可变电感 |
|||||||
| 申请号 | CN201210026612.9 | 申请日 | 2012-02-07 | 公开(公告)号 | CN102655139B | 公开(公告)日 | 2016-03-16 |
| 申请人 | 瑞昱半导体股份有限公司; | 发明人 | 黄凯易; 简育生; 叶达勋; | ||||
| 摘要 | 一种可变电感，包含有一电感元件以及一第一电感调整 电路 。该第一电感调整电路包含有一第一开环回路结构以及一第一 开关 元件。该第一开关元件耦接于该第一开环回路结构。当该第一开关元件处于一导通状态时，该第一开环回路结构与该第一开关元件能够形成一第一闭环回路，以产生一第一磁通量来改变该电感元件运作时的一磁通量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可变电感，包含有： |
||||||
| 说明书全文 | 可变电感技术领域背景技术[0002] 在一般的半导体制程中，电感的制作往往是应用平面上或堆叠的一螺旋状结构的导体来产生所需的电感值。而一般已知的半导体可变电感往往是在螺旋电感中加上结构性的修正来达到调整电感值的目的。举例来说，请同时参照图1与图2，图1为已知可变电感100的电路示意图，而图2为图1所示的可变电感100的实作结构示意图，其中第一电路110与第二电路120分别为运作在不同频率的两个电路(例如，分别应用于两个不同无线局域网络协议操作频率的震荡器电路)。由图可知，已知的可变电感100具有四个节点NA1、NA2、NB1以及NB2，且其中一端(例如中心节点(center tap))则直接或间接地连接至一固定电位。当系统需要操作在较低的频率时，可变电感100会经由节点NB1以及NB2提供较高的电感值给第二电路120；另一方面，当系统需要操作在较高的频率时，可变电感100会经由节点NA1以及NA2提供较低的电感值给第一电路110。由图1与图2可知，已知的可变电感100虽然可以提供两组不同的电感值，然而，其结构是各自独立并无法共用，且需匹配相对应的应用电路，故已知可变电感100在制作成本、寄生效应、或功率消耗上仍然有待改善。 [0003] 请再参照图3，其为另一已知可变电感300的实作结构示意图。图3中的已知可变电感300为一堆叠式的立体结构，包含有三个部分：位在上方的电感元件LB1、位在下方的电感元件LB2以及连接在电感元件LB1与LB2之间的开关元件SWT，其中已知可变电感300的两个节点P1、P2分别位在电感元件LB1与LB2结构的一端。当开关元件SWT处于导通状态时，连结于节点P1、P2之间的电路仅会看到电感元件LB1的电感值，而当开关元件SWT处于非导通状态时，连结于节点P1、P2之间的电路则会看到电感元件LB1与电感元件LB1串联起来的电感值，因此，已知可变电感300可经由开关元件SWT的操作来改变其电感的大小。然而，开关元件SWT必须加在电感的主体上，其寄生电容或电阻的效应会影响可变电感300的电感质量。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种可变电感，其应用了电磁涡流效应(Eddy current effect)，故在一般的电感结构加上简单的电感调整电路便可轻易地达到调整电感的效果并可降低先前技艺中调整电路的寄生效应。 [0005] 依据本发明的一实施例，其提供了一种可变电感，包含有一电感元件以及一第一电感调整电路。该第一电感调整电路包含有一第一开环回路结构以及一第一开关元件。该第一开关元件耦接于该第一开环回路结构。其中当该第一开关元件处于一导通状态时，该第一开环回路结构与该第一开关元件能够形成一第一闭环回路，以产生一第一磁通量来改变该电感元件运作时的一磁通量。附图说明 [0006] 图1为已知可变电感的电路示意图。 [0007] 图2为图1中的已知可变电感的实作结构示意图。 [0008] 图3为另一已知可变电感的实作结构示意图。 [0009] 图4为依据本发明的一第一实施例所实现的一可变电感的结构示意图。 [0010] 图5为依据本发明的一第二实施例所实现的一可变电感的结构示意图。 [0011] 图6为依据本发明的一第三实施例所实现的一可变电感的结构示意图。 [0012] 图7为依据本发明的一第四实施例所实现的一可变电感的结构示意图。 [0013] 【主要元件符号说明】 [0014] 100、300、400、500、600、700 可变电感 [0015] 110 第一电路 [0016] 120 第二电路 [0017] AC1、AC1’ 第一调整电路 [0018] AC2 第二调整电路 [0019] GR1 第一闭环回路结构 [0020] GR2 第二闭环回路结构 [0021] L、LB1、LB2 电感元件 [0022] MF0 磁通量 [0023] MF1 第一磁通量 [0024] NA1、NA2、NB1、NB2、N1、N2、P1、P2 节点 [0025] SWT 开关元件 [0026] SWT1、SWT1’ 第一开关元件 [0027] SWT2 第二开关元件 具体实施方式[0028] 请参照图4，其为依据本发明的一第一实施例所实现的一可变电感400的结构示意图。可变电感400包含有一电感元件L以及一第一电感调整电路AC1。电感元件L包含有两个输出节点N1以及N2，而第一电感调整电路AC1则包含有一第一开环回路(open-loop)结构GR1以及一第一开关元件SWT1(在此实施例中，第一开关元件SWT1以一晶体管来加以实现，然而，此仅作为范例说明之用，并非本发明的限制条件)。当电感元件L处于一运作状态且第一开关元件SWT1处在一非导通状态时，电感元件L上所导通的电流会在电感元件L产生一磁通量MF0，因此，从输出节点N1以及N2会观察到由磁通量MF0所产生的一电感值。然而，当第一开关元件SWT1处于一导通状态时，第一开环回路结构GR1与第一开关元件SWT1会形成一第一闭环回路(closed loop)，由于电感元件L运作时的磁通量MF0会随着电感元件L中的电流而有所变化，而电磁涡流效应(Eddy current effect)会在第一开环回路结构GR1与第一开关元件SWT1所形成的该第一闭环回路导通一电流，并产生一第一磁通量MF1抵抗磁通量MF0的变化，进而改变从输出节点N1以及N2所观察到的电感值。 [0029] 在此实施例中，第一开环回路结构GR1由电感元件L外围的一保护环(guard ring)所构成，并在第一开环回路结构GR1的两端点间以第一开关元件SWT1加以连结，也就是说，相较于已知的可变电感架构，本发明仅需要经由调整电感元件L外围的保护环，便可轻易完成第一电感调整电路AC1，进而完成可变电感的设计，并不需要增加额外的电路且可应用在各种差动电路的设计之上。在本发明的实施例中，电感元件L可以为一螺旋电感，其可以利用单层或多层金属来实现。 [0030] 然而，上述结构仅为本发明的一优选实施例，在其它实施例中，第一电感调整电路AC1也可使用其它结构来完成。举例来说，请参照图5，其为依据本发明的一第二实施例所实现的一可变电感500的结构示意图。图5中所示的各个电路元件功能与图4中相对应的元件功能大致相同，在此便不再赘述。相较于图4所示的可变电感400，图5中的第一电感调整电路AC1是配置在电感元件L的正下方而不是在其外围，然而，当第一开关元件SWT1导通时，图5中的电感元件L所产生的磁通量MF0同样也会在第一电感调整电路AC1引发电磁涡流效应，是故同样能达到调整电感值的效果。 [0031] 请注意，上述的第一开环回路结构GR1可应用同一平面的金属层来实现，也可应用多层金属层来实现。而第一开环回路结构GR1所配置的位置也不限定在电感元件L的上方、下方、内部或是外围，只要第一电感调整电路AC1在形成闭环回路时会电磁涡流效应影响，而产生一第一磁通量MF1来部分抵消原有的电感元件L的磁通量MF0即可，这些设计上的变化均属于本发明的范围之内。也即，于集成电路的布局图(layout)中，第一开环回路结构GR1的位置并不限定在电感元件L的上方、下方、内部、外围、或是与电感元件L部分或全部重叠。 [0032] 其中，在本发明中，若开环回路结构以保护环所构成，该保护环可以为包含单层金属的保护环或由包含多层金属堆叠而成的堆叠保护环(stacked guard ring)；其中保护环的宽度也可以做设计为可调整，其宽度越大，可降低保护环的寄生电阻以增加电磁涡流效应而降低电感值。 [0033] 此外，在本发明中，也可以通过改变开关元件的阻值以调整电感，若开关元件以一晶体管来实现，可以经由调整晶体管的大小来改变其阻值。其中晶体管越大，其阻值越小，而可增加电磁涡流效应而降低电感值。 [0034] 请参照图6，其为依据本发明的一第三实施例所实现的一可变电感600的结构示意图。相较于图4，图6中的可变电感600在原有的第一电感调整电路AC1外围新增了一第二电感调整电路AC2，第二电感调整电路AC2包含有一第二开环回路结构GR2以及一第二开关元件SWT2(在此实施例中，第二开关元件SWT2同样以一晶体管来加以实现，然而，此仅作为范例说明之用，并非本发明的限制)。当第二开关元件SWT2处于一导通状态时，第二开环回路结构GR2与第二开关元件SWT2会形成一第二闭环回路，由于电磁涡流效应，该第二闭环回路会导通一电流，并产生一第二磁通量MF2来抵抗磁通量MF0的变化，是故，经由选择性地操作第一开关元件SWT1与第二开关元件SWT2，可变电感600可提供多种的不同的电感值。请注意，第一电感调整电路AC1所提供的第一磁通量MF1与第二电感调整电路AC2所提供的第二磁通量MF2的大小可依据实际需求而定，并不一定要相等。 [0035] 请再参照图7，其为依据本发明的一第四实施例所实现的一可变电感700的结构示意图。不同于图6所示的可变电感600，图4中的可变电感700的第一电感调整电路AC1’的第一开环回路结构GR1与第二开环回路结构GR2均耦接至同一第一开关元件SWT1’，当第一开关元件SWT1’处于导通状态时，第一开关元件SWT1’与第一开环回路结构GR1形成一第一闭环回路，以产生一第一磁通量来改变电感元件L运作时的该磁通量，此外，第一开关元件SWT1’另同时与第二开环回路结构GR2形成一第二闭环回路，以产生一第二磁通量来改变电感元件L运作时的磁通量，此一设计上的变化也属于本发明的范畴之内。 [0036] 由上述的实施例可得知，针对一电感元件，应用一电磁涡流效应来改变该电感元件运作时的一电感值的方法，举例来说，应用一开关(例如：一晶体管)的导通状态以及一开环回路结构(例如：一保护环)来控制其中的电磁涡流效应以改变电感值，这些方法均符合本发明的精神。然而，本发明所提出的可变电感并不限定使用两个开关元件来控制不同的电感值，凡是应用多个开环回路结构以及一个或多个相对应的开关元件来经过电磁涡流效应以控制电感值的可变电感，均隶属于本发明的范围之内。 [0037] 综上所述，本发明提供了一种应用电磁涡流效应来达到调整电感值的一可变电感，经由在一般的电感结构加上简单的调整电路便可供给不同大小的电感值，也可轻易应用在差动式的电路上且不需要设计相关的应用电路来加以匹配。 |
||||||
