CN101286764A - 传输线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传输线系统，用以连接集成电路中的至少一电路组件。传输线系统包含有第一双绞线以及第二双绞线。第一双绞线用以传递第一差动信号，具有两条第一传输线。第一传输线相互交叉以形成多个相邻的第一扭转处。第二双绞线用以传递第二差动信号，具有两条第二传输线。第二传输线相互交叉以形成至少一第二扭转处。在该集成电路中，第一双绞线与第二双绞线彼此相邻，且大致上相互平行地延伸。第二扭转处大致上位于相邻的第一扭转处之间。本发明揭示的传输线系统能够有效均衡I与Q差动信号间的增益以及相位，尽量避免在传输过程中外界因素对差动信号产生的不良影响。

Description

传输线系统

技术领域

本发明涉及一种传输线系统(transmission line system)，尤指可实现正交信号(signals in quadrature)无相位扰动(zero phase perturbation)的传输线系统。

背景技术

数字通信一般是采用数字调制技术(digital modulation techniques)，基于一些特殊的通信信号，通过传送器(transmitter)与接收器(receiver)分别完成对通信信号的传送和接收。这些数字调制技术利用一些信号调制器(signal modulator)来进行向量(vector)调制或是正交(quadrature)调制。向量调制信号或正交调制信号是指依据同相(in-phase，I)分量(component)及正交(quadrature，Q)分量进行相位调制与振幅(amplitude)调制后的信号，其中同相分量及正交分量一起可以定义相位向量(phase vector)。

在传送器进行向量调制或是正交调制时，两个调制输入信号独立地调制载波信号(carrier signal)中的I分量与Q分量。因此，在接收器进行信号解调(demodulation)时，载波信号的I与Q分量也被提供以恢复(recover)两个调制输入信号。为了正确操作，理想上载波信号的I分量与Q分量必须调校到具有同样的信号增益，即增益均衡(balanced)，而且I分量与Q分量具有90度的相位差，即彼此正交。

载波信号的I分量与Q分量必须由调制器或是解调器正确地产生并接收，以避免分量间的增益或是相位的不均衡。否则，增益上或是相位上的不均衡会扭曲传送的数字通信信号，使得很难符合所给定的频谱屏蔽(spectrum mask)的要求，进而降低了整体通信连接的效果。

在集成电路(integrated circuit，IC)中，信号的传输一般是采用金属线(lines)或是金属片(strips)来作为电子组件之间的传输线。这些传输线不可避免的具有内阻(impedance)，因而会改变所传输的信号的相位与振幅。此外，传输线中所传输的信号也会很容易的受到邻近信号线中信号的干扰而产生扰动(perturb)。如果绕线(routing)没有做好，以上所述的问题会更加严重。不适当的绕线可能不仅仅影响到传输的信号本身，甚至可能产生不均衡的信号对。因此，一旦对I分量与Q分量的增益均衡以及相位差有要求时，集成电路内部的绕线就会显得非常重要。

James在美国专利号第7,088,981号，标题为“用于减少混频电路中的闪烁噪声的装置(Apparatus for Reducing Flicker Noise in a Mixer Circuit)”中，揭示了CMOS的双绞线(twisted pair lines)，但是并没有讨论或是教导如何去均衡I与Q分量间的增益以及相位。

发明内容

因此本发明提供一种传输线系统，以解决上述的问题。

本发明实施例提供一种传输线系统，用以连接集成电路中的至少一电路组件。传输线系统包括第一双绞线以及第二双绞线。第一双绞线用以传递第一差动信号，具有两条第一传输线。第一传输线相互交叉以形成多个相邻的第一扭转处。第二双绞线用以传递第二差动信号，具有两条第二传输线。第二传输线相互交叉以形成至少一第二扭转处。在该集成电路中，第一双绞线与第二双绞线彼此相邻，且大致相互平行延伸。第二扭转处位于相邻的第一扭转处之间。

本发明揭示的传输线系统能够有效均衡I与Q差动信号间的增益以及相位，尽量避免在传输过程中外界因素对差动信号产生的不良影响。

附图说明

图1是依据本发明一实施例的传输线系统的示意图。

图2是三种不同的传输线系统的示意图。

图3a-3c是分别显示传输线系统所传输的I+、I-、Q+、与Q-向量的理论扰动量的示意图。

图4a-4c是分别显示对应于传输线系统102、104与106且依据图3a-3c所得的I向量与Q向量的示意图。

图5是另外三种不同传输线系统的示意图。

图6a-6c是分别显示第5图中的传输线系统所传输的I+、I-、Q+、与Q-向量的理论扰动量的示意图。

图7a-7c是分别显示出图6a-6c所推导出来的I向量与Q向量的示意图。

图8是本发明另一实施例的传输线系统的示意图。

图9是显示依据本发明又一实施例的传输线系统的示意图。

具体实施方式

为了让本发明的目的、特征、及优点能更明显易懂，下文将列举优选实施例，本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各组件的配置是为方便说明，并非用以限制本发明。

在传送器或是接收器中的一个或是多个组件是以双绞线所连接。譬如说，在接收器中的集成电路中，两对双绞线连接于频率合成器(synthesizer)的除法器(divider)与混频器(mixer)之间，用以传递频率合成器所产生的载波信号的I差动信号与Q差动信号(或是I分量与Q分量)。此外，双绞线也可以用于传送器或是接收器中的其他部分中。

图1是依据本发明一实施例的传输线系统的示意图。传输线系统100是形成于集成电路内，具有相邻的两对双绞线(twisted pair)10与20。以传输线10a与10b构成的双绞线10传送载波信号中的I差动信号。双绞线10连接到I+与I-端，而I+与I-端一起作为I差动信号的差动输出端。传输线10a与10b相互交叉，形成扭转处(twist)12a与12b。同样的，以传输线20a与20b构成的双绞线20传送载波信号中的Q差动信号。双绞线20连接到Q+与Q-端，而Q+与Q-端一起作为Q差动信号的差动输出端。传输线20a与20b相互交叉，形成扭转处22a、22b及22c。理想情况下，载波信号的I与Q差动信号是彼此正交。

双绞线10与20大致上延着相互平行的方向延伸。不论是扭转处12a或12b，都没有与扭转处22a-22c中的任何一个相互对齐。同样的，扭转处22a-22c中，也没有任何一个与扭转处12a或12b的其中一个对齐。如同图1所示，双绞线10的扭转处12b大致位于双绞线20的两个相邻的扭转处22b与22c之间。而扭转处22b大致位于双绞线10的两个相邻的扭转处12a与12b之间。优选地，扭转处12b大致位于两个相邻的扭转处22b与22c的正中间，如图所示，也就是扭转处12b分别与扭转处22b与22c距离L/2的长度。类似的，扭转处22b大致位于双绞线10的两个相邻的扭转处12a与12b的正中间，即，扭转处22b分别与扭转处12a与12b距离L/2的长度。

图2是三种不同的传输线系统的示意图，以下将详细说明并比较其中的差异。图2中的每一个传输线系统(102、104或106)都有四条线，分别连接到I+、I-、Q+、与Q-端。在传输线系统102里的四条线中，没有任何一条线与其他的线交叉，换而言之，四条线完全相互平行。传输线系统104则有一对双绞线。如图2所示，传输线系统104中的一个双绞线中的一个扭转处基本上与另一个双绞线中的相对应的扭转处对齐。传输线系统106也有一对双绞线。虽然传输线系统106中的上(upper)双绞线的多个扭转处都与传输线系统104中的多个扭转处对齐，但是传输线系统106的下(lower)双绞线只有一个扭转处，且刚好位于传输线系统106中的上双绞线的两个相邻扭转处的正中间。如同图2所示，假定每个传输线系统的总长度为3L，且除了最底下双绞线之外，每个双绞线的两个扭转处都刚好均分总长度为三段，所以每一段长度都是L。而最底下的双绞线仅有一个扭转处，刚好是位于总长的正中间位置，与上面其他任一双绞线中的两个相邻的扭转处都是相距L/2。

图3a-3c是分别显示传输线系统102、104与106中所传输的I+、I-、Q+、与Q-向量的理论扰动量(theoretical perturbation amounts)的示意图。图4a-4c是分别显示对应于传输线系统102、104与106且依据图3a-3c所得的I向量与Q向量的示意图。在图3a-3c与4a-4c图中，实线箭号表示没有受到扰动的I、I+、I-、Q、Q+、与Q-向量，而虚线箭号表示受到扰动的I、I+、I-、Q、Q+、与Q-向量。

首先假设在图2中，传输线系统102中的I-传输线1022对邻近的Q+传输线1023造成总共θ的相位扰动，所以在图3a中，Q+向量以反时针方向旋转了θ角度。相对的，I-传输线1022也会受到邻近的Q+传输线1023总共-θ的相位扰动，所以图3a中I-向量以顺时针方向旋转了θ角度。取决于传输线系统104中扭转处的所在位置，Q+传输线1043与I-传输线1042耦接的总长度仅仅是传输线系统104(或者102)总长的2/3。依照类似对图3a的分析，图3b所示的I-向量与Q+向量均会受到2θ/3的相位扰动，只是方向相反。传输线系统104的扭转处耦接了Q-传输线1044与I+传输线1041。依据它们的耦接长度以及I+传输线1041与Q-传输线1044上的信号极性来分析，I+向量与Q-向量如图3b所示，均会被扰动而旋转θ/3角度，其中I+向量是顺时针方向旋转，而Q-向量是逆时针方向旋转。同样，图2中的传输线系统106，Q+传输线1064的左半段耦接到1/3的I-传输线1062以及1/6的I+传输线1061。并且因为Q+传输线1064的右半段与I-传输线1062和I+传输线1061之间保持足够的距离，所以其没有受到相位扰动的影响。因此，可以推导得知图3c中的Q+向量的相位扰动量仅为θ/6，也就是θ/3与-θ/6的总合。同样的，可以推导得知图3c中的Q-向量的相位扰动量为-θ/6。如图2所示，I-传输线1062与Q+传输线1064或者Q-传输线1063的耦接长度都是一样的，所以图3c中I-向量没有被Q+传输线1064与Q-传输线1063所扰动，相位扰动量是零。依此可知，I+向量相位扰动量也会是零，如同图3c所示。

I向量的定义是I+向量与I-向量的向量差，而Q向量的定义是Q+向量与Q-向量的向量差。从图3a中可推知，在传输线系统102中，I向量与Q向量所受到的相位扰动都会是θ/2，只是方向相反，如同图4a所示。类似的，在传输线系统104中，I向量与Q向量所受到的相位扰动都会是θ/2，只是方向相反，如同图4b所示。然而，在传输线系统106中，I向量与Q向量所受到的相位扰动都会是零，如同图4c所示。在图4c中的I向量没有受到相位扰动，是因为I+向量与I-向量都没有受到相位扰动。图4c中的Q向量依然维持与I向量90度角的向量差，是因为Q+向量与Q-向量的相位扰动分别是θ/6与-θ/6，正好相互抵销，所以产生了图4c中垂直向上的Q向量。

依据图4c中的结果，比较图4a与图4b中的结果可以发现，在图2中的数个传输线系统中，对于I差动信号与Q差动信号的相位扰动而言，传输线系统106的传输效能是比较好的。

图5跟图2类似，显示另外三种不同的传输线系统202、204与206的示意图。然而图5中的每个双绞线都比图2中对应的双绞线多一个扭转处。图5反映的运作方式类似于上述图2的内容，在此不再详细描述。有关图2、图3a-3c、图4a-4c的分析也可适用于图5中的传输线系统。所以，图6a-6c是分别显示传输线系统202、204与206中所传输的I+、I-、Q+、与Q-向量的理论扰动量的示意图。图7a-7c分别对应于传输线系统202、204与206，是分别显示出图6a-6c所推导出来的I向量与Q向量的示意图。另外，图7c说明了传输线系统206的传输效能明确地已经有所改善，因为其所受到的相位扰动是零。

I差动信号所在的双绞线的扭转处的数量可以与Q差动信号所在的双绞线不一样。如图2所示，传输线系统106中的一个双绞线(由I+传输线1061与I-传输线1062所构成)有两个扭转处，而另一双绞线(由线Q+传输线1064与Q-传输线1063所构成)仅有一个扭转处。然而，本发明并不限定于此。例如，I差动信号所在的双绞线的扭转处的数量可以与Q差动信号所在双绞线的一样。图8是本发明另一实施例的传输线系统300的示意图。在图8中，在电路组件316与电路组件318之间，I+传输线与I-传输线形成了具有两个扭转处的双绞线，而Q+传输线与Q-传输线所形成的双绞线同样具有两个扭转处。而且，传输线系统的每个双绞线最好是有偶数个扭转处，如此可以使每条传输线具有同样的等效电阻值与电容值。

虽然以上所述的双绞线都是延着水平方向延伸，且没有任何的转弯，但此并非对本发明的限定。图9是显示依据本发明又一实施例的传输线系统400的示意图。在图9中的每一个双绞线，在其连接路径上，都有一个垂直转角处。因为两个双绞线彼此没有交叉且其垂直转角处大约是位于相同的位置，两个双绞线大致上相互平行地延伸。如图中所示，I+与I-传输线所构成的双绞线，其扭转处就位于垂直转角处，而此垂直转角处也位于Q+传输线与Q-传输线所构成的双绞线的两个扭转处之间。

优选地，在传输线系统中的不同双绞线使用如半导体技术中的同样的多个金属层，如此，以获得一致的电性参数或者负载。然而，不同的双绞线也可以采用不同的多个金属层，譬如说传输线系统中的一个双绞线采用金属层M1与M2，而另一双绞线采用金属层M3与M4。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种传输线系统，用以连接集成电路中的至少一电路组件，其特征在于，该系统包括：

第一双绞线，用以传递第一差动信号，该第一双绞线具有两条第一传输线，该两条第一传输线相互交叉以形成多个相邻的第一扭转处；以及

第二双绞线，用以传递第二差动信号，该第二双绞线具有两条第二传输线，该两条第二传输线相互交叉以形成至少一第二扭转处；

其中在该集成电路中，该第一双绞线与该第二双绞线彼此相邻且大致相互平行延伸，且该第二扭转处位于该多个相邻的第一扭转处之间。

2.如权利要求1所述的传输线系统，其特征在于，所述的第二扭转处大致位于所述的多个相邻的第一扭转处的正中间。

3.如权利要求1所述的传输线系统，其特征在于，所述的第一差动信号与所述的第二差动信号彼此正交。

4.如权利要求1所述的传输线系统，其特征在于，所述的两条第二传输线相互交叉以形成多个相邻的第二扭转处，且所述的多个相邻的第一扭转处的其中之一大致位于所述的多个相邻的第二扭转处的正中间。

5.如权利要求1所述的传输线系统，其特征在于，所述的第一双绞线与所述的第二双绞线连接于多个电路组件之间，且该第一双绞线与该第二双绞线分别在所述的多个电路组件之间提供相同数目的扭转处。

6.如权利要求5所述的传输线系统，其特征在于，所述的第一双绞线与所述的第二双绞线分别在所述的多个电路组件之间提供偶数个扭转处。

7.如权利要求1所述的传输线系统，其特征在于，所述的第一双绞线与所述的第二双绞线连接于除法器与混频器之间。

8.如权利要求1所述的传输线系统，其特征在于，所述的第一双绞线与所述的第二双绞线使用所述的集成电路中相同的多个金属层。

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