TWI645430B - 變壓器結構 - Google Patents

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Abstract

本案涉及一種變壓器結構，包含第一電感以及第二電感。第一電感包含第一繞組以及第二繞組。第二電感包含第三繞組以及第四繞組。第一電感的第一繞組與第二電感的第三繞組交互設置於第一金屬層的第一區，第一電感的第二繞組與第二電感的第四繞組交互設置於第一金屬層的第二區，第一區與第二區係相鄰地設置於第一金屬層。

Description

變壓器結構
本案涉及一種電感結構，尤為一種變壓器結構。
電感結構為現今積體電路中不可或缺的一種元件，其中，變壓器結構更是一種由電感所構成的元件。然而，習知技術中的變壓器結構在滿足高電感比需求的前提下，往往其兩組電感之間的耦合係數以及的品質因子皆不甚理想。是故，此種變壓器結構亟待領域中人加以改良。
本案之一目的是在提供一種變壓器結構，其具備良好的品質因子(Q值)。
本案之實施態樣係為一種變壓器結構，包含一第一電感以及一第二電感。該第一電感包含一第一繞組以及一第二繞組。該第二電感包含一第三繞組以及一第四繞組。其中該第一電感的該第一繞組與該第二電感的該第三繞組交互設置於一第一金屬層的一第一區，該第一電感的該第二繞組與該第二電感的該第四繞組交互設置於該第一金屬層的一第二區，該第一區與該第二區係相鄰地設置於該第一金屬層。
因此，根據本案之技術內容，本案實施例藉由提供一種變壓器結構，其具備良好的對稱關係，變壓器結構包含交互設置的該第一電感以及該第二電感，該第一電感以及該第二電感形成一個雙生(twin)變壓器。該第一電感以及該第二電感在兩區中的繞組能分別感應不同方向之電流，兩者可相互抵消。藉此，可以防止本案的變壓器結構受到其他元件的耦合(coupling)影響，也可以防止本案的變壓器結構對其他走線結構或其他元件造成耦合影響。因此，本案的變壓器結構品質因子相當良好。
100‧‧‧第一電感
110‧‧‧第一繞組
111‧‧‧第一埠
112‧‧‧終端
120‧‧‧第二繞組
200‧‧‧第二電感
121‧‧‧首端
122‧‧‧第二埠
210‧‧‧第三繞組
211‧‧‧第三埠
212‧‧‧第一延伸金屬線段
213‧‧‧終端
220‧‧‧第四繞組
221‧‧‧首端
222‧‧‧第二延伸金屬線段
223‧‧‧第四埠
L1‧‧‧第一假想直線
A‧‧‧第一區
B‧‧‧第二區
CA‧‧‧第一中心點
CB‧‧‧第二中心點
HCU1‧‧‧第一水平連接元件
HCU2‧‧‧第二水平連接元件
VCU1‧‧‧第一垂直連接元件
VCU2‧‧‧第二垂直連接元件
VCU3‧‧‧第三垂直連接元件
VCU4‧‧‧第四垂直連接元件
VCU5‧‧‧第五垂直連接元件
VCU6‧‧‧第六垂直連接元件
CT1‧‧‧第一中央抽頭
CT2‧‧‧第二中央抽頭
DR1‧‧‧第一方向
DR2‧‧‧第二方向
CP1‧‧‧第一耦接點
CP2‧‧‧第二耦接點
300‧‧‧第三電感
310‧‧‧第五繞組
320‧‧‧第六繞組
400‧‧‧第四電感
410‧‧‧第七繞組
420‧‧‧第八繞組
HCU3‧‧‧第三水平連接元件
HCU4‧‧‧第四水平連接元件
CT3‧‧‧第三中央抽頭
DPS1‧‧‧差動埠
500‧‧‧第五電感
510‧‧‧第九繞組
511‧‧‧第三延伸金屬線段
520‧‧‧第十繞組
521‧‧‧第四延伸金屬線段
600‧‧‧第六電感
610‧‧‧第十一繞組
611‧‧‧第五延伸金屬線段
620‧‧‧第十二繞組
621‧‧‧第六延伸金屬線段
Q1、Q2、L1、L2‧‧‧曲線
第1圖為本案一實施例的變壓器結構的示意圖；第2圖為本案一實施例的變壓器結構的示意圖；第3圖為本案一實施例的變壓器結構的示意圖；以及第4圖為本案一實施例的變壓器結構的實驗結果示意圖。
第1圖為本案一實施例的變壓器結構的示意圖，其繪示了一變壓器結構的上視圖。在本實施例中，繪示有第一電感100以及第二電感200，兩者互為雙生(Twin)的平面電感結構。第一電感100包含第一繞組110以及第二繞組120。第二電感200包含第三繞組210以及第四繞組220。第一電感100以及第二電感200皆大致設置於積體電路板(圖中未示)的第一金 屬層上。如圖中所示，於積體電路板的第一層上，繪示有第一假想直線L1，第一假想直線L1大致穿越第一層的中央，以第一假想直線L1為界，積體電路板的第一金屬層被約略劃分為第一區A以及第二區B，第一區A具有第一中心點CA，第二區B具有第二中心點CB。第一電感100的第一繞組110以及第二電感200的第三繞組210大致地依據第一中心點CA同心且交互地設置於第一區A當中，第一電感100的第二繞組120以及第二電感200的第四繞組220大致地依據第二中心點CB同心且交互地設置於第二區B當中。
在本實施例中，第一區A具有四側，分別為第一側、第二側、第三側以及第四側，若參照第1圖，第一區A的第一側係指第一區A的上側，第一區A的第二側係指第一區A的左側，第一區A的第三側係指第一區A的下側，第一區A的第四側係指第一區A的右側。第二區B同樣地具有第一側、第二側、第三側以及第四側，第二區B的第一側係指第二區B的上側，第二區B的第二側係指第二區B的左側，第二區B的第三側係指第二區B的下側，第二區B的第四側係指第二區B的右側。其中，第一區A的第四側與第二區B的第二側相鄰。
如第1圖所示，在第一區A當中，第一電感100的第一繞組110具有第一埠111以及終端112。第一埠111設置於第一區A的第一側，且位於第一繞組110以及第三繞組210的外側。終端112設置於第一區A的第三側與第四側之間，且大致上位於第一繞組110以及第三繞組210的內側。由圖中可見，自第一埠111起，由外向內地，第一繞組110的金屬線段沿第 一區A的第一側、第二側、第三側至第四側逆時針繞設至終端112。在第一區A當中，第一電感100的第一繞組110大致繞設了三圈半。
如第1圖所示，在第二區B當中，第一電感100的第二繞組120具有首端121以及第二埠122。首端121設置於第二區B的第三側，且大致上位於第二繞組120以及第四繞組220的內側。第二埠122設置於第二區B的第一側，且位於第二繞組120以及第四繞組220的外側。由圖中可見，自首端121起，由內向外地，第二繞組120的金屬線段沿第二區B的第三側、第二側、第一側至第四側順時針繞設至第二埠122。在第二區B當中，第一電感100的第二繞組120大致繞設了三圈半。
如第1圖所示，第一電感100更包含第一水平連接元件HCU1，此第一水平連接元件HCU1係設置於相異於第一金屬層的第二金屬層上，其中第二金屬層在積體電路板上係平行設置於第一金屬層的上方或下方。應注意的是，如圖中所示，第一水平連接元件HCU1在空間中跨設於位於上方/下方的第一金屬層上的第一區A以及第二區B之間。詳細地說，第一水平連接元件HCU1設置於第二金屬層，第一水平連接元件HCU1的兩端分別耦接至第一繞組110的終端112和第二繞組120的首端121，其中，第一水平連接元件HCU1的一端係透過第一垂直連接元件VCU1耦接至第一繞組110的終端112，而第一水平連接元件HCU1的另一端係透過第二垂直連接元件VCU2耦接至第二繞組120的首端121。透過第一水平連接元件HCU1，第一電感100的第一埠111以及第二埠122係為電性導 通的，其中，第一埠111以及第二埠122互為約略平行的差動埠(Differential Ports)。此外，第一水平連接元件HCU1更耦接至一第一中央抽頭CT1，此第一中央抽頭CT1於空間中平行於第一假想直線L1，並拉伸至第一方向DR1。在空間中，第一電感100的第一埠111、第二埠122以及第一中央抽頭CT1皆係朝向第一方向DR1設置。
如第1圖所示，第二電感200的第三繞組210具有第三埠211、第一延伸金屬線段212、第三垂直連接元件VCU3、第一耦接點CP1以及終端213。應注意的是，第三埠211係設置於第三金屬層，此第三金屬層在空間中平行設置於第一金屬層以及第二金屬層的上方或下方。然而，如圖中所示，在空間中，若以位於上方/下方的第一金屬層的第一區A作為方向的參照，第三埠211係相對地在空間中設置於第一區A的第三側的外部的上方/下方。第三埠211耦接於第一延伸金屬線段212的一端，此第一延伸金屬線段212亦設置於第三金屬層。如圖中所示，自積體電路板的上方視角觀之，第一延伸金屬線段212約略呈英文字母C的形狀。第一延伸金屬線段212的另一端則透過第三垂直連接元件VCU3耦接至第一耦接點CP1，第一耦接點CP1約略位於第一金屬層的第一區A當中的第一側與第四側之間。自第一耦接點CP1起，由內向外地，第三繞組210的金屬線段沿第一區A的第四側、第三側、第二側、第一側順時針地繞設至終端213。終端213設置於第一區A的第一側與第四側之間，大致位於第三繞組210的外部。在第一區A當中，第二電感200的第三繞組210大致繞設了二圈。若加上 位於第三金屬層的第三埠211以及第一延伸金屬線段212，第二電感200的第三繞組210整體大致繞設了二圈半。
如第1圖所示，第二電感200的第四繞組220具有首端221、第二耦接點CP2、第四垂直連接元件VCU4、第二延伸金屬線段222以及第四埠223。首端221設置於第二區B的第一側與第二側之間。第二耦接點CP2約略位於第一金屬層的第二區B當中的第一側與第四側之間。自首端221起，由外向內地，第四繞組220的金屬線段沿第二區B的第二側、第三側、第四側、第一側逆時針地繞設至第二耦接點CP2。第二耦接點CP2透過第四垂直連接元件VCU4耦接至位於第三金屬層的第二延伸金屬線段222的一端。如圖中所示，在空間中，若以位於上方/下方的第一金屬層的第一區A作為方向的參照，第二延伸金屬線段222係相對地在空間中設置於第二區B的上方/下方，自積體電路板的上方視角觀之，第二延伸金屬線段222約略呈英文字母C的形狀。第二延伸金屬線段222的另一端則耦接至第四埠223。在空間中，第四埠223大致位於第二區B的第三側的上方/下方。在第二區B當中，第二電感200的第四繞組220大致繞設了二圈。若加上位於第三金屬層的第四埠223以及第二延伸金屬線段222，第二電感200的第四繞組220整體大致繞設了二圈半。
如第1圖所示，第二電感200更包含第二水平連接元件HCU2，此第二水平連接元件HCU2係設置於第三金屬層上。應注意的是，如圖中所示，第二水平連接元件HCU2在空間中跨設於位於上方/下方的第一金屬層上的第一區A以及第 二區B之間。詳細地說，第二水平連接元件HCU2設置於第三金屬層，第二水平連接元件HCU2的兩端分別耦接至第三繞組210的終端213和第四繞組220的首端221，其中，第二水平連接元件HCU2的一端係透過第五垂直連接元件VCU5耦接至第三繞組210的終端213，而第二水平連接元件HCU2的另一端係透過第六垂直連接元件VCU6耦接至第四繞組220的首端221。透過第二水平連接元件HCU2，第二電感200的第三埠211以及第四埠223係為電性導通的，其中，第三埠211以及第四埠223係為約略平行的差動埠。此外，第二水平連接元件HCU2更耦接至一第二中央抽頭CT2，此第二中央抽頭CT2於空間中平行於第一假想直線L1，並拉伸至第二方向DR2，此第二方向相反於第一方向DR1。在空間中，第二電感200的第三埠211、第四埠223以及第二中央抽頭CT2皆係朝向第二方向DR2設置。
整體而言，在第1圖的實施例中，第一電感100的第一繞組110以及第二繞組120構成了第一電感100的整體。在空間中，自積體電路板的上方視角觀之，第一電感100約略呈八字形結構。另外，第二電感200的第三繞組210以及第四繞組220構成了第二電感200的整體。在空間中，自積體電路板的上方視角觀之，第二電感200亦約略呈八字形結構。應注意的是，第一電感100以及第二電感200在第一金屬層的第一區A以及第二區B當中皆係呈交互設置的。
第2圖為本案一實施例的變壓器結構的示意圖，其繪示了一變壓器結構的上視圖。在本實施例中，繪示有第三 電感300以及第四電感400，兩者互為雙生(Twin)的平面電感結構。第三電感300包含第五繞組310以及第六繞組320。第四電感400包含第七繞組410以及第八繞組420。大致上來說，在本實施例中，第三電感300以及第四電感400的設置方式相似於第1圖之實施例的第一電感100以及第二電感200，兩者皆設置於第一金屬層，差別在於，第三電感300的第五繞組310以及第六繞組320於第一區A以及第二區B當中分別繞設的圈數不同，第四電感400的第七繞組410以及第八繞組420於第一區A以及第二區B當中分別繞設的圈數亦不同。另外，因應第三電感300於兩區中的圈數變化，耦接於第五繞組310以及第六繞組320之間的第三水平連接元件HCU3設置於第二金屬層之位置亦對應地調整，第三中央抽頭CT3耦接於第三水平連接元件HCU3並向第一方向DR1拉伸而出。另外，在本實施例中，第四電感400的第七繞組410以及第八繞組420的一對差動埠DPS1係設置於第三金屬層，差動埠DPS1係直接自第七繞組410以及第八繞組420的一端朝第二方向DR2拉伸而出。此外，於空間中，耦接於第七繞組410以及第八繞組420之間的第四水平連接元件HCU4跨設於第一區A以及第二區B的上方/下方。第四中央抽頭CT4耦接於第四水平連接元件HCU4並向第二方向DR2拉伸而出。
第3圖為本案一實施例的變壓器結構的示意圖，其繪示了一變壓器結構的上視圖。在本實施例中，繪示有第五電感500以及第六電感600，兩者互為雙生的平面電感結構。第五電感500包含第九繞組510以及第十繞組520。第六電感 600包含第十一繞組610以及第十二繞組620。大致上來說，在本實施例中，第五電感500以及第六電感600的設置方式相似於第1圖之實施例的第一電感100以及第二電感200，兩者皆設置於第一金屬層，差別在於，第五電感500的第九繞組510以及第十繞組520於第一區A以及第二區B當中分別繞設的圈數不同，第六電感600的第十一繞組610以及第十二繞組620於第一區A以及第二區B當中分別繞設的圈數亦不同。另外，在本實施例中，第五電感500包含設置於第二金屬層的第三延伸金屬線段511以及第四延伸金屬線段521，在空間中，兩者分別設置於第一區A以及第二區B的上方/下方。相似地，第六電感600包含設置於第二金屬層的第五延伸金屬線段611以及第六延伸金屬線段621，在空間中，兩者亦分別設置於第一區A以及第二區B的上方/下方。
第4圖為本案一實施例的變壓器結構的實驗結果示意圖。請參照第4圖，其中橫軸表示的係為頻率，縱軸表示的係為品質因子(Q factor)以及互感值(L factor)之值。其中，曲線Q1所繪示者係為利用本案第1圖實施例之變壓器結構中的第一電感100的品質因子曲線，而曲線Q2所繪示者係為利用本案第1圖實施例之變壓器結構中的第二電感200的品質因子曲線。顯然地，在大多數的頻率之下，曲線Q1以及曲線Q2的變化趨勢約略相當，表示兩電感的品質因子皆相當理想且十分對稱。曲線L1所繪示者係為利用本案第1圖實施例之變壓器結構中的第一電感100的互感值曲線，而曲線L2所繪示者係為利用本案第1圖實施例之變壓器結構中的第二電感200的互感值 曲線。在大多數的頻率之下，曲線L1以及曲線L2的變化趨勢約略相當，表示兩電感的互感值亦十分對稱。
雖然本案以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種變壓器結構，包含：一第一電感，包含一第一繞組以及一第二繞組；以及一第二電感，包含一第三繞組以及一第四繞組；其中該第一電感的該第一繞組與該第二電感的該第三繞組交互設置於一第一金屬層的一第一區，該第一電感的該第二繞組與該第二電感的該第四繞組交互設置於該第一金屬層的一第二區，該第一區與該第二區係相鄰地設置於該第一金屬層，其中該第一電感更包含一第一埠以及一第二埠，該第一埠設置於該第一繞組之最外圈，該第二埠設置於該第二繞組之最外圈，其中該第二電感更包含一第三埠以及一第四埠，該第三埠自該第三繞組之最內圈延伸設置，該第四埠自該第四繞組之最內圈延伸設置。
  2. 如請求項1所述之變壓器結構，其中該第一埠以及該第二埠設置於該第一金屬層。
  3. 如請求項2所述之變壓器結構，其中該第一埠係設置於該第一區當中且位於該第一繞組以及該第三繞組的外側，該第二埠係設置於該第二區當中且位於該第二繞組以及該第四繞組的外側。
  4. 如請求項1所述之變壓器結構，其中該第三埠以及該第四埠設置於一第二金屬層。
  5. 如請求項4所述之變壓器結構，其中，該第三埠相對地設置於該第一繞組以及該第三繞組的外側，該第四埠相對地設置於該第二繞組以及該第四繞組的外側。
  6. 如請求項5所述之變壓器結構，其中，該第二電感更包含一第一金屬線段相對地跨越於該第一繞組以及該第三繞組以耦接至該第三埠，且該第二電感更包含一第二金屬線段相對地跨越於該第二繞組以及該第四繞組以耦接至該第四埠。
  7. 如請求項1所述之變壓器結構，其中該第一電感更包含一第一水平連接元件，該第一水平連接元件耦接該第一繞組以及該第二繞組，該第二電感更包含一第二水平連接元件，該第二水平連接元件耦接該第三繞組以及該第四繞組。
  8. 如請求項7所述之變壓器結構，其中該第一水平連接元件耦接於一第一中央抽頭，該第二水平連接元件耦接於一第二中央抽頭。
  9. 如請求項8所述之變壓器結構，其中該第一水平連接元件以及該第一中央抽頭係設置於一第二金屬層， 該第二水平連接元件以及該第二中央抽頭係設置於一第三金屬層。
  10. 如請求項9所述之變壓器結構，其中該第一中央抽頭以及該第二中央抽頭於空間中係為平行設置，該第一中央抽頭拉伸至一第一方向，而該第二中央抽頭拉伸至一第二方向，該第一方向以及該第二方向相反。
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