專(zhuān)利名稱(chēng)：射頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率放大器，特別是涉及一種具有新的變壓器結(jié)構(gòu)形式的射頻功率放大器，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代無(wú)線通訊向高速大容量方向的演進(jìn)，用戶(hù)對(duì)寬帶通訊的要求不斷提高， 下一代的技術(shù)對(duì)射頻和微波功率放大器的性能也越來(lái)越苛刻。對(duì)于手機(jī)中的功率放大器芯片應(yīng)用來(lái)說(shuō)，其最高供電電壓不超過(guò)4. 2V，其典型的電源電壓為3. 3V，而在此狀況下若要有3W的功率輸出，在不考慮膝點(diǎn)電壓的情況下，其所需的最優(yōu)化阻抗為1.7 Ω左右，而功率放大器最終輸出的阻抗要求為50 Ω，因此在功放晶體管的輸出到功率放大器最終的輸出端之間需要一個(gè)阻抗變換網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成最優(yōu)化阻抗到 50 Ω輸出阻抗之間的變換。而使用一階LC阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸效率以及有用帶寬都會(huì)隨著阻抗變換比的增大而降低，也就是說(shuō)，在輸出大功率的情況下，一階LC阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸效率以及有用帶寬會(huì)非常低。使用二階LC網(wǎng)絡(luò)會(huì)減緩上述問(wèn)題，但是會(huì)大大增加片外調(diào)試的復(fù)雜度。目前可以在輸出端采用片上變壓器的形式來(lái)完成阻抗變換，在解決在高功率輸出情況下阻抗變換比對(duì)阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸效率以及有用帶寬影響的同時(shí)，可以使得射頻功率放大器芯片的集成度高、片外匹配調(diào)試簡(jiǎn)單。但這種方式需要一種匝數(shù)比為1 :η的耦合效率高、帶寬大、損耗小的片上變壓器，其中η為阻抗變換比。對(duì)于傳統(tǒng)的匝數(shù)比為1 :η的變壓器形式來(lái)說(shuō)，當(dāng)次級(jí)線圈匝數(shù)>2時(shí)，次級(jí)線圈將不可避免地產(chǎn)生自耦合，從而會(huì)降低變壓器的耦合效率，使得最終變壓器的插損增大。鑒于現(xiàn)有射頻功率放大器的片上變壓器存在體積大、加工工藝復(fù)雜、耦合效率不高等問(wèn)題。本申請(qǐng)人注意到目前還沒(méi)有解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種改進(jìn)射頻功率放大器的變壓器形式，使之具有耦合效率高、帶寬大、損耗小特點(diǎn)的射頻功率放大器。本發(fā)明給出的技術(shù)解決方案是這種射頻功率放大器，包括有片上變壓器，其特點(diǎn)是片上變壓器的初級(jí)線圈由兩個(gè)線圈指條并聯(lián)而成，內(nèi)嵌于次級(jí)線圈的三個(gè)線圈之間，這樣可以加大初級(jí)線圈的電流承受能力，更重要的是增加了與次級(jí)線圈的耦合，提高耦合效率。為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，使信號(hào)在初級(jí)的兩個(gè)并聯(lián)線圈中的時(shí)延相同，設(shè)計(jì)中使得兩個(gè)線圈交叉結(jié)合，所述片上變壓器初級(jí)線圈的兩個(gè)并聯(lián)線圈分別分為兩部分， 內(nèi)線圈的一半與外線圈的一半結(jié)合，這樣，就可以得到兩個(gè)相同時(shí)延的并聯(lián)初級(jí)線圈。為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，考慮到總體的面積以及走線的復(fù)雜性，直接將接地通孔內(nèi)置于線圈內(nèi)部，將初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的接地端直接連到線圈內(nèi)部的接地通孔，在節(jié)省面積的同時(shí)，也減少了走線的寄生電阻。為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述片上變壓器初級(jí)線圈輸入端的上下兩層金屬走線連接處所需要的過(guò)孔為上下兩層金屬構(gòu)成的MIM電容，該電容在電路中為耦合電容， 隔絕直流，這樣可以不但可以節(jié)省面積，而且可以減少了上下兩層金屬走線連接處的過(guò)孔的寄生因素。同樣，所述片上變壓器次級(jí)線圈的輸出端匹配所需要的電容可以取代過(guò)孔，做到上下兩層金屬走線的交接處。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是解決現(xiàn)有的射頻功率放大器體積大、加工工藝復(fù)雜、耦合效率不高等問(wèn)題。這種射頻功率放大器可以提高變壓器本身所承受的電流，減小變壓器所需要的面積，從而節(jié)省芯片的面積。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的變壓器的整體方案。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的變壓器的插入損耗的仿真結(jié)果。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種應(yīng)用于射頻功率放大器中的片上變壓器的實(shí)現(xiàn)方案，該方案主要完成功率放大器的輸出阻抗變換。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。該方案主要應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)中的前端發(fā)射機(jī)中，輔助射頻功率放大器將經(jīng)過(guò)上變頻后的信號(hào)無(wú)失真地放大，傳送給天線發(fā)射出去。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的片上變壓器方案由初級(jí)線圈和次級(jí)線圈組成。其中初級(jí)線圈由兩個(gè)并聯(lián)的線圈指條101和線圈指條102組成，內(nèi)嵌于次級(jí)線圈的三個(gè)線圈103 之間，這樣可以加大初級(jí)線圈的電流承受能力，更重要的是增加了與次級(jí)線圈的耦合，提高耦合效率。為了使信號(hào)在初級(jí)線圈兩個(gè)并聯(lián)的線圈中時(shí)延相同，設(shè)計(jì)中使得兩個(gè)線圈交叉結(jié)合，g卩，將兩個(gè)并聯(lián)的線圈分別分為兩部分，內(nèi)線圈的一半與外線圈的一半結(jié)合，這樣，就可以得到兩個(gè)相同時(shí)延的并聯(lián)初級(jí)線圈。考慮到總體的面積以及走線的復(fù)雜性，直接將接地通孔內(nèi)置于線圈內(nèi)部，將初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的接地端直接連到線圈內(nèi)部的接地通孔，在節(jié)省面積的同時(shí)，也減少了走線的寄生電阻。變壓器初級(jí)線圈輸入端的上下兩層金屬走線連接處所需要的過(guò)孔處104使用上下兩層金屬構(gòu)成的MIM電容代替，該電容在電路中為耦合電容，隔絕直流，這樣可以不但可以節(jié)省面積，而且可以減少了上下兩層金屬走線連接處的過(guò)孔帶來(lái)的寄生因素。同樣，在變壓器次級(jí)線圈指條的上下兩層金屬走線過(guò)孔的位置105也可以放置輸出端匹配所需要的電容。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的變壓器的插入損耗的電磁場(chǎng)仿真結(jié)果，可以看出來(lái)在2 3GHz的頻帶范圍內(nèi)，變壓器的損耗在1.4dB以?xún)?nèi)，最低可達(dá)IdB左右。
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
1.一種射頻功率放大器，包括有片上變壓器，其特征在于片上變壓器的初級(jí)線圈由兩個(gè)線圈指條并聯(lián)構(gòu)成，內(nèi)嵌于次級(jí)線圈的三個(gè)線圈之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于片上變壓器初級(jí)線圈兩個(gè)并聯(lián)的線圈交叉結(jié)合，即兩個(gè)并聯(lián)的線圈分別分為兩部分，內(nèi)線圈的一半與外線圈的一半結(jié)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于接地通孔內(nèi)置于線圈內(nèi)部，將初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的接地端直接連到線圈內(nèi)部的接地通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于片上變壓器初級(jí)線圈的輸入端的上下兩層金屬走線連接處所需要的過(guò)孔為由上下兩層金屬構(gòu)成的MIM電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于片上變壓器次級(jí)線圈的輸出端的上下兩層金屬走線連接處所需要的過(guò)孔為次級(jí)線圈輸出端匹配所需要的電容。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種射頻功率放大器，包括有片上變壓器，其特點(diǎn)是片上變壓器的初級(jí)線圈由兩個(gè)線圈指條并聯(lián)而成，內(nèi)嵌于次級(jí)線圈的三個(gè)線圈之間，以加大初級(jí)線圈的電流承受能力，增加與次級(jí)線圈的耦合，提高耦合效率；為了使信號(hào)在初級(jí)兩個(gè)并聯(lián)線圈中的時(shí)延相同，設(shè)置的初級(jí)兩個(gè)并聯(lián)線圈交叉結(jié)合，即初級(jí)線圈的兩個(gè)并聯(lián)線圈分別分為兩部分，內(nèi)線圈的一半與外線圈的一半結(jié)合。本發(fā)明可以提高變壓器本身所承受的電流，減小變壓器所需要的面積，從而節(jié)省芯片的面積，解決了現(xiàn)有的射頻功率放大器體積大、加工工藝復(fù)雜、耦合效率不高等問(wèn)題。
文檔編號(hào)H03F3/20GK102570994SQ20101060818
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者張健, 張宗楠, 張海英, 陳立強(qiáng) 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)中科微電子有限公司