基于TSV的超高耦合环式对称变压器

本发明属于无源电子器件，涉及一种基于tsv的超高耦合环式对称变压器。

背景技术：

1、随着对小尺寸、高密度、多功能的射频集成电路(rfic)的需求越来越大，变压器作为许多射频电路中的关键无源器件，已得到广泛应用。传统的二维变压器，存在着耦合系数低、难与差分电路集成的问题。现有的研究结果表明，基于tsv的三维变压器集成度高、耦合性能好，可以很好的解决这一类问题。然而，目前研究人员提出的基于tsv的三维变压器种类较少，在小型化、高耦合、全对称和良好的电感性能等方面还有待进一步优化和改进。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于tsv的超高耦合环式对称变压器，该变压器不仅解决了现有三维变压器耦合系数难以提高的问题，同时具有全对称、高耦合和小型化的特点。

2、本发明所采用的技术方案是，基于tsv的超高耦合环式对称三维变压器，包括围绕中心点进行环式绕制的初级线圈和次级线圈；初级线圈通过逆时针旋转能够与次级线圈重合。

3、本发明的特点还在于：

4、初级线圈包括端口a和端口b，所述次级线圈包括端口c和端口d，变压器工作时，端口b和d接地，端口a和c分别作为变压器的输入端口和输出端口。

5、初级线圈和次级线圈均采用上下两层金属层和硅通孔tsv首尾连接形成。

6、初级线圈和次级线圈中相邻的上下两层金属层的平面夹角均为36°和108°交替设置。

7、初级线圈和次级线圈中的金属层和硅通孔tsv交错绕制。

8、本发明的有益效果是，本发明所设计的超高耦合环式变压器具有较好的对称性，易与差分电路集成，可以起到抑制共模噪声的作用。采用这种环状结构，可以构成闭合磁路，充分利用闭合磁路降低漏磁；并且这种初级线圈和次级线圈间隔绕制，使得初级线圈产生的磁通量很好的通过了次级线圈，突破了变压器的耦合系数难以提高的瓶颈，在工作频率为5ghz时，该变压器的耦合系数高达0.991。两组线圈的上下两层金属层通过硅通孔tsv进行连接，再加上两绕组的间隔设置，使其在空间上共用同一面积，因此与传统的二维变压器相比，占位面积大大减少，提高了集成度，也节省了制造成本。除此之外，本发明的自谐振频率和品质因数这两个性能参数并没有因为耦合系数的提高而大幅度降低，与二维变压器相比，仍具有一定优势。因此，所设计的基于tsv的超高耦合环式对称变压器具有全对称、高耦合和小型化的特点。

技术特征：

1.基于tsv的超高耦合环式对称三维变压器，其特征在于：包括围绕中心点进行环式绕制的初级线圈和次级线圈；初级线圈通过逆时针旋转能够与次级线圈重合。

2.根据权利要求1所述的基于tsv的超高耦合环式对称变压器，其特征在于：所述初级线圈包括端口a和端口b，所述次级线圈包括端口c和端口d，变压器工作时，端口b和d接地，端口a和c分别作为变压器的输入端口和输出端口。

3.根据权利要求1所述的基于tsv的超高耦合环式对称变压器，其特征在于：所述初级线圈和次级线圈均采用上下两层金属层和硅通孔tsv首尾连接形成。

4.根据权利要求3所述的基于tsv的超高耦合环式对称变压器，其特征在于：所述初级线圈和次级线圈中相邻的上下两层金属层的平面夹角均为36°和108°交替设置。

5.根据权利要求3所述的基于tsv的超高耦合环式对称变压器，其特征在于：所述初级线圈和次级线圈中的金属层和硅通孔tsv交错绕制。

技术总结
本发明公开了基于TSV的超高耦合环式对称变压器，包括围绕中心点进行环式绕制的初级线圈和次级线圈；初级线圈通过逆时针旋转能够与次级线圈重合。本发明所设计的超高耦合环式变压器具有较好的对称性，易与差分电路集成，可以起到抑制共模噪声的作用。采用这种环状结构，可以构成闭合磁路，充分利用闭合磁路降低漏磁；并且这种初级线圈和次级线圈间隔绕制，不仅使其在空间上共用同一面积，提高了集成度，而且使得初级线圈产生的磁通量很好的通过了次级线圈，突破了变压器的耦合系数难以提高的瓶颈，在工作频率为5GHz时，该变压器的耦合系数高达0.991。因此，本发明具有全对称、高耦合和小型化的特点。

技术研发人员：王凤娟,邓悦,杨媛,刘江凡,余宁梅,刘静
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1