(57)【要約】【課題】  印刷回路基板上に設置された後でもチューニングが可能な平面インダクタを有する装置の提供。【解決手段】  装置１００は、印刷回路基板に直接エッチングされた高Ｑ値螺旋状平面インダクタ１０６を有する。フェライト構造は、高Ｑ値螺旋状平面インダクタ近傍の印刷回路基板に取り付けられる。フェライト構造は、螺旋状平面インダクタのＱを増加させるが、巻線トロイダルインダクタの不便さ、高コストを伴わない。螺旋状平面インダクタに関連して、種々の形状のフェライト構造が使用可能である。さらに、フェライト構造は、部品が印刷回路基板上に設置された後であっても、軸の周りに回転することでインダクタをチューニングすることができる。【選択図】  図６
2004363616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷回路基板に直接エッチングされた高Ｑ値螺旋状平面インダクタと、
前記印刷回路基板に取り付けられると共に前記高Ｑ値螺旋状平面インダクタ近傍に配置されたフェライト構造と
からなることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記フェライト構造は、前記高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記フェライト構造は、前記印刷回路基板に対して直交する軸の回りを回転するよう構成された台座部分を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記フェライト構造は、前記印刷回路基板に対して直交する軸の回りを回転するよう構成された円盤部を有し、
該円盤部は、前記軸の回りに回転すると、前記高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
ブロードバンド用途で作動するよう構成されたフィルタを具備する装置であって、
インダクタに直接エッチングされたほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタと、
前記印刷回路基板の１以上の層内に位置する孔と、
該孔の少なくとも一部に配置されたフェライト構造と
を具備することを特徴とする装置。
【請求項６】
前記フェライト構造は、台座構造に連結されたポストを有し、
該ポストは、前記孔の内側に嵌まるよう構成され、
前記台座構造は、前記孔の外側に位置することを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記フェライト構造は、ポスト及び台座構造を有し、
前記ポストは、前記孔の内側に嵌まるよう構成され、
前記台座構造は、前記孔の外側であって前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部の上に位置することを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記フェライト構造は、互いに一体的に結合されたポスト及び台座構造を有し、
前記ポストは、前記孔の内側に嵌まり且つ前記印刷回路基板に前記フェライト構造を固定するよう構成され、
前記台座構造は、前記孔より大きく、前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部の上に延びるよう構成されたことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項９】
前記フェライト構造は、ポスト及び台座構造を有し、
前記ポストは、前記孔の内側に嵌まるよう構成され、
前記台座構造は、前記ポストに取り付けられた円盤状構造物であり、前記孔より大きいことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項１０】
前記フェライト構造は、ポストと、該ポストの両端で該ポストに取り付けられた２個の台座構造とを有し、
前記ポストは、前記孔のほぼ内側に配置され、
前記台座構造は、前記孔の外側に配置され、
前記台座構造が前記孔より大きいことにより、前記台座構造間に前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部を挟むことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項１１】
前記印刷回路基板を貫通する第２及び第３の孔をさらに具備し、
前記フェライト構造は、ポストと、該ポストの両端で該ポストに取り付けられた２個の台座構造とを有し、前記ポストは前記孔の内側に配置され、前記台座構造は前記孔の外側に配置され、
前記フェライト構造は、前記ポストと平行であって前記２個の台座構造に対して直交する第１及び第２端部ポストを有し、
該第１端部ポストは前記第２の孔を貫通し、
前記第２端部ポストは前記第３の孔を貫通し、
前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタが前記２個の台座構造の間に挟まれると共に前記第１及び第２のポストの間にも挟まれるように、前記第１及び第２端部ポストは、共に前記２個の台座構造に取り付けられることにより、前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタをほぼ収容することを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項１２】
前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタは長円形状であることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項１３】
印刷回路基板と、
ブロードバンド通信インタフェース用途で作動可能なフィルタであって、前記印刷回路基板に直接エッチングされたほぼ円形の導電トレースを有するほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタを具備するフィルタと、
前記印刷回路基板に固定されると共に前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部を覆うフェライト構造とを具備する装置であって、
前記フィルタの最外導電トレースが、最内導電トレースに導かれる螺旋を形成する内部導電トレースの周囲に巻かれ、
前記最内導電トレースは、前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの中心部の周囲に巻かれ、
前記中心部は導電トレースを有していないことを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記印刷回路基板は、該印刷回路基板の１以上の層を貫通すると共に前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの前記中心部内に配置された孔を有することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記印刷回路基板は、該印刷回路基板の１以上の層を貫通する孔を有し、
該孔は、前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの前記中心部内に配置され、
前記フェライト構造は、前記孔を介して前記印刷回路基板に固定されていることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
前記印刷回路基板は、該印刷回路基板の１以上の層を貫通する孔を有し、
該孔は、前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの前記中心部内に配置され、
前記フェライト構造は、前記孔内に嵌まると共に前記印刷回路基板に前記フェライト構造を固定する手段を提供するポストを有することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
前記印刷回路基板は、該印刷回路基板の１以上の層を貫通すると共に前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの前記中心部内に配置された孔を有し、
前記フェライト構造は、前記孔内に嵌まると共に前記印刷回路基板に前記フェライト構造を固定する手段を提供するポストを有し、
該ポストは、前記孔より小さい直径を有することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
前記フェライト構造は台座構造を有し、
該台座構造は、前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部を覆うよう構成されていることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１９】
前記フェライト構造は、互いに一体的に結合されたポスト及び台座構造を有し、
前記ポストは、前記印刷回路基板を貫通して配置されると共に前記中心部内に配置された孔の内側に嵌まるよう構成された支柱であり、
前記台座構造は、前記孔より大きく、前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部の上に嵌まるよう構成された円盤状構造物であることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項２０】
前記フェライト構造は、ポストと、該ポストの両端で該ポストに取り付けられた２個の台座構造とを有し、
前記ポストは、前記印刷回路基板を貫通して配置された孔のほぼ内側に配置されると共に前記中心部内に配置され、
前記台座構造は、前記孔の外側に互いに平行に配置され、
前記台座構造間に前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部を挟むことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項２１】
前記ほぼ円形導電トレースは長円を形成することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項２２】
前記フィルタは、複数の前記ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタを具備することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項２３】
印刷回路基板にエッチングされた少なくとも１個の高Ｑ値螺旋状平面インダクタをそれぞれ有するハイパスフィルタ及びローパスフィルタを具備するダイプレクサであって、
前記高Ｑ値螺旋状平面インダクタは、前記印刷回路基板に直接エッチングされた導電トレースを有し、
最外導電トレースが、最内導電トレースに導かれる螺旋を形成する内部導電トレースの周りに巻かれ、
前記最内導電トレースは、前記高Ｑ値螺旋状平面インダクタの中心部の回りに巻かれ、
前記中心部は、導電トレースを有しておらず、
前記高Ｑ値螺旋状平面インダクタは、前記印刷回路基板に結合されたフェライト構造を有することを特徴とするダイプレクサ。
【請求項２４】
台座構造と、前記台座構造に直交して結合されたポストとを具備するフェライト構造構造であって、
前記台座構造及び前記ポストは共に強磁性体からなり、
前記フェライト構造は、印刷回路基板に直接エッチングされた高Ｑ値螺旋状平面インダクタと共に使用されることを特徴とするフェライト構造。
【請求項２５】
前記台座構造及び前記ポストは互いに一体的に結合されていることを特徴とする請求項２４記載のフェライト構造。
【請求項２６】
前記台座構造は孔を有し、
前記ポストが前記孔に挿入される際に、前記孔が前記ポストに係合することにより、前記台座構造を前記ポストに取り付けることを特徴とする請求項２４記載のフェライト構造。
【請求項２７】
前記台座構造は、円盤として構成されると共に、孔を有し、
前記ポストが前記孔に挿入される際に、前記孔が前記ポストに係合し、
前記孔は、前記円盤の中心点からオフセットされていることを特徴とする請求項２４記載のフェライト構造。
【請求項２８】
前記台座構造の反対側に該台座構造と平行に結合された反対側の台座構造をさらに具備し、
前記台座構造、前記ポスト及び前記反対側の台座構造は、協働してボビン形状構造を形成することを特徴とする請求項２４記載のフェライト構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブロードバンド（広帯域通信）用途に使用されるフィルタ及び他の部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
「ブロードバンド」は、一般的には高速ネットワーク上でデータを送受信するのに使用される方法論を指す。ナローバンドとは反対の概念であるブロードバンドは、通常、データの音声品質の移動があるハンド幅容量を意味する。ブロードバンドは、インタネット等の高速ネットワークにローカルコンピュータ又は他のデバイスを接続する方法に限定されないが、一般的にはその方法に関連する。
【０００３】
ケーブル、デジタル加入者線、光、無線又は衛星を経由するブロードバンド接続は、データの双方向伝送を取り扱うために、モデム等の或る種のインタフェースモジュールを使用するのが代表的である。多くのインタフェースモジュールは、例えば高周波及び低周波の一方又は双方等の情報コンテンツを除去するために、種々のフィルタを使用する。これらのフィルタは、通常、１以上の高い品質係数（Ｑ）を有するトロイダルインダクタからなる。「Ｑ」は、磁場の保存の観点でのインダクタの効率を表わす。
【０００４】
高いＱ値を有するトロイダルインダクタは、強磁性体コアの周囲に手作業でワイヤを巻くことにより製造されるのが代表的である個別部品である。多くの自動「吸着」技法は、トロイダルインダクタには利用することができない。トロイダルインダクタが脆い性質を有し、強磁性体コアの周囲にワイヤを精密に配置及び巻回する必要があるからである。従って、製造工程は労働集約的であり、高い製造コストを招いてしまう。また、自動吸着が利用できないので、印刷回路基板上にトロイダルインダクタを正確に設置することに関しては問題がある。これら全ての問題は、製造コストをさらに高くしてしまう。
【特許文献１】米国特許第６４６６１２２号明細書
【特許文献２】米国特許第６４４８８７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インダクタが印刷回路基板上に一旦設置されると、磁束、Ｑ値、リアクタンス等のインダクタに関連する作動特性を効果的にチューニングすることは、不可能ではないものの、非常に困難である。このため、トロイダルインダクタのチューニングは、印刷回路基板上に設置した後、極端に制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ブロードバンド用途に使用される平面インダクタの性能向上について説明される。一実施形態において、装置は、印刷回路基板に直接エッチングされた高いＱ値を有する螺旋状平面インダクタを具備する。フェライト構造が、印刷回路基板に取り付けられ、高いＱ値の螺旋状平面インダクタ（高Ｑ値螺旋状平面インダクタ）に近接して配置される。
【０００７】
フェライト構造は、螺旋状平面インダクタのＱを増加させるが、巻線トロイダルインダクタの不便さや高いコストは伴わない。螺旋状平面インダクタに関連して、種々の形状のフェライト構造が使用可能である。加えて、或る実施形態において、フェライト構造は一軸の回りに回転可能に構成され、印刷回路基板上に設置（すなわち埋め込み）後であっても、インダクタのチューニングを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１（Ａ）は、ブロードバンド用途に使用される装置１００を示す。装置１００は、インタネットへの加入者デバイス等のブロードバンド環境で２個のデバイスが互いに結合するのに使用されるブロードバンドインタフェースモジュールであってもよい。例えば、装置１００は、セットトップボックス、ケーブルテレビモジュール、光モデム、ＤＳＬモデム、及びブロードバンド環境で作動する他の関連するデバイスであってもよい。
【００１０】
装置１００は、種々の回路を含む１枚以上の印刷回路基板を含むのが代表的である。典型例において、装置１００は、ＲＦ４回路基板である印刷回路基板１０２を有する。しかし、印刷回路基板１０２は、回路及びチップの接続に使用される別のタイプ基板であってもよい。印刷回路基板１０２は、片面基板、両面基板、多層基板であってもよく、他の印刷回路基板を受容可能である。さらに、印刷回路基板内で使用される導体は、銅又は他の導電材料であってもよい。
【００１１】
印刷回路基板１０２に代表的に含まれるのは、或る種のブロードバンド用途に関与する入力・出力濾波作動を実行するために使用される１個以上のフィルタ１０４である。例えば、フィルタ１０４は、ダイプレクサ、デュプレクサ、トライプレクサ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ等であってもよい。例えば、フィルタ１０４は約１〜1000ＭHzの範囲で作動するが、それより大きい又は小さい他の範囲も可能である。
【００１２】
各フィルタ１０４に代表的に含まれるのは、ブロードバンド環境で作動するよう構成された、印刷回路基板１０２に直接エッチングされた、１個以上のほぼ円形の高いＱ値を有する螺旋状平面インダクタである。この典型例において、フィルタ１０４は、２個のほぼ円形の高いＱ値を有する螺旋状平面インダクタ１０６（１），１０６（２）であり、総括してインダクタ１０６と称される。本明細書で使用するように、「ほぼ円形」は、円形、丸められた矩形、長円形（例えば、楕円形）、渦巻形及び他のほぼ円形形状等のほぼ円形である形状を意味する。また、ほぼ円形は、平坦であるが螺旋等の異なるレベルで印刷回路基板内に配置される対象物も含む。本例に使用される両インダクタ１０６は、楕円形状である。
【００１３】
各インダクタ１０６は、印刷回路基板１０２に直接エッチングされたほぼ円形導電トレース１０８を有する。導電トレース１０８は、印刷回路基板１０２の導電層にエッチングされた導電路である。各インダクタについての最外導電トレース１１０は、最内導電トレース１１３に至る螺旋を形成する内側導電トレース１１２の回りに巻かれる。最内導電トレース１１３は、インダクタの中心部１１６の回りに巻かれる。中心部１１６は導電トレースを有していない。
【００１４】
各導電路（例えば導電路１０８）は、広い範囲の印刷回路基板処理技法により印刷回路基板に一体的に付着可能である。典型例において、トレース１０８は印刷回路基板１０２にフォトエッチングされる。というのは、フォトエッチングにより、細い導電路及び狭い間隙を得ることができるからである。例えば、トレース間に8.5μmまでの間隙を設ける必要があり、このような狭い間隙は或る種のフォトエッチング又は同等の方法を要する。さらに、フォトエッチングにより、厳しい寸法公差内でトレースを常に繰返し製造することが可能である。
【００１５】
典型例において、インダクタ１０６（１），１０６（２）は、トレース１１８を介して結合される。用途により、各インダクタ１０６は、個別部品でも寄生でもよいキャパシタ（図１（Ａ）には不図示）等の別の部品に接続してもよい。このような用途では、各インダクタは約40〜400nHのインダクタンス用に自己共振周波数を与えるよう構成してもよい。しかし、それより大きいか小さい他の範囲も可能である。各インダクタは、トレース（すなわち巻線）１０８に接続されたバイア１１４（１）〜１１４（４）を介して接地又は電流源に接続することができる。
【００１６】
ほぼ円形の高いＱ値平面螺旋インダクタは開いた構造であるので、空中を進み、隣接する螺旋の導電トレースを交差する傾向がありインダクタンスを変更する電場及び磁場を生成する。インダクタンスの変更は、今度は共鳴器（一例は図３参照）に影響を与える。「結合」と称されるこの現象は、フィルタの性能に著しく悪影響を与える。これらの結合効果の補償を可能にすることが望ましい。
【００１７】
図１に示される減結合（decoupling）構造１２０等の減結合構造は、結合効果が一旦定量化されると、フィルタ間結合及びフィルタ内部の結合を減少するために使用可能である。減結合構造１２０は、結合を減少するためにインダクタ１０６の近傍で印刷回路基板にエッチングすることが可能である。すなわち、減結合構造１２０は、インダクタ間に電流が流れると、インダクタ１０６間の不要な電磁結合を減少する。減結合構造は、いかなる形状又は寸法でも実施できるが、一般には印刷回路基板１０２上に要する占有面積を小さくするよう最小にされる。例えば、減結合構造１２０は、接地される又は接地されない導電金属の狭いトレースであってもよい。インダクタ１０６付近に減結合構造１２０を配置することにより、インダクタ１０６が減結合構造１２０に電流を生じさせるので、インダクタ１０６により生成された磁場の極性と逆向きの極性を有する磁場を生成する。減結合構造１２０により生成される磁場は螺旋インダクタ１０６により生成される磁場とは逆向きであるので、フィルタ間結合及びフィルタ内結合の効果は低減する。
【００１８】
図１（Ｂ）は、減結合構造１２０により互いに減結合された２個のほぼ円形高Ｑ値平面螺旋インダクタ１０６（３），１０６（４）を示す。また、図１（Ｂ）は、印刷回路基板１０２に直接エッチングされた導電トレース１０８の別の図を示す。図１（Ｂ）のインダクタ１０６（３）を参照すると、印刷回路基板に直接エッチングされた円形導電トレース１０８が示される。最外導電トレース１１０は、最内導電トレース１１３に至る螺旋を形成する内部導電トレース１１２の周囲に巻かれる。最内導電トレース１１３はインダクタ１０６（３）の中心部１１６の周囲に巻かれる。中心部１１６は導電トレースを有していない。
【００１９】
図１（Ａ）に戻ると、個別部品を含む他の要素及び部品を装置１００に含めることが可能である。単一のほぼ円形高Ｑ値螺旋状インダクタ又は３個以上のほぼ円形高Ｑ値螺旋
状インダクタを使用する等、上述の各部品のより多い又はより少ないという異なる定量化も含めることができる。
【００２０】
図２は、図１に示された典型例等の少なくとも一つの高Ｑ値螺旋状平面インダクタ及び減結合構造を製造する方法２００を示す。方法２００はブロック２０２及びブロック２０４からなる。方法が説明されている順番は、限定として解釈されることを意図するものではない。
【００２１】
ブロック２０２において、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状インダクタは、印刷回路基板にエッチングされる。例えば、インダクタ１０６（図１参照）は、フォトエッチング等の印刷回路基板技法を使用して印刷回路基板１０２（図１参照）にエッチングされる。インダクタが要する面積をさらに減少しレイアウトを最適化するために、ほぼ円形のインダクタを（図１８Ｂ）に示されるような円形と対極的な）図１（Ａ）に示されるような楕円形状にしてもよい。
【００２２】
ブロック２０４において、減結合構造を、螺旋インダクタに近接して印刷回路基板内に埋め込んで磁性結合を減少させてもよい。例えば、減結合構造１２０を、２個のインダクタ１０６（１），１０６（２）（又は１０６（３），１０６（４））に近接して印刷回路基板１０２にエッチングし、インダクタ１０６に電流が流れると結合を減少させてもよい。結合定量化はより詳細に後述する。
【００２３】
図３は、ブロードバンド環境におけるインタフェースモジュールとして作動するよう構成された典型的な装置３００を示す。特に、装置３００はダイプレクサとして構成され、フィルタ３０２を有する。フィルタ３０２は、印刷回路基板３０３内に埋め込まれたほぼ円形高Ｑ値螺旋状インダクタ３０４（１）〜３０４（７）を有する。インダクタ３０４（１），３０４（２），３０４（３）はキャパシタＣ８〜Ｃ１４と共に、ダイプレクサのハイパスフィルタ部を構成するが、インダクタ３０４（４）〜３０４（７）はキャパシタＣ１〜Ｃ７と共に、ダイプレクサのローパスフィルタ部を構成する。ハイパスフィルタ部及びローパスフィルタ部の双方内で種々のインダクタ３０４及びキャパシタ対間に、複数対の共鳴器が構築される。例えば、最も少ない巻数のインダクタ３０４（５）及びキャパシタＣ２は共鳴器対を形成し、インダクタ３０４（６）及びキャパシタＣ４は共鳴器対を形成する等である。また、金属カバー（図示せず）も、装置３００の一部として含めることができる。
【００２４】
螺旋インダクタ間の結合をよりよく同定するために、印刷回路基板をエッチングする前に、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状インダクタを使用する回路がシミュレーション環境でどのように作動するかを理解することが重要である。個別のインダクタを使用するデバイスとは異なり、印刷回路基板上に部品を一旦配置すると、インダクタ間の結合を弱めることは困難である。これが、新しいフィルタ設計の導入に関連して螺旋状フィルタ設計工程が使用される理由である。
【００２５】
一実施形態において、設計の統合及び最適化工程は、手作業、又はイーグルウエア・ジェネシス設計統合パッケージ等の設計統合ソフトウエアパッケージを使用して、（図３に示されたダイプレクサ等の）特定のフィルタ設計、他のデバイス／モジュールのいずれかを統合する工程を含む。１以上のほぼ円形高Ｑ値螺旋状インダクタは、電磁シミュレータ内で個別インダクタとして、統合値ごとに設計される。任意であるが、次に、電磁シミュレータ又は手作業による測定により生成されたＺ又はＳパラメータデータブロックを、電磁シミュレータによるその後のシミュレーション用に集中要素モデルに代用することができる。
【００２６】
次に、適当な印刷回路基板レイアウトを完成させ、電磁シミュレータに入力する。次に、このレイアウト（すなわち回路レイアウト）が電磁シミュレートされ、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ間の結合（Ｋ）ファクタが抽出される。
【００２７】
次に、Ｋファクタが新しい集中要素モデルにロードされ、フィルタ又はデバイスの誘電性要素及び容量性要素が最適化される。このため、設計工程により、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ間の結合が定量化され、補償される。
【００２８】
次に、集中要素シミュレーションの結果に従って回路レイアウトが変更され、新たな電磁シミュレーションが実行される。次に、図１に示される減結合構造１２０等の減結合構造が電磁シミュレータ内に適用され、Ｋファクタを変更することができる。最後に、設計の統合及び最適化工程が、所望の性能特性が得られるまで繰り返される。
【００２９】
図４は、ブロードバンド用途において使用されるフィルタを製造する設計を最適化するための典型的方法４００を示す。方法４００は、上述の設計統合及び最適化工程の一実施形態を例示する。方法４００は、少なくとも１個のほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタを有するフィルタの設計に関連して使用される。方法４００はボックス４０２〜４１０を含む。方法が説明されている順番は、限定として解釈されることを意図するものではない。
【００３０】
ブロック４９２のいて、ブロードバンド用途に使用されるフィルタ（又は他のデバイス）用の設計レイアウトが形成される。フィルタは、１個以上のほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタを有する。例えば、フィルタは、図３に支援されたフィルタのようなダイプレクサであってもよい。設計レイアウトは、手作業又は上述の統合ツールを使用して形成される。
【００３１】
ブロック４０４において、レイアウトは、その作動特性を解明するようシミュレートされる。例えば、レイアウトは、電磁テストされてもよいし、無線周波数テストされてもよい。任意であるが、Ｚパラメータ又はＳパラメータデータブロックは、電磁シミュレータ又は手作業の計測により生成される集中要素モデル内で生成してもよい。
【００３２】
ブロック４０６において、回路基板レイアウトが一旦完了してシミュレータ内に入力されると、インダクタ間の結合（Ｋファクタ）が定量化される。
【００３３】
ブロック４０８において、（i）レイアウトに減結合構造を導入する、（ii）少なくとも１個のほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ用のインダクタ値を変更する、（iii）レイアウトを変更することにより、結合が補償される。
【００３４】
ブロック４１０において、ブロック４０４から４０８で実行される作業は、レイアウトが所望の性能目標内で作動するまで繰り返される。例えば、Ｋファクタは新たな集中要素モデル内に最補充することができ、全ての誘導性要素及び容量性要素が再度最適化される。次に、回路レイアウトはシミュレーション結果に従って変更され、新たな電磁シミュレーションが実行される。この工程は、所望のシミュレーションされた性能が得られるまで、繰返し継続される。
【００３５】
上述の１個の螺旋状平面インダクタを使用するいかなるフィルタを有する上述のいかなる螺旋状平面インダクタと組み合わせたフェライト構造を導入することが可能である。フェライト構造は、螺旋状平面インダクタ内の磁束密度及び誘導性リアクタンスを増加するよう作用する強磁性材料からなる。従って、増加した磁束及び誘導性リアクタンスの組み合わせは、螺旋状平面インダクタに関連するＱの実質的な潜在的増加を生ずる。いくつかの例において、Ｑ値は５０〜６０％増加することが観測された。例えば、フェライト構造を有しない螺旋状平面インダクタは、フェライト構造を有する平面インダクタが約１２５のＱを与えるのに対して、約８０のＱを与える。
【００３６】
従って、このようなインダクタ／デバイスの性能を増大させるために、上述のいかなるインダクタ又はデバイスに関連してフェライト構造を導入することは利点がある。フェライト構造は、印刷回路基板に部品を取り付けるのに現在使用される多様な技法を使用して、印刷回路基板に固定することができる。例えば、或る実施形態において、上述の螺旋状平面インダクタ近傍の印刷回路基板上にフェライト構造を実装（すなわち、接着、半田付け、ねじ止め、ボルト締め等）することが望ましい。本明細書で使用されるように、「螺旋状平面インダクタ近傍」は、螺旋状平面インダクタに隣接、螺旋状平面インダクタの部分的に上、螺旋状平面インダクタの部分的に下、螺旋状平面インダクタの完全に上、螺旋状平面インダクタの完全に下、又は３次元（中心を通る）全てにおいて螺旋状平面インダクタの収容を意味する。以下に詳細に説明されるのは、螺旋状平面インダクタと組み合わせたフェライト構造の実施方法のいくつかの例示である。
【００３７】
図５は、印刷回路基板５０２にエッチングされたほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ５００の平面図である。ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタに近接して配置されているのは、印刷回路基板５０２の孔５０４（１）である。説明されるように、孔５０４（１）は、印刷回路基板５０２にフェライト構造（図６ないし図９参照）を取り付けると共に固定する方法を提供する。螺旋の中心を通過するフェライトにおいて、磁束集中が最も高い場所である。
【００３８】
一実施形態において、孔５０４（１）は、導電トレースがない、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ５００の中央部５０６内に配置される。すなわち、孔５０４（１）は、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの非導電部内に配置され、印刷回路基板５０２を完全に貫通する。
【００３９】
或いは、孔５０４（２）を、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの最外トレース５１２の外部に配置してもよい。いずれかの実施形態において、５０４の符号が付された孔は、必ずしも印刷回路基板５０２を完全に貫通する必要はなく、印刷回路基板、すなわち印刷回路基板の１つ以上の層を部分的に貫通するのみである。参照符号５０４が付された孔は、形状がほぼ円形であるが、楕円、正方形、三角形（しかし、これだけに限定されない）等を含む別の円形及び非円形形状を有してもよい。
【００４０】
図６は、フェライト構造６０２が取り付けられた、図５に示される印刷回路基板５０２の断面図である。この典型的実施形態によれば、フェライト構造６０２は、孔５０４（１）（図５も参照）を介して印刷回路基板５０２に取り付けられている。フェライト構造６０２は、特定の無線（ＲＦ）周波数範囲にわたって低損失になるよう考案された強磁性材料からなる。例えば、強磁性材料はフェライト又は鉄粉材料からなる。典型例において、フェライト構造６０２はポスト６０４及び台座構造６０６を有する。ポスト６０４は孔５０４（１）の内側に嵌まるよう構成され、台座構造６０６は孔５０４（１）の外部に位置するよう構成される。
【００４１】
一実施形態において、ポスト６０４は、孔５０４（１）の直径より若干小さい直径を有する支柱である。ポスト６０４は、台座構造６０６に安定性を与え、後述するように（再度、中心のフェライトは、最も高い磁束密度を与え、図９の「カップ」型フェライトに不足する最良の性能を提供する）、台座構造６０６を回転する（すなわち、時計回り又は反時計回りに回る）ための軸点として作用する。ポスト６０４は孔５０４（１）内に一旦挿入されると、ポスト６０４、従ってフェライト構造６０２は、接着剤、半田又は他の固定手段により、印刷回路基板５０２に固定される。
【００４２】
一実施形態において、ポスト６０４は、孔５０４（１）の全深さより若干小さい長さを有する。例えば、印刷回路基板の合計厚さが約1.5mmであり、穴５０４（１）は印刷回路基板の厚さと等しい場合、ポスト６０４は約1.4mmである、すなわち、孔の全深さより若干小さい。孔５０４（１）の全深さより若干小さいか等しくすることにより、ポスト６０４は、印刷回路基板５０２の底面６０８から突出することがない。このため、表面実装型（ＳＭＴ）の用途が可能になる。種々のデバイスの実際の寸法及び形状は実施形態によって変わるので、上述の寸法は例示目的のみのために示したものであることに留意されたい。また、「底面」の語は、図に示された印刷回路基板の状態のみを参照しており、印刷回路基板の上面に容易に置換可能であることに留意されたい。
【００４３】
或いは、ポスト６０４は、支柱と異なる形状であってもよいし、孔５０４（１）に嵌まることができる種々の直径を有してもよい。さらに、ポスト６０４は、孔５０４（１）の全深さより長く、印刷回路基板５０２の底面６０８から突出してもよい。また、ポスト６０４は、印刷回路基板５０２にポストを固定する切欠（図示せず）を有してもよい。
【００４４】
一実施形態において、台座構造６０６及びポスト６０４は、一体、すなわち、単一の一体物構造である。ポスト６０４は、台座構造６０６にほぼ直交する。或いは、台座構造６０６及びポスト６０４は、ポスト６０４を台座構造６０６内の任意の孔６１２内に挿入する等の或る種の固定手段により、一体に接続された個別部品であってもよい。
【００４５】
台座構造６０６は、一般的に（しかし、必ずしもそうではないが）孔５０４（１）又は５０４（２）より大きく、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ５００の少なくとも一部を覆うよう構成される。「一部」とは、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ５００の総面積の１％未満から100％の範囲内である。
【００４６】
ポスト６０４及び台座構造６０６は、台座構造６０６の中心６１０に関してオフセットされて（ずれて）いる。このオフセットにより、台座構造が軸の回りを回転する際、台座構造６０６により覆われる螺旋状平面インダクタの面積を大きく変更することができる。例えば、図７は、台座構造７０２がほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ７０４上で回転する際の、台座構造７０２の４通り７００（１）、７００（２）、７００（３）、７００（４）の平面図である。この４つの図において、台座構造７０２は、長円形状のインダクタ７０４に対応する長円形状の円盤状物体として実施されているが、正方形、三角形、及び軸の回りを回転できる種々の形状（但し、これらに限定されない）を含む他の形状の物体として実施してもよい。
【００４７】
図７００（１）は、インダクタ７０４を最大の100％覆った台座構造７０２を示す。図７００（２）は、図７００（１）から時計回りに回転して、インダクタ７０４全体は覆っていない台座構造７０２を示す。図７００（３）は、さらに回転してインダクタ７００の約50％を覆う、すなわち本実施形態に従って覆うことができる最小量の範囲を覆う台座構造７０２を示す。印刷回路基板の孔がインダクタの外部にあり、又は異なる形状の台座構造７０２が使用される場合、インダクタの50％未満を覆うことが可能であることに留意すべきである。最後に、図７００（４）は、最大カバー範囲（図７００（１））及び最小カバー範囲（図７００（３））の間でインダクタ７０４を覆う台座構造７０２を示す。
【００４８】
このため、軸（例えば、孔５０４（１））の回りに台座構造を回転することにより、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタをチューニングしてそのＱ及び誘導性の値を変更することが可能である。これは、ブロードバンドフィルタからなる部品が印刷回路基板上に表面実装された後、特に有用である。発明が解決しようとする課題の項で説明したように、従来の部品（トロイダルインダクタ及びキャパシタ）が印刷回路基板上にいったん実装されると、チューニングは困難ないし殆ど不可能である。従って、上述の実施形態は、インダクタが設計され、印刷回路基板にエッチングされた後、インダクタのリアクタンス及びＱ等の誘導特性を動的にチューニングすることができる。
【００４９】
図５ないし図７を参照して上述したように、フェライト構造はポストを用いないで構成することができることが理解されよう。繰り返すと、種々の形状及び寸法のフェライト構造を、印刷回路基板の孔を使用することなく、印刷回路基板の取り付けることができることが理解されよう。例えば、フェライト構造は、接着剤又は他の固定手段により印刷回路基板に直接取り付けることができる。
【００５０】
いくつかの実施形態において、Ｑ値及びリアクタンスを増加させながら同時に結合効果を減少させることができれば有利である。これは、フェライト構造内に螺旋状平面インダクタの多くを収容することにより達成できる。例えば、図８は、ボビン形状のフェライト構造８０２が取り付けられた印刷回路基板５０２の断面を示す。この図においてインダクタ８００は実質的に平面なので、図中の括弧は平面インダクタ８００の全体配置を表わす。インダクタ８００は、上述したいかなる平面インダクタであってもよい。
【００５１】
本実施形態において、フェライト構造８０２は、ポスト８０４と、ポスト８０４の両端８０８（１），８０８（２）に取り付けられた２個の台座構造８０６（１），８０６（２）とを有する。ポスト８０４は、印刷回路基板５０２内の孔５０４（１）を完全に貫通する。台座構造８０６（１），８０６（２）のうちいずれか一方は、一体構造物としてポスト８０４に一体的に接続されてもよく、また、１個以上の台座構造がポスト８０４に取り付けられてもよい。例えば、台座構造８０６（１），８０６（２）は、ポスト８０４を受容可能な孔８１４を有してもよい。台座構造８０６（１），８０６（２）は、互いに平行に孔８１４の外側に配置される。ポスト８０４は、台座構造８０６（１），８０６（２）に対してほぼ直交する。従って、参照符号８０６で総括して示される台座構造により、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの少なくとも一部が台座構造８０６の間に挟まれる。
【００５２】
ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ８００を挟むことにより、フェライト構造８０２は、図５ないし図７に示されるフェライト構造よりも多い磁束をインダクタ内に集中する。さらに、フェライト構造８０２は、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ８００近傍の他の部品からの不要な結合に対してよりよく保護する。印刷回路基板５０２及びフェライト構造８０２間に接着剤又は半田８０３を付着させることにより、フェライト構造８０２を印刷回路基板上の所定位置に保持することができる。
【００５３】
螺旋状平面インダクタ内にさらに多くの磁束を与えるために、フェルール構造内にインダクタを完全に収容することが可能である。例えば、図９は、フェライト構造９０２が取り付けられた印刷回路基板５０２の断面を示す。（本図においてインダクタが平面構造であり、図中の括弧は平面インダクタ９００の全体配置を表わすので、）フェライト構造９０２は、螺旋状平面インダクタ９００内に磁束を十分に捕捉するよう構成される。インダクタ９００は、上述したいかなる平面インダクタであってもよい。フェライト構造９０２は、フェライト構造８０２（図８参照）を有するが、さらにフェライト磁性材料からなる端部ポスト９０４（１），９０４（２）を有する。端部ポスト９０４（１），９０４（２）は、互いにほぼ平行であり、台座構造８０６（１），８０６（２）に対して直交する。印刷回路基板５０２の孔５０４（１）に加え、２個の孔９０６（１），９０６（２）が印刷回路基板５０２を貫通する。孔９０６（１），９０６（２）は、端部ポスト９０４（１），９０４（２）をそれぞれ受容・挿入する手段を提供する。この典型的実施形態において、ほぼ円形螺旋状平面インダクタ９００は、台座構造８０６（１），８０６（２）の間、及び端部ポスト９０４（１），９０４（２）の間に挟まれる。このため、ほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ９００は、フェライト構造９０２に収容される。
【００５４】
本発明の種々の方法及び構造の実施形態が添付図面に図示され、説明されたが、本発明は、開示された典型的な側面に限定されず、特許請求の範囲に定義された本発明の真髄から逸脱することなく、種々の再配列、変形及び置換が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（Ａ）ブロードバンド用途に使用される装置を示す平面図、（Ｂ）減結合構造により互いに減結合された２個のほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタを示す平面図である。
【図２】図１に示された典型例等の少なくとも一つの高Ｑ値螺旋状平面インダクタ及び減結合構造を製造する方法を示すブロック図である。
【図３】ブロードバンド環境におけるインタフェースモジュールとして作動するよう構成された典型的な装置示す平面図である。
【図４】ブロードバンド用途において使用されるフィルタを製造する設計を最適化するための典型的方法を示すブロック図である。
【図５】フェライト構造を受容するためにインダクタの中心に挿入された孔を示す、印刷回路基板にエッチングされたほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタの平面図である。
【図６】フェライト構造が取り付けられた、図５に示される印刷回路基板の断面図である。
【図７】台座構造がほぼ円形高Ｑ値螺旋状平面インダクタ上で回転する際の、４通りの台座構造の平面図である。
【図８】ボビン形状のフェライト構造が取り付けられた印刷回路基板を示す断面図である。
【図９】螺旋状平面インダクタ内に磁束を十分に捕捉するよう構成されたフェライト構造が取り付けられた印刷回路基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  装置
１０２，３０３，５０２  印刷回路基板
１０４，３０２  フィルタ
５００，７０４，８００，９００  高Ｑ値螺旋状平面インダクタ
５０４  孔
６０２，８０２，９０、  フェライト構造
６０４，８０４  ポスト
６０６，７０２，８０６  台座構造
【図１】
2004363616.tif 000003
【図２】
2004363616.tif 000004
【図３】
2004363616.tif 000005
【図４】
2004363616.tif 000006
【図５】
2004363616.tif 000007
【図６】
2004363616.tif 000008
【図７】
2004363616.tif 000009
【図８】
2004363616.tif 000010
【図９】
2004363616.tif 000011