專利名稱：磁性差動感應(yīng)器及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利文件通常涉及用來減小電路中的干擾的技術(shù)，并且更具體的說涉及利用磁性差動感應(yīng)器減小電路中的干擾的技術(shù)。

背景技術(shù)：
在各種類型的電路中，干擾能隨著電路的工作引起問題。因此干擾能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得困難。例如，在使用感應(yīng)器的電路中，感應(yīng)器能干擾電路中的其它部件。
在移動無線電和電話應(yīng)用的實(shí)例中，對更小和更低成本的裝置的需求已經(jīng)驅(qū)動近來的將部件集成為單個(gè)IC的研究。例如，利用諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)的技術(shù)，已經(jīng)努力將射頻(RF)收發(fā)機(jī)集成到單個(gè)IC里面。這種類型的集成可能是困難的并且涉及解決幾個(gè)問題。在RF收發(fā)機(jī)的實(shí)例中，該收發(fā)機(jī)的電路通常包括對其它部件的干擾敏感的敏感部件。另外，涉及收發(fā)機(jī)工作的通信標(biāo)準(zhǔn)對收發(fā)機(jī)的噪聲、輸出功率、頻譜發(fā)射等提出了要求。為了滿足收發(fā)機(jī)的要求和可應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的要求，存在對用來減小或最小化IC中的部件例如感應(yīng)器之間的干擾的技術(shù)的需求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的設(shè)備包括由兩個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)電環(huán)形成的感應(yīng)器，其中導(dǎo)電環(huán)被設(shè)置成使得產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供減小電路中的干擾的方法，包括利用兩個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)器形成電感，感應(yīng)器被這樣安排使得電流沿差動方向流過感應(yīng)器，以至少部分地消除從感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供最小化集成電路上的電路之間的干擾的方法，包括利用兩個(gè)或更多個(gè)耦合在一起的導(dǎo)電環(huán)在集成電路上形成電感。在一個(gè)實(shí)例中，導(dǎo)電環(huán)限定延伸通過導(dǎo)電環(huán)的第一軸和垂直于該第一軸的第二軸。在該實(shí)例中，該方法包括這樣配置導(dǎo)電環(huán)以便電流沿相反方向流過這些環(huán)中的一些以至少部分地消除從這些環(huán)產(chǎn)生的磁場，并且以便在沿第二軸的位置處磁性消除被最大化。配置相對位置的電路以得到期望的磁性消除量。
由附圖和下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。



本發(fā)明借助實(shí)例來闡明并且不限于附圖中的各個(gè)圖，其中類似的參考標(biāo)記指示類似的元件，并且其中 圖1是表示具有單環(huán)的感應(yīng)器的圖。
圖2示出兩個(gè)串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器。
圖3是圖2中示出的感應(yīng)器的等效電路圖。
圖4A示出兩個(gè)串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的另一實(shí)例。
圖4B示出四個(gè)串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的實(shí)例。
圖5示出串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的另一實(shí)例。
圖6示出串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的另一實(shí)例。
圖7示出兩個(gè)并聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器。
圖8是圖7中示出的感應(yīng)器的等效電路圖。
圖9是示出第一和第二電流環(huán)的圖。
圖10是示出磁性差動感應(yīng)器和電流環(huán)的圖。
圖11是示出具有與圖10中示出的感應(yīng)器類似特性的單個(gè)感應(yīng)器的圖。
圖12是串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器。
圖13是并聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器。
圖14-15示出串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的其它實(shí)例。
圖16-17示出并聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的其它實(shí)例。
圖18-24示出形成在集成電路上的電路以說明本發(fā)明的布局技術(shù)。

具體實(shí)施例方式 利用本發(fā)明的技術(shù)的IC可以被用于任何期望的應(yīng)用，包括無線傳輸系統(tǒng)例如移動或蜂窩式通信裝置或其它無線裝置。然而要注意的是，本發(fā)明可以被用于任何其它希望減小或最小化形成在印刷電路板、IC或任何其它類型的封裝上的電路中的干擾的應(yīng)用。
為了提供用來理解本說明書的上下文，以下描述示出本發(fā)明的典型應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。這些技術(shù)可以用來幫助提供高集成、低成本、低形狀因數(shù)的RF設(shè)備，同時(shí)也滿足管理RF設(shè)備性能的任何可應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的需要。在一個(gè)實(shí)例中，RF設(shè)備表現(xiàn)為用于高性能通信系統(tǒng)的RF接收器或收發(fā)機(jī)。這種設(shè)備可以包括執(zhí)行RF設(shè)備的各種功能的各種電路塊。在RF收發(fā)機(jī)中的電路塊的實(shí)例可以包括數(shù)字處理電路、電壓控制振蕩器(VCO)電路、天線接口電路、傳輸電路、接收電路等。在RF設(shè)備運(yùn)行期間一些電路塊可能易于干擾其它電路塊。例如，VCO電路可能包括一個(gè)或多個(gè)可能干擾另一電路塊中的數(shù)字電路的感應(yīng)器。干擾可能由有意環(huán)(intentional loop)(例如設(shè)計(jì)中包含的電感)和寄生環(huán)(例如由電路中導(dǎo)體的布線引起的電感)引起。對于正常運(yùn)行并且滿足可應(yīng)用的規(guī)格的RF設(shè)備而言，需要將干擾減小或最小化到期望的水平。本發(fā)明提供用來克服干擾影響的技術(shù)。
在利用本發(fā)明的技術(shù)形成將要使用的感應(yīng)器時(shí)，理解能夠形成電感的多種方法是有幫助的。在期望電感的電路部分中，可以用多種方法提供電感。在一個(gè)實(shí)例中，可以由一匝或多匝導(dǎo)電環(huán)形成感應(yīng)器。在IC的實(shí)例中，感應(yīng)器可以形成在IC的一個(gè)或多個(gè)層上。在其它實(shí)例中，電感(不管是否期望)可能由用來將裝置中的部件連接在一起的導(dǎo)電跡線(trace)的布線引起。
一般而言，具有多匝的感應(yīng)器被用來增加給定區(qū)域的電感或改善感應(yīng)器的Q(感應(yīng)器品質(zhì)因數(shù))。多匝的一個(gè)缺點(diǎn)是增加的電阻可能是顯著的，減小了感應(yīng)器的Q。
本發(fā)明通過設(shè)計(jì)電感結(jié)構(gòu)以使得由所述結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除的方式來處理干擾問題。本發(fā)明的一個(gè)特征涉及這樣配置電感結(jié)構(gòu)使得電感結(jié)構(gòu)起磁性差動感應(yīng)器的作用。例如，磁性差動電感結(jié)構(gòu)可以采取兩個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)器的形式，所述兩個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)器被配置成使得電流沿相反方向流動(例如在一個(gè)感應(yīng)器中為順時(shí)針方向并且在另一個(gè)感應(yīng)器中為逆時(shí)針方向)。由于電流在兩個(gè)類似的感應(yīng)器中沿相反方向流動，由電流流過感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場將至少部分地彼此抵消。正如以下詳細(xì)描述的，存在配置磁性差動電感結(jié)構(gòu)的多種方法。
在一些常規(guī)應(yīng)用中，在不考慮干擾的情況下，感應(yīng)器設(shè)計(jì)利用具有一個(gè)環(huán)的感應(yīng)器，其中單環(huán)提供最期望的特性。本發(fā)明利用具有兩個(gè)差動環(huán)的結(jié)構(gòu)，以便減小或最小化噪聲和對裝置中其它部件的干擾。在其它實(shí)例中，可以利用具有兩個(gè)以上的環(huán)的結(jié)構(gòu)，其中配置環(huán)的組合以至少部分地消除由全部環(huán)產(chǎn)生的磁場。
以下討論的是兩類差動電感結(jié)構(gòu)的實(shí)例。差動電感結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例使用兩個(gè)串聯(lián)耦合的感應(yīng)器，所述兩個(gè)串聯(lián)耦合的感應(yīng)器被配置成使得電流在每個(gè)感應(yīng)器中沿相反方向流動。差動電感結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例使用兩個(gè)并聯(lián)耦合的感應(yīng)器，所述兩個(gè)并聯(lián)耦合的感應(yīng)器被配置成使得電流在每個(gè)感應(yīng)器中沿相反方向流動。如下所描述的，每種類型的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)于其它類型的優(yōu)點(diǎn)，取決于具體應(yīng)用。
當(dāng)看兩個(gè)串聯(lián)耦合的感應(yīng)器時(shí)，首先考慮具有給定電感L和面積A的單環(huán)。圖1是表示具有帶有端子12和14的單環(huán)的感應(yīng)器10的圖。圖1也示出了感應(yīng)器10的相對尺寸，其限定感應(yīng)器10的面積A。流過感應(yīng)器10的電流I的方向也在圖1中示出。圖2示出串聯(lián)耦合在端子12和14之間的第一和第二感應(yīng)器10A和10B。感應(yīng)器10A和10B均為感應(yīng)器10的尺寸的一半。感應(yīng)器10A和10B可以被看作感應(yīng)器10在虛線處斷開、垂直翻轉(zhuǎn)，并且其末端被結(jié)合。如以下再次討論的，其它類型的串聯(lián)耦合的環(huán)也是可以的。圖3是感應(yīng)器10A和10B的等效電路圖，示出該串聯(lián)連接，和電流流過感應(yīng)器10A和10B的方向。在圖2中示出的配置中，感應(yīng)器10A和10B以近似8字形的圖案設(shè)置(其是以下描述的串聯(lián)耦合的實(shí)例)。
由于感應(yīng)器10A和10B的面積的和等于圖1中示出的感應(yīng)器10的面積，因此端子12和14之間的電感將與感應(yīng)器10的電感相同。由于增加的導(dǎo)體長度(增加了大約4X，其中X表示長度，并且4X表示長度X的4倍)，感應(yīng)器10A和10B的總電阻可能稍微大于感應(yīng)器10的電阻。
因此，緊接著比較圖1中示出的單環(huán)感應(yīng)器10與該串聯(lián)耦合的環(huán)10A和10B。首先，電感(一階)將是相同的。其次，串聯(lián)耦合的感應(yīng)器中的Q應(yīng)該更差一點(diǎn)。最后，本發(fā)明利用的特征是在感應(yīng)器10A和10B中發(fā)生的磁性消除。因?yàn)橛闪鬟^感應(yīng)器10A的電流感應(yīng)的磁場將與由流過感應(yīng)器10A的電流感應(yīng)的磁場相反，因此來自感應(yīng)器10A和10B的總磁場在相對遠(yuǎn)離感應(yīng)器的距離處將至少部分地抵消。磁場消去量取決于例如離磁性差動感應(yīng)器的距離以及離磁性差動感應(yīng)器的方向的因素。在下面詳細(xì)討論這兩個(gè)因素。
如上所述，串聯(lián)耦合環(huán)的其它配置是可以的。圖4A示出串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的另一個(gè)實(shí)例。圖4A示出串聯(lián)耦合在端子12和14之間的第一和第二感應(yīng)器10C和10D。相似于圖2中示出的實(shí)例，感應(yīng)器10C和10D均為圖1中示出的感應(yīng)器10的尺寸的一半。圖4中示出的實(shí)例的等效電路圖類似于圖3中示出的圖。
相似于圖2中示出的電感結(jié)構(gòu)，感應(yīng)器10C和10D的面積的和等于圖1中示出的感應(yīng)器10的面積。因此，端子12和14之間的電感將與感應(yīng)器10的電感相同。由于增加的導(dǎo)體長度(增加了大約2X)，感應(yīng)器10C和10D的總電阻可能稍微大于感應(yīng)器10的電阻。圖1中示出的單環(huán)感應(yīng)器10與串聯(lián)耦合的環(huán)10C和10D的比較將類似于以上討論的比較。首先，電感(一階)將是相同的。其次，串聯(lián)耦合的感應(yīng)器中的Q應(yīng)該更差一點(diǎn)，但是也許會比圖2中示出的實(shí)例好。也相似于圖2中示出的實(shí)例，由感應(yīng)器10C和10D產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除。
如上所述，可以使用任何期望的環(huán)數(shù)，其中配置環(huán)的組合以至少部分地消除由環(huán)產(chǎn)生的磁場。在圖2和圖4A中示出的實(shí)例中，示出了兩個(gè)環(huán)。圖4B示出串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的另一個(gè)實(shí)例。圖4B中示出的實(shí)例包括四個(gè)串聯(lián)環(huán)，而不是兩個(gè)串聯(lián)環(huán)。圖4B示出串聯(lián)耦合在端子12和14之間的四個(gè)感應(yīng)器10C、10D、10E和10F。圖4B中示出的實(shí)例的等效電路圖類似于圖3中示出的圖，且添加了串聯(lián)連接的感應(yīng)器10E和10F。
如果我們假定感應(yīng)器10C、10D、10E和10F的面積的和是圖1中示出的感應(yīng)器10的面積的兩倍，那么，端子12和14之間的電感將是感應(yīng)器10的電感的兩倍。如箭頭所指示的，通過感應(yīng)器10C和10F的電流將沿相同方向流動，且通過感應(yīng)器10D和10E的電流將沿相反方向流動。因此，相似于上述實(shí)例，由感應(yīng)器10C、10D、10E和10F產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除。如所述，可以將與所期望的一樣多的環(huán)耦合在一起(通過串聯(lián)和/或并聯(lián)組合)以獲得期望的結(jié)果。
圖5示出串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的另一個(gè)實(shí)例。圖5示出串聯(lián)耦合在端子12和14之間的第一和第二感應(yīng)器10G和10H。在該實(shí)例中，感應(yīng)器10G和10H是圓形的，而不是矩形的。圖5中示出的實(shí)例的等效電路圖類似于圖3中示出的圖。如果圖5中示出的感應(yīng)器10G和10H的面積的和等于圖1中示出的感應(yīng)器10的面積，那么端子12和14之間的電感將和感應(yīng)器10的電感相同。相似于上述實(shí)例，由感應(yīng)器10G和10H產(chǎn)生的磁場將至少部分地消除，因?yàn)楦袘?yīng)器被配置成使得電流I沿相反方向流過感應(yīng)器10G和10H。
圖6示出串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器的另一個(gè)實(shí)例。圖6示出串聯(lián)耦合在端子12和14之間的第一和第二感應(yīng)器10I和10J。在該實(shí)例中，感應(yīng)器10I和10J均具有六邊形形狀，而不是矩形形狀。圖6中示出的實(shí)例的等效電路圖類似于圖3中示出的圖。如果圖6中示出的感應(yīng)器10I和10J的面積的和等于圖1中示出的感應(yīng)器10的面積，那么端子12和14之間的電感將和感應(yīng)器10的電感相同。相似于上述實(shí)例，由感應(yīng)器10I和10J產(chǎn)生的磁場將至少部分地消除，因?yàn)楦袘?yīng)器被配置成使得電流I沿相反方向流過感應(yīng)器10I和10J。
差動電感結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例利用兩個(gè)并聯(lián)耦合的感應(yīng)器，所述兩個(gè)并聯(lián)耦合的感應(yīng)器被配置成使得電流在每個(gè)感應(yīng)器中沿相反方向流動。當(dāng)看兩個(gè)并聯(lián)耦合的感應(yīng)器時(shí)，首先再次考慮具有給定電感L和面積A的單環(huán)(例如圖1)。圖7示出并聯(lián)耦合在端子20和22之間的第一和第二感應(yīng)器16和18。在該實(shí)例中，感應(yīng)器16和18均為圖1中示出的感應(yīng)器10的尺寸的一半。感應(yīng)器16和18可以被看作圖1的感應(yīng)器10在虛線處斷開，且電流方向在所述二等分之一中改變。注意，并聯(lián)耦合環(huán)的其它配置也是可以的。圖8是感應(yīng)器16和18的等效電路圖，示出該并聯(lián)連接，以及分別流過感應(yīng)器16和18的電流I1和I2的方向。
由于感應(yīng)器16和18的環(huán)面積的和等于圖1中示出的感應(yīng)器10的面積，并且由于感應(yīng)器16和18是并聯(lián)耦合的，因而端子20和22之間的電感大約是感應(yīng)器10的電感的四分之一。由于增加的導(dǎo)體長度，感應(yīng)器16和18的總電阻可能稍微大于感應(yīng)器10的電阻。
因此，緊接著比較圖1中示出的單環(huán)感應(yīng)器10與該并聯(lián)耦合的環(huán)16和18。首先，電感將是感應(yīng)器10的電感的四分之一。其次，與感應(yīng)器的Q相比，并聯(lián)耦合的感應(yīng)器中的Q應(yīng)該更差一點(diǎn)。最后，本發(fā)明利用的特征是在感應(yīng)器16和18中發(fā)生的磁性消除。因?yàn)橛闪鬟^感應(yīng)器16的電流I1感應(yīng)的磁場與由流過感應(yīng)器18的電流I2感應(yīng)的磁場方向相反，因此來自感應(yīng)器16和18的總磁場將至少部分地抵消。磁場消去量取決于例如離磁性差動感應(yīng)器16和18的距離以及離磁性差動感應(yīng)器的方向的因素。在下面詳細(xì)討論這兩個(gè)因素。
為獲得與串聯(lián)組合相同的電感值，并聯(lián)組合需要更大的環(huán)面積，其可以減小磁場消去效應(yīng)。因此可以看出，對于任何給定的應(yīng)用而言，任一種類型的電感結(jié)構(gòu)可能優(yōu)于其它類型。例如，在期望低電感的應(yīng)用中，并聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器可以令人滿意。在期望較大電感的應(yīng)用中，串聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器可以令人滿意。如上所述，注意并聯(lián)耦合環(huán)的其它配置是可以的。而且，在本發(fā)明的任何給定應(yīng)用中可以使用串聯(lián)耦合和/或并聯(lián)耦合的感應(yīng)器的任何期望的組合。
如上所述，由磁性差動感應(yīng)器引起的磁場消去量取決于例如離感應(yīng)器的距離以及離感應(yīng)器的相對方向的因素。離感應(yīng)器的相對方向的影響由以下事實(shí)產(chǎn)生當(dāng)離兩個(gè)感應(yīng)器相同距離時(shí)，磁性消除將更有效。為幫助理解怎樣最佳地將部件放置在IC或印刷電路板上，理解離感應(yīng)器的方向的影響是有幫助的。以下是該情況的討論。
首先，考慮兩個(gè)電流環(huán)怎樣彼此影響。圖9是示出第一電流環(huán)30和第二電流環(huán)32的圖。電流環(huán)30具有半徑a1和面積A1。電流環(huán)32具有半徑a2和面積A2。環(huán)30和32分開距離R。由流過環(huán)30的電流引起的磁場通過以下等式示出 然后互感M12示為 因此，互感可以由以下等式逼近 圖10是示出串聯(lián)耦合的感應(yīng)器34和36的圖，相似于上述串聯(lián)耦合的感應(yīng)器。注意，為了清楚，圖10(以及以下實(shí)例中的一些)沒有示出端子，但是在實(shí)際的裝置中將使用與圖2中示出的那些類似的端子。感應(yīng)器34和36均具有面積A1，并且被配置成使得電流沿相反方向流過感應(yīng)器34和36，如箭頭所示。因?yàn)榇判韵诘礁袘?yīng)器34和36的距離相等的情況下(即在該兩個(gè)相反磁場相等的情況下)是最佳的，所以在磁性消除最佳的地方限定軸38。在沿軸38的所有點(diǎn)處，到感應(yīng)器34和36中的每一個(gè)的距離是相等的。第二軸40垂直于軸38并且延伸通過感應(yīng)器34和36的中心。至于磁性消除，沿軸40將發(fā)現(xiàn)最少量的磁性消除，因?yàn)橐粋€(gè)感應(yīng)器或另一個(gè)更靠近，并且因此將不會被另一個(gè)完全消除。了解發(fā)生磁性消除的最佳或最壞情形方向的情況在設(shè)計(jì)電路布局時(shí)(在下面討論)是有幫助的。注意電感結(jié)構(gòu)具有很多個(gè)環(huán)的實(shí)例，存在多個(gè)具有優(yōu)良磁性消除的方向。
圖10還示出環(huán)42，其可以是位于IC或電路板上的其它地方的部件的一部分。如所示，環(huán)42沿軸40設(shè)置，將軸42放在對感應(yīng)器34和36的磁性消除最差的可能角度處。知道環(huán)42在最差的可能角度處將能計(jì)算在不同距離處最差情況的磁性消除的有效性。
在圖10中，環(huán)42距離感應(yīng)器34為R1并且距離感應(yīng)器36為R2。利用以上等式(3)，環(huán)42與每一個(gè)感應(yīng)器34和36之間的互感差(MDIFF)由以下等式表示 其中(即，感應(yīng)器34和36與環(huán)42之間的平均距離)，并且ΔR＝R2-R1(即感應(yīng)器34和36的中心之間的距離)。
互感差可以表示為 對于等式(5)可以表示為 現(xiàn)在，考慮具有與感應(yīng)器34和36的和相同面積并且與環(huán)42分開距離R的單環(huán)。圖11是示出具有與感應(yīng)器34和36的和相同面積的單環(huán)44的圖。往回參考等式(3)，感應(yīng)器44與環(huán)42之間的互感(MONELOOP)可以表示為 因此，相對減小可以表示為 現(xiàn)在，利用等式(8)并且輸入R和ΔR的不同值，可以確定在最壞場合情況(即沿圖10中所示的軸40)中磁性消除的有效性。表格I是示出幾個(gè)距離R的

的值的表格。在表格I中，假定ΔR是300μm，其在利用CMOS技術(shù)的應(yīng)用中是合理的ΔR。

表格I 注意，表格I中的計(jì)算是零級計(jì)算。還要注意的是，表格I表示最壞情況的消除，并且其它方向?qū)⑹歉玫摹１M管在該表中示出的改善可能看起來是小的，但是這些改善可能是顯著的。注意，在表格I中示出的實(shí)例中，采用相對大的結(jié)構(gòu)(300μm)。對于較小的結(jié)構(gòu)，改善將更深遠(yuǎn)。而且要注意的是，幾個(gè)干擾作用取決于互感的第二或第三次冪。在ΔR是300μm的實(shí)例中，0.225的比率表示13-20dB的改善，考慮到它是這樣大的結(jié)構(gòu)因此這是非常優(yōu)良的。由表格I中的數(shù)據(jù)，可以得出的結(jié)論是，圖10中沿軸40的磁性消除的有效性在更遠(yuǎn)的距離處改善了。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及有效和高效的裝置布局，例如利用CMOS技術(shù)的RF設(shè)備。在涉及干擾的情況下，本發(fā)明能夠使要使用的感應(yīng)器減小或最小化由感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場。另外，通過了解裝置中磁性消除具有最大影響的地方，可以相應(yīng)地設(shè)計(jì)裝置的部件以在相對于感應(yīng)器的最佳位置放置干擾部件。此外，通過改變磁性差動感應(yīng)器的幾何形狀，最大磁性消除的軸(例如圖10中的軸38)可以被移動并且指向期望的方向(在下面描述)。
圖12示出串聯(lián)耦合的感應(yīng)器50和52，其類似于圖10中示出的感應(yīng)器34和36。感應(yīng)器50和52均具有面積A1，并且被這樣配置使得電流沿相反方向流過感應(yīng)器50和52，如箭頭所示。因?yàn)榇艌鱿诰喔袘?yīng)器34和36中的每一個(gè)的距離相等時(shí)是最佳的，所以在磁性消除最佳的地方軸38被限定。第二軸40垂直于軸38并且粗略地延伸通過感應(yīng)器50和52的中心。
圖13示出串聯(lián)耦合的感應(yīng)器54和56，其類似于圖7中示出的感應(yīng)器16和18。感應(yīng)器54和56也均具有面積A1，并且被這樣配置使得電流沿相反方向流過感應(yīng)器54和56，如箭頭所示。與前述相似，在磁性消除最佳的地方軸38被限定。第二軸40垂直于軸38并且粗略地延伸通過感應(yīng)器54和56的中心。圖13示出以下討論的概念中的一些應(yīng)用于串聯(lián)和并聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器，盡管以下實(shí)例中的大部分說明串聯(lián)耦合的感應(yīng)器。
如上所述，通過改變磁性差動感應(yīng)器的幾何形狀，最大消除的軸(軸38)可以被移動并且指向期望的方向。
圖14示出串聯(lián)耦合的感應(yīng)器50A和52A，其類似于圖12中的感應(yīng)器50和52，但是具有不同的結(jié)構(gòu)。感應(yīng)器50A和52A均具有與感應(yīng)器50和52相同的面積A1，但是具有不同的尺寸。在該實(shí)例中，感應(yīng)器50A和52A沿水平方向(相對于圖14中所示的圖)被伸長。因?yàn)楦袘?yīng)器50和52的面積A1與感應(yīng)器50A和52A的面積A1相同，所以電感相同。然而，盡管具有與感應(yīng)器50和52相同的電感，但是圖14中的軸38相對于圖12中所示的軸38偏移。與以上實(shí)例相似，從沿軸38的任何點(diǎn)到感應(yīng)器50A和52A的距離都相等(例如從軸38上的點(diǎn)到每個(gè)感應(yīng)器的中心點(diǎn))。如所示，圖14中的軸38相對于圖12中所示的軸38的角度是-θ1度。
圖15示出磁性差動感應(yīng)器的另一實(shí)例。圖15示出串聯(lián)耦合的感應(yīng)器50B和52B，其類似于圖12和14中的感應(yīng)器，但是具有另一種結(jié)構(gòu)。感應(yīng)器50B和52B均具有與感應(yīng)器50和52相同的面積A1，但是具有不同的尺寸。在該實(shí)例中，感應(yīng)器50B和52B沿垂直方向(相對于圖15中所示的圖)被伸長。因?yàn)楦袘?yīng)器50和52的面積A1與感應(yīng)器50B和52B的面積A1相同，所以電感相同。然而，盡管具有與感應(yīng)器50和52相同的電感，但是圖15中的軸38相對于圖12中所示的軸38偏移。與以上實(shí)例相似，從沿軸38的任何點(diǎn)到感應(yīng)器50B和52B的距離都相等(例如從軸38上的點(diǎn)到每個(gè)感應(yīng)器的中心點(diǎn))。如所示，圖15中的軸38相對于圖12中所示的軸38的角度是+θ2度。圖14和15示出可以怎樣配置磁性感應(yīng)差動感應(yīng)器以使軸38指向任何期望的方向的實(shí)例。注意，在所有示出的實(shí)例中，感應(yīng)器可以被配置為鏡像，使軸38指向不同象限。
圖16示出并聯(lián)耦合的感應(yīng)器54A和56A，其類似于圖13中的感應(yīng)器54和56，但是具有不同的結(jié)構(gòu)。感應(yīng)器54A和56A均具有與感應(yīng)器54和56相同的尺寸和面積A1，但是有偏差。因?yàn)楦袘?yīng)器54和56的面積A1與感應(yīng)器54A和56A的面積A1相同，所以電感相同。然而，盡管具有與感應(yīng)器54和56相同的電感，但是圖16中的軸38相對于圖13中所示的軸38偏移。與以上實(shí)例相似，從沿軸38的任何點(diǎn)到感應(yīng)器54A和56A的距離都相等(例如從軸38上的點(diǎn)到每個(gè)感應(yīng)器的中心點(diǎn))。如所示，圖16中的軸38相對于圖13中所示的軸38的角度是+θ3度。
圖17示出并聯(lián)耦合的感應(yīng)器54B和56B，其類似于圖13中的感應(yīng)器54和56，但是具有另一種結(jié)構(gòu)。感應(yīng)器54B和56B均具有與感應(yīng)器54和56相同的面積A1，但是有偏差。因?yàn)楦袘?yīng)器54和56的面積A1與感應(yīng)器54B和56B的面積A1相同，所以電感相同。在圖17的實(shí)例中，感應(yīng)器54B和56B如前述那樣有偏差，而且還具有不同的尺寸。在該實(shí)例中，感應(yīng)器54B和56B沿垂直方向(相對于圖17中所示的圖)被伸長。如所示，圖17中的軸38相對于圖13中所示的軸38偏移。與以上實(shí)例相似，從沿軸38的任何點(diǎn)到感應(yīng)器54B和56B的距離都相等(例如從軸38上的點(diǎn)到每個(gè)感應(yīng)器的中心點(diǎn))。如所示，圖17中的軸38相對于圖13中所示的軸38的角度是+θ4度。
磁性差動感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)的前述實(shí)例僅僅是示范性結(jié)構(gòu)。也可以使用許多其它結(jié)構(gòu)。例如，可以使用非對稱或非等效的感應(yīng)器對。一個(gè)感應(yīng)器可以形成得與另一感應(yīng)器不同，或具有不同的面積，以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)所得到的磁場。在其它實(shí)例中，可以使用多組磁性差動感應(yīng)器來獲得期望的電感，同時(shí)也獲得期望的磁性消除量。而且，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，在圖12-17的實(shí)例中示出的教導(dǎo)也適用于其它形狀和結(jié)構(gòu)的感應(yīng)器。
了解磁性差動感應(yīng)器的各種可能結(jié)構(gòu)的磁場特性在設(shè)計(jì)形成在IC或印刷電路板上的裝置的布局中可能有幫助。例如，在集成在IC上的RF設(shè)備中，設(shè)備的各個(gè)部件之間的干擾可能使集成變得困難。利用本發(fā)明的技術(shù)，可以減小或最小化干擾問題。以下是一些示出可以怎樣使用以上討論的技術(shù)處理干擾問題的實(shí)例。注意，所討論的技術(shù)適用于任何期望的應(yīng)用，但是以下討論的實(shí)例在形成于集成電路上的RF設(shè)備的背景下討論。
RF設(shè)備，例如RF收發(fā)機(jī)，可以包括各種模擬和數(shù)字電路塊。取決于應(yīng)用、頻率、功率級、電路回路面積等，可能出現(xiàn)多種干擾問題。例如，一個(gè)或多個(gè)用在電壓控制振蕩器(VCO)電路上的感應(yīng)器可能引起對位于IC上的其它地方的數(shù)字電路的干擾。在一些情況下，利用磁性差動感應(yīng)器(例如以上討論的那些)可以解決干擾問題。在其它情形下可能需要調(diào)整感應(yīng)器和整個(gè)布局以將干擾降低到最低水平。以下是這些調(diào)整的實(shí)例。
圖18是表示具有幾個(gè)用在RF設(shè)備中的電路塊的IC 60的圖。圖18示出VCO電路62以及其它電路塊64、66和68。在IC 60的其它區(qū)域中的電路沒有示出。如上所述，本發(fā)明可以適用于任何期望類型的電路和電路部分。在圖18中所示的實(shí)例中，假定VCO電路62需要一個(gè)或多個(gè)電感。而且假定VCO電感易于干擾存在于電路塊64、66和/或68中的數(shù)字電路。當(dāng)在IC 60上布設(shè)電路塊時(shí)，用來減小VCO電路62與其它電路之間的干擾的第一技術(shù)是安置VCO電路62的位置使其遠(yuǎn)離干擾所涉及的電路。如果干擾仍舊是問題，那么設(shè)置在VCO電路62中的感應(yīng)器可以是磁性差動感應(yīng)器，例如上述的那些，以減小干擾量。如果仍舊顧慮干擾，那么可以改變感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和IC 60的布局以優(yōu)化該結(jié)構(gòu)。而且要注意的是，可以配置存在于干擾電路中的電感(不管是有意的還是寄生的)以減小干擾量。例如，如果在VCO電路62中的有意的感應(yīng)器干擾另一電路塊中的寄生電感，則磁性差動感應(yīng)器可以被有意的感應(yīng)器和寄生電感利用。
圖19示出具有例如與圖12中所示的感應(yīng)器類似的磁性差動感應(yīng)器70的IC 60。注意，感應(yīng)器沒必要按比例描繪，并且被伸長以說明本發(fā)明的技術(shù)。并且，為了清楚，已經(jīng)去除了圖18中圍繞VCO電路62示出的方框。如上所述，假定，即使具有磁性差動感應(yīng)器70，仍舊關(guān)心對電路塊中的一個(gè)或多個(gè)的干擾。如所示，并且正如以上詳細(xì)描述的，通過感應(yīng)器70的磁性消除沿軸38最大。
為進(jìn)一步減小干擾，可以移動電路塊和/或感應(yīng)器70?，F(xiàn)在假定VCO 62與電路塊64之間的干擾是問題。圖20示出根據(jù)軸38的位置改變布局的實(shí)例。如圖20所示，電路塊64已經(jīng)被移動以便它沿軸38(最佳磁性消除的軸)設(shè)置。
圖21示出改變磁性差動感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)以最小化對電路64的干擾的實(shí)例。如所示，以這種方式配置磁性差動感應(yīng)器70A軸38指向電路64(例如見圖14)，因此減小了VCO電路62與電路64之間的干擾。
現(xiàn)在假定關(guān)心的是VCO電路62與電路塊64和66之間的干擾。圖22示出另一個(gè)實(shí)例，其中磁性差動感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)以及IC 60的布局被改變以最小化VCO 62與IC 60上的其它電路之間的干擾。圖22示出電路塊64和66被安置在彼此附近的實(shí)例。另外，磁性差動感應(yīng)器70B被這樣配置使得軸38指向電路塊64和66。如果對這些塊中的一個(gè)的關(guān)注超過對另一個(gè)的關(guān)注，那么可以調(diào)整(tweak)感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和/或電路塊的位置以便軸38更靠近更關(guān)注的電路。在另一個(gè)實(shí)例中，可以沿軸38安置多個(gè)電路塊。
圖23示出這樣的實(shí)例其與圖22中所示的實(shí)例相同，除了并聯(lián)耦合的磁性差動感應(yīng)器70C被用來代替串聯(lián)耦合的感應(yīng)器以外。如所示，感應(yīng)器70C被配置成使軸38指向電路塊64和66。
圖24示出類似于圖21的實(shí)例，其中磁性差動感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)被改變以最小化對電路64的干擾。如所示，以這種方式配置磁性差動感應(yīng)器70A軸38指向電路64(例如見圖14)，因此減小了VCO電路62與電路64之間的干擾。另外，為進(jìn)一步減小干擾，在電路塊64中的寄生電感被配置成具有磁性差動環(huán)72。磁性差動環(huán)72也被配置使得最佳消除軸38指向磁性差動感應(yīng)器70A。在另一個(gè)實(shí)例中，磁性差動感應(yīng)器的概念可以應(yīng)用于關(guān)注干擾的任何電路。例如，大的數(shù)字部件可以被分成兩個(gè)較小的部件，較小部件中的一個(gè)定向與另一個(gè)部件相反，以便來自一個(gè)部件的磁場至少部分地消除來自另一部件的磁場。類似地，該數(shù)字部件也可以被分成四個(gè)(或更多個(gè))較小的部件。
在另一個(gè)實(shí)例中，為幫助消除磁場，可以以磁場被消除的方式設(shè)置電路的一個(gè)或多個(gè)部分。例如，在大的數(shù)字驅(qū)動器或緩沖器實(shí)例中，驅(qū)動器電路可以包括兩個(gè)更小的驅(qū)動器電路，其中該兩個(gè)驅(qū)動器電路被設(shè)置成彼此的鏡像，使得由這些電路產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除。類似地，電路可以包括設(shè)置在分開的象限中并且以磁場被消除的方式(即以兩組鏡像的方式)設(shè)置的四個(gè)電路。在其它實(shí)例中，電路可以包括其它數(shù)目的電路部分，這些電路部分以獲得若干級別的磁性消除的方式設(shè)置。這些技術(shù)可以用于任何類型的期望磁性消除的電路。
在前面的詳細(xì)描述中，參考本發(fā)明的具體示范性實(shí)施例描述了本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所闡明的主要精神和范圍的情況下，可以對其進(jìn)行多種變型和改變。說明書和附圖相應(yīng)地被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種形成在集成電路上的電路，包括
由彼此串聯(lián)連接的第一和第二導(dǎo)電環(huán)形成的感應(yīng)器；并且
其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)被配置使得由第一導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)生的磁場至少部分地消除由第二導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)生的磁場。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中通過配置第一和第二導(dǎo)電環(huán)使得電流沿相反方向流過第一和第二導(dǎo)電環(huán)，由第一和第二導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)限定延伸通過第一和第二導(dǎo)電環(huán)的近似中心的第一軸，和垂直于第一軸的第二軸，并且其中沿第二軸磁性消除最大。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，進(jìn)一步包括形成在集成電路上的數(shù)字電路，其中該數(shù)字電路大約沿第二軸安置。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)以8字形圖案形成。
6.一種減小形成在集成電路上的電路中的干擾的方法，包括
利用串聯(lián)連接的第一和第二感應(yīng)器形成電感，其中第一和第二感應(yīng)器被設(shè)置使得電流沿相反方向流過第一和第二感應(yīng)器以至少部分地消除由第一和第二感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中第一和第二感應(yīng)器均由導(dǎo)電環(huán)形成。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中第一和第二感應(yīng)器的導(dǎo)電環(huán)形成8字形圖案。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括
在集成電路上形成數(shù)字電路；以及
以相對于第一和第二感應(yīng)器的距離和角度在集成電路上安置數(shù)字電路以在第一和第二感應(yīng)器與數(shù)字電路之間獲得期望的互感量。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中第一和第二感應(yīng)器限定延伸通過第一和第二感應(yīng)器的第一軸，和垂直于第一軸的第二軸，該方法進(jìn)一步包括
在集成電路上提供電路；并且
將該電路安置得最接近第二軸以最小化該電感與該電路之間的干擾。
11.一種減小形成在集成電路上的電路中的干擾的方法，包括
利用并聯(lián)連接的第一和第二感應(yīng)器形成電感，其中第一和第二感應(yīng)器被設(shè)置使得電流沿相反方向流過第一和第二感應(yīng)器以至少部分地消除由這些感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中第一和第二感應(yīng)器均由導(dǎo)電環(huán)形成。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括
在集成電路上形成數(shù)字電路；以及
以相對于第一和第二感應(yīng)器的距離和角度在集成電路上安置數(shù)字電路以在第一和第二感應(yīng)器與數(shù)字電路之間獲得期望的互感量。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中第一和第二感應(yīng)器限定延伸通過第一和第二感應(yīng)器的第一軸，和垂直于第一軸的第二軸，該方法進(jìn)一步包括
在集成電路上提供電路；并且
將該電路安置得最接近第二軸以最小化該電感與該電路之間的干擾。
15.一種形成在集成電路上的電路，包括
由彼此并聯(lián)連接的第一和第二導(dǎo)電環(huán)形成的感應(yīng)器；
其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)被配置使得由第一導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)生的磁場至少部分地消除由第二導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)生的磁場。
16.如權(quán)利要求15所述的電路，其中通過配置第一和第二導(dǎo)電環(huán)使得電流沿相反方向流過第一和第二導(dǎo)電環(huán)，由第一和第二導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除。
17.如權(quán)利要求16所述的電路，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)限定延伸通過第一和第二導(dǎo)電環(huán)的近似中心的第一軸，和垂直于第一軸的第二軸，并且其中沿第二軸磁性消除最大。
18.如權(quán)利要求17所述的電路，進(jìn)一步包括形成在集成電路上的數(shù)字電路，其中該數(shù)字電路大約沿第二軸安置。
19.如權(quán)利要求15所述的電路，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)以8字形圖案形成。
20.一種形成在集成電路上的電路，包括
由耦合在一起的第一和第二導(dǎo)電環(huán)形成的電感，第一和第二導(dǎo)電環(huán)限定延伸通過第一和第二導(dǎo)電環(huán)的第一軸并且限定垂直于第一軸的第二軸，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)被配置使得電流沿相反方向在第一和第二環(huán)中流動以至少部分地消除由這些環(huán)產(chǎn)生的磁場，并且使得磁性消除在沿第二軸的位置處最大；以及
形成在集成電路上的數(shù)字電路，其中該數(shù)字電路在該集成電路上的相對位置被配置以獲得期望的磁性消除量。
21.如權(quán)利要求20所述的電路，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)串聯(lián)連接在一起。
22.如權(quán)利要求20所述的電路，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)并聯(lián)連接在一起。
23.如權(quán)利要求20所述的電路，其中第二軸定位在第一和第二導(dǎo)電環(huán)之間的大約中點(diǎn)處。
24.如權(quán)利要求20所述的電路，其中該電感進(jìn)一步包括與第一和第二導(dǎo)電環(huán)耦合在一起的第三和第四導(dǎo)電環(huán)，并且其中第一、第二、第三和第四導(dǎo)電環(huán)被配置使得由該四個(gè)環(huán)產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除。
25.一種最小化集成電路上的RF電路與數(shù)字電路之間的干擾的方法，包括
利用耦合在一起的第一和第二導(dǎo)電環(huán)在集成電路上形成電感，第一和第二導(dǎo)電環(huán)限定延伸通過第一和第二導(dǎo)電環(huán)的第一軸并且限定垂直于第一軸的第二軸；
配置第一和第二導(dǎo)電環(huán)使得電流沿相反方向在第一和第二環(huán)中流動以至少部分地消除由這些環(huán)產(chǎn)生的磁場，并且使得磁性消除在沿第二軸的位置處最大；以及
配置集成電路上電感和電路的相對位置以獲得期望的磁性消除量。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)串聯(lián)連接在一起。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)并聯(lián)連接在一起。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中第二軸定位在第一和第二導(dǎo)電環(huán)之間的大約中點(diǎn)處。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該電感利用與第一和第二導(dǎo)電環(huán)耦合在一起的第三和第四導(dǎo)電環(huán)形成，并且其中第一、第二、第三和第四導(dǎo)電環(huán)被配置使得由該四個(gè)環(huán)產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除。
30.一種最小化形成在集成電路的第一部分中的電感與由該集成電路的第二部分中的導(dǎo)電跡線形成的寄生電感之間的干擾的方法，該方法包括
利用耦合在一起的第一和第二導(dǎo)電環(huán)在該第一部分中形成感應(yīng)器以便電流沿相反方向在第一和第二導(dǎo)電環(huán)中流動以至少部分地消除由第一和第二導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)生的磁場；以及
在集成電路的該第二部分中配置一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電跡線以至少形成第三和第四環(huán)，以便電流沿相反方向在該第三和第四環(huán)中流動以至少部分地消除由該第三和第四環(huán)產(chǎn)生的磁場。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)串聯(lián)連接在一起。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)并聯(lián)連接在一起。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其中第三和第四環(huán)串聯(lián)連接在一起。
34.如權(quán)利要求30所述的方法，其中第三和第四環(huán)并聯(lián)連接在一起。
35.如權(quán)利要求30所述的方法，其中第一和第二導(dǎo)電環(huán)限定延伸通過第一和第二導(dǎo)電環(huán)的第一軸并且限定垂直于第一軸的第二軸，以便磁性消除在沿第二軸的位置處最大。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中集成電路上的電路被配置使得寄生電感被安置得最接近第二軸。
37.如權(quán)利要求30所述的方法，其中第三和第四環(huán)限定延伸通過該第三和第四環(huán)的第一軸并且限定垂直于第一軸的第二軸，以便磁性消除在沿第二軸的位置處最大。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中集成電路上的電路被配置使得形成在集成電路的第一部分中的感應(yīng)器被安置得最接近第二軸。
39.如權(quán)利要求30所述的方法，其中利用與第一和第二導(dǎo)電環(huán)耦合在一起的第三和第四導(dǎo)電環(huán)形成感應(yīng)器，并且其中第一、第二、第三和第四導(dǎo)電環(huán)被配置使得由該四個(gè)環(huán)產(chǎn)生的磁場被至少部分地消除。
全文摘要
提供一種用于集成電路(60)或印刷電路板的用來減小或最小化干擾的方法和設(shè)備。電感利用兩個(gè)或更多個(gè)耦合在一起的感應(yīng)器(10A，10B)形成并且被配置使得電流沿不同的方向流過感應(yīng)器(10A，10B)，因此至少部分地消除磁場。當(dāng)設(shè)計(jì)電路時(shí)，可以調(diào)整感應(yīng)器(10A，10B)的結(jié)構(gòu)以及電路的各部分的相對位置以提供最佳干擾或噪聲控制。
文檔編號H01F17/00GK101185146SQ200680019055
公開日2008年5月21日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者A·M·馬克斯 申請人:硅實(shí)驗(yàn)室公司