TWI627646B - 適用於振盪器之變壓器與其方法 - Google Patents

適用於振盪器之變壓器與其方法 Download PDF

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Abstract

本發明之實施例提供了一種適用於振盪器之變壓器與方法。變壓器包含有一第一線圈與一第二線圈。第一線圈為一第一金屬平面線圈且沿著一預設立體區域繞設，預設立體區域包含有一第一層與一第二層，第一層與第二層均包含有一左側區域與一右側區域，第一線圈沿第一層之左側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿第二層之右側區域繞設直至第二層之左側區域之第二端。而第二線圈為一第二金屬平面線圈且沿著預設立體區域繞設，第二線圈沿第二層右側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿第二層之左側區域繞設直至第一層之右側區域之第二端。其中，第一線圈於第二層之右側區域之一第二中心線位置設有一第一中間抽頭，第二線圈於第二層之左側區域之第二中心線位置設有一第二中間抽頭。

Description

適用於振盪器之變壓器與其方法
本發明係關於一種電子裝置；特別關於一種適用於振盪器之變壓器與繞線方法。
第1圖顯示習知變壓器100之示意圖。變壓器為一種四端元件，包含有兩個電感。且變壓器因為主線圈和次線圈並沒有直接相交，因此並不需要直流阻隔(DC block)。
而習知變壓器如第1圖所示，其電感纏繞之方式．導致電感不對稱，應用在差動電路上會有困難。再者，若應用於振盪電路，電容之配置需另外設置，會增加許多面積，使生產成本提高。
因此如何提供一種變壓器，讓主線圈與次線圈電感對稱，以及能夠節省電容設置之面積，實為一急需克服之問題。
本發明之目的之一在提供一種具有節省空間功效之適用於振盪器之變壓器。
本發明之目的之一在提供一種具有提高電感對稱性功效之適用於振盪器之變壓器。
本發明之目的之一在提供一種使用變壓器且節省空間之振盪器。
依據本發明之一實施例，提供了一種適用於振盪器之變壓器，包含有一第一線圈與一第二線圈。第一線圈為一第一金屬平面線圈且沿著一預設立體區域繞設，預設立體區域包含有一第一層與一第二層，第一層與第二層均包含有一左側區域與一右側區域，第一線圈沿第一層之左 側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿第二層之右側區域繞設直至第二層之左側區域之第二端。而第二線圈為一第二金屬平面線圈且沿著預設立體區域繞設，第二線圈沿第二層右側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿第二層之左側區域繞設直至第一層之右側區域之第二端。其中，第一線圈於第二層之右側區域之一第二中心線位置設有一第一中間抽頭，第二線圈於第二層之左側區域之第二中心線位置設有一第二中間抽頭。
依據本發明之一實施例，提供了一種適用於振盪器之變壓器之繞線方法，包含有下列步驟：首先，將一第一線圈且沿著一預設立體區域繞設，該預設立體區域包含有一第一層與一第二層，第一層與該第二層均包含有一左側區域與一右側區域，該第一線圈沿該第一層之左側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿該第二層之右側區域繞設直至該第二層之該左側區域之第二端。接著，將一第二線圈沿著預設立體區域繞設，第二線圈沿第二層右側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿第二層之左側區域繞設直至第一層之該右側區域之第二端。之後，將第一線圈於第二層之右側區域之一第二中心線位置設置一第一中間抽頭，且將第二線圈於第二層之左側區域之第二中心線位置設置一第二中間抽頭。
為實現振盪器或其他功能可將第一層之左側區域之第一端與第二層右側區域之第一端耦接一電源、一切換開關、或一電容；將第一中間抽頭與第二中間抽頭耦接一電源、一切換開關、或一電容；或將第二層之左側區域之第二端與第一層之該右側區域之第二端耦接一電源、一切換開關、或一電容。
本發明變壓器之第一線圈與第二線圈利用交互堆疊之方式達成於第一線圈與第二線圈之電感對稱，且交互堆疊之方式可增加空間利用率，另於繞線之中間空出區域設置中間抽頭，可將電容或其他元件設置其中以節省空間，與其他元件或切換開關之組合為振盪器等電路，可達到較大的調諧範圍且增加電路設計之彈性。
100、200‧‧‧變壓器
201、201‧‧‧線圈
E1、E2、P1、P2‧‧‧端點
T1、T2‧‧‧中間抽頭
S1、S2‧‧‧金屬層
L、R‧‧‧區域
A、B‧‧‧連接點
M1、M2‧‧‧中心線
C、C1、C2‧‧‧電容
SW‧‧‧開關
VDD‧‧‧電源
Tr1、Tr2‧‧‧電晶體
第1圖顯示一習知變壓器之示意圖。
第2A圖顯示本發明一實施例之變壓器之結構示意圖。
第2B圖顯示第2A圖第一線圈一實施例之示意圖。
第2C圖顯示第2A圖第二線圈一實施例之示意圖。
第3圖顯示本發明一實施例之電感電容振盪器示意圖。
第4圖顯示本發明一實施例之變壓器應用電路之示意圖。
第5圖顯示本發明另一實施例之變壓器應用電路之示意圖。
第6圖顯示本發明另一實施例之變壓器應用電路之示意圖。
第7圖顯示本發明一實施例之適用於振盪器之變壓器之繞線方法之流程圖。
第2A圖顯示本發明一實施例之一種適用於振盪器之變壓器200之示意圖。圖面左側為變壓器200之平面圖，圖面右側為變壓器200之立體圖。
變壓器200包含有一第一線圈201與第二線圈202。
第一線圈201為一第一金屬平面線且沿著一預設立體區域繞設，預設立體區域包含有一第一層S1與一第二層S2，第一層S1與第二層S2均包含有一左側區域L與一右側區域R，第一金屬平面線圈沿該第一層之左側區域L之第一端E1繞設通過一第一中心線M1後，沿第二層L2之右側區域R繞設直至第二層L2之該左側區域L之第二端E2；以及 一第二線圈202，為一第二金屬平面線圈且沿著預設立體區域繞設，第二金屬平面線圈沿第二層S2右側區域之第一端P1繞設通過一第一中心線M1後，沿第二層S2之左側區L域繞設直至第一層S1之右側區 域R之第二端P2。
其中，第一線圈201於第二層S2之右側區域R之第二中心線M2位置設有一第一中間抽頭T1，該第二線圈202於第二層S2之左側區域L之第二中心線M2位置設有一第二中間抽頭T2。一實施例中，第一中心線M1與第二中心線M2垂直。
需注意，第一線圈201沿該第一層之左側區域L之第一端E1繞設通過一第一中心線M1後，係透過連接點A沿第二層L2之右側區域R繞設直至第二層L2之該左側區域L之第二端E2；而第二線圈202沿第二層S2右側區域之第一端P1繞設通過一第一中心線M1後，係透過連接點B沿第二層S2之左側區域L繞設直至第一層S1之右側區域R之第二端P2。
第2B圖顯示第一線圈201之結構圖。第2C圖顯示第二線圈之結構圖。第一線圈201係於第一層S1之左側區域L繞了0.5圈後，透過連接點B連接第二層S2之右側區域R，且於第二層S2之右側區域R與第二層之左側區域L繞了一圈。因此，第一線圈總共繞了1.5圈。
第2C圖中，第二線圈202係於第二層S2之右側區域R繞了一圈後，透過連接點A連接第一層S1之右側區域R，且於第一層S1之右側區域R繞了0.5圈。因此，第二線圈總共繞了1.5圈。
依此方式，本發明實施例變壓器之第一線圈201與第二線圈202利用1.5圈+1.5圈交互堆疊之方式達成於第一線圈201之電感與第二線圈202之電感對稱，且於繞線之中間空出區域設置中間抽頭T1與T2，可增加其他應用功能，並節省空間減少成本。
本發明實施例變壓器之其他應用之方式說明如下：如第3圖顯示利用第2A圖之變壓器實施一電感電容振盪器之結構與等效電路圖。於第3A圖中，變壓器200第一層S1之左側區域L之第一端E1與第二層S2右側區域R之第一端P1耦接一電源VDD。第一中間抽頭T1與第二中間抽頭T2耦接可變電容C之兩端。第二層S2之左側區域L之第二端E2與該第一層S1之右側區域R之第二端P2耦接一切換開關SW。
切換開關包SW含有一第一電晶體Tr1、一第二電晶體Tr2。第一電晶體Tr1，其第一端1耦接第二層S2之左側區域之第二端E2，第一 電晶體Tr1之第二端2接地。第二電晶體Tr2，其第一端1耦接第一層S1之右側區域R之第二端P2，第二電晶體Tr2之第二端2接地，且第二電晶體Tr2之控制端3耦接第一電晶體Tr1之第一端1，第一電晶體Tr1之控制端3耦接第二電晶體Tr2之第一端1。電感電容振盪器之等效電路如第3圖圖面右側所示。需注意，其他實施例中，上述接地可用其他電位取代。
依此方式，可變電容C可設置於變壓器的中心(電感的中心)，實現自感L1、L2、L3、L4與互感L13、L14、L23、L24以及電容之振盪，而可達成節省晶片的面積，不需要再利用其他的金屬層來實現中間抽頭(Center metal)，且此種第一線圈與第二線圈交互堆疊之方式可提高空間的使用率，而節省晶片的面積。
再者，變壓器200可以結合切換開關或其他元件，達成其他功能或達到更大的調諧範圍(Tuning range)。
一實施例，如第4圖所示，變壓器200之第一層S1之左側區域L之第一端E1與第二層右側區域R之第一端P1耦接一電源VDD。第一中間抽頭T1與第二中間抽頭T2耦接一切換開關SW。需注意切換開關SW之一實施例如第3圖所示，但不限於此。亦可為其他目前現有或未來發展出之架構。而第二層S2之左側區域L之第二端E2與第一層S1之右側區域R之第二端P2耦接一電容C，一實施例中，電容C可為一可變電容。依此方式，利用變壓器200實現之振盪器電路，可具有較大的調諧範圍(Tunning range)或具有兩組以上的振盪頻率。於高頻的振盪器設計上，因為只需求較小的可變電容，然而小的可變電容被寄生電容影響較大，故調諧範圍不高，因而需要設計能夠增大調諧範圍的技術，此時如本實施例將切換開關SW放置中央，則可節省增大調諧範圍的技術之元件的面積。
一實施例，如第5圖所示，變壓器200之第一層S1之左側區域L之第一端E1與第二層右側區域R之第一端P1耦接一第一電容C1。第一中間抽頭T1與第二中間抽頭T2耦接一電源VDD。而第二層S2之左側區域L之第二端E2與第一層S1之右側區域R之第二端P2耦接一第二電容電容C2。一實施例中，電容C1、C2可為一可變電容。依此方式，利用變壓器200實現之振盪器電路具有兩對稱的電容，以及兩電感電容振盪器(LC tank oscillator)，且可達成節省面積之功效。
一實施例，如第6圖所示，變壓器200之第一層S1之左側區域L之第一端E1與第二層右側區域R之第一端P1耦接一切換開關SW。需注意切換開關SW之一實施例如第3圖所示，但不限於此。亦可為其他目前現有或未來發展出之架構。第一中間抽頭T1與第二中間抽頭T2耦接一電源。而第二層S2之左側區域L之第二端E2與第一層S1之右側區域R之第二端P2耦接一電容C，一實施例中，電容C可為一可變電容。依此方式，利用變壓器200實現之振盪器電路，可在兩振盪器頻率之間切換，且此架構較為對稱，可能由第6圖VDD標示的位置提供接腳(PAD)，連接電源VDD，而可省下接腳的面積。
需注意，上述第一線圈與第二線圈之繞線圈數1.5圈亦可採用其他圈入來設定，例如可為2.5、3.5、4.5...圈，本發明不限於此。
第7圖顯示本發明一實施例之一種適用於振盪器之變壓器之繞線方法之流程圖。該方法包含有下列步驟：步驟S702：開始。
步驟S704：將一第一線圈沿著一預設立體區域繞設，預設立體區域包含有一第一層與一第二層，第一層與第二層均包含有一左側區域與一右側區域，第一線圈沿第一層之左側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿第二層之右側區域繞設直至第二層之左側區域之第二端。
步驟S706：將一第二線圈沿著預設立體區域繞設，第二線圈沿第二層右側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿第二層之左側區域繞設直至第一層之右側區域之第二端。
步驟S708：將第一線圈於第二層之右側區域之一第二中心線位置設置一第一中間抽頭，且將第二線圈於第二層之左側區域之第二中心線位置設置一第二中間抽頭。
步驟S710：結束。
需注意，為實現振盪器或其他功能可將第一層之左側區域之第一端與第二層右側區域之第一端耦接一電源、一切換開關、或一電容；將第一中間抽頭與第二中間抽頭耦接一電源、一切換開關、或一電容；或將第二層之該左側區域之第二端與第一層之該右側區域之第二端耦接一電源、一切換開關、或一電容。
綜上所述，本發明實施例變壓器之第一線圈與第二線圈利用交互堆疊之方式達成於第一線圈與第二線圈之電感對稱，且交互堆疊之方式可增加空間利用率，另於繞線之中間空出區域設置中間抽頭，可將電容或其他元件設置其中以節省空間，不需要再用到其他金屬層實現中間抽頭。而與其他元件或切換開關之結合設計，可達到較大的調諧範圍。
以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，該行業者進行之各種變形或變更均落入本發明之申請專利範圍。

Claims (19)

  1. 一種適用於振盪器之變壓器，包含有：一第一線圈，為一第一金屬平面線圈且沿著一預設立體區域繞設，該預設立體區域包含有一第一層與一第二層，該第一層與該第二層均包含有一左側區域與一右側區域，該第一線圈沿該第一層之左側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿該第二層之右側區域繞設直至該第二層之該左側區域之第二端；以及一第二線圈，為一第二金屬平面線圈且沿著該預設立體區域繞設，該第二線圈沿該第二層右側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿該第二層之左側區域繞設直至該第一層之該右側區域之第二端；以及其中，該第一線圈於該第二層之該右側區域之一第二中心線位置設有一第一中間抽頭，該第二線圈於該第二層之該左側區域之該第二中心線位置設有一第二中間抽頭；第一線圈與第二線圈利用交互堆疊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一層之左側區域之第一端與該第二層右側區域之第一端耦接一電源。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，更包含一可變電容，該可變電容之兩端分別耦接該第一中間抽頭與該第二中間抽頭。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該第二層之該左側區域之第二端與該該第一層之該右側區域之第二端耦接一切換開關。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該切換開關包含有：一第一電晶體，其第一端耦接該第二層之該左側區域之第二端，第二端接地；以及 一第二電晶體，其第一端耦接該第一層之該右側區域之第二端，第二端接地，且該第二電晶體之控制端耦接該第一電晶體之該第一端，該第一電晶體之控制端耦接該第二電晶體之第一端。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，該第一中間抽頭與該第二中間抽頭耦接一切換開關。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該切換開關包含有：一第一電晶體，其第一端耦接該第二中間抽頭，第二端接地；以及一第二電晶體，其第一端耦接該第一中間抽頭，第二端接地，且該第二電晶體之控制端耦接該第一電晶體之該第一端，該第一電晶體之控制端耦接該第二電晶體之第一端。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該第二層之該左側區域之第二端與該該第一層之該右側區域之第二端耦接一電容。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一層之左側區域之第一端與該第二層右側區域之第一端耦接一第一電容。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，該第一中間抽頭與該第二中間抽頭耦接一電源。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中該第二層之該左側區域之第二端與該該第一層之該右側區域之第二端耦接一第二電容。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一層之左側區域之第一端與該第二層右側區域之第一端耦接一切換開關。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該切換開關包含有：一第一電晶體，其第一端耦接該第一層之左側區域之第一端，第二端接地；以及 一第二電晶體，其第一端耦接沿該第二層右側區域之第一端，第二端接地，且該第二電晶體之控制端耦接該第一電晶體之該第一端，該第一電晶體之控制端耦接該第二電晶體之第一端。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，該第一中間抽頭與該第二中間抽頭耦接一電源。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該第二層之該左側區域之第二端與該該第一層之該右側區域之第二端耦接一可變電容。
  16. 一種適用於振盪器之變壓器之繞線方法，包含有：將一第一線圈沿著一預設立體區域繞設，該預設立體區域包含有一第一層與一第二層，該第一層與該第二層均包含有一左側區域與一右側區域，該第一線圈沿該第一層之左側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿該第二層之右側區域繞設直至該第二層之該左側區域之第二端；以及將一第二線圈沿著該預設立體區域繞設，該第二線圈沿該第二層右側區域之第一端繞設通過一第一中心線後，沿該第二層之左側區域繞設直至該第一層之該右側區域之第二端；以及將該第一線圈於該第二層之該右側區域之一第二中心線位置設置一第一中間抽頭，且將該第二線圈於該第二層之該左側區域之該第二中心線位置設置一第二中間抽頭；其中，該第一線圈與該第二線圈利用交互堆疊。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，更包含：將該第一層之左側區域之第一端與該第二層右側區域之第一端耦接一電源、一切換開關、或一電容。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，更包含：將該第一中間抽頭與第二中間抽頭耦接一電源、一切換開關、或一電容。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之方法，更包含：將該第二層之該左側區域之第二端與該該第一層之該右側區域之第二端耦接一電源、一切換開關、或一電容。
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