KR20060058735A - 집적 회로 및 인쇄 회로 기판을 위한 가변 인덕터 - Google Patents

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KR20060058735A
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Abstract

가변 인덕터는 제 1 컨덕터, 제 2 컨덕터 및 스위치로 집적 회로 상에 형성할 수 있다. 제 1 컨덕터는 인덕터를 구현하고 다양한 패턴 (예를 들어, 스파이럴)으로 형성될 수도 있다. 제 2 컨덕터는 제 1 컨덕터에 근접하여 (예를 들어, 외측에) 루프를 형성한다. 스위치는 제 2 컨덕터에 직렬로 커플링되고 루프를 개폐한다. 인덕터의 인덕턴스는 스위치로 루프를 개폐함으로써 변경된다. 또한, 전류 소스는 제 2 컨덕터에 직렬로 커플링될 수도 있고 인덕턴스를 증가 또는 감소시키기 위해 제 2 컨덕터에 흐르는 전류를 제어하기 위해 사용된다. 다중 루프는, 적어도 3개 이상의 별도의 단계에서 인덕턴스를 변화하기 위해 형성될 수도 있다. 가변 인덕터는 필터, VCO, 및 임피던스 매칭 네트워크 같은 다양한 애플리케이션에서 사용될 수도 있다.
가변 인덕터

Description

집적 회로 및 인쇄 회로 기판을 위한 가변 인덕터{VARIABLE INDUCTOR FOR INTEGRATED CIRCUIT AND PRINTED CIRCUIT BOARD}
배경
Ⅰ. 기술분야
본 발명은 일반적으로 회로, 더 상세하게는 집적 회로 및 인쇄 회로 기판을 위한 인덕터에 관한 것이다.
Ⅱ. 배경기술
집적 회로(IC) 프로세스 기술에서의 현대의 발전으로, 무선 통신, 네트워킹, 컴퓨팅 등과 같은 다수의 애플리케이션을 위해 무선 주파수 집적 회로 (RFIC)를 제작하는 것이 가능하다. 이런 RFIC는, 거대한 개별 회로 콤포넌트 (component)로 이전에 구현된 다양한 아날로그 회로 블록을 포함할 수도 있다. RFIC상에 아날로그 회로 블록을 구현함으로써, 더 소형 사이즈, 더 저렴한 비용, 및 향상된 신뢰도 등과 같은 다양한 이익이 실현될 수 있다.
다수의 아날로그 회로 블록은 설계된 기능을 달성하기 위해 캐패시터 및 인덕터같은 리액턴스 콤포넌트를 이용한다. 예를 들면, 필터, 공진기 탱크, 임피던스 매칭 네트워크 등은 원하는 회로 반응을 획득하기 위해 캐패시터나 인덕터 모두를 포함할 수도 있다. 전압 제어 발진기 (voltage controlled oscillator; VCO)를 위한 탱크 (Tank) 회로와 같은 일부 애플리케이션에서는, 특정 범위의 값에 걸쳐 리액턴스 콤포넌트를 변경할 필요가 있다. 커패시턴스의 조정이 용인된다면, 종종, 가변 캐패시터 (또한 "버랙터 (varactor)" 라고도 지칭됨)가 가변 리액턴스 콤포넌트로서 사용된다. 어떤 애플리케이션에서는, 커패시턴스 대신 인덕턴스를 조정하는 것이 필요하거나 또는 바람직하다. 이런 애플리케이션에서, 통상적으로, 인덕터들의 뱅크 (각각이 각각의 스위치와 직렬로 커플링됨)는, 뱅크에서 적절한 인덕터 또는 인덕터들의 결합에 대해 스위칭함으로써 상이한 인덕턴스 값을 획득하도록 사용된다. 그러나, 인덕터들의 뱅크는 큰 영역을 점유하고, 이는 더 높은 비용으로 해석된다. 또한, 직렬-커플링 스위치는 인덕터의 성능을 떨어뜨릴 수 있다.
따라서, 당업계에는 집적 회로 상에서 제작될 수 있는 조절 가능한 인덕터가 필요하다.
개요
집적 회로 또는 인쇄 회로 기판 상에서 편리하게 제작할 수 있는 가변 인덕터를 여기에서 설명한다. 가변 인덕터는 양호한 RF성능을 가지며 필터, VCO, 임피던스 매칭 네트워크 등과 같은 다양한 애플리케이션에 사용될 수도 있다.
일 실시형태는 제 1 컨덕터, 제 2 컨덕터, 및 스위치를 포함하는 집적 회로를 제공한다. 제 1 컨덕터는 인덕터를 구현하고 다양한 패턴 (예를 들어, 스파이럴;spiral, 루프 등)으로 형성될 수도 있다. 제 2 컨덕터는 제 1 컨덕터에 근방 (예를 들어, 외측에)에서 루프를 형성한다. 스위치는 제 2 컨덕터에 직렬로 커플링되고 루프를 개폐하도록 동작가능하다. 인덕터의 인덕턴스는 스위치 로 루프를 개폐함으로써 변경된다. 또한, 전류 소스는 제 2 컨덕터 및 스위치에 직렬로 커플링될 수도 있다. 이 전류 소스는 인덕턴스를 증가 또는 감소시키기 위한 제 2 컨덕터에서 전류 흐름을 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 또한, 3개 이상의 별도의 단계에서 인턱턴스를 변경시키기 위해, 다중 루프는 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 다양한 양태 및 실시형태를 더 상세히 설명한다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 특성 및 본질은 도면과 함께 취해졌을 때 아래에 진술된 상세한 설명로부터 좀 더 명백하게 될 것이며, 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 대상을 나타낸다.
도 1은 무선 통신용으로 사용되는 무선 터미널을 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 수동 구성에서의 가변 인덕터를 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 능동 구성에서의 가변 인덕터를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 가변 인덕터에 대한 제 2 컨덕터의 4 개의 상이한 배치를 도시한 것이다.
도 5는 2개의 루프를 갖는 가변 인덕터를 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 가변 인덕터에 대한 등가 회로를 도시한 것이다.
도 7은 N-MOS 트랜지스터에 의한 스위치의 구현을 도시한 것이다.
도 8은 변압기에 의한 가변 인덕터의 모델링을 도시한 것이다.
도 9a 내지 도 9c는 각각 예시적인 가변 인덕터에 대한 직렬 인덕터, 직렬 저항, 및 양호도를 도시한 것이다.
도 10은 가변 인덕터에 의한 VCO를 도시한 것이다.
도 11은 도 10의 VCO에 대한 등가 회로를 도시한 것이다.
도 12a 내지 도 12c는 루프에서 직렬 캐패시터를 갖는 가변 인덕터 (1200)에 대한 등가 회로를 도시한 것이다.
도 13은 가변 인덕터를 제작하기 위한 프로세스를 도시한 것이다.
상세한 설명
여기에서 "예시적인" 이라는 용어는 "예, 예시, 또는 예증으로서 제공되는"의 의미로 사용된다. "예시적인" 것으로서 여기에서 설명되는 임의의 실시형태 또는 설계는 다른 실시형태에 비하여 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석할 필요는 없다.
도 1은 무선 통신용으로 사용될 수도 있는 무선 터미널 (100)의 블록도를 도시한 것이다. 송신 경로에서, 디지털 신호 프로세서 (DSP;110)는 송신될 데이터를 처리하고 트랜시버 유닛 (120)에 칩의 스트림을 제공한다. 트랜시버 유닛 (120)에서, 하나 이상의 디지털-아날로그 변환기 (DAC;122)는 칩의 스트림을 하나 이상의 아날로그 신호로 변환한다. 아날로그 신호는 필터 (124)에 의해 필터링되고, 가변 이득 증폭기 (VGA; 126)에 의해 증폭되며, RF신호를 발생시키기 위해 혼합기 (128)에 의해 기저대역에서 무선 주파수 (RF)로 상향 변환된다. 주파수 상향 변환은 VCO (130)로부터의 상향 변환 로컬 오실레이터 (LO) 신호로 수행된다. RF신호는 필터 (132)에 의해 필터링되고, 전력 증폭기 (PA;136)에 의해 증폭되며, 듀플렉서 (138)를 통해 라우팅되고, 그리고 안테나 (140)으로부터 송신된다. 임피던스 매칭 네트워크 (Z-매치;134)는 전력 증폭기 (136)의 입력을 필터 (132)의 출력에 매칭시킨다.
수신 경로에서, 변조된 신호는 안테나 (140)에 의해 수신되고, 듀플렉서 (D;138)를 통해 라우팅되며, 저잡음 증폭기 (LNA;144)에 의해 증폭되고, 필터 (146)에 의해 필터링되며, VCO (150)부터의 하향 변환 LO신호와 함께 혼합기 (148)에 의해 RF부터 기저대역으로 주파수 하향 변환된다. 임피던스 매칭 네트워크 (142)는 LNA (144)의 입력을 듀플렉서 (138)의 출력에 매칭시킨다. 하향 변환된 신호는 버퍼 (152)에 의해 버퍼링되고, 필터 (154)에 의해 필터링되며, 하나 이상의 샘플의 스트림을 획득하기 위해 하나 이상의 아날로그-디지털 컨버터 (ADC)에 의해 디지털화된다. 샘플 스트림은 처리를 위해 디지털 신호 프로세서 (110)에 제공된다. 위상 록 루프 (PLL; 158)는 디지털 신호 프로세서 (110)에서 제어 정보를 수신하고, 각각의 LO신호들의 적절한 상향 변환 및 하향 변환을 발생시키기 위해 VCO (130 및 150)에 대한 제어를 제공한다.
도 1은 특정한 트랜시버 설계를 도시한 것이다. 당업계에 공지된 바와 같은, 통상적인 트랜시버에서, 송신되는 신호의 컨디셔닝 (conditioning) 및 수신된 신호의 컨디셔닝은 증폭기, 필터, 혼합기등의 하나 이상의 스테이지에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 임피던스 매칭 네트워크는 신호 경로를 송신 및 수신하는 내내 이용될 수도 있다 (단순화를 위해, 2개의 임피던스 매칭 네트워크 (134 및 142)만이 도 1에 도시되어 있다 ). 도 1은 오직 송신 신호 및 수신 신호를 컨 디셔닝하는데 사용될 수도 있는 회로 블록의 일부만을 도시한 것이다.
무선 터미널 (100)은 디지털 부분 및 아날로그 부분을 포함하는 것으로서 볼 수도 있다. 디지털 부분 (예를 들어, DPS (110) 및 가능하게는 DAC (122) 그리고 ADC (156))은 하나 이상의 디지털 집적 회로 상에서 구현될 수도 있다. 아날로그 부분 (예를 들어, 트랜시버 유닛 (120)의 나머지 부분)은 하나 이상의 RF 집적회로 (RFIC)상에서 및/또는 다른 개별의 콤포넌트들로 구현될 수도 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 트랜시버 유닛 (120)은 다양한 기능을 위해 다양한 아날로그 회로 블록을 포함한다. 각각의 아날로그 회로 블록은 트랜지스터, 저항기, 인덕터, 캐패시터등과 같은 회로 엘리먼트로 구현될 수도 있다. 트랜지스터, 저항 및 캐패시터는 RFIC상에서 용이하게 제작될 수 있다. 또한, 가능하다면, 인덕터는 더 소형 사이즈, 더 저렴한 비용 및 더 큰 신뢰도같은 다양한 이득을 획득하기 위해 RFIC상에서 제작될 수도 있다.
가변 인덕턴스는 필터 (124, 132, 146 및 154), 임피던스 매칭 네트워크 (134 및 142), VCO (130 및 150), 전력 증폭기 (136), LNA (144) 등과 같은 일부 아날로그 회로 블록에 필요할 수도 있다. 가변 인덕터 (또한 여기서 "버랙터"고도 지칭됨)는 가변 인덕턴스를 제공할 수 있고, 아래에 설명된 바와 같이, RFIC상에서 편리하게 제작될 수 있다.
가변 인덕터는 (1) 인덕터에 대한 제 1 컨덕터 및 (2) 인덕터의 인덕턴스를 조정하기 위해 전류를 운반하는데 사용되는 제 2 컨덕터로 형성될 수 있다. 제 1 컨덕터가 제 2 컨덕터에 근접하게 가져가게 될 경우, 제 1 컨덕터의 인덕턴스는 자기장의 상호 작용으로 인해 변경된다. 만약 제 1 컨덕터와 제 2 컨덕터의 전류가 반대 방향이라면, 제 1 컨덕터의 인덕턴스는 공칭값 (nominal value, 예를 들어, 루프없는 인덕턴스 값) 아래로 감소된다. 반대로, 만약 2 컨덕터의 전류가 동일한 방향이라면, 제 1 컨덕터의 인덕턴스는 공칭값 이상으로 증가된다.
가변 인덕터는 여러 가지 구성으로 구현될 수도 있다. "수동" 구성에서, 제 2 컨덕터의 전류는 제 1 컨덕터의 전류 방향과는 반대이고, 오직 인덕턴스의 감소만이 달성될 수 있다. "능동" 구성에서, 제 2 컨덕터의 전류는 전류 소스에 의해 제어될 수 있고, 인덕턴스의 감소 또는 증가는 전류 소스를 적절하게 제어함으로써 달성될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 수동 구성으로 구현된 가변 인덕터 (200)의 상면도를 도시한 것이다. 가변 인덕터 (200)는 제 1 컨덕터 (212), 제 2 컨덕터 (222) 및 스위치 (224)로 형성된다.
도 2a에 도시된 구현 형태의 경우, 제 1 컨덕터 (212)는 2-포트가 있는 인덕터 (210)를 구현하고 스파이럴 패턴으로 형성된다. 스파이럴에서의 턴(turn) 수인, 제 1 컨덕터 (212)의 폭과 턴 사이의 간격은 인덕터 (210)에 대한 원하는 공칭 인덕턴스 및 양호도 (quality factor; Q)와 같은 다양한 인자들에 의해 결정될 수도 있다. 제 1 컨덕터 (212)는 (1) 금속 레이어 상의 저-손실 금속 (예를 들어, 구리), (2) 금속 레이어 하부 레이어 상의 저-손실 금속에 대한 손실 금속 (예를 들어, 알루미늄), 또는 (3) 기타 다른 재료와 같은 다양한 타입의 도전성 재료로 제작될 수도 있다. 만약 저-손실 금속으로 제작된다면, 인덕터 (210)에 대 해 더 높은 Q를 달성할 수도 있다. 상이한 설계 법칙이 적용되기 때문에, 더 소형-사이즈의 인덕터 (210)는 손실 금속 레이어 상에서 제작될 수도 있다.
제 2 컨덕터 (222)는, 제 1 컨덕터 (212)에 대해 스파이럴과 중심이 같을 수도 있는 루프 (220)를 형성한다. 제 2 컨덕터 (222)는, 루프를 개폐하도록 기능하는 스위치 (224)와 직렬로 커플링된다. 제 2 컨덕터 (222)는, 제 1 컨덕터 (212)용으로 사용되는 재료와는 동일 또는 상이한 도전성 재료로 제작될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 컨덕터 (222)는 회로 콤포넌트 간의 상호 접속용으로 사용되는 저-손실 금속, 손실 금속, 또는 도전성 재료 (예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 제작될 수도 있다. 스위치 (224)는 루프 (220)의 임의의 장소에 위치될 수도 있다.
도 2a는 스위치 (224)가 개방되는 동작모드를 도시한 것이다. 도 2a에 도시된 예에서, 제 1 컨덕터 (212)의 전류 ("제 1" 전류로도 지칭됨)는 화살표에 의해 표시되는 것처럼 시계 방향으로 흐른다. 스위치 (224)가 개방되기 때문에, 전류는 제 2 컨덕터 (222)에 흐를 수 없다. 그러므로, 이미지 전류 (image current)는 인덕터 (210)에 영향을 주는데 이용불가능하다. 가변 인덕터 (200)는 인덕터 (210)의 공칭 인덕턴스를 가진다.
도 2b는 스위치 (224)가 폐쇄된 동작모드를 도시한 것이다. 제 1 컨덕터 (212)의 전류는 화살표에 의해 표시되는 것처럼 여전히 시계방향으로 흐른다. 스위치 (224)가 폐쇄되기 때문에, 제 1 컨덕터 (212)의 전류에 의해 발생되는 자기장을 변화시킴으로써 제 2 컨덕터에서 이미지 전류가 유도된다. 이미지 전류는 제 1 전류와 반대 방향으로 흐르고 제 1 컨덕터 (212)에 네거티브 상호 커플링(negative mutual coupling)을 야기한다. 이 네거티브 상호 커플링은 가변 인덕터 (200)의 인덕턴스를 공칭값 아래로 감소시킨다.
도 3a 내지 도 3c는 능동 구성으로 구현된 가변 인덕터 (300)의 상면도를 도시한 것이다. 가변 인덕터 (300)는 제 1 컨덕터 (312), 제 2 컨덕터 (322), 스위치 (324), 및 전류 소스 (326)로 형성된다. 제 1 컨덕터 (312)는 2-포트의 인덕터 (310)를 구현한다. 제 1 컨덕터 (312) 및 제 2 컨덕터 (322)는, 각각, 도 2a 및 도 2b에서의 제 1 컨덕터 (212) 및 제 2 컨덕터 (222)에 대해 상술된 바와 같이, 제작될 수도 있다. 제 2 컨덕터 (322), 스위치 (324) 및 전류 소스 (326)는 직렬로 커플링되고 루프 (320)를 형성하며, 제 1 컨덕터 (312)의 스파이럴과 중심이 같을 수도 있다. 스위치 (324)는 루프를 개폐하도록 기능한다.
도 3a는, 스위치 (324)가 개방되고 제 2 컨덕터 (322)에 전류가 흐르지 않는 동작모드를 도시한 것이다. 또한, 가변 인덕터 (300)는 인덕터 (310)의 공칭 인덕턴스를 가진다.
도 3b는, 스위치 (324)가 폐쇄되고 전류가 제 1 전류와 동일한 방향으로 제 2 컨덕터 (322)에 흐르는 동작모드를 도시한 것이다. 스위치 (324)의 폐쇄로, 전류는 제 2 컨덕터 (322)에 흐를 수 있다. 전류의 방향은 전류 소스 (326)에 의해 결정된다. 도 3b에서, 제 1 컨덕터 (312)의 제 1 전류는 화살표에 의해 표시되는 것처럼 시계 방향으로 흐르고, 또한, 제 2 컨덕터 (322)의 전류도 시계 방향으로 흐른다. 도 3b에서 도시된 바와 같이, 제 1 컨덕터 (312) 및 제 2 컨 덕터 (322) 상의 전류가 동일한 방향으로 흐른다면, 그 전류는 제 1 컨덕터 (312) 상에 포지티브 상호 커플링을 야기한다. 이 포지티브 상호 커플링은 가변 인덕터 (300)의 인덕턴스를 공칭값보다 높게 증가시킨다.
도 3c는, 스위치 (324)가 폐쇄되고 전류가 제1 전류와는 반대 방향으로 제 2 컨덕터 (322)에 흐르는 동작모드를 도시한 것이다. 도 3c에서, 제 1 컨덕터 (312)에서의 전류는 여전히 시계 방향으로 흐른다. 그러나, 전류 소스 (326)는 제 2 컨덕터 (322)의 전류를 강제로 시계 반대 방향으로 흐르게 한다. 그 후에, 이 전류는 제 1 컨덕터 (312)상에서 네거티브 상호 커플링을 야기하고, 그 후, 이것은 가변 인덕터 (300)의 인덕턴스를 공칭값 아래로 감소시킨다.
당업계에서 공지된 바와 같이, 전류 소스 (326)는 다양한 방법으로 구현될 수도 있다. 수동 및 능동 구성 모두에서, 제 2 컨덕터의 전류는 제 1 컨덕터의 제1 전류와 동일한 주파수에서 동작해야만 한다. 능동 구성의 경우, 이것은 제 1 컨덕터 (312)를 통해 전달되는 신호의 버젼으로 전류 소스 (326)를 제어함으로써 달성될 수도 있다. 전류 소스 (326)의 제어 신호는, 예를 들어, 제 1 컨덕터에 대한 신호의 일부를 탭-오프 (tap-off)함으로써 획득될 수도 있다. 그 후, 제 2 컨덕터 (322)의 전류 흐름의 방향은 전류 소스 (326)에 대한 제어 신호의 극성을 변경함으로써 제어될 수도 있다.
도 4a 내지 도 4d는 가변 인덕터에 대한 제 2 컨덕터의 상이한 4가지 배치에 대한 단면도를 도시한 것이다. 도 4a 내지 도 4d는 도 2a 및 도 2b에 도시된 수동 구성과 도 3a 내지 도 3c에 도시된 능동 구성 모두에 적용가능하다. 명료 화를 위해, 이하, 수동 구성을 설명한다. 단면도는 도 2a에서 A-A` 선을 따라 본 것이다. 제 1 컨덕터 (212)에 대한 스파이럴의 2-2/1 턴은, A-A`선을 가로지르는 5번의 제 1 컨덕터 (212)에 대한 5개의 필라멘트 (5개의 음영 박스로써 도시됨)에 의해 표현된다. 2개의 필라멘트는 좌측면에 대한 것이고, 3개의 필라멘트는 우측면에 대한 것이다.
도 4a는, 제 2 컨덕터 (222)가 제 1 컨덕터 (212)에 대한 스파이럴의 가장 바깥쪽 턴의 외측에 위치된 제 1 실시형태를 도시한 것이다. 또한, 이 실시형태는 도 2a 및 2b 그리고 도 3a 내지 3c에 도시되어 있다. 도 4b는, 제 2 컨덕터 (222)가 제 1 컨덕터 (212)에 대한 스파이럴의 가장 안쪽 턴의 내측에 위치된 제 2 실시형태를 도시한 것이다. 도 4c는, 제 2 컨덕터 (222)가 제 1 컨덕터 (212)에 대한 스파이럴의 상부 상에 위치된 제 3 실시형태를 도시한 것이다. 도 4d는, 제 2 컨덕터 (222)가 제 1 컨덕터 (212)에 대한 스파이럴의 하부에 위치된 제 4 실시형태를 도시한 것이다.
도 4a 내지 4d에 도시된 바와 같이, 제 2 컨덕터 (222)에 대한 루프는 제 1 컨덕터 (212)에 대한 스파이럴의 중심과 같을 수도 있다. 또한, 제 2 컨덕터 (222)에 대한 루프는 제 1 컨덕터 (212)에 대한 스파이럴부터의 오프셋될 수도 있다 (즉, 중심에 있지 않음).
단순화를 위해, 도 2a 내지 4d는 가변 인덕터용으로 사용되는 제 2 컨덕터의 하나의 루프를 도시한 것이다. 루프는 이산 양으로 인덕턴스를 조정하기 위해 폐쇄될 수도 있다. 또한, 3개 이상의 인덕턴스 값을 획득하기 위해 다중의 제 2 컨덕터로 다중의 루프가 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 컨덕터의 다중의 동심 (同心)의 루프는 제 1 컨덕터에 대한 스파이럴의 외측에 형성될 수도 있다. 제 1 컨덕터에 더 근접한 루프는 인덕턴스의 더 큰 변화를 야기할 것이고, 제 1 컨덕터로부터 더 먼 루프는 인덕턴스의 더 작은 변화를 야기할 것이다. 하나 이상의 루프는 임의의 소정 시간에 폐쇄될 수도 있다.
도 5는 2개의 루프를 갖는 가변 인덕터 (500)의 단면도를 도시한 것이다. 이 예에서, 제 2 컨덕터 (522)는, 인덕터 (510)를 구현하는 제 1 컨덕터 (512)에 대한 스파이럴의 외측에 위치된 제 1 루프 (520)를 형성한다. 제 3 컨덕터 (532)는 제 1 루프 (520)의 외측에 있는 제 2 루프 (530)를 형성한다. 제 2 컨덕터 (522)는, 제 1 루프를 개폐하는 제 1 스위치 (524)와 직렬로 커플링된다. 제 3 컨덕터 (532)는, 제 2 루프를 개폐하는 제 2 스위치 (534)와 직렬로 커플링된다. 일반적으로, 가변 인덕터는 임의의 갯수의 루프를 포함할 수도 있고, 그 루프는 제 1 컨덕터에 근방의 임의의 장소에 위치될 수도 있다.
도 2a 내지 5는, 제 1 컨덕터가 스파이럴 패턴으로 형성되고 제 2 컨덕터가 제 1 컨덕터에 대한 스파이럴과 중심이 같은 사각 루프로 형성된 특정 설계를 도시한 것이다. 또한, 제 1 및 제 2 컨덕터는 다른 패턴으로 형성될 수도 있으며, 이것은 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 제 1 컨덕터는 루프-백 패턴 (즉, 아웃 앤 백), 송신선 (즉, 일직선), 지그-재그 패턴, (예를 들어, 사각 또는 원형의) 루프, 다각형 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 제 2 컨덕터는 다른 패턴으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 컨덕터는 제 1 컨덕터의 패턴을 반 영 (mirror)할 수도 있다. 여기서 사용된 바와 같이, "루프"는, 임의의 형상도 가질 수 있는 도전 경로를 칭하며, 컨덕터의 2개의 엔드 (end)가 서로 근접하게 존재하도록 컨덕터로 형성된다. 루프는 하나 이상의 턴을 가질 수도 있다. 컨덕터는 하나 이상의 레이어 상에 하나 이상의 섹션으로 구성될 수도 있다. 또한, 컨덕터는 온 (on) 및 오프(off) 칩 그리고 온 및/또는 오프 기판에 구현될 수도 있는 하나 이상의 타입의 도전성 재료로 구성될 수도 있다.
제 1 컨덕터에 의해 형성된 인덕터는 2개 이상의 포트를 가질 수도 있다. 4개 이상의 포트를 가진 인덕터는 보통 변압기로 불린다. 제 2 컨덕터는 제 1 컨덕터에 의해 형성된 변압기 주변에 루프를 형성할 수도 있다.
도 6a 내지 도 6c는, 단일 루프를 갖는 가변 인덕터 (600) 및 수동 구성에 대한 등가 회로 모델의 개략도를 도시한 것이다. 도 6a는 1 차측 및 2 차측을 가진 변압기 (602)에 의한 가변 인덕터 (600)의 모델링을 도시한 것이다. 변압기 (602)의 1 차측은 저항기 (614)와 직렬로 커플링된 인덕터 (612)로 모델링된다. 변압기 (602)의 1 차측 상의 단자 (V1 및 V2)는 각각 가변 인덕터 (600)의 단자 (V1 및 V2)에 대응된다 (또한 도 2를 참조). 변압기 (600)의 2 차측은 저항기 (626)와 직렬로 커플링된 인덕터 (622)로 모델링된다. 저항기 (614 및 626)는 각각 제 1 및 제 2 컨덕터의 내부 저항이다. 스위치 (624)는 2 차측과 직렬로 커플링되고 2 차측을 개폐한다. 변압기 (602)의 1 차측 및 2 차측은 커플링 계수 k에 의해 자기적으로 커플링된다. 인덕터 (612 및 622)의 반대 측상의 점은, 양측상의 반대 전류 흐름으로 인한 1 차측과 2 차측 사이의 네거티브 상호 커 플링을 표시한다.
도 6b는 변압기 (602)에 의한 가변 인덕터 (600)의 T-네트워크 (630)로의 전환을 도시한 것이다. T-네트워크 (630)는 3개의 인덕터 (632, 636 및 638) 및 이상적인 변압기 (640)를 포함하며, 이들 모두는 도 6b에서 도시된 바와 같이 커플링되어 있다. 저항기 (614)는 단자 (V1 및 V2) 사이의 신호 경로에 있다. 스위치 (624) 및 저항기 (626)는 이상적인 변압기 (640)의 2 차측에 직렬로 커플링되어 있다.
도 6c는 T-네트워크 (630)의 등가 회로 (650)로의 간략화를 도시한 것이다. 변압기 (640)가 이상적이고 1 차측과 2 차측 사이에 1:1 턴비를 가지면 (즉, 1인 상호 커플링), 변압기 (640)는 T-네트워크 (630)에서 제거할 수 있다. 그 후, 도 6c 에 도시된 바와 같이, 스위치 (624) 및 저항기 (626)는 변압기 (640)의 1 차측 상의 회로 엘리먼트에 직접적으로 커플링될 수 있다.
가변 인덕터 (600)의 단자 V1 과 V2 사이의 임피던스는,
Figure 112006026667377-PCT00001
로서 표현될 수도 있으며, 여기서, L1은 인덕터에 대한 제 1 컨덕터의 인덕턴스이고, L2는 루프에 대한 제 2 컨덕터의 인덕턴스이고, R1은 제 1 컨덕터의 저항이고, R2는 제 2 컨덕터의 저항이고, M은 상호 인덕턴스이며, 여기서,
Figure 112006026667377-PCT00002
이며, ω는 rad/초 의 단위로 주어진 주파수이다.
또한, 또 다른 리액턴스 회로 엘리먼트 (예를 들어, 인덕터)가 상이한 전기적 특성을 획득하기 위해 루프에 직렬로 형성될 수도 있다.
루프를 개폐하는 스위치는 다양한 방식으로 구현될 수도 있다. 가변 인덕터를 제작하기 위해 사용되는 IC 기술에 의존하여, 스위치는 N-채널 금속-산화물 반도체 (N-MOS) 트랜지스터, P-채널 MOS (P-MOS) 트랜지스터, 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT), 갈륨 비소 (GaAs) 트랜지스터 등으로 구현될 수도 있다.
도 7은 N-MOS 트랜지스터 (724)를 갖는 가변 인덕터 (700)에서의 루프에 대한 스위치의 구현을 도시한 것이다. 트랜지스터 (724)는 제 2 컨덕터에 대한 인덕터 (722)에 커플링된 소스 (732), 제 2 컨덕터에 대한 저항기 (726)에 커플링된 드레인 (736), 및 루프를 개폐하기 위한 제어 신호를 수신하는 게이트 (734)를 갖는다. 도 6a에서, 인덕터 (722) 및 저항기 (726)는 루프에 대한 제 2 컨덕터를 모델링하며 각각, 인덕터 (622) 및 저항기 (622)에 대응한다.
또한, 도 7은 N-MOS 트랜지스터 (724)에 대한 다양한 패러시틱 (parasitic)의 모델링을 도시한 것이다. 소스 (732)와 드레인 (736) 사이의 신호 경로는 캐패시터 Csd에 병렬로 커플링된 저항기 Rsw로 모델링된다. 회로 접지 또는 기판 (B)에 대한 소스 (732), 게이트 (734) 및 드레인 (736) 사이의 커패시턴스는, 각각, 캐패시터 Csd, Cgb 및 Cdb 으로 모델링된다. 소스 (732)와 게이트 (734) 사이 의 커패시턴스는 캐패시터 Cgs, 로 모델링되며, 게이트 (734)와 드레인 (736) 사이의 커패시턴스는 캐패시터 Cgd로 모델링된다.
도 8은 변압기 (802) 및 스위치 (824)에 의한 가변 인덕터 (800)의 모델링을 도시한 것이다. 변압기 (802)는 1 차측 및 2 차측을 가진다. 1 차측은 저항기 (814)와 직렬로 커플링된 인덕터 (812)로 모델링되고, 2 차측은 저항기 (826)와 직렬로 커플링된 인덕터 (822)로 모델링된다. 스위치 (824)는 변압기 (802)의 2 차측과 직렬로 커플링되며 도 7에 도시된 패러시틱 회로 엘리먼트를 포함한다. 도 8에서 도시된 모델은 가변 인덕터의 성능에 대한 스위치 패러시틱의 영향, 예를 들어, 직렬 인덕턴스, 자체 공진 주파수 (SRF)등, 을 연구하는데 사용될 수도 있다. 가변 인덕터의 성능에 대한 스위치의 영향은 스위치에 대한 양호한 설계를 사용함으로써 최소화될 수도 있다.
이상적으로, 제 2 컨덕터는 극소로 작은 폭 및 무저항을 갖는 완벽한 컨덕터이어야만 한다. 그러나, 실제 구현에서, 제 2 컨덕터는 일부 저항을 가질 것이다. 아래에서 설명된 바와 같이, 능동 및 수동 구성 모두에서, 제 2 컨덕터는 가변 인덕터의 다양한 전기적 특성에 영향을 준다.
첫째, 제 2 컨덕터의 배치는 가변 인덕터의 인덕턴스의 변화량을 결정한다. 만약 제 2 컨덕터가 제 1 컨덕터에 더 근접하여 배치되면, 제 1 컨덕터와 제 2 컨덕터 사이에 더 많은 자기 커플링 (magnetic coupling)이 발생하고, 인덕턴스가 더 큰 양 만큼 변경될 수 있다. 반대로, 인덕턴스에서의 더 작은 변경이, 제 2 컨 덕터를 제 1 컨덕터에서 더 멀리 배치함으로써 획득된다. 또한, 제 1 컨덕터에 대한 제 2 컨덕터의 상대적인 위치 (예를 들어, 동심 또는 오프셋)가 인덕턴스에 영향을 줄 수 있다.
둘째, 제 2 컨덕터의 폭이 가변 인덕터의 성능에 영향을 줄 수도 있다. 아래에 설명된 바와 같이, 제 2 컨덕터의 더 작은 폭은, 가변 인덕터의 양호도에 영향을 줄 수 있는, 제 2 컨덕터의 직렬 저항을 증가시킨다. 더 넓은 폭은 직렬 DC 저항을 감소시키지만, 금속에 매우 근접한 자계를 변경함으로써 야기되는 근접 효과 (에디 전류)를 증가시킨다. 더 높은 에디 전류는 또 다른 손실 커플링 효과를 일으킨다. 제 2 컨덕터의 폭은, 다양한 효과의 트레이드 오프에 기초하여 선택될 수 있다.
세째, 제 2 컨덕터는 여러 방법으로 가변 인덕터의 양호도 (Q)에 영향을 준다. 인덕터에 대한 양호도는,
Figure 112006026667377-PCT00003
로서 표현될 수도 있으며, 여기서, L은 인덕터의 인덕턴스이고, R은 인덕터의 저항이다. 수학식 (2)에 제시된 바와 같이, 다른 모든 변수들이 동일하다고 가정할 때, 가변 인덕터의 인덕턴스 L이 제 2 컨덕터에 의해 감소되면, 양호도 (Q)는 그에 비례하여 감소된다. 또한, 제 2 컨덕터의 직렬 저항은 양호도에 영향을 준다. 이 효과는 인덕터 동작과 관련된 손실 경로에 의해 야기된다.
도 9a 내지 9c는, 도 2a에 도시된 바와 같이 구현된 예시적인 가변 인덕터에 대해, 각각, 직렬 인덕턴스 (L), 직렬 저항 (R), 및 양호도 (Q) 의 도면을 도시한 것이다. 이들 도면은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 획득된 것이다. 도 2a, 2b 및 4a에 도시된 바와 같이, 가변 인덕터는 2 ㎓에서 5.5 nH (나노-헨리)의 공칭 인덕턴스를 갖는 제 1 컨덕터 및 제 1 컨덕터의 외측 상에 위치된 제 2 컨덕터를 갖는다. 시뮬레이션은 상이한 4가지 경우, 즉, (1) 개방된 제 2 컨덕터에 대해, 그리고 (2) 폐쇄되고 0, 1.1, 및 2.2Ω의 직렬 저항을 갖는 제 2 컨덕터에 대해 수행되었다. 제 2 컨덕터는 4가지 모든 경우에서 동일한 위치에 배치된다.
도 9a는 주파수에 대한 가변 인덕터의 인덕턴스를 도시한 것이다. 가변 인덕터는 약 5.5 nH의 공칭 인덕턴스를 갖는다 ('제어' 경우). 제 2 컨덕터가 폐쇄될 때, 인덕턴스는 약 4 nH 로 떨어진다. 인덕턴스의 더 작은 변화는 제 2 컨덕터를 제 1 컨덕터로부터 더 멀리 이동시키므로써 획득될 수도 있다.
도 9b는 주파수에 대한 가변 인덕터의 직렬 저항을 도시한 것이다. 가변 인덕터의 유효한 직렬 저항은 제 2 컨덕터에 대해 더 높은 직렬 저항으로 증가한다. 가변 인덕터의 총 직렬 저항은 저주파수에서는 Rind에 접근하고 표면효과 및 근접 효과 때문에 고주파수에서는 Rind + Rloop 보다 크며, 여기서, Rind는 DC에서의 제 1 컨덕터의 저항이고 Rloop는 DC에서의 제 2 컨덕터의 저항이다. 이러한 현상은 더 높은 k 값 (즉, 더 강한 자기 커플링)에 대해 더 표명된다.
도 9c는 주파수에 대한 가변 인덕터의 양호도를 도시한 것이다. 이 도면 은, 제 2 컨덕터가 0Ω의 저항을 가진 완벽한 컨덕터로 시뮬레이션된다고 할 때라도 가변 인덕터의 양호도가 감소한다는 것을 나타낸다. 이 경우에 대한 양호도의 감소는, 주로, 폐쇄된 루프를 갖는 가변 인덕터의 더 낮은 인덕턴스에 기인한다. 인덕턴스에서 변화가 더 작다면 양호도에서 더 작은 열화가 발생한다. 제 2 컨덕터의 직렬 저항이 증가함으로써 양호도는 더 감소한다.
여기서 설명된 가변 인덕터는, 인덕턴스의 조정이 유익한 임의의 회로 블록에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 가변 인덕터는 필터, 탱크 회로, 임피던스 매칭 네트워크 등에 사용될 수도 있다. 또한, 도 1에서 도시된 바와 같이, 이들 회로 블록은 VCO, 위상 록 루프 (PLL), 증폭기, 혼합기, 등과 같은 더 큰 회로 블록의 일부일 수도 있다. 이하, 가변 인덕터를 갖는 예시적인 VCO 설계를 설명한다.
도 10은 가변 인덕터 (1002), 가변 캐패시터 (버랙터; 1004), VCO 회로 소자 (circuitry; 1006)를 갖는 VCO (1000)의 일 실시형태를 도시한 것이다. 가변 인덕터 (1002)는 제 1 컨덕터 (1012), 제 2 컨덕터 (1022), 및 스위치 (1024)로 형성된다. 제 1 컨덕터 (1012)는 3-포트 인덕터 (1010)를 구현하고 이중 스파이럴 패턴으로 형성된다. 높은 양호도를 달성하기 위해, 제 1 컨덕터 (1012)는, 제 1 컨덕터의 2개의 섹션을 상호 접속시키기 위해 사용되는 하나의 언더패스 (1014)를 제외하고 저-손실 금속 레이어 (예를 들어,구리)상에서 거의 전부 제작된다. 제 1 컨덕터 (1012)에 대한 배선 (1016a 및 1016b)은 인덕터 (1010)의 2개의 포트를 형성하며, 저-손실을 달성하기 위해 하부 레이어 상으로 라우팅되지 않 는다. '탭(tap)' 핀 (1018)은 인덕터 (1010)의 제 3 포트를 형성하며, 제 1 컨덕터 (1012)에 커플링된 회로 콤포넌트에 의해 사용되는 전원 전압을 제공받는다.
제 2 컨덕터 (1022)는 제 1 컨덕터 (1012)의 이중 스파이럴의 외측 (그리고 거리 d만큼 떨어짐)상에 형성된다. 낮은 저항을 획득하기 위해, 제 2 컨덕터 (1022)는 또한, 거의 대부분 저-손실 금속 레이어 상에서 제작된다. 제 2 컨덕터 (1022)는 스위치 (1024)와 직렬로 커플링되고 제 1 컨덕터 (1012)에 대한 이중 스파이럴의 중심과 같은 루프 (1020)를 형성한다. 스위치 (1024)는 루프를 개폐하도록 기능한다. 스위치 (1024)는 루프 상의 임의의 장소에 위치될 수 있다. 그러나, 언더패스는 제 2 컨덕터 (1022)의 2개의 엔드를 상호 접속시키는데 필요하기 때문에, 도 10에서 도시된 바와 같이, 스위치 (1024)는 제 1 컨덕터 (1012)에 대한 배선 (1016a 및 1016b) 사이에서 및 하부 레이어 상에서 편리하게 제작될 수 있다.
버랙터 (1004)는 가변 인덕터 (1002)에 병렬로 커플링되어 있다 (즉, 버랙터 (1004)의 2 엔드는 가변 인덕터 (1002)에 대한 배선 (1016a 및 1016b)에 커플링되어 있다). 또한, VCO 회로 소자 (1006)은 배선 (1016a 및 1016b)에서 가변 인덕터 (1002) 및 버랙터 (1004)에 커플링된다. VCO 회로 소자 (1006)은, 예를 들어, 증폭기, 캐패시터, 지연 회로, 버퍼, 분할 회로 등을 포함할 수도 있다.
도 11은 VCO (1000)에 대한 등가 회로 (1100)의 개략도를 도시한 것이다. 등가 회로 (1100)는 도 10에서의 가변 인덕터 (1002), 가변 캐패시터 (1004) 및 VCO 회로 소자 (1006)에 각각 대응하는 가변 인덕터 (1102), 가변 캐패시터 (1104), 및 VCO 회로 소자 (1106)를 포함한다.
도 10 및 11에서 도시된 바와 같이, 가변 인덕터 (1002) 및 가변 캐패시터 (1004)는 VCO (1000)에 대한 공진기 탱크를 형성한다. 통상적으로, 공진기 탱크의 인덕터에 대한 공칭 인덕턴스 및 캐패시터에 대한 공칭 커패시턴스는 공진기 탱크의 중심 주파수 (center frequency)에 기초하여 선택된다. 차례로 이러한 중심 주파수는, 공진기 탱크에 사용된 아날로그 회로 블록의 주파수에 의존한다.
VCO (1000)는 가변 인덕터 (1002)의 2가지 상태를 갖는 2개의 특정 주파수 (예를 들어, 3.8㎓ 및 4.2㎓) 중 하나에서 동작하도록 설계될 수 있다. 제 1 컨덕터 (1012)는, 스위치 (1024)가 개방되고 가변 인덕터 (1002)가 더 높은 인덕턴스 (예를 들어, 약 1.5 nH)를 가질 경우에 VCO (1000)가 2개의 특정 주파수 중 더 낮은 주파수 (예를 들어, 3.8㎓)에서 동작하도록 설계될 수 있다. 제 2 컨덕터 (1022)는, 스위치 (1024)가 폐쇄되고 가변 인덕터 (1002)가 더 낮은 인덕턴스 (예를 들어, 약 1.24 nH)를 가질 경우에 VCO (1000)가 2개의 특정 주파수 중 더 높은 주파수 (예를 들어, 4.2㎓)에서 동작하도록 설계될 수 있다.
가변 인덕터 1002는 VCO (1000)에 대한 2개의 특정 주파수 사이에서 선택하기 위해 사용될 수도 있다. 버랙터 (1004)는 선택된 주파수 주변에서 VCO (1000)의 주파수에 튜닝하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, VCO (1000)는 선택된 주파수와 관련되는 기준 주파수에 VCO의 주파수를 록킹 (lock)시키기 위해, 버랙터 (1004)의 커패시턴스를 조정할 수 있는 위상 록 루프의 일부일 수도 있다. VCO (1000)에 대해 요구된 튜닝 범위는, 예를 들어, VCO (1000)에 대한 회로 콤포 넌트의 허용 오차, 기준 신호에 대한 주파수의 범위 등과 같은 다양한 인자에 의존한다.
가변 인덕터 (1002)의 2 가지 상태를 갖는 2개의 특정 주파수를 커버하기 위해 VCO (1000)를 설계함으로써, VCO (1000)는, 2개의 주파수에서 동작하는 2개의 VCO와 등가이고 그 VCO와 교체할 수 있다. 2개의 특정 주파수는 무선 통신 시스템에서 2개의 주파수 대역, 2개의 무선 시스템에 의해 사용되는 2개의 주파수 대역 등을 위해 존재할 수도 있다. 예를 들어, VCO (1000)는, 각각, 개인 통신 시스템 (PCS) 대역 및 국제 이동 통신-2000 (IMT-2000) 대역에 대한 주파수에 2배인 3.8 및 4.2㎓를 커버하도록 설계될 수도 있다. VCO (1000)는 다중 루프를 갖는 가변 인덕터 (1002)를 구현함으로써 3개 이상의 주파수에서 동작하도록 설계될 수도 있다.
또한, 가변 인덕터의 다른 변형은 구현될 수도 있으며, 이것은 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 캐패시터는, 루프에서 스위치와 직렬로 커플링되고 가변 인덕터의 임피던스를 변경하기 위해 사용될 수도 있다.
도 12a 내지 12c는 직렬 캐패시터를 가진 단일 루프에 의한 가변 인덕터 (1200)의 등가 회로 모델의 개략도를 도시한 것이다. 도 12a는 (1) 저항기 (1214)와 직렬로 커플링된 인덕터 (1212)로 구성된 1 차측 및 (2) 저항기 (1226)와 직렬로 커플링된 인덕터 (1222)로 구성된 2 차측을 갖는 변압기 (1202)에 의한 가변 인덕터 (1200)의 모델링을 도시한 것이다. 저항기 (1214 및 1226)는 각각, 제 1 및 제 2 컨덕터의 내부 저항이다. 스위치 (1224) 및 캐패시터 (1228)는 변압기 (1202)의 2 차측에 직렬로 커플링된다.
도 12b는 변압기 (1202)에 의한 가변 인덕터 (1200)의 3개의 인덕터 (1232, 1236 및 1238) 및 이상적 변압기 (1240)를 포함하는 T-네트워크로의 전환을 도시한 것이며, 이들 모두는 도 12b에서 도시된 바와 같이 커플링되어 있다. 저항기 (1214)는 변압기 (1240)의 1 차측 면상의 신호 경로에 있다. 스위치 (1224), 저항기 (1226) 및 캐패시터 (1228)는 변압기 (1240)의 2 차측 상에 직렬로 커플링된다.
도 12c는 T-네트워크 (1230)의 등가 회로 (1250)로의 간략화를 도시한 것이다. 이상적인 변압기 (1240)는 등가 회로 (1250)에서 제거된다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 스위치 (1224), 저항기 (1226), 및 캐패시터 (1228)는 변압기 (1240)의 1 차측 상의 회로 엘리먼트에 직접 커플링된다. 캐패시터 (1228) 및 인덕터 (1238)가 직렬로 커플링되기 때문에, 캐패시터 (1228)의 리액턴스는 인덕터 (1238)의 리액턴스를 오프셋시킨다. 캐패시터 (1228)의 리액턴스가 충분히 크다면, 인덕터 (1238)의 리액턴스는 소거될 수 있다. 캐패시터 (1228) 와 인덕터 (1238)의 직렬 조합이 인덕터 (1236)와 병렬로 존재하므로, 캐패시터 (1228)의 리액턴스가 인덕터 (1238)의 리액턴스보다 크다면, 병렬 공진 회로가 형성된다. 가변 인덕터 (1200)의 인덕턴스는 병렬 공진 회로에 의해 증가될 수도 있다.
가변 인덕터는 다양한 회로 애플리케이션에 사용될 수도 있으며 다양한 이득을 제공할 수 있다. 첫째, 가변 인덕터의 인덕턴스는, 패러시틱의 상당한 양을 회로 상에 직접 커플링함 없이도 변경될 수 있다. 직렬 커플링된 스위치를 갖 는 회로에서 또는 그 회로로부터 인덕터를 스위칭하는 종래의 방법은 인덕터의 양호도를 현저히 열화시킬 수 있는 다량의 패러시틱을 도입할 수 있다. 둘째, 가변 인덕터는 통상적으로 적은 양의 공간에 구현될 수 있다. 통상적으로, 회로 콤포넌트는, 인덕터의 성능에 영향을 주는 것을 피하기 위해 인덕터로부터 짧은 거리를 유지한다. 제 2 컨덕터는 편리하게 인덕터 주변의 금지 구역에 위치된다. 통상 행해지는 바와 같이, 리액턴스 튜닝이 버랙터로 획득된다면, 이 버랙터를 제작하기 위해 일부 여분의 공간이 할당될 필요가 있다. 인덕턴스 튜닝에서는, 일반적으로, 이러한 여분의 공간은 할당될 필요가 없다. 셋째, 더 엄격한 허용 오차가 통상적으로 버랙터보다는 가변 인덕터에 대해 획득될 수 있다. 이것은, 통상적으로, 온도에 대한 인덕턴스의 변화량 및 가변 인덕터에 대한 IC 프로세스 변화가 버랙터 또는 캐패시터에 대한 커패시턴스의 변동보다는 훨씬 작기 때문이다. 예를 들어, 온도에 대한 인덕턴스의 변화 및 프로세스 변동은 5% 보다 작을 수도 있지만, 커패시턴스는 30% 까지 변할 수도 있다.
또한, 가변 인덕터는, 인덕턴스 튜닝이 요구되는 회로 애플리케이션에 대해 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 임피던스 매칭 네트워크는, 커패시턴스 튜닝 단독으로는 획득될 수 없는 적절한 임피던스 매칭을 획득하기 위해 인덕턴스 튜닝을 요구할 수도 있다. 또한, 가변 인덕터는 회로에 요구된 커패시턴스 튜닝의 양을 감소시키 위해 사용될 수도 있다. 인덕턴스 및 커패시턴스 튜닝의 조합이 요구된 리액턴스 튜닝을 획득하기 위해 사용된다. 이것은, 더 작은 영역을 점유하고 더 큰 버랙터에 비해 이 개선된 성능을 갖는, 더 작은 버랙터가 제 작될 수 있도록 한다.
도 13은 집적 회로 상에 가변 인덕터를 제작하기 위한 프로세스 (1300)를 도시한 것이다. 인덕터에 대한 제 1 컨덕터가 집적 회로의 기판 상 (예를 들어, 저-손실 금속 레이어 상)에 형성된다 (단계 1310). 제 2 컨덕터가 제 1 컨덕터에 근방의 루프에 형성된다 (단계 1312). 스위치는 제 2 컨덕터에 직렬로 커플링되며, 인덕터의 인덕턴스를 변경하기 위해 루프를 개폐하도록 동작가능하다 (단계 1314). 능동 구현에서, 전류 소스는 제 2 컨덕터 및 스위치와 직렬로 형성될 수도 있다. 또한, 회로 애플리케이션에 의존하여, 다른 회로 콤포넌트가 형성될 수도 있다. 예를 들어, 캐패시터는 공진기 탱크를 형성하기 위해 제 1 컨덕터와 병렬로 제작될 수도 있다.
또한, 집적 회로에서 가변 인덕터를 제작하기 위해 여기에 설명된 기술은 기판 레벨에서 가변 인덕터를 형성하도록 사용될 수도 있다. 회로 엘리먼트 (예를 들어, 인덕터, 송신라인, 또는 일부 다른 회로 엘리먼트)는 인쇄 회로 기판 상에 제 1 컨덕터로 형성될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 상술된 방식으로, 제 2 컨덕터가 회로 기판 상에 형성될 수도 있다. 제 1 및 제 2 컨덕터는 회로 기판 상에 트레이스로 형성될 수도 있다. 스위치는 제 2 컨덕터에 대한 루프를 개폐하고, 또한, 제 1 컨덕터에 의해 형성된 회로 엘리먼트의 전기적 특성 (예를 들어, 인덕턴스)을 변경한다.
여기서 설명된 가변 인덕터는 RFIC, 주문형 집적 회로 (ASIC), 디지털 신호 프로세서 (DSP)등과 같은 다양한 타입의 IC에 사용될 수도 있다. 또한, 가변 인덕터는 상보형 MOS (CMOS), NMOS, BJT, 바이폴라-CMOS (BiCMOS), 실리콘 게르마늄 (SiGe), 갈륨 비소 (GaAs) 등과 같은 다양한 IC 프로세스 기술로 제작될 수도 있다. 가변 인덕터를 가진 IC는 통신, 네트워킹, 컴퓨팅 등과 같은 다양한 시스템 및 애플리케이션에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 이들 IC는 코드 분할 다중 접속 (CDMA) 시스템, 광대역 CDMA (W-CDMA) 시스템, 시간 분할 다중 접속 (TDMA) 시스템, GSM (Global System for Mobile Communications) 시스템, AMPS (Advanced Mobile Phone System) 시스템, 글로벌 측위 시스템 (GPS), 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 시스템, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (OFDM) 시스템, 직교 주파수 분할 다중 접속 (OFDMA) 시스템, WLAN (wireless local area network) 시스템 등과 같은 무선 통신 시스템에 사용될 수도 있다.
개시된 실시형태의 상기 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 제조 또는 사용할 수 있도록 하기 위해 제공되어 있다. 이들 실시형태에 대한 다양한 변형은 당업자에게 명백할 것이며, 여기서 정의한 일반적인 원리는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시형태에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에서 설명된 실시형태로 제한하려는 것이 아니라 여기에 개시된 원리 및 신규한 특성에 부합되는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

Claims (28)

  1. 인덕터에 대한 제 1 컨덕터,
    상기 제 1 컨덕터에 근접하여 루프를 형성하는 제 2 컨덕터, 및
    상기 제 2 컨덕터에 직렬로 커플링되고 상기 루프를 개폐하도록 동작가능한 스위치를 포함하며,
    상기 인덕터의 인덕턴스는 상기 스위치로 상기 루프를 개폐함으로써 변경되는, 집적 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 컨덕터가 스파이럴 패턴으로 형성된, 집적회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터 및 상기 스위치와 직렬로 커플링된 전류 소스를 더 포함하는, 집적 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류 소스는, 상기 인덕터의 인덕턴스를 감소시키기 위해 상기 제 2 컨덕터에서 제 1 방향으로 직류를 흐르게 하도록 동작가능한, 집적 회로.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류 소스는, 상기 인덕터의 인덕턴스를 증가시키기 위해 상기 제 2 컨덕터에서 제 2 방향으로 직류를 흐르게 하도록 동작가능한, 집적 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터는 상기 제 1 컨덕터의 외측에 위치되는, 집적 회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터는 상기 제 1 컨덕터의 내측에 위치되는, 집적 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터는 상기 제 1 컨덕터의 상부 상의 레이어 상에 위치되는, 집적 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터는 상기 제 1 컨덕터의 하부의 레이어 상에 위치되는, 집적 회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 컨덕터에 근접하여 제 2 루프를 형성하는 제 3 컨덕터, 및
    상기 제 3 컨덕터에 직렬로 커플링되고 상기 제 2 루프를 개폐하도록 동작가능한 제 2 스위치를 더 포함하는, 집적 회로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터 및 상기 스위치에 직렬로 커플링된 캐패시터를 더 포함하는, 집적 회로.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터 및 상기 스위치에 직렬로 커플링된 리액턴스 회로 엘리먼트를 더 포함하는, 집적 회로.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 컨덕터는 저-손실 금속으로 제작된, 집적 회로.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터는 저-손실 금속으로 제작된, 집적 회로.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치는 금속-산화물 반도체 (MOS) 트랜지스터로 구현된, 집적 회로.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터는 상기 제 1 컨덕터로부터 소정의 거리에 위치되며,
    상기 소정의 거리는 개폐되는 상기 루프에 의한 인덕턴스 변화의 특정량에 기초하여 선택되는, 집적 회로.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 컨덕터의 2개의 엔드에 커플링된 캐패시터를 더 포함하며,
    상기 캐패시터 및 상기 인덕터는 공진기 탱크를 형성하는, 집적 회로.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕터는 전압 제어 발진기 (VCO)의 일부인, 집적 회로.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕터는 필터의 일부인, 집적 회로.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕터는 임피던스 매칭 네트워크의 일부인, 집적 회로.
  21. 인덕터에 대한 제 1 컨덕터,
    상기 제 1 컨덕터에 근접하여 루프를 형성하는 제 2 컨덕터, 및
    상기 제 2 컨덕터에 직렬로 커플링되고 상기 루프를 개폐하도록 동작가능한 스위치를 포함하며,
    상기 인덕터의 인덕턴스는 상기 스위치로 상기 루프를 개폐함으로써 변경되는, 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 컨덕터의 2개의 엔드에 커플링된 캐패시터를 더 포함하며,
    상기 캐패시터 및 상기 인덕터는 공진기 탱크를 형성하는, 디바이스.
  23. 인덕터에 대한 제 1 컨덕터,
    상기 제 1 컨덕터에 근접하여 루프를 형성하는 제 2 컨덕터,
    상기 제 2 컨덕터에 직렬로 커플링되고 상기 루프를 개폐하도록 동작가능한 스위치로서, 상기 인덕터의 인덕턴스는 상기 스위치로 상기 루프를 개폐함으로써 변경되는, 상기 스위치, 및
    상기 제 1 컨덕터의 2개의 엔드에 커플링된 캐패시터를 포함하며,
    상기 캐패시터 및 인덕터는 전압 제어 발진기 (VCO)에 대한 공진기 탱크를 형성하고,
    상기 VCO는, 개폐되는 상기 루프에 대응하는 2개의 주파수에서 동작가능한, 집적 회로.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 캐패시터는 가변 캐패시터인, 집적 회로.
  25. 인덕터에 대한 제 1 컨덕터를 형성하는 단계,
    상기 제 1 컨덕터에 근접한 루프에서 제 2 컨덕터를 형성하는 단계, 및
    상기 제 2 컨덕터와 직렬로 스위치를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 스위치는 상기 인덕터의 인덕턴스를 변경하기 위해 상기 루프를 개폐하도록 동작가능한, 집적 회로의 제작 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터 및 상기 스위치에 직렬로 전류 소스를 형성하는 단계를 더 포함하는, 집적 회로의 제작 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 컨덕터 및 상기 스위치에 직렬로 캐패시터를 형성하는 단계를 더 포함하는, 집적 회로의 제작 방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 컨덕터에 근접한 제 2 루프에서 제 3 컨덕터를 형성하는 단계, 및
    상기 제 3 컨덕터에 직렬이고 상기 제 2 루프를 개폐하도록 동작가능한, 제 2 스위치를 형성하는 단계를 더 포함하는, 집적 회로의 제작 방법.
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