CN102439847A - 具有平衡i/q变压器的接收器 - Google Patents

具有平衡i/q变压器的接收器 Download PDF

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Abstract

本发明描述一种具有平衡I/Q变压器的接收器。在示范性设计中，所述接收器包括LNA，所述LNA放大所接收的RF信号且将单端RF信号提供到所述平衡I/Q变压器。所述平衡I/Q变压器包括至少一个初级线圈以及第一及第二次级线圈。所述第一次级线圈以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且将第一差分RF信号提供到第一混频器。所述第二次级线圈以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且将第二差分RF信号提供到第二混频器。所述第一及第二混频器分别用I及Q LO信号对所述第一及第二差分RF信号进行下变频转换，且提供差分I及Q经下变频转换的信号。所述初级及次级线圈可制造于集成电路的两个导电层上。

Description

具有平衡I/Q变压器的接收器
技术领域
本发明大体上涉及电子设备，且更具体地说，涉及用于无线通信的接收器。
背景技术
接收器广泛用于各种无线通信系统中以调节(例如，放大、滤波及下变频转换)所接收的射频(RF)信号且提供基带信号。通常要求接收器满足对于一些无线通信系统来说可能为严格的各种线性及噪声要求。接收器可经设计有可满足线性及噪声要求的电路。然而，这些电路可能会增加接收器的大小及成本，且还可能会消耗功率，所有这些都是不合需要的。可在提供良好性能的同时将这些缺点最小化到可能的程度的接收器为非常理想的。
发明内容
附图说明
图1展示无线通信装置的框图。
图2展示低噪声放大器(LNA)及平衡同相/正交(I/Q)电路的示意图。
图3展示不平衡I/Q电路的示意图。
图4展示另一平衡I/Q电路的示意图。
图5展示LNA、平衡I/Q电路及混频器的示意图。
图6展示平衡I/Q变压器的俯视图。
图7展示图6中的平衡I/Q变压器的横截面图。
图8展示处理信号的过程。
具体实施方式
词“示范性”在本文中用以意指“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何设计不必解释为比其它设计优选或有利。
在本文中对具有平衡I/Q变压器的接收器进行描述。所述接收器可用于各种无线及有线通信系统。举例来说，接收器可用于码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、正交FDMA(OFDMA)系统、单载波FDMA(SC-FDMA)系统、无线局域网络(WLAN)、广播系统、卫星定位系统等。
图1展示无线通信装置100的示范性设计的框图，无线通信装置100包括接收器120及发射器122。一般来说，无线装置100可包括用于任何数目的通信系统及任何数目的频带的任何数目的发射器及任何数目的接收器。
发射器或接收器可用超外差式架构或直接转换架构来实施。在超外差式架构中，信号在多个级中在RF与基带之间进行频率转换，例如，在一个级中从RF转换到中频(IF)，且接着针对接收器在另一级中从IF转换到基带。在还称作零IF架构的直接转换架构中，信号在一个级中在RF与基带之间进行频率转换。超外差式架构及直接转换架构可使用不同电路块及/或具有不同要求。在图1中所示的示范性设计中，接收器120用直接转换架构来实施。
在接收路径中，天线110接收来自基站、卫星及/或其它发射器台的下行链路信号，且将天线输出信号提供到双工器或开关112。双工器/开关112可为(i)对天线输出信号进行滤波且将所接收的RF信号RFrx提供到接收器120的双工器，或(ii)使天线输出信号通过作为所接收的RF信号的开关。在接收器120内，LNA 130放大所接收的RF信号，且将单端输入RF信号RFin提供到平衡I/Q电路140。平衡I/Q电路140针对单端输入RF信号执行单端/差分转换。平衡I/Q电路140进一步执行信号分裂，将第一差分RF信号提供到同相(I)混频器150，且将第二差分RF信号提供到正交(Q)混频器152。第一差分RF信号包含RF1p信号及RF1n信号。第二差分RF信号包含RF2p信号及RF2n信号。
混频器150用来自本机振荡器(LO)产生器170的差分I LO信号对第一差分RF信号进行下变频转换，且提供差分I经下变频转换的信号。低通滤波器160对差分I经下变频转换的信号进行滤波，且将差分I基带信号提供到数据处理器180。类似地，混频器152用来自LO产生器170的差分Q LO信号对第二差分RF信号进行下变频转换，且提供差分Q经下变频转换的信号。低通滤波器162对差分Q经下变频转换的信号进行滤波，且将差分Q基带信号提供到数据处理器180。
LO产生器170产生用于混频器150的差分I LO信号及用于混频器152的差分Q LO信号。差分I LO信号包含ILOp信号及ILOn信号。差分Q LO信号包含QLOp信号及QLOn信号。LO产生器170可包括一个或一个以上压控振荡器(VCO)、锁相回路(PLL)、参考振荡器、除法器、缓冲器等。
图1展示接收器120的示范性设计。一般来说，对接收器中的信号的调节可由一个或一个以上放大器、滤波器、混频器等来执行。这些电路可布置成不同于图1中所示的配置。此外，图1中未展示的其它电路可用以调节接收器中的信号。接收器的全部或部分可实施于一个或一个以上RF集成电路(RFIC)、模拟IC、混频信号IC等上。举例来说，LNA 130、平衡I/Q电路140以及混频器150及152可实施于RFIC上。
在发射路径中，数据处理器180处理待发射的数据，且将模拟I及Q信号提供到发射器122。发射器122调节(例如，放大、滤波及上变频转换)模拟I及Q信号，且提供发射RF信号，所述发射RF信号路由通过双工器/开关112且经由天线110进行发射。
数据处理器180可包括用于数据发射及接收以及其它功能的各种处理单元。举例来说，数据处理器180可包括一个或一个以上模/数转换器(ADC)、数/模转换器(DAC)、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)处理器、中央处理单元(CPU)等。控制器/处理器190可控制在无线装置100处的操作。存储器192可存储用于无线装置100的程序代码及数据。数据处理器180、控制器/处理器190及/或存储器192可实施于一个或一个以上专用集成电路(ASIC)及/或其它IC上。
在图1中所示的示范性设计中，单端LNA 130用以放大所接收的RF信号。与差分LNA相比，单端LNA 130可具有较低的功率消耗，可占用较小的裸片面积且可需要较少的外部匹配组件，所有这些均可为非常理想的。如通常情况，差分I及Q混频器150及152用于接收器120中，以便获得良好性能。应将一对平衡差分RF信号提供到I及Q混频器150及152，以便满足对残余边带(RSB)、二阶输入截取点(IIP2)等的严格系统要求。在图1中所示的示范性设计中，平衡I/Q电路140在单端LNA 130与差分I及Q混频器150及152之间提供接口。
图2展示图1中的单端LNA 130及平衡I/Q电路140的示范性设计的示意图。在图2中所示的示范性设计中，LNA 130包括输入匹配网络210及跨导(Gm)级220。匹配网络210为LNA 130提供输入阻抗匹配。Gm级220为LNA 130提供放大，且输出为电流信号的单端输入RF信号RFin。平衡I/Q电路140充当Gm级220的无源负载，且接收来自Gm级220的单端输入RF信号。在图2中所示的示范性设计中，平衡I/Q电路140包括平衡I/Q变压器240及可变电容器(可变电抗器)242及244。
在图2中所示的示范性设计中，平衡I/Q变压器240包括两个初级线圈252及254以及两个次级线圈262及264。线圈还可被称为电感器线圈、绕组、导体等。第一初级线圈252与第二初级线圈254连接于中央分接头处，所述中央分接头进一步连接到LNA130的输出端。第一初级线圈252耦合于LNA 130的输出端与电力供应器电压Vdd之间。第二初级线圈254也耦合于LNA 130的输出端与Vdd供应器之间。初级线圈252及254的差分端口由此连接到AC接地。第一初级线圈252以磁性方式耦合到第一次级线圈262。第二初级线圈254以磁性方式耦合到第二次级线圈264。可变电抗器242与第一初级线圈252并联耦合，且所述组合形成第一谐振电路246。可变电抗器244与第二初级线圈254并联耦合，且所述组合形成第二谐振电路248。
如图2中所示，平衡I/Q变压器240包含具有两个初级线圈252及254的初级侧以及具有两个次级线圈262及264的次级侧。来自LNA 130的单端输入RF信号提供到初级线圈252及254的中央分接头。次级线圈262将包含RF1p及RF1n电流信号的第一差分RF信号提供到I混频器150。次级线圈264将包含RF2p及RF2n电流信号的第二差分RF信号提供到Q混频器152。
平衡I/Q电路140具有平衡结构。这使得来自次级线圈262的第一差分RF信号与来自次级线圈264的第二差分RF信号能够观测到类似负载。明确地说，次级线圈262观测到耦合于LNA 130的输出端与Vdd之间的初级线圈252及可变电抗器242的阻抗。类似地，次级线圈264观测到耦合于LNA 130的输出端与Vdd之间的初级线圈254及可变电抗器244的阻抗。平衡耦合可由此建立到所述两个次级线圈262及264。
图3展示不平衡I/Q电路300的示范性设计的示意图，用于与图2中的平衡I/Q电路140进行比较。不平衡I/Q电路300包括变压器340及可变电抗器342。变压器340包括初级线圈352及次级线圈362。初级线圈352耦合于LNA 130的输出端与Vdd供应器之间，且以磁性方式耦合到次级线圈362。次级线圈362具有耦合到电路接地的中央分接头，且次级线圈362的两个端将差分电流信号提供到I混频器150及Q混频器152两者。可变电抗器342与初级线圈352并联耦合，且所述组合形成谐振电路346。
不平衡I/Q电路300具有不平衡结构。明确地说，在节点A与次级线圈362的中央分接头之间的差分RF信号观测到初级线圈352的中央分接头与Vdd供应器之间的耦合。然而，在节点B与次级线圈362的中央分接头之间的差分RF信号观测到初级线圈352的中央分接头与LNA 130的输出端之间的耦合。不平衡耦合可由此建立于次级线圈362的节点A及B处。
在若干方面中，图2中的平衡I/Q变压器240可比图3中的不平衡变压器340具有更好的性能。第一，归因于平衡结构，来自平衡I/Q变压器240中的次级线圈262的第一差分RF信号的振幅及相位可更好地匹配来自次级线圈264的第二差分RF信号的振幅及相位。第二，归因于平衡结构，可实现I分支与Q分支之间的更好隔离。I分支指代从次级线圈262到图1中的低通滤波器160的信号路径，且Q分支指代从次级线圈264到低通滤波器162的信号路径。平衡I/Q变压器240可由此提供关于RSB、IIP2及可能的其它性能量度的良好性能。此外，平衡I/Q变压器240完全无源且不消耗功率，这对于便携式装置可为理想的。
图4展示平衡I/Q电路142的示范性设计的示意图，平衡I/Q电路142可用于图1中的平衡I/Q电路140。在此示范性设计中，平衡I/Q电路142包括平衡I/Q变压器440以及可变电抗器442及444。平衡I/Q变压器440包括单一初级线圈450以及两个次级线圈462及464。初级线圈450具有两个耦合到Vdd供应器的端以及可连接到LNA 130的输出端的中央分接头。第一次级线圈462以磁性方式耦合到初级线圈450的第一半部，且第二次级线圈464以磁性方式耦合到初级线圈450的第二半部。可变电抗器442与初级线圈450的第一半部并联耦合，且可变电抗器444与初级线圈450的第二半部并联耦合。
一般来说，平衡I/Q变压器的初级侧可包括一个或一个以上初级线圈。每一次级线圈可以磁性方式耦合到相应初级线圈(例如，如图2中所示)或初级线圈的相应部分(例如，如图4中所示)。
图5展示图1中的LNA 130、平衡I/Q电路140以及混频器150及152的示范性设计的示意图。在此示范性设计中，LNA 130包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管514及516。NMOS晶体管514使其栅极接收所接收的RF信号RFrx，使其源极耦合到电感器512的一端，且使其漏极耦合到NMOS晶体管516的源极。NMOS晶体管516使其栅极接收第一偏置电压Vbias1，且使其漏极提供单端输入RF信号RFin。电感器512的另一端耦合到电路接地。电阻器518具有耦合到NMOS晶体管514的栅极的一端及接收第二偏置电压Vbias2的另一端。
NMOS晶体管514是为所接收的RF信号提供放大的增益晶体管。NMOS晶体管516是为所述增益晶体管提供缓冲且为单端输入RF信号进一步提供信号驱动的共源共栅晶体管。电感器512为用于LNA 130的窄带设计的源极退化电感器。平衡I/Q电路140充当LNA 130的无源负载。可变电抗器242及244可经调谐以实现所要的性能。在一个示范性设计中，可变电抗器242及244可经调谐以使得谐振器246及248的谐振频率处于所要的操作频率，例如，正被接收的信道的频率。在另一示范性设计中，可变电抗器242及244可经调谐以获得LNA 130的所要增益。一般来说，可变电抗器242及244可经调谐以使LNA 130的负载变化，这又可改变LNA 130的增益及/或其它特性。
在图5中所示的示范性设计中，I混频器150包括两对交叉耦合在一起的NMOS晶体管。NMOS晶体管552a及554a使其漏极耦合在一起，使其栅极分别耦合到缓冲器562a及564a的输出端，且使其源极分别耦合到节点A及B。NMOS晶体管556a及558a使其漏极耦合在一起，使其栅极分别耦合到缓冲器564a及562a的输出端，且使其源极分别耦合到节点A及B。AC耦合电容器542a具有从次级线圈262接收RF1p信号的一端以及耦合到NMOS晶体管552a及554a的漏极的另一端。AC耦合电容器544a具有从次级线圈262接收RF1n信号的一端以及耦合到NMOS晶体管556a及558a的漏极的另一端。缓冲器562a及564a分别接收ILOp及ILOn信号，所述信号形成来自LO产生器170的差分I LO信号。节点A及B分别提供Idcp及Idcn信号，所述信号形成来自I混频器150的差分I经下变频转换的信号。
Q混频器152类似地包括两对交叉耦合在一起的NMOS晶体管。AC耦合电容器542b及544b接收来自次级线圈264的RF2p及RF2n信号。NMOS晶体管552b及554b使其漏极耦合到电容器542a，且使其源极分别耦合到节点C及D。NMOS晶体管556b及558b使其漏极耦合到电容器544b，且使其源极分别耦合到节点C及D。缓冲器562b及564b分别接收QLOp及QLOn信号，所述信号形成来自LO产生器170的差分Q LO信号。缓冲器562b使其输出端耦合到NMOS晶体管552b及558b的栅极，且缓冲器564b使其输出端耦合到NMOS晶体管554b及556b的栅极。节点C及D分别提供Qdcp及Qdcn信号，所述信号形成来自Q混频器152的差分Q经下变频转换的信号。
图5展示LNA 130以及混频器150及152的示范性设计。这些电路还可用其它设计来实施。举例来说，匹配网络可用于LNA 130以提供输入阻抗匹配。Gm级可插入于平衡I/Q电路140与混频器150及152之间，且可用以放大来自平衡I/Q电路140的所述两个差分RF信号。混频器150及152还可用此项技术中已知的其它混频器拓扑来实施。
平衡I/Q变压器可用各种方式来实施。平衡I/Q变压器的初级及次级线圈可用各种图案来实施以获得所要的电感及耦合。初级及次级线圈还可制造于一个或一个以上导电层上。
图6展示图2中的平衡I/Q变压器240的示范性设计的俯视图。在此示范性设计中，初级线圈252及254制造于RFIC的第一导电层上。次级线圈262及264制造于第二导电层上且分别重叠于初级线圈252及254。第一导电层可处于第二导电层上方，或反之亦然。
图7展示图6中的平衡I/Q变压器240的横截面图。图7中的所述横截面图是沿图6中的线X-X′截取的。
如图6中所示，第一初级线圈252用布置成螺旋图案的导体来实施，且第二初级线圈254用也布置成螺旋图案的另一导体来实施。初级线圈252及254连接于中央分接头处。次级线圈262用重叠于初级线圈252的导体的布置成螺旋图案的导体来实施。类似地，次级线圈264用重叠于初级线圈254的导体的布置成螺旋图案的导体来实施。在图6中，初级线圈252及254用交叉散列来展示，且次级线圈262及264仅用暗色框线来展示。
一般来说，初级及次级线圈可用例如低损耗金属(例如，铜)、较高损耗金属(例如，铝)或某其它材料等各种导电材料来制造。可针对制造于低损耗金属层上的线圈而实现较高质量因子(Q)。因为不同IC设计规则可适用，所以较小大小的线圈可制造于有损耗金属层上。
在一个示范性设计中，RFIC可具有六个金属层，所述层可被称为层M1到M6。层M1可为最底层(最接近衬底)，且层M6可为最顶层。层M1到M4可为薄铜层，层M5可为厚铜层，且层M6可为厚铝层。如图7中所示，初级线圈252及254可制造于厚铝层M6上。如图7中所示，次级线圈262及264可制造于厚铜层M5上。初级线圈252及254以及次级线圈262及264可由此制造于RFIC上的两个最好金属层(在传导性方面)上，以便获得平衡I/Q变压器的良好性能。同一线圈(例如，图6中的次级线圈262或264)的多个区段可经由通孔及下部通道来连接，所述通孔及下部通道可形成于金属层M4或某其它导电层上。
在图6中所示的示范性设计中，初级线圈252及254各自用七匝来实施，且次级线圈262及264各自用四匝来实施。初级线圈252及254可用比次级线圈262及264多的匝来实施(例如，如图6中所示)，以获得(i)用于来自次级线圈262及264的差分电流信号的电流增益，及(ii)与初级线圈252及254相比更低的次级线圈262及264的阻抗。初级线圈252及254还可用(i)与次级线圈262及264相同数目的匝(图6中未展示)或(ii)比次级线圈262及264少的匝(图6中也未展示)来实施，以获得用于来自次级线圈262及264的差分电压信号的电压增益。
图6及图7展示示范性设计，其中初级线圈252及254以及次级线圈262及264堆叠且制造于两个导体层上。堆叠拓扑可允许平衡I/Q变压器240制造于较小的裸片面积中，且还可产生I分支与Q分支之间的更好匹配。在另一示范性设计中，全部的初级及次级线圈可制造于单一导电层上。初级线圈252与次级线圈262可为交错或交织的，且初级线圈254与次级线圈264可为交错的。当金属层的数目有限时，可使用此并排拓扑。与堆叠拓扑相比，此并排拓扑还可提供初级线圈与次级线圈之间较小的电容。较小的电容可为理想的，以便实现变压器的较高自谐振频率(SRF)以获得高频率操作。在又一示范性设计中，初级线圈及次级线圈可制造于三个或三个以上导电层上。举例来说，单一初级线圈可制造于第一导电层上，第一次级线圈可制造于在第一导电层上方的第二导电层上，且第二次级线圈可制造于在第一导电层下方的第三导电层上。
图6展示示范性设计，其中线圈252、254、262及264用螺旋图案来实施。线圈252及262可在第一方向(例如，图6中的逆时针方向)上形成，且线圈254及264可在与第一方向相反的第二方向(例如，图6中的顺时针方向)上形成。在彼此相反的方向上形成次级线圈262及264可减小所述两个次级线圈之间的相互耦合，这可改善I分支与Q分支之间的隔离。每一对耦合线圈还可用其它方式来实施。举例来说，线圈252及262以及线圈254及264可布置成双螺旋、锯齿形或某其它图案。一般来说，不同拓扑、布局图案及制造技术可为平衡I/Q变压器提供不同优点。
平衡I/Q电路140的可变电抗器242及244可用各种方式来实施。在示范性设计中，可变电抗器242及244可各自用一组可选电容器来实施。每一可选电容器可被选择以增加电容或被取消选择以减小电容。在示范性设计中，可变电抗器242及244的电容器可用MOS电容器来实施，其可分别制造于在次级线圈262及264之下的层上。在另一示范性设计中，可变电抗器242及244可用微机电系统(MEMS)可变电抗器来实施。MEMS可变电抗器可具有可随DC电压向上或向下移动的机械膜，以调整MEMS可变电抗器的电容。MEMS可变电抗器的机械膜可形成于图6中的初级线圈252及254的中央区域中。
在一示范性设计中，平衡I/Q变压器240可制造于包括LNA 130以及混频器150及152的RFIC上。这可降低成本且减小大小。RFIC还可包括其它电路，例如，图1中的接收器120中的电路。
一般来说，设备可包含第一、第二及第三电路以及变压器。第一电路可提供单端信号。变压器可耦合到第一电路，且可包含至少一个初级线圈以及第一及第二次级线圈。所述至少一个初级线圈可接收来自第一电路的单端信号。第一次级线圈可以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈(例如，以磁性方式耦合到如图2中所示的相应初级线圈或如图4中所示的初级线圈的相应区段)，且可将第一差分信号提供到第二电路。第二次级线圈可以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且可将第二差分信号提供到第三电路。
在一个示范性设计中，第一电路可包含放大所接收的RF信号且将单端信号提供到变压器的LNA。所述至少一个初级线圈可作为LNA的无源负载来操作，例如，如图2及图5中所示。第二电路可包含用I LO信号对第一差分信号进行下变频转换且提供差分I经下变频转换的信号的第一混频器，例如，如图5中所示。第三电路可包含用Q LO信号对第二差分信号进行下变频转换且提供差分Q经下变频转换的信号的第二混频器。
在一个示范性设计中，所述至少一个初级线圈可包含第一及第二初级线圈，例如，如图2中所示。第一初级线圈可以磁性方式耦合到第一次级线圈且可接收单端信号。第二初级线圈可以磁性方式耦合到第二次级线圈且也可接收单端信号。在另一示范性设计中，所述至少一个初级线圈可包含具有接收单端信号的中央分接头的单一初级线圈，例如，如图4中所示。第一次级线圈可以磁性方式耦合到所述初级线圈的第一半部。第二次级线圈可以磁性方式耦合到所述初级线圈的第二半部。
在一个示范性设计中，初级线圈可制造于第一导电层上，且次级线圈可制造于第二导电层上。在另一示范性设计中，初级线圈及第二次级线圈可制造于单一导电层上。
在图2中所示的示范性设计中，第一及第二初级线圈可各自包含第一数目的匝。第一及第二次级线圈可各自包含第二数目的匝，其可少于第一数目的匝。第一次级线圈可覆盖(例如，在上面或下面)第一初级线圈，例如，如图6及图7中所示。第二次级线圈可覆盖第二初级线圈。第一初级线圈及第一次级线圈可在第一方向上以螺旋图案形成。如图6中所示，第二初级线圈及第二次级线圈可在可与第一方向相反的第二方向上以螺旋图案形成。初级线圈及次级线圈还可用其它方式制造。
在示范性设计中，第一可变电抗器可与第一初级线圈并联耦合且可形成第一谐振电路。第二可变电抗器可与第二初级线圈并联耦合且可形成第二谐振电路。在示范性设计中，可变电抗器可在集成电路上制造于变压器之下。可变电抗器还可用MEMS可变电抗器来实施及/或用其它方式制造。
在示范性设计中，集成电路(例如，RFIC)可包含LNA及变压器。LNA可放大所接收的RF信号且提供单端RF信号。变压器可耦合到LNA，且可包含至少一个初级线圈以及第一及第二次级线圈。所述至少一个初级线圈可接收来自LNA的单端RF信号且可作为LNA的负载来操作。第一次级线圈可以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且可提供第一差分RF信号。第二次级线圈可以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且可提供第二差分RF信号。在一个示范性设计中，所述至少一个初级线圈可包含(i)以磁性方式耦合到第一次级线圈的第一初级线圈及(ii)以磁性方式耦合到第二次级线圈的第二初级线圈，例如，如图2中所示。
在一个示范性设计中，LNA可包含第一及第二晶体管。第一晶体管(例如，图5中的NMOS晶体管514)可为所接收的RF信号提供放大。第二晶体管(例如，NMOS晶体管516)可耦合到第一晶体管且可将单端RF信号提供到变压器。
集成电路可进一步包含第一及第二混频器。第一混频器可用I LO信号对第一差分RF信号进行下变频转换，且可提供差分I经下变频转换的信号。第二混频器可用Q LO信号对第二差分RF信号进行下变频转换，且可提供差分Q经下变频转换的信号。在一个示范性设计中，每一混频器可包含两对晶体管，例如，如图5中所示。第一对晶体管可用差分LO信号对非反相RF信号进行下变频转换。第二对晶体管可用差分LO信号对反相RF信号进行下变频转换。非反相及反相RF信号可用于来自变压器的第一或第二差分RF信号。
在另一示范性设计中，无线通信装置可包含天线、LNA及变压器。天线可提供所接收的RF信号。LNA可放大所接收的RF信号且提供单端RF信号。发射器可耦合到LNA且可包含至少一个初级线圈以及第一及第二次级线圈，所述线圈可如图2或图4中所示而耦合。无线装置可进一步包含第一及第二混频器。第一混频器可用I LO信号对来自第一次级线圈的第一差分RF信号进行下变频转换，且提供差分I经下变频转换的信号。第二混频器可用Q LO信号对来自第二次级线圈的第二差分RF信号进行下变频转换，且提供差分Q经下变频转换的信号。
图8展示用于处理信号的过程800的示范性设计。可用第一电路产生单端信号(框812)，且将其提供到包含第一及第二次级线圈的变压器的至少一个初级线圈(框814)。在框812的示范性设计中，可用LNA放大所接收的RF信号以产生单端信号。
可用以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈的第一次级线圈提供第一差分信号(框816)。可用以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈的第二次级线圈提供第二差分信号(框818)。可用第二电路处理第一差分信号，例如，用第一混频器进行下变频转换以获得差分I经下变频转换的信号(框820)。可用第三电路处理第二差分信号，例如，用第二混频器进行下变频转换以获得差分Q经下变频转换的信号(框822)。
如上文所描述，本文所描述的平衡I/Q变压器可用于接收器中。平衡I/Q变压器还可用于发射器及其它电子电路中。
本文中所描述的具有平衡I/Q变压器的接收器可实施于IC、模拟IC、RFIC、混频信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子装置等上。具有平衡I/Q变压器的接收器还可用例如互补金属氧化物半导体(CMOS)、NMOS、P沟道MOS(PMOS)、双极结晶体管(BJT)、双极CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)等各种IC工艺技术来制造。
实施本文所描述的具有平衡I/Q变压器的接收器的设备可为独立装置或可为较大装置的部分。装置可为(i)独立IC，(ii)可包括用于存储数据及/或指令的存储器IC的一个或一个以上IC的集合，(iii)例如RF接收器(RFR)或RF发射器/接收器(RTR)等RFIC，(iv)例如移动台调制解调器(MSM)等ASIC，(v)可嵌入于其它装置内的模块，(vi)接收器、蜂窝式电话、无线装置、手持机或移动单元，(vii)等。
在一个或一个以上示范性设计中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如果以软件来实施，则可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码而存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体来传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与通信媒体两者，通信媒体包括促进将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可以是可由计算机存取的任何可用媒体。借助于实例而非限制，所述计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。而且，将任何连接恰当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外线、无线电及微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电及微波等无线技术均包括于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字通用光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘借助激光以光学方式再生数据。以上各项的组合也应包括在计算机可读媒体的范围内。
提供对本发明的先前描述以使所属领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将容易明白对本发明的各种修改，且在不脱离本发明的范围的情况下，本文中所定义的一般原理可应用于其它变型。因此，本发明不希望限于本文所描述的实例及设计，而是应被赋予与本文所揭示的原理及新颖特征一致的最广范围。

Claims (26)

1.一种设备，其包含：
第一电路，其提供单端信号；及
变压器，其耦合到所述第一电路且包含
至少一个初级线圈，其接收所述单端信号，
第一次级线圈，其以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且将第一差分信号提供到第二电路，及
第二次级线圈，其以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且将第二差分信号提供到第三电路。
2.根据权利要求1所述的设备，所述第一电路包含低噪声放大器LNA，所述LNA放大所接收的射频RF信号且将所述单端信号提供到所述变压器。
3.根据权利要求2所述的设备，所述至少一个初级线圈作为所述LNA的无源负载来操作。
4.根据权利要求1所述的设备，所述第二电路包含第一混频器，所述第一混频器用同相I本机振荡器LO信号对所述第一差分信号进行下变频转换且提供差分I经下变频转换的信号，且所述第三电路包含第二混频器，所述第二混频器用正交Q LO信号对所述第二差分信号进行下变频转换且提供差分Q经下变频转换的信号。
5.根据权利要求1所述的设备，所述至少一个初级线圈包含
第一初级线圈，其以磁性方式耦合到所述第一次级线圈且接收所述单端信号，及
第二初级线圈，其以磁性方式耦合到所述第二次级线圈且接收所述单端信号。
6.根据权利要求1所述的设备，所述至少一个初级线圈包含具有接收所述单端信号的中央分接头的单一初级线圈，所述第一次级线圈以磁性方式耦合到所述初级线圈的第一半部，且所述第二次级线圈以磁性方式耦合到所述初级线圈的第二半部。
7.根据权利要求1所述的设备，所述至少一个初级线圈制造于第一导电层上，且所述第一及第二次级线圈制造于第二导电层上。
8.根据权利要求1所述的设备，所述至少一个初级线圈以及所述第一及第二次级线圈制造于单一导电层上。
9.根据权利要求5所述的设备，所述第一及第二初级线圈各自包含第一数目的匝，且所述第一及第二次级线圈各自包含比所述第一数目的匝少的第二数目的匝。
10.根据权利要求5所述的设备，所述第一次级线圈覆盖所述第一初级线圈，且所述第二次级线圈覆盖所述第二初级线圈。
11.根据权利要求5所述的设备，所述第一初级线圈及所述第一次级线圈在第一方向上以螺旋图案形成，且所述第二初级线圈及所述第二次级线圈在与所述第一方向相反的第二方向上以螺旋图案形成。
12.根据权利要求5所述的设备，其进一步包含：
第一可变电抗器，其与所述第一初级线圈并联耦合且形成第一谐振电路；及
第二可变电抗器，其与所述第二初级线圈并联耦合且形成第二谐振电路。
13.根据权利要求12所述的设备，所述第一及第二可变电抗器在集成电路上制造于所述变压器下方。
14.一种集成电路，其包含：
低噪声放大器LNA，其放大所接收的射频RF信号且提供单端RF信号；及
变压器，其耦合到所述LNA且包含
至少一个初级线圈，其接收所述单端RF信号，
第一次级线圈，其以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且提供第一差分RF信号，及
第二次级线圈，其以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且提供第二差分RF信号。
15.根据权利要求14所述的集成电路，其进一步包含：
第一混频器，其用同相I本机振荡器LO信号对所述第一差分RF信号进行下变频转换且提供差分I经下变频转换的信号；及
第二混频器，其用正交Q LO信号对所述第二差分RF信号进行下变频转换且提供差分Q经下变频转换的信号。
16.根据权利要求14所述的集成电路，所述至少一个初级线圈包含
第一初级线圈，其以磁性方式耦合到所述第一次级线圈且接收所述单端RF信号，及
第二初级线圈，其以磁性方式耦合到所述第二次级线圈且接收所述单端RF信号。
17.根据权利要求14所述的集成电路，所述LNA包含
第一晶体管，其为所述所接收的RF信号提供放大，及
第二晶体管，其耦合到所述第一晶体管且将所述单端RF信号提供到所述变压器。
18.根据权利要求14所述的集成电路，所述第一及第二混频器中的每一者包含
第一对晶体管，其用差分本机振荡器LO信号对非反相RF信号进行下变频转换，及
第二对晶体管，其用所述差分LO信号对反相RF信号进行下变频转换，所述非反相及反相RF信号是用于来自所述变压器的所述第一或第二差分RF信号。
19.一种无线通信装置，其包含：
天线，其提供所接收的射频RF信号；
低噪声放大器LNA，其放大所述所接收的RF信号且提供单端RF信号；及
变压器，其耦合到所述LNA且包含
至少一个初级线圈，其接收所述单端RF信号，
第一次级线圈，其以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且提供第一差分RF信号，及
第二次级线圈，其以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈且提供第二差分RF信号。
20.根据权利要求19所述的无线通信装置，其进一步包含：
第一混频器，其用同相I本机振荡器LO信号对所述第一差分RF信号进行下变频转换且提供差分I经下变频转换的信号；及
第二混频器，其用正交Q LO信号对所述第二差分RF信号进行下变频转换且提供差分Q经下变频转换的信号。
21.根据权利要求19所述的无线通信装置，所述至少一个初级线圈包含
第一初级线圈，其以磁性方式耦合到所述第一次级线圈且接收所述单端RF信号，及
第二初级线圈，其以磁性方式耦合到所述第二次级线圈且接收所述单端RF信号。
22.一种方法，其包含：
用第一电路产生单端信号；
将所述单端信号提供到包含第一及第二次级线圈的变压器的至少一个初级线圈；
用以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈的所述第一次级线圈提供第一差分信号；
用以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈的所述第二次级线圈提供第二差分信号；
用第二电路处理所述第一差分信号；及
用第三电路处理所述第二差分信号。
23.根据权利要求22所述的方法，所述用所述第一电路产生所述单端信号包含用低噪声放大器LNA放大所接收的射频RF信号以产生所述单端信号。
24.根据权利要求22所述的方法，
所述用所述第二电路处理所述第一差分信号包含
用第一混频器对所述第一差分信号进行下变频转换以获得差分同相I经下变频转换的信号，且
所述用所述第三电路处理所述第二差分信号包含
用第二混频器对所述第二差分信号进行下变频转换以获得差分正交Q经下变频转换的信号。
25.根据权利要求22所述的方法，将所述单端信号提供到第一及第二初级线圈，所述第一初级线圈以磁性方式耦合到所述第一次级线圈，且所述第二初级线圈以磁性方式耦合到所述第二次级线圈。
26.一种设备，其包含：
用于产生单端信号的装置；
用于将所述单端信号提供到包含第一及第二次级线圈的变压器的至少一个初级线圈的装置；
用于用以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈的所述第一次级线圈提供第一差分信号的装置；
用于用以磁性方式耦合到所述至少一个初级线圈的所述第二次级线圈提供第二差分信号的装置；
用于处理所述第一差分信号的装置；及
用于处理所述第二差分信号的装置。
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