TWI730322B - 電容電感諧振腔裝置及其製造方法 - Google Patents

電容電感諧振腔裝置及其製造方法 Download PDF

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Abstract

一種電容電感諧振腔裝置，包括：線圈、一對向內延伸接腳、一對向外延伸接腳、第一電容、第二電容以及第三電容。線圈配置為由第一端起始並至第二端結束的迴圈拓樸。該對向內延伸接腳分別配置以自第一端以及第二端向線圈之一內側延伸至第三端以及第四端。該對向外延伸接腳分別配置以自第一端以及第二端向線圈之外側延伸至第五端以及第六端。第一電容配置以提供第一端以及第二端間的電容性耦合。第二電容配置以提供第三端以及第四端間的電容性耦合。第三電容配置以提供第五端以及第六端間的電容性耦合。

Description

電容電感諧振腔裝置及其製造方法
本發明是有關於電容技術，且特別是有關於一種電容電感諧振腔裝置及其製造方法。
電容電感諧振腔(LC tank)裝置包含由連接金屬所電性耦接的電感以及電容，以形成具有諧振頻率f 0的諧振網路，此諧振頻率可以數學表示為下面的等式：
Figure 108115762-A0101-12-0001-1
在此，L為電感的感值，C為電容的容值。電容電感諧振腔裝置的問題在於：用以耦接電感以及電容的金屬線，會成為電感的一部分，並可能導致明顯的感值增加，並因此明顯地使諧振頻率往下移動。這個問題在電容的物理尺寸較大且需要較長的金屬線作連接時特別嚴重。
因此，如何設計一個新的一種電容電感諧振腔裝置及其製造方法，以解決上述的缺失，乃為此一業界亟待解決的問題。
本發明之目的在於提供一種電容電感諧振腔(LC tank)裝置，包括：線圈、一對向內延伸接腳、一對向外延伸接腳、第一電容、第二電容以及第三電容。線圈配置為由第一端起始並至第二端結束的迴圈拓樸。該對向內延伸接腳分別配置以自第一端以及第二端向線圈之一內側延伸至第三端以及第四端。該對向外延伸接腳分別配置以自第一端以及第二端向線圈之外側延伸至第五端以及第六端。第一電容配置以提供第一端以及第二端間的電容性耦合。第二電容配置以提供第三端以及第四端間的電容性耦合。第三電容配置以提供第五端以及第六端間的電容性耦合。
本發明之另一目的在於提供一種電容電感諧振腔裝置製造方法，包括：設置線圈，線圈配置為由第一端起始並至第二端結束的迴圈拓樸。設置一對向內延伸接腳，該對向內延伸接腳分別配置以自第一端以及第二端向線圈之一內側延伸至第三端以及第四端。設置一對向外延伸接腳，該對向外延伸接腳分別配置以自第一端以及第二端向線圈之外側延伸至第五端以及第六端。設置第一電容，第一電容配置以提供第一端以及第二端間的電容性耦合。設置第二電容，第二電容配置以提供第三端以及第四端間的電容性耦合。設置第三電容，第三電容配置以提供第五端以及第六端間的電容性耦合。
應用本發明之優點在於藉由在電容電感諧振腔裝置設置四個延伸接腳，將不太會對等效感值造成影響，並可達到緩解諧振頻率下移的問題的目的。
100:電容電感諧振腔裝置
110:線圈
121、122:向內延伸接腳
131、132:向外延伸接腳
200:流程圖
210-260:步驟
C1:第一電容
C2:第二電容
C3:第三電容
E1:第一端
E2:第二端
E3:第三端
E4:第四端
E5:第五端
E6:第六端
第1圖為本發明一實施例中，一種電容電感諧振腔裝置的佈局圖；以及第2圖為本發明一實施例中，電容電感諧振腔製造方法的流程圖。
本揭示內容與電容電感諧振腔裝置相關。雖然本發明的說明書以數個範例性的實施例做為最佳實施例進行描述，但須注意的是本揭示內容可以多種方式實現，且不限於下面敘述的特定範例或是這些範例的任何特徵的特定實現方式。在其他情況下，眾所皆知的細節並不再贅述，以避免模糊本揭示內容的焦點。
本領域熟知技藝者當能理解本揭示內容中所使用，與微電子學相關的術語和基本概念，例如「線圈」、「電感」、「電容」、「電容電感諧振腔」、「可變電容」、「電能」、「磁能」、「電流」、「電壓」、「電感值」、「電容值」、「諧振腔」、「諧振頻率」、「變容二極體(varactor)」、「開關」以及「邏輯訊號」。類似這些的術語或基本概念，對於本領域熟知技藝者是明顯的，因此不在此贅述。
本揭示內容是以工程角度描述，而非嚴格的數學角度。舉例而言，「A為0」表示「A小於給定的工程容許值」，「A等於B」表示「A與B間的誤差小於給定的工程容許值」。
請參照第1圖。第1圖為本發明一實施例中，一種電容電感諧振腔裝置100的佈局圖。電容電感諧振腔裝置100包含線圈110，配置為由第一端E1起始並至第二端E2結束的迴圈拓樸；一對向內延伸接腳121及122，分別配置以自第一端E1以及第二端E2向線圈110之一內側延伸至第三端E3以及第四端E4；一對向外延伸接腳131及132，分別配置以自第一端E1以及第二端E2向線圈110之外側延伸至第五端E5以及第六端E6；第一電容C1，配置以提供第一端E1以及第二端E2間的電容性耦合；第二電容C2，配置以提供第三端E3以及第四端E4間的電容性耦合；第三電容C3，配置以提供第五端E5以及第六端E6間的電容性耦合。在非用以限制的一範例中，所有上述三個電容C1、C2及C3均如圖中所示，由指叉狀(interdigitated finger)拓樸實現。線圈110、該對向內延伸接腳121及122、該對向外延伸接腳131及132形成分佈電感(distributed inductor)，而第一電容C1、第二電容C2以及第三電容C3形成分佈電容。電容電感諧振腔裝置100的諧振頻率f r 可由下式表示：
Figure 108115762-A0305-02-0006-1
在此，
Figure 108115762-A0305-02-0006-2
為所述分佈電感的等效電感，且
Figure 108115762-A0305-02-0006-3
為所述分佈電容的等效電容。線圈110構成所述分佈電感的大部分，且因此所述分佈電感的等效感值大部分是由線圈110的感值決定。在諧振時，一部分能量(電性的)儲存於所述的 分佈電容中，而另一部分能量(磁性的)儲存於所述的分佈電感中，並在兩者間週期性地交換。當儲存在所述分佈電容的能量(以三個電容的電壓的形式)轉換至所述分佈電感(以線圈110以及四個延伸接腳121、122、131及132的電流的形式)時，儲存在所述分佈電感的磁能將大部分被線圈110的電流所激勵的磁場所決定。同時，該對向內延伸接腳121及122的電流稍微阻礙磁場，但該對向外延伸接腳131及132的電流則稍微加強磁場。亦即是說，該對向內延伸接腳121及122的影響以及該對向外延伸接腳131及132的影響是相反並互相抵銷的。在最終的結果，這四個延伸接腳將不太會對等效感值造成影響。這樣的方式緩解了先前技藝的電容電感諧振腔裝置積體電路中，諧振頻率下移的問題。
雖然線圈110為單圈的線圈，但是多圈的線圈亦適用。雖然三個電容C1、C2及C3是利用單層指叉狀拓樸實現，其他的方式，例如多層指叉狀的結構亦適用。
如第1圖所示，該對向內延伸接腳(121及122)明顯地較線圈110為窄。這樣的方式協助降低該對向外延伸接腳(131及132)的寄生電容。然而，雖然這樣的配置是較佳的，卻並非必須的。該對向外延伸接腳(131及132)明顯地較線圈110為窄。這樣的方式協助降低該對向內延伸接腳(121及122)的寄生電容。然而，雖然這樣的配置是較佳的，卻並非必須的。
在部分應用中，可調的電容電感諧振腔裝置是必須的。第1圖所示的電容電感諧振腔裝置100可藉由使三 個電容C1、C2及C3至少其中之一以可變電容實現，或是等效地可變，來改為可調的電容電感諧振腔裝置。舉例而言，第二電容C2可由變容二極體取代，其為可變電容的一個實施方式。另一個範例中，可藉由插入兩個開關，以在需要時才連接第二電容C2至第三端E3及第四端E4，來使第二電容C2等效地可調。其中，此二開關是由邏輯訊號控制。當邏輯訊號被拉高時，兩個開關將導通，第二電容C2將有效地被連接(至第三端E3及第四端E4)而被致能，以貢獻有效電容值。當邏輯訊號被拉低時，兩個開關將關閉，第二電容C2將有效地被斷開(於第三端E3及第四端E4)，而不貢獻有效電容值。
如第2圖所示的流程圖200，本發明一實施例中的電容電感諧振腔裝置製造方法包括：設置線圈，線圈配置為由第一端起始並至第二端結束的迴圈拓樸(步驟210)。設置一對向內延伸接腳，該對向內延伸接腳分別配置以自第一端以及第二端向線圈之一內側延伸至第三端以及第四端(步驟220)。設置一對向外延伸接腳，該對向外延伸接腳分別配置以自第一端以及第二端向線圈之外側延伸至第五端以及第六端(步驟230)。設置第一電容，第一電容配置以提供第一端以及第二端間的電容性耦合(步驟240)。設置第二電容，第二電容配置以提供第三端以及第四端間的電容性耦合(步驟250)。設置第三電容，第三電容配置以提供第五端以及第六端間的電容性耦合(步驟260)。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本發明的保護範圍之內。
100‧‧‧電容電感諧振腔裝置
110‧‧‧線圈
121、122‧‧‧向內延伸接腳
131、132‧‧‧向外延伸接腳
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
C3‧‧‧第三電容
E1‧‧‧第一端
E2‧‧‧第二端
E3‧‧‧第三端
E4‧‧‧第四端
E5‧‧‧第五端
E6‧‧‧第六端

Claims (8)

  1. 一種電容電感諧振腔(LC tank)裝置，包括：一線圈，配置為由一第一端起始並至一第二端結束的一迴圈拓樸；一對向內延伸接腳，分別配置以自該第一端以及該第二端向該線圈之一內側延伸至一第三端以及一第四端；一對向外延伸接腳，分別配置以自該第一端以及該第二端向該線圈之一外側延伸至一第五端以及一第六端；一第一電容，配置以提供該第一端以及該第二端間的電容性耦合；一第二電容，配置以提供該第三端以及該第四端間的電容性耦合；以及一第三電容，配置以提供該第五端以及該第六端間的電容性耦合，其中該第一電容、該第二電容以及該第三電容是指叉狀(interdigitated finger)拓樸。
  2. 如請求項1所述的電容電感諧振腔裝置，其中該對向內延伸接腳較該線圈為窄。
  3. 如請求項1所述的電容電感諧振腔裝置，其中該對向外延伸接腳較該線圈為窄。
  4. 如請求項1所述的電容電感諧振腔裝置，其中該第一電容、該第二電容以及該第三電容至少其中之一是一可變電容。
  5. 一種電容電感諧振腔裝置製造方法，包括：設置一線圈，該線圈配置為由一第一端起始並至一第二端結束的一迴圈拓樸；設置一對向內延伸接腳，該對向內延伸接腳分別配置以自該第一端以及該第二端向該線圈之一內側延伸至一第三端以及一第四端；設置一對向外延伸接腳，該對向外延伸接腳分別配置以自該第一端以及該第二端向該線圈之一外側延伸至一第五端以及一第六端；設置一第一電容，該第一電容配置以提供該第一端以及該第二端間的電容性耦合；設置一第二電容，該第二電容配置以提供該第三端以及該第四端間的電容性耦合；以及設置一第三電容，該第三電容配置以提供該第五端以及該第六端間的電容性耦合，其中該第一電容、該第二電容以及該第三電容是指叉狀(interdigitated finger)拓樸。
  6. 如請求項5所述的電容電感諧振腔裝置製造方法，其中該對向內延伸接腳較該線圈為窄。
  7. 如請求項5所述的電容電感諧振腔裝置製造方法，其中該對向外延伸接腳較該線圈為窄。
  8. 如請求項5所述的電容電感諧振腔裝置製造方法，其中該第一電容、該第二電容以及該第三電容至少其中之一是一可變電容。
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