CN107548511B - 将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器(100)，所述射频变压器(100)包括：具有第一输入端子和第二输入端子的初级绕组(101)，其中所述初级绕组(101)包括第一部分(L1Pa)、第二部分(L1Pb)、第三部分(L1Na)和第四部分(L1Nb)，所述第一部分(L1Pa)电磁地耦合至所述第四部分(L1Nb)，所述第二部分(L1Pb)电磁地耦合至所述第三部分(L1Nb)；以及具有第一输出端子和第二输出端子的次级绕组(103)，其中所述次级绕组(103)电磁地耦合至所述初级绕组(101)的所述第一部分(L1Pa)、所述第二部分(L1Pb)、所述第三部分(L1Na)和所述第四部分(L1Nb)。

Description

将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器

技术领域

本发明涉及射频变压器领域，尤其涉及用于在平衡与不平衡端子之间进行变换的射频变压器。

背景技术

射频变压器是移动通信系统或雷达系统等射频(radio frequency，RF)系统中的主要部件，并且用于种类繁多的应用。通常情况下，射频变压器用于初级绕组与次级绕组之间的阻抗变换以及用于在平衡与不平衡端子之间进行变换。

具体而言，射频变压器常用于射频发射器内，并且能够对它们的性能产生重大影响。例如，使用直接数字射频调制器(digital radio frequency modulator，DDRM)的数字射频发射器或者使用25％占空比混频器的模拟射频发射器想要低共模阻抗，以便在输入射频信号的两倍频率处终止强共模电流。然而，公共射频变压器在近两倍的差模谐振频率时具有共模分路谐振，从而降低射频发射器的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种射频变换。

该目的由独立权利要求的特征来实现。另外的实施方式从从属权利要求、描述内容和附图中显而易见。

本发明基于以下发现：一种射频变压器的初级绕组内的各部分可以电磁地耦合，以便独立于差模阻抗来调整共模阻抗。通过将初级绕组的两半紧密地相互耦合，例如初级绕组的正半部分和负半部分，可以降低共模电感，而且可以将射频变压器的共模谐振频率从输入射频信号的两倍频率转向更高频率。

射频变压器可以与调制器，例如直接数字射频调制器(digital radio frequencymodulator，DDRM)，一起在射频变压器内使用，其中该射频发射器利用所述射频变压器的具体特征。该射频发射器能够提高性能，例如减少调制器漏极的二次谐波电压摆幅、增加1dB的压缩点(P1dB)、提高计数器三阶互调(counter third order intermodulation，C-IM3)性能，以及减少二次谐波发射。

射频变压器和/或射频发射器可用于任意种类的射频系统中，诸如移动通信系统或雷达系统。

根据第一方面，本发明涉及一种用于将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器，所述射频变压器包括：具有第一输入端子和第二输入端子的初级绕组，其中，所述第一输入端子和所述第二输入端子用于处理所述输入射频信号，所述初级绕组包括第一部分、第二部分、第三部分和第四部分，所述第一部分电磁地耦合至所述第四部分，所述第二部分电磁地耦合至所述第三部分；以及具有所述第一输出端子和第二输出端子的次级绕组，其中：所述第一输出端子和第二输出端子用于提供所述输出射频信号，所述次级绕组电磁地耦合至所述初级绕组的所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分和所述第四部分。这样，实现了将输入射频信号变换为输出射频信号的一种有效概念。

所述初级绕组和/或所述次级绕组可以具有其它端子，例如用来提供供应电压。因此，所述初级绕组和/或所述次级绕组可以具有至少两个端子。所述初级绕组的匝数和所述次级绕组的匝数可以随意选择，即所述初级绕组和所述次级绕组之间的匝比可以随意选择。

所述电磁耦合可以包括电感耦合和/或电容耦合。电磁耦合的存在是指高耦合系数的存在，例如0.5至1。

根据如上所述第一方面，在所述射频变压器的第一实施形式中，所述第一部分电磁地与所述第二部分解耦，所述第三部分电磁地与所述第四部分解耦。因此，可以将所述射频变压器的共模谐振频率更高效地转向更高频率。

所述电磁解耦可以包括电感解耦和/或电容解耦。电磁解耦的存在是指低耦合系数的存在，例如0至0.5。

根据如上所述第一方面或者所述第一方面的所述第一实施形式，在所述射频变压器的第二实施形式中，所述输入射频信号是一个差分射频信号，所述输出射频信号是一个单端射频信号。这样，高效地实现了平衡到不平衡(bal-un)变换。所述射频变压器因此可以用作射频平衡到不平衡变压器。

根据如上所述第一方面或者所述第一方面的所述第一实施形式，在所述射频变压器的第三实施形式中，所述输入射频信号是一个差分射频信号，所述输出射频信号是一个差分射频信号。这样，高效地实现了平衡到平衡(bal-bal)变换。

根据如上所述第一方面或者所述第一方面的所述第一实施形式，在所述射频变压器的第四实施形式中，所述输入射频信号是一个单端射频信号，而所述输出射频信号是一个差分射频信号。这样，高效地实现了不平衡到平衡(un-bal)变换。

根据如上所述第一方面或者所述第一方面的所述第一实施形式，在所述射频变压器的第五实施形式中，所述输入射频信号是一个单端射频信号，所述输出射频信号是一个单端射频信号。这样，高效地实现了不平衡到不平衡(un-un)变换。

根据如上所述第一方面或者所述第一方面的任意前述实施形式，在所述射频变压器的第六实施形式中，所述输入射频信号包括处于某一输入频率的信号分量，其中所述射频变压器的共模谐振频率大于所述输入频率的两倍频率。这样，可以在所述输入频率的两倍频率处高效地降低所述射频变压器的共模阻抗。

根据如上所述第一方面或者所述第一方面的任意前述实施形式，在所述射频变压器的第七实施形式中，所述初级绕组的所述第一部分和所述第二部分并联，和/或所述初级绕组的所述第三部分和所述第四部分并联。这样，高效地实现了电磁耦合和/或电磁解耦。

根据如上所述第一方面或者所述第一方面的任意前述实施形式，在所述射频变压器的第八实施形式中，所述初级绕组的所述第一部分和所述第二部分串联，和/或所述初级绕组的所述第三部分和所述第四部分串联。这样，高效地实现了电磁耦合和/或电磁解耦。

根据如上所述第一方面或者所述第一方面的任意前述实施形式，在所述射频变压器的第九实施形式中，所述射频变压器置于半导体衬底上，其中：所述第一部分包括第一导线，所述第二部分包括第二导线，所述第三部分包括第三导线，以及所述第四部分包括第四导线。这样，所述射频变压器被作为一种射频集成电路(radio frequency integratedcircuit，RFIC)高效地提供。所述射频变压器可以被视为一个片上射频变压器。

根据所述第一方面的所述第九实施形式，在所述射频变压器的第十实施形式中，所述第一导线的一部分邻近所述第四导线的一部分，和/或所述第二导线的一部分邻近所述第三导线的一部分。这样，高效地实现了相邻导线之间的电磁耦合。

当中间没有放置其它导线时，所述导线的所述各部分可以视为邻近。因此，可以提供高耦合系数。

根据所述第一方面的所述第九实施形式或所述第十实施形式，在所述射频变压器的第十一实施形式中，所述第一导线的一部分和所述第四导线的一部分置于所述半导体衬底上的不同层内，和/或所述第二导线的一部分和所述第三导线的一部分置于所述半导体衬底上的不同层内。这样，高效地实现了不同层内各导线之间的电磁耦合。

所述各层可以是导电金属层。所述各层可以堆叠在所述半导体衬底上，从而实现多层集成电路。因此，可以提供高耦合系数。

根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式，在所述射频变压器的第十二实施形式中，所述初级绕组连接到供应电压源。这样，可以高效地提供供应电压。

所述供应电压源可以是用于产生所述输入射频信号的供应部件等，例如调制器。所述供应电压源可以使用另一端子连接到所述初级绕组。

根据所述第一方面的所述第十二实施形式，在所述射频变压器的第十三实施形式中，所述供应电压源连接到所述第一部分与所述第三部分之间的所述初级绕组，和/或所述供应电压源连接到所述第二部分与所述第四部分之间的所述初级绕组。这样，实现了所述初级绕组的一种有效的对称中心抽头。

根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式，在所述射频变压器的第十四实施形式中，所述初级绕组的匝数等于所述次级绕组的匝数。这样，实现了所述初级绕组与所述次级绕组之间的有效阻抗变换。

所述初级绕组与所述次级绕组之间的匝比可以是2：2、4：4或8：8等。由于不完善，可以获取包括小数匝数的有效匝比，例如2：1.9的有效匝比。

根据第二方面，本发明涉及一种射频发射器，所述射频发射器包括用于产生输入射频信号的调制器和根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意实施形式的射频变压器，其中所述射频变压器用于将所述输入射频信号变换为输出射频信号。这样，提供了一种有效的射频发射器。

所述射频发射器能够减少所述调制器漏极的二次谐波电压摆幅、增加1dB的压缩点(P1dB)、提高计数器三阶互调(counter third order intermodulation，C-IM3)性能，以及减少二次谐波发射。

所述输出射频信号可以直接提供给另一部件，诸如功率放大器、射频开关、双工滤波器、天线调谐器或天线。

根据如上所述第二方面，在所述射频发射器的第一实施形式中，所述调制器用于通过从所述射频变压器拉出射频电流来产生所述输入射频信号。这样，可以高效地产生所述输入射频信号。

所述调制器的源阻抗可以大于所述射频变压器的负载阻抗。所述输入射频信号可以由所述射频电流形成。

根据如上所述第二方面或根据所述第二方面的所述第一实施形式，在所述射频发射器的第二实施形式中，所述调制器是一种直接数字射频调制器(digital radiofrequency modulator，DDRM)。这样，通过使用开关晶体管在没有中间混合级的情况下直接产生所述输入射频信号。

根据如上所述第二方面、所述第二方面的所述第一实施形式或所述第二方面的所述第二实施形式，在所述射频发射器的第三实施形式中，所述射频发射器还包括用于放大所述输出射频信号的功率放大器。这样，提供了一种有效的射频发射器。

根据第三方面，本发明涉及一种使用射频变压器将输入射频信号变换为输出射频信号的方法，其中：所述射频变压器包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组具有第一输入端子和第二输入端子，所述次级绕组具有第一输出端子和第二输出端子；所述方法包括：通过所述初级绕组的所述第一输入端子和所述第二输入端子处理所述输入射频信号，将所述初级绕组的第一部分电磁地耦合至所述初级绕组的第四部分，将所述初级绕组的第二部分电磁地耦合至所述初级绕组的第三部分，将所述次级绕组电磁地耦合至所述初级绕组的所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分和所述第四部分，以及通过所述次级绕组的所述第一输出端子和所述第二输出端子提供所述输出射频信号。这样，实现了将输入射频信号变换为输出射频信号的一种有效概念。

所述方法可由所述射频变压器和/或所述射频发射器执行。所述方法的其它特征可直接来自所述射频变压器和/或所述射频发射器的功能。

附图说明

本发明的是实施例将结合以下附图进行描述，其中：

图1所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器的图；

图2所示为根据一实施例的一种包括调制器和射频变压器的射频发射器的图；

图3所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的方法的图；

图4所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器的图；

图5所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器的图；

图6所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器的图；

图7所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器的图；

图8所示为根据一实施例的包括射频变压器的初级绕组的电路的图；

图9所示为根据一实施例的与耦合系数无关的射频变压器的共模负载阻抗对频率的图；

图10所示为根据一实施例的一种包括调制器和射频变压器的射频发射器的图；

图11所示为根据一实施例的射频发射器的输出功率和计数器三阶互调性能的图；

图12所示为一种包括初级绕组和次级绕组的参考射频变压器的图；以及

图13所示为一种包括初级绕组和次级绕组的参考射频变压器的图。

具体实施方式

图1所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器100的图。

射频变压器100包括具有第一输入端子和第二输入端子的初级绕组101，其中：第一输入端子和第二输入端子用于处理输入射频信号，初级绕组101包括第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb，第一部分L1Pa电磁地耦合至第四部分L1Nb，第二部分L1Pb电磁地耦合至第三部分L1Na。

射频变压器100还包括具有第一输出端子和第二输出端子的次级绕组103，其中：第一输出端子和第二输出端子用于提供输出射频信号，次级绕组103电磁地耦合至初级绕组101的第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb。

图2所示为根据一实施例的一种包括调制器201和射频变压器100的射频发射器200的图。调制器201用于产生输入射频信号。射频变压器100用于将输入射频信号变换为输出射频信号。

射频变压器100包括具有第一输入端子和第二输入端子的初级绕组101，其中：第一输入端子和第二输入端子用于处理输入射频信号，初级绕组101包括第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb，第一部分L1Pa电磁地耦合至第四部分L1Nb，第二部分L1Pb电磁地耦合至第三部分L1Na。

射频变压器100还包括具有第一输出端子和第二输出端子的次级绕组103，其中：第一输出端子和第二输出端子用于提供输出射频信号，次级绕组103电磁地耦合至初级绕组101的第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb。

图3所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的方法300的图。方法300可以使用射频变压器执行，其中：射频变压器包括初级绕组和次级绕组，初级绕组具有第一输入端子和第二输入端子，次级绕组具有第一输出端子和第二输出端子。射频变压器可以是结合图1或图2所描述的射频变压器100。

方法300包括：通过初级绕组的第一输入端子和第二输入端子处理301输入射频信号，将初级绕组的第一部分电磁地耦合303至初级绕组的第四部分，将初级绕组的第二部分电磁地耦合305至初级绕组的第三部分，将次级绕组电磁地耦合307至初级绕组的第一部分、第二部分、第三部分和第四部分，以及通过次级绕组的第一输出端子和第二输出端子提供309输出射频信号。

射频变压器100、射频发射器200和方法300的更多实施例将在下文描述。

图4所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器100的图。该图包括射频变压器100的布局和示意电路，其中射频变压器100形成如结合图1所描述的射频变压器的可能实施方式。射频变压器100具有初级绕组101和次级绕组103，其中初级绕组101与次级绕组103之间的匝比为2：2。

初级绕组101具有第一输入端子in_p和第二输入端子in_n，其中第一输入端子in_p和第二输入端子in_n用于处理输入射频信号。次级绕组103具有第一输出端子out和第二输出端子gnd，其中第一输出端子out和第二输出端子gnd用于提供输出射频信号。输入射频信号是一个差分射频信号，而输出射频信号是一个单端射频信号。初级绕组101还使用另一端子vdd连接到供应电压源。

初级绕组101包括第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb，其中：第一部分L1Pa电磁地耦合至第四部分L1Nb，第二部分L1Pb电磁地耦合至第三部分L1Na。另外，第一部分L1Pa电磁地与第二部分L1Pb解耦，第三部分L1Na电磁地与第四部分L1Nb解耦。次级绕组103电磁地耦合至初级绕组101的第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb。电磁耦合在示意电路中通过箭头图示。

射频变压器100置于半导体衬底上，其中：第一部分L1Pa包括第一导线，第二部分L1Pb包括第二导线，第三部分L1Na包括第三导线，第四部分L1Nb包括第四导线。第一导线的一部分邻近第四导线的一部分，第二导线的一部分邻近第三导线的一部分。初级绕组101的第一部分L1Pa和第二部分L1Pb并联，初级绕组101的第三部分L1Na和第四部分L1Nb并联。

图5所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器100的图。该图包括射频变压器100的布局和示意电路，其中射频变压器100形成如结合图1所描述的射频变压器的可能实施方式。射频变压器100具有初级绕组101和次级绕组103，其中初级绕组101与次级绕组103之间的匝比为4：4。

初级绕组101具有第一输入端子in_p和第二输入端子in_n，其中第一输入端子in_p和第二输入端子in_n用于处理输入射频信号。次级绕组103具有第一输出端子out和第二输出端子gnd，其中第一输出端子out和第二输出端子gnd用于提供输出射频信号。输入射频信号是一个差分射频信号，而输出射频信号是一个单端射频信号。初级绕组101还使用另一端子vdd连接到供应电压源。

初级绕组101包括第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb，其中：第一部分L1Pa电磁地耦合至第四部分L1Nb，第二部分L1Pb电磁地耦合至第三部分L1Na。另外，第一部分L1Pa电磁地与第二部分L1Pb解耦，第三部分L1Na电磁地与第四部分L1Nb解耦。次级绕组103电磁地耦合至初级绕组101的第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb。电磁耦合在示意电路中通过箭头图示。

射频变压器100置于半导体衬底上，其中：第一部分L1Pa包括第一导线，第二部分L1Pb包括第二导线，第三部分L1Na包括第三导线，第四部分L1Nb包括第四导线。第一导线的一部分邻近第四导线的一部分，第二导线的一部分邻近第三导线的一部分。初级绕组101的第一部分L1Pa和第二部分L1Pb并联，初级绕组101的第三部分L1Na和第四部分L1Nb并联。

相比于具有初级绕组内各部分L1P和L1N的参考射频变压器，如图4和图5所描述，可以认为每个部分L1Pb和L1Nb被划分为射频变压器100内的两个并行部分。例如，可以认为L1Pb被划分为L1Pa(点线)和L1Pb(虚线)，可以认为L1Nb被划分为L1Na(点划线)和L1Nb(双点线)。

由于邻近部分的总宽度，例如L1Pa+L1Nb或L1Na+L1Pb，可以近似等于参考射频变压器的对应宽度，所以差动电感不能改变。另外，初级绕组与次级绕组之间的耦合系数、初级绕组和次级绕组的质量系数(Q系数)不能改变，因此损耗不能改变。L1P与L1N之间的电磁耦合现在可以更紧密，因为L1Pa+L1Nb以及L1Na+L1Pa可以邻近或者是直接邻居。例如，耦合系数可以从约0.5增加到0.7至0.75。这样，可以减少第一输入端子in_p和第二输入端子in_n所看到的共模电感。

图6所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器100的图。该图包括射频变压器100的布局和示意电路，其中射频变压器100形成如结合图1所描述的射频变压器的可能实施方式。射频变压器100具有初级绕组101和次级绕组103，其中初级绕组101与次级绕组103之间的匝比为2：2。

初级绕组101具有第一输入端子in_p和第二输入端子in_n，其中第一输入端子in_p和第二输入端子in_n用于处理输入射频信号。次级绕组103具有第一输出端子out和第二输出端子gnd，其中第一输出端子out和第二输出端子gnd用于提供输出射频信号。输入射频信号是一个差分射频信号，而输出射频信号是一个单端射频信号。可选地，输出射频信号是一个差分射频信号，其中：第一输出端子可以称为out_p，第二输出端子可以称为out_n。初级绕组101还通过另一端子vdd连接到供应电压源。

初级绕组101包括第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb，其中：第一部分L1Pa电磁地耦合至第四部分L1Nb，第二部分L1Pb电磁地耦合至第三部分L1Na。另外，第一部分L1Pa电磁地与第二部分L1Pb解耦，第三部分L1Na电磁地与第四部分L1Nb解耦。次级绕组103电磁地耦合至初级绕组101的第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb。电磁耦合在示意电路中通过箭头图示。

射频变压器100置于半导体衬底上，其中：第一部分L1Pa包括第一导线，第二部分L1Pb包括第二导线，第三部分L1Na包括第三导线，第四部分L1Nb包括第四导线。第一导线的一部分邻近第四导线的一部分，第二导线的一部分邻近第三导线的一部分。初级绕组101的第一部分L1Pa和第二部分L1Pb串联，初级绕组101的第三部分L1Na和第四部分L1Nb串联。

图7所示为根据一实施例的一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器100的图。该图包括射频变压器100的布局和示意电路，其中射频变压器100形成如结合图1所描述的射频变压器的可能实施方式。射频变压器100具有初级绕组101和次级绕组103，其中初级绕组101与次级绕组103之间的匝比为4：4。

初级绕组101具有第一输入端子in_p和第二输入端子in_n，其中第一输入端子in_p和第二输入端子in_n用于处理输入射频信号。次级绕组103具有第一输出端子out和第二输出端子gnd，其中第一输出端子out和第二输出端子gnd用于提供输出射频信号。输入射频信号是一个差分射频信号，而输出射频信号是一个单端射频信号。可选地，输出射频信号是一个差分射频信号，其中：第一输出端子可以称为out_p，第二输出端子可以称为out_n。初级绕组101还通过另一端子vdd连接到供应电压源。

初级绕组101包括第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb，其中：第一部分L1Pa电磁地耦合至第四部分L1Nb，第二部分L1Pb电磁地耦合至第三部分L1Na。另外，第一部分L1Pa电磁地与第二部分L1Pb解耦，第三部分L1Na电磁地与第四部分L1Nb解耦。次级绕组103电磁地耦合至初级绕组101的第一部分L1Pa、第二部分L1Pb、第三部分L1Na和第四部分L1Nb。电磁耦合在示意电路中通过箭头图示。

射频变压器100置于半导体衬底上，其中：第一部分L1Pa包括第一导线，第二部分L1Pb包括第二导线，第三部分L1Na包括第三导线，第四部分L1Nb包括第四导线。第一导线的一部分邻近第四导线的一部分，第二导线的一部分邻近第三导线的一部分。初级绕组101的第一部分L1Pa和第二部分L1Pb串联，初级绕组101的第三部分L1Na和第四部分L1Nb串联。

如图6和图7所示，初级绕组101内不使用任何划分。然而，初级绕组101内的各个部分仍然可邻近。通过在初级绕组101内的两个邻近匝线与次级绕组103内的两个邻近匝线之间连续不断交替，这种概念可扩展到任意匝数。相比于分裂绕组的概念，初级绕组101与次级绕组103之间的电磁耦合会较少发生，从而增加射频变压器100的插入损耗。

图8所示为根据一实施例的包括射频变压器的初级绕组101的电路的图。该电路包括具有电容C1和C2的电容器。初级绕组101由具有电感L1的电感器表示。

电感器电磁地耦合并且具有耦合系数k。射频电流i1流过初级绕组101。初级绕组101内的各部分以及如上所述初级绕组101和次级绕组103可以被认为是电感器。

以下示例性计算说明初级绕组101的第一输入端子和第二输入端子所看到的共模电感的减少。示例性计算基于以下等式：

下表将示例性射频变压器100的特征，作为计算示例，与参考射频变压器进行比较。假设两个射频变压器都具有2nH的差动电感、频率为1CHz的差分谐振以及15％的差分输入电容，即kC＝C2/Cdiff＝0.15。

可以看到，如果耦合系数k从0.5增加到0.7，这可能看起来不是巨大改变，则共模电感L_cm和其共模阻抗XL_cm(2RF)可以以系数1.89系数来降低。更吸引人的是以下事实：共模谐振频率从1.88GHz，其接近于2×RF＝2GHz，偏移到高达2.58GHz，远远偏离2×RF。因此，2×RF处的阻抗在本示例中通过使用5.67做系数来降低。

图9所示为根据一实施例的与耦合系数无关的射频变压器100的共模负载阻抗对频率的图。耦合系数k是指射频变压器100的初级绕组101。

在该图中，考虑电容器和电感器的有限质量系数Q。在本示例中，假设质量系数Q为10。可以从该图看出，通过使用6.0Ohm/2.4Ohm＝2.5作为系数，从k＝0.5开始到k＝0.7，可以获得益处。通过使用2.5做系数的降低能够导致射频发射器200内的显著C-IM3改进。

射频变压器100可以用作射频平衡到不平衡变压器，从而在平衡端子处提供低共模阻抗。射频变压器100可以具有初级绕组101的两半之间的紧密电磁耦合。初级绕组101可以划分为两个平行部分或绕组。

射频变压器100可以具有初级绕组101的至少一匝相邻导线以及次级绕组103的至少一匝相邻导线。可选地，射频变压器100可以具有初级绕组101的至少0.5匝相邻导线和次级绕组103的至少0.5匝相邻导线。射频变压器100可以在厚的顶部金属层中实施。紧密电磁耦合还可以通过将两匝导线堆叠在彼此上方，例如通过使用两个不同金属层，来实现。射频变压器100还可在相反方向使用，即初级绕组101和次级绕组103可以交换。

图10所示为根据一实施例的一种包括调制器201和射频变压器100的射频发射器200的图。射频发射器200还包括功率放大器1001、双工滤波器1003、天线调谐器1005、天线1007和接收器1009。射频发射器200形成如结合图2所描述的射频发射器200的可能实施方式。

调制器201用于产生输入射频信号。射频变压器100用于将输入射频信号变换为输出射频信号。输入射频信号是一个差分射频信号，而输出射频信号是一个单端射频信号。射频变压器100因此可以用作射频平衡到不平衡变压器。

射频变压器100的初级绕组连接到供应电压源以供电给调制器201。调制器201用于通过从射频变压器100拉出射频电流来产生输入射频信号。调制器201是一种包括具有多个开关晶体管的核心的直接数字射频调制器(digital radio frequency modulator，DDRM)。调制器201使用基带数据、本地振荡器信号和/或时钟信号操作。

射频发射器200可以在移动通信系统中使用。射频变压器100的目的是将由调制器201提供的差分射频信号转换为单端射频信号作为对功率放大器1001的输入。功率放大器1001可以是多个(预)功率放大器中的一个。另一目的是提供调制器201的输出节点，具有漏极偏压。这通过将供应电压源连接到射频变压器100的初级绕组的中心抽头来实现。射频发射器200可以形成数字射频收发器。

图11所示为根据一实施例的射频发射器200的输出功率和计数器三阶互调(counter third order intermodulation，C-IM3)性能的图。该图还显示参考射频发射器的输入功率和计数器三阶互调(counter third order intermodulation，C-IM3)性能。输出功率和计数器三阶互调(counter third order intermodulation，C-IM3)性能在无关于可调电容器设置下进行描绘。

射频发射器200和参考射频发射器的输出功率两者表现类似。射频发射器200内的射频变压器100提供稍高的输出功率，因此具有较低的损耗。

在针对最大输出功率的电容器设置下，即当适当调谐到输入频率时，相比于使用参考射频发射的-46.1dBc，射频发射器200的计数器三阶互调(counter third orderintermodulation，C-IM3)水平是-64.0dBc。因此，在本示例中能够实现17.9dB的改进。这个17.9dB的改进可以实现，因为通过使用2.5作为系数来降低共模阻抗能够将2RF共模电压摆幅降低20*log(2.5)＝8dB，而且计数器三阶互调(counter third orderintermodulation，C-IM3)是一种三阶互调效果。

图12所示为一种包括初级绕组和次级绕组的参考射频变压器的图。该图包括参考射频变压器的布局和示意电路。初级绕组和次级绕组具有2：2的匝比。

初级绕组具有第一输入端子in_p、第二输入端子in_n和另一端子vdd。次级绕组具有第一输出端子out和第二输出端子gnd。初级绕组的各部分被称为L1P和L1N。次级绕组被称为L2。

图13所示为一种包括初级绕组和次级绕组的参考射频变压器的图。该图包括参考射频变压器的布局和示意电路。初级绕组和次级绕组具有4：4的匝比。

初级绕组具有第一输入端子in_p、第二输入端子in_n和另一端子vdd。次级绕组具有第一输出端子out和第二输出端子gnd。初级绕组的各部分被称为L1P和L1N。次级绕组被称为L2。

图12和图13中描述的参考射频变压器可以是片上射频变压器。初级绕组的正侧和负侧可以被称为L1P和L1N。次级绕组可以被称为L2。由于匝比为2：2和4：4，在这两种情况下的输入阻抗可以约等于负载阻抗。L1P和L1N松散地耦合，因为初级匝线之间始终存在一个次级匝线。初级绕组的两半部分L1P和L1N之间的耦合系数k可以约为0.5。

虽然已详细地描述了本发明及其优点，但是应理解，可以在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种改变、替代和更改。

Claims (19)

1.一种将输入射频信号变换为输出射频信号的射频变压器(100)，其特征在于，所述射频变压器(100)包括：

具有第一输入端子和第二输入端子的初级绕组(101)，其中：所述第一输入端子和所述第二输入端子用于处理所述输入射频信号，所述初级绕组(101)包括第一部分(L1Pa)、第二部分(L1Pb)、第三部分(L1Na)和第四部分(L1Nb)，所述第一部分(L1Pa)电磁地耦合至所述第四部分(L1Nb)，所述第二部分(L1Pb)电磁地耦合至所述第三部分(L1Na)；以及

具有第一输出端子和第二输出端子的次级绕组(103)，其中：所述第一输出端子和所述第二输出端子用于提供所述输出射频信号，所述次级绕组(103)电磁地耦合至所述初级绕组(101)的所述第一部分(L1Pa)、所述第二部分(L1Pb)、所述第三部分(L1Na)和所述第四部分(L1Nb)；

所述初级绕组的匝数等于所述次级绕组的匝数。

2.根据权利要求1所述的射频变压器(100)，其特征在于，所述第一部分(L1Pa)电磁地与所述第二部分(L1Pb)解耦，所述第三部分(L1Na)电磁地与所述第四部分(L1Nb)解耦。

3.根据权利要求1所述的射频变压器(100)，其特征在于，所述输入射频信号是一个差分射频信号，而所述输出射频信号是一个单端射频信号。

4.根据权利要求1所述的射频变压器(100)，其特征在于，所述输入射频信号包括在输入频率处的信号分量，所述射频变压器(100)的共模谐振频率大于所述输入频率的两倍频率。

5.根据权利要求1-4任一项所述的射频变压器(100)，其特征在于，所述初级绕组(101)的所述第一部分(L1Pa)和所述第二部分(L1Pb)并联，或者所述初级绕组(101)的所述第三部分(L1Na)和所述第四部分(L1Nb)并联。

6.根据权利要求1-4任一项所述的射频变压器(100)，其特征在于，所述射频变压器(100)置于半导体衬底上，其中：所述第一部分(L1Pa)包括第一导线，所述第二部分(L1Pb)包括第二导线，所述第三部分(L1Na)包括第三导线，所述第四部分(L1Nb)包括第四导线。

7.根据权利要求6所述的射频变压器(100)，其特征在于，所述第一导线的一部分邻近所述第四导线的一部分，或者所述第二导线的一部分邻近所述第三导线的一部分。

8.根据权利要求6所述的射频变压器(100)，其特征在于，所述第一导线的一部分和所述第四导线的一部分置于所述半导体衬底上的不同层内，或者所述第二导线的一部分和所述第三导线的一部分置于所述半导体衬底上的不同层内。

9.根据权利要求1-4任一项所述的射频变压器(100)，其特征在于，所述初级绕组(101)连接到一个供应电压源。

10.根据权利要求9所述的射频变压器(100)，其特征在于，所述供应电压源连接到所述第一部分(L1Pa)与所述第三部分(L1Na)之间的所述初级绕组(101)，或者所述供应电压源连接到所述第二部分(L1Pb)与所述第四部分(L1Nb)之间的所述初级绕组(101)。

11.一种射频发射器(200)，其特征在于，包括：

调制器(201)，用于产生输入射频信号；以及

根据权利要求1至10中的任一项权利要求的射频变压器(100)，其中所述射频变压器(100)用于将所述输入射频信号变换为输出射频信号。

12.根据权利要求11所述的射频发射器(200)，其特征在于，所述调制器(201)用于通过从所述射频变压器(100)拉出射频电流来产生所述输入射频信号。

13.根据权利要求11或12所述的射频发射器(200)，其特征在于，所述调制器(201)是一个直接数字射频调制器。

14.根据权利要求11所述的射频发射器(200)，其特征在于，还包括：

功率放大器(1001)，用于放大所述输出射频信号。

15.根据权利要求11所述的射频发射器(200)，其特征在于，所述初级绕组与所述次级绕组之间的匝比为2:2。

16.根据权利要求11所述的射频发射器(200)，其特征在于，所述初级绕组与所述次级绕组之间的匝比为4：4。

17.根据权利要求11所述的射频发射器(200)，其特征在于，所述初级绕组与所述次级绕组之间的匝比为8：8。

18.根据权利要求11所述的射频发射器(200)，其特征在于，所述初级绕组的所述第一部分和所述第二部分串联，和/或所述初级绕组的所述第三部分和所述第四部分串联。

19.一种使用射频变压器(100)将输入射频信号变换为输出射频信号的方法(300)，其特征在于，所述射频变压器(100)包括初级绕组(101)和次级绕组(103)，其中：所述初级绕组(101)具有第一输入端子和第二输入端子，所述次级绕组(103)具有第一输出端子和第二输出端子，所述方法(300)包括：

通过所述初级绕组(101)的所述第一输入端子和所述第二输入端子处理(301)所述输入射频信号；

将所述初级绕组(101)的第一部分(L1Pa)电磁地耦合(303)至所述初级绕组(101)的第四部分(L1Nb)；

将所述初级绕组(101)的第二部分(L1Pb)电磁地耦合(305)至所述初级绕组(101)的第三部分(L1Na)；

将所述次级绕组(103)电磁地耦合(307)至所述初级绕组(101)的所述第一部分(L1Pa)、所述第二部分(L1Pb)、所述第三部分(L1Na)和所述第四部分(L1Nb)；以及

通过所述次级绕组(103)的所述第一输出端子和所述第二输出端子提供(309)所述输出射频信号；

其中，所述初级绕组的匝数等于所述次级绕组的匝数。

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