專利名稱：變壓器及其結(jié)構(gòu)與功率放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻變壓器，特別是涉及一種單一繞線的變壓器。
背景技術(shù)：
變壓器是一種通過電磁耦合把能量從一個電路轉(zhuǎn)移到另一個電路，其 主要用途是轉(zhuǎn)變電壓、改變阻抗及分隔電路。在電力運(yùn)輸中，變壓器擔(dān)當(dāng) 重要的角色。也因此變壓器被廣泛地應(yīng)用于各種電子裝置及電路。在射頻 電路中，變壓器常被應(yīng)用于差動電路間的阻抗匹配。以下針對已知的變壓 器作進(jìn)一步地說明。
在現(xiàn)有技術(shù)中，變壓器是由分離且互相對應(yīng)的兩組電感與電容所組成， 上述兩個電感分別相連接不同的電路。當(dāng)?shù)谝粋€線圏有不定量的電流通過 時，便會產(chǎn)生變動的磁場。根據(jù)電磁的互感原理，這變動的磁場會使第二 個線圈產(chǎn)生電勢差。電容的作用是和線圏電感在操作頻率產(chǎn)生諧振，達(dá)到 最大的能量轉(zhuǎn)移。
值得注意的是，現(xiàn)有的利用兩個電感互感的變壓技術(shù)在射頻的頻帶會 造成相當(dāng)?shù)哪芰繐p耗，其損耗值和電感的特性有關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種變壓器及其結(jié)構(gòu)，可提升變壓器的效率。 本發(fā)明提供一種功率放大裝置，可提升功率放大器的效率。 本發(fā)明提出一種變壓器，其包括第一 第四電感、第一電容與第二電 容。第一電感的第一端可接收第一訊號。第二電感的第一端耦接第一電感 的第一端。第三電感的第一端可接收第二訊號。第三電感的第二端耦接第 一電感的第二端。第四電感的第一端耦接第三電感的第一端。第一電容耦
接于第一電感的第一端與第三電感的第一端之間。第二電容耦接于第二電 感的第二端與第四電感的第二端之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種變壓器的結(jié)構(gòu)，其包括金屬線、第一電容與第二電容。金屬線包括第一-第四線圏。第一~第四線圏 分別形成第一-第四電感。第一線圏的第一端可接收第一訊號。第二線圈 的第一端耦接第一線圈的第一端。第三線圈的第一端可接收第二訊號。第 三線圈的第二端耦接第一線圏的第二端。第四線圈的第一端耦接第三線圈
的第一端。第一電容耦接于第一線圈的第一端與第三線圈的第一端之間。 第二電容耦接于第二線圈的第二端與第四線圈的第二端之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種變壓器的結(jié)構(gòu)，其包括傳輸 線電路、第一-第二電容。傳輸線電路包括第一 第四傳輸線。第一傳輸 線的第一端接收第一訊號。第二傳輸線的第一端耦接第一傳輸線的第一端。 第三傳輸線的第一端接收第二訊號。第三傳輸線的第二端耦接第一傳輸線 的第二端。第四傳輸線的第一端耦接第三傳輸線的第一端。第一電容耦接 于第 一傳輸線的第 一端與第三傳輸線的第 一端之間。第二電容耦接于第二 傳輸線的第二端與第四傳輸線的第二端之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種具有上述本發(fā)明所提出的變 壓器的功率放大裝置。功率放大裝置包括差動放大器與變壓器。差動放大 器可放大差動訊號并據(jù)以提供給變壓器。
本發(fā)明因采用四個相耦接的電感配合兩個電容形成變壓器。因此能改 善已知利用兩個線圈互感的變壓技術(shù)所造成的能量損耗。
為使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉幾個實(shí)施例， 并結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下。


圖1是依照本發(fā)明的一實(shí)施例的一種功率放大器的電路示意圖。
圖2是依照本發(fā)明的一實(shí)施例的一種差動放大器的電路示意圖。
圖3是依照本發(fā)明的一實(shí)施例的一種變壓器的架構(gòu)示意圖。
圖4是依照本發(fā)明的另 一實(shí)施例的一種差動放大器的電路示意圖。
附圖符號說明 10:功率放大器 20:變壓器 21~24:電感25~28:電容 30:差動放大器 31-34:晶體管 40:負(fù)載 A~D:端點(diǎn) Vin+、 Vin_:差動訊號 VDD:直資u偏壓 VCG、 Vcc:電壓
具體實(shí)施例方式
已知的利用兩個電感互感的變壓技術(shù)會造成相當(dāng)大的能量損耗。有鑒 于此，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種射頻變壓器，其利用四個相耦接的電感配 合兩個電容即可實(shí)現(xiàn)變壓技術(shù)，而且能有效提升變壓器的效率，減少能量 損耗。下列則以功率放大器的變壓器作為實(shí)施范例作進(jìn)一步地說明。
圖1是依照本發(fā)明的一實(shí)施例的一種功率放大器的電路示意圖。圖2 是依照本發(fā)明的一實(shí)施例的一種差動放大器的電路示意圖。請合并參照圖1 與圖2,在本實(shí)施例中，功率放大器10包括變壓器20與差動放大器30。 差動放大器30可包括晶體管31、 32。晶體管31的第一端與第二端可分別 耦接端點(diǎn)A與電壓Vc"電壓V(x例如是相對接地端。對于射頻訊號來說，耦 接電壓Vcx的端點(diǎn)可視為虛接地(Virtual Ground)。晶體管32的第一端與 第二端可分別耦接端點(diǎn)B與電壓Vcx。晶體管31與32的柵極端可分別接收
訊號Vin+與Vin-,藉以放大訊號Vin+與Vin-，并據(jù)以提供給變壓器20，其中訊
號Vw與Vu-為差動訊號。在本實(shí)施例中，晶體管31、 32互相匹配。更具體 地說，晶體管31、 32可采用相同規(guī)格的晶體管。也就是說，晶體管31、 32 可以有相同的尺寸與對稱的電路布局。
另一方面，在本實(shí)施例中，變壓器20可包括電感21-24與電容25、 26。此外，變壓器20還可包括電容27、 28。電感21的第一端與第二端分 別耦接端點(diǎn)A與直流偏壓VDD，直流偏壓Vd。例如可以是5V。對于射頻訊號來 說，接收直流偏壓V。。的端點(diǎn)可視為虛接地。電感22的第一端與第二端分別 耦接端點(diǎn)A與端點(diǎn)C。電感23的第一端與第二端分別耦接端點(diǎn)B與直流偏 壓Vn。。電感24的第一端與第二端分別耦接端點(diǎn)B與端點(diǎn)D。電容25可耦接于端點(diǎn)A、 B之間。電容26可耦接于端點(diǎn)C、 D之間。電容27可耦接于 端點(diǎn)C與負(fù)載40之間。電容28可耦接于端點(diǎn)D與負(fù)載40之間。在此請注 意，電感21-24可用來作為傳輸線。
變壓器20例如可實(shí)現(xiàn)于半導(dǎo)體芯片上可以通過連接線(Bonding Wire) 耦接系統(tǒng)的負(fù)載，系統(tǒng)的負(fù)載例如是50歐姆。負(fù)載40可以是包括連接線 寄生電感效應(yīng)的負(fù)載。變壓器20可以把差動放大器30所提供的差動訊號 轉(zhuǎn)換(Convert)至輸出端所耦接的負(fù)載40。
在本實(shí)施例中，電感21-24例如為實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片上的螺旋電感。 電感21、 23互相匹配。電感22、 24互相匹配。更具體地說，電感21、 23 可采用相同規(guī)格的電感。電感22、 24可采用相同規(guī)格的電感。也就是說， 電感21、 23可以有相同的尺寸與對稱的電路布局。電感22、 24可以有相 同的尺寸與對稱的電路布局。本領(lǐng)域技術(shù)人員可依其需求，調(diào)整電感21、 22的電感比值以及電感23、 24的電感比值，藉以改變變壓器20的變壓效 果。更具體地說，可調(diào)整電感21、 22的線圈數(shù)以及電感23、 24的線圈數(shù)， 藉以改變交流訊號的峰值比。
在本實(shí)施例中，電容25、 26以金屬-絕緣體-金屬電容器(Metal Insulator Metal Capacitor,筒稱MIM Capacitor)為例進(jìn)行說明。電容 25、 26可作為補(bǔ)償電容。本領(lǐng)域技術(shù)人員可依其需求調(diào)整電容25、 26的值， 使變壓器20配合功率放大器10的操作頻率而產(chǎn)生最佳的阻抗轉(zhuǎn)換效率。
在本實(shí)施例中，電容27、 28以金屬-絕緣體-金屬電容器為例進(jìn)行說明。 電容27、 28互相匹配。更具體地說，電容27、 28可釆用相同規(guī)格的電容。 也就是說，電容27、 28可以有相同的尺寸與對稱的電路布局。電容27、 28 可阻隔由變壓器20饋入的直流偏壓V。n流入負(fù)載。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 依其需求調(diào)整電容27、 28的值，與負(fù)載40的寄生電感在操作頻率產(chǎn)生串 聯(lián)諧振，使系統(tǒng)負(fù)載等效成直接和端點(diǎn)C與D相接，藉以達(dá)到良好的阻抗 匹配。
本實(shí)施例中，由于變壓器20具有較高的效率，因此功率放大器10的 效率也能隨之提高。為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚變壓器20的實(shí)施方式， 以下提供變壓器20的一種結(jié)構(gòu)圖供本領(lǐng)域技術(shù)人員參詳。
圖3是依照本發(fā)明的一實(shí)施例的一種變壓器的架構(gòu)示意圖。請合并參 照圖1與圖3，在本實(shí)施例中，電感21 ~24可分別由單一金屬線的四個線圏所形成，其中形成電感21、 23的線圏互相匹配，形成電感22、 24的線 圈互相匹配。值得注意的是，端點(diǎn)C、 D分別耦接電容27、 28(圖3未繪示)。 由于電容27、 28可以阻絕直流訊號，因此直流訊號不會流經(jīng)電感22、 24。 也就是說，在本實(shí)施例中，交流訊號會流經(jīng)電感21、 22、 23、 24。直流訊 號會流經(jīng)電感21、 23。有鑒于此，在本實(shí)施例中，電感21的線寬可以設(shè)計(jì) 成大于電感22的線寬，電感23的線寬可以設(shè)計(jì)成大于電感24的線寬。如 此一來不但可以減少電感22、 24的面積，也可使電感21、 23在耐受較高 的直流電流時不會產(chǎn)生電阻性損耗。
值得一提的是，圖3的架構(gòu)圖可有效地利用到所有的金屬層，此作法的 好處在于可增加金屬線的表層深度(Skin Depth)，進(jìn)而降低訊號在金屬 線上傳遞時所造成的損耗。因此亦能有效地提升變壓器20的效率。
可能的型態(tài)，但本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，各廠商對于變壓器及其結(jié) 構(gòu)與功率放大器的設(shè)計(jì)都不一樣，因此本發(fā)明的應(yīng)用當(dāng)不限制于此種可能
的型態(tài)。換言之，只要是采用四個相耦接的電感配合兩個電容形成變壓器， 就已經(jīng)是符合了本發(fā)明的精神所在。以下再舉幾個實(shí)施方式以便本領(lǐng)域具 有通常知識者能夠更進(jìn)一 步的了解本發(fā)明的精神，并實(shí)施本發(fā)明。
請?jiān)賲⒄請D1，在上述實(shí)施例中，變壓器20雖可包括電容27、 28,但
本發(fā)明并不以此為限。在其他實(shí)施例中，在無須過濾直流偏壓Vdd的情況下， 亦可省略電容27、 28。
另外，上述實(shí)施例中，圖1的差動放大器30雖以圖2的晶體管31、 32 為例進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不以此為限。本領(lǐng)域技術(shù)人員可依其需求變更 差動放大器30的實(shí)施方式。舉例來說，圖4是依照本發(fā)明的另一實(shí)施例的 一種差動放大器的電路示意圖。請合并參照圖l與圖4,在本實(shí)施例中，圖 4的差動放大器30可包括晶體管31 ~ 34。
承上所述，晶體管33、 34為共柵極放大器架構(gòu)，其柵極端耦接電壓Vcc。 晶體管31、 32為共源極放大器架構(gòu)。晶體管31-34可組成兩級的差動放 大器，如此可提升差動放大器30所能承受的最大直流電壓。另外，在本實(shí) 施例中，共柵極放大器架構(gòu)雖僅以晶體管33、 34為例進(jìn)行說明，但在其他 實(shí)施例中共柵極放大器架構(gòu)亦可由多個晶體管并聯(lián)組成，藉以提升差動放 大器30的輸出功率。綜上所述，本發(fā)明因采用四個相耦接的電感配合兩個電容形成變壓器。 因此能改善已知的利用兩個線圈互感的變壓技術(shù)所造成的能量損耗。另夕卜， 本發(fā)明的實(shí)施例還可藉由調(diào)整變壓器中兩組電感的比值，改變變壓器的阻 抗轉(zhuǎn)換比例。此外，藉由調(diào)整變壓器中補(bǔ)償電容的值，可使變壓器配合功 率放大器的操作頻率而產(chǎn)生最佳的阻抗轉(zhuǎn)換效率。再者，在變壓器的輸出 端配置直流阻絕電容可隔絕直流偏壓。不僅如此，藉由調(diào)整變壓器的直流 阻絕電容的值，可使變壓器與外部負(fù)載達(dá)成良好的阻抗匹配。另外，沒有 直流訊號流經(jīng)的電感可采用線寬較小的金屬線實(shí)施，藉以減小面積。此外， 有直流訊號流經(jīng)的電感可采用線寬較大的金屬線實(shí)施，藉以使電感能耐受 專交高的直流電流。
雖然本發(fā)明已以幾個實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本 領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可作若干的更動 與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以本發(fā)明的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種變壓器，包括一第一電感，其第一端接收一第一訊號；一第二電感，其第一端耦接該第一電感的第一端；一第三電感，其第一端接收一第二訊號，該第三電感的第二端耦接該第一電感的第二端；一第四電感，其第一端耦接該第三電感的第一端；一第一電容，耦接于該第一電感的第一端與該第三電感的第一端之間；以及一第二電容，耦接于該第二電感的第二端與該第四電感的第二端之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的變壓器，還包括一第三電容，耦接于該第二電感的第二端與一負(fù)載之間；以及一第四電容，耦接該第四電感的第二端與該負(fù)載之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的變壓器，其中該第一電感的線寬大于該第二電感的線寬，該第三電感的線寬大于該第四電感的線寬。
4. 如權(quán)利要求1所述的變壓器，其中該第一電感與該第三電感互相匹配，該第二電感與該第四電感互相匹配。
5. 如權(quán)利要求1所述的變壓器，其中該第一電容與該第二電容為金屬-絕緣體-金屬電容器。
6. 如權(quán)利要求1所述的變壓器，其中該第一訊號與該第二訊號為差動訊號。
7. 如權(quán)利要求1所述的變壓器，其中該第一電感的第二端與該第三電感的第二端耦接一 直流偏壓。
8. —種變壓器的結(jié)構(gòu)，包括一金屬線，包括一第一線圈，形成一第一電感，該第一線圈的第一端接收一第一訊號；一第二線圈，形成一第二電感，該第二線圈的第一端耦接該第一線圈的第一端；一第三線圈，形成一第三電感，該第三線圈的第一端接收一第二訊號，該第三線圈的第二端耦接該第一線圈的第二端；以及一第四線圏，形成一第四電感，該第四線圏的第一端耦接該第三線圈的第一端；以及一第一電容，耦接于該第一線圏的第一端與該第三線圈的第一端之間；以及一第二電容，耦接于該第二線圈的第二端與該第四線圈的第二端之間。
9. 如權(quán)利要求8所述的變壓器的結(jié)構(gòu)，還包括一第三電容，耦接于該第二線圈的第二端與一負(fù)載之間；以及一第四電容，耦接該第四線圏的第二端與該負(fù)載之間。
10. 如權(quán)利要求8所述的變壓器的結(jié)構(gòu)，其中該第一線圈的線寬大于該第二線圈的線寬，該第三線圏的線寬大于該第四線圏的線寬。
11. 如權(quán)利要求8所述的變壓器的結(jié)構(gòu)，其中該第一線圏與該第三線圈互相匹配，該第二線圈與該第四線圏互相匹配。
12. 如權(quán)利要求8所述的變壓器的結(jié)構(gòu)，其中該第一電容與該第二電容為金屬-絕緣體-金屬電容器。
13. 如權(quán)利要求8所述的變壓電路，其中該第一訊號與該第二訊號為差動訊號。
14. 如權(quán)利要求8所述的變壓器的結(jié)構(gòu)，其中該第一線圈的第二端與該第三線圈的第二端耦接一直流偏壓。
15. —種變壓器的結(jié)構(gòu)，包括一傳輸線電路，包括一第一傳輸線，其第一端接收一第一訊號；一第二傳輸線，其第一端耦接該第一傳輸線的第一端；一第三傳輸線，其第一端接收一第二訊號，該第三傳輸線的第二端耦接該第一傳輸線的第二端；以及一第四傳輸線，其第一端耦接該第三傳輸線的第一端；以及一第一電容，耦接于該第一傳輸線的第一端與該第三傳輸線的第一端之間；以及一第二電容，耦接于該第二傳輸線的第二端與該第四傳輸線的第二端之間。
16. 如權(quán)利要求15所述的變壓器的結(jié)構(gòu)，還包括一第三電容，耦接于該第二傳輸線的第二端與一負(fù)載之間；以及一第四電容，耦接該第四傳輸線的第二端與該負(fù)載之間。
17. 如權(quán)利要求15所述的變壓器的結(jié)構(gòu)，其中該第一傳輸線與該第三傳輸線互相匹配，該第二傳輸線與該第四傳輸線互相匹配。
18. 如權(quán)利要求15所述的變壓電路，其中該第一訊號與該第二訊號為差動訊號。
19. 如權(quán)利要求15所述的變壓器的結(jié)構(gòu)，其中該第一傳輸線的第二端與該第三傳輸線的第二端耦接一直流偏壓。
20. —種功率放大裝置，包括一差動放大器，接收一第一訊號與一第二訊號，并據(jù)以產(chǎn)生一第三訊號與一第四訊號；以及一變壓器，耦接該差動放大器，該變壓器包括一第一電感，其第一端接收該第三訊號；一第二電感，其第一端耦接該第一電感的第一端；一第三電感，其第一端接收該第四訊號，該第三電感的第二端耦接該第一電感的第二端；一第四電感，其第一端耦接該第三電感的第一端；一第一電容，耦接于該第一電感的第一端與該第三電感的第一端之間；以及一第二電容，耦接于該第二電感的第二端與該第四電感的第二端之間。
21. 如權(quán)利要求20所述的功率放大裝置，其中該差動放大器，還包括一第一晶體管，其第一端與第二端分別耦接一電壓與該第一電感的第一端，該第一晶體管的柵極端接收該第一訊號；以及一第二晶體管，其第一端與第二端分別耦接該電壓與該第三電感的第一端，該第二晶體管的柵極端接收該第二訊號。
22. 如權(quán)利要求20所述的功率放大裝置，其中該差動放大器，還包括一第一晶體管，其第一端耦接一第一電壓，該第一晶體管的柵極端接收該第一訊號；一第二晶體管，其第一端耦接該第一電壓，該第二晶體管的柵極端接收該第二訊號；一第三晶體管，其第一端與柵極端分別耦接該第一晶體管的第二端與 一第二電壓，該第三晶體管的第二端耦接該第一電感的第一端，藉以提供該第三訊號；以及一第四晶體管，其第一端與柵極端分別耦接該第二晶體管的第二端與 該第二電壓，該第四晶體管的第二端耦接該第三電感的第一端，藉以提供 該第四訊號。
23. 如權(quán)利要求20所述的功率放大裝置，其中該變壓器，還包括 一第三電容，耦接于該第二電感的第二端與一負(fù)載之間；以及 一第四電容，耦接該第四電感的第二端與該負(fù)載之間。
24. 如權(quán)利要求20所述的功率放大裝置，其中該第一電感的線寬大于 該第二電感的線寬，該第三電感的線寬大于該第四電感的線寬。
25. 如權(quán)利要求20所述的功率放大裝置，其中該第一電感與該第三電 感互相匹配，該第二電感與該第四電感互相匹配。
26. 如權(quán)利要求20所述的功率放大裝置，其中該第一電容與該第二電容為金屬-絕緣體-金屬電容器。
27. 如權(quán)利要求20所述的功率放大裝置，其中該第三訊號與該第四訊號為差動訊號。
28. 如權(quán)利要求20所述的功率放大裝置，其中該第一電感的第二端與 該第三電感的第二端耦接一直流偏壓。
全文摘要
一種變壓器及其結(jié)構(gòu)與功率放大裝置。變壓器包括第一～第四電感、第一電容與第二電容。第一電感的第一端可接收第一訊號。第二電感的第一端耦接第一電感的第一端。第三電感的第一端可接收第二訊號。第三電感的第二端耦接第一電感的第二端。第四電感的第一端耦接第三電感的第一端。第一電容耦接于第一電感的第一端與第三電感的第一端之間。第二電容耦接于第二電感的第二端與第四電感的第二端之間。如此一來可提升變壓器的效率。
文檔編號H01F30/06GK101685704SQ20081016880
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者陳正中 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院