CN110380689B - 一种侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦包括初级导线和次级导线，所述初级导线和所述次级导线均设置于同一金属层上，所述初级导线和所述次级导线均以中心线为对称轴分成间隔布置的左右两个部分。所述初级导线的左右两个部分和所述次级导线的左右两个部分均为平面U型连续的折弯蜿蜒结构，所述初级导线和所述次级导线均设有两个内端口和两个外端口；本发明采用侧边耦合和蜿蜒型结构，使整体结构具有较好的差分平衡性的同时，减小了片上电路面积，电路结构简单，面积紧凑。

Description

一种侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦
技术领域
本发明涉及巴伦结构技术领域，具体涉及一种侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦。
背景技术
无线收发系统中，往往需要对射频和微波信号进行单端-差分或者差分-单端转换。例如，在无线收发器芯片的射频端口，需要把天线接收到的单端信号转换成差分信号接至低噪声放大器，或者将功率放大器输出的差分信号转换成单端信号送至天线发射出去。由于需要双向工作等原因，巴伦大都是无源结构的，在硅基半导体材料上进行设计，除了需要保证常规设计中所要求的良好的平衡性及低差损外，还需要巴伦具有紧凑的面积以及尽量用更少的金属层实现。
无源巴伦的主要结构有Marchand结构巴伦和变压器结构巴伦。图1(a)所示的为Marchand结构巴伦等效电路图，图1(b)所示的是Marchand结构巴伦具体实施例结构图；图2(a)所示的为变压器结构巴伦等效电路图，图2(b)所示的是变压器结构巴伦具体实施例结构图。可以看出，两种常用结构大都采用螺旋形布线，通过层叠耦合，一般需要两层金属走线，导致走线复杂，差分平衡性受到影响。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦包括初级导线和次级导线，所述初级导线和所述次级导线均设置于同一金属层上，所述初级导线和所述次级导线均以中心线为对称轴分成间隔布置的左右两个部分。所述初级导线的左右两个部分和所述次级导线的左右两个部分均为平面U型连续的折弯蜿蜒结构，所述初级导线和所述次级导线均设有两个内端口和两个外端口；所述初级导线的所述内端口之间导线连接，且设置一条与所述连接导线垂直连接的引出导线，引出端空接；所述初级导线的所述外端口为第一外端口和第二外端口，所述第一外端口设置为单端不平衡信号输入端，所述第二外端口接地线；所述次级导线的所述外端口为第三外端口和第四外端口，所述第三外端口和所述第四外端口均接地线；所述次级导线的所述内端口为第一内端口和第二内端口，所述第一内端口和所述第二内端口分别为所述次级导线的同相端口和反相端口。
较佳的，所述引出导线与两个内端口之间的连接导线同平面并与对称轴重合。
较佳的，所述次级导线左右两个部分在中间对称点处断开，形成所述次级导线的两所述内端口。
较佳的，所述初级导线和所述次级导线之间间隔距离尺寸相同。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明所述硅基片上无源巴伦采用侧边耦合和蜿蜒型结构，使整体结构具有较好的差分平衡性的同时，减小了片上电路面积，电路结构简单，面积紧凑。
附图说明
图1为Marchand结构巴伦等效电路图及其具体实施例结构图；
图2为变压器结构巴伦等效电路图及其具体实施例结构图；
图3为本发明所述侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦的等效电路图；
图4为本发明所述侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦的的三维立体结构图；
图5为本发明所述侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦的幅度不平衡性仿真曲线图；
图6为本发明所述侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦的相位不平衡性仿真曲线图。
图中数字表示：
1-第一外端口；2-第二外端口；3-第三外端口；4-第一内端口；5-第二内端口；6-第四外端口；7引出导线。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
如图3、图4所示，图3为本发明所述侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦的等效电路图；图4为本发明所述侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦的的三维立体结构图。本发明所述侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦包括初级导线和次级导线，所述初级导线和所述次级导线均设置于同一金属层上，所述初级导线和所述次级导线均以中心线为对称轴分成间隔布置的左右两个部分，且所述初级导线和所述次级导线之间间隔距离尺寸相同。所述初级导线的左右两个部分和所述次级导线的左右两个部分均为平面U型连续的折弯蜿蜒结构，所述初级导线和所述次级导线均设有两个内端口和两个外端口。
在所述初级导线上，所述初级导线左右两个部分的两个内端口之间导线连接，且设置一条与所述连接导线垂直连接的引出导线7，引出端空接；所述引出导线7与两个内端口之间的连接导线同平面并与对称轴重合。所述初级导线左右两个部分的两所述外端口为第一外端口1和第二外端口2，所述第一外端口1设置为单端不平衡信号输入端，所述第二外端口2接地线。
在所述次级导线上，所述次级导线左右两个部分的两个外端口为第三外端口3和第四外端口6，所述第三外端口3和所述第四外端口6均接地线；所述次级导线左右两个部分在中间对称点处断开，形成两内端口，即第一内端口4和第二内端口5，所述第一内端口4和所述第二内端口5分别为所述次级导线的同相端口和反相端口。
所述初级导线和所述次级导线间相互靠近，形成电磁场耦合关系，实现从单端到差分或差分到单端的转换关系。本发明所述硅基片上无源巴伦采用侧边耦合和蜿蜒型结构，使整体结构具有较好的差分平衡性的同时，减小了片上电路面积，电路结构简单，面积紧凑。
下面给出了本发明所述侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦的插入损耗表达式：具体为，对应参看图3，P1到P2的插入损耗s21的表达式为：
Figure BDA0002134956890000031
P1到P3的插入损耗s31的表达式为：
Figure BDA0002134956890000032
其中，k为初级导线与次级导线直接的耦合系数，θ为耦合导线的电长度，
Figure BDA0002134956890000033
为初级导线中心开路短截线的电长度。
参看图5，图5中所示的曲线为本发明巴伦幅度不平衡性仿真曲线，本发明巴伦的幅度不平衡性在70GHz～120GHz范围内小于0.2dB，性能良好。
参看图6，图6中所示的曲线为本发明巴伦相位不平衡性仿真曲线，本发明巴伦的相位不平衡性在70GHz～120GHz频段内保持在179.6度～180.2度范围，性能良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦，其特征在于，包括初级导线和次级导线，所述初级导线和所述次级导线均设置于同一金属层上，所述初级导线和所述次级导线均以中心线为对称轴分成间隔布置的左右两个部分； 所述初级导线的左右两个部分和所述次级导线的左右两个部分均为平面U型连续的折弯蜿蜒结构，所述初级导线和所述次级导线均设有两个内端口和两个外端口；所述初级导线的所述内端口之间导线连接，且设置一条与所述连接导线垂直连接的引出导线，引出端空接；所述初级导线的所述外端口为第一外端口和第二外端口，所述第一外端口设置为单端不平衡信号输入端，所述第二外端口接地线；所述次级导线的所述外端口为第三外端口和第四外端口，所述第三外端口和所述第四外端口均接地线；所述次级导线的所述内端口为第一内端口和第二内端口，所述第一内端口和所述第二内端口分别为所述次级导线的同相端口和反相端口。
2.如权利要求1所述的侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦，其特征在于，所述引出导线与两个内端口之间的连接导线同平面并与对称轴重合。
3.如权利要求1所述的侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦，其特征在于，所述次级导线左右两个部分在中间对称点处断开，形成所述次级导线的两所述内端口。
4.如权利要求1所述的侧边耦合蜿蜒结构的硅基片上无源巴伦，其特征在于，所述初级导线和所述次级导线之间间隔距离尺寸相同。
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