CN1545110A - 结构改进的共平面变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有一电容的共平面变压器，此共平面变压器具有高度空间利用的优点，此共平面变压器具有一主线圈、一次线圈与一电容，主线圈与次线圈各由许多位于第一金属层的导线段与位于第二金属层的连结导线相结合所组成，此外，此电容的上极板和下极板分别与主线圈的两端点电性耦合，其中上极板包含位于第一金属层由所连结的端点向另一端点延伸的极板与相连的导线段所构成，而下极板位于与在第二金属层与上极板相对应的位置。

Description

结构改进的共平面变压器

技术领域

本发明涉及一种集成电路，特别是一种内含电容的结构改进的共平面变压器。

背景技术

变压器(transformer)是一种以两个线圈(coils of wire)用于电磁耦合(electromagnetically coupling)的装置，从其中一个线圈输入一AC信号，来使得另一个线圈产生一对应AC信号，一般而言，前者通称为主线圈(primary coil)，而后者通称为次线圈(secondary coil)。此电磁耦合的效率为能量从主线圈转移到次线圈的效率，其中也包含了变压器对整体噪声的敏感度。

变压器中两个线圈以缠绕(wrapped)于一中心部份(core)的方式配置，此中心部份可能是空心的(air core)，也可能是用于改善耦合效率的亚铁心(ferrite core)。而线圈相对于中心部份的配置上，有的是叠合在一起(stacked)、有的是一前一后地缠绕、或者以彼此交织(interleaved)的方式缠绕。

上述的叠合与交织方式配置线圈的变压器可用于多层的集成电路上，其中叠合的线圈可以是两层的螺旋结构的导线(conductors)以一上一下的方式施行，而交织的线圈是将两线圈的导线彼此交织于一共平面螺旋结构的导线图样(pattern)上，但彼此不相接触。在线圈叠合的情形下会存在高度的电容(high capacitance)，也就是这一上一下结构的线圈，会形同电容的两个极板，这样的电容耦合(capacitive coupling)会造成相位偏差(phase-shift)与振幅错误(amplitude errors)。相较于叠合线圈，在共平面交织线圈的变压器中，各线圈的导线彼此相邻，而非上下相叠，电容耦合也就大大地减少，也就较不会有相位偏差与振幅错误。

图1A与图1B为一种共平面交织型变压器(coplanar interleavedtransformer)背面的示意图。此变压器具有主线圈110与次线圈120，端点111与端点112为主线圈110的端点，而端点121与端点122为次线圈120的端点。主线圈110与次线圈120各自以数个导线段140与连结导线130所构成，所有导线段140位于一第一金属层，并且所有连结导线130位于一第二金属层。其中，每一连结导线130的两端分别电性耦合于一导线段140，用以绕过另一线圈的一导线段140，使得主线圈110与次线圈120虽然交织于同一平面，却彼此不相接触。显然地，共平面交织型变压器与叠合型变压器需要较大面积，但却可以大大地避免了电容耦合。

变压器一般用于提供信号间的电性隔绝，并且可用于耦合一信号予一共振L-C电路(resonant L-C circuit)，由其中一个线圈来提供电感，或者提供部份的电感。而典型的无线电发送器(radio-frequency(RF)transmitters)就是包含这种结合共振天线阶段与输出阶段的RF变压器。如图1C所示，当主线圈110并联于一电容150后，相较于先前的设计，将可增加由主线圈110到次线圈120能量的传输，这样传输上效率的增加或匹配的改进能够将整体增益最大化，这在主线圈110所输入的能量非常小时(如由天线所收到的信号)就会变得非常重要，而整体效能就可因此获得改进。然而额外的电容装置就代表需要额外的空间，反观此共平面交织型变压器在结构上有着许多空间上的浪费，如能将此电容与变压器整合在同一空间中，将可节省许多成本。

发明内容

本发明的一主要目的在于提出一种包含一电容的共平面变压器，此电容可用以在某特定频率下以提升整体的能量转换效率。

本发明另一主要目的在于提出一种共平面变压器的改进结构，所增加的改进结构位于变压器中所未被利用到的空间，并且不需更动到原变压器结构与增加额外成本。

依据以上所述的目的，本发明提出一种具有一电容的共平面变压器。此共平面变压器具有一主线圈、一次线圈与一电容，主线圈与次线圈各由许多导线段与连结导线所组成。此电容的上极板和下极板分别与主线圈的两端点电性耦合。其中上极板可由从所耦合的端点向另一端点延伸的平面或与端点相连的导线段所构成，也可以是两者的结合。而下极板的大小与位置可以为相对于从所耦合的端点向另一端点延伸的上极板，或相对于与上极板耦合的端点所相连的部份导线段，或两者的结合。本发明具有高度空间利用的优点。

附图说明

图1A至图1C为现有技术的示意图；

图2A与图2B图为本发明的一较佳实施例的示意图；

图3A与图3B图为本发明的另一较佳实施例的示意图；

图4A与图4B图为本发明的更一较佳实施例的示意图。

图中符号说明

110     主线圈

111     主线圈110的端点

112     主线圈110的端点

120     次线圈

121     次线圈120的端点

122     次线圈120的端点

130     连结导线

140     导线段

150     电容

213     极板

214       极板

216       极板

具体实施方式

本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行，且本发明的范围不受限定，其以权利要求书的范围为准。

再者，为提供更清楚的描述及更易理解本发明，图标内各部分并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其它相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘出，以求图标的简洁。

本发明提供一结构改进的共平面变压器结构，相较于传统共平面变压器结构，此共平面变压器结构包含一端点电容，所增加的电容与主线圈的两个端点并联，使得在某些特定频率下，此变压器可增加从主线圈到次线圈的能量转换效率。其中，此电容的上下极板分别与主线圈的两端点电性耦合。

因此本发明为一共平面变压器，其包含一主线圈、一次线圈与一端点电容。主线圈与次线圈皆包含两个端点，用以输入或输出信号，同时，主线圈的两端点分别与电容的上极板与下极板电性耦合。其中，主线圈与次线圈的端点与上极板皆位于一第一金属层，而下极板位于第二金属层且其位置为上极板在下极板的相对位置，也就是上极板与下极板平行。另外，主线圈与次线圈交织于一复数个交织区，在这些交织区外，主线圈与次线圈中其它部份的导线就成为了一段段的导线段。其中，在这些交织区内，主线圈与次线圈两者之一的导线向下延伸至第二金属层以绕过另一者的导线，使得两者皆不相交。

图2A与图2B为本发明的一较佳实施例的示意图，此示意图所示为一共平面变压器的背面。此变压器具有主线圈110与次线圈120，端点111与端点112为主线圈110的端点，而端点121与端点122为次线圈120的端点。主线圈110与次线圈120各自由数个导线段140与连结导线1 30所构成，所有导线段140位于一第一金属层，并且所有连结导线130位于一第二金属层。其中，每一连结导线130的两端分别电性耦合于一导线段140，用以绕过另一线圈的一导线段140，使得主线圈110与次线圈120虽然交织于同一平面，却彼此不相接触。其中端点111于第一金属层向端点112延伸成一极板213，作为电容的上极板，并以相对位于第二金属层与端点112电性耦合的另一极板214作为下极板，形成一电容。

上述的电容可与整个共平面变压器同时产生，并与此共平面变压器利用主线圈110两端点111、112间的空间形成电容的上极板，并利用第二金属层中相对位置的闲置空间形成电容的下极板，同时具有不需更动原共平面变压器的结构与利用共平面变压器中浪费空间的好处。

如图3A与图3B所示，本发明的另一较佳实施例利用与主线圈110的端点110相接的导线段140作为电容的上极板，并以在第二金属层相对位置所对应的极板216作为下极板，来形成一电容。此极板216与端点112电性耦合，其范围可以是由位于第二金属层相对于端点111的位置开始，沿此导线段140，未及于任一连接导线130的范围。

因此，本发明的更一较佳实施例如图4A与图4B所示，为一包含一电容的共平面变压器。此电容的上极板由端点111于第一金属层向端点112延伸成的一极板213与相接于端点110的导线段140所构成。此外，此电容的下极板包含相对于极板213的极板214与相对于导线段的极板216，此相对于导线段的极板216的范围可以是由位于第二金属层相对于端点111的位置开始，沿此导线段140，未及于任一连接导线130的范围。

据此，本发明更可以在次线圈120并联一电容，此电容的实施方式与本发明所有实施例中所述的电容的实施方式相同，在此不再赘述。因此本发明可以是一共平面变压器，其包含一主线圈、一次线圈与一第一电容与一第二电容。主线圈与次线圈皆包含两个端点，用以输入或输出信号，同时，主线圈的两端点分别与第一电容的上极板与下极板电性耦合，并且，次线圈的两端点也分别与第二电容的上极板与下极板电性耦合。其中，主线圈与次线圈的端点与上极板皆位于一第一金属层，而下极板位于第二金属层且其位置为上极板在下极板的相对位置，也就是上极板与下极板平行。另外，主线圈与次线圈交织于一复数个交织区，在这些交织区外，主线圈与次线圈中的其它部份的导线就成为了一段段的导线段。其中，在这些交织区内，主线圈与次线圈两者之一的导线向下延伸至第二金属层以绕过另一者的导线，使得两者皆不相交。再者，第一电容与第二电容的下极板的大小在本发明中并不限制。本发明亦可应用在非交织型的共平面变压器上。

此外，本发明也可应用在集成电路结构上，在此应用中，本发明为一种共平面变压器集成电路结构，包含有：一主线圈、一次线圈与额外偶合电容。其中主线圈与次线圈以上下交织的方式形成于一集成电路基板上，并且所述额外偶合电容位于此集成电路基板上下两层间。另外，所述的额外偶合电容利用所述线圈(主线圈或次线圈)的一端点外额外形成的平行金属层来达成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种共平面变压器，其特征在于，包括：

一主线圈，该主线圈包含位于一第一金属层的一第一端点与一第二端点；

一次线圈，该次线圈包含位于该第一金属层的一第三端点与一第四端点：以及

一第一电容，该第一电容包含位于该第一金属层的一第一上极板与位于一第二金属层的一第一下极板，该第一上极板与该第一下极板分别和该第一端点与该第二端点电性耦合。

2.如权利要求1所述的共平面变压器，其中，上述的第一下极板位于该第一上极板在该第二金属层所对应的范围。

3.如权利要求1所述的共平面变压器，其中，上述的第一端点与该第二端点间包含一空间，该第一上极板包含由该第一端点向该第二端点延伸的一极板与该第一端点。

4.一种共平面变压器，其特征在于，包括：

一主线圈，该主线圈包含位于一第一金属层的一第一端点、一第二端点与一复数个第一导线段，并包含位于一第二金属层的一复数个第一连结导线，其中各该第一连结导线用以连结二该第一导线段；

一次线圈，该次线圈包含位于该第一金属层的一第三端点、一第四端点与一复数个第二导线段，并包含位于该第二金属层的一复数个第二连结导线，其中各该第二连结导线用以连结二该第二导线段；以及

一电容，该电容包含位于该第一金属层的一上极板与位于一第二金属层的一下极板，该上极板与该下极板分别与该第一端点与该第二端点电性耦合。

5.如权利要求4所述的共平面变压器，其中，上述的下极板位于该上极板在该第二金属层所对应的范围。

6.如权利要求4所述的共平面变压器，其中，上述的第一端点与该第二端点间包含一空间，该上极板包含由该第一端点向该第二端点延伸的一极板与该第一端点。

7.如权利要求4所述的共平面变压器，其中，上述的第一端点与该第二端点间包含一空间，该上极板包含由该第一端点向该第二端点延伸的一极板、该第一端点与该主线圈中与该第一端点相连的该第一导线段。

8.一种共平面变压器集成电路结构，其特征在于，包含有：

一主线圈；

一次线圈；

其中该主线圈与该次线圈以上下交织的方式形成于一集成电路基板上；以及

一额外偶合电容于该集成电路基板上下两层间。

9.如权利要求8所述的共平面变压器集成电路结构，其中，上述的额外偶合电容利用该主线圈的一端点外额外形成的平行金属层来达成。

10.如权利要求8所述的共平面变压器集成电路结构，其中，上述的额外偶合电容利用该次线圈的一端点外额外形成的平行金属层来达成。

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