TWI664649B - 電感裝置 - Google Patents

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TWI664649B
TWI664649B TW106125767A TW106125767A TWI664649B TW I664649 B TWI664649 B TW I664649B TW 106125767 A TW106125767 A TW 106125767A TW 106125767 A TW106125767 A TW 106125767A TW I664649 B TWI664649 B TW I664649B
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顏孝璁
劉智華
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瑞昱半導體股份有限公司
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Abstract

一種電感裝置，其包含至少二線圈以及至少二開關。至少二線圈的每一者包含一開口，並彼此對應。至少二開關的其中一者耦接於至少二線圈的其中一者之開口的兩端，至少二開關的其中另一者交錯耦接於至少二線圈的其中一者之開口的一端與至少二線圈的其中另一者之開口的一端。若至少二開關的其中一者導通，則至少二線圈的其中一者形成電感；若至少二開關的其中另一者導通，則至少二線圈一同形成電感。

Description

電感裝置
本案有關於一種基本電子元件，且特別有關於一種電感裝置。
現有的各種型態之電感器皆有其優劣勢，如螺旋狀(spiral-type)電感器，其品質因素(Q value)較高且具有較大之互感值(mutual inductance)，然其互感值及耦合均發生在線圈之間，而對八字型電感器來說，因其二線圈感應磁場方向相反，其耦合和互感值是發生在另一線圈的耦合磁場，此外，八字型電感器於裝置中佔用之面積較大。因此，兩者之應用範圍皆有所限制。
本案之一技術態樣係關於一種電感裝置，其包含至少二線圈以及至少二開關。至少二線圈的每一者包含一開口，並彼此對應。至少二開關的其中一者耦接於至少二線圈的其中一者之開口的兩端，至少二開關的其中另一者交錯耦接於至少二線圈的其中一者之開口的一端與至少二線圈的其中另一者之開口的一端。若至少二開關的其中一者導通，則 至少二線圈的其中一者形成電感；若至少二開關的其中另一者導通，則至少二線圈一同形成電感。
本案之另一技術態樣係關於一種電感裝置，其包含複數個線圈、第一開關以及第二開關。該些線圈中的至少二線圈的每一者包含一開口，並彼此對應。第一開關耦接於至少二線圈的其中一者之開口的兩端。第二開關交錯耦接於至少二線圈的其中一者之開口的一端與至少二線圈的其中另一者之開口的一端。若第一開關導通，則該些線圈中的部分線圈形成電感；若第二開關導通，則該些線圈一同形成電感。
因此，根據本案之技術內容，本案實施例提供一種電感裝置，藉以提供不同之電感值，以拓展電感裝置之使用範圍。
100‧‧‧電感裝置
110、120、130、140、150、160、510、520、530、540、550、560‧‧‧線圈
111、121、125、131、135、141、145、151、155、161、511、515、521、525、531、535、541、545、551、561、565‧‧‧開口
132、133、142、143、532、533、534、536、542、543、544、546、552、553、561、562、566、567‧‧‧端點
134‧‧‧連接件
170、170A、570‧‧‧局部電路
180、180A、580‧‧‧輸入端
190、590‧‧‧中心點
500‧‧‧電感裝置
501~506‧‧‧連接點
572、574、576‧‧‧連接件
第1圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置的示意圖。
第2圖係依照本案一實施例繪示一種如第1圖中電感裝置的部分電路示意圖。
第3圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置的示意圖。
第4圖係依照本案一實施例繪示一種如第3圖所示之電感裝置的部分電路示意圖。
第5圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置的部分電路示意圖。
第6圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置的部分電路示意圖。
第7圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置的示意圖。
第8圖係依照本案一實施例繪示一種如第7圖所示之電感裝置的部分電路示意圖。
第9圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置的實驗數據圖。
第1圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置100的示意圖。第2圖係依照本案一實施例繪示一種如第1圖中電感裝置的部分電路170之放大示意圖。一併參閱第1圖與第2圖，在一實施態樣中，電感裝置100包含至少二線圈(如線圈130、140)以及至少二開關(如開關SW1、SW2)。至少二線圈(如線圈130、140)的每一者包含開口(如開口131、141)，並彼此對應(如開口131、141皆設置於電感裝置100之上側，且兩者相鄰)。至少二線圈(如線圈130、140)之間透過連接件134交錯耦接。至少二線圈的其中一者之開口的一端(如線圈130之開口131的一端133)耦接於連接件134的一端。至少二線圈的其中另一者之開口的一端(如線圈140之開口141的一端142)耦接於連接件134的另一端。至少二開關的其中一者(如開關SW1)耦接於至少二線圈的其中一者之開口的兩端(如線圈130之開口131的兩端132、133)，至少二開關的其中另一者(如開關SW2)交錯耦接於至少二線圈的其中一 者之開口的一端(如線圈130之開口131的一端132)與至少二線圈的其中另一者之開口的一端(如線圈140之開口141的一端143)。
在一些實施例中，至少二線圈可為不同層的線圈。在一些實施例中，至少二線圈其中一者可與至少二線圈其中另一者上下相對應。
若至少二開關的其中一者(如開關SW1)導通，則至少二線圈的其中一者(如線圈130)形成電感；若至少二開關的其中另一者(如開關SW2)導通，則至少二線圈(如線圈130、140)乃至於第1圖中的所有線圈(如線圈110~160)會一同形成電感。
在一實施例中，至少二線圈的其中一者(如線圈130)之開口的另一端(如開口131的另一端133)透過連接件134耦接於至少二線圈的其中另一者(如線圈140)之開口的一端(如開口141的另一端142)。
在另一實施態樣中，電感裝置100包含線圈110、120、130、140、150、160、開關SW1及開關SW2。線圈110~160分別包含開口111、121、131、141、151、161。在一實施例中，上述開關SW1、SW2可由但不限於雙極性接面電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)、金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)等電晶體來加以實現。在一實施例中，當開關SW1、SW2的其中一者由電晶體實作時，電晶體接收一控制電壓(如由閘極或基極接收控制電 壓)，其中，控制電壓用以控制開關SW1、SW2於導通時的等效電阻值，藉以調整流經電感裝置100的電流，進而使電感裝置100具有不同的電感值。
於結構配置上，開關SW1耦接於線圈130之開口131的兩端132、133，而開關SW2交錯耦接於線圈130之開口131的一端132與線圈140之開口141的一端143。詳細而言，開口131包含開口端132與開口端133，而開口141包含開口端142與開口端143。開關SW1耦接於開口131之開口端132與開口端133，開關SW2耦接於開口131之開口端132與開口141之開口端143。在一實施例中，開口131之開口端132與開口141之開口端142位於同一側(如圖中之左側)，開口131之開口端133與開口141之開口端143位於同一側(如圖中之右側)。
若開關SW1導通，則線圈110~160中的部分線圈形成電感，舉例而言，當開關SW1導通，線圈130之開口131的兩端132、133經由開關SW1連接，此時，線圈110~130形成電感。另一方面，若開關SW2導通，則線圈110~160一同形成電感，舉例而言，當開關SW2導通，線圈130之開口131的一端132與線圈140之開口141的一端143連接，此時，線圈110~160一同形成電感。
在一實施例中，電感裝置100更包含輸入端180。若以電感裝置100之中心點190為基準，輸入端180設置於電感裝置100之第一側(如圖中之下側)，開口111~161 設置於電感裝置100之相對於第一側的第二側(如圖中之上側)。
在另一實施例中，輸入端180設置於線圈110處，用以與其他裝置連接。線圈110之開口111與線圈120之開口121交錯耦接，線圈130之開口131的開口端133透過連接件134與線圈140之開口141的開口端142耦接。此外，線圈150之開口151與線圈160之開口161交錯耦接。
於再一實施例中，線圈120~150更分別包含開口125、135、145、155，開口125~155設置於電感裝置100之第一側(如圖中之下側)。線圈120之開口125與線圈130之開口135交錯耦接，線圈140之開口145與線圈150之開口155交錯耦接。
當開關SW1導通，線圈130之開口131的兩端132、133經由開關SW1連接，此時形成電感之結構如後所示：「由輸入端180左端進入線圈110繞至電感裝置100的第二側(如圖中之上側)後，交錯繞至線圈120，隨後繞至電感裝置100的第一側(如圖中之下側)，接著交錯繞至線圈130，再來繞至電感裝置100的第二側，經由開關SW1使得線圈130之開口131的一端132耦接至其另一端133。隨後，繼續沿著線圈130繞至電感裝置100的第一側，接著交錯繞至線圈120，再來繞至電感裝置100的第二側，又交錯繞至線圈110,最終由輸入端180右端繞出。」
另一方面，當開關SW2導通，線圈130之開口131的一端132與線圈140之開口141的一端143連接，此時形成 電感之結構如後所示：「由輸入端180左端進入線圈110繞至電感裝置100的第二側(如圖中之上側)後，交錯繞至線圈120，隨後繞至電感裝置100的第一側(如圖中之下側)，接著交錯繞至線圈130，再來繞至電感裝置100的第二側，經由開關SW2使得線圈130之開口131的一端132與線圈140之開口141的一端143連接。隨後，沿著線圈140繞至電感裝置100的第一側，接著交錯繞至線圈150，再來繞至電感裝置100的第二側，又交錯繞至線圈160。隨後，以中心點190為基準繞一整圈後，回到電感裝置100的第二側，交錯繞至線圈150,接著，繞至電感裝置100的第一側後，交錯繞至線圈140，再來繞至電感裝置100的第二側，經由連接件134交錯繞至線圈130，又繞至電感裝置100的第一側，交錯繞至線圈120，接著，繞至電感裝置100的第二側後，交錯繞至線圈110，最終由輸入端180右端繞出。」
第3圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置100A的示意圖。第4圖係依照本案一實施例繪示一種如第3圖所示之電感裝置100A的部分電路170A放大示意圖。須說明的是，第3圖所示之電感裝置100A大體上相似於第1圖所示之電感裝置100，第3圖之電感裝置100A與第1圖之電感裝置100的差異在於開關SW1、開關SW2以及輸入端180A之連接方式，說明如後。
一併參閱第3圖與第4圖，於結構配置上，開關SW1耦接於線圈140之開口141的兩端142、143，而開關SW2交錯耦接於線圈130之開口131的一端132與線圈140之開口 141的一端143。詳細而言，開口131包含開口端132與開口端133，而開口141包含開口端142與開口端143，開關SW1耦接於開口141之開口端142與開口端143，而開關SW2耦接於開口131之開口端132與開口141之開口端143。此外，第3圖之輸入端180A設置於電感裝置100之第一側(如圖中之下側)，並設置於線圈160處，用以與其他裝置連接。
若開關SW1導通，則線圈110~160中的部分線圈形成電感，舉例而言，當開關SW1導通，線圈140之開口141的兩端142、143經由開關SW1連接，此時，線圈140、150、160形成電感。另一方面，若開關SW2導通，則線圈110~160一同形成電感，舉例而言，當開關SW2導通，線圈130之開口131的一端132與線圈140之開口141的一端143連接，此時，線圈110~160一同形成電感。
當開關SW1導通，線圈140之開口141的兩端142、143經由開關SW1連接，此時形成電感之結構如後所示：「由輸入端180A左端進入線圈160繞至電感裝置100A的第二側(如圖中之上側)後，交錯繞至線圈150，隨後繞至電感裝置100A的第一側(如圖中之下側)，接著交錯繞至線圈140，再來繞至電感裝置100A的第二側，經由開關SW1使得線圈140之開口141的一端142耦接至其另一端143。隨後，繼續沿著線圈140繞至電感裝置100A的第一側，接著交錯繞至線圈150，再來繞至電感裝置100的第二側，又交錯繞至線圈160，最終由輸入端180A右端繞出。」
另一方面，當開關SW2導通，線圈130之開口131的一端132與線圈140之開口141的一端143連接，此時形成電感之結構如後所示：「由輸入端180A左端進入線圈160繞至電感裝置100A的第二側(如圖中之上側)後，交錯繞至線圈150，隨後繞至電感裝置100A的第一側(如圖中之下側)，接著交錯繞至線圈140，再來繞至電感裝置100A的第二側，交錯繞至線圈130，又繞至電感裝置100A的第一側，交錯繞至線圈120，接著繞至電感裝置100A的第二側，交錯繞至線圈110。隨後，以中心點190為基準繞一整圈後，回到電感裝置100A的第二側，交錯繞至線圈120，接著，繞至電感裝置100A的第一側後，交錯繞至線圈130，再來繞至電感裝置100A的第二側，經由開關SW2使得線圈130之開口131的一端132與線圈140之開口141的一端143連接。隨後，繞至電感裝置100A的第一側，交錯繞至線圈150，接著，繞至電感裝置100A的第二側後，交錯繞至線圈160，最終由輸入端180A右端繞出。」
第5圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置500的部分電路示意圖。第6圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置500的部分電路示意圖。第7圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置500的示意圖。須說明的是，第5圖繪示一四圈的結構，而第6圖繪示一兩圈的結構，兩者合在一起會形成第7圖所示之電感裝置500。此外，第8圖係依照本案另一實施例繪示一種如第7圖所示之電感裝置500的部分電路570之放大示意圖，用以詳述電感裝置500的連接關係。
為使第7圖所示之電感裝置500易於理解，先將電感裝置500拆分為第5圖之四圈結構及第6圖之兩圈結構，並分述如後。先行參閱第5圖，此四圈結構包含線圈510、520、530、540，線圈510包含輸入端580，線圈520~540分別包含開口521、531、541，另外，線圈510~540更分別包含開口515、525、535、545。若以電感裝置500之中心點590為基準，輸入端580與開口521~541設置於電感裝置500之第一側(如圖中之下側)，開口515~545設置於電感裝置500之相對於第一側之第二側(如圖中之上側)。
另外，此四圈結構更包含連接件572、574、576。連接件572耦接線圈510之開口515的一端至線圈520之開口525的一端，詳言之，連接件572透過連接點501耦接線圈510之開口515的一端，且連接件572透過連接點502耦接線圈520之開口525的一端，如此一來，開口515的一端可藉由連接件572耦接於開口525的一端。同樣地，線圈530之開口535的一端(連接點503處)可藉由連接件574耦接於開口545的一端(連接點504處)。類似地，線圈520之開口521的一端(連接點505處)可藉由連接件576耦接於線圈530之開口531的一端(連接點506處)。
參閱第8圖，電感裝置500包含開關SW1，開關SW1耦接於線圈540之開口541之端點542、543。一併參閱第5圖與第8圖，當開關SW1導通，線圈540之開口541的兩端542、543經由開關SW1連接，此時形成電感之結構如後所示：「由輸入端580左端進入線圈510繞至電感裝置500的一 側(如圖中之上側)後，透過連接件572耦接至線圈520(路徑為連接點501至連接點502)，隨後繞至電感裝置500的另一側(如圖中之下側)，接著交錯繞至線圈530，再來繞至電感裝置500的一側，透過連接件574耦接至線圈540(路徑為連接點503至連接點504)，再繞至電感裝置500的另一側，經由開關SW1使得線圈540之開口541的兩端542、543耦接。隨後，繼續沿著線圈540繞至電感裝置500的一側，接著交錯繞至線圈530，再來繞至電感裝置500的另一側，透過連接件576耦接至線圈520(路徑為連接點506至連接點505)，接著繞至電感裝置500的一側，又交錯繞至線圈510，最終由輸入端580右端繞出。」
一併參閱第6圖與第7圖。第6圖之兩圈結構包含線圈550與線圈560。於結構上，線圈550之開口551的一端553耦接於線圈520之開口525的另一端(連接點502處)，線圈550之開口551的另一端552交錯耦接於線圈560之開口561的一端563。此外，線圈560之開口561的另一端562耦接於線圈530之開口535的另一端(連接點503處)。再者，線圈560之開口565設置於電感裝置500之第一側(如圖中之下側)，線圈560之開口565的一端566耦接於線圈540之開口541的一端544，線圈560之開口565的另一端567耦接於線圈530之開口的另一端(連接點506處)。
參閱第8圖，電感裝置500包含開關SW2，開關SW2耦接於線圈540之開口541之端點543與線圈560之開口的端點544。一併參閱第5~8圖，當開關SW2導通，線圈540 之開口541之端點543與線圈560之開口的端點544經由開關SW2連接，此時，電感由第一層之線圈510~540透過開關SW2延伸至第二層之線圈550~560，使得線圈510~560一同形成電感。
第9圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置的實驗數據圖。此實驗數據圖在於說明於不同頻率下，電感裝置之品質因素(Q)與電感值。如圖所示，曲線C1為本案之電感裝置的開關SW1導通之品質因素曲線圖，曲線C2為開關SW1導通狀態下的對應電感值曲線圖。由第9圖之實驗數據可知，開關SW1導通狀態下電感裝置的品質因素可達約11。此外，曲線C3為本案之電感裝置的開關SW2導通之品質因素曲線圖，曲線C4為開關SW2導通狀態下的對應電感值曲線圖。由第9圖之實驗數據可知，開關SW2導通狀態下電感裝置的品質因素可達約14。此外，由第9圖可以看出，於開關SW1導通狀態下及開關SW2導通狀態下，電感裝置之電感值有所差異，適合用於有需要在不同頻段之間切換(如需要在2.4GHz(赫茲)與5GHz之間切換)的系統/裝置中。
因此，本案藉由電感裝置之電感值的變化，而適合用於有需要在不同頻段之間切換的系統/裝置中，提升電感裝置之使用範圍。然本案不以上述實施例所舉之數值為限，習其技藝者可依照實際需求調整上述數值以達到最佳的效能。
雖然上文實施方式中揭露了本案的具體實施例，然其並非用以限定本案，本案所屬技術領域中具有通常 知識者，在不悖離本案之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本案之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種電感裝置，包含：至少二線圈，其中該至少二線圈的每一者包含一開口，各該開口包含一第一端與一第二端並且該第一端與該第二端彼此對應，其中該至少二線圈的其中一者的該開口的該第二端交錯耦接於該至少二線圈的其中另一者的該開口的該第一端；以及至少二開關，其中該至少二開關的其中一者耦接於該至少二線圈的其中一者之該開口的該第一端與該第二端，該至少二開關的其中另一者交錯耦接於該至少二線圈的其中一者之該開口的該第一端與該至少二線圈的其中另一者之該開口的該第二端；其中若該至少二開關的其中一者導通，則該至少二線圈的其中一者形成一電感；若該至少二開關的其中另一者導通，則該至少二線圈一同形成該電感。
  2. 如請求項1所述之電感裝置，其中該至少二線圈的其中一者之該開口的該第二端耦接於該至少二線圈的其中另一者之該開口的該第一端，其中該至少二線圈包含：一第一線圈，包含一第一開口，該第一開口包含一第一端與一第二端；以及一第二線圈，包含一第二開口，該第二開口包含一第一端與一第二端，其中該第一線圈的該第一開口之該第二端交錯耦接於該第二線圈的該第二開口之該第一端。
  3. 如請求項2所述之電感裝置，其中該至少二開關包含：一第一開關，包含一第一端與一第二端，其中該第一開關之該第一端耦接於該第一開口之該第一端，且該第一開關之該第二端耦接於該第一開口之該第二端；以及一第二開關，包含一第一端與一第二端，其中該第二開關之該第一端耦接於該第一開口之該第一端，且該第二開關之該第二端耦接於該第二開口之該第二端，其中若該第一開關被導通而將該第一開關之該第一端接通該第二端，則該第一線圈形成該電感；若該第二開關被導通而將該第二開關之該第一端接通該第二端，則該第一線圈與該第二線圈一同形成該電感。
  4. 如請求項1所述之電感裝置，其中該至少二開關之其中一者為一電晶體，該電晶體接收一控制電壓，其中，該控制電壓用以決定該電晶體的一等效電阻值。
  5. 一種電感裝置，包含：複數個線圈，其中該些線圈中的至少二線圈的每一者包含一開口，各該開口包含一第一端與一第二端並且該第一端與該第二端彼此對應，其中該至少二線圈的其中一者的該開口的該第二端交錯耦接於該至少二線圈的其中另一者的該開口的該第一端；一第一開關，耦接於該至少二線圈的其中一者之該開口的該第一端與該第二端；以及一第二開關，交錯耦接於該至少二線圈的其中一者之該開口的該第一端與該至少二線圈的其中另一者之該開口的該第二端；其中若該第一開關導通，則該些線圈中的部分線圈形成一電感；若該第二開關導通，則該些線圈一同形成該電感。
  6. 如請求項5所述之電感裝置，更包含一輸入端，其中該些線圈包含一第一線圈、一第二線圈、一第三線圈、一第四線圈、一第五線圈及一第六線圈，該第一至該第六線圈分別包含一第一至一第六開口，其中以該電感裝置之中心點為基準，該輸入端設置於該電感裝置之一第一側，該第一至該第六開口設置於該電感裝置之相對於該第一側的一第二側。
  7. 如請求項6所述之電感裝置，其中該輸入端設置於該第一線圈，其中該第一線圈之該第一開口與該第二線圈之該第二開口交錯耦接，該第五線圈之該第五開口與該第六線圈之該第六開口交錯耦接，其中該第一開關耦接於該第三線圈之該第三開口的兩端，該第二開關耦接於該第四線圈之該第四開口的一端與該第三線圈之該第三開口的一端。
  8. 如請求項6所述之電感裝置，其中該輸入端位於該第六線圈，其中該第一線圈之該第一開口與該第二線圈之該第二開口交錯耦接，該第五線圈之該第五開口與該第六線圈之該第六開口交錯耦接，其中該第三開口包含一第一端與一第二端，該第四開口包含一第一端與一第二端，其中該第一開關耦接於該第四開口之該第一端與該第二端，該第二開關耦接於該第三開口之該第一端與該第四開口之該第二端。
  9. 如請求項6所述之電感裝置，其中該第一線圈至該第四線圈位於一第一層，該第五線圈與該第六線圈位於一第二層，該第一層與該第二層位於不同層，其中若該第一開關導通，則該第一線圈至該第四線圈形成一電感；若該第二開關導通，則該第一線圈至該第六線圈一同形成該電感。
  10. 如請求項9所述之電感裝置，更包含一第一連接件與一第二連接件，其中該輸入端設置於該第一線圈，其中該第一線圈之該第一開口的一端與該第二線圈之該第二開口的一端交錯耦接，該第一線圈之該第一開口的另一端透過該第一連接件與該第二線圈之該第二開口的另一端耦接，該第三線圈之該第三開口的一端與該第四線圈之該第四開口的一端交錯耦接，該第三線圈之該第三開口的另一端與該第四線圈之該第四開口的另一端透過該第二連接件交錯耦接。
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