(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子が連結された第１金属線と、第２端子が連結された第２金属線とが少なくとも一回交差して、螺旋状に連結されており、少なくとも１つの交差部を備え、該交差部において前記第２金属線は前記第１金属線とは異なる層に形成される螺旋状インダクターと、
前記交差部に該当する第１金属線部分と第２金属線部分とにそれぞれドレイン及びソース端子が連結されている少なくとも１つのトランジスタと、
前記第１端子と連結された可変形キャパシタと、
前記トランジスタ及び前記可変形キャパシタにそれぞれの制御信号を伝達して、共振周波数または出力を調節するコントローラと、
前記第１端子と接地電源との間に連結された第１トランジスタと、
を含み、
前記第２端子は、直流電源と連結されており、
前記可変形キャパシタは、前記第１端子及び前記接地電源の間に連結されており、
前記コントローラは、前記制御信号を用いて前記トランジスタのターンオン／ターンオフを制御する、
螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置に係り、より詳細には、螺旋状インダクターと可変形キャパシタとを利用したＬＣ回路の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多量のデータを迅速に伝送するために、無線通信周波数帯域が次第に上がっている。特に、周波数は、有限な資源であるために、よく使わない高周波帯域に次第に上がっていくしかない。高周波回路を設計する時、アナログ回路との差異点は、インダクターを使うという点である。インダクターは、キャパシタと共に共振に使われ、また、マッチング用、電源電圧供給用などとして使われる。
【０００３】
一般的なインダクターは、複数ターンで螺旋状に巻かれたコイル状になっている。そして、コイルの両端には、２つのポートが形成される。このようにインダクターをコイル状に多重に縒って製造する場合、インダクターの相互インダクタンスを増加させることができる。ところが、この際、単位長当たりインダクタンスが大きくなるために、インダクターの特性を表わす重要な要素の１つであるＱ−ｆａｃｔｏｒ（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ）が増加する。
【０００４】
ところが、集積回路を構成するに当って、インダクターをコイル状に具現するのは難しいので、従来、平面上で製造可能な平面型インダクターを利用している。このような平面型インダクターの例は、特許文献１に開示されている。ここで、平面型のインダクターを螺旋状に具現すると、互いに重なる導線部分が発生するが、これは、集積回路上で互いに異なる金属層を使って、導線が互いに物理的に重ならないようにして解決する。一般的に、インダクターは、集積回路上の最上位金属層を使い、螺旋状製造時に、互いに重なる部分は、最上位金属層の真下層を利用する。このような方法で、３重巻き以上のインダクターも容易に具現が可能である。
【０００５】
高周波集積回路を設計する時にも、このような縒った形態のインダクターを多く使う。ところが、このように集積回路上でインダクターを具現すれば、集積回路の特性上、修正が不可能であり、工程で規定された固定された金属層の厚さがあるために、一回作られたインダクターのインダクタンス値は、物理的な長さの変化以外には、その値を変化させるのがほとんど不可能である。しかし、現在の回路の特性は、広域、多重モードシステムを要求しており、それによるインダクタンス値の変化を要求している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国公開特許第２００３−００１３２６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、螺旋状インダクターの交差部に付加されたトランジスタのオン／オフ、及び螺旋状インダクターに並列連結された可変形キャパシタの容量をそれぞれ制御して、共振周波数及び出力パワーを調節することによって、マルチモード及び広域モード動作の具現が可能な螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置を提供するところに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１端子が連結された第１金属線と、第２端子が連結された第２金属線とが少なくとも一回交差して、螺旋状に連結されており、少なくとも１つの交差部を備える螺旋状インダクターと、前記交差部に該当する第１金属線部分と第２金属線部分とにそれぞれドレイン及びソース端子が連結されている少なくとも１つのトランジスタと、前記螺旋状インダクターの第１端子及び第２端子と並列連結された可変形キャパシタと、前記トランジスタ及び前記可変形キャパシタにそれぞれの制御信号を伝達して、共振周波数または出力を調節するコントローラと、を含む螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置を提供する。
【０００９】
ここで、前記螺旋状インダクターは、前記交差部を２個以上備え、前記交差部は、前記螺旋状の外側に該当する第１交差部及び前記螺旋状の内側に該当する第２交差部を含み、前記トランジスタは、前記第１交差部の両端に連結された第１トランジスタ、そして、前記第２交差部の両端に連結された第２トランジスタを含みうる。
【００１０】
また、前記コントローラは、前記トランジスタの個別ターンオン／ターンオフを制御し、前記可変形キャパシタの容量を制御することができる。
【００１１】
また、前記コントローラは、前記ＬＣ回路が第１出力電圧よりも低い低出力モードである場合、前記第１トランジスタ及び第２トランジスタをターンオフさせることができる。
【００１２】
また、前記コントローラは、前記ＬＣ回路が第１出力電圧よりも高く、第２出力電圧よりも低い中間出力モードである場合、前記第１トランジスタをターンオフ、前記第２トランジスタをターンオンさせることができる。
【００１３】
また、前記コントローラは、前記ＬＣ回路が第２出力電圧よりも高い高出力モードである場合、前記第１トランジスタをターンオンさせることができる。
【００１４】
また、前記コントローラは、前記ＬＣ回路が第１周波数よりも高い高周波数で動作する場合、前記第１トランジスタをターンオンさせることができる。
【００１５】
また、前記コントローラは、前記ＬＣ回路が前記第１周波数よりも低く、第２周波数よりも高い中間周波数で動作する場合、前記第１トランジスタをターンオフさせ、前記第２トランジスタをターンオンさせることができる。
【００１６】
また、前記コントローラは、前記ＬＣ回路が前記第２周波数よりも低い低周波数で動作する場合、前記第１トランジスタ及び第２トランジスタをターンオフさせることができる。
【００１７】
ここで、前記可変形キャパシタは、バラクタ（ｖａｒａｃｔｏｒ）であり、前記コントローラは、前記共振周波数が高いほど、前記バラクタの容量が小さくなるように調節することができる。
【００１８】
そして、前記螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置は、前記第１端子及び第２端子が連結された対象回路に含まれた任意ポート上での信号を感知し、前記感知された信号の周波数またはパワーに対応する制御信号を前記コントローラに伝送するディテクターをさらに含みうる。
【００１９】
ここで、螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置は、前記第１端子と接地電源との間に連結された第１トランジスタ、そして、前記第２端子と前記接地電源との間に連結された第２トランジスタをさらに含み、前記可変形キャパシタは、前記第１端子及び第２端子の間に連結されうる。
【００２０】
また、螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置は、前記第１端子と接地電源との間に連結された第１トランジスタをさらに含み、この際、前記第２端子は、直流電源と連結されており、前記可変形キャパシタは、前記第１端子及び前記接地電源の間に連結されうる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置によれば、螺旋状インダクターの交差部に付加されたトランジスタのオン／オフ、及び螺旋状インダクターに並列連結された可変形キャパシタの容量をそれぞれ制御して、共振周波数及び出力パワーを調節することによって、マルチモード及び広域モード動作の具現が可能な利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のための螺旋状インダクターの一例を示す構成図である。
【図２】本発明のための螺旋状インダクターの他の例を示す構成図である。
【図３】図２の螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置についての一実施形態を示す構成図である。
【図４】図２の螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置についての他の実施形態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について当業者が容易に実施できるように詳しく説明する。
【００２４】
図１は、本発明のための螺旋状インダクターの一例を示す構成図である。このような図１の螺旋状インダクター１００は、ターン数の調節が可能である。
【００２５】
このような図１の螺旋状インダクター１００は、２重巻き形態のインダクターであって、第１端子１１０が連結された第１金属線１１１と、第２端子１２０が連結された第２金属線１２１とが互いに一回交差して、螺旋状に連結されており、これにより、１つの交差部１３０を備える。前記交差部１３０は、外郭の第１ターンと内部の第２ターンとの間に存在する。これにより、第１ターンと第２ターンとを含んで２重巻き形態のインダクターを有する。
【００２６】
互いに交差する第２金属線１２１の一部（陰影部分参照）は、第１金属線１１１の一部と互いに異なる層に形成されて、金属層間の短絡を防止する。ここで、前記交差部１３０に該当する第１金属線１１１の一部１１２と第２金属線１２１の一部１２２には、トランジスタ１４０のドレイン及びソース端子がそれぞれ連結されている。
【００２７】
図１の動作は、次の通りである。前記トランジスタ１４０のゲート側ポート１４１に電圧が印加されれば、トランジスタ１４０が短絡のような動作を行う。すなわち、トランジスタ１４０の動作時に、電荷は、第１ターン部分の第１金属線１１１の一部１１２から内側の第２ターン部分の金属線部分に移動することができず、直ちにトランジスタ１４０を経て第２金属線１２１の一部１２２に移動して、まるで１重巻きのインダクターのように動作する。すなわち、トランジスタ１４０がターンオンになれば、第１金属線１１１の一部１１２と第２金属線１２１の一部１２２とが互いに短絡されながら、内部の第２ターン部分は省略され、外部の第１ターン部分のみ残って、結果的に、巻回数が１回である構造のインダクターを形成する。
【００２８】
この際、トランジスタ１４０のチャネル抵抗が存在するが、それを最小化するために、トランジスタのサイズが大きいことが望ましい。もちろん、トランジスタ１４０のゲートに電圧がなければ、すなわち、トランジスタ１４０がターンオフになれば、一般的な２重巻きインダクターと同様に動作を行う。
【００２９】
それ以外にも、またスイッチとして使われるトランジスタ１４０のゲート上にスイッチがターンオンになるための電圧値とターンオフになるための電圧の間の値とを印加する場合には、１重巻きと２重巻きとの間の巻回数に対応するインダクタンスを有するインダクターで動作させることができる。
【００３０】
図２は、本発明のための螺旋状インダクターの他の例を示す構成図である。このような図２は、図１よりもさらに１回縒った３重巻き形態のインダクター形態を有する。
【００３１】
図２の螺旋状インダクター２００は、第１端子２１０が連結された第１金属線２１１と、第２端子２２０が連結された第２金属線２２１とが互いに２回交差して、螺旋状に連結されており、それに対応して、２つの交差部、すなわち、第１交差部２３０ａと第２交差部２３０ｂとを備える。
【００３２】
第１交差部２３０ａは、前記螺旋状の外側に該当する所に形成されており、第２交差部２３０ｂは、前記螺旋状の内側に該当する所に形成されている。さらに詳細には、第１交差部２３０ａは、外部の第１ターンと中間の第２ターンとの間、第２交差部２３０ｂは、中間の第２ターンと内部の第３ターンとの間に存在する。これにより、外部の第１ターンと中間の第２ターン、そして、内部の第３ターンを含んで３重巻き形態のインダクターを有する。
【００３３】
互いに交差する第２金属線２２１の一部（陰影部分参照）は、第１金属線２１１の一部と互いに異なる層に形成されて、金属層間の短絡を防止する。ここで、第１交差部２３０ａに該当する第１金属線２１１の一部２１２と第２金属線２２１の一部２２２には、第１トランジスタ２４０のドレイン及びソース端子がそれぞれ連結されている。それと同じ原理で、第２交差部２３０ｂでも、第２トランジスタ２５０が連結される。すなわち、第１交差部２３０ａの両端には、第１トランジスタ２４０が連結され、第２交差部２３０ｂの両端には、第２トランジスタ２５０が連結されている。
【００３４】
図２の動作原理は、図１の場合と類似している。もし、第１トランジスタ２４０がターンオンになれば、第２トランジスタ２５０のターンオン／ターンオフと無関係に螺旋状インダクター２００のターン数は、１ターンに切替えられる。もし、第１トランジスタ２４０がターンオフであり、第２トランジスタ２５０がターンオンになれば、螺旋状インダクター２００のターン数は、２ターンに切替えられる。また、第１トランジスタ２４０及び第２トランジスタ２５０がいずれもターンオフである場合には、螺旋状インダクター２００のターン数は、３ターンに切替えられる。
【００３５】
同様に、トランジスタのチャネル抵抗を最小化するために、トランジスタのサイズは、大きいことが望ましい。インダクターのサイズがトランジスタに比べて非常に大きいために、トランジスタを大きく作ることは大きな無理がなくなる。
【００３６】
このような方法で、トランジスタのゲート電圧を調節することによって、インダクターのターン数を調節し、これを通じてインダクタンスを調節し、それを用いて広域、多重モードシステムに有用に使用できる。
【００３７】
もちろん、ターン数の調節が可能な螺旋状インダクターの構成は、図１及び図２に必ずしも限定されるものではない。すなわち、螺旋状インダクターの物理的ターン数は、さらに複数個であり、それによる交差部は、２個以上に多様である。また、あらゆる交差部にトランジスタを形成し、一部交差部にのみトランジスタを形成することもできる。すなわち、本発明の技術範疇内でより多様な変形例が存在することができる。
【００３８】
以下、図２の構成を含むＬＣ回路の制御装置に関して、図３を参照にして説明する。図３は、図２の螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置についての一実施形態を示す構成図である。このような図３は、図２のインダクター構成をより簡素化したものである。
【００３９】
図３には、前記螺旋状インダクター２００の第１端子２１０及び第２端子２２０と並列連結された可変形キャパシタ３００の構成を含む。このような可変形キャパシタ３００は、バラクタであり得るが、本発明が、必ずしもこれに限定されるものではない。前記キャパシタ３００は、外部の制御信号によって容量が可変されるように、制御信号を受信する端子部３０１が形成されている。
【００４０】
また、図３は、前記トランジスタ２４０、２５０及び前記可変形キャパシタ３００にそれぞれの制御信号を伝達して、共振周波数または出力を調節するコントローラ４００の構成を含む。
【００４１】
前記コントローラ４００は、前記トランジスタ２４０、２５０の個別ターンオン／ターンオフを制御する信号を各トランジスタ２４０、２５０のゲート部分２４１、２５１に伝送し、前記可変形キャパシタ３００の容量を制御する信号を可変形キャパシタ３００の端子部３０１に伝送する。
【００４２】
このようなコントローラ４００の制御によれば、ＬＣ回路の共振周波数及び出力パワーを調節することができる。ここで、共振周波数の調節が可能なので、広域動作が可能であり、出力パワーの調節が可能なので、多重モードの動作が可能となる。
【００４３】
一般的に、共振周波数の公式は、数式１のようである。
【００４４】
【数１】
0005914685.tif 000002
【００４５】
これを通じて、多重モード動作と広域動作とを行うことができる。インダクタンス値とキャパシタンス値とが小さければ、数式１の分母が小さくなるので、共振周波数（動作周波数）が高くなる。このような関係を用いて広域として使用可能である。また、インダクタンス値を小さく調節しながら、キャパシタンス値を大きく調節すれば、共振周波数の変動がないように調節することもできる。この際、動作周波数は同じであるが、インダクターのインピーダンス値が変わるために、出力パワー調節を通じる多重モードの動作が可能となる。
【００４６】
前記コントローラ４００の制御による多重モード（出力関連）動作は、表１のようである。
【００４７】
【表１】
0005914685.tif 000003
【００４８】
前記コントローラ４００は、前記ＬＣ回路が第１出力電圧よりも低い低出力モードである場合、前記第１トランジスタ２４０及び第２トランジスタ２５０をターンオフさせる。２つのトランジスタ２４０、２５０がターンオフである時に、ターン数は３回であって、インダクタンスが最も大きくなり、出力は最も低くなる。
【００４９】
また、コントローラ４００は、前記ＬＣ回路が第１出力電圧よりも高く、第２出力電圧よりも低い中間出力モードである場合、前記第１トランジスタ２４０をターンオフ、前記第２トランジスタ２５０をターンオンさせる。このような場合、ターン数は２回であって、インダクタンスが少し低くなり、出力は少し上昇する。
【００５０】
また、コントローラ４００は、前記ＬＣ回路が第２出力電圧よりも高い高出力モードである場合、前記第１トランジスタ２４０をターンオンさせる。この際、第２トランジスタ２５０のターンオン／ターンオフの有無は、全く影響を与えない。すなわち、このような場合、ターン数は１回であって、インダクタンスが非常に低くなり、これにより、出力は非常に高くなる。
【００５１】
ここで、表１の備考事項のように、このような表１の例で、インダクタンスのサイズを適切に減少させ、キャパシタンスを適切に増加させれば、共振周波数は、そのまま固定された状態で存在し、出力のみ変動されうる。
【００５２】
前記コントローラ４００の制御による広域モード（周波数関連）動作は、表２のようである。
【００５３】
【表２】
0005914685.tif 000004
【００５４】
ここで、前記コントローラ４００は、前記ＬＣ回路が第１周波数よりも高い高周波数で動作する場合、前記第１トランジスタ２４０をターンオンさせる。この際、ターン数は１回であって、インダクタンスが低いので、高周波数で動作する。
【００５５】
そして、前記コントローラ４００は、前記ＬＣ回路が前記第１周波数よりも低く、第２周波数よりも高い中間周波数で動作する場合、前記第１トランジスタ２４０をターンオフさせ、前記第２トランジスタ２５０をターンオンさせる。この際、ターン数は２回であって、インダクタンスがさらに上昇し、中間周波数で動作する。
【００５６】
また、前記コントローラ４００は、前記ＬＣ回路が前記第２周波数よりも低い低周波数で動作する場合、前記第１トランジスタ２４０及び第２トランジスタ２５０をターンオフさせる。この際、ターン数は３回であって、インダクタンスがさらに多く上昇し、低周波数で動作する。
【００５７】
ここで、それぞれの動作時に、キャパシタ３００値を減少または増加させることによって、周波数の調節効果をより増大させることができる。すなわち、前記コントローラ４００は、前記共振周波数が高いほど、前記キャパシタ３００、すなわち、バラクタの容量が小さくなるように調節する。
【００５８】
このような表１及び表２の内容を組み合わせれば、下記の表３に整理されうる。その脈絡は、同一なので、詳細な説明は省略する。
【００５９】
【表３】
0005914685.tif 000005
【００６０】
以上のようなコントローラ４００は、アナログまたはデジタルとして具現可能である。アナログとして具現する場合、細部調節が可能であり、デジタルとして具現する場合、集積が容易な利点がある。また、アナログ回路をデジタル式に動作させようとする場合、図３のように、当該ポートを複数個に増やして、アナログ式に細部調節することができる。
【００６１】
示したコントローラ４００は、一例であって、実質的には、インダクター２００のコントロールは、トランジスタ２４０、２５０のオン／オフで調節し、バラクタ３００の容量は、微細範囲に調節する。例えば、インダクター２００を通じて大きな単位の変更を行い、バラクタ３００を通じて微細に最終調節を行うことができる。
【００６２】
そして、図３のディテクター５００は、前記第１端子２１０及び第２端子２２０が連結された対象回路（図３の場合、差動増幅器）に含まれた任意ポート（入力ポートなど）上での信号を感知する部分である。ディテクター５００は、このように感知された周波数またはパワーに対応する制御信号を生成して、前記コントローラ４００に伝送する。
すなわち、コントローラ４００の制御信号は、前端のディテクター５００を通じて決定される。ディテクター５００は、対象回路の入力信号またはそれ以上の信号を受信または感知して、前記コントローラ４００に送る信号を決定する。
【００６３】
例えば、ディテクター５００は、対象回路の入力ポートの信号サイズが小さい場合、低出力モードで動作することができる制御信号をコントローラ４００に伝送する。また、入力ポートの周波数感知を行って、当該周波数に合う最適の出力パワーを制御することもできる。このために、ディテクター５００には、それぞれの周波数で低／中間／高出力モードに該当するコードまたは信号があらかじめ保存することができる。
【００６４】
前記図３の対象回路は、第１トランジスタと第２トランジスタとを含む差動増幅器に該当する。この際、第１トランジスタ６００は、前記第１端子２１０と接地電源との間に連結されており、第２トランジスタ７００は、第２端子２２０と前記接地電源との間に連結されている。そして、前記可変形キャパシタ３００は、前記第１端子２１０及び第２端子２２０の間に並列連結された形態を有する。
【００６５】
図４は、図２の螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置についての他の実施形態を示す構成図である。このような図４の場合、第１端子２１０と接地電源との間に連結された第１トランジスタ６００を有する。すなわち、図４の対象回路は、第１トランジスタ６００ａである。ここで、第２端子２２０は、直流電源ＶＤＤと連結されており、前記可変形キャパシタ３００ａは、前記第１端子２１０及び前記接地電源の間に連結されうる。
【００６６】
このような図４の場合も、可変形キャパシタ３００ａは、インダクター２００に並列連結された形態に該当する。その理由は、次の通りである。可変形キャパシタ３００ａの一端は、インダクター２００の一端である第１端子２１０に連結されている。そして、可変形キャパシタ３００ａの他端は、接地電源に連結されており、インダクター２００の他端である第２端子２２０は、ＶＤＤと連結されている。ところが、ＡＣ観点から見る時に、ＶＤＤは、動かない固定された値であって、ＶＤＤがグラウンドで見えるので、前記可変形キャパシタ３００ａとインダクター２００は、互いに並列連結された概念となる。
【００６７】
以上のような本発明によれば、螺旋状インダクターの交差部に付加されたトランジスタのオン／オフ、及び螺旋状インダクターに並列連結された可変形キャパシタの容量をそれぞれ制御して、共振周波数及び出力パワーを調節することによって、マルチモード及び広域モード動作の具現が容易に可能であり、多様な回路に適用されて、広範囲に使われる。
【００６８】
本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、螺旋状インダクターを利用したＬＣ回路の制御装置関連の技術分野に適用可能である。
【図１】
0005914685.tif 000006
【図２】
0005914685.tif 000007
【図３】
0005914685.tif 000008
【図４】
0005914685.tif 000009