無線雙工收發(fā)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無線雙工收發(fā)器，其包括片上變壓器、接收器和發(fā)射器。片上變壓器包括初級線圈和次級線圈，初級線圈包括第一初級終端、第二初級終端以及連接于第一初級終端和第二初級終端之間的初級線路；次級線圈包括第一次級終端、第二次級終端以及連接于第一次級終端和第二次級終端之間的次級線路，次級線圈還包括位于次級線路上的第一次級抽頭和第二次級抽頭，第一初級終端與天線相連，第二初級終端與地節(jié)點相連，第一次級終端和第二次級終端與接收器的輸入端相連；第一次級抽頭和第二次級抽頭與發(fā)射器的輸出端相連。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以實現(xiàn)發(fā)射前端與接收前端性能的各自優(yōu)化，且不會增加額外的成本。
【專利說明】無線雙工收發(fā)器
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信【技術領域】，特別涉及一種無線雙工收發(fā)器。
【【背景技術】】
[0002]單片集成電路無線收發(fā)器通常會集成接收與發(fā)射兩個射頻線前端，通過片上或者片外switch(開關)實現(xiàn)雙工工作。此外，射頻集成電路通常采用差分結構，而天線一般為單端，無線系統(tǒng)通常會使用片外balun(巴倫，平衡-不平衡變壓器)實現(xiàn)差分/單端的轉換。無論是片外switch還是balun,都會增加系統(tǒng)設計復雜度,提高成本。
[0003]現(xiàn)有技術中，還可以采用片上變壓器(transformer)實現(xiàn)接收前端與發(fā)射前端的切換，同時起到balun差分與單端的轉換作用。但是，由于發(fā)射電路與接收電路工作方式的不同，導致發(fā)射電路與接收電路對片上變壓器的指標要求也會有所不同，使得普通片上變壓器難以同時做到發(fā)射前端與接收前端性能最優(yōu)，這大大限制了變壓器型射頻前端的性倉泛。
[0004]因此，有必要提供一種改進的技術方案來克服上述問題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種無線雙工收發(fā)器，其可以實現(xiàn)發(fā)射前端與接收前端性能的各自優(yōu)化，且不會增加額外的成本。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種無線雙工收發(fā)器，其包括片上變壓器、接收器和發(fā)射器。所述片上變壓器包括初級線圈和次級線圈，所述初級線圈包括第一初級終端、第二初級終端以及連接于第一初級終端和第二初級終端之間的初級線路，所述初級線路繞成多匝線圈；所述次級線圈包括第一次級終端、第二次級終端以及連接于第一次級終端和第二次級終端之間的次級線路，所述次級線路繞成多匝線圈，所述次級線圈還包括位于所述次級線路上的第一次級抽頭和第二次級抽頭，所述第一次級抽頭和第二次級抽頭之間連接有部分所述次級線路，所述第一初級終端與天線相連，第二初級終端與地節(jié)點相連，所述第一次級終端和第二次級終端與接收器的輸入端相連；所述次級線圈的第一次級抽頭和第二次級抽頭與發(fā)射器的輸出端相連。
[0007]進一步的，所述接收器包括第一可調(diào)增益放大器，所述第一次級終端和第二次級終端與所述第一可調(diào)增益放大器的輸入端相連；所述發(fā)射器包括第二可調(diào)增益放大器，所述第一次級抽頭和第二次級抽頭與第二可調(diào)增益放大器的輸出端相連。
[0008]進一步的，所述片上變壓器還包括一晶圓基底，所述初級線圈和次級線圈生成于該晶圓基底上，所述初級線路在所述晶圓基底上形成沿一對稱軸成軸對稱圖形的第一共面螺旋結構，所述次級線路在所述晶圓基底上形成沿所述對稱軸成軸對稱圖形的第二共面螺旋結構，第一共面螺旋結構和第二共面螺旋結構的中心重疊，第一共面螺旋結構和第二共面螺旋結構共同形成一個共面螺旋結構體。
[0009]進一步的，第一次級終端、第二次級終端、第一次級抽頭和第二次級抽頭位于所述共面螺旋結構體的一側，第一初級終端、第二初級終端位于所述繞線結構體的另一側。
[0010]進一步的，所述第一次級抽頭與第一次級終端或第二次級終端為同一個連接端。
[0011]進一步的，所述第二次級抽頭與第一次級終端或第二次級終端為同一個連接端。
[0012]進一步的，所述接收器還包括第一混頻器、第二混頻器、第一頻率選擇濾波器、第二頻率選擇濾波器、第一模數(shù)轉換器、第二模數(shù)轉換器，第一混頻器將第一本地時鐘與第一可調(diào)增益放大器輸出的射頻信號混頻得到I信號，第二混頻器將第二本地時鐘與經(jīng)過增益放大的射頻信號混頻得到Q信號，其中第一本地時鐘與第二本地時鐘的相位相差90度，第一頻率選擇濾波器用于對混頻得到的I信號進行低通濾波，第二頻率選擇濾波器用于對混頻得到的Q信號進行低通濾波，第一模數(shù)轉換器對第一頻率選擇濾波器輸出的信號進行模數(shù)轉換，第二模數(shù)轉換器對第二頻率選擇濾波器輸出的信號進行模數(shù)轉換。
[0013]進一步的，所述發(fā)射器還包括第一數(shù)模轉換器、第二數(shù)模轉換器、第三頻率選擇濾波器、第四頻率選擇濾波器、第一調(diào)制器和第二調(diào)制器，第一數(shù)模轉換器對第一輸入信號進行數(shù)模轉換，第二數(shù)模轉換器對第二輸入信號進行數(shù)模轉換，第三頻率選擇濾波器對第一數(shù)模轉換器輸出的信號進行低通濾波，第四頻率選擇濾波器對第二數(shù)模轉換器輸出的信號進行低通濾波，第一調(diào)制器基于第三本地時鐘與第三頻率選擇濾波器輸出的信號得到第一調(diào)制信號并將其輸出給第二可調(diào)增益放大器，第二調(diào)制器基于第四本地時鐘與第四頻率選擇濾波器輸出的信號得到第二調(diào)制信號并將其輸出給第二可調(diào)增益放大器，其中，第三本地時鐘與第四本地時鐘的相位相差90度。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過在片上變壓器的次級線圈增加一對中間抽頭，并將該對中間抽頭與發(fā)射器的輸出端相連，將次級線圈的一對終端與接收器的輸入端相連，從而實現(xiàn)發(fā)射前端與接收前端性能的各自優(yōu)化，且不會增加額外的成本。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0016]圖1為本發(fā)明在一個實施例中的無線雙工收發(fā)器的電路示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明在一個實施例中的片上變壓器的結構示意圖。
【【具體實施方式】】
[0018]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0019]此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。除非特別說明，本文中的連接、相連、相接的表示電性連接的詞均表示直接或間接電性相連。文中的連接、相接、串聯(lián)等詞可以理解為間接或者直接的連接相接、串聯(lián)。
[0020]請參考圖1所示，其為本發(fā)明在一個實施例中的無線雙工收發(fā)器的電路示意圖。所述無線雙工收發(fā)器包括片上變壓器110、接收器120和發(fā)射器130。
[0021]所述片上變壓器110包括初級線圈112和次級線圈114。所述初級線圈112包括第一初級終端A、第二初級終端B以及連接于第一初級終端A和第二初級終端B之間的初級線路，所述初級線路繞成多匝線圈。所述次級線圈114包括第一次級終端C、第二次級終端D以及連接于第一次級終端C和第二次級終端D之間的次級線路，所述次級線路繞成多匝線圈。所述次級線圈112還包括位于所述次級線路上的第一次級抽頭E和第二次級抽頭F，所述第一次級抽頭E和第二次級抽頭F之間連接有部分所述次級線路。
[0022]請參考圖2所示，其為本發(fā)明在一個實施例中的片上變壓器的結構示意圖。該片上變壓器的初級線圈和次級線圈生成于同一晶圓基底之上，所述初級線路在所述晶圓基底上形成以X軸為對稱軸圖形的第一共面螺旋結構，所述次級線路在所述晶圓基底上形成以X軸為對稱軸圖形的第二共面螺旋結構，第一共面螺旋結構和第二共面螺旋結構的中心重疊。第一共面螺旋結構和第二共面螺旋結構共同形成一個共面螺旋結構體。第一次級終端C、第二次級終端D、第一次級抽頭E和第二次級抽頭F位于共面螺旋結構體的一側，第一初級終端A、第二初級終端B位于共面螺旋結構體的另一側。如此，在晶圓基底上布置初級線圈112和次級線圈114可減小布局(Layout)面積,節(jié)省芯片空間。優(yōu)選的，第一共面螺旋結構中的線圈和第二共面螺旋結構中的線圈相互間隔排布，這樣可以進一步的減少布局面積。
[0023]請繼續(xù)參考圖1所示，所述初級線圈112的第一初級終端A與天線Ant相連、第二初級終端B與地節(jié)點GND相連，所述天線Ant用于接收或發(fā)射射頻信號。所述次級線圈114的第一次級終端C和第二次級終端D與接收器120的輸入端相連。具體的，所述次級線圈114的第一次級終端C和第二次級終端D與接收器120中的第一可調(diào)增益放大器122的輸入端相連。所述次級線圈114的第一次級抽頭E和第二次級抽頭F與發(fā)射器130的輸出端相連。具體的，所述次級線圈114的第一次級抽頭E和第二次級抽頭F與發(fā)射器130中的第二可調(diào)增益放大器132的輸出端相連。當接收器120工作時，發(fā)射器130關閉；當發(fā)射器130工作時，接收器120關閉，兩者互不影響，整個射頻前端只需要一個射頻端口，從而實現(xiàn)雙工。同時，當片上變壓器110的初級線圈112的一端接地后，變壓器又起到了 balun的作用。
[0024]如圖1所示，除了第一可調(diào)增益放大器122，所述接收器120還包括第一混頻器124、第二混頻器126、第一頻率選擇濾波器Rx Filterl、第二頻率選擇濾波器Rx Filter2、第一模數(shù)轉換器ADCl、第二模數(shù)轉換器ADC2。第一混頻器124將第一本地時鐘L0_I與第一可調(diào)增益放大器122輸出的射頻信號混頻得到I信號，第二混頻器126將第二本地時鐘L0_Q與經(jīng)過第一可調(diào)增益放大器122輸出的射頻信號混頻得到Q信號，其中第一本地時鐘L0_I與第二本地時鐘L0_Q的相位相差90度，第一頻率選擇濾波器Rx Filterl用于對混頻得到的I信號進行低通濾波，第二頻率選擇濾波器Rx Filterf用于對混頻得到的Q信號進行低通濾波，第一模數(shù)轉換器ADCl對第一頻率選擇濾波器Rx Filterl輸出的信號進行模數(shù)轉換，第二模數(shù)轉換器ADC2對第二頻率選擇濾波器Rx Filter2輸出的信號進行模數(shù)轉換。
[0025]如圖1所示，除了第二可調(diào)增益放大器132，所述發(fā)射器130還包括第一數(shù)模轉換器DAC1、第二數(shù)模轉換器DAC2、第三頻率選擇濾波器TX LPF1、第四頻率選擇濾波器TXLPF2、第一調(diào)制器134和第二調(diào)制器136。第一數(shù)模轉換器DACl對第一輸入信號TXI進行數(shù)模轉換，第二數(shù)模轉換器DAC2對第二輸入信號TXQ進行數(shù)模轉換，第三頻率選擇濾波器TX LPFl對第一數(shù)模轉換器DACl輸出的信號進行低通濾波，第四頻率選擇濾波器TX LPF2對第二數(shù)模轉換器DAC2輸出的信號進行低通濾波，第一調(diào)制器134基于第三本地時鐘LO_I與第三頻率選擇濾波器TX LPFl輸出的信號得到第一調(diào)制信號并將其輸出給第二可調(diào)增益放大器132，第二調(diào)制器136基于第四本地時鐘LO_Q與第四頻率選擇濾波器TX LPF2輸出的信號得到第二調(diào)制信號并將其輸出給第二可調(diào)增益放大器132，其中第三本地時鐘LO_I與第四本地時鐘LO_Q的相位相差90度。
[0026]為了便于理解本發(fā)明，以下結合圖1具體介紹本發(fā)明的設計原理。
[0027]其中，片上變壓器110由互相耦合的初級線圈112和次級線圈114組成，兩個線圈之間通過磁耦合產(chǎn)生能量的交換。次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比是標稱變壓器的重要參數(shù)，不同的匝數(shù)比產(chǎn)生不同的電壓增益和阻抗變換比。由于無線芯片中的接收器120和發(fā)射器130的工作方式不同，導致接收器120和發(fā)射器130對與其相連的片上變壓器的匝數(shù)比有著不同的要求，接收器130通常需要較大的匝數(shù)比以實現(xiàn)更大的前端增益，以提高接收端的靈敏度；發(fā)射器140需要較小的匝數(shù)比以實現(xiàn)較小的阻抗變換比，以提高發(fā)射端的性能。
[0028]本發(fā)明中，在片上變壓器110的次級線圈114中增加了一對中間抽頭，即第一次級抽頭E和弟二次級抽頭F，并將所述次級線圈114的弟一次級抽頭E和弟二次級抽頭F與發(fā)射器130的輸出端相連，將所述次級線圈114的第一次級終端C和第二次級終端D與接收器120的輸入端相連。這樣，與發(fā)射器130對應的等效變壓器的匝數(shù)比(其等于所述次級線圈114的第一次級抽頭E和第二次級抽頭F之間的線圈匝數(shù)與初級線圈114的線圈匝數(shù)之比)將小于接收器120對應的等效變壓器的匝數(shù)比(其等于所述次級線圈114的線圈匝數(shù)與初級線圈114的線圈匝數(shù)之比)。由此，接收器120就可以通過匝數(shù)比較大的等效變壓器實現(xiàn)更大的前端增益，以提高接收端的靈敏度；同時發(fā)射器130也可以通過匝數(shù)比較小的等效變壓器實現(xiàn)較小的阻抗變換比，以提高發(fā)射端的輸出線性度，從而實現(xiàn)發(fā)射前端與接收前端性能的各自優(yōu)化，且不會增加額外的成本。
[0029]需要特別說明的是，所述第一次級抽頭E可以與第一次級終端C或第二次級終端D為同一個連接端。例如，所述第一次級抽頭E與第一次級終端C為同一個連接端，即所述第二次級線圈114實際只有第一次級終端C、第二次級終端D和位于次級線路中的第二次級抽頭F。這樣，所述次級線圈114的第一次級終端C (其可視為第一次級抽頭E)和第二次級抽頭F與發(fā)射器130的輸出端相連，從而在實現(xiàn)與圖1中的片上變壓器相同功能的前提下，可在所述第二次級線圈114上減少一個次級抽頭的設置。同理，所述第二次級抽頭F也可以與第一次級終端C或第二次級終端D為同一個連接端。
[0030]綜上所述，本發(fā)明采用片上變壓器實現(xiàn)接收前端與發(fā)射前端的切換，以及差分/單端轉換功能，可以簡化電路板級設計的復雜度，降低成本，并且在片上變壓器110的次級線圈114中增加了第一次級抽頭E和第二次級抽頭F，并將所述次級線圈114的第一次級抽頭E和第二次級抽頭F與發(fā)射器130的輸出端相連，這樣可兼顧接收器靈敏度和發(fā)射器線性度的雙重要求，從而實現(xiàn)發(fā)射前端與接收前端性能的各自優(yōu)化，且不會增加額外的成本。
[0031]需要指出的是，熟悉該領域的技術人員對本發(fā)明的【具體實施方式】所做的任何改動均不脫離本發(fā)明的權利要求書的范圍。相應地，本發(fā)明的權利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實施方式】。
【權利要求】
1.一種無線雙工收發(fā)器，其特征在于，其包括片上變壓器、接收器和發(fā)射器， 所述片上變壓器包括初級線圈和次級線圈，所述初級線圈包括第一初級終端、第二初級終端以及連接于第一初級終端和第二初級終端之間的初級線路，所述初級線路繞成多匝線圈；所述次級線圈包括第一次級終端、第二次級終端以及連接于第一次級終端和第二次級終端之間的次級線路，所述次級線路繞成多匝線圈，所述次級線圈還包括位于所述次級線路上的第一次級抽頭和第二次級抽頭，所述第一次級抽頭和第二次級抽頭之間連接有部分所述次級線路， 所述第一初級終端與天線相連，第二初級終端與地節(jié)點相連，所述第一次級終端和第二次級終端與接收器的輸入端相連；所述次級線圈的第一次級抽頭和第二次級抽頭與發(fā)射器的輸出端相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的無線雙工收發(fā)器，其特征在于， 所述接收器包括第一可調(diào)增益放大器，所述第一次級終端和第二次級終端與所述第一可調(diào)增益放大器的輸入端相連； 所述發(fā)射器包括第二可調(diào)增益放大器，所述第一次級抽頭和第二次級抽頭與第二可調(diào)增益放大器的輸出端相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的無線雙工收發(fā)器，其特征在于， 所述片上變壓器還包括一晶圓基底，所述初級線圈和次級線圈生成于該晶圓基底上， 所述初級線路在所述晶圓基底上形成沿一對稱軸成軸對稱圖形的第一共面螺旋結構，所述次級線路在所述晶圓基底上形成沿所述對稱軸成軸對稱圖形的第二共面螺旋結構，第一共面螺旋結構和第二共面螺旋結構的中心重疊，第一共面螺旋結構和第二共面螺旋結構共同形成一個共面螺旋結構體。
4.根據(jù)權利要求3所述的無線雙工收發(fā)器，其特征在于， 第一次級終端、第二次級終端、第一次級抽頭和第二次級抽頭位于所述共面螺旋結構體的一側，第一初級終端、第二初級終端位于所述繞線結構體的另一側。
5.根據(jù)權利要求1所述的無線雙工收發(fā)器的射頻前端，其特征在于，所述第一次級抽頭與第一次級終端或第二次級終端為同一個連接端。
6.根據(jù)權利要求1所述的無線雙工收發(fā)器，其特征在于，所述第二次級抽頭與第一次級終端或第二次級終端為同一個連接端。
7.根據(jù)權利要求2所述的無線雙工收發(fā)器，其特征在于， 所述接收器還包括第一混頻器、第二混頻器、第一頻率選擇濾波器、第二頻率選擇濾波器、第一模數(shù)轉換器、第二模數(shù)轉換器， 第一混頻器將第一本地時鐘與第一可調(diào)增益放大器輸出的射頻信號混頻得到I信號，第二混頻器將第二本地時鐘與經(jīng)過增益放大的射頻信號混頻得到Q信號，其中第一本地時鐘與第二本地時鐘的相位相差90度，第一頻率選擇濾波器用于對混頻得到的I信號進行低通濾波，第二頻率選擇濾波器用于對混頻得到的Q信號進行低通濾波， 第一模數(shù)轉換器對第一頻率選擇濾波器輸出的信號進行模數(shù)轉換， 第二模數(shù)轉換器對第二頻率選擇濾波器輸出的信號進行模數(shù)轉換。
8.根據(jù)權利要求2所述的無線雙工收發(fā)器，其特征在于， 所述發(fā)射器還包括第一數(shù)模轉換器、第二數(shù)模轉換器、第三頻率選擇濾波器、第四頻率選擇濾波器、第一調(diào)制器和第二調(diào)制器， 第一數(shù)模轉換器對第一輸入信號進行數(shù)模轉換， 第二數(shù)模轉換器對第二輸入信號進行數(shù)模轉換， 第三頻率選擇濾波器對第一數(shù)模轉換器輸出的信號進行低通濾波， 第四頻率選擇濾波器對第二數(shù)模轉換器輸出的信號進行低通濾波， 第一調(diào)制器基于第三本地時鐘與第三頻率選擇濾波器輸出的信號得到第一調(diào)制信號并將其輸出給第二可調(diào)增益放大器，第二調(diào)制器基于第四本地時鐘與第四頻率選擇濾波器輸出的信號得到第二調(diào)制信號并將其輸出給第二可調(diào)增益放大器，其中，第三本地時鐘與第四本地時鐘的相 位相差90度。
【文檔編號】H04B1/40GK104079317SQ201410348759
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權日:2014年7月21日
【發(fā)明者】馬欣龍, 吳悅 申請人:無錫中星微電子有限公司