變壓器及製造變壓器的方法
2023-05-17 23:56:16
專利名稱：變壓器及製造變壓器的方法
技術領域：
本發明總體上涉及變壓器，更具體地說，涉及用於射頻應用的印製
(printed)變壓器。
背景技術：
變壓器是在初級繞組或線圈與次級繞組或線圈之間轉換電能的無源 電子設備。輸入/輸出比是由初級繞組及次級繞組的匝數和通過這些繞組 的連續磁通量來確定。
變壓器具有各種不同的形狀和設置。用於低壓應用的最普通類型的 變壓器具有用於導引磁通量的鐵氧體材料芯體，以實現電能的有效變換。 然而，還存在所謂的無芯變壓器(coreless transformer),其中由空氣或低 導磁率(permeability)的材料來傳導連接初級繞組與次級繞組的磁通量。
圖1示出了在兩層印製電路板(PCB)上實現的變壓器的現有技術 的示例。在PCB的上、下表面上的直線導電路徑通過通鍍通孔(through plated via holes)互連，以形成基本上矩形剖面形狀的初級繞組和次級繞 組。
該現有技術設計的缺點在於對PCB上可用空間的利用不足。 美國專利申請2005/0212642 Al公開了一種在陶瓷襯底上形成的環 形(toroid)變壓器。
發明內容
本發明的一個目的在於提供一種有效利用地印製電路板上的可用空 間的印製變壓器。
本發明的另一目的在於提供一種用於阻抗匹配的變壓器。 本發明基於以下實現通過按照基本上圓形的形狀在印製電路板的兩個表面上設置導電路徑，來獲得利用最少可用空間的變壓器。
根據本發明，提供了一種變壓器，該變壓器包括電路板，其具有 第一表面及第二表面；多條導電路徑，其設置在所述電路板的第一表面 及第二表面上；其中，所述導電路徑中的一些導電路徑互連以形成所述 變壓器的初級繞組，而所述導電路徑中的一些導電路徑互連以形成所述 變壓器的次級繞組，該變壓器的特徵在於，所述導電路徑形成基本上圓 形的圖案。
還提供了一種製造變壓器的方法，該方法包括以下步驟在電路板 的第一表面上設置導電路徑的圖案；在所述電路板的與所述第一表面相 對的第二表面上設置導電路徑的圖案；互連所述導電路徑中的一些導電 路徑以形成所述變壓器的初級繞組；以及互連所述導電路徑中的一些導 電路徑以形成所述變壓器的次級繞組，該方法的特徵在於，所述導電路 徑的圖案基本上是圓形。
通過按照基本上圓形的圖案來設置所述路徑，來有效地利用PCB上 的空間。
在優選實施方式中，所述路徑的至少一部分是彎曲的。從而，所述 變壓器可適於單個應用，並且例如還可用於阻抗匹配。
所述變壓器優選地用於RF應用，並且特別用於FM射頻範圍中的應 用，在FM射頻範圍中其特性是最合適的。
由從屬權利要求來限定其它優選實施方式。
現在參照以下附圖通過示例來描述本發明，在附圖中 圖1示出了現有技術的印製變壓器； 圖2示出了根據本發明的印製變壓器；
圖3是示出了具有其中由變壓器來互連放大器的輸入端與輸出端的 接收機系統的整體布局的圖4和圖5分別示出了在PCB的第一表面及第二表面上的印製導電 路徑；以及
5圖6示出了在圖4和圖5中所示的導電路徑的組合圖案。
具體實施例方式
下面將給出對根據本發明的變壓器的優選實施方式的詳細描述。 在本說明書的背景技術部分中己經說明了圖1，在此不再進行描述。
圖2示出了 PCB的第一或上表面。PCB具有總體上從虛擬中心點朝 外沿徑向延伸的多條導電通路。在PCB的第二或下表面上設置了類似的 圖案(未示出)。路徑終止於通鍍通孔，該通鍍通孔將PCB的兩個表面 上的路徑電互連，從而形成變壓器的初級繞組和次級繞組。這將在稍後 參照圖4到6詳細進行解釋。
PCB優選地為環氧樹脂疊層(epoxy laminate),如以商標FR4銷售 的玻璃纖維強化環氧樹脂疊層。
圖3是示出由變壓器來互連放大器的輸入端與輸出端的接收機系統 的圖。該變壓器在該系統中具有至少兩個功能。首先，它將由天線單元 接收並由放大器芯體放大的信號轉換為對於放大器的輸入端而言合適的 電平。由此，可以通過適當的方式來設置例如放大率(即，增益)的RF 參數和互調製(intermodulation)行為。這是因為，接收機電路要求信號 處於預定範圍內，以正確地處理這些信號。其次，變壓器用作在天線單 元的輸出端與接收機電路的輸入端之間的阻抗匹配裝置。
在優選實施方式中，天線是FM天線，因而接收機電路是FM接收 機電路。這意味著由天線單元接收的信號在歐洲為88-108 MHz，而在美 國處在76-110 MHz之間。
現在將參照圖4到圖6來詳細描述根據本發明的變壓器的優選實施 方式的設置。在圖4中，示出了八邊形PCB10的第一表面或上表面或上 側面。在圖4到6中示出了在被示為同心圓的各個通鍍通孔之間設置了 十二條導電路徑。參見圖6，這些路徑分別形成初級繞組20及次級繞組 30的一部分。更具體地說，暗黑色路徑20a、 20c及20e形成初級繞組的 一部分，而淺灰色路徑30a、 30c、 30e、 30g、 30i、 30k、 30m、 30o及30q 形成次級繞組的一部分。對初級繞組附接了連接引線22a、 22b，並且對次級繞組附接了連接引線32a、 32b。
現在轉到圖5,圖5示出了在PCB 10的第二表面或下表面上的十二 條導電路徑。以與圖4中的路徑相同的平面圖來示出這些路徑，這意味 著在去除PCB的情況下從PCB的第一側示出這些路徑。可以認識到，在 PCB的第二表面上的路徑形成了第一繞組及第二繞組的其餘部分。因此， 暗黑色路徑20b、 20d及20f形成了初級繞組的其餘部分，而淺灰色路徑 30b、 30d、 30f、 30h、 30j、 301、 30n及30p形成了次級繞組的其餘部分。
在圖6中示出了完整的初級繞組及次級繞組的布局。初級繞組包括 一共形成三匝的六條路徑，而次級繞組包括一共形成九匝的18條路徑， 由此得到1: 3的變壓比。
大多數路徑稍微彎折或彎曲，從而使得可用的PCB表面最大化。通 過單獨設計各個環路，還可以實現所期望的阻抗匹配。
現在將描述製造上述變壓器的方法。該方法基本上包括傳統上用於 製造設置有導電路徑的PCB的步驟。因此，PCB疊層(諸如FR4疊層) 在與用於將PCB的兩側上的路徑互連的通孔相對應的位置，設置有透孔。 然後，通過用於製造印製電路板的傳統工藝施敷路徑。而且，在通孔中 應用通鍍(throughplating)。最後，分別對初級繞組及次級繞組焊接連接 引線，以用於連接天線單元和接收機電路。
已經描述了根據本發明的變壓器的優選實施方式。本領域技術人員 可以認識到，可以在所附權利要求的範圍內對該實施方式進行變化。因 此，己經描述了其中在其兩個表面上設置有導電路徑的雙層PCB。可以 理解的是，也可以使用具有多於兩層的多層PCB。
已經示出了形成初級繞組及次級繞組的圖案的一個示例。然而，可 以針對各種應用來設計所發明的變壓器的圖案，使得它非常有用，特別 是在結合其簡單的製造方法的情況下。
已經根據包括天線單元、放大器芯體單元和RF接收機電路的天線系 統而描述了本發明的變壓器。可以理解的是，這種變壓器還可以應用到 其它系統如RF耦合器、組合器和分離器中，而不限於上述應用。
權利要求
1、一種變壓器，該變壓器包括-電路板(10)，其具有第一表面及第二表面，-多條導電路徑，其設置在所述電路板的第一表面及第二表面上，其中，所述導電路徑中的一些導電路徑(20a到20f)互連以形成所述變壓器的初級繞組，而所述導電路徑中的一些導電路徑(30a到30r)互連以形成所述變壓器的次級繞組，其特徵在於，-所述導電路徑形成基本上圓形的圖案。
2、 根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述路徑的至少一部分是 彎曲的。
3、 根據權利要求1或2所述的變壓器，其中，所述電路板是環氧樹 脂疊層。
4、 根據權利要求3所述的變壓器，其中，所述電路板是玻璃纖維強 化環氧樹脂疊層。
5、 根據權利要求1到4中的任意一項所述的變壓器，其中，所述變 壓器被設置為轉換射頻信號。
6、 根據權利要求5所述的變壓器，其中，所述射頻信號位於76-110 MHz的頻率範圍內。
7、 根據權利要求1到6中的任意一項所述的變壓器，其中，位於所 述第一表面及第二表面上的所述路徑通過通鍍通孔互連。
8、 一種接收機系統，該接收機系統包括天線單元、接收機以及將所 述天線單元的輸出端與所述接收機電路的輸入端互連的變壓器，其特徵在於，該變壓器是根據權利要求1的變壓器。
9、 根據權利要求8所述的接收機系統，其中，所述變壓器的初級繞 組及次級繞組被設計用於阻抗匹配。
10、 一種製造變壓器的方法，該方法包括以下步驟-在電路板(10)的第一表面上設置導電路徑的圖案， -在所述電路板的與所述第一表面相對的第二表面上設置導電路徑 的圖案，-互連所述導電路徑中的一些導電路徑(20a到20f)以形成所述變 壓器的初級繞組；以及-互連所述導電路徑中的一些導電路徑G0a到30r)以形成所述變 壓器的次級繞組，其特徵在於，-所述導電路徑的圖案基本上是圓形。
全文摘要
一種變壓器，該變壓器包括具有第一表面及第二表面的電路板。在所述電路板的第一表面及第二表面上設置有多條導電路徑，其中所述導電路徑中的一些導電路徑(20a到20f)互連以形成所述變壓器的初級繞組，而所述導電路徑中的一些導電路徑(30a到30r)互連以形成所述變壓器的次級繞組。通過將導電路徑設置為使得它們形成基本上圓形的圖案，來有效地利用PCB表面的空間。而且，所述變壓器可被設計用於提供阻抗匹配。還公開了製造該變壓器的方法。
文檔編號H01F17/00GK101484955SQ200780025348
公開日2009年7月15日 申請日期2007年10月24日 優先權日2006年10月25日
發明者亞歷克斯·范德博格, 馬庫斯·布勒雅恩 申請人:萊爾德技術股份有限公司