CN111403378A - 一种薄膜集成无源元件ipd宽带射频巴伦芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，包括：射频巴伦芯片的输入端口、第一输出端口及第二输出端口，连接于输入端口与阻抗匹配电路之间的低通滤波器及阻抗匹配电路，阻抗匹配电路连接到第一输出端口及第二输出端口上并包括带宽拓宽器件，低通滤波器用于接收由输入端口输入的信号，对信号的截止频率进行调节，得到调节后的信号；阻抗匹配电路用于接收调节后的信号，在奇模时，第一输出端口输出第一输出信号，第二输出端口输出第二输出信号，带宽拓宽器件使得第一输出信号与第二输出信号在保持幅度相等的情况下，拓宽第一输出信号与第二输出信号的180度相位差所处的频带。

Description

一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片。
背景技术
随着第五代移动通信技术(5th Generation mobile networks，简称5G技术)发展得越来越成熟，越来越多的5G频段被世界各国开发利用。目前我国的5G频段已经给各个运营商划分好，这样智能移动终端生产商能够应用5G频段，实现商业化。
目前，为了保证智能移动终端的续航能力，智能移动终端的电池依旧要占据大部分的面积。因此，人们要想让智能移动终端继续变得更小，更轻，更薄，就需要对智能移动终端使用的器件进行小型化设计，尤其是射频微波器件。将射频微波器件封装在芯片内是减小器件体积的一种有效方法，而且能够很好地实现不同器件之间的互联。
对于上述射频微波器件中的巴伦Balun芯片来说，射频巴伦芯片是平衡不平衡转换器的英文音译。射频巴伦芯片作为一种三端口器件，或者说是一种通过将匹配输入转换为差分输出而实现平衡传输线电路与不平衡传输线电路之间的连接的宽带射频传输线变压器。目前射频巴伦芯片的种类繁多，基于微带线或者耦合线所设计的射频巴伦芯片，射频巴伦芯片的尺寸只有在高频时，射频巴伦芯片的尺寸才比较小，利于集成化。因此，在低频的频段内，基于微带线或者耦合线所设计的射频巴伦芯片，不适合智能移动终端。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，用以解决现有技术中的在低频的频段内，基于微带线或者耦合线所设计的射频巴伦芯片，不适合智能移动终端的技术问题。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，包括：
射频巴伦芯片的输入端口1、所述射频巴伦芯片的第一输出端口2及所述射频巴伦芯片的第二输出端口3，低通滤波器及阻抗匹配电路，所述低通滤波器连接于所述输入端口1与所述阻抗匹配电路之间，所述阻抗匹配电路连接到所述第一输出端口2及所述第二输出端口3上，所述阻抗匹配电路包括带宽拓宽器件，其中，
所述低通滤波器，用于接收由所述输入端口1输入的信号，对所述信号的截止频率进行调节，得到调节后的信号；
所述阻抗匹配电路，用于接收所述调节后的信号，在偶模时传输系数为零，在奇模时，所述第一输出端口2输出第一输出信号，所述第二输出端口3输出第二输出信号，所述带宽拓宽器件使得所述第一输出信号与所述第二输出信号在保持幅度相等的情况下，拓宽所述第一输出信号与所述第二输出信号的相位差所处的频带。
进一步的，所述低通滤波器为呈T型结构的低通滤波器，所述低通滤波器是由第一螺旋电感4、第二螺旋电感5及第一金属绝缘体金属MIM电容10构成；其中，
所述第一螺旋电感4的外圈接头通过第一传输线与输入端口1相连，所述第一螺旋电感4的内圈接头通过空气桥结构与所述第二螺旋电感5的外圈接头相连，所述第一螺旋电感4和所述第二螺旋电感5的连接点通过第二传输线并联第一MIM电容10，所述第一MIM电容10一端与所述第二传输线相连，所述第一MIM电容10与外围的接地金属相连，所述第二螺旋电感5的内圈接头输出所述调节后的信号。
进一步的，所述第一螺旋电感4的尺寸与所述第二螺旋电感5的尺寸不相同。
进一步的，所述带宽拓宽器件为第五MIM电容14，所述阻抗匹配电路包括：第三螺旋电感6、第四螺旋电感7、第五螺旋电感8、第六螺旋电感9、第二MIM电容11、第三MIM电容12、第四MIM电容13及第五MIM电容14；其中，
所述第三螺旋电感6的外圈接头通过第三传输线与所述第二MIM电容11的一端相连，所述第二MIM电容11的另一端通过第四传输线与所述第五螺旋电感8的外圈接头相连，所述第二MIM电容11的另一端与所述第五螺旋电感8的外圈接头的连接点连接到所述第一输出端口2，所述第一输出端口2输出第一输出信号；
所述第三螺旋电感6的内圈接头通过空气桥结构与所述第四螺旋电感7的外圈接头和所述第三MIM电容12的一端相连；所述第三MIM电容12的另一端通过第五传输线与所述第五螺旋电感8通过空气桥结构引出的内圈接头，所述第六螺旋电感9的外圈接头以及所述第五MIM电容14的一端相连；所述第五MIM电容14的另一端与外围的接地金属相连；
所述第四螺旋电感7通过空气桥结构引出的内圈接头通过第六传输线与所述第二螺旋电感5通过空气桥结构引出的内圈接头和所述第四MIM电容13的一端相连，所述第四MIM电容13的另一端通过第七传输线与第六螺旋电感9通过空气桥结构引出的内圈接头相连，所述第四MIM电容13的另一端与第六螺旋电感9的连接点连接到所述第二输出端口3，所述第二输出端口3输出所述第二输出信号。
进一步的，所述第三螺旋电感6的尺寸、所述第四螺旋电感7的尺寸、所述第五螺旋电感8的尺寸及所述第六螺旋电感9的尺寸相同，所述第二MIM电容11的尺寸与所述第四MIM电容13的尺寸相同，所述第三MIM电容12的电容值是所述第二MIM电容11的电容值的两倍。
进一步的，所述输入端口1、所述第一输出端口2，所述第二输出端口3分别夹设于两侧的接地金属之间，并与两侧的接地金属形成接地信号接地的结构。
进一步的，所述第一MIM电容10、所述第二MIM电容11、所述第三MIM电容12、所述第四MIM电容13及所述第五MIM电容14分别是通过在平行的两层金属之间加入一个不导电的隔离层构成的；
所述第一螺旋电感4、所述第二螺旋电感5、所述第三螺旋电感6、所述第四螺旋电感7、所述第五螺旋电感8、所述第六螺旋电感9分别是通过螺旋绕制的多圈传输线构成的。
进一步的，所述第一螺旋电感4、所述第二螺旋电感5、所述第三螺旋电感6、所述第四螺旋电感7、所述第五螺旋电感8、所述第六螺旋电感9分别是由三层以螺旋形绕制的金属传输线构成。
第二方面，本发明实施例提供了芯片制备方法，所述方法包括：采用砷化镓GaAs衬底的集成无源器件薄膜IPD技术，制备如上述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片。
第三方面，本发明实施例提供了一种移动终端，所述移动终端上安装有上述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供的一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，通过低通滤波器可以对射频巴伦芯片的高频进行带外抑制，并且使得输入端口的输入端口阻抗，与第一输出端口及第二输出端口的输入阻抗依旧匹配，并且，通过在阻抗匹配电路中引入一个带宽拓宽器件，使得在第一输出信号与第二输出信号在保持幅度相等的情况下，第一输出信号与第二输出信号的相位差在更宽的频带内依旧保持180度左右，从而提高整个射频巴伦芯片的工作带宽，这样射频巴伦芯片就可以工作在5G的n79频段。并且由于射频巴伦芯片具有小型化和集成化特点，非常有利于进行器件的封装，因此适合智能移动终端。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片的基本原理的框架示意图；
图2为本发明实施例提供的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片的原理图；
图3为本发明实施例提供的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片的平面结构示意图；
图4为本发明实施例中薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片的输入回波损耗和传输系数仿真结果示意图；
图5为本发明实施例中薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片的输出端口幅度不平衡仿真结果示意图；
图6为本发明实施例中薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片的输出端口相位不平衡仿真结果示意图；
附图标记说明：
1-输入端口，2-第一输出端口，3-第二输出端口，4-第一螺旋电感，5-第二螺旋电感，6-第三螺旋电感，7-第四螺旋电感，8-第五螺旋电感，9-第六螺旋电感，10-第一MIM电容，11-第二MIM电容，12-第三MIM电容，13-第四MIM电容，14-第五MIM电容，15-接地金属平面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，为了方便理解本发明实施例，在此先介绍一下本发明实施例中下文的使用术语“第一输出端口”、“第二输出端口”、“第一金属绝缘体金属(Metal-Insulator-MetalCapacitor简称MIM)电容”、“第二MIM电容”、“第三MIM电容”、“第四MIM电容”、“第五MIM电容”、“第一螺旋电感”、“第二螺旋电感”、“第三螺旋电感”、“第四螺旋电感”、“第五螺旋电感”、“第六螺旋电感”等。
本发明实施例中的第一输出端口及射频巴伦芯片的第二输出端口也可以称为两个平衡输出端口。“第一输出端口”中的“第一”及“第二输出端口”中的“第二”是用来区分两个平衡输出端口，在此并不做顺序上的限定。
“第一MIM电容”的“第一”、“第二MIM电容”的“第二”、“第三MIM电容”的“第三”、“第四MIM电容”的“第四”及“第五MIM电容”的“第五”是用来区分此处的五个MIM电容，在此并不做顺序上的限定。本发明实施例此处的五个MIM电容可以统称为电容。为了更好的解决现有技术的在低频的频段内，基于微带线或者耦合线所设计的射频巴伦芯片，不适合智能移动终端的问题，本发明实施例中电容的电容量处于0.3皮法(pF)-5皮法(pF)的范围内。
“第一螺旋电感”的“第一”、“第二螺旋电感”的“第二”、“第三螺旋电感”的“第三”、“第四螺旋电感”的“第四”、“第五螺旋电感”的“第五”、“第六螺旋电感”的“第六”是用来区分此处的六个螺旋电感，在此并不做顺序上的限定。本发明实施例此处的六个螺旋电感可以统称为电感。为了更好的解决现有技术的在低频的频段内，基于微带线或者耦合线所设计的射频巴伦芯片，不适合智能移动终端的问题，本发明实施例中电感的电感量处于1纳亨(nH)-10纳亨(nH)之间的范围内。
基于上述使用术语的介绍，下面继续对本发明实施例提供的一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片进行介绍。
针对现有技术的在低频的频段内，基于微带线或者耦合线所设计的射频巴伦芯片，不适合智能移动终端的问题，本发明实施例提供一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，通过阻抗匹配电路中引入一个带宽拓宽器件，通过引入的带宽拓宽器件使得在第一输出信号与第二输出信号在保持幅度相等的情况下，第一输出信号与第二输出信号的相位差在更宽的频带内依旧保持180度左右，从而提高整个射频巴伦芯片的工作带宽，这样射频巴伦芯片可以在5G的n79频段内使用，并且由于射频巴伦芯片具有小型化和集成化特点，非常有利于进行器件的封装，因此适合智能移动终端。
本发明实施例所提供的一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，应用于移动终端。移动终端进一步可以但不限于为智能移动终端，比如智能手机。
参见图1，图1为本发明实施例提供的一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片的基本原理的框架示意。本发明实施例所提供的一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，可以包括如下内容：
射频巴伦芯片的输入端口1、所述射频巴伦芯片的第一输出端口2及所述射频巴伦芯片的第二输出端口3，低通滤波器及阻抗匹配电路，所述低通滤波器连接于所述输入端口1与所述阻抗匹配电路之间，所述阻抗匹配电路连接到所述第一输出端口2及第二输出端口3上，所述阻抗匹配电路包括带宽拓宽器件，其中，
所述低通滤波器，用于接收由所述输入端口1输入的信号，对所述信号的截止频率进行调节，得到调节后的信号；此处的信号可以是指电信号。
所述阻抗匹配电路，用于接收所述调节后的信号，在偶模时传输系数为零，在奇模时，所述第一输出端口2输出第一输出信号，所述第二输出端口3输出第二输出信号，所述带宽拓宽器件使得所述第一输出信号与所述第二输出信号在保持幅度相等的情况下，拓宽所述第一输出信号与所述第二输出信号的180度相位差所处的频带。
上述第一输出端口2输出第一输出信号和第二输出端口3输出第二输出信号电压幅度相同，相位相差180度。
巴伦是一种射频器件，本发明实施例为了要突出所发明的巴伦的小型化和集成化，因此发明实施例称巴伦为射频巴伦芯片。本发明实施例的射频巴伦芯片的尺寸大小可以为1.55mm*1.65mm，具有小型化和集成化特点，非常有利于进行器件的封装，因此适合智能移动终端。
另外，本发明实施例对射频巴伦芯片的高频进行带外抑制，可以在低频段使用，比如但不限于在5G的n79频段内使用，智能移动终端也正好可以在5G的n79频段内使用，这样也可以说明射频巴伦芯片适合智能移动终端。
在本发明实施例中，通过低通滤波器可以对射频巴伦芯片的高频进行带外抑制，并且使得输入端口1的输入端口阻抗，与第一输出端口2及第二输出端口3的输入阻抗依旧匹配，并且，通过阻抗匹配电路中引入一个带宽拓宽器件，通过引入的带宽拓宽器件使得在第一输出信号与第二输出信号在保持幅度相等的情况下，第一输出信号与第二输出信号的相位差在更宽的频带内依旧保持180度左右，从而提高整个射频巴伦芯片的工作带宽，这样射频巴伦芯片可以在5G的n79频段内使用，并且由于射频巴伦芯片具有小型化和集成化特点，非常有利于进行器件的封装，因此适合智能移动终端。
需要说明的是，为了方便微波器件的集成化，实现高衬底电阻率和低衬底损耗，本发明实施例中低通滤波器中的电容及电感可以是以GaAs材料作为衬底，在衬底上生长的所述低通滤波器中的电容及电感；以及本发明实施例中电感阻抗匹配电路中的电容及电感可以是以GaAs材料作为衬底，在衬底上生长的电感阻抗匹配电路中的电容及电感。这样以生长在GaAs衬底材料上用于实现平衡到不平衡转换的射频巴伦芯片为主体，GaAs衬底主要作为电磁信号的传输介质且用于支撑在其上生长的多层金属，GaAs衬底的厚度可以但不限于为200um，GaAs衬底的介电常数可以但不限于为12.85。
上述低通滤波器用于实现对对射频巴伦芯片的高频进行带外抑制，并且使得输入端口1的输入端口阻抗，与第一输出端口2及第二输出端口3的输入阻抗依旧匹配，任何可以实现此作用的低通滤波器均属于本发明实施例的保护范围。为了提高频率选择性，使射频巴伦芯片在特定频率工作能更好地屏蔽和抑制带外干扰，本发明实施例可以使用一个呈T型结构的低通滤波器，详细说明如下：
在一种可能的实现方式中，参见图2和图3所示，所述低通滤波器为呈T型结构的低通滤波器，所述低通滤波器是由第一螺旋电感4、第二螺旋电感5及第一金属绝缘体金属MIM电容10构成，比如但不限于第一螺旋电感4参见图2中的L1，第二螺旋电感5参见图2中的L2，第一MIM电容10参见图2中的C1，输入端口1参见图2中的输入端口1，第一MIM电容10对应的外围的接地金属参见图2中的GND1，第一MIM电容10对应的外围的接地金属为图3中的接地金属平面15中的一部分接地金属；其中，
所述第一螺旋电感4的外圈接头通过第一传输线与输入端口1相连，所述第一螺旋电感4的内圈接头通过空气桥结构与所述第二螺旋电感5的外圈接头相连，所述第一螺旋电感4和所述第二螺旋电感5的连接点通过第二传输线并联第一MIM电容10，所述第一MIM电容10一端与所述第二传输线相连，所述第一MIM电容10与外围的接地金属GND1相连，所述第二螺旋电感5的内圈接头输出所述调节后的信号。
本发明实施例中，在由带通电路和高通电路所组成的阻抗匹配电路的输入端之前连接的呈T型结构的低通滤波器，可以通过呈T型结构的低通滤波器实现低通滤波的功能。呈T型结构的低通滤波器的截止频率可以根据适当选择电感和电容的大小的不同进行调节。
其中，所述第一螺旋电感4的尺寸与所述第二螺旋电感5的尺寸不相同。
本发明实施例中的电感的尺寸可以是指线圈的长度、线圈的粗细，即线圈的内径、线圈的匝数、线间距等。
传统的网格型射频巴伦芯片结构没有对高频进行带外抑制处理，频率选择性差，而在上述可能的实现方式中，上述低通滤波器由一个并联电容和两个串联电感构成。上述低通滤波器的原理是利用电感对高频信号表现出高阻抗而对低频信号表现出低阻抗和电容对高频信号表现出低阻抗而对低频信号表现出高阻抗的特性来实现低通滤波的功能。这样可以提高频率选择性，使射频巴伦芯片在特定频率工作能更好地屏蔽和抑制带外干扰，并对高频进行带外抑制，也就是，对高频进行了带外抑制处理并且频率选择性更好。并且使输入端口阻抗和两个平衡输出端口的输入阻抗匹配。
当上述可能的实现方式被应用在射频电路中时，其能很好地抑制带外干扰，保证在复杂的通信环境下，通信质量不会恶化，从而扩展了其应用场景。
为了能够使得两个平衡输出端口在保持幅度相等的情况下，两个平衡输出端口的输出信号的相位差在更宽的频带内依旧保持180度左右，从而提高整个射频巴伦芯片的工作带宽，上述带宽拓宽器件可以为任何能够实现使得两个平衡输出端口在保持幅度相等的情况下，两个平衡输出端口的输出信号的相位差在更宽的频带内依旧保持180度左右的功能的器件，其中，所述更高的频带的范围可以为4.07GHz到5.16GHz。为了提高射频巴伦芯片的工作带宽，本发明实施例提供的带宽拓宽器件可以但不限于为第五MIM电容14。从整个射频巴伦芯片中此第五MIM电容14的位置来看，此第五MIM电容14也可以称为尾电容。上述尾电容的大小可以根据用户需求进行设置。在尾电容的值等于零的射频巴伦芯片可以是一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片的特例，此特例的射频巴伦芯片并没有增加电容值非零的尾电容之后的射频巴伦芯片的带宽高。增加电容值非零的尾电容之后，如果想要让四端口的阻抗匹配电路，即除了一个输入端口和两个平衡输出端口之外，另一个端口可以看成是开路的，成为一个三端口的射频巴伦芯片，则应该满足在偶模时传输系数为零，在奇模时起到阻抗变换的作用。而，增加了尾电容之后，可以在更宽的带宽之内保持这种特性，即提高射频巴伦芯片的带宽。
基于上述尾电容的介绍，参见图2和图3所示，在一种可能的实现方式中，所述阻抗匹配电路包括：第三螺旋电感6、第四螺旋电感7、第五螺旋电感8、第六螺旋电感9、第二MIM电容11、第三MIM电容12、第四MIM电容13及第五MIM电容14，比如但不限于第三螺旋电感6参见图2中的L3，第四螺旋电感7参见图2中的L4，第五螺旋电感8参见图2中的L5，第六螺旋电感9参见图2中的L6，第二MIM电容11参见图2中的C2，第三MIM电容12参见图2中的C3，第四MIM电容13参见图2中的C4，第五MIM电容14参见图2中的C5，第一输出端口2参见图2中的第一输出端口2，第二输出端口3参见图2中的第二输出端口3，第五MIM电容14对应的外围的接地金属参见图2中的GND2，第五MIM电容14对应的外围的接地金属为图3中的接地金属平面15中的一部分接地金属；其中，
所述第三螺旋电感6的外圈接头通过第三传输线与所述第二MIM电容11的一端相连，所述第二MIM电容11的另一端通过第四传输线与所述第五螺旋电感8的外圈接头相连，所述第二MIM电容11的另一端与所述第五螺旋电感8的外圈接头的连接点连接到所述第一输出端口2，所述第一输出端口2输出第一输出信号；
所述第三螺旋电感6的内圈接头通过空气桥结构与所述第四螺旋电感7的外圈接头和所述第三MIM电容12的一端相连；所述第三MIM电容12的另一端通过第五传输线与所述第五螺旋电感8通过空气桥结构引出的内圈接头，所述第六螺旋电感9的外圈接头以及所述第五MIM电容14的一端相连；所述第五MIM电容14的另一端与外围的接地金属相连；
上述第三螺旋电感6的内圈接头、第四螺旋电感7的外圈接头和第三MIM电容12这三者相连形成一个连接点；上述第三MIM电容12的另一端与第五螺旋电感8、第六螺旋电感9的外圈接头以及第五MIM电容14的一端这四者相连形成一个连接点。
所述第四螺旋电感7通过空气桥结构引出内圈接头通过第六传输线与所述第二螺旋电感5通过空气桥结构引出的内圈接头和所述第四MIM电容13的一端相连，所述第四MIM电容13的另一端通过所述第七传输线与第六螺旋电感9通过空气桥结构引出的内圈接头相连，所述第四MIM电容13的另一端与第六螺旋电感9的连接点连接到所述第二输出端口3，所述第二输出端口3输出所述第二输出信号。
上述第四螺旋电感7、第二螺旋电感5和第四MIM电容13的一端这三者相连形成一个连接点。
其中，上述空气桥结构的构成方式可以是保留顶层和底层金属，去掉中间层金属，以获得顶层和底层之间的电隔离，使顶层和底层金属在交叉布线时不会相互导通。在底层金属与三层螺旋绕制的金属传输线的交叉部分中，去掉传输线的底层和中间层金属，以便顶层和底层金属构成空气桥，不会相互导通从而实现电隔离。
在本发明实施例中，通过在两个平衡输出端口的共同接地端引入了一个接地电容，也就是引入尾电容，使得两个平衡端口在保持幅度相等的情况下，两个平衡输出端口的输出信号的相位差在更宽的频带内依旧保持180度左右，从而提高整个射频巴伦芯片的工作带宽，从而扩展其带宽。本发明实施例射频巴伦芯片的工作频段分布在4.07GHz-5.16GHz，能够实现对5G的n79频段的全覆盖，能在5G通信系统中得到广泛应用。这样通过电容电感的相互连接来构成阻抗变换器，使整个电路具有良好的阻抗匹配，以获得低插入损耗。
在一种可能的实现方式中，所述第三螺旋电感6的尺寸、所述第四螺旋电感7的尺寸、所述第五螺旋电感8的尺寸及所述第六螺旋电感9的尺寸相同，所述第二MIM电容11的尺寸与所述第四MIM电容13的尺寸相同，所述第三MIM电容12的电容值是所述第二MIM电容11的电容值的两倍。
其中，本发明实施例中的电容的尺寸可以是指电容金属层的长和宽，电容金属层的长和宽，可以反映电容的电容量。第二MIM电容11的尺寸与所述第四MIM电容13的尺寸相同，那么电容量也相同。
在一种可能的实现方式中，所述输入端口1、所述第一输出端口2，所述第二输出端口3分别夹设于两侧的接地金属之间，并与两侧的接地金属形成接地信号接地(Ground-Signal-Ground，简称GSG)的结构。该GSG测试结构的结构用于与探针相连，利用探针台能完成在片测试，提高测试的准确性。
上述输入端口、第一输出端口及第二输出端口可以统称为GSG端口中的信号端口，本发明实施例中的信号端口的尺寸可以但不限于为50微米乘以50微米。两侧的接地金属也可以称为接地端，用于完成接地。
为了加工射频巴伦芯片之后，方便探针进行测试，可以对GSG端口中的信号端距离两侧接地金属之间的距离进行限定，此GSG端口中的信号端距离两侧接地金属也可以称为间距。此间接可以根据用户探针台确定的，在此不做限定。为了方便探针的测试，在一种可能的实现方式中，所述输入端口1与所述输入端口1相对两侧的接地金属之间的间距可以但不限于为100um。所述输入端口2与所述输入端口2相对两侧的接地金属之间的间距可以但不限于为100um。所述输入端口3与所述输入端口3相对两侧的接地金属之间的间距可以但不限于为100um。
在一种可能的实现方式中，所述第一MIM电容10、所述第二MIM电容11、所述第三MIM电容12、所述第四MIM电容13及所述第五MIM电容14分别是通过在平行的两层金属之间加入一个不导电的隔离层构成的；
所述第一螺旋电感4、所述第二螺旋电感5、所述第三螺旋电感6、所述第四螺旋电感7、所述第五螺旋电感8、所述第六螺旋电感9分别是通过螺旋绕制的多圈传输线构成的。
其中，所述第一螺旋电感4、所述第二螺旋电感5、所述第三螺旋电感6、所述第四螺旋电感7、所述第五螺旋电感8、所述第六螺旋电感9分别是由三层以螺旋形绕制的金属传输线构成。这样该金属传输线的外部端口可直接与其他器件相连，并且金属传输线内部的端口，通过底层金属引出后再与外部的器件相连。决定螺旋电感的电感值的大小的是其绕制的圈数、半径和线宽。
所述第一MIM电容10、所述第二MIM电容11、所述第三MIM电容12、所述第四MIM电容13及所述第五MIM电容14是由顶层和底层金属以及两者之间的氮化硅隔离层构成，电容值的大小由其面积决定。
本发明实施例射频巴伦芯片的具体实现举例如下：
输入端口1和第一输出端口2及第二输出端口3均为长和宽50um的正方形焊盘。用于绕制螺旋电感及耦合电感的传输线线宽均为15um。第一螺旋电感4的内径为51.5um，线间距15um，绕制3.5圈；第二螺旋电感5的内径是43.5um，线间距为15um，绕制3.5圈；第三螺旋电感6、第四螺旋电感7、第五螺旋电感8、第六螺旋电感9的内径均是76um，线间距均为15um，均绕制2.5圈。第一MIM电容10的长为51.5um，宽为30um，第二MIM电容11和第四MIM电容13的长均为53um，宽均为30um，第三MIM电容12的长和宽分别为74um和35um，第五MIM电容14的长和宽分别为153um和45um，输入端口1的焊盘到第一螺旋电感4的外圈接头的传输线长为156.5um，输出端口2的焊盘到第二MIM电容11和第五螺旋电感8的连接点的传输线的长为160.5um，输出端口3的焊盘到第四MIM电容13和第六螺旋电感9的连接点的传输线的长为160.5um，第一螺旋电感4和第二螺旋电感5以及第一MIM电容10的连接点到第三螺旋电感6、第四螺旋电感7和第三MIM电容12的连接点的距离为344.875um，第三螺旋电感6、第四螺旋电感7和第三MIM电容12的连接点到第五螺旋电感8、第六螺旋电感9和第三MIM电容12的连接点的距离为339.75um。输入端口1和第一输出端口2、第二输出端口3与其上下两侧的接地金属间距均为100um。它们与接地金属构成“接地-信号-接地”的结构，该结构用于与探针相连。
本发明实施例中的射频巴伦芯片，具有结构简单、尺寸超小、带宽、插入损耗小，相位不平衡和幅度不平衡特性良好的特点。利用集总参数的设计方法来实现，方法成熟，设计思路简单。
如图4所示为本发明实施例的回波损耗和插入损耗参数，其回波损耗小于-15dB的频率范围为4.07GHz到5.16GHz，相对带宽达到23.62％，本发明实施例将-15dB带宽作为本发明实施例的通带。在其通带内回波损耗很小，而在更低或更高的频率处则有很大的回波损耗，充分说明了本发明实施例具有很好的带通特性，通带内的信号几乎可以无损通过射频巴伦芯片到达输出端，且能够说明本发明在原有的网格型射频巴伦芯片结构的基础上增加一个T型的LC低通滤波器后能将原来的射频巴伦芯片结构改造成为一个具有带通特性的结构，从而实现对高频的带外抑制。
如图4所示为本发明实施例的插入损耗参数，在4.07GHz到5.16GHz范围内S21和S31幅值均大于-4dB，在中心频率4.62GHz处的S21和S31的幅值大小分别为-3.925dB和-3.687dB，这表明其在通带内的插入损耗很小，充分说明在使用GaAs为衬底的IPD技术构造无源器件时能获得很小的插入损耗，相比于传统的SMD射频巴伦芯片、传输线射频巴伦芯片，其性能更为优越，且能够说明本发明使用到T型低通滤波器和尾电容很好地提升了射频巴伦芯片的性能。
如图5所示为本发明实施例的幅度不平衡参数曲线，在通带范围内幅度不平衡均小于0.38dB。在中心频率4.62GHz处的幅度不平衡度为0.24dB。如图6所示为本发明实施例的相位不平衡曲线，在本发明实施例的通带范围内相位不平衡度为180±3.3。以上实验数据能很好地体现了本发明实施例射频巴伦芯片平衡到不平衡转换的能力，且能覆盖到较宽的频率范围，应用场景广阔。
整个射频巴伦芯片的尺寸大小可以为1.55mm*1.65mm，具有小型化和集成化特点，非常有利于进行器件的封装，也适合智能移动终端。
下面继续对本发明实施例提供的一种芯片制备方法。
本发明实施例提供的一种芯片制备方法，所述方法包括：
采用砷化镓GaAs衬底的集成无源器件薄膜IPD技术，制备上述的芯片。
其中，采用砷化镓GaAs衬底的集成无源器件薄膜IPD技术，通过在所述衬底上生长金属构成低通滤波器中的电容和电感，以及通过在所述衬底上生长金属构成阻抗匹配电路中的电容和电感。
在本发明实施例中，通过低通滤波器可以对射频巴伦芯片的高频进行带外抑制，并且使得输入端口1的输入端口阻抗，与第一输出端口2及第二输出端口3的输入阻抗依旧匹配，并且，通过阻抗匹配电路中引入一个带宽拓宽器件，通过引入的带宽拓宽器件使得在第一输出信号与第二输出信号在保持幅度相等的情况下，第一输出信号与第二输出信号的相位差在更宽的频带内依旧保持180度左右，从而提高整个射频巴伦芯片的工作带宽，这样射频巴伦芯片可以在5G的n79频段内使用，并且由于射频巴伦芯片具有小型化和集成化特点，非常有利于进行器件的封装，因此适合智能移动终端。
在一种可能的实现方式中，所述低通滤波器采用如下步骤制备得到：
通过在平行的两层金属之间加入一个不导电的隔离层构成的第一MIM电容10；
通过螺旋绕制的多圈传输线分别构成的第一螺旋电感4及所述第二螺旋电感5；进一步的，由三层以螺旋形绕制的金属传输线构成的第一螺旋电感4及所述第二螺旋电感5。该传输线的外部端口可直接与其他器件相连，而内部的端口则通过底层金属引出后再与外部的器件相连。
所述第一螺旋电感4的外圈接头通过第一传输线与输入端口1相连，所述第一螺旋电感4的内圈接头通过空气桥结构与所述第二螺旋电感5的外圈接头相连，所述第一螺旋电感4和所述第二螺旋电感5的连接点通过第二传输线并联第一MIM电容10，所述第一MIM电容10一端与所述第二传输线相连，所述第一MIM电容10与外围的接地金属相连，构成所述低通滤波器，所述低通滤波器为呈T型结构的低通滤波器。
在一种可能的实现方式中，所述阻抗匹配电路中的所述阻抗匹配电路的输入端口1、所述阻抗匹配电路的第一输出端口2、所述阻抗匹配电路的第二输出端口3采用如下步骤制备得到：
所述输入端口1、所述第一输出端口2，所述第二输出端口3分别夹设于两侧的接地金属之间，并与两侧的接地金属形成接地信号接地的结构，并且所述输入端口1分别与所述输入端口1相对两侧的接地金属之间的间距为100um。
在一种可能的实现方式中，所述阻抗匹配电路采用如下步骤制备得到：
通过在平行的两层金属之间加入一个不导电的隔离层分别构成的第二MIM电容11、第三MIM电容12、第四MIM电容13及第五MIM电容14；
通过螺旋绕制的多圈传输线分别构成的第三螺旋电感6、第四螺旋电感7、第五螺旋电感8、第六螺旋电感9；
所述第二螺旋电感5的内圈接头通过空气桥结构分别与所述第四螺旋电感7的内圈接头和所述第四MIM电容13相连；
所述第三螺旋电感6的外圈接头通过第三传输线与所述第二MIM电容11的一端相连，所述第二MIM电容11的另一端通过第四传输线与所述第五螺旋电感8的外圈接头相连，所述第二MIM电容11的另一端与所述第五螺旋电感8的外圈接头的连接点连接到所述第一输出端口2；
所述第三螺旋电感6的内圈接头通过空气桥结构与所述第四螺旋电感7的外圈接头和所述第三MIM电容12的一端相连；所述第三MIM电容12的另一端通过第五传输线与所述第五螺旋电感8通过空气桥结构引出的内圈接头，所述第六螺旋电感9的外圈接头以及所述第五MIM电容14的一端相连；所述第五MIM电容14的另一端与外围的接地金属相连；
所述第四螺旋电感7通过空气桥结构引出内圈接头通过第六传输线与所述第二螺旋电感5通过空气桥结构引出的内圈接头和所述第四MIM电容13的一端相连，所述第四MIM电容13的另一端通过所述第七传输线与第六螺旋电感9通过空气桥结构引出的内圈接头相连，所述第四MIM电容13的另一端与第六螺旋电感9的连接点连接到所述第二输出端口3，构成所述阻抗匹配电路。
其中，所述低通滤波器中的电容包括：第一金属绝缘体金属MIM电容10，是，所述低通滤波器中的电感包括：第一螺旋电感4、第二螺旋电感5。
采用砷化镓GaAs衬底的集成无源器件薄膜IPD技术，通过在所述衬底上生长金属分别构成的第一螺旋电感4、第二螺旋电感5、第三螺旋电感6、第四螺旋电感7、第五螺旋电感8、第六螺旋电感9、第一金属绝缘体金属MIM电容10、第二MIM电容11、第三MIM电容12、第四MIM电容13及第五MIM电容14；
第一MIM电容10、所述第二MIM电容11、所述第三MIM电容12、所述第四MIM电容13及所述第五MIM电容14分别是通过在平行的两层金属之间加入一个不导电的隔离层构成的；
所述第一螺旋电感4、所述第二螺旋电感5、所述第三螺旋电感6、所述第四螺旋电感7、所述第五螺旋电感8、所述第六螺旋电感9分别是通过螺旋绕制的多圈传输线构成的。
下面继续对本发明实施例提供的一种移动终端进行介绍。
本发明实施例提供的一种移动终端，所述移动终端上安装如上述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于芯片制备方法/移动终端实施例而言，由于其基本相似于薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，其特征在于，包括：
射频巴伦芯片的输入端口(1)、所述射频巴伦芯片的第一输出端口(2)及所述射频巴伦芯片的第二输出端口(3)，低通滤波器及阻抗匹配电路，所述低通滤波器连接于所述输入端口(1)与所述阻抗匹配电路之间，所述阻抗匹配电路连接到所述第一输出端口(2)及所述第二输出端口(3)上，所述阻抗匹配电路包括带宽拓宽器件，其中，
所述低通滤波器，用于接收由所述输入端口(1)输入的信号，对所述信号的截止频率进行调节，得到调节后的信号；
所述阻抗匹配电路，用于接收所述调节后的信号，在偶模时传输系数为零，在奇模时，所述第一输出端口(2)输出第一输出信号，所述第二输出端口(3)输出第二输出信号，所述带宽拓宽器件使得所述第一输出信号与所述第二输出信号在保持幅度相等的情况下，拓宽所述第一输出信号与所述第二输出信号的180度相位差所处的频带。
2.如权利要求1所述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，其特征在于，所述低通滤波器为呈T型结构的低通滤波器，所述低通滤波器是由第一螺旋电感(4)、第二螺旋电感(5)及第一金属绝缘体金属MIM电容(10)构成；其中，
所述第一螺旋电感(4)的外圈接头通过第一传输线与输入端口(1)相连，所述第一螺旋电感(4)的内圈接头通过空气桥结构与所述第二螺旋电感(5)的外圈接头相连，所述第一螺旋电感(4)和所述第二螺旋电感(5)的连接点通过第二传输线并联第一MIM电容(10)，所述第一MIM电容(10)一端与所述第二传输线相连，所述第一MIM电容(10)与外围的接地金属相连，所述第二螺旋电感(5)的内圈接头输出所述调节后的信号。
3.如权利要求2所述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，其特征在于，所述第一螺旋电感(4)的尺寸与所述第二螺旋电感(5)的尺寸不相同。
4.如权利要求3所述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，其特征在于，所述带宽拓宽器件为第五MIM电容(14)，所述阻抗匹配电路包括：第三螺旋电感(6)、第四螺旋电感(7)、第五螺旋电感(8)、第六螺旋电感(9)、第二MIM电容(11)、第三MIM电容(12)、第四MIM电容(13)及第五MIM电容(14)；其中，
所述第三螺旋电感(6)的外圈接头通过第三传输线与所述第二MIM电容(11)的一端相连，所述第二MIM电容(11)的另一端通过第四传输线与所述第五螺旋电感(8)的外圈接头相连，所述第二MIM电容(11)的另一端与所述第五螺旋电感(8)的外圈接头的连接点连接到所述第一输出端口(2)，所述第一输出端口(2)输出第一输出信号；
所述第三螺旋电感(6)的内圈接头通过空气桥结构与所述第四螺旋电感(7)的外圈接头和所述第三MIM电容(12)的一端相连；所述第三MIM电容(12)的另一端通过第五传输线与所述第五螺旋电感(8)通过空气桥结构引出的内圈接头，所述第六螺旋电感(9)的外圈接头以及所述第五MIM电容(14)的一端相连；所述第五MIM电容(14)的另一端与外围的接地金属相连；
所述第四螺旋电感(7)通过空气桥结构引出的内圈接头通过第六传输线与所述第二螺旋电感(5)通过空气桥结构引出的内圈接头和所述第四MIM电容(13)的一端相连，所述第四MIM电容(13)的另一端通过第七传输线与第六螺旋电感(9)通过空气桥结构引出的内圈接头相连，所述第四MIM电容(13)的另一端与第六螺旋电感(9)的连接点连接到所述第二输出端口(3)，所述第二输出端口(3)输出所述第二输出信号。
5.如权利要求4所述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，其特征在于，所述第三螺旋电感(6)的尺寸、所述第四螺旋电感(7)的尺寸、所述第五螺旋电感(8)的尺寸及所述第六螺旋电感(9)的尺寸相同，所述第二MIM电容(11)的尺寸与所述第四MIM电容(13)的尺寸相同，所述第三MIM电容(12)的电容值是所述第二MIM电容(11)的电容值的两倍。
6.如权利要求5所述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，其特征在于，所述输入端口(1)、所述第一输出端口(2)，所述第二输出端口(3)分别夹设于两侧的接地金属之间，并与两侧的接地金属形成接地信号接地的结构。
7.如权利要求4至6任一项所述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，其特征在于，所述第一MIM电容(10)、所述第二MIM电容(11)、所述第三MIM电容(12)、所述第四MIM电容(13)及所述第五MIM电容(14)分别是通过在平行的两层金属之间加入一个不导电的隔离层构成的；
所述第一螺旋电感(4)、所述第二螺旋电感(5)、所述第三螺旋电感(6)、所述第四螺旋电感(7)、所述第五螺旋电感(8)、所述第六螺旋电感(9)分别是通过螺旋绕制的多圈传输线构成的。
8.如权利要求7所述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片，其特征在于，所述第一螺旋电感(4)、所述第二螺旋电感(5)、所述第三螺旋电感(6)、所述第四螺旋电感(7)、所述第五螺旋电感(8)、所述第六螺旋电感(9)分别是由三层以螺旋形绕制的金属传输线构成。
9.一种芯片制备方法，其特征在于，所述方法包括：
采用砷化镓GaAs衬底的集成无源器件薄膜IPD技术，制备如权利要求1至8任一项所述的薄膜集成无源元件IPD宽带射频巴伦芯片。
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