变压器装置的制作方法

1.本公开涉及变压器装置，尤其涉及可用于功率合并的平面式变压器装置。


背景技术：

2.用于射频信号的部分集成电路需将信号在共模(common mode)模式与差分(differential)模式之间作转换。此类转换可使用一种巴伦(balun)器实现。巴伦器为变压器的一种应用，在集成电路中也是由线圈所组成。因此，如何安排其线圈，使线圈具有良好的耦合效果、高的品质因素(quality factor)并具有良好的线路平衡为重要的课题。


技术实现要素：

3.于一些实施例中，变压器装置包含第一线圈、第二线圈以及第三线圈。第一线圈包含多个第一线段与至少一第一连接部。该些第一线段经由该至少一第一连接部相互连接。第二线圈包含多个第二线段与多个第二连接部。该些第二线段经由该些第二连接部相互连接。第三线圈用以耦合该第一线圈与该第二线圈。第三线圈包含多个第三线段与多个第三连接部。该些第三线段中的一部分互相并联，且该些第一线段中的至少一部分与该些第二线段中的至少一部分位于该些第三线段中的该部分之间。
4.有关本公开的特征、实作与技术效果，兹配合附图作优选实施例详细说明如下。
附图说明
5.图1a为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置的示意图；
6.图1b为根据本公开一些实施例绘制的图1a中的第一线圈与第二线圈的示意图；
7.图1c为根据本公开一些实施例绘制的图1a中的第三线圈的示意图；
8.图2为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置的示意图；
9.图3为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置的示意图；
10.图4为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置的示意图；以及
11.图5为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置的示意图。
12.符号说明
13.100、200、300、400、500：变压器装置
14.120、140、160：线圈
15.a-a'：参考线
16.cp1、cp2、cp3：连接部
17.l1、l2、l3：线段
18.p11、p12、p13、p21、p22、p23、p31、p32：端点
19. x、-x、 y、-y：方向
具体实施方式
20.本文所使用的所有词汇具有其通常的含义。上述的词汇在普遍常用的字典中的定义，在本公开的内容中包含任一于此讨论的词汇的使用例子仅为示例，不应限制到本公开的范围与含义。同样地，本公开亦不仅以于此说明书所示出的各种实施例为限。
21.关于本文中所使用的“约”或“实质”一般通常是指数值的误差或范围约百分之二十以内，较好地是约百分之十以内，而优选地则是约百分之五以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，即如“约”或“实质”所表示的误差或范围。
22.另外，为易于说明，本文中可能使用例如“左”、“右”、“上”、“下”等空间相对性用语来说明图中所示的一个元件(或特征)与另一元件(或特征)的关系。除附图中所示出的定向外，这些空间相对性用语旨在涵盖装置在使用或操作中的不同定向。装置可具有其他定向(例如为旋转90度或处于其他定向)，且本文中所使用的空间相对性描述语可同样相应地进行解释。
23.关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指两个或更多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指两个或更多个元件相互操作或动作。如本文所用，用语“电路”可为由至少一个晶体管与/或至少一个主被动元件按一定方式连接以处理信号的装置。
24.如本文所用，用语“与/或”包含了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。在本文中，使用第一、第二与第三等等的词汇，是用于描述并辨别各个元件。因此，在本文中的第一元件也可被称为第二元件，而不脱离本公开的本意。为易于理解，于各附图中的类似元件将被指定为相同标号。
25.参照图1a至图1c，图1a为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置100的示意图，图1b为根据本公开一些实施例绘制的图1a中的线圈120与线圈140的示意图，且图1c为根据本公开一些实施例绘制的图1a中的线圈160的示意图。于一些实施例中，变压器装置100可操作为(但不限于)功率合成器(power combiner)，其可将来自两个对称的线圈的信号耦合至单一线圈，以输出单一信号。为易于说明，变压器装置100包含的多个构件分别示于图1b与图1c。于一些实施例中，变压器装置100可由图1b的多个线圈120与140以及图1c中的线圈160形成。
26.线圈120与线圈140中每一者可为一平面式电感。如图1b所示，线圈120包含多个线段l1(以横条纹表示)以及多个连接部cp1(以斜条纹表示)。多个线段l1经由连接部cp1互相连接，以形成线圈120。例如，连接部cp1的两端分别设置有至少一导孔(via)(以黑色表示)，以耦接连接部cp1至对应的线段l1。类似地，线圈140包含多个线段l2(以白色表示)以及多个连接部cp2(以斜条纹表示)。多个线段l2经由连接部cp2互相连接，以形成线圈140。例如，各个连接部cp2的两端分别设置有至少一导孔，以耦接连接部cp2至对应的线段l2。
27.于一些实施例中，线圈120与线圈140中每一者可操作为一差分电感。例如，线圈120包含端点p11与端点p12。端点p11以及端点p12可输出(或接收)一组差分信号。于一些实施例中，端点p11与端点p12之间的一中间端点(未示出)可用以接收一共模电压(例如为交流地电压)。端点p11与该中间端点之间的走线长度实质上相同于端点p12与该中间端点之间的走线长度。于一些实施例中，该中间端点可操作为中心抽头(center tap)端点。类似地，线圈140包含端点p21以及端点p22。端点p21以及端点p22可输出(或接收)一组差分信
号。于一些实施例中，端点p21与端点p22之间的一中间端点可用以接收一共模电压(例如为交流地电压)。端点p21与该中间端点之间的走线长度实质上相同于端点p22与该中间端点之间的走线长度。于一些实施例中，该中间端点可操作为中心抽头点。
28.于一些实施例中，线圈120以及线圈140之间存在参考线a-a'，使得线圈120以及线圈140相对于参考线a-a'实质上为镜像对称。应当理解，参考线a-a'实质上位于线圈120以及线圈140之间的中间位置，且参考线s-s'并非变压器装置100中的实体元件。
29.线圈160可为平面式电感，其可用于耦合线圈120以及线圈140。如图1c所示，线圈160包含多个线段l3(以点状表示)以及多个连接部cp3(以斜条纹表示)。多个线段l3经由多个连接部cp3相互连接，以形成环形结构。例如，连接部cp3的两端分别设置有至少一导孔，以耦接连接部cp3至对应的线段l3。线圈160可设置为(但不限于)单端信号(single-ended signaling)应用。例如，线圈160包含端点p31以及端点p32。端点p31可接收一单端信号，且端点p32可接收直流电压(例如为共模电压或是地电压)。于一些实施例中，线圈160相对于参考线a-a'实质上为镜像对称。换言之，如图1a所示，变压器装置100实质上具有一双边对称的结构。于一些实施例中，端点p31与端点p32之间的一中间端点可用以接收一共模电压(例如为交流地电压)。端点p31与该中间端点之间的走线长度实质上相同于端点p32与该中间端点之间的走线长度。于一些实施例中，该中间端点可操作为中心抽头点。
30.如图1a或图1b所示，多个线段l1与多个连接部cp1形成具有4圈的第一绕组。例如，自端点p11至端点p12，多个线段l1与多个连接部cp1按序形成约1/4圈的第一圈(例如为最外圈)、约1/4圈的第二圈、约1/4圈的第一圈、约1/4圈的第二圈、约1/4圈的第三圈、约1/4圈的第四圈(例如为最内圈)、约1/4圈的第三圈、约1/2圈的第四圈、约1/4圈的第三圈、约1/4圈的第四圈、约1/4圈的第三圈、约1/4圈的第二圈、约1/4圈的第一圈、约1/4圈的第二圈以及约1/4圈的第一圈。类似地，多个线段l2与多个连接部cp2形成具有4圈的第二绕组。类似地，自端点p21至端点p22，多个线段l2与多个连接部cp2按序形成约1/4圈的第一圈(例如为最外圈)、约1/4圈的第二圈、约1/4圈的第一圈、约1/4圈的第二圈、约1/4圈的第三圈、约1/4圈的第四圈(例如为最内圈)、约1/4圈的第三圈、约1/2圈的第四圈、约1/4圈的第三圈、约1/4圈的第四圈、约1/4圈的第三圈、约1/4圈的第二圈、约1/4圈的第一圈、约1/4圈的第二圈以及约1/4圈的第一圈。
31.如后所述，多个线段l1、多个线段l2、多个线段l3、多个连接部cp1、多个连接部cp2以及多个连接部cp3在线圈160的相对两侧形成多个交错部分。于一些实施例中，该些交错部分是由第一绕组与第二绕组两者的每一圈与线圈160在该相对两侧形成的。于一些实施例中，该相对两侧为第一侧与第二侧，其中第一侧可为方向-x的一侧且第二侧可为方向 x的一侧。于一些实施例中，端点p31与端点p32位于线圈160的第三侧(例如为方向 y的一侧)，且端点p11、端点p12、端点p21与端点p22位于线圈160的第四侧(例如为方向-y的一侧)，其中第三侧与第四侧不同于第一侧与第二侧。换言之，前面所提及的多个交错部分与端点p11、p12、p21、p22、p31或p32位于不同侧。另外，在第一侧的多个交错部分对称于在第二侧的多个交错部分。
32.于图1a中，在线圈160的第一侧(例如为方向-x的一侧)中，线圈120与线圈140中每一者跨越线圈160四次。例如，在第一侧中，两个连接部cp1与连接部cp2跨越线圈160的最外圈的线段l3，且另外两个连接部cp1与连接部cp2跨越线圈160的第三圈的线段l3。另外，在
第一侧中，对应的多个线段l1～l2跨越线圈160的最外圈的连接部cp3，且另外对应的多个线段l1～l2跨越线圈160的第三圈的连接部cp3。基于对称结构，在线圈160的第二侧(例如为方向 x的一侧)中，线圈120与线圈140中每一者亦跨越线圈160四次。
33.类似地，在线圈160的第三侧(例如为方向 y的一侧)中，线圈120与线圈140中每一者跨越线圈160四次。在线圈160的第四侧(例如为方向-y的一侧)中，线圈120与线圈140中每一者跨越线圈160六次。于一些实施例中，上述的第一侧与第二侧为线圈160的相对两侧(例如为线圈160的左侧与右侧)，且上述的第三侧与第四侧为线圈160的另外相对两侧(例如为线圈160的上侧与下侧)。详细而言，在第三侧中，线圈120的最外圈的线段l1以及线圈140的最外圈的线段l2跨越线圈160的第一圈与第二圈之间的多个连接部cp3。在第三侧中，线圈120的第三圈的线段l1以及线圈120的第四圈的线段l2跨越线圈160的第三圈与第四圈之间的连接部cp3，且线圈120的第三圈与第四圈之间的连接部cp1以及线圈140的第三圈与第四圈之间的连接部cp2跨越线圈160的第三圈的线段l3。类似地，在第四侧中，线圈120的第一圈的线段l1以及线圈120的第一圈的线段l2跨越线圈160的第一圈与第二圈之间的多个连接部cp3，且线圈120的第二圈的线段l1以及线圈120的第二圈的线段l2跨越线圈160的第二圈与第三圈之间的连接部cp3。在第四侧中，线圈120的第三圈的线段l1以及线圈120的第三圈的线段l2跨越线圈160的第三圈与第四圈之间的多个连接部cp3，且线圈120的第三圈与第四圈之间的连接部cp1以及线圈140的第三圈与第四圈之间的连接部cp2跨越线圈160的第三圈的线段l3。
34.通过上述设置方式，线圈120、线圈140以及线圈160可经由多个连接部cp1、多个连接部cp2以及多个连接部cp3分别形成多个交错部分。根据不同的电路应用目的，多个连接部cp1和cp2上的电流方向可控制为同向或为反向。多个连接部cp1与cp2的电感值会根据不同电流方向大幅改变，故可控制其电流方向来实现不同达电路应用目的。等效地，多个线段l1、多个线段l2与多个线段l3可经由多个连接部cp1、多个连接部cp2以及多个连接部cp3可互相缠绕(twist)。因为以本实施例设计，多个连接部cp1和cp2可同时均匀对称地和多个cp3耦合。
35.于一些实施例中，部分的线段l3经由连接部cp3互相并联，且多个线段l1中的至少一部分与多个线段l2中的至少一部分位于该部分的多个线段之间。例如，如图1c所示，线圈160的第一圈(例如为最外圈)与第二圈中的多个线段l3经由连接部cp3互相并联。线圈160的第三圈与第四圈(例如为最内圈)中的多个线段l3经由连接部cp3互相并联。如图1a所示，大部分的线段l1～l2位于线圈160的第一圈与第二圈之间，并位于线圈160的第三圈与第四圈之间。于此例中，线圈120或线圈140的最外圈位于线圈160内。换句话说，线圈120与线圈140中每一者的范围与线圈160的范围之间有部分重叠。通过上述设置方式，线圈160可以耦合线圈120以及线圈140。如此一来，线圈160所接收的信号可以同时耦合给线圈140以及线圈160，以输出两组差分信号。或是，线圈140以及线圈160所接收的差分信号可耦合给线圈120，以合成为单一信号。
36.于一些实施例中，线圈120可包含额外的连接部cp1(未示出)与额外的导孔(未示出)，其可用以相互耦接最内圈的多个线段l1。于一些实施例中，如图1a至图1c所示，多个线段l1、多个线段l2以及多个线段l3可由第一金属层实施，多个连接部cp1、多个连接部cp2以及多个连接部cp3可由第二金属层实施，且第一金属层不同于第二金属层。例如，第一金属
层可为(但不限于)超厚金属(ultra-thick metal,utm)层，且第二金属层可为(但不限于)重布线层(re-distribution layer,rdl)。
37.图2为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置200的示意图。相较于图1a的变压器装置100，于此例中，变压器装置200所包含的交错部分的个数较少。线圈120与线圈140中每一者在线圈160的第一侧跨越线圈160两次，并在线圈160的第二侧跨越线圈160两次。于一些实施例中，第一绕组(例如由多个线段l1与多个连接部cp1形成)与第二绕组(例如由多个线段l2与多个连接部cp2形成)两者的部分圈数(例如为最外圈以及邻近该最外圈的一第二圈)与线圈160在线圈160的第一侧与第二侧形成多个交错部分。详细而言，在第一侧中，两个连接部cp1与连接部cp2跨越线圈160的最外圈的线段l3，且对应的多个线段l1～l2跨越线圈160的最外圈的连接部cp3线。相较于图1a，于此例中，线圈120与线圈140在线圈160的第一侧并未跨越线圈160的第三圈(或最内圈)，且线圈120与线圈140在线圈160的第二侧并未跨越线圈160的第三圈(或最内圈)。于此例中，前述的第一绕组与第二绕组中每一者的一最内圈与邻近该最内圈的第三圈未与线圈160在第一侧与第二侧形成多个交错部分。
38.换言之，线圈120在第一侧与第二侧的第三圈与第四圈是通过线段l1直接形成(即未使用连接部cp1)，线圈140在第一侧与第二侧的第三圈与第四圈是通过线段l2直接形成(即未使用连接部cp2)，且线圈160在第一侧与第二侧的第三圈与第四圈是通过线段l3直接形成(即未使用连接部cp3)。如此，交错部分的个数会变少。于不同应用中，交错部分的个数可用来调整线圈120、线圈140与线圈160之间的电感比例。例如，若交错部分越多，各个线圈120、140与160之间的电容值变高以及互感增高，进而改善各个线圈120、140与160之间的互感。
39.图3为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置300的示意图。相较于图1a的变压器装置100或图2的变压器装置200，图3中的线圈120、线圈140与线圈160具有不同圈数。
40.于此例中，多个线段l1与多个连接部cp1形成具有2圈的第一绕组。例如，自端点p11至端点p12，多个线段l1与多个连接部cp1按序形成约1/4圈的第一圈(例如为最外圈)、约1/4圈的第二圈(例如为最内圈)、约1/4圈的第一圈、约1/2圈的第二圈、约1/4圈的第一圈、约1/4圈的第二圈以及约1/4圈的第一圈。类似地，多个线段l2与多个连接部cp2形成具有2圈的第二绕组。例如，自端点p21至端点p22，多个线段l2与多个连接部cp2按序形成约1/4圈的第一圈(例如为最外圈)、约1/4圈的第二圈(例如为最内圈)、约1/4圈的第一圈、约1/2圈的第二圈、约1/4圈的第一圈、约1/4圈的第二圈以及约1/4圈的第一圈。
41.于此例中，线圈120还包含端点p13，其为端点p11与端点p12之间的中间端点。于一些实施例中，端点p13可为中央抽头端。端点p13可自线圈120经由额外的线段l1沿着方向-y延伸，以接收共模电压(例如为交流地电压)。类似地，线圈140还包含端点p23，其为端点p21与端点p22之间的中间端点。于一些实施例中，端点p23可为中央抽头端。端点p23可自线圈140经由额外的线段l2沿着方向-y延伸，以接收共模电压。
42.于此例中，线圈160的最外圈的多个线段l3与最内圈的多个线段l3经由多个连接部cp3互相并联。多个线段l1的一部分与多个线段l2的一部分位于互相并联的多个线段l3之间。例如，线圈120的第二圈中的多个线段l1以及线圈140的第二圈中的多个线段l2位于
互相并联的多个线段l3之间。于此例中，线圈120与线圈140中每一者的范围与线圈160的范围之间有部分重叠，且线圈120或线圈140的最外圈在线圈160外。通过上述设置方式，线圈160可以耦合线圈120以及线圈140。
43.类似于图1a，第一绕组与第二绕组两者的每一圈与线圈160在线圈160的第一侧(例如为方向-x的一侧)与第二侧(例如为方向 x的一侧)形成多个交错部分。于图3中，线圈120与线圈140中每一者在线圈160的第一侧跨越线圈160两次，并在线圈160的第二侧跨越线圈160两次。例如，在第一侧中，连接部cp1与连接部cp2跨越线圈160的最内圈的线段l3，且对应的线段l1与l2跨越线圈160的最外圈的连接部cp3。基于对称结构，线圈120与线圈140中每一者在线圈160的第二侧跨越线圈160两次。类似地，线圈120与线圈140中每一者在线圈160的第三侧跨越线圈160四次，并在线圈160的第四侧跨越线圈160两次，其中第三侧与第四侧为线圈160的另外相对两侧。通过上述设置方式，线圈120、线圈140以及线圈160可经由多个连接部cp1、多个连接部cp2以及多个连接部cp3分别形成多个交错部分。类似于图1a的变压器装置100，多个线段l1、多个线段l2与多个线段l3可经由多个连接部cp1、多个连接部cp2以及多个连接部cp3互相缠绕。
44.图4为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置400的示意图。相较于图3的变压器装置300，于此例中，变压器装置400所包含的交错部分的个数较少。详细而言，线圈120与线圈140中每一者在线圈160的第一侧与第二侧皆未跨越线圈160。换言之，在第一侧与第二侧中，线圈120、线圈140以及线圈160的第一圈与第二圈是分别通过多个线段l1、多个线段l2以及多个线段l3直接形成(即未使用连接部cp1、cp2或连接部cp3)。如此，交错部分的个数会变少，以实现不同的电感比例。
45.图5为根据本公开一些实施例绘制的一种变压器装置500的示意图。虽形状与整体面积不同于图1a的变压器装置100，但变压器装置500与变压器装置100之间具有类似的设置方式。类似于图1a的变压器装置100或图2的变压器装置200，线圈120、线圈140与线圈160中每一者为具有4圈的绕组。相较于图1a的变压器装置100，于此例中，线圈120仅包含一个连接部cp1，且线圈120、线圈140以及线圈160于第一侧(例如为方向-x的一侧)以及第二侧(例如为方向 x的一侧)是分别通过多个线段l1、多个线段l2以及多个线段l3直接形成。换言之，相较于变压器装置100，变压器装置500的交错部分的个数较少。
46.详细而言，自端点p11至端点p12，多个线段l1与连接部cp1按序形成约1/2圈的第一圈(例如为最外圈)、约1/2圈的第二圈、约1/2圈的第三圈、第四圈(例如为最内圈)、约1/2圈的第三圈、约1/2圈的第二圈以及约1/2圈的第一圈。类似地，自端点p21至端点p22，多个线段l2与多个连接部cp2按序形成约1/2圈的第一圈(例如为最外圈)、约1/2圈的第二圈、约1/2圈的第三圈、第四圈(例如为最内圈)、约1/2圈的第三圈、约1/2圈的第二圈以及约1/2圈的第一圈。
47.线圈160的第一圈(例如为最外圈)以及第二圈中的多个线段l3经由连接部cp3互相并联。线圈160的第三圈与第四圈(例如为最内圈)中的多个线段l3经由连接部cp3互相并联。第一部分的多个线段l1～l2位于线圈160的第一圈与第二圈之间，且第二部分的多个线段l1～l2位于线圈160的第三圈与第四圈之间。形成线圈120的最外圈的多个线段l1以及形成线圈140的最外圈的多个线段l2位于线圈160的最外圈之外。于此例中，线圈160的范围与线圈120与线圈140中每一者的范围有部分重叠。通过上述设置方式，线圈160可以耦合线圈
120以及线圈140。
48.另一方面，于此例中线圈120与线圈140在线圈160的第三侧跨越线圈160六次，并在线圈160的第四侧跨越线圈160六次，其中第三侧与第四侧为线圈160的相对两侧。例如，第三侧为方向 y的一侧，且第四侧为方向-y的一侧。详细而言，在第三侧中，线圈120的最外圈的线段l1以及线圈140的最外圈的线段l2跨越线圈160的第一圈与第二圈之间的多个连接部cp3，且线圈120的最外圈的连接部cp1以及线圈140的最外圈的连接部cp2跨越线圈160的第一圈的线段l3。在第三侧中，线圈120的第三圈的线段l1以及线圈140的第四圈的线段l2跨越线圈160的第三圈与第四圈之间的连接部cp3。类似地，在第四侧中，线圈120的第二圈的线段l1以及线圈140的第二圈的线段l2跨越线圈160的第一圈与第二圈之间的多个连接部cp3，且线圈120的第二圈与第三圈之间的连接部cp1以及线圈140的第二圈与第三圈之间的连接部cp2跨越线圈160的第三圈的线段l3。在第四侧中，线圈120的最内圈的线段l1以及线圈140的最内圈的线段l2跨越线圈160的第三圈与第四圈之间的多个连接部cp3。
49.通过上述设置方式，线圈120、线圈140以及线圈160可经由多个连接部cp1、多个连接部cp2以及多个连接部cp3分别形成多个交错部分。等效地，多个线段l1、多个线段l2与多个线段l3可经由多个连接部cp1、多个连接部cp2以及多个连接部cp3互相缠绕。
50.上述多个变压器装置100、200、300、400以及500的实施方式(例如：绕组圈数、材料、连接端个数、形状等等)以及多个应用例仅用于示例，且本公开并不以上述例子为限。例如，线圈120、线圈140与线圈160的形状可以为其他多边形或是圆形。线圈120、线圈140与线圈160的绕组圈数、各个线段之间的线距、各个线段的线宽与/或导孔的数量可以依实际需求调整。
51.综上所述，本公开一些实施例中的变压器装置利用三组线圈实施镜像对称的电感结构。如此，变压器装置可达到更好的线路平衡，以适用于功率合并、平衡至不平衡转换、不平衡至平衡转换等等应用。另外，依据不同应用，变压器装置还可利用互相缠绕的走线来达到均匀耦合。
52.虽然本公开的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本公开，本技术领域技术人员可依据本公开的明示或隐含的内容对本公开的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本公开所寻求的专利保护范围，换言之，本公开的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。