CN102360796A - 一种集成变压器 - Google Patents

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方健
杨毓俊
黎俐
唐莉芳
王泽华
柏文斌
陈吕赟
吴琼乐
管超
李曼
梁晨陇
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Abstract

本发明公开了一种集成变压器，具体包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和次级线圈包括至少一个第一导体层导线、至少一个第二导体层导线和至少一个连接孔。本发明利用相邻的两层导体构成的空心互耦线圈形成集成变压器，所述的集成变压器的初级线圈和次级线圈的第一导体层和第二导体层的所有导线的中点在任意导体层平面上的投影在一条直线上，因此可以使磁芯窗口面与导体层平面垂直，并且利用了两层导体层间的绝缘层厚度，作为磁芯窗口面的宽度，减小了占用的导体层面积。

Description

一种集成变压器
技术领域
本发明涉及电子技术领域内的小型集成信号的功率变压器，具体涉及利用相邻的两层导体构成的空心互耦线圈形成的集成变压器。
背景技术
集成变压器是集成在芯片内部的互耦线圈。其作用与普通的外部变压器类似，主要是用于隔离输入与输出信号或者传递少量能量。
将变压器集成在芯片上，再加上一些编解码集成电路的辅助，可以替代光耦等传统的体积较大的隔离信号传递元件，从而减小整体电路的体积与成本。目前，以集成变压器为核心的磁耦隔离器在体积、功耗以及速率等方面都优于光耦。
集成变压器还可以用于传递微小功率，制作片内隔离开关电源。虽然这种集成电源在纹波幅度、调整范围、额定功率、以及功耗等技术指标上还不能达到外部电源的水平，但是，它具有设计指标灵活、成本低廉、可集成等外部电源不可比拟的优势。
因此，集成变压器会成为未来变压器发展的一种趋势。
目前，主要的集成变压器结构是平面式。即在每层导体上以螺旋线的形式作线圈，两层螺旋线的中心位置对齐，即形成最直观的变压器结构如图1所示。在ADI公司的iCoupler技术中应用了这种变压器结构，其主要用处是磁隔离传输一个经过高频调制的模拟信号，以实现输入输出信号直流隔离的效果。这种集成变压器耦合系数高，线圈电感和线圈之间的电容容易控制。但是，这种结构的变压器有两个个较大的缺点：第一、由于磁芯窗口面积直接占用了导体层面积，并且多圈平面螺旋走线也受到最小线宽及匝数的限制，所以这种结构占用的总的导体层面积很大；第二、对于初级或者次级单边线圈，要将螺旋线圈内侧的端口引出需要跨越一层绝缘层至另一层金属，也即需要多占用一层金属，初级次级双边线圈则需要多占用两层金属。上述缺点不利于集成电路性能的提高及成本的降低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的集成变压器的上述的缺点，提出了一种集成变压器。
本发明的技术方案是：一种集成变压器，包括初级线圈和次级线圈：所述初级线圈包括至少一个第一导体层导线、至少一个第二导体层导线和至少一个连接孔；所述第一导体层导线与第二导体层导线在导线的端点处通过一个连接孔连接，每个第一导体层导线最少与一个、最多与两个第二导体层导线通过连接孔连接，每个第二导体层导线最少与一个、最多与两个第一导体层导线通过连接孔连接；相邻的第一导体层导线与第二导体层导线之间只有一个连接孔；
所述次级线圈包括至少一个第一导体层导线、至少一个第二导体层导线和至少一个连接孔；所述第一导体层导线与第二导体层导线在导线的端点处通过一个连接孔连接，每个第一导体层导线最少与一个、最多与两个第二导体层导线通过连接孔连接，每个第二导体层导线最少与一个、最多与两个第一导体层导线通过连接孔连接；相邻的第一导体层导线与第二导体层导线之间只有一个连接孔；
所述第一导体层导线位于第一导体层上，所述第二导体层导线位于第二导体层上，所述第一导体层与所述第二导体层平行；所述初级线圈和次级线圈的所有第一导体层导线长度相等、平行并且没有交叠；所述初级线圈和次级线圈的所有第二导体层导线长度相等、平行并且没有交叠。所述第一导体层和第二导体层的所有导线的中点在任意导体层平面上的投影在一条直线上。
所述连接孔由一个或多个相邻的通孔构成。
所述导体为金属。
本发明的有益效果：本发明利用相邻的两层导体构成的空心互耦线圈形成集成变压器，所述的集成变压器的初级线圈和次级线圈的第一导体层和第二导体层的所有导线的中点在任意导体层平面上的投影在一条直线上，因此可以使磁芯窗口面与导体层平面垂直，并且利用了两层导体层间的绝缘层厚度，作为磁芯窗口面的宽度，减小了占用的导体层面积，也即减小了总版图面积。集成变压器的初级线圈端口与次级线圈端口也均可以直接从第一导体层或第二导体层引出，不需要耗费额外的导体层来引线，降低了成本。
附图说明
图1是平面结构变压器结构示意图。
图2是本发明实施例一的集成变压器结构投影示意图。
图3是本发明实施例二的集成变压器结构投影示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
本发明的集成变压器，包括初级线圈和次级线圈：所述初级线圈包括至少一个第一导体层导线、至少一个第二导体层导线和至少一个连接孔；所述第一导体层导线与第二导体层导线在导线的端点处通过一个连接孔连接，每个第一导体层导线最少与一个、最多与两个第二导体层导线通过连接孔连接，每个第二导体层导线最少与一个、最多与两个第一导体层导线通过连接孔连接；相邻的第一导体层导线与第二导体层导线之间只有一个连接孔。
所述次级线圈包括至少一个第一导体层导线、至少一个第二导体层导线和至少一个连接孔；所述第一导体层导线与第二导体层导线在导线的端点处通过一个连接孔连接，每个第一导体层导线最少与一个、最多与两个第二导体层导线通过连接孔连接，每个第二导体层导线最少与一个、最多与两个第一导体层导线通过连接孔连接；相邻的第一导体层导线与第二导体层导线之间只有一个连接孔。
所述第一导体层导线位于第一导体层上，所述第二导体层导线位于第二导体层上，所述第一导体层与所述第二导体层平行；所述初级线圈和次级线圈的所有第一导体层导线长度相等、平行并且没有交叠；所述初级线圈和次级线圈的所有第二导体层导线长度相等、平行并且没有交叠。所述第一导体层和第二导体层的所有导线的中点在任意导体层平面上的投影在一条直线上。在这里，没有对导体层导线的宽度进行限制，导体层导线之间虽然平行，但有可能有交叠的部分，在本发明中要求导体层导线之间没有交叠。
这里，连接孔由一个或多个相邻的通孔构成，通孔用来连接第一导体层导线与第二导体层导线，在工艺制作中，通孔的尺寸是一定的，在某些场合，需要增加电流能力，就需要多个通孔构成一个连接孔，这里的“相邻”是指通孔以工艺要求的尺寸排列。
所述的导体为金属。可以看出，这里初级线圈和次级线圈之间没有通过任何导体层或连接孔相连。
下面通过两个实施例进行具体说明。
实施例一：集成变压器结构投影示意图如图2所示，具体为将空间立体的集成变压器结构投影到任意一个与两层导体层平行的平面上。A、C两端口之间的导体线构成初级线圈，B、D两端口之间的导体线构成次级线圈。初级线圈从A点开始，在第一导体层上作出一条等宽导体线到E点，AE构成了初级线圈的一个第一导体层导线，AE宽度由变压器线圈流过的峰值电流值决定，AE长度由变压器所需的磁芯窗口大小决定。在E点通过隔离层的连接孔连接到第二导体层，再在第二导体层上作出一条等宽导体线到F点，F点与A点不重合，EF宽度由变压器线圈流过的峰值电流值决定，EF长度由变压器所需的磁芯窗口大小决定，再在F点通过隔离层的连接孔连接到第一导体层，便形成了一匝线圈。后面依次类推到所需的匝数，这里的连接孔由一个通孔构成，单边线圈投影到金属平面上的投影为锯齿波形状。次级线圈的构造与初级线圈相同，次级线圈磁芯窗口与初级线圈对齐。次级线圈匝数由所设计变压器需求确定。
实施例二：集成变压器结构投影示意图如图3所示，具体为将空间立体的集成变压器结构投影到任意一个与两层导体层平行的平面上。A、C两端口之间的导体线构成初级线圈，B、D两端口之间的导体线构成次级线圈。初级线圈从A点开始，在第一导体层上作出一条等宽导体线到E点，AE构成了初级线圈的一个第一导体层导线，AE宽度由变压器线圈流过的峰值电流值决定，AE长度由变压器所需的磁芯窗口大小决定。在E点通过隔离层的连接孔连接到第二导体层，再在第二导体层上作出一条等宽导体线到F点，F点与A点不重合，EF宽度由变压器线圈流过的峰值电流值决定，EF长度由变压器所需的磁芯窗口大小决定，再在F点通过隔离层的连接孔连接到第一导体层，便形成了一匝线圈。后面依次类推到所需的匝数，这里的连接孔由一个通孔构成，单边线圈投影到金属平面上的投影为三角波形状。次级线圈的构造与初级线圈相同，次级线圈磁芯窗口与初级线圈对齐。次级线圈匝数由所设计变压器需求确定。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种集成变压器，包括初级线圈和次级线圈，其特征在于，所述初级线圈包括至少一个第一导体层导线、至少一个第二导体层导线和至少一个连接孔；所述第一导体层导线与第二导体层导线在导线的端点处通过一个连接孔连接，每个第一导体层导线最少与一个、最多与两个第二导体层导线通过连接孔连接，每个第二导体层导线最少与一个、最多与两个第一导体层导线通过连接孔连接；相邻的第一导体层导线与第二导体层导线之间只有一个连接孔；
所述次级线圈包括至少一个第一导体层导线、至少一个第二导体层导线和至少一个连接孔；所述第一导体层导线与第二导体层导线在导线的端点处通过一个连接孔连接，每个第一导体层导线最少与一个、最多与两个第二导体层导线通过连接孔连接，每个第二导体层导线最少与一个、最多与两个第一导体层导线通过连接孔连接；相邻的第一导体层导线与第二导体层导线之间只有一个连接孔；
所述第一导体层导线位于第一导体层上，所述第二导体层导线位于第二导体层上，所述第一导体层与所述第二导体层平行；所述初级线圈和次级线圈的所有第一导体层导线长度相等、平行并且没有交叠；所述初级线圈和次级线圈的所有第二导体层导线长度相等、平行并且没有交叠，所述第一导体层和第二导体层的所有导线的中点在任意导体层平面上的投影在一条直线上。
2.根据权利要求1所述的集成变压器，其特征在于，所述的连接孔由一个或多个相邻的通孔构成。
3.根据权利要求1或2所述的集成变压器，其特征在于，所述的导体为金属。
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