專利名稱：改進(jìn)正交混合電路和芯片尺度封裝中使用其的改進(jìn)矢量調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交混合電路，特別涉及一種新穎的正交混合電路，還涉及矢量調(diào)制器，特別涉及一種小的芯片尺度封裝(CSP，Chip Scale Package)中包含的使用該新穎正交混合電路的矢量調(diào)制器。
正交混合電路為一種通常用于分解(split)和合并信號(hào)的電路。正交混合電路廣泛地用于功率放大器，以及用于要求噪聲減少和信號(hào)清晰度的其它應(yīng)用。通常，在需要分解或共享信號(hào)的應(yīng)用如采樣應(yīng)用、測(cè)試應(yīng)用和檢測(cè)器應(yīng)用中，它們也用作耦合器(coupler)。
由于可使用正交混合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)功率分配(division)及移相，正交混合電路是用于創(chuàng)建噪聲減少電路的有效工具。一種用于消除不需要的噪聲信號(hào)的普及的技術(shù)，如互調(diào)失真，將信號(hào)分(divide)為兩半以形成兩個(gè)相位相差180度的分離的信號(hào)，然后重新合并這兩個(gè)信號(hào)。這使得這兩個(gè)信號(hào)在重新合并時(shí)彼此相消；由此，消除了不需要的噪聲信號(hào)。
在開(kāi)發(fā)正交混合電路之前，通過(guò)使用功率分配器電路分解信號(hào)，并且通過(guò)使用不同長(zhǎng)度(計(jì)算出來(lái)使得產(chǎn)生期望的相移)的傳輸線產(chǎn)生相移來(lái)完成此過(guò)程。然而，使用傳輸線產(chǎn)生相移需要極大部分的寶貴的集成電路面積，因此對(duì)于很多應(yīng)用并不實(shí)用。
響應(yīng)對(duì)于分配和移動(dòng)信號(hào)的更好的手段的需要，開(kāi)發(fā)了正交混合電路。

圖1示出了用以代表電路圖中的正交混合電路的符號(hào)。圖1所示的符號(hào)表明了正交混合電路的功能。將輸入施加到RF IN端口101。輸入信號(hào)在兩個(gè)輸出(102a和102b)之間分配。兩個(gè)輸出具有相等的幅度，但是相位改變90度。正交混合電路103的剩余輸出穿過(guò)50歐姆的端接電阻器(terminating resistor)到地。此端口給正交混合電路提供所需要的絕緣。正交混合電路的實(shí)際電路結(jié)構(gòu)通常至少包括一對(duì)電感器和一對(duì)電容器。在現(xiàn)有技術(shù)中，各種各樣的正交混合電路結(jié)構(gòu)已廣為人知。
已使用分立組件構(gòu)造根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的正交混合電路。將一對(duì)分立電感器和一系列分立電容器安裝到印刷電路板以形成正交混合電路。此方法極其占用空間，對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)不實(shí)用。它還需要大量的組件和冗長(zhǎng)的裝配時(shí)間。
在減少正交混合電路的尺寸和成本的努力中，已做出將元件(element)合并到集成電路中的努力。然而，這些努力僅取得了有限的成功?？蓪⑿枰碾姼衅骱喜⒌郊呻娐分?；然而，正交混合電路正確運(yùn)行需要附加的電容器。添加分立電容器增加了形成正交混合電路所需的空間?？赏ㄟ^(guò)薄膜沉積技術(shù)將電容器合并到集成電路中。然而，由于電容器需要集成電路上較大的面積，通常比電感器大，這將相當(dāng)大地增加混合電路必要的芯片面積。
一個(gè)通常使用在功率放大器中用于抵消噪聲的正交混合電路的電路為矢量調(diào)制器。矢量調(diào)制器電路使用一系列正交混合電路以提供改變RF信號(hào)的相位和幅度的手段。它們通常在功率放大器中使用以提高信號(hào)純度和提供數(shù)字調(diào)制。
功率放大器使用前饋回路來(lái)提高信號(hào)純度。可能因多個(gè)(multiple)RF信號(hào)的混合而產(chǎn)生信號(hào)的互調(diào)失真。這些不想要的失真信號(hào)稱為互調(diào)產(chǎn)物。為抵消這些不想要的互調(diào)產(chǎn)物，創(chuàng)建具有相等的幅度和180度的相位差的信號(hào)，并與每個(gè)互調(diào)產(chǎn)物合并。
直到最近，這一點(diǎn)通過(guò)使用與用于控制信號(hào)相位的可變移相器串聯(lián)的可變衰減器來(lái)控制幅度。然而，由于需要眾多的組件和復(fù)雜的電路，此方法在大量生產(chǎn)環(huán)境中為不佳的方案。另外，可變移相器包含固有的相變限制。盡管使用可變移相器有可能達(dá)到滿360度的移相范圍，但是不可能隨機(jī)選取特定的相位值。這意味著，為了達(dá)到特定的相位值，可變移相器必須在整個(gè)取值范圍內(nèi)依次循環(huán)以選定期望的相移。這導(dǎo)致與此技術(shù)相關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。這可導(dǎo)致前饋放大性能顯著降低。
為克服這些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了矢量調(diào)制器。矢量調(diào)制器用于改變RF信號(hào)的相位和幅度。矢量調(diào)制器使用一系列正交混合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相位和幅度的調(diào)節(jié)。圖2圖解了包括包含兩個(gè)隔離的輸出202a、202b的輸入正交混合電路201的矢量調(diào)制器。每個(gè)輸出饋送給單獨(dú)的電壓可變衰減器。每個(gè)電壓可變衰減器包括以匹配二極管(205a、205b、205c、205d)或場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)端接在兩個(gè)輸出端口上的正交混合電路(203a和203b)。這形成了吸收式衰減器。將每個(gè)電壓可變衰減器的隔離的端口饋送給另一個(gè)作為功率合成器的正交混合電路207。來(lái)自于功率合成器207的輸出信號(hào)為具有新相位和幅度的RF輸入信號(hào)。
矢量調(diào)制器被合并到前饋放大器中，以在不存在與先前使用的可變衰減器及可變移相器相關(guān)的問(wèn)題的情況下消除互調(diào)失真。
雖然矢量調(diào)制器的使用是對(duì)包括與可變移相器串聯(lián)的可變衰減器的電路的顯著改進(jìn)，但是它們?nèi)杂腥舾删窒?。由于它們包括上述若干?dú)特的元件，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的矢量調(diào)制器不適合大量生產(chǎn)技術(shù)。需要大量的手工裝配來(lái)制造矢量調(diào)制器，這導(dǎo)致該裝置較為昂貴。由于包含上述正交混合電路的元件的原因，矢量調(diào)制器不能容易地集成到集成電路中。
另外，作為在此包含的混合電路需要的大尺寸的結(jié)果，現(xiàn)有技術(shù)的矢量調(diào)制器為相對(duì)較大的裝置。在現(xiàn)有技術(shù)中使用的典型集成電路矢量調(diào)制器的最小的x和y尺寸為大約25毫米×31毫米，這使得矢量調(diào)制器成為前饋放大器的面積集中(area intensive)元件。
期望開(kāi)發(fā)這樣一種裝置，其可執(zhí)行所需要的矢量調(diào)制(相移和幅度衰減)，而其較小且有助于合并到集成電路中，并且，因此更適合于大量生產(chǎn)技術(shù)。這將能夠在保留矢量調(diào)制器的性能優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，減少在電路板上所需要的空間(real estate)的成本和數(shù)量。
本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的正交混合電路以及一種合并改進(jìn)的正交混合電路的改進(jìn)的矢量調(diào)制器。根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路去除了在現(xiàn)有技術(shù)中必需的分離的電容器，作為替代，改變正交混合電路的電感器的物理布局，以內(nèi)在地提供用于矢量調(diào)制器的電容。通過(guò)去除電容器，根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路適合裝入到小的集成電路中，并且能夠在芯片尺度應(yīng)用中使用。
根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路提供在現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)現(xiàn)的信號(hào)耦合和相位移動(dòng)；然而，根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路不需要分離的電感器和電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)所期望的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路包括兩個(gè)在集成電路上形成的螺旋電感器。第一螺旋電感器和第二螺旋電感器在集成電路中分離的襯底層上形成。第一和第二電感器跨電介質(zhì)寄生耦合，以允許在兩個(gè)輸出之間分配經(jīng)由RF輸入進(jìn)入正交混合電路的RF信號(hào)。
螺旋電感器設(shè)置為使得在由絕緣層分隔的金屬層上形成第一螺旋電感器和第二螺旋電感器。因此，與絕緣層結(jié)合的兩個(gè)電感器作為被介電層分隔的電容器的兩極板(plate)。通過(guò)設(shè)計(jì)螺旋電感器以實(shí)現(xiàn)正交混合電路所需要的電容，消除了增加額外的電容器的需要。控制螺旋電感器的尺寸和間距以允許所產(chǎn)生的電容等于正交混合電路所需要的電容，以便按期望工作。
本發(fā)明的另外一方面提出了一種將一系列根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路合并裝入單片微波集成電路(MMIC)的改進(jìn)的矢量調(diào)制器。根據(jù)本發(fā)明的矢量調(diào)制器使用與一系列二極管結(jié)合的MMIC芯片以進(jìn)行矢量調(diào)制。所有組件合并到單個(gè)小芯片尺度封裝中。
可將根據(jù)本發(fā)明的矢量調(diào)制器封裝進(jìn)尺寸為大約4毫米乘以6毫米的小芯片尺度封裝中。
作為其獨(dú)特的配置的結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的矢量調(diào)制器的芯片尺度封裝提供較好的電子性能。通過(guò)將矢量調(diào)制器的正交混合電路放進(jìn)帶有提供RF地的柄(paddle)的芯片尺度封裝中，減少了路徑長(zhǎng)度。這又減少了所生成的電感量，因而改進(jìn)了矢量調(diào)制器的電子性能。
現(xiàn)在參照附圖通過(guò)舉例來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中圖1為用于在電路框圖中代表正交混合電路的符號(hào)。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的矢量調(diào)制器的方框圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路的電路圖。
圖4為圖解根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路的組件的結(jié)構(gòu)和關(guān)系的圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的矢量調(diào)制器的方框圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的芯片尺度封裝的裝配圖。
根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路包括合并到集成電路中的第一螺旋電感器和第二螺旋電感器，在兩個(gè)螺旋電感器之間具有介電層。通過(guò)配置電感器和介電層的物理布局以內(nèi)在地提供期望的電容來(lái)提供電容；因此可以消除構(gòu)造單獨(dú)的電容器的需要。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的正交混合電路的分解透視圖，圖4為其等價(jià)電路圖。首先參照?qǐng)D4的電路圖，該電路包括帶有在所示電感器端子之間耦接的電容器401、402的一對(duì)并聯(lián)的電感器409、410。在節(jié)點(diǎn)411處施加輸入。將在輸入端411施加的信號(hào)的一部分通過(guò)電容器401(與輸入信號(hào)的頻帶相關(guān)地選擇其值，以自由地通過(guò)輸入信號(hào))以大約45度的相變和減少了的幅度傳送到輸出節(jié)點(diǎn)413。在通過(guò)了提供-45度的輸出相位的電感器之后，輸入信號(hào)的另一部分出現(xiàn)在輸出端415。兩個(gè)輸出之間的相位差為90度。剩余的電容器表示通常在這樣的電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)中固有的寄生電容。因此，電容器403、404、405、406、407和408的值遠(yuǎn)小于電容器401和402的值。盡管如此，出于精確性和完整性的考慮，仍然示出電容器403、404、405、406、407和408，但是，事實(shí)上，其經(jīng)常是不期望。
相對(duì)于電路圖中示出的所有其它電容器，電容器401和402為主要的電容器。為了使正交混合電路起到根據(jù)本發(fā)明所期望的功能，將這些電容有意地設(shè)計(jì)到電路中。
圖3圖解了根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路的結(jié)構(gòu)。在集成電路的第一金屬層中形成第一螺旋電感器301。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用單片微波集成電路(MMIC)；然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可使用各種類型的集成電路制造。在圖3中表示為空氣或間隔的絕緣層317沉積在第一螺旋電感器301的頂部，而第二電感器303沉積在絕緣層317的頂部。實(shí)際上，本發(fā)明的實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，絕緣層很可能為電介質(zhì)金屬。然而，為了不掩蓋其它電路元件，絕緣層317在圖3中僅顯示為間隔。絕緣層服務(wù)于兩個(gè)目的。首先，其提供兩個(gè)螺旋電感器301、303之間需要的間距以允許適當(dāng)級(jí)別的寄生耦合。其次，其充當(dāng)使電感器的兩個(gè)螺旋能夠起到電容器的功能所需的電介質(zhì)，因此，消除了對(duì)單獨(dú)的電容器的需要。
在布置在絕緣層317的頂部的金屬層上形成第二螺旋電感器303。在優(yōu)選實(shí)施例中，第二螺旋電感器303為第一螺旋電感器301的精確復(fù)制，并且位于第一螺旋的正上方。將RF信號(hào)施加到頂部螺旋電感器303的RF輸入305。作為寄生耦合的結(jié)果，信號(hào)在兩個(gè)螺旋電感器之間分配。頂部螺旋電感器303的螺旋軌跡的末端308(輸入端的相對(duì)端)連接到穿過(guò)絕緣層317向下延伸到第二輸出309的通路(via)313。位于頂部螺旋電感器303的輸入末端正下方的較低螺旋電感器301的末端包括第一輸出307。在第一輸出307和第二輸出302上取得的輸出幅度相等(各為輸入信號(hào)的二分之一)，相位相差90度。
與第一輸出307相對(duì)的較低螺旋電感器301的末端310經(jīng)由50歐姆的終端3 11端接到地。這為從較低螺旋電感器301反射回來(lái)的輸入信號(hào)的任何部分提供到地的漏(drain)，以阻止這些反射返回到輸入。
根據(jù)本發(fā)明，物理地配置并聯(lián)的螺旋電感器301、303以內(nèi)在地提供兩個(gè)電感器409、410之間的電容401、402。兩個(gè)并聯(lián)的導(dǎo)電極板之間的電容由下面的公式給出C=E0ErAD]]>其中，C＝電容
E0＝自由空間的介電常數(shù)(等于8.854e-12)Er＝兩極之間的絕緣體的介電系數(shù)A＝每個(gè)電容極板的面積D＝電容極板之間的距離，其等于絕緣層的厚度利用此公式，可選擇螺旋電感器和/或其間的絕緣層的布置參數(shù)，以提供其值等于期望值的有效電容401、402。在上面的公式中，C為我們希望設(shè)為已知值的變量。E0為常數(shù)。因此，可調(diào)整任意或所有的下述內(nèi)容(1)介電層的厚度，即公式中的D；(2)介電層的介電系數(shù)，即公式中的Er；(3)螺旋電感器的導(dǎo)電軌跡的寬度；以及(4)螺旋電感器的導(dǎo)電軌跡的長(zhǎng)度，其中，軌跡的寬度和長(zhǎng)度共同決定公式中的變量A。出于在電路的制造過(guò)程中的需要和優(yōu)選的原因，在很多情況下，介電層的厚度D及其介電系數(shù)Er可能實(shí)際上不可調(diào)整。在這些情況下，設(shè)計(jì)者將對(duì)電感器的軌跡的寬度和長(zhǎng)度中的一個(gè)或全部做工作。在優(yōu)選實(shí)施例中，絕緣層由介電系數(shù)為3.9的氮化硅構(gòu)成。在優(yōu)選實(shí)施例中，此層為0.75微米厚。此厚度由用于形成層的制造過(guò)程限定。
給定E0、Er和D為已知值，為了實(shí)現(xiàn)期望的電容量C，需要控制面積A?？偯娣eA基本上為軌跡的總長(zhǎng)度乘以其寬度。
在優(yōu)選實(shí)施例中，用于形成螺旋電感器的軌跡的寬度為大約0.6微米。選擇這一寬度是因?yàn)槠錇樵谒x的特定制造過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)的最小實(shí)際寬度，并且確信選擇最小可能寬度可使電路具有最小的總模(die)面積。因此，調(diào)整軌跡的長(zhǎng)度以達(dá)到產(chǎn)生使正交混合電路正確工作需要的電容的面積A。
然而，調(diào)整螺旋電感器的軌跡的長(zhǎng)度以產(chǎn)生期望的電容也可影響螺旋電感器的電感值。電感值還受到軌跡的各個(gè)支路(leg)彼此的間隔的影響。因此，給定軌跡的面積可調(diào)整螺旋軌跡的各個(gè)支路之間的間隔，以產(chǎn)生期望的電感值。通過(guò)使用適當(dāng)?shù)墓胶?或電路仿真軟件，可確定間隔參數(shù)以匹配帶有期望電容的期望電感。在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)螺旋電感器的軌跡之間的間隔等于軌跡的寬度，均等于0.6微米。用于創(chuàng)建根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路的螺旋電感器的總尺寸為200微米×200微米。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的構(gòu)造正交混合電路的技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)這么小的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路提供適合于集成電路制造的正交混合電路，使其比現(xiàn)有技術(shù)的正交混合電路具有更高的成本效率。因?yàn)槠洳恍枰獑为?dú)的電容器，并且，可被制造為非常小的尺寸，所以其對(duì)于以前由于尺寸的緣故而不適合芯片尺度封裝的應(yīng)用較為有用。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路對(duì)創(chuàng)建矢量調(diào)制器提供了更進(jìn)一步地提高。
在現(xiàn)有技術(shù)中，矢量調(diào)制器為較大裝置，其不適合裝配在集成電路或芯片尺度封裝上。通過(guò)使用一系列根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路，可構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的提供具有360度移相范圍并且有最小10分貝的衰減的矢量調(diào)制的改進(jìn)的矢量調(diào)制器。在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的矢量調(diào)制器在UMTS頻帶(2040赫茲到2240赫茲)中工作；然而，應(yīng)當(dāng)理解，可將其用于其它頻帶。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的矢量調(diào)制器包括MMIC 601以及如圖6所示的四個(gè)PIN二極管605a、605b、605c和605d。圖5為MMIC芯片的內(nèi)部工作的方框圖。MMIC部分包括三端口90度混合電路501、3個(gè)超前/滯后濾波器(502a、502b)、2個(gè)根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路(503a、503b)以及同相功率分配器507。
將MMIC與四個(gè)PIN二極管在小芯片尺度封裝(6毫米×4毫米)中結(jié)合以形成完成的矢量調(diào)制器。將在下面更詳細(xì)的討論每個(gè)元件。
單片微波集成電路MMIC配置為包括產(chǎn)生矢量調(diào)制器的期望性能的所需的混合電路和功率分配器組件。在優(yōu)選實(shí)施例中，從4密耳(mil)GaAs襯底中形成具有內(nèi)部接地通路的MMIC。MMIC的以及內(nèi)部通路的薄的特性使電路元件能夠放置在挨近接地層的位置。以這種方式，可使所創(chuàng)建的電感量最小化。
RF信號(hào)在輸入513處進(jìn)入MMIC。RF IN 513連接到輸入功率分配器501。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將現(xiàn)有技術(shù)矢量調(diào)制器中使用的四端口輸入功率分配器替換為與一對(duì)超前/滯后濾波器502a、502b結(jié)合使用的三端口輸入功率分配器501。將RF信號(hào)輸入施加到三端口功率分配器501的輸入，并且將功率分配器(508a、508b)的輸出各自施加到超前/滯后濾波器502a、502b。每個(gè)濾波器部分的相位為+45度和-45度；因此，可獲得90度的輸出相位差。這些元件的內(nèi)部組成在本領(lǐng)域中廣為人知；因此，不在這里討論這些元件的組成。
在MMIC中，來(lái)自于功率分配器(通過(guò)超前/滯后濾波器之后)的每個(gè)輸出流到如上所述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的正交混合電路(503a、503b)。對(duì)于每個(gè)正交混合電路，存在一對(duì)用來(lái)連接到匹配的PIN二極管(505a、505b、505c和505d)的輸出端口(504a、504b、504c和504d)。這些輸出與放置在MMIC的表面的輸出端口相對(duì)應(yīng)，并在圖6中在604a、604b、604c和604d顯示。
將每個(gè)正交混合電路的剩余輸出(509a、509b)連接到功率合成器507。該功率合成器507合并來(lái)自提供帶有可控幅度和相位的輸出的電壓可變衰減器的矢量。將所得信號(hào)通過(guò)RF輸出節(jié)點(diǎn)510輸出。用于RF輸出的端子限定在MMIC上，并且在圖6顯示為607。此端子連接到在被指定為RF OUT 615的芯片尺度封裝的管腳。
PIN二極管MMIC與一系列終端元件結(jié)合使用?？梢允褂冒≒IN二極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、或其它晶體管如PHEMT晶體管或雙極性晶體管的各種裝置作為終端元件。在優(yōu)選實(shí)施例中，為了使互調(diào)性能最大化，終端元件是PIN二極管。將PIN二極管505a、505b、505c和505d用于端接正交混合電路503a、503b。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，正交混合電路包含在MMIC中。以前由于需要使用獨(dú)立電容器，這是不可能的。然而，通過(guò)使用上述根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路，可以將正交混合電路制作在單個(gè)小型MMIC集成電路中。二極管505a、505b、505c和505d連接到與包含在MMIC中的正交混合電路的輸出對(duì)應(yīng)的MMIC輸出604a、604b、604c和604d。
芯片尺度封裝為了使所需要的PC板空間的量最小化，將MMIC和PIN二極管合并到芯片尺度封裝之中。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用尺寸為6毫米×4毫米的芯片尺度封裝。圖6示出了芯片尺度封裝的裝配圖。在芯片尺度封裝上放置有兩個(gè)RF連接(RF IN 613和RF OUT 615)和四個(gè)偏壓(bias)連接(617a、617b、618a、618b)。所有剩余的連接都耦接到地。在圖6中在619a、619b、619c和619d使出地連接。
偏壓管腳617a、617b、618a、618b提供操作PIN二極管所需要的電流。管腳617a和617c給與兩個(gè)包含在MMIC中的正交混合電路中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的二極管提供電流。管腳617b和617d給與兩個(gè)包含在MMIC中的正交混合電路中的第二個(gè)相關(guān)聯(lián)的二極管提供電流。通過(guò)改變提供給二極管的電流，可調(diào)整二極管的RF阻抗，這對(duì)于執(zhí)行矢量調(diào)制器中的可變衰減和移相功能是必要的。
在優(yōu)選實(shí)施例中，芯片尺度封裝的基底(base)和柄(paddle)為金屬的，并且提供RF地。這帶來(lái)比在現(xiàn)有技術(shù)中使用的矢量調(diào)制器更為優(yōu)良的電子性能。在現(xiàn)有技術(shù)中，矢量調(diào)制器電路通過(guò)使用通路來(lái)穿過(guò)基底(通常為陶瓷或?qū)訅翰牧?的襯底到接地表面，或通過(guò)在襯底周圍纏繞接地表面進(jìn)行連接來(lái)接地。這兩種方法都產(chǎn)生比在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中產(chǎn)生的電感更高級(jí)別的電感。在優(yōu)選實(shí)施例中，直接將芯片尺度封裝的基底焊接到地，從而提供非常低的電感路徑。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提出了一種在小芯片尺度封裝中的矢量調(diào)制器。由于其通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)正交混合電路，合并了MMIC中進(jìn)行矢量調(diào)制所需要的電路元件，所以其適合于有效的大量生產(chǎn)。通過(guò)減少制造和裝配時(shí)間，相對(duì)于現(xiàn)有矢量調(diào)制器，這產(chǎn)生了顯著的成本節(jié)約。整個(gè)組裝件合并到尺寸為6毫米×4毫米的小芯片尺度封裝中，這與用于執(zhí)行矢量調(diào)制的現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比，這是尺寸上顯著的減小。根據(jù)本發(fā)明的矢量調(diào)制器的小尺寸導(dǎo)致所需要的板空間的量相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的矢量調(diào)制器顯著地減小，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的矢量調(diào)制器的尺寸為大約25毫米×31毫米或更大。根據(jù)本發(fā)明的矢量調(diào)制器的物理尺寸也導(dǎo)致與矢量調(diào)制器相關(guān)聯(lián)的更低的電感，其又導(dǎo)致更佳的電子性能。
應(yīng)當(dāng)理解，前述作為說(shuō)明性的而并非限定性的，并且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神的情況下作出明顯的修改。因此，本說(shuō)明書(shū)試圖覆蓋這些包含在所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍中的替換、修改和等價(jià)物。
權(quán)利要求
1.一種起具有多個(gè)電感器和多個(gè)電容的正交混合電路的作用的電路，其中，所有所述電容都是內(nèi)在的。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，包括其中，所述多個(gè)電感器包括第一螺旋電感器和第二螺旋電感器；所述電路還包括放置在所述第一螺旋電感器和所述第二螺旋電感器之間的絕緣層，其中，所述第一螺旋電感器和所述第二螺旋電感器以及所述絕緣層彼此相關(guān)地定位，以產(chǎn)生內(nèi)在電容。
3.如所述的電路，其中，所述第一螺旋電感器和所述第二螺旋電感器對(duì)齊。
4.如權(quán)利要求2所述的電路，還包括第一輸出和第二輸出，其中，所述第二輸出與所述第一輸出相比有大約90度的相位差。
5.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述第一螺旋電感器、所述第二螺旋電感器和所述絕緣層包含在單片微波集成電路中。
6.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述絕緣層包括氮化硅。
7.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述第一螺旋電感器和所述第二螺旋電感器的總長(zhǎng)度和寬度尺寸各為大約200微米×200微米。
8.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述第一螺旋電感器和所述第二螺旋電感器的表面積受控制，以產(chǎn)生特定的內(nèi)在電容，所述表面積根據(jù)下面的參數(shù)確定C=E0ErAD]]>其中C＝電容E0＝自由空間的介電常數(shù)(等于8.854e-12)Er＝兩極板之間的絕緣體的介電系數(shù)A＝每個(gè)電容極板的面積D＝電容極板之間的距離，其等于所述絕緣層的厚度。
9.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述第一螺旋電感器和所述第二螺旋電感器還各包括具有軌跡長(zhǎng)度、軌跡寬度和所述軌跡的線彼此之間的間隔的螺旋軌跡，其中，所述軌跡長(zhǎng)度、所述軌跡寬度和所述間隔被選擇為提供預(yù)定電容。
10.如權(quán)利要求8所述的電路，其中，所述第一螺旋電感器和所述第二螺旋電感器還各包括具有軌跡長(zhǎng)度、軌跡寬度和所述軌跡的線彼此之間的間隔的螺旋軌跡，其中，所述軌跡長(zhǎng)度、所述軌跡寬度和所述間隔被選擇為提供預(yù)定電容。
11.如權(quán)利要求2所述的電路，還包括經(jīng)由50歐姆的終端端接到地的第三輸出。
12.一種用于進(jìn)行矢量調(diào)制的電路，所述電路被裝入芯片尺度封裝中，該電路包括MMIC；多個(gè)終端元件。
13.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述MMIC還包括兩個(gè)正交混合電路，其中，所述正交混合電路包括第一螺旋電感器和第二螺旋電感器；放置在所述第一螺旋電感器和所述第二螺旋電感器之間的絕緣層，其中，所述第一螺旋電感器和所述第二螺旋電感器以及所述絕緣層彼此相關(guān)地定位，以產(chǎn)生內(nèi)在電容。
14.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述芯片尺度封裝的尺寸為大約4毫米×6毫米。
15.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述MMIC包括GaAs層。
16.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述GaAs層的厚度約等于.004″。
17.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述MMIC配置為包括輸入正交混合電路；第一正交混合電路和第二正交混合電路；以及輸出功率合成器。
18.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述輸入正交混合電路驅(qū)動(dòng)器還包括三端口功率分配器；第一和第二超前/滯后濾波器，所述第一濾波器具有45度的超前相移，而所述第二濾波器具有45度的滯后相移。
19.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述終端元件為PIN二極管。
20.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述終端元件為場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
21.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所使用的終端元件的數(shù)目等于四。
22.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述芯片尺度封裝包括柄，所述柄是金屬的，并且電耦接到地。
23.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述芯片尺度封裝包括多個(gè)偏壓管腳，以將電流提供給所述二極管。
24.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述芯片尺度封裝還包括用于接受第一RF信號(hào)的輸入管腳；以及，用于輸出第二RF信號(hào)的輸出管腳，所述第二信號(hào)為在對(duì)所述第一RF信號(hào)進(jìn)行矢量調(diào)制處理之后的產(chǎn)物。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種正交混合電路，其包括由絕緣層分開(kāi)以內(nèi)在地提供所有必要的電容的第一螺旋電感器和第二螺旋電感器。此外，提出了一種矢量調(diào)制器電路，其在包含在芯片尺度封裝中的MMIC上合并多個(gè)正交混合電路。
文檔編號(hào)H03H7/21GK1620754SQ03802588
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月22日
發(fā)明者肖恩·P·鮑韋爾, 西蒙·D·蓋伊, 克里斯托弗·D·韋甘德 申請(qǐng)人:M/A-Com公司