは、第２の数のループを含み、ループの前記第１の数とループの前記第２の数とは異なる、請求項１４に記載の電子システム。
- 前記スイッチングレギュレータは、単一インダクタマルチ出力レギュレータである、請求項８に記載の電子システム。
- 前記第１の一続きのループは第１の平面内にあり、前記第２のひと続きのループは第２の平面内にあり、前記第１の平面は前記第２の平面と平行であり、前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記第１のひと続きのループの少なくとも底部まで延びている、請求項８に記載の電子システム。
- 前記第１のひと続きのループは第１のレベル上に配置され、前記第２のひと続きのループは第２のレベル上に配置され、前記レベル変換部は、前記第１のレベルから前記第２のレベルへ延びており、単一ループより短い、請求項１に記載の誘導素子。
- 前記第１のひと続きのループは第１のレベル上に配置され、前記第２のひと続きのループは第２のレベル上に配置され、前記レベル変換部は、前記第１のレベルから前記第２のレベルへ延びており、単一ループより短い、請求項８に記載の電子システム。
- 前記第１のひと続きのループ及び前記第３のひと続きのループは第１のレベル上にあり、前記第２のひと続きのループは第２のレベル上にあり、前記第１のレベル変換部は、前記第１のレベルから前記第２のレベルへの延びており、単一ループより短く、前記第２のレベル変換部は、前記第２のレベルから前記第１のレベルへ延びており、単一ループより短い、請求項１２に記載の電子システム。
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