CN112787596A - 便于轻松集成的紧凑型平衡射频巴伦 - Google Patents

便于轻松集成的紧凑型平衡射频巴伦 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例涉及便于轻松集成的紧凑型平衡射频巴伦(balun)。提供了一种装置，该装置包括第一电路和第二电路。第一电路通常包括差分对称频带扩展电路系统。第二电路通常包括耦合电感器线圈，该耦合电感器线圈被配置为在差分信号格式与单端信号格式之间进行转换。

Description

便于轻松集成的紧凑型平衡射频巴伦
技术领域
本发明总体涉及射频(RF)电路中的阻抗匹配，更具体地涉及实现便于轻松集成的紧凑型平衡射频(RF)巴伦(balun)的方法和/或装置。
背景技术
在射频(RF)无线通信系统中，具有良好幅度和相位平衡的差分信号不受共模噪声和偶数阶失真的影响。为了很好抑制共模噪声和偶数阶失真或为了将平衡信号连接到不平衡信号，片上信号需要从单端形式转换为差分形式，反之亦然。巴伦是一种设备，其通常用于将单端(或不平衡)信号转换为差分(或平衡)信号，反之亦然。传统上讲，实现基于传输线的巴伦(变压器)以实现超宽带宽，尤其是在UHF(超高频，即，300MHz至3000MHz)下。然而，基于传输线的巴伦在操作频率下本来就非常庞大，并且对于片上设计不可行。除了固定输入/输出阻抗巴伦设计之外，RF集成系统还需要可切换输入阻抗巴伦设计，以实现高效宽带应用的灵活性。提供可切换输入阻抗的先前尝试是利用可切换变压器芯，该变压器芯占据的片上面积较大。
期望实现便于轻松集成的紧凑型平衡射频(RF)巴伦。
发明内容
本发明涉及一种装置，该装置包括第一电路和第二电路。第一电路通常包括差分对称频带扩展电路系统。第二电路通常包括耦合电感器线圈，该耦合电感器线圈被配置为在差分信号格式与单端信号格式之间转换。
附图说明
根据以下具体实施方式及所附权利要求书和附图，本发明的实施例变得显而易见，其中
图1是图示了本发明的示例上下文的图。
图2是图示了根据本发明的示例实施例的巴伦电路的图。
图3是图示了根据本发明的示例实施例的巴伦电路的示例实现方式的图。
图4是图示了根据本发明的示例实施例的巴伦电路的另一示例实现方式的图。
图5是图示了根据本发明的示例实施例的巴伦电路的示例布局的图。
图6是图示了根据本发明的示例实施例的巴伦电路的另一示例布局的图。
图7是图示了图3的巴伦电路的固定输入/输出阻抗应用在典型操作条件下的输入匹配(S11)和输出匹配(S22)参数测量结果的图。
图8是图示了在图3的巴伦电路的典型操作条件下的幅度不平衡测量结果的图。
图9是图示了在图3的巴伦电路的典型操作条件下的相位不平衡测量结果的图。
图10是图示了在图3的巴伦电路的典型操作条件下的共模抑制比(CMR)测量结果的图。
图11是图示了图4的可切换巴伦电路的仿真小信号的性能的图。
图12是图示了图4的可切换巴伦电路在典型操作条件下的相位不平衡仿真的图。
图13是图示了图4的可切换巴伦电路在典型操作条件下的幅度不平衡仿真的图。
具体实施方式
本发明的实施例包括提供紧凑型平衡射频(RF)巴伦，该紧凑型平衡射频(RF)巴伦可以(i)便于轻松集成；(ii)提供宽带操作；(iii)提供可切换阻抗；(iv)扩展低频响应；(v)在差分格式与单端格式之间转换；(vi)占用的面积比常规巴伦所占用的面积要小得多；(vii)特别适于但不限于硅、CMOS、FET和/或HEMT技术；和/或(viii)在集成电路中实现。
具有输入/输出调谐电容器的传统耦合电感器线圈可以用于具有紧凑尺寸的片上高频巴伦(变压器)设计。巴伦(变压器)的平衡侧处的差分并联(shunt)电感器和交流(AC)耦合电容器所组成的差分高通滤波器可以扩展低频响应。使用带有接地中心抽头的差分并联电感器通常有助于增强低频下的共模抑制，同时最大程度地减小占用的芯片面积。组合上述特征可以实现用于RF无线通信系统的紧凑型宽带平衡巴伦设计。带有可切换输入/输出调谐电容器的差分端口处的开关控制差分电感器可以将100Ohm或50Ohm差分端口阻抗转换为固定50Ohm单端阻抗。针对两种阻抗变换，固有可切换对称拓扑通常给予良好相位和幅度平衡。
参考图1，示出了电路10的框图，其图示了其中可以实现根据本发明的示例实施例的巴伦电路的示例上下文。在示例实施例中，电路10可以实现射频(RF)无线通信系统的收发器和前端电路。收发器通常能够传输并接收通信信道的信号。在各种实施例中，电路10可以能够传输和接收射频(RF)、微波和/或毫米波信号。在各种实施例中，电路10可以代表用于各个应用的收发器和前端电路，这些应用包括但不限于蜂窝基站(例如，2G、3G、4G、5G等)、无线通信系统、无线局域网(WLAN)、无线回程信道、宽带中继器、社区天线电视(CATV)网络、宏小区、微小区、微微小区、毫微微小区、移动设备(MD)、和/或便携式手持设备(UE)。在一些实施例中，电路10可以代表雷达应用，该雷达应用包括但不限于目标检测、测距和/或穿墙成像。在示例中，电路10可以被实现为集成电路(IC)设备。在示例中，电路10可以被实现为单片微波集成电路(MMIC)的一部分。
在示例中，电路10通常包括收发器电路12和前端电路14。收发器电路12可以具有差分输出端口和差分输入端口。差分输出端口可以呈现信号TX_OUT+和TX_OUT-的差分对。差分输入端口可以接收信号RX_IN+和RX_IN-的差分对。在示例中，前端电路14可以具有单端输出端口、单端输入端口、以及公共输入/输出端口。单端格式信号TX可以呈现给前端电路14的输入端口。前端电路的输出端口可以呈现单端信号RX。前端电路14的公共输入/输出端口可以被配置为将前端电路连接到天线或传输线。
在各种实施例中，收发器电路12可以通过电路100连接到前端电路14。在各种实施例中，根据本发明的实施例，电路100通常包括一个或多个巴伦(变压器)电路。在示例中，电路100可以被配置为(i)将信号TX_OUT+和TX_OUT-的差分对转换为单端格式信号TX，以用于呈现给前端电路14的单端输入端口；以及(ii)将来自前端电路14的输出端口的单端格式信号RX转换为信号RX_IN+和RX_IN-的差分对，以用于呈现给收发器电路12的差分输入端口。
在示例中，前端电路14可以包括传输器链和接收器链。传输器链和接收器链两者均可以包括射频(RF)放大器。在示例中，传输器链可以包括输入放大器20、可变移相器22、可变衰减器24、以及一个或多个输出放大器级26。在示例中，输入放大器20可以被实现为前置驱动器放大器。输出放大器级26可以包括驱动器、前置放大器、和/或功率放大器。在示例中，前端电路14的单端输入端口可以连接到输入放大器20的输入。在示例中，传输器链的输出可以是单端格式信号或差分格式信号。响应于控制信号TX PHASE CONTROL，可以控制可变移相器22。响应于控制信号TX AMPLITUDE CONTROL，可以控制可变衰减器24。
在示例中，接收器链可以包括输入放大器30、可变移相器32、可变衰减器34、以及输出放大器36。在示例中，输入放大器30可以被实现为低噪声放大器(LNA)。在示例中，接收器链的输入可以是单端格式信号或差分格式信号。在示例中，传输器链的输出和接收器链的输入可以通过匹配网络和集成传输-接收(TRX)开关电路28耦合到传输线或天线。在各种实施例中，电路28可以包括输出和输入阻抗匹配网络以及高隔离开关。在示例中，输出放大器36的输出可以连接到前端电路14的单端输出端口。响应于控制信号RX PHASE CONTROL，可以控制可变移相器32。响应于控制信号RX AMPLITUDE CONTROL，可以控制可变衰减器34。
参考图2，示出了图示了根据本发明的示例实施例的电路100的示例实现方式的图。在示例中，电路100可以包括块(或电路)102和块(或电路)104。根据本发明的实施例，电路102可以被实现为巴伦电路。根据本发明的实施例，电路104可以被实现为巴伦电路。在示例中，电路100的差分输入端口可以把信号TX_OUT+和TX_OUT-的差分对呈现给巴伦电路102的差分输入。巴伦电路102的单端输出可以把单端信号TX呈现给电路100的单端输出。在示例中，电路100的单端输入端口可以把单端信号RX呈现给巴伦电路104的单端输入。巴伦电路104的差分输出可以把信号RX_IN+和RX_IN-的差分对呈现给电路100的差分输出。
在示例中，巴伦电路102可以被配置为将来自收发器电路12的输出信号TX_OUT+和TX_OUT-的差分对转换为单端信号TX。在另一示例中，巴伦电路102可以被配置为在来自收发器电路12的差分输出信号路径的阻抗与到前端电路14的传输器链的单端信号路径的阻抗之间进行转换(将来自收发器电路12的差分输出信号路径的阻抗匹配到前端电路14的传输器链的单端信号路径的阻抗)。在示例中，巴伦电路104可以被配置为将来自输出放大器电路36的单端信号RX转换为呈现给输入收发器电路12的输入信号RX_IN+和RX_IN-的差分对。在另一示例中，巴伦电路104可以被配置为在来自输出放大器36的单端信号路径的阻抗与收发器电路12的差分输入信号路径的阻抗之间进行转换(将来自输出放大器36的单端信号路径的阻抗匹配到收发器电路12的差分输入信号路径的阻抗)。在各种实施例中，巴伦电路102(或104)可以被配置为实现可切换阻抗，该可切换阻抗将100Ohm差分端口阻抗或50Ohm差分端口阻抗转换为固定50Ohm单端阻抗。
参考图3，示出了图示了根据本发明的示例实施例的巴伦电路的示例实现方式的电路200的图。在各种实施例中，电路200可以用于实现图2的巴伦电路102和/或104。在示例中，电路200可以包括块(或电路)202、块(或电路)204、以及电容器206。在各种实施例中，电路202可以实现对称频带扩展电路系统。在示例中，电路204可以使用集成耦合电感器线圈来实现。在示例中，电路204的集成线圈结构可以形成彼此磁性耦合的螺旋电感器设备。除了单个线圈结构的电感特性之外，多个集成线圈结构还可以具有关联互感，这可以帮助实现更紧凑的占用面积。
在示例中，电路200可以具有差分输入/输出端口和单端输出/输入端口。在示例中，差分信号(例如，INP、INN)可以呈现给差分输入/输出端口，并且单端输出信号(例如，OUT)可以呈现在单端输出/输入端口处。巴伦电路200的操作可以颠倒。例如，单端输入信号可以呈现给电路200的单端输出/输入端口，并且差分输出信号可以呈现在电路200的差分输入/输出端口处。
电路202可以具有差分输入/输出，该差分输入/输出可以连接到电路200的差分输入/输出端口。电路202可以具有差分输出/输入，该差分输出/输入可以连接到电路204的差分输入/输出端口。电路204可以具有差分输出/输入。电路204的差分输出/输入的第一端子可以连接到电路200的单端输出/输入端口。电路204的差分输出/输入的第二端子可以经由电容器206连接到电路接地电位。
在示例中，电路202可以包括第一电感器210、第二电感器212、第一电容器214、以及第二电容器216。电感器210的第一端子可以连接到差分输入/输出端口的第一端子。电感器212的第一端子可以连接到差分输入/输出端口的第二端子。电感器210的第二端子和电感器212的第二端子可以连接到电路接地电位。在示例中，电感器210和212可以被实现为中心抽头电感器。电容器214的第一端子可以连接到差分输入/输出端口的第一端子。电容器214的第二端子可以连接到差分输出/输入端口的第一端子。电容器216的第一端子可以连接到差分输入/输出端口的第二端子。电容器216的第二端子可以连接到差分输出/输入端口的第二端子。
在示例中，电路204可以包括第一电感器218和第二电感器220。电感器218的第一端子可以连接到电路204的差分输入/输出端口的第一端子。电感器218的第二端子可以连接到电路204的差分输入/输出端口的第二端子。电感器220的第一端子可以连接到电路204的差分输出/输入端口的第一端子。电感器220的第二端子可以连接到电路204的差分输出/输入端口的第二端子，并且经由电容器206耦合到电路接地电位。在示例中，电感器218和220可以被配置为耦合电感器线圈。然而，电路204的耦合线圈不限于图3所示的示例。在一些实施例中，电路204可以被实现为传输线型耦合线圈，其中线圈218和220旋转90度。
电路200通常提供以下各项的组合益处：具有输入/输出调谐电容器的耦合电感器线圈、巴伦(变压器)的平衡侧处的差分并联电感器和交流(AC)耦合电容器所组成的差分高通滤波器、以及具有接地中心抽头的差分并联电感器，以实现用于具有扩展低频响应的RF无线通信系统的紧凑型宽带平衡巴伦设计。在示例中，可以实现0.35GHz至1.3GHz差分100Ohm至单端50Ohm片上巴伦(变压器)，其可以实现的幅度不平衡小于0.5dB，相位不平衡小于5度，并且占用的芯片面积仅为0.5mmx0.5mm。
在示例中，变压器204可以通过芯片上的平面耦合螺旋来实现。在示例中，电容器206、214和216中的每个电容器可以被实现为芯片上的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或指状电容器。在另一示例中，电容器206、214和216也可以用一个或多个MOS器件来实现。一般而言，电容器206、214和216使用低损耗电容器技术来实现。
参考图4，示出了图示了根据本发明的示例实施例的另一巴伦电路的示例实现方式的电路300的图。在各种实施例中，电路300可以用于实现图2的巴伦电路102和/或104。在示例中，电路300可以包括块(或电路)302、块(或电路)304、电容器306、开关308、以及电容器310。在各种实施例中，电路302可以实现扩展电路系统。在示例中，电路304可以使用集成耦合电感器线圈来实现。在示例中，电路304的集成线圈结构可以形成彼此磁性耦合的螺旋电感器设备。除了单个线圈结构的电感特性之外，多个集成线圈结构还可以具有关联互感，这可以帮助实现更紧凑的占用面积。
在示例中，电路300可以具有差分输入/输出端口和单端输出/输入端口。在示例中，差分信号(INP，INN)可以呈现给差分输入/输出端口，并且单端输出信号OUT可以呈现在单端输出/输入端口处。巴伦电路300的操作可以颠倒。例如，单端输入信号可以呈现给电路300的单端输出/输入端口，并且差分输出信号可以呈现在电路300的差分输入/输出端口处。
电路302可以具有差分输入/输出，该差分输入/输出可以连接到电路300的差分输入/输出端口。电路302可以具有差分输出/输入，该差分输出/输入可以连接到电路304的差分输入/输出端口。电路304可以具有差分输出/输入。电路304的差分输出/输入的第一端子可以连接到电容器306的第一端子和电路300的单端输出/输入端口。开关308可以连接在电容器306的第二端子与电路304的差分输出/输入的第二端子之间。电路304的差分输出/输入的第二端子可以经由电容器310连接到电路接地电位。
在示例中，电路302可以包括第一电感器312、第二电感器314、第一开关316、第一电容器318、第二电容器320、第三电容器322、以及第二开关324。电感器312的第一端子可以连接到电路302的差分输入/输出端口的第一端子。电感器314的第一端子可以连接到电路302的差分输入/输出端口的第二端子。开关316可以连接在电感器312的第二端子与电感器314的第二端子之间。电容器318的第一端子可以连接到电路302的差分输入/输出端口的第一端子。电容器320的第一端子可以连接到电路302的差分输入/输出端口的第二端子。电容器318的第二端子可以连接到电容器322的第一端子和电路302的差分输出/输入端口的第一端子。电容器320的第二端子可以连接到电路302的差分输出/输入端口的第二端子。开关324可以连接在电容器320的第二端子与电容器322的第二端子之间。电路304的第一输出/输入可以连接到电容器306的第一端子和电路300的单端输出/输入。开关308可以连接在电容器306的第二端子与电路304的输出/输入的第二端子之间。电路304的输出/输入的第二端子可以经由电容器310连接到电路接地电位。
在示例中，电路304可以包括第一电感器326和第二电感器328。电感器326的第一端子可以连接到电路304的差分输入/输出端口的第一端子。电感器326的第二端子可以连接到电路304的差分输入/输出端口的第二端子。电感器328的第一端子可以连接到电路304的差分输出/输入端口的第一端子。电感器328的第二端可以连接到电路304的差分输出/输入端口的第二端子，并且经由电容器310耦合到电路接地电位。电感器326和328可以被配置为耦合电感器线圈。在示例中，电路304的集成线圈结构可以形成彼此磁性耦合的螺旋电感器设备。除了单个线圈结构的电感特性之外，电路304的多个集成线圈结构可以具有关联互感，这可以帮助实现更紧凑的占用面积。
电路300通常提供以下各项的组合益处：具有输入/输出调谐电容器的耦合电感器线圈、带有可切换输入/输出调谐电容器的差分端口处的开关控制差分电感器、以及固有可切换对称拓扑，以将100ohm差分端口阻抗或50ohm差分端口阻抗转换为固定50ohm单端阻抗并且实现了用于射频无线通信系统的紧凑型宽带可切换阻抗RF变压器巴伦设计，其中对两种阻抗转换都具有良好相位和幅度平衡。在示例中，可以实现1.5GHz至3GHz可切换50/100Ohm差分至50Ohm单端片上巴伦(变压器)，其可以实现的幅度不平衡小于1dB，针对100Ohm至50Ohm和50Ohm至50Ohm两种阻抗转换的相位不平衡均小于5度，并且占用的芯片面积仅为0.5mmx0.5mm。
在示例中，电路304可以使用芯片上的平面耦合螺旋来实现。在示例中，电容器306、310、318、320和322中的每个电容器可以被实现为芯片上的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或指状电容器。在另一示例中，电容器306、310、318、320和322还可以使用一个或多个MOS器件来实现。一般而言，电容器306、310、318、320和322使用低损耗电容器技术来实现。
开关308、316和324可以使用多种开关类型来实现，这些开关类型包括但不限于CMOS、FET和HEMT技术。在各种实施例中，开关316可以：在巴伦被配置为将100Ohm的差分端口(例如，INP/INN侧)阻抗变换为50Ohm的单端端口(例如，OUT侧)阻抗时，处于导通状态(例如，ON)；以及在巴伦被配置为将50Ohm的差分端口(例如，INP/INN侧)阻抗变换为50Ohm的单端端口(例如，OUT侧)阻抗时，处于非导通状态(例如，OFF)。可以基于特定频带所期望的返回损耗(匹配)水平来确定开关308和324的状态(例如，导通或不导通)。
参考图5，示出了图示了根据本发明的示例实施例的巴伦电路的示例布局350的图。在各种实施例中，布局350可以用于实现电路200和/或电路300。在示例中，电路350可以包括第一电路部分352、第二电路部分354、以及电容器356。在示例中，第一电路部分352可以包括第一集成线圈360、第二集成线圈362、第一电容器364、以及第二电容器366。线圈360和362可以在集成电路上的同一平面中彼此相邻放置。
在示例中，线圈360的第一端子可以连接到第一输入/输出焊盘(例如，INP)和电容器364的第一端子。线圈362的第一端子可以连接到第二输入/输出焊盘(例如，INN)和电容器366的第一端子。线圈360的第二端子可以连接到线圈362的第二端子。在各种实施例中，线圈360和362之间的连接可以连接到电路接地电位(例如，如图3所示)或可以经由开关(例如，如图4所示)连接。电容器364的第二端子和电容器366的第二端子可以被配置为电路部分352的差分输出。
电路部分352的输出可以连接到电路部分354的输入。电路部分354可以包括第一集成线圈368和第二集成线圈370。线圈368和370可以在集成电路上的不同平面中堆叠。在示例中，线圈368的第一端子可以直接连接到电容器364的第二端子。线圈368的第二端子可以直接连接到电容器366。线圈370的第一端子可以连接到电容器356的第一端子。电容器356的第二端子可以连接到电路接地电位。线圈370的第二端子可以连接到第三输入/输出焊盘(例如，OUT)。
参考图6，示出了图示了根据本发明示例实施例的巴伦电路的另一示例布局350'的图。在各种实施例中，布局350'可以用于实现电路200和/或电路300。在示例中，电路350'可以包括第一电路部分352'、第二电路部分354、以及电容器356。在示例中，第一电路部分352'可以包括第一集成线圈360、第二集成线圈362、第一电容器364、以及第二电容器366。第一部分352'的布局可以与第一部分350的布局类似，除了集成线圈360和362可以在集成电路上的不同平面中堆叠之外。通过堆叠线圈360和362，相对于布局350的占用面积，可以减小布局350'的占用面积。
在示例中，电路350'的集成线圈结构360和362可以包括堆叠的螺旋电感器设备。除了单个线圈结构的电感特性之外，多个集成线圈结构可以具有关联互感，这可以帮助实现电路352'的更紧凑的占用面积。与布局350类似，布局350'中的线圈360和362可以连接。
参考图7，示出了图示了图3的巴伦电路200在典型操作条件下的输入和输出匹配的曲线图400的图。曲线402图示了输入匹配(S11)参数测量结果。曲线404图示了输出匹配(S22)参数测量结果。在示例中，根据本发明的实施例的巴伦设计可以提供360MHz至1200MHz范围内的低于-10dB的输入匹配(S11)。相比之下，对于没有频带扩展电路系统的先前巴伦设计，只能在600MHz至950MHz范围内实现小于或等于-10dB的输入匹配(S11)。
参考图8，示出了图示了图3的巴伦电路200在典型操作条件下的幅度不平衡测量结果的曲线图500的图。曲线502图示了3GHz范围内的幅度不平衡测量结果。幅度不平衡测量了两个平衡(差分)端口之间的输出功率幅度的失配。幅度不平衡的值越小，则巴伦(变压器)性能就越好。在示例中，根据本发明的实施例的巴伦电路可以提供在400MHz至1600MHz范围内幅度不平衡小于+/-1dB的宽带性能。
参考图9，示出了图示了图3的巴伦电路200在典型操作条件下的相位不平衡测量结果的曲线图600的图。曲线602图示了3GHz范围内的相位不平衡测量结果。相位不平衡测量了两个平衡(差分)端口之间的相位差与180度的偏差。相位不平衡越小，则巴伦(变压器)性能就越好。在示例中，根据本发明的实施例的巴伦电路可以提供在210MHz至1040MHz范围内相位不平衡小于+/-5度的宽带性能。
参考图10，示出了图示了图3的巴伦电路200在典型操作条件下的共模抑制比(CMR)测量结果的曲线图700的图。曲线702图示了0.3GHz至1.3GHz范围内的CMR测量结果。CMR被定义为所需传输功率与无用传输功率的比例。巴伦(变压器)的主要目的是拒斥共模传输。合适巴伦(变压器)的CMR通常大于或等于25dB。在示例中，根据本发明的实施例的巴伦电路可以提供在300MHz至1150MHz范围内CMR大于或等于25dB的宽带性能。
参考图11，示出了图示了图4的可切换巴伦电路300的仿真小信号性能的曲线图800的图。曲线802图示了5GHz范围内50Ohm输入的输入匹配(S11)。曲线804图示了5GHz范围内50Ohm输入的输出匹配(S22)。曲线806图示了5GHz范围内50Ohm输入的插入损耗(S21)。曲线808图示了5GHz范围内100Ohm输入的输入匹配(S11)测量结果。曲线810图示了5GHz范围内100Ohm输入的输出匹配(S22)。曲线812图示了5GHz范围内100Ohm输入的插入损耗(S21)。对于两种阻抗状态，图4所示的可切换阻抗巴伦(变压器)可以提供在1200MHz至4000MHz范围内小于或等于-10dB的宽带差分端口匹配(S11)。对于两种阻抗状态，其中单端端口匹配(S22)小于或等于-10dB的范围也是1300MHz至3600MHz范围内的宽带。
参考图12，示出了图示了图4的可切换巴伦电路300在典型操作条件下的相位不平衡仿真的曲线图900的图。曲线902图示了5GHz范围内50Ohm输入的相位不平衡。曲线904图示了5GHz范围内100Ohm输入的相位不平衡。对于两种阻抗状态，在300MHz至3500MHz的宽频率范围内，都可以实现小于或等于+/-5度的相位不平衡。
参考图13，示出了图示了图4的可切换巴伦电路300在典型操作条件下的幅度不平衡仿真的曲线图1000的图。曲线1002图示了5GHz范围内50Ohm输入的幅度不平衡。曲线1004图示了5GHz的范围内100Ohm输入的幅度不平衡。对于两种阻抗状态，在480MHz至4000MHz的宽频率范围内，都可以实现小于或等于+/-1dB的幅度不平衡。
对于传统巴伦设计，带宽受限。为了覆盖较宽的频率范围，尤其是覆盖芯片上低至400MHz的极低频率，耦合线圈需要非常大。大尺寸的寄生效应更高，这会阻碍频带的高端处的使用。在根据本发明实施例的巴伦中，耦合线圈的尺寸可以相对较小以在频带的高端处实现良好相位/幅度平衡，而在频带的低端处，匹配和相位/幅度平衡由图3的电路202中的对称频带扩展电路系统提供。
与开关阻抗变压器有关的先前努力使用开关线圈来适应阻抗改变，该开关线圈在芯片上固有地具有几个线圈，从而占据了较大的芯片面积。在根据本发明实施例的巴伦中，当在差分端口处切换阻抗时，主耦合线圈不变，并且通过在差分端口处接通/关断调谐电容器和并联电感器来获得匹配和相位/幅度平衡。
尽管已经在RF应用的上下文中对本发明的实施例进行了描述，但是本发明不限于RF应用，而是还可以应用于其中可能存在不同的快速切换、多信道、以及多个用户问题的其他高数据速率无线和有线通信应用。本发明解决了与高速无线通信、移动收发器和固定收发器、以及点对点链路有关的问题。可以预期使用射频(RF)、微波和毫米波链路的下一代无线通信应用，以提供更高的速度、更高的灵活性、以及更多的互连和层数。本发明还可以适用于根据现有(旧式、2G、3G、4G、5G)规范或未来规范实现的无线通信系统。
当本文中与“是”和动词结合使用时，术语“可以”和“通常”意在传达以下意图：该描述是示例性的，并且被认为足够广泛以涵盖本公开中提出的具体示例以及可以基于本公开而得出的备选示例。如本文中所使用的术语“可以”和“通常”不应被解释为必然暗示省略了对应元件的期望或可能性。
虽然已经参考本发明的实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
第一电路，包括差分对称频带扩展电路系统；以及
第二电路，耦合到所述第一电路并且包括耦合电感器线圈，所述耦合电感器线圈被配置为在差分信号格式与单端信号格式之间进行转换。
2.根据权利要求1所述的装置，其中
所述第一电路包括：(i)差分输入/输出端口，(ii)差分输出/输入端口、第一电感器、第二电感器、第一电容器、以及第二电容器，其中所述差分输入/输出端口的第一端子连接到所述第一电感器的第一端子和所述第一电容器的第一端子，所述差分输入/输出端口的第二端子连接到所述第二电感器的第一端子和所述第二电容器的第一端子，所述第一电感器的第二端子和所述第二电感器的第二端子连接到电路接地电位或第一开关电路中的至少一个，所述第一电容器的第二端子连接到所述输出/输入端口的第一端子，并且所述第二电容器的第二端子连接到所述输出/输入端口的第二端子。
3.根据权利要求2所述的装置，其中
所述第二电路包括第二差分输入/输出端口、单端输出/输入端口、第三电感器、以及第四电感器，所述第三电感器的第一端子连接到所述第二差分输入/输出端口的第一端子，所述第三电感器的第二端子连接到所述第二差分输入/输出端口的第二端子，所述第四电感器的第一端子连接到单端输出/输入端口，所述第四电感器的第二端子经由第三电容器连接到所述电路接地电位，并且所述第三电感器和所述第四电感器被配置为所述耦合电感器线圈。
4.根据权利要求3所述的装置，还包括：
第四电容器，具有连接到所述第一电容器的所述第二端子的第一端子；
第二开关电路，连接在所述第四电容器的第二端子与所述第二电容器的所述第二端子之间；
第五电容器，具有连接到所述单端输出/输入端口的第一端子；以及
第三开关电路，连接在所述第五电容器的第二端子与所述第四电感器的所述第二端子之间。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一电路和所述第二电路被配置为紧凑型可切换阻抗射频(RF)巴伦。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一电路和所述第二电路被配置为将50Ohm阻抗差分信号或100Ohm阻抗差分信号中的至少一个差分信号变换为50Ohm阻抗单端信号。
7.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一电感器和所述第二电感器共面。
8.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一电感器和所述第二电感器被堆叠。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电路和所述第二电路被配置为紧凑型平衡射频(RF)巴伦。
10.根据权利要求1所述的装置，还包括：
收发器电路，耦合到所述第一电路；以及
前端电路，耦合到所述第二电路。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述第二电路耦合到所述前端电路的传输器链的输入，并且将来自所述收发器电路的差分信号转换为单端信号，以用于呈现给所述传输器链的输入放大器。
12.根据权利要求10所述的装置，其中所述第二电路耦合到所述前端电路的接收器链的输出，并且将来自所述接收器链的输出放大器的单端信号转换为差分信号，以用于呈现给所述收发器电路。
13.一种使用巴伦在差分信号与单端信号之间进行转换的方法，包括以下步骤：
确定所述巴伦的耦合电感器线圈的尺寸，以在预先定义的频带的高端处实现预先确定的相位/幅度平衡；以及
在所述耦合电感器线圈的差分侧处配置差分并联电感器和交流(AC)耦合电容器，以扩展所述巴伦的低频响应。
14.根据权利要求13所述的方法，其中
所述并联电感器包括第一电感器和第二电感器，所述第一电感器和所述第二电感器连接到电路接地电位或第一开关电路中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一电感器和所述第二电感器共面。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一电感器和所述第二电感器被堆叠。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：
基于去往所述巴伦的差分输入信号的阻抗来设置所述第一开关电路的状态。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一开关电路被设置为导通状态，以将100Ohm阻抗差分信号变换为50Ohm阻抗单端信号。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一开关电路被设置为非导通状态，以将50Ohm阻抗差分信号变换为50Ohm阻抗单端信号。
20.根据权利要求13所述的方法，还包括：
基于针对特定频率范围的返回损耗水平，在所述耦合电感器线圈的差分侧处配置第一开关电容器，并且在所述耦合电感器线圈的单端侧处配置第二开关电容器。
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