專(zhuān)利名稱(chēng)：變阻器和lc濾波器組合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于移動(dòng)通信設(shè)備的組合裝置，具體涉及一種變阻器和LC濾波器組合裝置(combined varistor and LC device，也稱(chēng)之為組合的變阻器和LC濾波器裝置)，其既具備通過(guò)吸收浪涌電壓保護(hù)電路的變阻器功能，也具備通過(guò)過(guò)濾與設(shè)定波段中的信號(hào)不同的信號(hào)來(lái)改善輻射特征的電磁干擾濾波器功能。
背景技術(shù)：
大多數(shù)移動(dòng)通信設(shè)備設(shè)置都有用于保護(hù)電路免受過(guò)電壓或靜電從外部流入的變阻器，也設(shè)置有高頻電磁干擾(EMI)抑制濾波器。
圖1示出變阻器和EMI抑制濾波器的傳統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)。變阻器11設(shè)置在信號(hào)線IN-OUT和地之間，其中，信號(hào)通過(guò)信號(hào)線傳送。當(dāng)施加超過(guò)預(yù)定電平的電壓時(shí)，變阻器11的電阻迅速降低，因而，變阻器11能夠吸收相應(yīng)的過(guò)電壓。并且，將EMI濾波器12用作EMI抑制濾波器，該EMI濾波器包括串聯(lián)連接至信號(hào)線IN-OUT的電感器L和設(shè)置在電感器L的兩端和地之間的電容器C1和C2。EMI濾波器12能夠使LC諧振頻率波段的信號(hào)通過(guò)，且通過(guò)使其它噪聲分量旁路到地來(lái)使這些噪聲分量衰減。
變阻器11是這樣的一種裝置，其電阻隨著施加的電壓而改變，具有顯著的非線性電壓/電流特征，且在正常狀態(tài)下起到絕緣體的作用，在超過(guò)適當(dāng)值的電壓施加給該裝置時(shí)，該裝置的電阻值迅速降低。由于這樣的特征，變阻器11被廣泛用于在被施加浪涌電壓時(shí)通過(guò)吸收浪涌電壓來(lái)保護(hù)其它半導(dǎo)體器件。
變阻器11具有優(yōu)良的非線性電壓/電流特征，變阻器11按照以下方式制造通過(guò)混合粉末狀陶瓷原材料(其包含作為主要成分的氧化鋅ZnO，和多種添加劑)，并通過(guò)烘焙由該粉末狀陶瓷原材料形成的物體，以增加浪涌吸收能力。在以此方式制造的變阻器11中，由于變阻器11的氧化鋅顆粒之間的邊界處存在雜質(zhì)能級(jí)，所以，在邊界勢(shì)壘處形成能量壘，從而，形成了優(yōu)良的電壓/電流非線性特性。
EMI濾波器12可使用RC諧振電路而不是上述電路實(shí)現(xiàn)。
通常通過(guò)在由介電材料(例如陶瓷等)構(gòu)成的、多層結(jié)構(gòu)的本體的內(nèi)部和外部印刷L和C組件、或R和C組件的工藝，來(lái)制造EMI濾波器12。
然而，近來(lái)，為了滿(mǎn)足移動(dòng)通信設(shè)備的多功能性和緊湊性的要求，已經(jīng)廣泛開(kāi)展了減小用于移動(dòng)通信設(shè)備的器件的尺寸的研究。此外，也進(jìn)行了在單個(gè)芯片中整合各種功能的嘗試。
盡管EMI濾波器和變阻器一般用在大多數(shù)移動(dòng)通信設(shè)備的前端上，但是EMI濾波器和變阻器傳統(tǒng)上作為上述單獨(dú)分立的部件制造，并裝配在移動(dòng)通信設(shè)備中，從而傳統(tǒng)部件的問(wèn)題在于需要單獨(dú)的裝配區(qū)域，且各個(gè)部件之間可能出現(xiàn)干擾。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問(wèn)題做出本發(fā)明，且本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種變阻器和LC濾波器組合裝置，該變阻器和LC濾波器組合裝置在單個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)了改善輻射特征的EMI濾波器功能和防止電路免受過(guò)電壓的變阻器功能，因而能在較小區(qū)域中安裝。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種變阻器和LC濾波器組合裝置，該變阻器和LC濾波器組合裝置包括主要由氧化鋅構(gòu)成的本體，其中氧化鋅在電壓低于預(yù)定電平時(shí)起絕緣體的作用，且氧化鋅的電阻在電壓高于預(yù)定電平時(shí)迅速減少；外部接地電極，在本體的外表面上形成，且連接至地；輸入和輸出電極，在本體的外表面上形成，用來(lái)輸入和輸出信號(hào)；電感圖樣，在本體內(nèi)部形成，具有預(yù)定長(zhǎng)度，每個(gè)電感圖樣的各個(gè)端部都連接至輸入和輸出電極；兩個(gè)或更多內(nèi)部接地(ground)圖樣，在本體內(nèi)的預(yù)定平面中形成，并連接至外部接地電極；以及一個(gè)或多個(gè)電容圖樣，在內(nèi)部接地圖樣之間的預(yù)定平面中平行于內(nèi)部接地圖樣形成，并有選擇地連接至輸入和輸出電極。
并且，在根據(jù)本發(fā)明的變阻器和LC濾波器組合裝置中，電感圖樣是在不同平面中形成的多個(gè)導(dǎo)電圖樣，該多個(gè)導(dǎo)電圖樣通過(guò)過(guò)孔彼此電連接。
并且，在根據(jù)本發(fā)明的變阻器和LC濾波器組合裝置中，每個(gè)電感圖樣都形成為螺旋形狀或彎曲形狀。
并且，在根據(jù)本發(fā)明的變阻器和LC濾波器組合裝置中，當(dāng)將高于預(yù)定電平的電壓施加給輸入和輸出電極時(shí)，組合裝置起到變阻器的作用，隨著本體的電阻值減小，而允許將施加的電壓吸入地中。
并且，在根據(jù)本發(fā)明的變阻器和LC濾波器組合裝置中，當(dāng)將低于預(yù)定電平的電壓信號(hào)施加給輸入和輸出電極時(shí)，組合裝置根據(jù)在電容圖樣和內(nèi)部接地圖樣之間形成的電容，以一諧振頻率諧振，從而起濾波器的作用，使特定頻率的波段通過(guò)。


根據(jù)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特性、和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1示出移動(dòng)通信設(shè)備的前端部分的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖2是透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的外部結(jié)構(gòu)；圖3是分解透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖4a是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的等效電路圖；圖4b是示出在施加正常電壓時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的等效電路圖；圖4c是示出在施加過(guò)電壓時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的等效電路圖；圖5a是曲線圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的過(guò)濾器的測(cè)量特征；圖5b是曲線圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的靜電放電(ESD)特征；
圖6是透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有多端子陣列結(jié)構(gòu)的變阻器和LC濾波器組合裝置的外部結(jié)構(gòu)；以及圖7是分解透視圖，示出圖6的多端子陣列結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面參看附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在以下描述和附圖中，省略對(duì)偏離本發(fā)明的要旨或與本發(fā)明關(guān)系不大的公知功能和結(jié)構(gòu)的描述，且將相同參考標(biāo)號(hào)用于執(zhí)行相同功能的部件。
圖2是透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的外部結(jié)構(gòu)。圖3是分解透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
參看圖2，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置20包括本體21，主要由氧化鋅ZnO構(gòu)成，其中氧化鋅在電壓低于預(yù)定電平(預(yù)定電平以下)時(shí)起到絕緣體的作用，且氧化鋅的電阻在電壓高于預(yù)定電平(預(yù)定電平以上)時(shí)迅速降低；外部接地電極24，在本體的外表面上形成，且連接至地；以及輸入和輸出電極22和23，在本體的外表面上形成，用來(lái)輸入和輸出信號(hào)。
并且，參看圖2和圖3，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置20包括電感圖樣25，形成在本體內(nèi)部，配置為具有預(yù)定長(zhǎng)度，且每個(gè)電感圖樣都具有連接至輸入和輸出電極的端部；兩個(gè)或更多內(nèi)部接地圖樣26，形成在本體內(nèi)的預(yù)定平面中，并連接至外部接地電極24；以及一個(gè)或多個(gè)電容圖樣27，形成在位于內(nèi)部接地圖樣26之間的預(yù)定平面中，平行于內(nèi)部接地圖樣26，并連接至輸入電極22或輸出電極23。
電感圖樣25可形成為直線形狀、彎曲形狀、或螺旋形狀，并具有預(yù)定長(zhǎng)度。當(dāng)電感圖樣25形成為彎曲形狀或螺旋形狀而不是直線形狀時(shí)，可在較小區(qū)域中實(shí)現(xiàn)較大的電感。按照此方式，能進(jìn)一步減小裝置的尺寸。
并且，可通過(guò)在設(shè)置在本體21內(nèi)的不同平面上形成導(dǎo)電圖樣，且使這些導(dǎo)電圖樣通過(guò)過(guò)孔(via hole)28彼此電連接，從而實(shí)現(xiàn)電感圖樣25，其中，每個(gè)導(dǎo)電圖樣均具有直線形狀、彎曲形狀、或螺旋形狀。這樣，可在較小區(qū)域中實(shí)現(xiàn)較大的電感，從而可進(jìn)一步減小裝置的尺寸?？筛鶕?jù)電感圖樣25的長(zhǎng)度和本體21的介電常數(shù)計(jì)算所實(shí)現(xiàn)的電感。
電容圖樣27在彼此靠近且平行的多個(gè)內(nèi)部接地圖樣26之間產(chǎn)生預(yù)定電容。在此情形下，可根據(jù)電容圖樣27面向內(nèi)部接地圖樣26的面積、內(nèi)部接地圖樣26和電容圖樣27之間的間隙(gap，間距)、以及構(gòu)成本體21的材料的介電常數(shù)來(lái)計(jì)算所產(chǎn)生的電容。
因此，在上述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置20的情形下，當(dāng)設(shè)定截止頻率時(shí)，根據(jù)所設(shè)定的截止頻率確定諧振頻率、電容、和電感，從而通過(guò)設(shè)計(jì)電感圖樣25的長(zhǎng)度、電容圖樣27的面積、以及內(nèi)部接地圖樣26和電容圖樣27之間的間隙(間距)，可實(shí)現(xiàn)理想的EMI LC濾波器。
另外，在上述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置20的本體21中，將具有優(yōu)良的非線性電壓/電流特征和較大浪涌吸收能力的氧化鋅ZnO用作主要成分。為了改善裝置的特性，可將多種添加劑與氧化鋅ZnO混合。
由于本體21的氧化鋅顆粒之間的邊界處存在雜質(zhì)能級(jí)，所以導(dǎo)致能量壘在邊界勢(shì)壘處形成，所以上述本體21具有電壓/電流非線性特性。
上述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置20的等效電路在圖4a中示出。
即，電感器L串聯(lián)連接在輸入和輸出端子IN和OUT之間，該輸入和輸出端子IN和OUT用于分別輸入和輸出具有預(yù)定頻率和電壓的電信號(hào)，且電容器C1和C2連接在電感器L的兩端和地之間，從而實(shí)現(xiàn)LC諧振電路。并且，變阻器V1和V2分別連接在輸入端子IN和地之間以及輸出端子OUT和地之間。
可以將變阻器和LC濾波器組合裝置20的操作分成兩種情形施加高于預(yù)定電平(預(yù)定電平以上)的電壓的情形和施加低于預(yù)定電平(預(yù)定電平以下)的電壓的情形。
在第一種情形下，當(dāng)將高于邊界壘級(jí)(通過(guò)存在于氧化鋅ZnO內(nèi)部的雜質(zhì)的能級(jí)形成)的電壓通過(guò)輸入和輸出端子22和23施加給本體21時(shí)，本體21的電阻值迅速降低，因此，所施加的電壓被吸入本體21內(nèi)。即，如圖4c中所示，當(dāng)本體21的電阻值迅速降低時(shí)，裝置20作為變阻器使用。
在第二種情形下，當(dāng)將低于邊界壘級(jí)的電壓通過(guò)輸入和輸出端子22和23施加給本體21時(shí)，與陶瓷材料類(lèi)似，由氧化鋅ZnO構(gòu)成的本體21起到絕緣體的作用。
因此，在本體21內(nèi)形成的電感圖樣25、內(nèi)部接地圖樣26、和電容圖樣27彼此電連接，從而實(shí)現(xiàn)圖4b的LC諧振電路。結(jié)果，該LC諧振電路根據(jù)由電感圖樣25形成的L組件和在電感圖樣和內(nèi)部接地圖樣27之間形成的C組件，以一諧振頻率諧振，從而作為濾波器來(lái)運(yùn)行，使預(yù)定波段的信號(hào)通過(guò)，且將其它波段中的信號(hào)衰減。
圖5a和圖5b是曲線圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置的過(guò)濾器的工作特征。圖5a是曲線圖，示出根據(jù)應(yīng)用具有低于預(yù)定電平的電壓的電信號(hào)時(shí)的頻率所測(cè)量的衰減率。在此曲線圖中，可以看到，組合裝置20起到低通濾波器的作用，使0.5MHz以下的頻率信號(hào)通過(guò)，且將0.5MHz以上的頻率信號(hào)衰減。圖5b是曲線圖，示出根據(jù)施加8kV的ESD電壓的時(shí)間所測(cè)量的輸出電壓。在此曲線圖中，可看到，在施加過(guò)電壓時(shí)輸出電壓保持在0V，因此，通過(guò)吸收過(guò)電壓，可保護(hù)連接至輸出端子的電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變阻器和LC濾波器組合裝置可以多端子陣列結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中兩個(gè)或更多變阻器和兩個(gè)或更多LC濾波器平行地組合在單個(gè)芯片中(在單個(gè)芯片中并聯(lián)連接)。
圖6和圖7分別是透視圖和分解透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有多端子陣列結(jié)構(gòu)的變阻器和LC濾波器組合裝置。
參看圖6和圖7，通過(guò)提供本體61，形成變阻器和LC濾波器組合裝置60，其中所述本體61主要由氧化鋅ZnO構(gòu)成，且氧化鋅在電壓低于預(yù)定電平時(shí)起絕緣體的作用，其電阻在電壓高于預(yù)定電平時(shí)迅速降低。外部接地電極64在具有矩形六面體形狀的本體61中的具有較短長(zhǎng)度的兩個(gè)相對(duì)側(cè)表面上形成。兩個(gè)或更多輸入和輸出電極62和63在具有較長(zhǎng)長(zhǎng)度的兩個(gè)相對(duì)側(cè)表面上形成。輸入電極62彼此電絕緣，且輸出電極63也彼此沒(méi)有電連接。
并且，如圖7中所示，在組合裝置內(nèi)部，多個(gè)電感圖樣65和多個(gè)電容圖樣67在多個(gè)片狀物71至77上彼此平行形成，從而形成本體61，其中，所述多個(gè)電感圖樣連接至多個(gè)輸入和輸出電極62和63，所述多個(gè)電容圖樣連接至多個(gè)輸入或輸出電極62或63，所述多個(gè)片狀物71至77以從頂?shù)降椎捻樞驅(qū)盈B，且由氧化鋅ZnO構(gòu)成。接地圖樣66分別在片狀物73、75、和77上形成，且位于多個(gè)電容圖樣67的每個(gè)圖樣之上和之下。在此情形下，接地圖樣66以相對(duì)于位于其之上和/或之下的多個(gè)電容圖樣67的尺寸較大的尺寸形成。
電感圖樣65、接地圖樣66、和電容圖樣67具有與圖3中所示電感圖樣25、接地圖樣26、和電容圖樣27相同的功能。
在此情形下，多個(gè)電感圖樣65沒(méi)有互連，且多個(gè)電容圖樣67也沒(méi)有互連。
因此，分別獨(dú)立工作的多個(gè)變阻器和LC濾波器組合裝置在單個(gè)芯片內(nèi)形成，從而可減少在需要多個(gè)變阻器和LC濾波器組合裝置的裝置中的安裝面積。
如上所述，本發(fā)明既實(shí)現(xiàn)了保護(hù)電路免受過(guò)電壓的變阻器功能，也實(shí)現(xiàn)了改善單個(gè)芯片中的輻射特征的濾波器功能，從而減少了安裝在既需要變阻器又需要濾波器的移動(dòng)通信設(shè)備中的部件的數(shù)量。并且，由于安裝面積的縮小，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)緊湊的裝置。
并且，通過(guò)減少裝配的部件的數(shù)量，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)減少部件之間的干擾和減少表面安裝技術(shù)(SMT)點(diǎn)的數(shù)量的效果。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變阻器和LC濾波器組合裝置，包括本體，主要由氧化鋅構(gòu)成，所述氧化鋅在電壓低于預(yù)定電平時(shí)起到絕緣體的作用，且氧化鋅的電阻在電壓高于預(yù)定電平時(shí)迅速降低；外部接地電極，在所述本體的外表面上形成，且連接至地；輸入和輸出電極，在所述本體的外表面上形成，用于輸入和輸出信號(hào)；電感圖樣，在所述本體內(nèi)部形成，具有預(yù)定長(zhǎng)度，每個(gè)電感圖樣的各個(gè)端部均連接至所述輸入和輸出電極；兩個(gè)或更多內(nèi)部接地圖樣，形成在所述本體內(nèi)的預(yù)定平面中，并連接至所述外部接地電極；以及一個(gè)或多個(gè)電容圖樣，在所述內(nèi)部接地圖樣之間的預(yù)定平面中形成，平行于所述內(nèi)部接地圖樣，并有選擇地連接至所述輸入和輸出電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變阻器和LC濾波器組合裝置，其中，所述電感圖樣是在不同平面中形成的多個(gè)導(dǎo)電圖樣，所述多個(gè)導(dǎo)電圖樣通過(guò)過(guò)孔彼此電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變阻器和LC濾波器組合裝置，其中，每個(gè)所述電感圖樣都形成為螺旋形狀或彎曲形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變阻器和LC濾波器組合裝置，其中，當(dāng)將高于預(yù)定電平的電壓施加給所述輸入和輸出電極時(shí)，所述組合裝置起到變阻器的作用，隨著所述本體的電阻值降低，將所施加的電壓吸入地中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變阻器和LC濾波器組合裝置，其中，當(dāng)將低于預(yù)定電平的電壓信號(hào)施加給所述輸入和輸出電極時(shí)，所述組合裝置根據(jù)在所述電容圖樣和所述內(nèi)部接地圖樣之間形成的電容，以一諧振頻率諧振，從而起到使特定頻率波段通過(guò)的濾波器的作用。
6.一種變阻器和LC濾波器組合裝置，包括本體，配置為具有矩形六面體形狀，且主要由氧化鋅構(gòu)成，所述氧化鋅在電壓低于預(yù)定電平時(shí)起絕緣體的作用，且氧化鋅的電阻在電壓高于預(yù)定電平時(shí)迅速降低；外部接地電極，在所述本體的外表面中具有較短長(zhǎng)度的相對(duì)側(cè)表面上形成，并連接至地；輸入和輸出電極，在所述本體的外表面中具有較長(zhǎng)長(zhǎng)度的相對(duì)側(cè)表面上形成，用來(lái)輸入和輸出信號(hào)；多個(gè)電感圖樣，設(shè)置為平行于所述本體內(nèi)的預(yù)定平面，且配置為具有預(yù)定長(zhǎng)度，所述電感圖樣的各個(gè)端部連接至所述輸入和輸出電極；兩個(gè)或更多內(nèi)部接地圖樣，在所述多個(gè)電感圖樣下面的預(yù)定平面之上和之下彼此平行形成，并連接至所述外部接地電極；以及多個(gè)電容圖樣，在所述內(nèi)部接地圖樣之間的預(yù)定平面中形成，彼此平行設(shè)置，并有選擇地連接至所述輸入和輸出電極；其中，所述變阻器和LC濾波器組合裝置以多端子陣列結(jié)構(gòu)形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種變阻器和LC濾波器組合裝置，其中在單個(gè)芯片中既實(shí)現(xiàn)了通過(guò)吸收浪涌電壓來(lái)保護(hù)電路的變阻器功能，也實(shí)現(xiàn)了改善輻射特征的電磁干擾濾波器功能。該組合裝置包括本體，該本體在電壓低于預(yù)定電平時(shí)充當(dāng)絕緣體，且其電阻在電壓高于預(yù)定電平時(shí)迅速降低。構(gòu)成LC諧振電路的電感圖樣、電容圖樣、和地線圖樣在本體中以多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。該組合裝置在低壓時(shí)作為L(zhǎng)C濾波器工作，在高壓時(shí)作為變阻器工作。
文檔編號(hào)H03H5/12GK1761151SQ200510077229
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月11日
發(fā)明者安進(jìn)模, 申成湜, 樸光秀 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社