CN104218901A - 射频发送器和功率合成器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率合成器，其包含：第一平面8字形形状的初级绕组；以及第一平面8字形形状的次级绕组；其中，所述第一平面8字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述第一平面8字形形状的次级绕组。此外，本发明还提供一种具有功率合成器的射频发送器，该功率合成器包含：第一平面8字形形状的初级绕组；以及第一平面8字形形状的次级绕组；其中，所述第一平面8字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述第一平面8字形形状的次级绕组。这样一种8字形结构可在初级绕组和次级绕组之间提供对称耦合，从而提供降低各自绕组之间互耦的机会。

Description

射频发送器和功率合成器

【技术领域】

本发明关于射频发送器和谐波终止，应用于(但不限制为)功率合成技术。

【背景技术】

在互补金属氧化物半导体(CMOS)功率放大器领域，用户对无线系统的一种恒定需求是低成本、高效率和可靠性。高集成度已被证明在实践中是降低成本和实现小型化大批量应用的有效方法。目前，几乎所有的功率放大器是用III-V族化合物半导体制成的，因为这种类型的装置具有高输出功率和高功率效率，这是许多功率放大器应用的理想属性。现在采用CMOS技术来实现这些规格是非常困难的。然而，III-V族技术具有高制造成本，并且不能提供一个完整的系统级芯片(system-on-chip，SoC)解决方案。

近来，耦接到功率器件的CMOS功率放大器已变得更具吸引力，部分原因是功率器件技术和加工工艺已经成熟并且成本更低。然而，在实施CMOS功率放大器以及与功率器件进行集成时，仍有需要改进这些设备的耦合性(coupling)、效率、以及终止效率(termination efficiency)。对于任何基站或用户单元设备，这样的设备通常用在射频发送器中。

首先参考图1，其为一种简化集成射频功率放大器(radio frequency poweramplifier，RF PA)系统100，包括集成电路102和集成功率器件(integrated powerdevice)150、170。集成电路102包括可操作地耦接到隔离变压器(isolationtransformer)106的功率输入104。隔离变压器106的输出可操作地耦接到相应的驱动级108，其中所述驱动级108提供放大的射频信号至功率级110(例如功率放大器)的输入。在这种情况下，各功率级110经由多个接合线(bond wire)112可操作地耦接至功率合成器件150、170。通常，接合线112被保持尽可能的短，以将射频信号损失降到最小，以及减小由集成RF功率放大器系统100所占用的面积，当使用CMOS器件时这是特别有用的。

由于集成RF功率放大器系统100内许多电感元件的接近程度，存在一些潜在的问题影响。例如，接合线112与集成功率合成器件150、170的功率合成器元件152、172之间会有互耦(mutual coupling)。集成功率合成器件150、170内的功率合成器元件152、172本身彼此之间可能也有互耦。这些可由集成功率合成器件150、170内不平衡阻抗变换和差共模谐波抑制所引起。这个问题通常是通过增加集成功率合成器件150、170之间的间距来解决。然而，当试图降低集成系统100的整体尺寸时，对于器件来说这并不总是可行的选择。

另一个常见的问题是集成电路102和集成功率合成器件150、170之间的连接器114处的中心抽头(centre-tap)谐波反弹(harmonic bounce)。这又可由不平衡阻抗变换和差共模谐波抑制所引起。

因此，射频集成电路102和集成功率合成器件150、170之间需要一种改进的耦合机制。

现在参考图2A，示出了一种简化的已知功率合成器200，其可以在图1使用，例如，在集成功率器件150、170中使用。简化的已知功率合成器200包括两个初级绕组201、203，其可操作地耦合到输入连接器205，并且进一步通过中心抽头连接器207可操作地彼此耦合，以及次级绕组209，其与两个初级绕组201、203稍微分离。

这样一种简化的已知功率合成器200的布局的示意图在图2B的250示出，它包括一系列彼此分离的初级绕组260、270、280、290，以及“8字形”布局的次级绕组254。每一个分离的初级绕组260、270、280、290包括位于次级绕组254上方和下方的交错结构(interleaved structure)252，这减少了损失并提高了磁耦合。由于次级绕组254的“8字形”布局，次级绕组对共模干扰有些免疫，因为传入的磁通量引起相反方向的电流穿过每个“8字形”部分。在这种情况下，初级绕组260、270、280、290的交错结构252在电源模块(supply module)256可操作地彼此耦合。在这种情况下，“8字形”次级绕组254可操作地被感应耦合到所有的初级绕组260、270、280、290。

图2B示意图250中电流流动的一个例子示于图2C的295，其包括次级绕组254的一部分以及初级绕组260。在此图示中，初级绕组260的交错结构252已被偏移(offset)，以说明交错结构252的每个部分的电流流动。初级绕组260的交错结构252促进了次级绕组254部分的上方和下方的耦合。

从295中的电流流动的示意图来看，应该清楚的是该系列的初级绕组260、270、280、290不在“8字形”结构中，而是一系列非8字形形状彼此分离的初级绕组。另外，次级绕组254中的合成电流流动垂直于一系列初级绕组260、270、280、290中的电流而运行。

这种结构的一个潜在问题是，初级绕组260、270、280、290仍然会彼此耦合，这将导致在每个差分端口处不平衡阻抗变换和差共模谐波抑制。在某些严重的情况下，不平衡阻抗变换可能影响该结构的输出功率和效率。

众所周知，对于某些设备来说，例如射频收发器，互耦可以是一个严重的问题，这是由于互耦的影响可以改变天线阵列的辐射图以及改变天线元件的匹配特性。因此，需要一种改进的功率合成器用于集成电路。

在某些情况下，抑制功率合成器的共模功率(common-mode power)是可取的。在本发明的领域，这是通过终止于功率放大器的基本频率(fundamentalfrequency)来实现。

因此，需要一种改进的功率合成器、变压器以及终止装置(terminationarrangement)用于射频发送器，例如功率合成集成电路。

【发明内容】

本发明提供一种功率合成器，用于射频功率装置，以及一种包含功率合成器的射频发送器。

依据本发明第一方面，提供一种功率合成器，用于射频发送器，包含：第一平面8字形形状的初级绕组；以及第一平面8字形形状的次级绕组；其中，所述第一平面8字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述第一平面8字形形状的次级绕组。在此方式中，这样一种8字形结构可在初级绕组和次级绕组之间提供对称耦合，从而提供降低各自绕组之间互耦的机会。

因此，在本发明的一实施例中，相较于流经所述第一平面8字形形状的初级绕组的第二部分的电流，流经所述第一平面8字形形状的初级绕组的第一部分的电流为相反的，从而在所述第一平面8字形形状的初级绕组的第一部分和第二部分之间形成反相感应磁场。相较于流经所述第一平面8字形形状的次级绕组的第二部分的电流，流经所述第一平面8字形形状的次级绕组的第一部分的电流也为相反的，从而在所述第一平面8字形形状的次级绕组的第一部分和第二部分之间形成附加的反相感应磁场，在输出端口的信号的建设性和功率高效合成可以被实现。

根据本发明的可选特征，功率合成器还包含第二平面8字形形状的初级绕组，从而与所述第一平面8字形形状的初级绕组形成88字形形状的初级绕组；以及第二平面8字形形状的次级绕组，从而与所述第一平面8字形形状的次级绕组形成88字形形状的次级绕组；其中，所述88字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述88字形形状的次级绕组。在此方式中，由于所产生的磁场之间配置的相位失配，第一初级绕组和第二初级绕组之间的耦合可被配置降低，或者完全抵消。

根据本发明的可选特征，多个所述第一平面8字形形状的初级绕组和次级绕组由两个大致上呈椭圆形的轨迹形成，该椭圆形的轨迹可操作地大致交叉耦合在椭圆形状的最长长度的中点处。

根据本发明的可选特征，所述88字形形状的初级绕组和所述88字形形状的次级绕组的覆盖位置是可操作的，以方便降低电感耦合。

根据本发明的可选特征，平面8字形形状的初级绕组可用对称方式耦合至平面8字形形状的次级绕组。

根据本发明的可选特征，所述第一平面8字形形状的初级绕组和所述第二平面8字形形状的初级绕组每一者包含第一耦合端口和第二耦合端口，其中电流可操作地流入所述第一耦合端口以及流出所述第二耦合端口。

根据本发明的可选特征，可操作地流入所述第一耦合端口的所述电流具有一磁场，该磁场与可操作地流出所述第二耦合端口的电流反相。在一实施例中，可操作地流入所述第一耦合端口的所述电流与可操作地流出所述第二耦合端口的所述电流之间的相位差大致上为所述功率合成器所携带的信号波长(π)的奇数倍。在一实施例中，可操作地流入所述第一耦合端口的所述电流与可操作地流出所述第二耦合端口的所述电流之间的相位差可操作地减少所述第一平面8字形形状的初级绕组与所述第二平面8字形形状的初级绕组之间的耦合。

根据本发明的可选特征，所述第一平面8字形形状的次级绕组和所述第二平面8字形形状的次级绕组每一者包含被设置为支持差分激励的第一耦合端口和第二耦合端口。

根据本发明的可选特征，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第二耦合端口(2)可操作地耦合至所述第二平面8字形形状的次级绕组的所述第二端口(4)，从而支持镜像差分激励电压模式合成。

根据本发明的可选特征，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第一耦合端口(1)被设置为提供跟随镜像差分激励电压模式合成的输出电压。

根据本发明的可选特征，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第二耦合端口(2)可操作地耦合至所述第二平面8字形形状的次级绕组的所述第一端口(3)，从而支持连续差分激励电压模式合成。

根据本发明的可选特征，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第一耦合端口(1)被设置为提供跟随连续差分激励电压模式合成的输出电压。

根据本发明的可选特征，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第二耦合端口(2)可操作地耦合至所述第二平面8字形形状的次级绕组的所述第一端口(3)并提供输出电流，从而支持镜像差分激励电流模式合成。

根据本发明的可选特征，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第一耦合端口(1)可操作地耦合至所述第二平面8字形形状的次级绕组的所述第一端口(3)并提供输出电流，从而支持连续差分激励电流模式合成。

依据本发明第二方面，提供一种包含功率合成器的射频发送器，包含：第一平面8字形形状的初级绕组；以及第一平面8字形形状的次级绕组；其中，所述第一平面8字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述第一平面8字形形状的次级绕组。

【附图说明】

图1为集成射频功率放大器(radio frequency power amplifier，RF PA)系统100的已知例子。

图2A-2C为射频功率合成器200的已知例子。

图3为根据本发明实施例的简化的无线通信单元的示范性方块图。

图4为根据本发明实施例的集成射频功率放大器系统的范例。

图5A-5B为利用本发明各方面的功率合成器的范例。

图6A-6B为利用本发明各方面的替换功率合成器的另一范例。

图7A-7B为利用本发明各方面的替换功率合成器的再一范例。

图8A-8B为功率合成器805、850的范例实施方式。

图9A-9C为利用本发明各方面的功率合成器中终止的范例。

【具体实施方式】

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域中技术人员应可理解，电子装置制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接到第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

本发明的目的是减轻、缓解或消除一个或多个上述单独的或任何组合的缺点。本发明提供一种功率合成器，用于射频功率装置，以及一种包含所附权利要求中记载的功率合成器的射频发送器。

本发明实施例将根据用于射频发送器的功率合成器来描述，其包含：第一平面8字形形状的初级绕组；以及第一平面8字形形状的次级绕组；其中，所述第一平面8字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述第一平面8字形形状的次级绕组。在此方式中，这样一种8字形结构可在初级绕组和次级绕组之间提供对称耦合，从而提供降低各自绕组之间互耦的机会。然而，本领域技术人员可以理解，此处描述的发明概念可以利用包含第一初级绕组和第二初级绕组的任何类型的射频发送器及/或功率合成器来实施。

本发明实施例还可以依据相较于流经第一平面8字形形状的初级绕组的第二部分的电流，流经第一平面8字形形状的初级绕组的第一部分的电流为相反的，从而在所述第一平面8字形形状的第一初级绕组的第一部分和第二部分之间形成反相感应磁场来描述。类似地，相较于流经所述第一平面8字形形状的次级绕组的第二部分的电流，流经所述第一平面8字形形状的次级绕组的第一部分的电流也为相反的，从而在所述第一平面8字形形状的次级绕组的第一部分和第二部分之间形成附加的反相感应磁场，在输出端口的信号的建设性和功率高效的合成可以被实现。同样地，本领域技术人员可以理解，在下文中一些示例性实施例，术语初级绕组和次级绕组是可以互换的。

本发明的一些实施例还描述了关于功率合成器还包含第二平面8字形形状的初级绕组，其与所述第一平面8字形形状的初级绕组从而形成88字形形状的初级绕组；以及包含第二平面8字形形状的次级绕组，从而与所述第一平面8字形形状的次级绕组形成88字形形状的次级绕组；其中，所述88字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述88字形形状的次级绕组。在此方式中，由于所产生的磁场之间配置的相位失配，第一初级绕组和第二初级绕组之间的耦合可被配置降低，或者完全抵消。

虽然本发明的实施例将依据大致上呈椭圆形轨迹的角度来描述，该呈椭圆形轨迹可操作地大致交叉耦合在椭圆形状的最长长度的中点处，可以设想也可使用其它形状的轨迹设计和/或在不同于椭圆形状的最长长度的准确中点的其它地方的交叉耦合。此外，尽管本发明实施例依据用8字形或88字形形状的次级绕组来大致覆盖8字形或88字形形状的初级绕组来描述，但可以设想，该覆盖可以被配置为足以引起相应的期望感应磁场，因此，在一些实施例中，各个绕组结构可不需要完全精确地覆盖彼此。

本发明的一些实施例还描述了关于支持镜像差分激励电流模式(mirrordifferential excitation current mode)合成和/或连续差分激励电压模式(sequentialdifferential excitation voltage mode)合成。然而，可以设想，本发明的概念可以应用于其他形式的功率合成。

首先参考图3，示出了根据本发明实施例的无线通信单元(有时在蜂窝通信的情况下被称为移动用户单元(mobile subscriber unit，MS)或依据第三代合作伙伴计划(3GPP^TM)通信系统被称为用户设备(user equipment，UE))的方块图。

无线通信单元300包括具有天线302的收发器，该天线302耦接到天线开关或双工器304。另外，接收器链，如本领域已知的，包括：接收器前端电路306(有效地提供接收、滤波和中频或基带频率转换)。前端电路306被串联耦接到信号处理函数(signal processing function)308。信号处理函数308的输出被提供给合适的输出设备310，例如屏幕或平板显示器。接收器链还包括控制器314，其维护整体用户单元控制。控制器314还耦接到接收器前端电路306和信号处理函数308(通常由数字信号处理器(DSP)来实现)。控制器314还耦接到存储器装置316，其选择性地储存操作机制，诸如解码/编码功能、同步模式、代码序列等等。定时器318被可操作地耦接到控制器314，以控制无线通信单元300内的操作时间(时间依赖性信号的发送或接收)。

至于发送链，这实质上包括输入装置320，例如键盘，从发送器/调制电路322和功率放大器324至天线302通过信号处理器函数308串联耦接。耦合器312通常位于功率放大器324和天线302之间，并设置成经由反馈路径313(例如位于发送器/调制电路322或信号处理器函数308任一者中)选路(route)发送信号的一部分(也就是输出到天线302)至基带处理电路。发送器/调制电路322和功率放大器324操作上响应于控制器314。

在本例中，无线通信单元300可选择性使用功率放大器324的输出与至天线开关或双工器304的输入之间的集成功率器件(integrated power device)330。集成功率器件330的各种概念以一个或多个后续图表来说明。在一些实例中，集成功率器件330可以从功率放大器324的输出端接收一个以上的耦合信号。在一些实例中，多个耦合信号可以是差分对信号，这在某些实施例中可能交叉耦合于来自其他功率放大器(未示出)的其它差分对信号。因此，在一些实施例中，功率放大器324可以包括多个功率放大器。

现在参考图4，根据本发明一些实施例，示例性集成功率合成器件440的方框图被示为具有相应的耦合部件。图4包括功率放大器模块324和325，其通过第一对接合线404、405和第二对接合线406、407，可操作地交叉耦接至集成功率合成器件440(在一些实施例中可为功率合成器模块)的多个节点。接合线404、405、406、407可以由任何合适的金属或合金制成，例如铜或铝。在这个例子中，第一对接合线404、405和第二对接合线406、407每一者可以分别形成差分对接合线。在这个例子中，接合线404、405、406、407的范围可以从例如100μm到2mm。另外，接合线404、405、406、407之间的耦合距离可以是用户定义的，具有大约50μm的最小耦合距离。

因此，第一对接合线404、405内的电流流动在接合线404和接合线405之间可能具有相反的相位。同样地，第二对接合线406、407内的电流流动在接合线406和接合线407之间可能具有相反的相位。其结果是，第一对接合线404、405内的任何电感感应磁场相比于接合线405可在接合线404中表现出相反的磁场。类似地，第一对接合线406、407之内的任何电感感应磁场相比于接合线407可在接合线406中表现出相反的磁场。在这个例子中，相对于第二对接合线406、407，第一对接合线404、405可以交叉耦合至集成功率合成器件440内的多个节点，从而形成一组双交叉耦合的接合线。此外，第一对接合线404、405和第二对接合线406、407之内的相反磁场可表现出减少相应接合线之间的磁耦合效果。此外，由于第一对接合线404、405和第二对接合线406、407中的相反磁场，在接合线404、405、406、407和集成功率合成器件440的电感元件之间磁耦合可以被减少。集成功率合成器件440的电感元件可包括，例如，第一初级绕组420和/或第二初级绕组470。

功率放大器模块324、325和集成功率合成器件440之间的电流流动的一个例子如图4中箭头所示。应当指出，这仅仅是用于电流流动的一个可能配置，并且在不脱离本发明的概念下有可能对由箭头指示的电流流动进行颠倒或改变，以提供类似的结果。

在一些实施例中，接合线404和406可以被认为是第一对交叉耦合的接合线以及接合线405和407可以被认为是第二对交叉耦合的接合线。在这个例子中，第一对接合线的接合线404可操作地耦接到功率放大器模块324的节点(1)和集成功率合成器件440的节点(3’)，另外，第二对接合线的接合线406可操作地耦接到功率放大模块324的节点(3)和集成功率合成器件440的节点(1’)。

此外，来自交叉耦合接合线404和406的电流可以分别在节点(3’)和(1’)处接收，并在节点(5’)422处结合，其可位于集成功率合成器件440的节点(1’)和第一初级绕组420之间。流过接合线404和406的电流可以是同相的，在被集成功率合成器件440处接收之前也可以是交叉耦合的。在一些示例中，节点(5’)422可形成第一初级绕组420的第一差分节点。

在这种情况下，在节点(5’)有可能为固定电流，其可从来自交叉耦合接合线404和406的接收电流的组合而形成，其相对于彼此可为同相。因此，在节点(5’)的电流可流经第一初级绕组420到节点(6’)424。在一些实施例中，节点(6’)424可形成第一初级绕组420的第二差分节点，从而使电流可从节点(6’)424分配到节点(2’)和(4’)。在这种情况下，第一对接合线的接合线405可操作地耦合到集成功率合成器件440的节点(4’)和功率放大器模块324的节点(2)。另外，第二对接合线的接合线407可操作地耦合到集成功率合成器件440的节点(2’)和功率放大器模块324的节点(4)。

在一些进一步的实施例中，接合线404、407和406、405之间的电流流动可形成伪8字形形状的电流环，其可进一步减少接合线404、405、406、407和集成功率合成器件440的电感元件之间的磁耦合。例如，节点(1)的电流可以通过接合线404流动，通过节点(3’)和(5’)流经第一初级绕组420，并通过节点(6’)和(2’)、通过接合线407返回到节点(4)。另外，在节点(3)的电流可通过接合线406流动，通过节点(1’)和(5’)流经第一初级绕组420，并通过节点(6’)和(4’)、通过接合线405返回到节点(2)。

因此，在这个例子中，接合线404、407和406、405之间的电流流动形成伪8字形形状的电流路径，这可降低接合线之间的磁耦合，特别是在芯片上的电感性元件中。在这种方式下，功率放大器集成电路和集成功率合成器件440之间的双交叉耦合的接合线可减少集成功率合成器件440的电感元件和接合线之间的任何互耦效应。

在一些实施例中，双交叉耦合的接合线的上述动作可重复用于次级区域(secondary region)450，其中该双交叉耦合的接合线可操作地耦接功率放大器324、325的输出与集成功率合成器件440，次级区域450可以包括另一组双交叉耦合接合线460、功率放大器模块324、325和第二初级绕组470。在一些实施例中，功率放大模块324、325可以包括多个功率放大器模块。

利用双交叉耦合接合线的一个优点是交叉耦合接合线和集成功率合成器件440中的电感元件之间的互耦可减小。在一些实例中，第一对接合线的接合线404与405之间的相反相位和电流流动可在两个接合线404和405中引起相反的磁场。这可以在第一对接合线404、405内引起电磁场抵消。同样地，第二对接合线的接合线406与407之间的相反相位和电流流动可在两个接合线406和407中引起相反的磁场。这也可以在第二对接合线406、407内引起电磁场消除。

以这种方式，通过利用接合线之间的电磁场消除，可以实现提升从多个功率放大器装置324、325的输入传递射频功率至集成功率合成器件440的输出的功率效率。此外，不增加接合线和集成功率合成器件的电感元件之间的间距便可实现这种改进。

在一些实例中，流经接合线和集成功率合成器件440的电流可以近似一个双8字形的电流回路。

虽然图4中的实施例以中心抽头的初级绕组来示出，但应该指出的是，在其它实施例中，采用本发明可利用单一的电感元件绕组或者多个电感元件，它们可能是或可能不是中心抽头。

在一些实施例中，交叉耦合的接合线404和406可形成第一对交叉耦合的接合线，其可操作地耦接到第二输入端子，该第二输入端子可以是第一初级绕组420的正端子，例如节点(5’)422。

在本例中，第一对交叉耦合的接合线404、406可为从不同的功率放大器模块324、325至多个成对的输出端子(1-2；3-4)中相应一个的输出，其中一对输出端子耦合在相应的放大级以及第一对输入端子(1’-3’或2’-4’)之间。第一对输入端子(1’-3’或2’-4’)然后连接到相应的第二输入端子(5’，6’)。进一步，交叉耦合接合线405和407可以形成第二对交叉耦合的接合线。这些节点(2’)和(4’)可操作地耦合到第二输入端子，其可以是第一初级绕组420的负端子，它可以是节点(6’)(424)。

在本例中，第二对交叉耦合的接合线405和407可操作地耦接到不同的功率放大器模块的节点(2)和(4)。在这个例子中，第一功率放大器模块324可以包括节点(1)和(2)，以及第二功率放大模块325可以包括节点(3)和(4)。另外，第一初级绕组420的正端子节点(5’)(422)可以包括节点(1’)和(3’)，以及第一初级绕组420的负端子(6’)(424)可以包括节点(2’)和(4’)。在这个例子中，通过第一对输入端子(3’)和(1’)，电流可从输出端子(1)和(3)流至第二输入端子(5’)422。此后，通过一对输出端子(2’)和(4’)，电流可以从第二输入端子(6’)424流出至输出端子(4)和(2)，从而形成多个8字形回路。

现在参考图5A-5B，图5A为功率合成器示意图540，图5B为利用本发明的各方面示出另一种功率合成器500的范例。功率合成器示意图540用来说明替代功率合成器500的部分可如何用在组合中。如图5A所示，在这个例子中，功率合成器示意图540可以包括两个初级绕组542、544，其可操作地通过中心抽头546彼此耦合，以及被磁耦合至次级绕组548、549。

现在参照替代功率合成器500，根据本发明的各方面示出一种替代的初级绕组布局512、524。如图5B所示，在这个例子中，第一初级绕组512可以包括一个8字形类型的布局，其中电流I1可以按照箭头514和515流过8字形类型的布局。在此例中，相较于流过第一初级绕组512的第二部分518的电流(表示为电流流动515)，流过第一初级绕组512的第一部分516的电流(表示为电流流动514)为相反的。因此，在第一初级绕组512的第一部分516引起的任何磁场相比于第一初级绕组512的第二部分518中的任何感应磁场可以是反相的(anti-phase)。同样地，现在参照第二初级绕组524，其也可以包括8字形类型的布局，其中电流I1按照箭头526和527流过8字形类型的布局。在此例中，流过第二初级绕组524的第一部分528的电流(表示为电流流动527)相比于流过第二初级绕组524的第二部分530的电流(表示为电流流动526)是相反的。其结果是，在第二初级绕组524的第一部分528和第二部分530中的任何感应磁场相较于彼此可以是反相的。

以这种方式，图5A-5B的功率合成器适合于射频(RF)发送器，该射频(RF)发送器包括第一平面的8字形形状的初级绕组512，其相邻位于第二平面的8字形形状的初级绕组524，它们组合从而形成一个88字形形状的初级绕组。此外，第一平面的8字形形状的次级绕组550位于第二平面的8字形形状的次级绕组570相邻位置，形成一个88字形形状的次级绕组。值得注意的是，当88字形形状的初级绕组大致上(substantially)被88字形形状的次级绕组覆盖(overlaid)时，由于所产生的磁场之间所配置的相位失配(phase mismatch)，第一初级绕组512和第二初级绕组524之间的耦合可得以降低，或者完全取消。

在本例中，初级绕组512、524可以与次级绕组550、570耦合，其也包括一个8字形类型结构。在这种情况下，初级绕组512、524可被大致上放置于次级绕组550、570之上或之下，这样以最大限度地提高初级绕组512、524和次级绕组550、570之间的耦合。因此，流过次级绕组550、570的电流大致上可与相应的初级绕组512、524中的电流相反。使用8字形结构用于初级绕组512、524和次级绕组550、570可以允许初级绕组512、514和次级绕组550、570之间的对称耦合，从而潜在地降低绕组之间的互耦。另外，每个8字形形状的初级绕组512、524可操作地耦合到每个对应的8字形形状的次级绕组550、570。使用8字形结构可进一步降低初级绕组512和524之间的耦合。

在一个实施例中，第一平面和第二平面的多个8字形形状的初级绕组和次级绕组512、524、550、570可以由两个大致呈椭圆形的轨迹(oval-shaped track)形成，其可操作地在椭圆形的最长长度的中点处大致交叉耦合。

现在参考图6A-6B，示出图5的“88字形功率合成器”的范例，由此平面8字形形状的初级绕组以对称的方式耦合到平面8字形形状的次级绕组。另外，在图6A-6B中，分别示出采用镜像差分激励(mirror differential excitation)的88字形功率合成器605和采用连续差分激励(sequential differential excitation)的88字形功率合成器650以形成电压模式功率合成(voltage-mode powercombining)的范例。因此，为了支持差分激励，第一和第二平面8字形形状的初级绕组的每一者包括被配置为支持差分激励的第一和第二输入/耦合端口。此外，第一和第二平面8字形形状的次级绕组的每一者包括被设置成支持差分激励的第一和第二输出/耦合端口。如前所述，流入所述第一耦合端口的所述电流与可操作地流出所述第二耦合端口的所述电流之间的相位差大致上为功率合成器所携带的信号波长(π)的奇数倍。

在这些示例中，镜像差分激励功率合成器605涉及并包含绕组608、610和绕组612、614之间输入信号的相位关系。例如，在镜像差分激励功率合成器605中，流过绕组608、610的电流与绕组612、614中的电流为“镜像的”，因此，相对于绕组608、610，电流流动在绕组612、614为“镜像的”，从而在这两组绕组之间的电流流动中引起相位变化。

在连续差分激励功率合成器650中，电流在绕组655、660和绕组665、670连续流过。因此，在这个例子中不存在“镜像”，其抵消两组绕组之间电流流动中的任何相位变化。

在一些例子中，镜像差分激励功率合成器605和连续差分激励功率合成器650改变每个变压器的相位，这可以改变输出端口组合。

首先参照镜像差分激励功率合成器605，功率放大器模块607经由接合线609可操作地耦接到功率合成器605的初级绕组608(由实线表示)。在一些实例中，接合线609可以是双交叉耦合的接合线。

在本例中，来自次级绕组610、614的输出(由散列线表示)可以用各种方式耦合。在这个例子中，次级绕组610的负输出端口(2)和次级绕组614的正输出端口(4)可操作地耦接在一起，从而导致次级绕组610的输出端口(1)处2*V2的电压。此外，输出端口(3)可操作地耦接到地。在这个例子中，端口(1)可具有正极性以及端口(2)可具有负极性。这些极性在端口(3)和(4)可以为镜像的，其中端口(3)可具有负极性以及端口(4)可具有正极性。

因此，在这种方式中，第一平面8字形形状的次级绕组610的第二端口(2)被可操作地耦接到第二平面8字形形状的次级绕组614的第二端口(4)，从而支持镜像差分激励的电压模式合成。在这个例子中，第一平面8字形形状的次级绕组610的第一端口(1)被设置为提供输出电压，跟随镜像差分激励电压模式合成。

现在参看650，功率放大器模块651经由接合线652可操作地耦接到功率合成器650的初级绕组655(用实线表示)。在一些实例中，接合线652可以是双交叉耦合的接合线。在这个例子中，来自次级绕组660的输出(由散列线表示)可用各种方式耦合。在这个例子中，负输出端口(2)可能已被可操作地耦接到正输出端口(3)，从而导致次级绕组660的端口(1)处2*V2电压。此外，输出端口(4)可能已被可操作地耦接到地。在这个例子中，次级绕组660的端口(1)和次级绕组670的端口(3)可具有正极性以及次级绕组660的端口(2)和次级绕组670的端口(4)可具有负极性。

因此，在这种方式中，第一平面8字形形状的次级绕组660的第二端口(2)被可操作地耦接到第二平面8字形形状的次级绕组670的第一端口(3)，从而支持连续差分激励电压模式合成。在这个例子中，第一平面8字形形状的次级绕组660的第一端口(1)被设置为提供跟随连续差分激励电压模式合成的输出电压。

在一些实例中，可利用功率合成器605和650串联堆叠连接至多个其它功率合成器，以在每个功率合成器处合计输出电压。在一些实例中，这可以通过“堆叠(stack)”多个功率合成器605、650串联在一起来实现。在某些情况下，每个所述多个功率合成器605、650可以具有不同的激励，该不同的激励在功率合成器线圈的输出处具有不同的相位值。通过配置从次级绕组610、660的输出连接，“堆积输出”可在输出表现出同相组合电压。

应当注意的是，节点的其它布局和极性被认为是在此处描述的概念之内，并且关于图6的所示实施例不应被看作是限制性的。

现在参考图7A-7B，说明利用镜像差分激励的图5的另一“88字形功率合成器”705和利用连续差分激励的图5的另一“88字形功率合成器”750形成电流模式功率合成的范例。首先参照镜像差分激励功率合成器705，功率放大器模块707经由接合线709可操作地耦接到功率合成器705的初级绕组708(由实线表示)。在一些实例中，接合线709可以是双交叉耦合的接合线。在这个例子中，来自次级绕组710、714的输出(由散列线表示)可用各种方式耦接。例如，次级绕组710的负输出端口(2)和次级绕组714的负输出端口(3)可操作地耦接在一起，从而在这些节点导致一个2*I2的输出电流。此外，次级绕组710、714的输出端口(1)和(4)可操作地耦接到地。在这个例子中，次级绕组710、714的输出端口(1)和(4)可具有正极性以及次级绕组710的端口(2)和次级绕组714的端口(3)可具有负极性。

因此，在这种方式中，第一平面8字形形状的次级绕组710的第二端口(2)被可操作地耦接到第二平面8字形形状的次级绕组714的第一端口(3)并提供输出电流716，从而支持镜像差分激励电流模式合成。

现在参看750，功率放大器模块751经由接合线752可操作地耦接到功率合成器750的初级绕组755、765(用实线表示)。在一些实例中，接合线752可以是双交叉耦合的接合线。在这个例子中，来自次级绕组760、770的输出(由散列线表示)可用各种方式耦合。在这个例子中，次级绕组760的正输出端口(1)和次级绕组770的正输出端口(3)可操作地耦合在一起，从而在这些节点导致一个2*I2的输出电流755。此外，次级绕组760的输出端口(2)和次级绕组770的输出端口(4)被可操作地耦接到地。在这个例子中，次级绕组760的输出端口(1)和次级绕组770的端口(3)可具有正极性以及次级绕组760的输出端口(2)和次级绕组770的端口(4)可具有负极性。

因此，在这种方式中，第一平面8字形形状的次级绕组760的第一端口(1)被可操作地耦接到第二平面770的8字形形状的次级绕组的第一端口(3)，并提供输出电流775，从而支持连续差分激励电流模式合成。

在一些实例中，可利用功率合成器705和750串联连接至多个其它功率合成器，以在每个功率合成器合计输出电压。在一些实例中，这可以通过“堆叠(stack)”多个功率合成器705、750并联在一起来实现。在某些情况下，每个所述多个功率合成器705、750可以具有不同的激励，该不同的激励在功率合成器线圈的输出处具有不同的相位值。通过配置从次级绕组710和714或760和770的输出连接，“堆积输出”可在输出处表现出同相组合电流。

图6和图7所示的范例可具有大致相同于图5所给出的范例的优点。例如，由于磁场之间的相位失配，8字形结构的影响可以是多个初级绕组之间的耦合可得以降低，或者在一些实例中完全取消，或是多个次级绕组之间的耦合可得以降低，也可以是多个初级绕组其中之一与多个次级绕组其中之一未与其对应耦合的次级绕组之间的耦合得以降低。另外，初级绕组和次级绕组的8字形结构可增强绕组之间的耦合。此外，8字形结构可以潜在地减少初级绕组和次级绕组的第一和第二部分之间的任何互耦。在其他实例中，任何数量的初级绕组和/或次级绕组可以与任何数量的功率放大器模块一起使用。

此外，在一些实施例中，利用图6和图7的镜像和连续差分激励可减少和/或取消相邻变压器之间的耦合，而不降低或取消变压器的初级绕组和次级绕组之间的耦合。

在一些实施例中，形成电压模式功率合成的镜像差分激励功率合成器和连续差分激励功率合成器的接合线609可以包括交叉耦合的接合线，而不是双交叉耦合的接合线，如图8中所示。

现在参考图8A-8B，分别示出一个利用传统的T型(T-core)核心功率合成器805、850的范例实施方式。

在本例中，图8A的T型核心功率合成器805可利用形成电压模式功率合成的镜像差分激励，而图8B的T型核心功率合成器850可利用形成电压模式功率合成的连续差分激励。首先参照镜像差分激励T型核心功率合成器805，功率放大器模块807可操作地经由接合线809耦接到镜像差分激励T型核心功率合成器805的初级绕组808、812(用实线表示)。在这个例子中，由于镜像差分激励T型核心功率合成器805的非对称性质，相较于对应的次级绕组810、814的极性(由散列线表示)，初级绕组808、812的极性可为相反的。在这个例子中，次级绕组810的正输出端口(2)可操作地耦接到次级绕组814的负输出端口(4)，从而在次级绕组810的输出端口(1)处导致2*V2的电压。另外，输出端口(3)可操作地耦接到地。在这个例子中，端口(1)和端口(4)可具有负极性，以及端口(2)和端口(3)可具有正极性。

现在参看850，功率放大器模块851可操作地经由接合线852耦接到连续差分激励T型核心功率合成器850的初级绕组855、856(用实线表示)。在这个例子中，由于连续差分激励T型核心功率合成器850的非对称性质，相较于对应的次级绕组860、865的极性(由散列线表示)，初级绕组855、856的极性可为相反的。在这个例子中，次级绕组860的正输出端口(2)可操作地耦接到次级绕组865的负输出端口(3)，从而在次级绕组860的输出端口(1)处导致2*V2的电压。另外，输出端口(4)可操作地耦接到地。在这个例子中，输出端口(1)和(3)可具有负极性，以输出及端口(2)和(4)可具有正极性。

参考图9A-9C，其中图9A-9B示出用于功率合成器模块900的终止模块(termination module)的一个范例。在这个例子中，图9A的功率合成器模块900可以包括至少一个中心抽头初级绕组902，其耦合到至少一个输出次级绕组904。

一般地，在现有技术中，中心抽头初级绕组902接地，或被阻抗匹配至它们所使用的电路的基本频率。然而，这种类型的电路仍然遭受寄生阻抗和不平衡阻抗变换。本发明人已经认识并理解到，这些问题可能部分地是由于谐波抑制较差。

因此，根据一些实施例，功率合成器模块900采用至少一个谐波终止(harmonic termination)模块906。在具有两个初级绕组的功率合成器中，本发明的一个实施例可将至少一个谐波终止模块906耦接至每个中心抽头初级绕组902，如图9A所示。在这个例子中，该至少一个终止模块906可以包括至少一个谐波终止电路，例如陷波滤波器(notch filter)频率响应，被配置为给定的谐波频率，该给定的谐波频率为利用功率合成器模块900的装置的给定谐波频率，在一些其它示例中，至少一个终止模块906可以包括用于多个谐波频率的多个终止。

在本例中，在陷波滤波器形式中的谐波终止可以包括至少一个电荷存储装置(例如电容器)，与至少一个电感元件串联，在某些特定频率处产生谐波共振。

如图9B所示，在一个实施例中，至少一个谐波终止模块906可以包括多个终止以用于功率合成器900的基本频率f0908以及第三谐波频率3fc912，在这个例子中，基本频率f0908和第三谐波频率3fc912终止也可以被采用来减少功率合成器900中可能出现的任何共模电压(common mode voltage)，例如通过减少功率合成器900的中心抽头902上的任何电压摆幅(swing)。

在另一个例子中，第二谐波频率终止910(和一种或多种其它偶数倍的谐波终止)可以被用来最小化耦合回至初级绕组902和904的任何第二(或更高)谐波泄漏的影响。

因此，利用至少一个终止模块906的优点可以是，由于存在于功率合成器900中谐波频率处的功率放大器输出阻抗值较低，功率合成器900更加平衡。

如图9C所示，在另一例子中，另一个功率合成器950包括单个初级绕组953，以及可操作地耦合到负载956的单个次级绕组954，可具有耦合到所述初级绕组953的至少一个谐波终止模块906。在这个例子中，至少一个谐波终止模块906可以包括至少一个谐波终止电路，例如陷波滤波器频率响应，被配置为利用功率合成器模块950的装置的给定谐波频率。在一些其它示例中，至少一个终止模块906可以包括多个终止以用于多个谐波频率。在这个例子中，电感957和958与输出上可能的负载956相关，并且不涉及谐波终止模块906。

在一些其它实施例中(未示出)，可以设想，电流可以通过功率合成器900的一个或多个次级绕组来供给(fed)。因此，在这个例子中，谐波终止模块906可操作地耦合到功率合成器900的一个或多个次级绕组。

本文之前描述和图中所示的本发明实施例可以单独使用或以任意组合使用。特别是，可以设想，上述本发明的概念可以由半导体制造商应用于包括射频电路的任何集成电路。特别地，本发明的概念可以应用到包括高功率射频合成器的任何电路。进一步设想的是，例如，半导体制造商可以在单机设备(stand-alone device)，如射频功率放大器、双工器、天线开关、功率合成器、或相应的特定用途集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)和/或任何其它子系统元件的设计中采用本发明的概念。

应当理解的是，为了清楚起见，上面的描述已经参照不同的功能单元描述了本发明的实施例。然而，将显而易见的是，可以在不脱离本文所描述的发明概念下使用不同功能单元之间的任何适当的功能分布，例如关于功率放大级和天线之间的耦合。因此，引用特定功能单元仅被看作用于提供所述功能的合适的装置参考，而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。

虽然本发明已经结合一些实施例进行了描述，但并不意在限于本文中所阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅由所附的权利要求限定。此外，虽然特征可能以特定实施例来描述，本领域技术人员将认识到所述实施例的各种特征可以根据本发明进行组合。在权利要求书中，术语“包括”不排除其他元件或步骤的存在。

此外，尽管各个特征可以被包括在不同的权利要求中，但这些可能被有利地组合，并且包括在不同权利要求中并不意味着特征的组合不是可行的和/或有利的。另外，在一类别权利要求中包括特征并不意味着限于该类别，而是表示该特征同样适当的适用于其它权利要求类别。

此外，特征在权利要求中的顺序并不意味着其中特征必须执行的任何特定顺序，并且特别地，方法权利要求中各个步骤的顺序并不意味着这些步骤必须按照该顺序来执行。相反，这些步骤可以以任何合适的顺序进行。此外，单数引用不排除多个。因此，提到“一”、“一”、“第一”、“第二”等不排除多个。

因此，由此已经描述了一种改进的射频发送器、功率合成器和终止模块，其中现有技术的安排的上述缺点已得到大幅度减轻。

Claims (20)

1.一种功率合成器，用于射频发送器，其特征在于，包含：

第一平面8字形形状的初级绕组；以及

第一平面8字形形状的次级绕组；

其中，所述第一平面8字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述第一平面8字形形状的次级绕组。

2.如权利要求1所述功率合成器，其特征在于，还包含：

第二平面8字形形状的初级绕组，从而与所述第一平面8字形形状的初级绕组形成88字形形状的初级绕组；以及

第二平面8字形形状的次级绕组，从而与所述第一平面8字形形状的次级绕组形成88字形形状的次级绕组；

其中，所述88字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述88字形形状的次级绕组。

3.如权利要求2所述功率合成器，其特征在于，所述88字形形状的初级绕组和所述88字形形状的次级绕组的覆盖位置是可操作的，以方便降低电感耦合。

4.如权利要求1所述功率合成器，其特征在于，多个所述第一平面8字形形状的初级绕组和多个所述第一平面8字形形状的次级绕组由两个大致上呈椭圆形的轨迹形成，该椭圆形的轨迹可操作地大致交叉耦合在椭圆形状的最长长度的中点处。

5.如权利要求1所述功率合成器，其特征在于，相较于流经所述第一平面8字形形状的初级绕组的第二部分的电流，流经所述第一平面8字形形状的初级绕组的第一部分的电流为相反的，从而在所述第一平面8字形形状的初级绕组的第一部分和第二部分之间形成反相感应磁场。

6.如权利要求2所述功率合成器，其特征在于，所述第一平面8字形形状的初级绕组和所述第二平面8字形形状的初级绕组每一者包含第一耦合端口和第二耦合端口，其中电流可操作地流入所述第一耦合端口以及流出所述第二耦合端口。

7.如权利要求6所述功率合成器，其特征在于，可操作地流入所述第一耦合端口的所述电流具有一磁场，该磁场与可操作地流出所述第二耦合端口的电流反相。

8.如权利要求7所述功率合成器，其特征在于，可操作地流入所述第一耦合端口的所述电流与可操作地流出所述第二耦合端口的所述电流之间的相位差大致上为所述功率合成器所携带的信号波长的奇数倍。

9.如权利要求8所述功率合成器，其特征在于，可操作地流入所述第一耦合端口的所述电流与可操作地流出所述第二耦合端口的所述电流之间的相位差可操作地减少所述第一平面8字形形状的初级绕组与所述第二平面8字形形状的初级绕组之间的耦合。

10.如权利要求2所述功率合成器，其特征在于，所述第一平面8字形形状的次级绕组和所述第二平面8字形形状的次级绕组每一者包含被设置为支持差分激励的第一耦合端口和第二耦合端口。

11.如权利要求10所述功率合成器，其特征在于，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第二耦合端口可操作地耦合至所述第二平面8字形形状的次级绕组的所述第二端口，从而支持镜像差分激励电压模式合成。

12.如权利要求11所述功率合成器，其特征在于，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第一耦合端口被设置为提供跟随镜像差分激励电压模式合成的输出电压。

13.如权利要求10所述功率合成器，其特征在于，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第二耦合端口可操作地耦合至所述第二平面8字形形状的次级绕组的所述第一端口，从而支持连续差分激励电压模式合成。

14.如权利要求13所述功率合成器，其特征在于，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第一耦合端口被设置为提供跟随连续差分激励电压模式合成的输出电压。

15.如权利要求10所述功率合成器，其特征在于，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第二耦合端口可操作地耦合至所述第二平面8字形形状的次级绕组的所述第一端口并提供输出电流，从而支持镜像差分激励电流模式合成。

16.如权利要求10所述功率合成器，其特征在于，所述第一平面8字形形状的次级绕组的所述第一耦合端口可操作地耦合至所述第二平面8字形形状的次级绕组的所述第一端口并提供输出电流，从而支持连续差分激励电流模式合成。

17.一种射频发送器，包含功率合成器，其特征在于，包含：

第一平面8字形形状的初级绕组；以及

第一平面8字形形状的次级绕组；

其中，所述第一平面8字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述第一平面8字形形状的次级绕组。

18.如权利要求17所述射频发送器，其特征在于，还包含：

第二平面8字形形状的初级绕组，从而形成88字形形状的初级绕组；以及

第二平面8字形形状的次级绕组，从而形成88字形形状的次级绕组；

其中，所述88字形形状的初级绕组大致上覆盖有所述88字形形状的次级绕组。

19.如权利要求18所述射频发送器，其特征在于，所述88字形形状的初级绕组和所述88字形形状的次级绕组的覆盖位置是可操作的，以方便降低电感耦合。

20.如权利要求17所述射频发送器，其特征在于，多个所述第一平面8字形形状的初级绕组和多个所述第一平面8字形形状的次级绕组由两个大致上呈椭圆形的轨迹形成，该椭圆形的轨迹可操作地大致交叉耦合在椭圆形状的最长长度的中点处。