KR20090076840A - 소형 복합 트랜스포터 - Google Patents

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KR20090076840A
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Abstract

복합 트랜스포머 시스템 및 제공 방법이 개시된다. 상기 복합 트랜스포머 시스템은, 제1 일차 권선 및 상기 제1 일차 권선이 유도결합된 제1 이차 권선을 포함하는 제1 트랜스포머를 포함할 수 있다. 상기 제1 트랜스포머는 상기 제1 일차 권선에서의 제1 회전 전류(rotational current) 흐름 방향을 가질 수 있다. 또한, 상기 복합 트랜스포머 시스템은, 제2 일차 권선 및 상기 제2 일차 권선이 유도결합된 제2 이차 권선을 포함하는 제2 트랜스포머를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 트랜스포머는 상기 제2 일차 권선에서 상기 제1 회전 전류 흐름 방향에 반대인 제2 회전 전류 흐름 방향을 가질 수 있다. 상기 제1 일차 권선의 제1 영역은 상기 제2 일차 권선의 제2 영역에 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 인접한 제1 영역 및 제2 영역은 실질적으로 동일한 제1 직선 전류(linear current) 흐름 방향을 가질 수 있다.
소형, 복합, 트랜스포머, 일차 권선, 이차 권선

Description

소형 복합 트랜스포터{COMPACT MULTIPLE TRANSFORMERS}
본 발명은 일반적으로 트랜스포머에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형 복합 트랜스포머(compact multiple transformer)에 관한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 기술의 급속한 성장에 따라, 많은 블록과 기능들이 하나의 칩에 시스템-온-칩(Syetem-On-Chip: SOC)으로 집적화되고 있다. 반도체 기술에서, 모놀리식(monolithic) 트랜스포머는 많은 공간을 필요로 한다. 특히, 모놀리식 트랜스포머는 부적절한 자기 결합 또는 자기 플럭스의 손실을 방지하기 위해 다른 회로로부터 최소 50 ㎛의 간격 이격이 요구된다. 따라서, 복합 트랜스포머(multiple transformer)의 전체 사이즈는 대형화 되고 제조 비용, 칩 사이즈, 패키지 사이드가 증가하게 된다.
본 발명은 소형화 가능한 복합 트랜스포머를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
본 발명의 일실시형태는 복수의 콤팩트 트랜스포머들을 제공한다. 상기 복수의 트랜스포머들 각각은 일차 권선(primary winding) 및 이차 권선(secondary winding)을 포함한다. 제1 트랜스포머는 적어도 하나의 다른 제2 트랜스포머와 결합될 수 있다. 상기 제1 트랜스포머의 제1 외부 금속라인은 상기 적어도 하나의 다른 제2 트랜스포머의 제2 외부 금속라인과 결합될 수 있다. 상기 제1 외부 금속라인 및 상기 제2 외부 금속라인은 동일한 전류 흐름 방향을 제공한다. 이 동일한 전류 흐름의 방향은 트랜스포머의 자기 플럭스, 인덕턴스 및/또는 성능 계수(quality factor)를 증가시킨다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 복합 트랜스포머 시스템이 제공된다. 상기 복합 트랜스포머 시스템은, 제1 일차 권선 및 상기 제1 일차 권선이 유도결합된 제1 이차 권선을 포함하는 제1 트랜스포머를 포함할 수 있다. 상기 제1 트랜스포머는 상기 제1 일차 권선에서의 제1 회전 전류(rotational current) 흐름 방향을 가질 수 있다. 또한, 상기 복합 트랜스포머 시스템은, 제2 일차 권선 및 상기 제2 일차 권선이 유도결합된 제2 이차 권선을 포함하는 제2 트랜스포머를 포함할 수 있다. 상기 제2 트랜스포머는 상기 제2 일차 권선에서 상기 제1 회전 전류 흐름 방향에 반대인 제2 회전 전류 흐름 방향을 가질 수 있다. 상기 제1 일차 권선의 제1 영역은 상기 제2 일차 권선의 제2 영역에 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 인접한 제1 영역 및 제2 영역은 실질적으로 동일한 제1 직선 전류(linear current) 흐름 방향을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 복합 트랜스포머의 제공 방법이 개시된다. 상기 방법은, 제1 일차 권선 및 상기 제1 일차 권선이 유도결합된 제1 이차 권선을 포함하는 제1 트랜스포머를 마련하는 단계를 포함한다. 상기 제1 일차 권선은 제1 입력 포트에 연결되고, 상기 제1 일차 권선에서 제1 회전 전류 흐름 방향을 제공하도록 상기 제1 입력 포트에서 제1 입력 소스를 수신할 수 있다. 또한, 상기 방법은, 제2 일차 권선 및 상기 제2 일차 권선이 유도결합된 제2 이차 권선을 포함하는 제2 트랜스포머를 마련하는 단계를 포함한다. 상기 제2 일차 권선은 제2 입력 포트에 연결되고, 상기 제2 일차 권선에서 상기 제1 회전 전류 흐름 방향에 반대인 제2 회전 전류 흐름 방향을 제공하도록 상기 제2 입력포트에서 제2 입력 소스를 수신할 수 있다. 상기 일차 권선의 제1 영역은 상기 제2 일차 권선의 제2 영역에 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 인접한 제1 영역 및 제2 영역은 실질적으로 동일한 직선 전류 흐름 방향을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 복합 트랜스포머의 성능을 우수하게 유지하면서 동시에 복합 트랜스포머의 소형화가 가능한 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 기술할 것이다. 이하의 설명에서 본 발명의 모든 실시형태가 개시되는 것은 아니다. 본 발명은 매우 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에 개시되는 실시형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시형태들은 출원을 위한 법적 요구사항들을 충족시키기 위해 제공되는 것이다. 동일한 구성요소에는 전체적으로 동일한 참조부호가 사용된다.
도 1a는 본 발명의 일실시형태에 따른, 제1 트랜스포머(101) 및 제2 트랜스포머(102)를 포함하는 소형 복합 트랜스포머들을 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 소형 복합 트랜스포머들은, 일차 권선(111) 및 이차 권선(112)를 포함하는 제1 트랜스포머(101)을 포함한다. 일차 권선(111)은 정(positive) 입력 신호를 수신하는 제1 입력 포트(103) 및 부(negative) 입력 신호를 수신하는 제2 입력 포트(104)로부터 입력 신호들을 수신할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 일차 권선(111)은 이차 권선(112)에 유도 결합될(inductively coupled) 수 있다. 이차 권선(112)은 정(positive) 출력 신호를 제공하는 제1 출력 포트(107) 및 부(negative) 출력 신호를 제공하는 제2 출력 포트(108)에 출력 신호들을 제공할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 외부의 일차 권선(111)은 내부에 위치한 이차 권선(112)의 적어도 일부분을 포위하거나 둘러싸도록 형성될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 와이어본드(wire-bond), 비아 또는 다른 전기적 연결수단(120a, 120b)이 일차 권선(111) 주위로 이차 권선(112)의 출력 포트(107, 108)로의 경로를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 연결 수단(120a)는 이차 권선(112)의 제1 영역을 제1 출력 포트(107)에 전기적으로 연결하기 위해 사용되고, 연결수단(120b)은 이차 권선(112)의 제2 영역을 제2 출력 포트(108)에 전기적으로 연결하기 위해 사용될 수 있다.
유사하게, 도 1a의 소형 복합 트랜스포머들은 일차 권선(113) 및 이차 권선(114)을 포함할 수 있다. 일차 권선(113)은 부 입력 신호를 수신하는 제1 입력 포트(105) 및 정 입력 신호를 수신하는 제2 입력 포트(106)로부터 입력 신호들을 수신할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 일차 권선(113)은 이차 권선(114)에 유도 결합될 수 있다. 이차 권선(114)은 정 신호 출력을 제공하는 제1 출력 포트(109) 및 부 신호 출력을 제공하는 제2 출력 포트(110)에 출력 신호들을 제공할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 외부의 일차 권선(113)은 내부에 위치한 이차 권선(114)을 포위하거나 둘러싸도록 형성될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 와이어본드(wire-bond), 비아 또는 다른 전기적 연결수단(121a, 121b)이 일차 권선(113) 주위로 이차 권선(114)의 출력 포트(109, 110)로의 경로를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 연결 수단(121a)는 이차 권선(114)의 제1 영역을 제1 출력 포트(109)에 전기적으로 연결하기 위해 사용되고, 연결수단(121b)은 이차 권선(114)의 제2 영역을 제2 출력 포트(110)에 전기적으로 연결하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 제1 트랜스포머(101) 및 제2 트랜스포머(102)는 스파이럴 타입(spiral-type) 트랜스포머이나, 다른 형식의 트랜스포머도 물론 사용될 수 있다. 일차 권선(111, 113) 및 이차 권선(112, 114)은 하나 또는 그 이상의 반도체 기판 상에 제공되는 하나 또는 그 이상의 금속 층을 이용하여, 도전성 라인 또는 트래이스(trace)로서 제조되거나 패턴화될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 금속층은 구리, 금, 은, 알루미늄, 니켈, 상기 금속물질들의 조합, 또는 기타 다른 종류의 도전체, 금속 및 합금을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 트랜스포머(101, 102)는 동일 기판 상에 다른 소자들과 함께 제조될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터, 인덕터, 캐패시터, 저항, 및 전송선로(transmission line)은 동일 기판 상에 트랜스포머(101, 102)와 함께 제조될 수 있다.
도 1a에서, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제1 트랜스포머(101) 및 제2 트랜스포머(102)는 소형화 레이아웃에 따라 상호 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 일차 권선(111)의 제1 영역(하부영역)은 작은 이격 간격을 두고 일차 권선(113)의 제2 영역(상부영역)에 인접하도록 배치될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 일차 권선(111)의 제1 영역과 그에 인접한 일차 권선(113)의 제2 영역 사이의 이격 간격은 50 ㎛ 보다 작을 수 있으며, 고도의 소형화 레이아웃을 위해 15 ㎛(바람직하게, 0.01-6 ㎛) 이하의 범위일 수 있으며, 약간의 소형화 레이아웃을 위해 15-30 ㎛의 범위일 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 일차 권선(111)의 하부영역이 일차 권선(113)의 상부 영역에 인접할 때, 서로 인접한 일차 권선의 영역들을 통해 제2 트랜스포머(102)에 제1 트랜스포머(101)를 자기적으로 결합하기 위해, 인접한 일차 권선들의 영역을 통한 전류 흐름의 직선 방향(linear direction)은 서로 동일한 직선 방향으로 제공될 수 있다. 인접한 일차 권선들의 영역이 실질적으로 동일한 직선 전류 흐름 방향을 갖도록 하기 위해, 일차 권선(111)에서의 회전 전류 흐름(rotational current flow)이 제1 회전 방향으로 제공될 수 있으며, 이 때 일차 권선(113)에서의 회전 전류 흐름은 상기 제1 회전 방향과는 다른 또는 반대인 제2 회전 방향으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 일차 권선(111)에 시계방향의 회전 전류 흐름 방향이 제공되면, 일차 권선(111)의 하부영역에서 직선 전류 흐름은 우측에서 좌측으로의 직선 전류 흐름 방향이 된다. 일차 권선(113)의 인접한 상부영역은, 일차 권선(113)에 반시계방향의 회전 전류 흐름 방향이 제공됨으로써 우측에서 좌측으로의 직선 전류 흐름 방향이 제공될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 일차 권선(111)에 시계방향의 회전 전류 흐름 방향을 제공하기 위해, 제1 입력 포트(103)에는 정 입력 신호가 제공될 수 있으며, 제2 입력 포트(104)에는 부 입력 신호가 제공될 수 있다. 반면, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 일차권선(1113)에 반시계 방향의 회전 전류 흐름을 제공하기 위해, 제1 입력 포트(105)에는 부 입력 신호가 제공되고 제2 입력 포트(106)에는 정 입력 신호가 제공될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 도 1a에서, 제1 트랜스포머(101)의 입력 포 트(103, 104)와 제2 트랜스포머(102)의 입력 포트(105, 106)은 소형화 레이아웃의 좌측에 배치될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제1 트랜스포머(101)의 출력 포트(107, 108) 및 제2 트랜스포머(102)의 출력 포트(109, 110)는 소형화 레이아웃의 우측에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 입력 포트 및 출력 포트의 위치는 변경되거나 재배치될 수 있다. 예를 들어, 트랜스포머의 입력 포트는 일차 권선들의 인접한 외부 영역이 동일한 전류 흐름 방향을 갖도록 재배치될 수 있다. 이와 유사하게, 트랜스포머의 출력 포트는 일차 권선들의 인접한 외부 영역이 동일한 전류 흐름 방향을 갖도록 재배치될 수 있다.
일례로서, 도 1b는, 제1 트랜스포머(101)의 입력 포트(107, 108) 및 제2 트랜스포머(102)의 입력 포트(109, 110)가 각 트랜스포머(101, 102)의 좌측에 배치되는 반면, 제1 트랜스포머(101)의 출력 포트(107, 108)가 제1 트랜스포머(101)의 상부측에 배치되고 제2 트랜스포머(102)의 출력 포트(109, 110)가 제2 트랜스포머(102)의 하부측에 배치된 소형화 레이아웃을 도시한다. 다른 예로서, 도 1c는, 제1 트랜스포머(101)의 입력 포트(103, 104)가 제1 트랜스포머(101)의 상부측에 제공되고 제2 트랜스포머(102)의 입력 포트(105, 106)가 제2 트랜스포머(102)의 하부측에 제공되는 반면, 제1 트랜스포머(101)의 출력 포트(107, 108) 및 제2 트랜스포머(102)의 출력 포트(109, 110)는 각 트랜스포머(101, 102)의 우측에 배치된 소형화 레이아웃을 도시한다. 입력 포트 및 출력 포트는 본 발명의 범위 내에서 다양한 다른 위치로 재배치될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 제1 및 제2 트랜스포머(101, 102)는 실질적 으로 대칭 또는 미러(mirror) 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 대칭 또는 미러 구조는 양호한 신호 밸런스를 제공할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에서, 대칭선(line of symmetry)는 트랜스포머들(101, 102)의 인접한 영역 사이의 라인에 따라 정의될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 소형 복합 트랜스포머의 일례를 도시한 도면이다. 도 2에서 복수의 증폭기 블록(241, 242,243)이 도시된다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 증폭기 블록(241, 242, 243)은 서로 평행한(parallel) 블록으로서 제공된다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 제1 증폭기 블록(241)은 제1 스테이지 증폭기(211), 트랜스포머(207) 및 제2 스테이지 증폭기(212)를 포함할 수 있다. 유사하게, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제2 증폭기 블록(242)은 제1 스테이지 증폭기(213), 트랜스포머(208) 및 제2 스테이지 증폭기(214)를 포함할 수 있다. 제3 증폭기 블록(243)은 제1 스테이지 증폭기(215), 트랜스포머(209) 및 제2 스테이지 증폭기(216)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 트랜스포머(207, 208, 209)는 제1 및 제2 전자 회로 블록 또는 제1 및 제2 RF 회로 블록 사이의 내부-스테이지(inter-stage) 매칭을 위해 동작할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 트랜스포머(207, 208, 209)는 제1 스테이지 증폭기(211, 213, 215)와 제2 스테이지 증폭기(212, 214, 216) 각각 사이의 내부-스테이지 매칭을 위해 동작할 수 있다.
도 2에서, 제1 트랜스포머(207)는 이차 권선(202)의 적어도 일부분을 포위하 거나 둘러싸는 일차 권선(201)을 포함할 수 있다. 제2 트랜스포머(208)는 이차 권선(204)의 적어도 일부분을 포위하거나 둘러싸는 일차 권선(203)을 포함할 수 있다. 유사하게, 제3 트랜스포머(209)는 이차 권선(206)의 적어도 일부분을 포위하거나 둘러싸는 일차 권선(205)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 트랜스포머(207, 208, 209)는, 제1 트랜스포머(207) 및 제3 트랜스포머(209) 사이에 제2 트랜스포머(208)가 배치된 소형화 레이아웃(compact layout)에 따라 배치될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 일차 권선들(201, 203, 205)의 인접한 영역 사이의 이격 간격은 소형화 레이아웃을 제공하기 위해 최소화될 수 있다. 예를 들어, 일차 권선들(201, 203, 205)의 인접한 영역 사이의 이격 간격은 50 ㎛ 보다 작을 수 있으며, 고도의 소형화 레이아웃을 위해 15 ㎛(바람직하게, 0.01-6 ㎛) 이하의 범위일 수 있으며, 약간의 소형화 레이아웃을 위해 15-30 ㎛의 범위일 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 다른 간격의 범위들이 물론 사용될 수 있다.
도 2에서, 제1 일차 권선(201)의 하부 영역은 제2 일차 권선(203)의 상부 영역과 동일한 직선 전류 흐름 방향(예를 들어, 우측에서 좌측으로의 전류 흐름)을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제1 일차 권선(201)의 하부영역은 제2 일차 권선(203)의 상부 영역에 자기적으로 결합될 수 있다. 유사하게, 제2 일차 권선(203)의 하부 영역은 제3 일차 권선(205)의 상부 영역과 동일한 직선 전류 흐름 방향(예를 들어, 좌측에서 우측으로의 전류 흐름)을 가질 수 있다. 따라서, 제2 일차 권선(203)의 하부 영역은 제3 일차 권선(205)의 상부 영역과 자 기적으로 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 트랜스포머(208)의 일차 권선(203)은 제1 및 제3 트랜스포머(207, 209)와 자기적으로 결합할 수 있다. 그러나, 제2 트랜스포머의 일차 권선(203)에는 제1 회전 전류 흐름 방향이 제공될 수 있으며, 이 때 제1 및 제3 트랜스포머(207, 209) 각각의 일차 권선(201, 205)에는 제1 회전 전류 흐름 방향과 다른 또는 반대의 제2 회전 전류 흐름 방향이 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제2 일차 권선(203)에는 반시계 방향의 회전 전류 흐름 방향이 제공될 수 있고, 이에 따라 제2 일차 권선(203)의 상부 영역에는 우측에서 좌측으로의 직선 전류 흐름 방향이 제공되고, 하부 영역에는 좌측에서 우측으로의 직선 전류 흐름 방향이 제공될 수 있다. 이에 반해, 제1 및 제3 일차 권선(201, 205)에는 시계 방향의 회전 전류 흐름 방향이 제공될 수 있고, 이에 따라 제1 및 제3 일차 권선(201, 205) 각각의 상부 영역에는 좌측에서 우측으로의 직선 전류 흐름 방향이 제공되고, 하부 영역에는 우측에서 좌측으로의 직선 전류 흐름 방향이 제공될 수 있다.
제2 일차 권선(203)에 제1 회전 전류 흐름 방향(예를 들어, 반시계 방향)을 제공하기 위해, 제1 입력 포트(222)는 부(negative) 입력 신호에 연결될 수 있고 제2 입력 포트(223)는 정(positive) 입력 신호에 연결될 수 있다. 이에 반해, 제1 및 제3 일차 권선(201, 205) 각각의 제1 입력 포트(220, 224) 및 제2 입력 포트(221, 225)는 제2 일차 권선(203)과 반대 극성으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 입력 포트(220, 224)는 정 입력 신호에 연결될 수 있고 제2 입력 포트(221, 225)는 부 입력 신호에 연결될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제1 스테이지 증폭기(211, 213, 215)는 각각의 제1 입력 포트(220, 222, 224) 및 제2 입력 포트(221, 223, 225)에 적절한 부 또는 정 입력 신호들을 제공하도록 연결될 수 있다.
계속 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제2 트랜스포머(208)의 제1 출력 포트(228)에는 부(negative) 출력 신호가 제공될 수 있으며, 제2 출력 포트(229)에는 정(positive) 출력 신호가 제공될 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제1 및 제3 트랜스포머(207, 209)의 제1 출력 포트(226, 230)에는 정 출력 신호가 제공되고 제2 출력 포트(227, 231)에는 부 출력 신호가 제공될 수 있다. 제2 스테이지 증폭기(212, 214, 216)는 제1 출력 포트(226, 228, 230) 및 제2 출력 포트(227, 229, 231) 각각으로부터 부 또는 정 출력 신호를 수신한다. 따라서, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 증폭기의 입력 및 출력 포트는 트랜스포머에 의해 요구되는 전류 흐름 방향에 따라 재배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 다중 턴수를 갖는 소형 복합 트랜스포머를 도시한 도면이다. 특히, 도 3은 제1 트랜스포머(305) 및 제2 트랜스포머(306)을 도시한다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제1 트랜스포머(305)는 일차 다중턴 권선(primary multi-turn winding)(301)(2회 또는 그 이상) 및 이차 다중턴 권선(secondary multi-turn winding)(302)(2회 또는 그 이상)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 일차 다중턴 권선(301)은 적어도 하나의 와이어-본 드, 비아 또는 다른 전기적 연결 수단에 의해 연결된 복수의 내부 또는 외부 영역(301a-c)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 이차 다중턴 권선(302)은 적어도 하나의 와이어-본드, 비아 또는 다른 전기적 연결 수단에 의해 연결된 복수의 내부 및 외부 영역(302a-c)을 포함할 수 있다. 유사하게, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 제2 트랜스포머(306)는 일차 다중턴 권선(303)(2회 또는 그 이상) 및 이차 다중턴 권선(304)(2회 또는 그 이상)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 일차 다중턴 권선(303)은 적어도 하나의 와이어-본드, 비아 또는 다른 전기적 연결 수단에 의해 연결된 복수의 내부 또는 외부 영역(303a-c)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 이차 다중턴 권선(304)은 적어도 하나의 와이어-본드, 비아 또는 다른 전기적 연결 수단에 의해 연결된 복수의 내부 및 외부 영역(304a-c)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 일차 다중턴 권선(301, 303)의 인접한 영역(301b, 303a) 사이의 간격은 소형화 레이아웃을 제공하기 위해 최소화 될 수 있다. 예를 들어, 인접 영역들(301b, 303a)의 사이의 간격은 50 ㎛ 보다 작을 수 있으며, 고도의 소형화 레이아웃을 위해 15 ㎛(바람직하게, 0.01-6 ㎛) 이하의 범위일 수 있으며, 약간의 소형화 레이아웃을 위해 15-30 ㎛의 범위일 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 다른 간격의 범위들이 물론 사용될 수 있다.
도 3에서, 일차 다중턴 권선(301)에는 제1 회전 전류 흐름 방향(예를 들어, 반시계 방향)을 제공할 수 있으며, 일차 다중턴 권선(303)에는 제1 회전 전류 흐름 방향에 반대인 제2 회전 전류 흐름 방향(예를 들어, 시계 방향)을 제공할 수 있다. 따라서, 일차 다중턴 권선(301)의 하부 영역(301b)은 1차 다중턴 권선(303)의 상부 영역(303a)과 동일한 직선 전류 흐름 방향(예를 들어, 좌측에서 우측으로)을 가질 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 하부영역(301b)과 상부영역(303a)은 서로 자기적으로 결합될 수 있다.
제1 일차 다중턴 권선(301)에 제1 회전 전류 흐름을 제공하기 위해, 일차 다중턴 권선(301)은 부 입력 신호를 수신하는 제1 입력 포트(310) 및 정 입력 신호를 수신하는 제2 입력 포트(311)로부터 입력 신호들을 수신할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 이차 다중턴 권선(302)은 부 출력 신호를 제공하는 제1 출력 포트(320) 및 정 출력 신호를 제공하는 제2 출력 포트(321)에서 출력 신호들을 제공할 수 있다.
이에 반해, 제2 일차 다중턴 권선(303)에 제1 회전 전류 방향에 반대인 제2 회전 전류 방향을 제공하기 위해, 일차 다중턴 권선(303)은 정 입력 신호를 수신하는 제1 입력 포트(312) 및 부 입력 신호를 수신하는 제2 입력 포트(313)로부터 입력 신호들을 수신할 수 있다. 이차 다중턴 권선(304)은 정 출력 신호를 제공하는 제1 출력 포트(322) 및 부 출력 신호를 제공하는 제2 출력 포트(323)에서 출력 신호들을 제공할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 입력 포트와 출력 포트는 다양하게 다른 위치로 재배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 따라 센터탭 포트(center tap port)를 통해 DC 바이어스를 제공받는 복합 트랜스포머인 도 1a의 소형화 레이아웃을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 일차 권선(111, 113)은 각각 센터탭 포트(401, 402) 를 포함한다. 유사하게, 각 이차 권선(112, 114)은 각각 센터탭 포트(403, 404)를 포함한다. 센터탭 포트(401, 402, 403, 404)는 각각의 입력 포트(103, 104 및 105, 106)에 차동 신호가 제공될 때의 가상 AC 접지에 존재할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 하나 또는 그 이상의 DC 바이어스 전압(411-414)이 하나 또는 그 이상의 센터탭 포트(401-404)를 통해 공급될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 센터탭 포트(401-404)의 위치는 각 일차 권선(111, 113) 또는 각 이차 권선(112, 114)의 중앙 또는 대칭 위치에 해당할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시형태에서, 센터탭 포트(401-404)의 위치는 중앙 또는 대칭 위치로부터 변동될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시형태에 따라 센터탭 포트를 통해 튜닝 블록을 제공받는 복합 트랜스포머인 도 1a의 소형 복합 트랜스포머를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 일차 권선(111, 113)은 각각 센터탭 포트(501, 502)를 포함할 수 있다. 유사하게, 이차 권선(112, 114)은 각각 센터탭 포트(503, 504)를 포함할 수 있다. 센터탭 포트(501, 502, 503, 504)는 각각의 입력 포트(103, 104 및 105, 106)에 차동 신호가 제공될 때의 가상 AC 접지에 존재할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 하나 또는 그 이상의 튜닝 블록(511, 512, 513, 514)이 각각의 센터탭 포트(501-504)를 통해 각 권선(501-504)에 제공될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 하나 또는 그 이상의 튜닝 블록(511-514)이 트랜스포머(501, 502)의 주파수 특성을 튜닝하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 튜닝 블록(511-514)은 결합 주파수 대역을 제어, 조정, 필터링 또는 다른 형태 로 튜닝하는 동작을 수행할 수 있다. 다른 예에서, 튜닝 블록(511-514)은 하나 또는 그 이상의 주파수 성분을 선택적으로 증강하거나 억제하는 동작을 하는 공진 회로일 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 튜닝 블록(511-514)은 하나 또는 그 이상의 주파수 대역에 대해 0에서부터 무한대까지의 임의의 복소 임피던스를 가질 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일실시형태에 따른 튜닝 블록의 회로도이다. 도 6a에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 튜닝 블록은 직렬 연결된 용량 성분(capacitive component)(601) 및 유도 성분(inductive component)(602)을 포함하는 공진 회로일 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 공진 회로의 포트(600)는 일차 및/또는 이차 권선의 센터탭 포트에 연결될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면 도 6a의 공진 회로는 공진 주파수 fn(603)을 갖는다.
도 6b는 본 발명의 일실시형태에 따른 튜닝 블록의 다른 회로도이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 튜닝 블록은 병렬 연결된 용량 성분(611) 및 유도 성분(612)을 포함하는 공진 회로일 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 공진 회로의 포트(610)는 일차 및/또는 이차 권선의 센터탭 포트에 연결될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면 도 6b의 공진 회로는 공진 주파수 fn(613)을 갖는다.
도 6c는 본 발명의 일실시형태에 따른 튜닝 블록의 또 다른 회로도이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 공진 주파수 fn1, fn2, 및 fn3(627, 628, 629)와 같이 복수의 공진 주파수를 갖는 공진 회로가 존재할 수 있다. 예를 들어, 용량 성분(621) 및 유도 성분(622)은 공진 주파수 fn1(627)을 제공하도록 서로 직렬 연결될 수 있 다. 유사하게, 용량 성분(623) 및 유도 성분(624)은 공진 주파수 fn2(628)를 제공하도록 서로 직렬 연결될 수 있다. 더하여, 용량 성분(625) 및 유도 성분(625)은 공진 주파수 fn3(629)을 제공하도록 서로 직렬 연결될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 공진 회로의 포트(620)는 일차 및/또는 이차 권선의 센터탭 포트에 연결될 수 있다. 도 6c는 공진 회로의 한가지 특정 형태만을 도시하지만, 본 발명의 다른 실시형태는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형식의 직렬/병렬 공진 회로를 포함할 수 있다. 더하여, 튜닝 블록이 센터탭 포트에서 연결되는 것으로 도시되나, 본 발명의 다른 실시형태는 다른 위치에서 일차 권선에 튜닝 블록을 연결할 수 있다.
도 6a-6c의 용량 성분 및 유도 성분의 값 및 파라미터들은 하나 또는 그 이상의 요구되는 공진 주파수를 갖도록 선택될 수 있다. 더하여, 공진 회로는 저항 성분을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 튜닝 블록의 하나 또는 그 이상의 공진 주파수는 불필요한 하모닉 성분을 필터링하도록 동작하거나, 하나 또는 그 이상의 공진 주파수에서 다른 하모닉 성분을 증강시켜 결합 주파수를 제어하도록 동작할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 본 명세서에서 기술된 트랜스포머의 레이아웃은 수평 구조(planar structure) 또는 스택 구조(stacked structure)를 이용하여 구현될 수 있다. 수평구조를 이용하여, 복수의 트랜스포머는 실질적으로 동일한 금속 층에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 수평 기판 구조의 예에서, 복수의 트랜스포머는 모두 동일한 제1 금속 층(702)으로 제조될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 입력 및 출력 포트 사이 또는 일차/이차 권선의 영역들 사이의 경로 형성은 하나 또는 그 이상의 비아, 와이어-본드 또는 다른 전기적 연결 수단을 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 트랜스포머의 레이아웃은 스택 구조를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 도 8에 도시된 스택 기판 구조에서, 제1 트랜스포머는 금속층(802)으로 형성될 수 있으며, 제2 트랜스포머는 금속층(804)으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 입력 및 출력 포트 사이 또는 일차/이차 권선의 영역들 사이의 경로 형성은 하나 또는 그 이상의 비아, 와이어-본드 또는 다른 전기적 연결 수단을 이용하여 이루어질 수 있다.
전술한 설명 및 첨부 도면에 개시된 기술을 이용하여 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 많은 변형예와 다른 실시형태들을 도출해 낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 변형예 및 다른 실시형태들은 이하 기재되는 특허 청구 범위 내에 포함되는 것으로 간주되어야 한다. 본 명세서에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 일반적이고 설명을 위한 의미로 사용되었을 뿐이며 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.
도 1a-1c는 본 발명의 일실시형태에 따른 소형 복합 트랜스포머들을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 복합 트랜스포머를 사용한 평행 인터-스테이지 네트워크(parallel inter-stage network)에 관련된 소형 복합 트랜스포머 애플리케이션을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 복수의 턴수를 갖는 하나 또는 그 이상의 권선을 포함한 소형 복합 트랜스포머를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 따른 센터탭(center tap)을 통한 DC 바이어싱(biasing)을 갖는 소형 복합 트랜스포머를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시형태에 따른 센터탭을 통한 튜닝 블록을 갖는 소형 복합 트랜스포머를 도시한 도면.
도 6a-6c는 본 발명의 일실시형태에 따른 튜닝 블록의 일례를 도시한 회로도.
도 7은 본 발명의 일실시형태에 따른 복합 트랜스포머를 구현하기 위한 수평 구조(planar structure)를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시형태에 따른 복합 트랜스포머를 구현하기 위한 스택 구조(stacked structure)를 도시한 도면.

Claims (20)

  1. 제1 일차 권선 및 제1 이차 권선을 포함하며, 상기 제1 일차 권선은 상기 제1 이차 권선에 유도 결합되고, 상기 제1 일차 권선에서 제1 회전 전류 흐름 방향(rotational current flow direction)을 갖는 제1 트랜스포머; 및
    제2 일차 권선 및 제2 이차 권선을 포함하며, 상기 제2 일차 권선은 상기 제2 이차 권선에 유도 결합되고, 상기 제2 일차 권선에서 상기 제1 회전 전류 흐름 방향에 반대인 제2 회전 전류 흐름 방향을 갖는 제2 트랜스포머를 포함하며,
    상기 제1 일차 권선의 제1 영역은 상기 제2 일차 권선의 제2 영역에 인접하여 배치되고, 상기 인접한 제1 영역 및 제2 영역은 실질적으로 동일한 제1 직선 전류 흐름 방향(linear current flow direction)을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전 전류 흐름 방향 및 제2 회전 전류 흐름 방향은 (ⅰ) 시계방향의 전류 흐름 방향 및 (ⅱ) 반시계 방향의 전류 흐름 방향으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 일차 권선의 상기 제1 영역 및 상기 제2 일차 권선의 상기 제2 영 역은 서로 자기적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    제3 일차 권선 및 제3 이차 권선을 포함하며, 상기 제3 일차 권선이 상기 제3 이차 권선에 유도 결합되고, 상기 제3 일차 권선에서 제1 회전 전류 흐름 방향을 갖는 제3 트랜스포머를 더 포함하며,
    상기 제3 일차 권선의 제3 영역은 상기 제2 일차 권선의 제4 영역과 인접하여 배치되고, 상기 인접한 제3 영역과 제4 영역은 상기 제1 직선 전류 흐름 방향에 반대인 실질적으로 동일한 제2 직선 전류 흐름 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스포머들은 스파이럴 타입(spiral-type) 트랜스포머인 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 영역 사이의 이격 거리는 0.01 ㎛ 내지 30 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜스포머 및 제2 트랜스포머는 인터-스테이지(inter-stage) 매칭을 위해 동작하는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 일차 권선, 상기 제1 이차 권선, 상기 제2 일차 권선 및 상기 제2 이차 권선은 각각 1 회 또는 그 이상의 턴수를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜스포머 및 상기 제2 트랜스포머는 실질적으로 구조적인 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 일차 권선, 상기 제1 이차 권선, 상기 제2 일차 권선, 및 상기 제2 이차 권선 중 적어도 하나는 가상 접지를 정의하는 센터탭 포트(center tap port)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 센터탭 포트는 상기 제1 트랜스포머 또는 상기 제2 트랜스포머의 바이어스 전압을 수신하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 복합 트 랜스포머 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 센터탭 포트는 튜닝 블록에 연결된 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 튜닝 블록은 하나 또는 그 이상의 주파수 성분을 증강 또는 억제하기 위한 하나 또는 그 이상의 공진 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜스포머 및 상기 제2 트랜스포머는 (ⅰ)수평구조에 따른 단일 금속층 또는 (ⅱ)스택 구조에 따른 둘 또는 그 이상의 금속층으로 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 일차 권선, 상기 제1 이차 권선, 상기 제2 일차 권선, 및 상기 제2 이차 권선 중 적어도 하나는 상호 간의 중첩을 회피하기 위해 비아 연결(via connection) 또는 와이어 본드 연결(wire-bond connection)을 포함하는 것을 특징 으로 하는 복합 트랜스포머 시스템.
  16. 제1 일차 권선 및 제1 이차 권선을 포함하며, 상기 제1 일차 권선은 상기 제1 이차 권선에 유도 결합되고, 상기 제1 일차 권선이 제1 입력 포트에 연결된 제1 트랜스포머를 마련하는 단계;
    상기 제1 일차 권선에 제1 회전 전류 흐름 방향을 제공하기 위해 상기 제1 입력 포트에서 제1 입력 소스를 수신하는 단계;
    제2 일차 권선 및 제2 이차 권선을 포함하며, 상기 제2 일차 권선은 상기 제2 이차 권선에 유도 결합되고, 상기 제2 일차 권선이 제2 입력 포트에 연결된 제2 트랜스포머를 마련하는 단계;
    상기 제2 일차 권선에 상기 제1 회전 전류 흐름 방향에 반대인 제2 회전 흐름 전류 방향을 제공하기 위해 상기 제2 입력 포트에서 제2 입력 소스를 수신하는 단계; 및
    상기 제1 일차 권선의 제1 영역을 상기 제2 일차 권선의 제2 영역에 인접하여 배치하는 단계를 포함하며,
    상기 인접한 제1 영역 및 제2 영역은 실질적으로 동일한 제1 직선 전류 흐름 방향(linear current flow direction)을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 제공 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 회전 전류 흐름 방향 및 제2 회전 전류 흐름 방향은 (ⅰ) 시계방향의 전류 흐름 방향 및 (ⅱ) 반시계 방향의 전류 흐름 방향으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 제공 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 트랜스포머 및 상기 제2 트랜스포머는 실질적으로 구조적인 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 제공 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 일차 권선, 상기 제1 이차 권선, 상기 제2 일차 권선, 및 상기 제2 이차 권선 중 적어도 하나는 가상 접지를 정의하는 센터탭 포트(center tap port)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 제공 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 센터 탭 포트에 하나 또는 그 이상의 튜닝 블록을 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 트랜스포머 제공 방법.
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