CN103928438B - 片上变压器、其版图结构、发射电路及收发电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种片上变压器、其版图结构、发射电路及收发电路，其中，所述片上变压器包括：初级线圈及次级线圈，所述初级线圈和次级线圈上对应设有多个抽头组，每个抽头组包括两个抽头。通过初级线圈和次级线圈上对应设有多个抽头组，每个抽头组包括两个抽头，由此在多协议或者多频带的通讯系统中，便可由一个变压器实现原来需要相应设置多个变压器来进行上述阻抗匹配及差分‑‑单端信号的转换，从而减少所需片上变压器的数量，节省芯片/终端面积。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种片上变压器、其版图结构、发射电路及收发电路。
背景技术
随着现代无线通讯向高速大容量方向的演进，用户对宽带通讯的要求不断提高，下一代的技术对射频模块和功放模块的性能要求也越来越苛刻。对于终端中的功率放大器来说，其最高供电电压不超过4.2V，其典型的电源电压为3.3V，而在此状况下若要有3W的功率输出，在不考虑膝点电压的情况下，其所需的最优化阻抗为1.7Ω左右，而功放模块输出的阻抗要求为50Ω，因此在功率放大器的输出到功放模块的输出端之间需要一个变压器来完成最优化阻抗到50Ω输出阻抗之间的变换。此外，对于差分结构的发射机来说，需要通过变压器将差分信号转换为单路信号；而对于差分结构的接收机来说，需要通过变压器将单路信号转换为差分信号，并完成50Ω阻抗匹配。
具体的，请参考图1和图2，其中，图1为现有的片上变压器的结构示意图；图2为现有的片上变压器的版图结构的示意图。当利用图1和图2所示的片上变压器执行差分信号转换为单路信号以及阻抗变换时，每个片上变压器只能对一路信号执行差分信号转换为单路信号以及阻抗变换。
现有技术中，如果是多协议或者多频带的通讯系统，则相应需要多个变压器进行上述阻抗及信号变换；由此，当终端为多协议或者多频带的通讯系统时，将使用多个变压器，从而将占用较大芯片/终端面积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种片上变压器、其版图结构、发射电路及收发电路，在多协议或者多频带的通讯系统里，以一个变压器替代现有技术中多个变压器来完成上述阻抗及信号变换；由此，当终端为多协议或者多频带的通讯系统时，将仅需要一个变压器，从而达到节省芯片/终端面积的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供一种片上变压器，所述片上变压器包括：初级线圈及次级线圈，其中，所述初级线圈和次级线圈上对应设有多个抽头组，每个抽头组包括两个抽头。
可选的，在所述的片上变压器中，所述初级线圈和次级线圈上对应设有两个抽头组。
本发明还提供一种上述片上变压器的版图结构，所述片上变压器的版图结构包括：基板；位于所述基板上的两根金属线，两根金属线均以同一中心绕成多个环形结构，并且一根金属线所绕成的多个环形结构中至少有一个环形结构与另一根金属线所绕成的环形结构相邻，其中，每根金属线上对应连接有多个金属条组，每个金属条组包括两根金属条。
可选的，在所述的片上变压器的版图结构中，两根金属线所绕成的环形结构位于同一金属层次，并且交错排布。
可选的，在所述的片上变压器的版图结构中，两根金属线所绕成的环形结构分别位于相邻两个金属层次。
本发明还提供一种片上变压器的发射电路，所述片上变压器的发射电路包括：如上所述的片上变压器；多个功率放大器，每个功率放大器的输出端与所述片上变压器的初级线圈连接。
可选的，在所述的片上变压器的发射电路中，每个功率放大器的输出端通过所述初级线圈上的一个抽头组与所述初级线圈连接。
可选的，在所述的片上变压器的发射电路中，所述功率放大器的数量为两个，两个功率放大器形成两条信号发射通路，每条信号发射通路均接入需要发射的差分输入信号，通过所述片上变压器的阻抗变换，从其初级线圈对应的抽头组上得到需要的阻抗，与功率放大器的输出阻抗完成最优阻抗匹配，所述片上变压器的次级线圈对应的抽头组上得到单端输出信号。
可选的，在所述的片上变压器的发射电路中，在两条信号发射通路中，当一条信号发射通路工作时，另一条信号发射通路不工作。
本发明还提供一种片上变压器的收发电路，所述片上变压器的收发电路包括：如上所述的片上变压器；一个或者多个功率放大器，每个功率放大器的输出端与所述片上变压器的初级线圈连接；一个或者多个低噪声放大器，每个低噪声放大器的输入端与所述片上变压器的初级线圈连接。
可选的，在所述的片上变压器的收发电路中，每个功率放大器的输出端通过所述初级线圈上的一个抽头组与所述初级线圈连接；每个低噪声放大器的输入端通过所述初级线圈上的一个抽头组与所述初级线圈连接。
可选的，在所述的片上变压器的收发电路中，所述功率放大器的数量为一个，一个功率放大器形成信号发射通路，该信号发射通路接入需要发射的差分输入信号，通过所述片上变压器的阻抗变换，从其初级线圈对应的抽头组上得到需要的阻抗，与功率放大器的输出阻抗完成最优阻抗匹配，所述片上变压器的次级线圈对应的抽头组上得到单端输出信号；所述低噪声放大器的数量为一个，一个低噪声放大器形成信号接收通路，该信号接收通路接入接收到的单端输入信号，所述低噪声放大器输出差分信号，同时完成接收天线端与其输入端的阻抗匹配。
可选的，在所述的片上变压器的收发电路中，当信号发射通路工作时，信号接收通路不工作；当信号接收通路工作时，信号发射通路不工作。
在本发明提供的片上变压器、其版图结构、发射电路及收发电路中，通过初级线圈和次级线圈上对应设有多个抽头组，每个抽头组包括两个抽头，由此在多协议或者多频带的通讯系统中，便可由一个变压器实现原来需要相应设置多个变压器来进行上述阻抗匹配及差分--单端信号的转换，从而减少所需片上变压器的数量，节省芯片/终端面积。
附图说明
图1是现有的片上变压器的结构示意图；
图2是现有的片上变压器的版图结构的示意图；
图3是本发明实施例的片上变压器的结构示意图；
图4是本发明实施例的片上变压器的版图结构的示意图；
图5是本发明实施例的片上变压器的发射电路的示意图；
图6是本发明实施例的片上变压器的收发电路的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的片上变压器、其版图结构、发射电路及收发电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本申请的核心思想在于，通过初级线圈和次级线圈上对应设有多个抽头组，每个抽头组包括两个抽头，由此在多协议或者多频带的通讯系统中，便可由一个变压器实现原来需要相应设置多个变压器来进行上述阻抗匹配及差分--单端信号的转换，从而减少片上变压器的数量，节省芯片/终端面积。
【实施例一】
具体的，请参考图3，其为本发明实施例的片上变压器的结构示意图。如图3所示，所述片上变压器1包括：初级线圈及次级线圈，其中，所述初级线圈和次级线圈上对应设有多个抽头组，每个抽头组包括两个抽头。
在本申请实施例中，所述初级线圈和次级线圈上对应设有两个抽头组。具体的，所述初级线圈上设置有抽头组P1P2及抽头组P3P4，抽头组P1P2包括抽头P1及抽头P2，抽头组P3P4包括抽头P3及抽头P4；所述次级线圈上设置有抽头组S1S2及抽头组S3S4，抽头组S1S2包括抽头S1及抽头S2，抽头组S3S4包括抽头S3及抽头S4。一般而言，所述初级线圈和次级线圈上对应设有两个抽头组时，所述片上变压器的性能较优。
在此，通过初级线圈和次级线圈上对应设有多个抽头组，每个抽头组包括两个抽头，由此在多协议或者多频带的通讯系统中，便可由一个变压器实现原来需要相应设置多个变压器来进行上述阻抗及信号的变换，从而减少所需片上变压器的数量，节省芯片/终端面积。
【实施例二】
接下去，请参考图4，其为本发明实施例的片上变压器的版图结构的示意图。如图4所示，所述片上变压器的版图结构包括：基板（图4中未示出）；位于所述基板上的两根金属线（即金属线10和金属线11），两根金属线均以同一中心绕成多个环形结构，并且一根金属线所绕成的多个环形结构中至少有一个环形结构与另一根金属线所绕成的环形结构相邻，其中，每根金属线上对应连接有多个金属条组，每个金属条组包括两根金属条。
在本申请实施例中，两根金属线所绕成的环形结构位于同一层，并且交错排布，由此能够增加电磁感应。在本申请的其他实施例中，两根金属线所绕成的环形结构分别位于相邻两层。
具体的，金属线10绕成三个环形结构，金属线11绕成三个环形结构，金属线10所绕成的三个环形结构与金属线11所绕成的三个环形结构交错/间隔排布，即一个金属线10所绕成的环形结构内部紧接着套一个金属线11所绕成的环形结构、在该金属线11所绕成的环形结构内部又紧接着套一个金属线10所绕成的环形结构，以此类推。
在本申请实施例中，每根金属线均绕成三个环形结构，每根金属线上对应连接有两个金属条组。在本申请实施例中，每个环形结构为八边环形结构；在本申请的其他实施例中，每个环形结构也可以是圆环形结构、三边环形结构、四边环形结构或者五边环形结构等。具体的，金属线10上对应连接有金属条组P1P2及金属条组P3P4，金属线11上对应连接有金属条组S1S2及金属条组S3S4。由此，利用所述片上变压器的版图结构进行一系列半导体工艺便可形成上述的片上变压器1。
请继续参考图4，区域A1和区域A2中存在交叉，在此，所述交叉处并不连通。具体的，交叉处的两根金属线可以通过设置于不同的金属层而避免导通的问题，其与其余部分的金属线段的连接可以通过接触孔实现。
接下去，本申请将介绍两个使用上述片上变压器1的电路，具体的，请参考图5和图6。
【实施例三】
首先，请参考图5，其为本发明实施例的片上变压器的发射电路的示意图。如图5所示，所述发射电路包括：片上变压器；多个功率放大器，每个功率放大器与所述片上变压器的初级线圈连接。
在本申请实施例中，所述发射电路包括两个功率放大器，分别为功率放大器A1及功率放大器A2，功率放大器A1及功率放大器A2各通过一个抽头组与所述初级线圈连接。在此，两个功率放大器形成两条信号发射通路，具体的，功率放大器A1形成一条信号发射通路，功率放大器A2形成另一条信号发射通路。由此，当功率放大器A1上接入需要发射的差分信号时，通过所述片上变压器的阻抗变换，所述抽头组P1P2上可得到需要的阻抗，与功率放大器A1的输出阻抗完成最优阻抗匹配，所述抽头组S1S2上可得到单端信号；当功率放大器A2上接入需要发射的差分信号时，通过所述片上变压器的阻抗变换，所述抽头组P3P4上可得到所需要的阻抗，与功率放大器A2的输出阻抗完成最优阻抗匹配，所述抽头组S3S4上可得到单端信号。其中，不同阻抗的变换，可通过调节初级线圈和次级线圈上抽头组的位置，设定不同的匝数比，从而实现不同的阻抗变换比，即得到不同的变换阻抗。
优选的，在两条（或者更多条）信号发射通路中，当一条信号发射通路工作时，另一条信号发射通路关闭。在此，即当功率放大器A1工作时，优选的功率放大器A2不工作/关闭；当功率放大器A2工作时，优选的功率放大器A1不工作/关闭，如此，两路信号发射通路中的信号互不干扰，可以提高电路性能。。
由此可见，在本申请实施例中，在多（两路）协议或者多（两路）频带的通讯系统中，不需要相应设置多个变压器进行上述阻抗及信号变换，仅需要一个片上变压器1即可，从而减少所需片上变压器数量，节省芯片/终端的面积。
【实施例四】
接着，请参考图6，其为本发明实施例的片上变压器的收发电路的示意图。如图6所示，所述收发电路包括：片上变压器；一个或者多个功率放大器，每个功率放大器的输出端与所述片上变压器的初级线圈连接；一个或者多个低噪声放大器，每个低噪声放大器的输入端与所述片上变压器的初级线圈连接。
在本申请实施例中，所述功率放大器和低噪声放大器的数量均为一个，分别为功率放大器A2以及低噪声放大器A1，功率放大器A2形成了一条信号发射通路，低噪声放大器A1形成了一条信号接收通路。其中，功率放大器A2接入需要发射的差分输入信号，通过所述片上变压器的阻抗变换，所述片上变压器的初级线圈对应的抽头组P3P4上得到需要的阻抗，与功率放大器A2的输出阻抗完成最优阻抗匹配，所述片上变压器的次级线圈对应的抽头组S3S4上得到单端输出信号；该信号接收通路接入接收到的单端输入信号，具体的，所述片上变压器的次级线圈对应的抽头组S1S2接入接收到的单端输入信号，所述低噪声放大器A1输出差分输出信号，所述片上变压器的次级线圈对应的抽头组S1S2上得到需要的阻抗，完成接收天线端与输入端的阻抗匹配。同样的，不同阻抗的变换，可通过调节初级线圈和次级线圈上抽头组的位置，设定不同的匝数比，从而实现不同的阻抗变换比，即得到不同的变换阻抗。
优选的，当信号发射通路工作时，信号接收通路不工作；当信号接收通路工作时，信号发射通路不工作。在此，即当低噪声放大器A1工作时，优选的功率放大器A2不工作/关闭；当功率放大器A2工作时，优选的低噪声放大器A1不工作/关闭，如此，信号发射通路与信号接收通路在彼此工作时互不干扰，能够提高电路性能。也就是说，在本申请实施例中，优选的，信号的收发分时进行。
由此可见，在本申请实施例中，在一个需要发射信号和接收信号的终端中，不需要相应设置多个变压器进行发射信号和接收信号的阻抗及（差分-单端）信号变换，仅需要一个片上变压器1即可，从而减少所需片上变压器的数量，节省芯片/终端面积。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (6)
1.一种片上变压器的发射电路，其特征在于，包括：片上变压器，所述片上变压器包括初级线圈及次级线圈，其中，所述初级线圈和次级线圈上对应设有多个抽头组，每个抽头组包括两个抽头；两个功率放大器，每个功率放大器的输出端通过所述初级线圈上的一个抽头组与所述初级线圈连接，两个功率放大器形成两条信号发射通路，每条信号发射通路均接入需要发射的差分输入信号，通过所述片上变压器的阻抗变换，从其初级线圈对应的抽头组上得到需要的阻抗，与功率放大器的输出阻抗完成最优阻抗匹配，所述片上变压器的次级线圈对应的抽头组上得到单端输出信号。
2.如权利要求1所述的片上变压器的发射电路，其特征在于，在两条信号发射通路中，当一条信号发射通路工作时，另一条信号发射通路不工作。
3.一种片上变压器的收发电路，其特征在于，包括：片上变压器，所述片上变压器包括初级线圈及次级线圈，其中，所述初级线圈和次级线圈上对应设有多个抽头组，每个抽头组包括两个抽头；一个或者多个功率放大器，每个功率放大器的输出端与所述片上变压器的初级线圈连接；一个或者多个低噪声放大器，每个低噪声放大器的输入端与所述片上变压器的初级线圈连接。
4.如权利要求3所述的片上变压器的收发电路，其特征在于，每个功率放大器的输出端通过所述初级线圈上的一个抽头组与所述初级线圈连接；每个低噪声放大器的输入端通过所述初级线圈上的一个抽头组与所述初级线圈连接。
5.如权利要求4所述的片上变压器的收发电路，其特征在于，所述功率放大器的数量为一个，一个功率放大器形成信号发射通路，该信号发射通路接入需要发射的差分输入信号，通过所述片上变压器的阻抗变换，从其初级线圈对应的抽头组上得到需要的阻抗，与功率放大器的输出阻抗完成最优阻抗匹配，所述片上变压器的次级线圈对应的抽头组上得到单端输出信号；所述低噪声放大器的数量为一个，一个低噪声放大器形成信号接收通路，该信号接收通路接入接收到的单端输入信号，所述低噪声放大器输出差分信号，同时完成接收天线端与其输入端的阻抗匹配。
6.如权利要求5所述的片上变压器的收发电路，其特征在于，当信号发射通路工作时，信号接收通路不工作；当信号接收通路工作时，信号发射通路不工作。
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