CN101673864A - 使用整合被动组件工艺制造的巴伦器 - Google Patents

Abstract

一种使用整合被动组件工艺制造的巴伦器，包括一基板、一第一共平面螺旋结构体、及一第二共平面螺旋结构体。至少第一共平面螺旋结构体的二个第一左半线圈经由一个第一交叉结构与对应的二个第一右半线圈电性连接。至少第二共平面螺旋结构体的二个第二左半线圈经由一个第二交叉结构与对应的二个第二右半线圈电性连接。第二共平面螺旋结构体的两端分别与最内圈的第二左半线圈与第二右半线圈电性连接。此些第一左半线圈与此些第二左半线圈交错配置，此些第一右半线圈与此些第二右半线圈交错配置。

Description

使用整合被动组件工艺制造的巴伦器

技术领域

本发明是有关于一种巴伦器(Balun circuit)，且特别是有关于一种使用整合被动组件(Integrated Passive Device，IPD)工艺制造的巴伦器。

背景技术

一般来说，当通讯装置中的天线接收到无线信号之后，由天线输出的单端口电信号会输出至一巴伦器。巴伦器将会把单端口电信号转换成双端口电信号，并输出至射频(Radio Frequency，RF)收发器(Transceiver)来进行处理。

目前的一种巴伦器以低温共烧陶瓷(Low temperature co-fired ceramic，LTCC)工艺来达成。然而，这种LTCC工艺所制造的巴伦器必需先经由表面黏着技术(Surface-Mount Technology，SMT)与一基材电性连接后，才能与基材上的射频收发器芯片电性连接。如此，基材上必需同时保留配置LTCC工艺所制造的巴伦器的区域与配置射频收发器芯片的区域，而使得所需要的基材面积增大，而占用较大的通讯装置的空间。因此，如何降低所需基材的面积，以节省通讯装置的内部空间，乃业界所致力的方向之一。

发明内容

本发明有关于一种使用整合被动组件工艺制造的巴伦器，可以直接配置于射频收发器芯片上，故可降低所需要的基材面积，而得以节省通讯装置的内部空间。

根据本发明，提出一种使用整合被动组件(Integrated Passive Device，IPD)工艺制造的巴伦器，包括一基板、一第一共平面螺旋结构体、及一第二共平面螺旋结构体。第一共平面螺旋结构体具有一第一端、一第二端、一第一连接线、一第二连接线、多个第一左半线圈、多个第一右半线圈、及至少一第一交叉结构。至少二个第一左半线圈经由一个第一交叉结构与对应的二个第一右半线圈电性连接。第一端经由第一连接线与最外圈的第一左半线圈电性连接，第二端经由第二连接线与最外圈的第一右半线圈电性连接。第二共平面螺旋结构体具有一第三端、一第四端、一第三连接线、一第四连接线、多个第二左半线圈、多个第二右半线圈、及至少一第二交叉结构。至少二个第二左半线圈经由一个第二交叉结构与对应的二个第二右半线圈电性连接。第三端经由第三连接线与最内圈的第二左半线圈电性连接，第四端经由第四连接线与最内圈的第二右半线圈电性连接。此些第一左半线圈与此些第二左半线圈交错配置，此些第一右半线圈与此些第二右半线圈交错配置。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示乃一种巴伦器的示意图。

图2绘示乃图1的巴伦器的等效电路图。

图3A绘示乃依照本发明的一实施例的一种使用整合被动组件工艺制造的巴伦器的结构示意图。

图3B乃图3A中，沿着剖面线3B-3B’的巴伦器的剖面图。

图4A绘示乃具有本实施例的巴伦器的结构的IPD与射频收发器芯片的配置关系的一例的示意图。

图4B绘示乃具有本实施例的巴伦器的结构的IPD与射频收发器芯片的配置关系的另一例的示意图。

图5绘示乃本实施例的巴伦器的反射损失与插入损失的仿真结果图。

图6绘示乃本实施例的巴伦器的两个输出信号的振幅差与相位差的仿真结果图。

主要组件符号说明：

100：巴伦器

102、104、106、108：传输线

110：非平衡端口

112、114：平衡端口

300：巴伦器

302：基板

312：第一端

314：第二端

316：第一连接线

318：第二连接线

320(1)、320(2)、320(3)：左半线圈

322(1)、322(2)、322(3)：右半线圈

324(1)、324(2)：第一交叉结构

332：第三端

334：第四端

336：第三连接线

338：第四连接线

340(1)、340(2)、340(3)：第二左半线圈

342(1)、342(2)、342(3)：第二右半线圈

344(1)、344(2)：第二交叉结构

352：第一布线层

354：第二布线层

356、358：走线

364：连接点

402、408：整合被动组件

404、410：射频收发器芯片

406、412：基材

602、604：关系曲线

具体实施方式

请参照图1，其绘示乃一种巴伦器的示意图。巴伦器包括传输线102、104、106与108、与电容器C1、C2、及C3。传输线102的一端与一非平衡端口(UnbalancePort)110电性连接，传输线102的另一端与传输线104电性连接。而传输线104的另一端则透过电容C1接地。传输线106的一端接地，而传输线106的另一端与平衡端口(Balance Port)112和电容C2电性连接。传输线108的一端与平衡端口114和电容C3电性连接，而传输线108的一端则接地。

请参照图2，其绘示乃图1的巴伦器的等效电路图。传输线102与104可由电感L1等效之，传输线106可由电感L2等效之，而传输线108则可由电感L3等效之。经由电感L1与L2之间的耦合效应，与电感L1与L3之间的耦合效应，可使得由非平衡端口110输入的单端(single ended)信号，转换成由平衡端口112与114输出的差动(differential)信号。平衡端口112与114输出的信号具有相同的振幅，但两个信号的相位相差180度。

上述的电容C1、C2及C3用以调整通带(Passband)的频宽(Bandwidth)，调整插入损失(Insertion Loss)，或执行阻抗转换(Impedance Transformation)。

请同时参照图3A及图3B，图3A绘示乃依照本发明的一实施例的一种使用整合被动组件(Integrated Passive Device，IPD)工艺制造的巴伦器的结构示意图，图3B乃图3A中，沿着剖面线3B-3B’的巴伦器300的剖面图。巴伦器300包括一基板302、一第一共平面螺旋结构体、及一第二共平面螺旋结构体。第一共平面螺旋结构体具有一第一端312、一第二端314、一第一连接线316、一第二连接线318、多个第一左半线圈、多个第一右半线圈、及至少一第一交叉结构。多个第一左半线圈例如包括左半线圈320(1)、320(2)及320(3)。多个第一右半线圈例如包括右半线圈322(1)、322(2)及322(3)。至少一第一交叉结构包括第一交叉结构324(1)与324(2)。

于第一共平面螺旋结构体中，至少二个第一左半线圈经由一个第一交叉结构与对应的二个第一右半线圈电性连接。举例来说，第一左半线圈320(3)经由第一交叉结构324(1)与第一右半线圈322(2)电性连接，而第一左半线圈320(2)亦经由第一交叉结构324(1)与第一右半线圈322(3)电性连接。而第一端312经由第一连接线316与最外圈的第一左半线圈320(1)电性连接，第二端314则经由第二连接线318与最外圈的第一右半线圈322(1)电性连接。

第二共平面螺旋结构体具有一第三端332、一第四端334、一第三连接线336、一第四连接线338、多个第二左半线圈、多个第二右半线圈、及至少一第二交叉结构。多个第二左半线圈例如包括第二左半线圈340(1)、340(2)及340(3)。多个第二右半线圈例如包括第二右半线圈342(1)、342(2)及342(3)。至少一第二交叉结构例如包括第二交叉结构344(1)及344(2)。

于第二共平面螺旋结构体中，至少二个第二左半线圈经由一个第二交叉结构与对应的二个第二右半线圈电性连接。举例来说，第二左半线圈340(1)经由第二交叉结构344(1)与第二右半线圈342(2)电性连接，第二左半线圈340(2)经由第二交叉结构344(1)与第二右半线圈342(1)电性连接。第三端332经由第三连接线336与最内圈的第二左半线圈340(3)电性连接，而第四端334则经由第四连接线338与最内圈的第二右半线圈342(3)电性连接。

此些第一左半线圈与此些第二左半线圈交错配置，而此些第一右半线圈与些第二右半线圈交错配置。举例来说，此些第一左半线圈与此些第二左半线圈以第一左半线圈320(1)、第二左半线圈340(1)、第一左半线圈320(2)、第二左半线圈340(2)、第一左半线圈320(3)、第二左半线圈340(3)的顺序由外向内配置。而此些第一右半线圈与些第二右半线圈以第一右半线圈322(1)、第二右半线圈342(1)、第一右半线圈322(2)、第二右半线圈342(2)、第一右半线圈322(3)、第二右半线圈342(3)的顺序由外向内配置。

较佳地，第一左半线圈320(1)～320(3)与第二左半线圈340(1)～340(3)等间隔配置。第一右半线圈322(1)～322(3)与第二右半线圈342(1)～342(3)等间隔配置。

更进一步来说，请参考图3B，基板302具有一第一布线层352与一第二布线层354。于第一共平面螺旋结构体中，第一连接线316、第二连接线318、此些第一左半线圈320(1)～320(3)、此些第一右半线圈340(1)～340(3)配置于第一布线层352。部份的第一交叉结构324(1)配置于第一布线层352，其它部份的第一交叉结构324(1)配置于第二布线层354。同样地，部份的第一交叉结构324(2)亦配置于第一布线层352，其它部份的第一交叉结构324(2)亦配置于第二布线层354。

兹以第一交叉结构324(1)为例说明之。第一交叉结构324(1)包括走线356与358。走线356配置于第二布线层354，而走线358则配置于第一布线层352。第一左半线圈320(3)例如透过通孔360与走线356电性连接，而走线356则透过通孔362与第一右半线圈322(2)电性连接。如此，可使得第一左半线圈320(3)经由第一交叉结构324(1)的走线356与第一右半线圈322(2)电性连接。

而于第二共平面螺旋结构体中，第三连接线336、第四连接线338配置于第二布线层354。第二左半线圈340(1)～340(3)、第二右半线圈342(1)～342(3)配置于第一布线层352。部份的第二交叉结构344(1)配置于第一布线层352，其它部份的第二交叉结构344(1)配置于第二布线层354。而部份的第二交叉结构344(2)亦配置于第一布线层352，其它部份的第二交叉结构344(1)则配置于第二布线层354。

较佳地，第一左半线圈320(1)～320(3)的长度和实质上等于第一右半线圈322(1)～322(3)的长度和。而第二左半线圈340(1)～340(3)的长度和实质上等于第二右半线圈342(1)～342(3)的长度和。如此，当第一端312作为非平衡端口110，第三端332与第四端334分别作为平衡端口112与114时，第三端332与第四端334将可输出具有实质上相同的振幅，相位实质上相差180度的两个信号。

对于第二左半线圈340(1)与第二右半线圈342(1)相连接的连接点364而言，由于连接点364左边所有半线圈的长度和，实质上等于连接点364右边的所有半线圈的长度和。连接点364与一地电压连接，或与一直流电压供应单元(未绘示于图中)电性连接，以接收一直流偏压。此直流偏压例如可根据下级电路所需的直流偏压来决定。

此外，如图3A所示，第二端314、第三端332及第四端334分别与电容C1、C2及C3电性连接。

于本实施例的巴伦器300中，第一共平面螺旋结构体及第二共平面螺旋结构体之间的耦合方式以边缘耦合(edge coupling)的方式来达成。此种方式可以使得耦合机制较不受到外部的参考地电压的影响，而可达到较良好的耦合效果。

此外，由于本实施例的巴伦器仅需用到两个布线层，所以特别适合于使用IPD工艺来制造，亦即是使用薄膜(Thin Film)工艺来制造。使用IPD工艺所制造的巴伦器具有线圈的线宽与线距可精准控制，且可使得线宽与线距比传统使用LTCC工艺所制造的巴伦器的线宽与线距还小的优点。因此，相较于LTCC工艺所制造的巴伦器，本实施例的IPD工艺所制造的巴伦器更具有缩小布局(Layout)面积的优点。

请参照图4A，其绘示乃具有本实施例的巴伦器的结构的IPD 402与射频收发器芯片404的配置关系的一例的示意图。IPD 402配置于基材406上，而射频收发器芯片404则可配置于IPD 402上。而射频收发器芯片404则例如透过IPD 402中的多个通孔(via)405与基材406电性连接。如此，与传统的LTCC工艺所制造的巴伦器必需直接配置于基材上以与配置于基材的其它区域的射频收发器芯片电性连接的作法相较，本实施例的IPD 402可达到节省基材406面积的优点。

请参照图4B，其绘示乃具有本实施例的巴伦器的结构的IPD 408与射频收发器芯片410的配置关系的另一例的示意图。IPD 408配置于基材412上，而射频收发器芯片410则可配置于IPD 408下方的空间中。此种配置方式同样地具有节省基材412面积的优点。

请参照图5，其绘示乃本实施例的巴伦器的反射损失(Return Loss)与插入损失(Insertion loss)的仿真结果图。兹将做为非平衡端口110的第一端312作为输入端口，做为平衡端口112与114的第三端332与第四端334作为输出端口，来进行双端口巴伦器的仿真。由图5反射损失的关系曲线502与插入损失的关系曲线504可看出，于频率2.5GHz附近，反射损失约为-22.5dB，而插入损失则约为-1dB。由此可看出于频率2.5GHz附近，本实施例的巴伦器300确实可以完成信号转换的动作。

请参照图6，其绘示乃本实施例的巴伦器的两个输出信号的振幅差(Amplitudeimbalance)与相位差(Phase imbalance)的仿真结果图。由第三端332与第四端334的输出信号的振幅差的关系曲线602可看出，二者的振幅差于频率2GHz至3GHz之间介于0.1dB至0.5dB之间。而由第三端332与第四端334的输出信号的相位差的关系曲线604可看出，二者的相位差则介于179度(degree)至181度之间。由此可知，本实施例的巴伦器确实可以符合一般巴伦器的两输出信号振幅实质上相同，相位差实质上为180度的要求。

上述虽以具有电容C1、C2及C3的巴伦器100为例做说明，然巴伦器100亦可不需使用电容C1、C2及C3。

本发明的使用IPD工艺制造的巴伦器可以达到缩小布局面积及节省基材的面积的优点，可使得所使用的通讯装置更能达到轻薄短小的目的，故具有良好的市场竞争力。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种使用整合被动组件(Integrated Passive Device，IPD)工艺制造的巴伦器，包括：

一基板；

一第一共平面螺旋结构体，具有一第一端、一第二端、一第一连接线、一第二连接线、数个第一左半线圈、数个第一右半线圈、及至少一第一交叉结构，至少二个该第一左半线圈经由一个第一交叉结构与对应的二个该第一右半线圈电性连接，该第一端经由该第一连接线与最外圈的该第一左半线圈电性连接，该第二端经由该第二连接线与最外圈的该第一右半线圈电性连接；以及

一第二共平面螺旋结构体，具有一第三端、一第四端、一第三连接线、一第四连接线、数个第二左半线圈、数个第二右半线圈、及至少一第二交叉结构，至少二个第二左半线圈经由一个第二交叉结构与对应的二个该第二右半线圈电性连接，该第三端经由该第三连接线与最内圈的该第二左半线圈电性连接，该第四端经由该第四连接线与最内圈的该第二右半线圈电性连接；

其中，该些第一左半线圈与该些第二左半线圈交错配置，该些第一右半线圈与该些第二右半线圈交错配置。

2.如权利要求1所述的巴伦器，其中该基板具有一第一布线层与一第二布线层，该第一连接线、该第二连接线、该些第一左半线圈、及该些第一右半线圈配置于该第一布线层，部份的该第一交叉结构配置于该第一布线层，其它部份的该第一交叉结构配置于该第二布线层。

3.如权利要求1所述的巴伦器，其中该基板具有一第一布线层与一第二布线层，该第三连接线、该第四连接线配置于该第二布线层，该些第二左半线圈、及该些第二右半线圈配置于该第一布线层，部份的该第二交叉结构配置于该第一布线层，其它部份的该第二交叉结构配置于该第二布线层。

4.如权利要求1所述的巴伦器，其中该些第一左半线圈与该些第二左半线圈等间隔配置。

5.如权利要求1所述的巴伦器，其中该些第一右半线圈与该些第二右半线圈等间隔配置。

6.如权利要求1所述的巴伦器，其中，该些第一左半线圈的长度和实质上等于该些第一右半线圈的长度和。

7.如权利要求1所述的巴伦器，其中，该些第二左半线圈的长度和实质上等于该些第二右半线圈的长度和。

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