專利名稱：射頻功分器及結(jié)合器電路的制作方法
射頻功分器及結(jié)合器電路
交互參考的相關(guān)申請(qǐng)案
本申請(qǐng)案涉及并主張2009年3月30號(hào)所申請(qǐng)的美國(guó)暫時(shí)申請(qǐng)案第61/164，774 號(hào)，命名為小型芯片上射頻功分器-結(jié)合器，在此將其一并納入?yún)⒖?。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大體上涉及射頻(RF)裝置，特別涉及一種小型芯片上射頻功分器及結(jié)合器電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)運(yùn)用各種復(fù)雜、緊密集成的射頻電路，其典型地分成多個(gè)鏈路，每一個(gè)分別處理其上的信號(hào)。例如，一傳統(tǒng)移動(dòng)電話可運(yùn)用單一天線來接收一無線 (802. Ilx)以及一藍(lán)芽(802. 15. 11)信號(hào)、運(yùn)用一獨(dú)立收發(fā)器將該射頻信號(hào)降頻、解調(diào)制該基帶信號(hào)并解碼該基帶信號(hào)所代表的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。為了使該無線局域網(wǎng)絡(luò)信號(hào)獨(dú)立于該藍(lán)芽信號(hào)進(jìn)行處理，必須最小化它的影響，也就是，必須將該無線局域網(wǎng)絡(luò)鏈路與該藍(lán)芽鏈路盡可能地隔離。
現(xiàn)有技術(shù)中已提出一些解決方案，其中一者是威爾金森分配器(splitter)或功分器-結(jié)合器(power divider-binder)。眾所皆知地，威爾金森分配器包含一共同端口和二或更多獨(dú)立端口，每一個(gè)端口具有相同阻抗。在充當(dāng)一功分器來操作的二路分配器 (two-way splitter)中，施加至該共同端口的信號(hào)在該二獨(dú)立端口中的每一端口被分成具有同相位的二相等部分。獨(dú)立端口的功率水平為該共同端口的功率水平的一半。在充當(dāng)一功率結(jié)合器來操作時(shí)，施加至任一獨(dú)立端口的信號(hào)于該共同端口處是以其功率水平的一半來輸出，且二個(gè)同相位的信號(hào)同時(shí)被施加至獨(dú)立端口，將其加總并于該共同端口處以結(jié)合功率水平來輸出。理想地，獨(dú)立端口彼此間互相隔離，沒有被輸入至上述獨(dú)立端口中其中一者的信號(hào)以一預(yù)定操作頻率輸出至任何另一個(gè)獨(dú)立端口。然而，在實(shí)際配置中，在上述獨(dú)立端口間可能會(huì)有少量的泄漏。
在該威爾金森功分器被配置的一種方式中利用到四分之一波長(zhǎng)的傳輸線，每一條傳輸線連接該共同端口至各自的獨(dú)立端口。所選取的傳輸線的長(zhǎng)度為該預(yù)定操作頻率波長(zhǎng)的四分之一。此外，于上述各獨(dú)立端口之間連接鎮(zhèn)流電阻端口，用以消耗額外功率并隔離一獨(dú)立端口與另一獨(dú)立端口。若不能實(shí)現(xiàn)需要的四分之一波長(zhǎng)傳輸線或具有無法接受的高插損時(shí)，可在該共同端口和其余傳輸線的接點(diǎn)之間增加一額外四分之傳輸線。利用在該鎮(zhèn)流電阻和獨(dú)立端口之間的額外四分之一波長(zhǎng)傳輸線，不均等功率分配器是可行的，其中，這類傳輸線依據(jù)所要的分配比率而具有不同阻抗。
然而，因?yàn)樗恼加每臻g大，所以四分之一波長(zhǎng)傳輸線大體上不適合用于制造低成本應(yīng)用的半導(dǎo)體裸片，特別是針對(duì)低于6千兆赫的操作頻率更不適合。因此，用以降低該四分之一波長(zhǎng)傳輸線的占用空間的一些方式已被提出。一種方式指示著將該傳輸線分成二部分，其中每一部分具有高于單一傳輸線的阻抗，及一電容并聯(lián)至該鎮(zhèn)流電阻。也可運(yùn)用單一較高阻抗(但是較短)的傳輸線，每一端口包含一接地的電容。盡管可以降低該四分之一波長(zhǎng)傳輸線的總長(zhǎng)度，但是該電路的整體占用空間對(duì)于芯片上制造而言仍是無法接受的大，特別是具有上述額外電容器。更進(jìn)一步，高傳輸線阻抗使得插損增加。
降低威爾金森分配器尺寸的另一方式提出以集中電容和電感來取代上述四分之一波長(zhǎng)傳輸線。更特別地，將集中組件配置成“ η ”狀，其中，一對(duì)電容各自接地并接至該電感的相對(duì)端。另一變化例包含一“Τ”狀配置，其中，二個(gè)電容是串聯(lián)該共同端口和該獨(dú)立端口，該電感接地并連結(jié)至二個(gè)電容之間的接點(diǎn)。然而顯然地，降低尺寸對(duì)于多數(shù)芯片上制造而言是不夠的。電感的值大需要實(shí)體的隔離，尤其是用于避開貢獻(xiàn)至互耦部分的性能的下降。更進(jìn)一步，需要三個(gè)獨(dú)立通孔以分開每一個(gè)電容的接地，其需要額外的裸片有效面積。 雖然可運(yùn)用一共同通孔，但是端口間的隔離會(huì)減少。主動(dòng)式電感可被取代，但是具有波封變化的數(shù)字信號(hào)的額外電流流出和性能降低會(huì)限制它的利用率。
現(xiàn)有的功率分配器電路在一些不同的方面是有缺點(diǎn)的。因此，有需要改進(jìn)習(xí)知技術(shù)中的芯片上射頻功分器及結(jié)合器電路。發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明之一實(shí)施例，提出一種具有一預(yù)定操作頻率的射頻(RF)功率分配器電路。該電路可包含一共同端口與一第一和第二分離端口。此外，該電路可包含一第一電感，連接至該第第一分離端口和該共同端口。也可具有一第二電感，其連接至該第二分離端口和該共同端口。該電路還可包含并行連接至該第一分離端口和該第二分離端口的一共振電容，以及連接至該第一分離端口和該第二分離端口的一補(bǔ)償電阻。于預(yù)定操作頻率時(shí)，該共振電容、該補(bǔ)償電阻與該第一和第二電感可在該第一分離端口和該第二分離端口之間定義一平行共振電路端口端口。
參照下列詳細(xì)說明并結(jié)合附圖來閱讀時(shí)，將會(huì)對(duì)本發(fā)明更加了解。


參照下列說明及附圖，在此所揭示的各種實(shí)施例的這些和其它特性與優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加了解，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的射頻(RF)功率分配器電路的基本配置示意圖2說明圖1所示的射頻功率分配器電路的基本配置的散射參數(shù)(S參數(shù))圖3為包含用以分開分離端口的耦合補(bǔ)償電容的射頻功率分配器電路的第一實(shí)施例示意圖4為具有耦合至共同端口的單一補(bǔ)償電容的射頻功率分配器電路的第二實(shí)施例示意圖5顯示圖3和4各自所示的射頻功率分配器電路的第一和第二實(shí)施例的S參數(shù)圖6為具有耦合電感的射頻功率分配器電路的第三實(shí)施例示意圖7為具有耦合電感和一阻抗轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的射頻功率分配器電路的第四實(shí)施例示意圖8顯示圖6所示的射頻功率分配器電路的第三實(shí)施例的S參數(shù)圖9A-G為包含電容值、電阻值、電感值、耦合系數(shù)、電容損失、分離端口阻抗和共同端口阻抗的組件差異值所產(chǎn)生的S參數(shù)變化。
共同參考號(hào)被使用于全部附圖和詳細(xì)說明以指示相同組件。
具體實(shí)施方式
下列結(jié)合附圖所提出的詳細(xì)說明想要說明本發(fā)明目前較佳實(shí)施例，并非代表發(fā)展或運(yùn)用本發(fā)明的唯一形式。本說明結(jié)合所示實(shí)施例提出本發(fā)明的功能。然而，要了解到其也可由不同實(shí)施例來達(dá)成相同或等效功能，這些不同實(shí)施例也想要被包括于本發(fā)明范圍內(nèi)的。進(jìn)一步了解到相關(guān)用語的使用，例如第一和第二與相類似者的使用，只是用于區(qū)分一實(shí)體與另一實(shí)體，不必然需要或隱含這類實(shí)體之間的任何實(shí)質(zhì)的關(guān)系或次序。
參照?qǐng)D1的示意圖，一射頻(RF)功率分配器電路10的基本配置包含一第一分離端口 P1、一第二分離端口 P2和一共同端口 P3。根據(jù)本實(shí)施例，在共同端口 P3的阻抗為該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2的阻抗的一半。通過舉例而非限定，該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2的阻抗設(shè)定為50奧姆，如同傳統(tǒng)上的標(biāo)準(zhǔn)射頻組件，并且該共同端口 P3的阻抗設(shè)定為25奧姆。然而，要了解到本發(fā)明的第一分離端口 P1、第二分離端口 P2和共同端口 P3在未偏離本發(fā)明之下，可以任何其它阻抗來取代。
施加至共同端口 P3的信號(hào)于該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2之間均分。 在該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2的信號(hào)與在該共同端口 P3的信號(hào)同相位。在本操作模式中，功率分配器電路10當(dāng)作一功分器(power divider)來操作。在施加二獨(dú)立射頻信號(hào)至該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2，每一個(gè)信號(hào)的功率為一半，且以一合并信號(hào)的方式在共同端口 P3輸出。該合并信號(hào)的相位等于施加至該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2的各信號(hào)的相位。功率分配器電路10當(dāng)作一功率結(jié)合器來操作。此外， 要考慮施加至該第一分離端口 Pl的信號(hào)在第二分離端口 P2端口的影響最小，反之亦然。
在功率分配器電路10的各種實(shí)施例中，第一分離端口 Pl連接至一第一電感Li，且第二分離端口 P2連接至一第二電感L2。如同在此所運(yùn)用者，“連接”這個(gè)用語是以它最廣義的方式來解釋，其中一零件是電性連通著另一零件。就這點(diǎn)而言，零件可直接連接至該另一零件，也就是說中間沒有零件插置于其間，或者，該零件可間接連接至該另一組件，也就是說具有一或更多中間零件插置于其間。
更特別地，該第一電感Ll具有連接至該第一分離端口 Pl的第一端18a，該第二電感L2具有連接至該第二分離端口 P2的第一端20a。根據(jù)各種實(shí)施例，該第一電感Ll和該第二電感L2的電感值要最小化以降低插損(insertion loss)。該第一電感Ll的第二端 18b和該第二電感L2的第二端20b于一共同端口接點(diǎn)22彼此互相連接，并接至該共同端口 P3。
一共振電容M并行連接于該第一電感Ll和該第二電感L2之間，用于在該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2之間提供一平行共振。在一預(yù)定操作頻率下，平行共振隔離該第一分離端口 Pl與該第二分離端口 P2。該共振電容M的電容值是依本目的選取的， 以下將有更進(jìn)一步的說明。該共振電容M包含第一端2 和第二端Mb，第一端2 連接至該第一端18a，第二端24b連接至該第二電感L2的第一端20a。因?yàn)樵撈叫泄舱竦碾姼行枣溌?inductive chain)包含一電阻性損失，所以具有一第一端26a和一第二端^b的補(bǔ)償電阻26串行連接至該共振電容24。尤其是該共振電容M的第二端24b連接至該補(bǔ)償電阻沈的第一端^^。然而，也可考慮其它實(shí)施例，將補(bǔ)償電阻沈并行連接至該共振電容對(duì)。該共振電容M的第一端2 連接至該電感Ll的第一端18a并于一第一分離端口接點(diǎn) (junction) 25處連接至該第一分離端口 Pl，同時(shí)該補(bǔ)償電阻沈的第二端26b連接至該第二電感L2的第一端20a并于一第二分離端口接點(diǎn)(junction) 27處連接至該第二分離端口 P2。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，該第一電感Ll和該第二電感L2具有1. 34毫微亨利的電感值，該共振電容M具有1. 55微微法拉電容值，且該補(bǔ)償電阻具有17奧姆值。圖2依據(jù)其仿真顯示該功率分配器電路10的散射參數(shù)(S參數(shù))。
參照至圖2的圖形，依據(jù)所示的功率分配器電路10的仿真，顯示上述散射參數(shù)(S 參數(shù))。該第一分離端口 Pl(Sll)和該第二分離端口 P2(S22)的反射系數(shù)是一模一樣并顯示于圖形30。共同端口 P3(S33)的反射系數(shù)顯示于圖形32。如那些熟知此項(xiàng)技術(shù)的人士所理解地，該反射系數(shù)代表各對(duì)應(yīng)端口的回?fù)p。施加一信號(hào)至該第二分離端口 P2，在第二分離端口 P2和第一分離端口 Pl間的隔離是由圖形34所顯示的傳輸系數(shù)(S21)表示。在所示的特定范例中，該功率分配器電路10具有預(yù)定操作頻率為2. 45千兆赫，且在那個(gè)頻率下，傳輸系數(shù)(S21)約為-45分貝(dB)。圖形36所示端口端口的傳輸系數(shù)(S31和S32)代表著被施加到共同端口 P3的信號(hào)相對(duì)于第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2為信號(hào)衰減。
第一分離端口 P1、第二分離端口 P2和共同端口 P3的阻抗為具有一電感性的零件， 因此，本發(fā)明的其它實(shí)施例想使用補(bǔ)償電容。就如同在基本實(shí)施例中，共同端口 P3的阻抗為第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2的阻抗的一分?jǐn)?shù)，尤其是二分之一。
參照?qǐng)D3的示意圖，射頻功率分配器電路IOa的第一實(shí)施例包含連接至第一電感 Ll的第一分離端口 P1。就如同前述實(shí)施例，該第一分離端口 Pl具有50奧姆的阻抗。然而， 在第一分離端口 Pl和第一分離端口接點(diǎn)25之間插入一第一補(bǔ)償電容38。該第一補(bǔ)償電容 38具有一第一端38a，第一端38a連接至該第一分離端口 P 1，以及一第二端38b，其連接至共振電容M的第一端2 和第一電感Ll的第一端18a。第一電感Ll的第二端18b連接至共同端口接點(diǎn)22并連接至共同端口 P3。
一第二補(bǔ)償電容40插置于第二分離端口 P2和第二電感L2之間，第二分離端口 P2 以類似方式連接至第二電感L2端口。該第二分離端口 P2同樣具有50奧姆的阻抗。第二補(bǔ)償電容40具有一第一端40a以及一第二端40b，第一端40a連接至該第一分離端口 Pl， 第二端40b連接至該補(bǔ)償電阻沈的第二端26b和該第二電感L2的第一端20a。第二電感 L2的第二端20b也連接至共同端口接點(diǎn)22和共同端口 P3，其具有25奧姆的阻抗。
如上所述，該第一補(bǔ)償電容38和該第二補(bǔ)償電容40更佳地匹配該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2的阻抗。更進(jìn)一步，分別選取該第一補(bǔ)償電容38和該第二補(bǔ)償電容40的值，用以最小化該預(yù)定操作頻率下的第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2的回?fù)p。 只是舉例而非限定，所選取的第一補(bǔ)償電容38和第二補(bǔ)償電容40兩者分別為4微微法拉 (4pF)電容值。
所選取的第一電感Ll和第二電感L2的電感值相等且為最小值，用以最小化插損。 在顯示于圖3的示范性實(shí)施例中，第一電感Ll和第二電感L2各具有1. 35毫微亨利值(nH)。
大體上，在前述架構(gòu)中，共振電容M和補(bǔ)償電阻沈并行連接于第一電感Ll和第二電感L2之間，以定義一平行共振。根據(jù)第一實(shí)施例，該共振電容M具有1. 55微微法拉的電容值。在該示范性實(shí)施例中，預(yù)定操作頻率為2. 45千兆赫，該平行共振隔離該第一分離端口 Pl與該第二分離端口 P2。該補(bǔ)償電阻沈串行連接著該共振電容M，補(bǔ)償電阻沈的第一端26a連接至該共振電容M的第二端Mb。選取該補(bǔ)償電阻沈的值以最大化該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2之間的隔離，在本實(shí)施例中，該補(bǔ)償電阻沈具有17奧姆的電阻值。本發(fā)明的一實(shí)施例為在該預(yù)定操作頻率下具有一 20分貝的隔離。
參照?qǐng)D5的圖形，顯示該射頻功率分配器電路IOa的第一實(shí)施例模擬的S參數(shù)。如圖形44所示，該第一分離端口 Pl(Sll)和該第二分離端口 P2(S22)的反射系數(shù)還是一模一樣。共同端口 P3(S33)的反射系數(shù)顯示于圖形46，其指出在2. 45千兆赫(GHz)的預(yù)定操作頻率下，回?fù)p降低到約-25分貝。在該預(yù)定操作頻率下，如圖形48所示的傳輸系數(shù)(S21)， 在該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2之間的隔離約為-45分貝。傳輸系數(shù)(S31和 S32)顯示于圖形50。如圖所示，隨著在該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2分別引入該第一補(bǔ)償電容38和該第二補(bǔ)償電容40，可改善阻抗匹配，同時(shí)在該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2之間仍維持高隔離。
此外，該圖形顯示在低頻(或接近直流)時(shí)，第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2 之間具有高度隔離。那些熟知此項(xiàng)技術(shù)的人士會(huì)認(rèn)知到這類特征適合用于涉及連接至分離端口的二個(gè)不同的高敏感度接收器鏈路的應(yīng)用中。尤其是，在其它的接收鏈路中，來自一接收器鏈路的基帶信號(hào)和相關(guān)低頻混波產(chǎn)物的泄漏實(shí)質(zhì)減少了。本示范性應(yīng)用不是要限定本發(fā)明，本射頻功率分配器電路10可以各式各樣方式運(yùn)用。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4的示意圖，射頻功率分配器電路IOb的第二實(shí)施例包含連接至第一電感Ll的第一分離端口 Pl和連接至第二電感L2的第二分離端口 P2。一共享補(bǔ)償電容52 串行連接于該共同端口 P3和該共同端口接點(diǎn)22之間，也就是，互連的第一電感Ll和第二電感L2的交點(diǎn)定義為接點(diǎn)，該接點(diǎn)為共享補(bǔ)償電容52。更詳細(xì)地，該共享補(bǔ)償電容52具有連接至該第一電感Ll和該第二電感L2的第一端52a，及連接至該共同端口 P3的第二端 52b。
共享補(bǔ)償電容52可以更佳地匹配第一分離端口 P1、第二分離端口 P2和共同端口 P3的阻抗。如同在前述實(shí)施例中，第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2兩者具有50奧姆的阻抗，而該共同端口 P3具有25奧姆的阻抗。在預(yù)定操作頻率下，選取該補(bǔ)償電容52的值以最小化第一分離端口 P1、第二分離端口 P2和共同端口 P3每個(gè)端口的回?fù)p。在所示的示范性實(shí)施例中，該補(bǔ)償電容52具有6微微法拉的電容值。
該共振電容M并行連接于該第一電感Ll和該第二電感L2之間，以在該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2之間提供一平行共振。如同前述實(shí)施例，在該預(yù)定操作頻率下，平行共振隔離第一分離端口 Pl與第二分離端口 P2。共振電容M的第一端2 連接至第一電感Ll的第一端18a，共振電容M的第二端24b連接至補(bǔ)償電阻沈的第一端^a。接著，補(bǔ)償電阻26的第二端26b連接至第二電感L2的第一端20a及第二分離端口 P2與第二分離端口接點(diǎn)27。
舉例來說，第一電感Ll和第二電感L2具有1. 35毫微亨利的電感值，共振電容M 具有1.86微微法拉的電容值，且該補(bǔ)償電阻具有15奧姆值。要了解，第一電感Ll和第二電感L2以奧姆計(jì)算的電阻性損失等于以毫微亨利計(jì)算的電感值，尤其是這類零件可被制造于半導(dǎo)體裸片上。更進(jìn)一步，第一電感Ll和第二電感L2以奧姆計(jì)算的電阻性損失可以是以毫微亨利計(jì)算的電感值的兩倍。因此，盡管相較于上述傳統(tǒng)威爾金森功分器插損是降低的，但是第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2之間的隔離也是下降的。就這點(diǎn)而言，可調(diào)整共振電容M和補(bǔ)償電容52的電容值還有調(diào)整該補(bǔ)償電阻沈的電阻值。
要了解，射頻功率分配器電路10中的電感占用最多裸片的有效面積，且該電感值越大則它的尺寸越大。因此，降低該電感值的好處為雙重的尺寸下降和插損下降。然而， 為了維持相同的性能特征，可增加共振電容對(duì)的電容值。因此，在本發(fā)明的另一實(shí)施例，第一電感Ll和第二電感L2具有0. 8毫微亨利的電感值(及相對(duì)應(yīng)的1. 6奧姆的電阻值)，而該共振電容M的電容值為27微微法拉。補(bǔ)償電阻沈也被修改為2. 8奧姆的電阻值，且共享補(bǔ)償電容52可具有8微微法拉的電容值。
在上述實(shí)施例中，第一電感Ll和第二電感L2彼此間是實(shí)體上的分開，使其具有所述的性能特征。然而，圖6顯示替代的射頻功率分配器電路IOc的第三實(shí)施例，利用耦合電感，使其不需實(shí)體隔離，有助于降低整體的占用空間。
射頻功率分配器電路IOc的第三實(shí)施例包含連接至第一耦合電感Ll的第一分離端口 P1，以及連接至第二電感L2的第二分離端口 P2。第一耦合電感Ll的第一端18a連接至第一分離端口 Pl，且第二耦合電感L2具有連接至第二分離端口 P2的第一端20a。第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2的阻抗為50奧姆。該第一電感Ll的第二端18b和該第二耦合電感L2的第二端20b于該共同端口接點(diǎn)22彼此相連并連接至共同端口 P3，其具有25 奧姆的阻抗。
選取該第一耦合電感Ll和該第二耦合電感L2的電感值以最小化插損。更進(jìn)一步， 第一耦合電感Ll和第二耦合電感L2具有高耦合系數(shù)。當(dāng)?shù)谝获詈想姼蠰l和第二耦合電感L2被用在制造于半導(dǎo)體裸片的單一層上，耦合系數(shù)(k)約為0.7?；蛘撸?dāng)?shù)谝获詈想姼?Ll和第二耦合電感L2被用在制造于半導(dǎo)體裸片的不同層數(shù)上，例如雙層裝置(dual layer device)，，耦合系數(shù)(k)約為0.9。如上所述，以奧姆計(jì)算的第一耦合電感Ll和第二耦合電感L2的電阻性損失約為以毫微亨利計(jì)算的電感值的二倍。在一示范性實(shí)施例中，第一耦合電感Ll和第二耦合電感L2具有0. 8毫微亨利的電感值和1. 6奧姆的電阻性損失。
共振電容M并行連接于第一耦合電感Ll和第二耦合電感L2之間，用于在第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2之間提供一平行共振。在預(yù)定操作頻率下，該平行共振隔離第一分離端口 Pl與第二分離端口 P2。更詳細(xì)地，共振電容M的第一端2 連接至第一電感Ll的第一端18a，且補(bǔ)償電阻沈的第一端26a連接至該共振電容M的第二端Mb。補(bǔ)償電阻沈的第二端26b連接至第二耦合電感L2的第一端20a及第二分離端口 P2與第二分離端口接點(diǎn)27。根據(jù)一示范性實(shí)施例，共振電容M具有1. 6微微法拉的電容值，且補(bǔ)償電阻沈具有16奧姆的電阻值。
如前所述，第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2的阻抗為共同端口 P3的阻抗的二倍。參照至圖7的示意圖，在預(yù)定操作頻率下，第四實(shí)施例的射頻功率分配器電路IOd的共同端口 P3與該第一分離端口 Pl和該第二分離端口 P2具有相同阻抗。例如，端口每個(gè)端口具有50奧姆的阻抗。尤其，射頻功率分配器電路IOd具有一阻抗轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)(impedance transformation network) 54,串行連接于第一耦合電感Ll和第二耦合電感L2的共同端口接點(diǎn)22與共同端口 P3之間。然而，共同端口接點(diǎn)22具有的阻抗值為第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2的阻抗值的一半。就這點(diǎn)而言，阻抗轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)M將共同端口接點(diǎn)22的較低阻抗，其為25奧姆，轉(zhuǎn)換為上示共同端口 P3的50奧姆的較高阻抗。
更詳細(xì)地，阻抗轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)M包含一轉(zhuǎn)換電感56和一轉(zhuǎn)換電容58。轉(zhuǎn)換電感56 具有連接至共同端口接點(diǎn)22的第一端56a及連接至轉(zhuǎn)換電容58和共同端口 P3的第二端 56b。轉(zhuǎn)換電容58具有連接至轉(zhuǎn)換電感56的第一端58a及連至接地60的第二端58b。在所示的示范性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換電感56具有1. 55毫微亨利的電感值。轉(zhuǎn)換電容58具有1. 25 微微法拉的電容值。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8的圖形，其顯示第三實(shí)施例，射頻功率分配器電路IOc的模擬S參數(shù)。圖形44所示的第一分離端口 Pl(Sll)和第二分離端口 P2(S22)的反射系數(shù)是一模一樣。共同端口 P3(S33)的反射系數(shù)顯示于圖形60。這個(gè)指示著在2. M千兆赫的預(yù)定操作頻率下，回?fù)p約為-35分貝。在第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2之間的隔離顯示于圖形64中代表(S21)，在2. M千兆赫的預(yù)定操作頻率下，其大于-50分貝。傳輸系數(shù)(S31和 S32)顯示于圖形66，其在圖標(biāo)頻率范圍內(nèi)維持常數(shù)。除了共同端口 P3(S33)的反射系數(shù)較接近第一分離端口 Pl(Sll)和第二分離端口 P2(S22)的反射系數(shù)外，第四實(shí)施例的射頻功率分配器電路IOd的S參數(shù)實(shí)質(zhì)上類似于第三實(shí)施例IOc的S參數(shù)。就此點(diǎn)而言，該第四實(shí)施例IOd的性能類似于含四分之一波長(zhǎng)傳輸線組件的理想威爾金森功分器-結(jié)合器的性能。
根據(jù)本發(fā)明，在此提出不同預(yù)定操作頻率的多個(gè)電路。如同一基本設(shè)計(jì)程序，固定并選取包含第一電感Ll和第二電感L2的電感值。之后，選取共振電容M的值以在預(yù)定操作頻率下得到一共振電路。調(diào)整補(bǔ)償電阻沈以在預(yù)定操作頻率下使得第一分離端口 Pl和第二分離端口 P2之間的隔離最大。依據(jù)本揭示，那些熟知此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠決定最佳電路參數(shù)，尤其是通過一或更多次重復(fù)地分別調(diào)整共振電容M的電容值和補(bǔ)償電阻26的電阻值來決定最佳電路參數(shù)。可了解的是，這類最佳電路參數(shù)在所有端口 P1、P2和P3之間幾乎達(dá)到完美的匹配。
要理解到，射頻功率分配器電路10的零件可依據(jù)具標(biāo)稱值(nominal values)而有不同的公差，使其可以有不同的效能特征。如上所述，本發(fā)明的一些實(shí)施例是關(guān)于在單一半導(dǎo)體裸片上制造射頻功率分配器電路10與其它電路，例如功率放大器、低噪音放大器及類似者。該裸片可由一硅基板、一砷化鎵基板或任何其合適半導(dǎo)體材料所制造。如同下面更詳細(xì)的說明，這類半導(dǎo)體制程具有相關(guān)的公差，其隨不同零件而改變。圖9A-G的圖顯示這類變化在S參數(shù)所引起的效應(yīng)。
參照至圖9A的圖顯示，預(yù)定操作頻率在2. 4至2. 45千兆赫時(shí)，傳輸系數(shù)(S21)和反射系數(shù)(S11、S22及S33)的變化對(duì)電容值的變化。幾何尺寸固定的傳統(tǒng)半導(dǎo)體制程對(duì)于不同批晶圓的電容值典型地具有+/-15%的變化，因此，在1. 6微微法拉的標(biāo)稱值，最壞狀況的S參數(shù)為-20分貝。
圖9B的圖顯示，在2. 4至2. 45千兆赫的預(yù)定操作頻率時(shí)，傳輸系數(shù)(S21)和反射系數(shù)(S11、S22及S33)的變化對(duì)電阻值上的變化。要了解，具有固定幾何尺寸的傳統(tǒng)半導(dǎo)體制程在不同批晶圓的電阻值上典型地具有+/-40%的變化，因此，在16奧姆的標(biāo)稱值，最壞狀況的S參數(shù)為-20分貝。
圖9C的圖顯示，在2. 4至2. 45千兆赫的預(yù)定操作頻率時(shí)，傳輸系數(shù)(S21)和反射系數(shù)(S11、S22及S3!3)的變化對(duì)電感值上的變化。具有固定幾何尺寸的傳統(tǒng)半導(dǎo)體制程在不同批晶圓的電感值上典型地具有+/-5%的變化，因此，’在0. 8毫微亨利標(biāo)稱值，最壞狀況的S參數(shù)為-25分貝。
圖9D的圖顯示，在2. 4至2. 45千兆赫的預(yù)定操作頻率時(shí)，傳輸系數(shù)(S21)和反射系數(shù)(Sll、S22及S33)的變化對(duì)耦合系數(shù)值(coupling coefficient values)上的變化。要了解，具有固定幾何尺寸的傳統(tǒng)半導(dǎo)體制程在不同批晶圓的耦合系數(shù)上典型地具有 +/-5%的變化，因此，在0. 9標(biāo)稱k值，最壞狀況的S參數(shù)為-25分貝。
圖9E的圖顯示，在2. 4至2. 45千兆赫的預(yù)定操作頻率時(shí)，傳輸系數(shù)(S21)和反射系數(shù)(Sll、S22及S3!3)的變化對(duì)電感值損失的變化。在2奧姆至4. 8奧姆之間變動(dòng)時(shí)，最壞狀況的電感損失影響S參數(shù)至少低于-20分貝。
圖9F及圖9G的圖分別顯示，傳輸系數(shù)(S21)和反射系數(shù)(Sll、S22及S33)的變化對(duì)第一分離端口 Pl和共同端口 P2的阻抗的變化。即使經(jīng)過大變化，在50奧姆的標(biāo)稱值時(shí)，第一分離端口 Pl和該共同端口 P2之間的隔離仍是高的。此外，共同端口 P3的匹配條件比分離端口 Pl或P2更佳。
在此所示特點(diǎn)只是舉例提供圖示說明本發(fā)明實(shí)施例的目的，并為了提供據(jù)信是最有用且容易了解本發(fā)明原理及概念的說明而展現(xiàn)。就此點(diǎn)而言，并未顯示比本發(fā)明基本了解更詳細(xì)的本發(fā)明細(xì)節(jié)，配合附圖所進(jìn)行的說明使那些熟知此項(xiàng)技術(shù)的人士明白如何具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一些形式。
權(quán)利要求
1.一種具有一預(yù)定操作頻率的射頻(RF)功率分配器電路，其特征在于，該電路包含 一共同端口；一第一分離端口； 一第二分離端口；一第一電路組件，連接至該第一分離端口和該共同端口 ； 一第二電路組件，連接至該第二分離端口和該共同端口 ；一共振電路組件，并行連接至該第一分離端口和該第二分離端口，該共振電路組件在該預(yù)定操作頻率定義一平行共振，利用該第一和第二分離端口中其中之一對(duì)應(yīng)者上的信號(hào)，相對(duì)應(yīng)結(jié)合該第一和第二電路組件其中之一端口。
2.如權(quán)利要求1所述的功率分配器電路，其特征在于，所述共同端口的阻抗是該第一分離端口和該第二分離端口的阻抗的一分?jǐn)?shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的功率分配器電路，其特征在于，所述施加至該共同端口的信號(hào)是，由該第一分離端口和該第二分離端口以實(shí)際上相同相位和相同功率輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的功率分配器電路，其特征在于，所述施加至該第一分離端口的一第一信號(hào)和施加至該第二分離端口的一第二信號(hào)是由該共同端口以一結(jié)合信號(hào)方式輸出，該結(jié)合信號(hào)與該第一信號(hào)和該第二信號(hào)的相位相同，且該結(jié)合信號(hào)的功率是該第一信號(hào)和該第二信號(hào)的功率的一半。
5.一種具有一預(yù)定操作頻率的射頻(RF)功率分配器電路，其特征在于，該電路包含 一共同端口；第一和第二分離端口；一第一電感，連接至該第一分離端口和該共同端口 ； 一第二電感，連接至該第二分離端口和該共同端口 ； 一共振電容，并行連接至該第一分離端口和該第二分離端口 ； 一補(bǔ)償電阻，連接至該第一分離端口和該第二分離端口 ；其中該共振電容、該補(bǔ)償電阻與該第一和第二電感于該預(yù)定操作頻率，在該第一分離端口和該第二分離端口之間定義一平行共振電路。
6.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，所述共同端口的阻抗是該第一分離端口和該第二分離端口的阻抗的一分?jǐn)?shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述共同端口的阻抗是該第一分離端口和該第二分離端口的阻抗的一半。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電感和第二電感各選取的值相等， 用以最小化插損。
9.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，所述施加至該共同端口的信號(hào)是，由該第一分離端口和該第二分離端口以實(shí)際上相同相位和相同功率輸出。
10.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，所述施加至該第一分離端口的第一信號(hào)和施加至該第二分離端口的第二信號(hào)是由該共同端口以結(jié)合信號(hào)方式輸出，該結(jié)合信號(hào)與該第一信號(hào)和該第二信號(hào)同相位，且為該第一信號(hào)和該第二信號(hào)的功率的一半。
11.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，所述補(bǔ)償電阻串行連接著該共振電容。
12.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，所述補(bǔ)償電阻并行連接該共振電容。
13.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，所述補(bǔ)償電阻具有一選取的值，于該預(yù)定操作頻率下，用以最大化該第一分離端口和該第二分離端口之間的隔離。
14.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，在該預(yù)定操作頻率下，該第一分離端口和該第二分離端口之間的隔離大于20分貝(dB)。
15.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，所述第一和第二電感、該共振電容與該補(bǔ)償電阻是制造在單一半導(dǎo)體裸片上。
16.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，該功率分配器電路還包含一第一補(bǔ)償電容，連接至該第一分離端口并串行連接至該第一電感；及一第二補(bǔ)償電容，連接至該第二分離端口并串行連接至該第二電感。
17.如權(quán)利要求16所述的功率分配器電路，其特征在于，所述第一補(bǔ)償電容和第二補(bǔ)償電容具有選取的值，于該預(yù)定操作頻率下，用以最小化相對(duì)應(yīng)該第一分離端口和該第二分離端口其中之一者的回?fù)p。
18.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，該功率分配器電路還包含一第一補(bǔ)償電容，連接至該共同端口并串行連接至該第一電感和該第二電感。
19.如權(quán)利要求18所述的功率分配器電路，其特征在于，所述第一補(bǔ)償電容具有一選取的值，于該預(yù)定操作頻率下，用以最小化該第一和第二分離端口與共同端口中每個(gè)端口的回?fù)p。
20.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，所述第一電感和該第二電感相華禹合 。
21.如權(quán)利要求20所述的功率分配器電路，其特征在于，所述第一和第二電感兩者是制造在一半導(dǎo)體裸片的一單層上。
22.如權(quán)利要求21所述的功率分配器電路，其特征在于，所述耦合的第一電感和第二電感的耦合系數(shù)約為0.7。
23.如權(quán)利要求20所述的功率分配器電路，其特征在于，所述第一電感是制造在一半導(dǎo)體裸片的一第一層中；及所述第二電感是制造在不同于該第一層的半導(dǎo)體裸片的一第二層中。
24.如權(quán)利要求23所述的功率分配器電路，其特征在于，所述耦合的第一電感和第二電感的耦合系數(shù)約為0.9。
25.如權(quán)利要求5所述的功率分配器電路，其特征在于，該功率分配器電路還包含一阻抗轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，插置于該共同端口和一第一接點(diǎn)之間，該第一接點(diǎn)是由該第一和第二電感互連處所定義的，該共同端口的阻抗實(shí)際上等效于該第一分離端口和該第二分離端口的阻抗。
26.如權(quán)利要求25所述的功率分配器電路，其特征在于，所述第一接點(diǎn)的阻抗是該第一分離端口和該第二分離端口的阻抗的一分?jǐn)?shù)。
27.如權(quán)利要求25所述的功率分配器電路，其特征在于，所述第一接點(diǎn)的阻抗是該第一分離端口和該第二分離端口的阻抗的一半。
全文摘要
本發(fā)明提供一種射頻功率分配器電路。該電路具有一預(yù)定操作頻率，并包含一第一分離端口、一第二分離端口、一共享端口。一第一電感連接至該第一分離端口和該共享端口，且一第二電感連接至該第二分離端口和該共享端口。此外，一共振電容和一補(bǔ)償電阻并行跨接于該第一分離端口和該第二分離端口。因此在該預(yù)定操作頻率定義一平行共振電路。
文檔編號(hào)H01P3/08GK102498612SQ200980159634
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者奧萊克桑德·戈?duì)柊蛦谭?申請(qǐng)人:Rf智能公司