CN113595577B - 电感器电路及无线通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电感器电路包含一第一电感电路、一第二电感电路以及一第三电感电路，第一电感电路位于接收机端并具有第一端耦接至天线的第一端口以及具有第二端耦接至接收电路的输入端口，第二电感电路位于传输机端并具有第一端及第二端分别耦接至功率放大器的多个输出埠，以及第三电感电路位于天线端并具有第一端耦接至所述天线的第一端口以及具有第二端，其中所述第二电感电路及所述第三电感电路均被设置于外环上以形成环形，所述第三电感电路被设置于所述外环内部的内环上以形成螺旋形，以及所述第三电感电路被设置于所述第二电感电路与所述第一电感电路之间。电感器电路实现于单颗电路芯片晶粒上以节省晶粒面积。

Description

电感器电路及无线通信装置
技术领域
本申请涉及无线通信机制，特别有关于一种新颖的电感器电路及相应的无线通信装置。
背景技术
一般来说，传统的方法或无线装置被安排个别地置放一个电感器于传输机端(也就是传输机的电感器)以及置放另一个不同的电感器于接收机端(也就是接收机的电感器)，举例来说，传输机的电感器及接收机的电感器分别被实现于两个不同的电路芯片晶粒上，而这样的缺点是传统的安排方式需要花费更多的电路空间，此外，传输机/接收机的效能也会被降低。
发明内容
因此本申请的目的之一在于公开一种新颖的电感器电路(例如新颖的三线并绕元件)以及多个无线通信装置，以解决上述的难题。
根据本申请的实施例，公开了一种电感器电路。电感器电路包含一第一电感电路、一第二电感电路以及一第三电感电路，第一电感电路位于接收机端并具有第一端耦接至天线的第一端口以及具有第二端耦接至接收电路的输入端口，第二电感电路位于传输机端并具有第一端及第二端分别耦接至功率放大器的多个输出埠，以及第三电感电路位于天线端并具有第一端耦接至所述天线的第一端口以及具有第二端，其中所述第二电感电路及所述第三电感电路均被设置于外环上以形成环形，所述第三电感电路被设置于所述外环内部的内环上以形成螺旋形，以及所述第三电感电路被设置于所述第二电感电路与所述第一电感电路之间。
根据本申请的实施例，公开了一种无线通信装置，无线通信装置包含一第一电感电路、一第二电感电路、一第三电感电路以及一第一电容器，第一电感电路位于接收机端并具有第一端耦接至天线的第一端口以及具有第二端耦接至接收电路的输入端口，第二电感电路位于传输机端并具有第一端及第二端分别耦接至功率放大器的多个输出埠，第三电感电路位于天线端并具有第一端耦接至所述天线的第一端口以及具有第二端，以及第一电容器位于所述接收机端并具有第一端耦接至所述第一电感电路的所述第一端以及具有第二端耦接至所述第一电感电路的所述第二端，其中第一开关电路是被设置于所述第一电容器及所述第一电感电路的所述第一端之间，或是被设置在所述第一电容器与所述第一电感电路的所述第二端之间。
附图说明
图1是本申请第一实施例的无线通信装置的示意图。
图2是图1所示的装置操作于传输模式下的示意图。
图3是图1所示的装置操作于接收模式下的示意图。
图4是本申请一实施例的电感电路L1、L2及L3的实体电路布局范例的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100 无线通信装置
105 功率放大器电路
107 三线并绕元件
110 射频前端匹配电路
115 低噪声放大器电路
120 天线
505、510 交错的电路结构
具体实施方式
本申请旨在公开一种用于例如蓝芽通信应用的通信标准中的技术解决方案及架构，所述的技术解决方案及架构具有超低信号损失及可切换T/R(传输机/接收机)结合的三线并绕元件，此外，所公开的技术解决方案及架构公开了一种具有合绕技术的T/R结合的三线并绕元件，所述T/R结合的三线并绕元件的电感器电路可实现于单颗电路芯片晶粒上以节省晶粒面积。
图1是本申请第一实施例无线通信装置100的示意图，无线通信装置100包含功率放大器电路105、三线并绕元件107、射频前端匹配电路110以及低噪声放大器电路115，无线通信装置100另耦接至天线120，无线通信装置100可以被操作于一传输模式下或被操作于一接收模式下，图2是装置100操作于所述传输模式下的示意图，图3是装置100操作于所述接收模式下的示意图。
三线并绕元件107具有至少三个电感电路L1、L2与L3，该些电感电路分别被设置于一接收机端、一传输机端与所述无线通信装置100的一天线端，其中电感电路L1、L2与L3可以是多个线圈所形成。
功率放大器电路105例如是一差动功率放大器并被安排用以根据由两差动输入信号所形成的一输入信号来于输出端口TXP与TXN上产生两个差动输出信号，在其他实施例，差动功率放大器105可被安排用以根据单端信号所形成的一输入信号来产生所述差动输出信号。
电感电路L2用来提供位于所述传输机端的电感值并包括两输入端，该两输入端分别耦接至传输电路的差动功率放大器105的两个输出埠并分别被用来接收差动功率放大器105的两差动输出信号，电感电路L2的第一端EL2A耦接至差动功率放大器105位于输出埠TXP的第一差动输出信号，电感电路L2的第二端EL2B耦接至差动功率放大器105位于输出埠TXN的第二差动输出信号。
电感电路L3用来提供位于所述天线端的电感值并包括两个输出端，其中电感电路L3的第一端EL3A耦接至匹配电路110与天线120的第一端口ANTP，而电感电路L3的第二端EL3B耦接至天线120的第二端口ANTN例如接地水平(但不限定)。电感电路L2的第一端EL2A的极性相同于电感电路L3的第一端EL3A的极性。
匹配电路110包含有开关电路SW2、电容C1以及开关电路SW1。
电感电路L1包括一第一端EL1A耦接至电感电路L3的第一端EL3A以及包括一第二端EL1B耦接至低噪声放大器电路115的输入端口RXN，为具有更佳的效能，电感电路L1的第一端EL1A的极性不同于电感电路L3的第一端EL3A的极性。
开关电路SW1及电容C1被安排用来耦接于电感电路L1的第一端EL1A与第二端EL1B之间，在本实施例，位于所述接收机端的电容C1具有一第一端耦接至电感电路L1的第一端EL1A以及具有一第二端耦接至电感电路L1的第二端EL1B，而开关电路SW1被设置位于电容C1及电感电路L1的第二端EL1B之间，然而，这并非本申请的限制，在其他实施例，开关电路SW1例如使用一开关晶体管所实现的开关并可被设置位于电容C1及电感电路L1的第一端EL1A之间。
开关电路SW2被安排耦接于低噪声放大器电路115的输入端口RXN与一接地水平之间，电感电路L1所提供的电感值以及电容C1可形成一个共振器，产生高阻抗以避免信号耦合损失以及例如多增加2dB的信号灵敏度(但不限定)。
如图2所示，在无线通信装置100的传输模式，开关电路SW1与SW2被导通变成短路，在这个情况中电容C1与电感电路L1是并联连接，因此形成一个共振腔，制造出一个高阻抗给从三线并绕元件107所产生的信号，再者，开关电路SW2是短路而把低噪声放大器电路115的输入端口RXN拉至接地水平。
这样一来，差动功率放大器105的两差动输出信号会通过三线并绕元件107并以非常低或零信号失真的方式而被传输或传送至天线120，由于电容C1与电感电路L1所提供的高阻抗，所以在传输机路径(从差动功率放大器105到天线120)的信号并没有被耦接至所述接收机端，例如，差动功率放大器105仍可传送10dBm的射频功率至天线120，然而，这个例子仅是用于说明，并非是本申请的限制。
如图3所示，在装置100的接收模式，开关电路SW1与SW2被关闭而不导通、变成开路，电感电路L1变成位于所述接收机端的低噪声放大器电路115的一输入匹配元件，以达到最低的噪声系数，举例来说，所述的噪声系数可以是3.7dB，但这并非是本申请的限制。位于接收机路径(从天线120到低噪声放大器电路115)的信号并没有耦接至所述传输机端，相比于传统的电路架构，本申请所公开的技术方案例如可以多增加2dB的技术效果改进。
再者，在其他实施例，为了节省更多的芯片面积同时也达到上述电感电路的设计，电感电路L1、L2及L3被安排设置于单一颗电路芯片晶粒上并通过一新颖的电路架构安排来形成一电感器电路，图4是本申请一实施例电感电路L1、L2及L3的实体电路布局范例的示意图。
包含于所述电感器电路的电感电路L1、L2及L3被设置于单一个/颗电路芯片晶粒面积上，亦就是在一个平面上，以节省芯片面积，这样的电路架构安排包括有一内环(innerring)与一外环(outer ring)，位于所述接收机端/路径上的电感电路L1被设置在所述内环上，电感电路L1以图4所示的一螺旋形所形成，位于所述接收机路径上的电感电路L1具有两个端点，第二端EL1B连接至低噪声放大器电路115的输入埠RXN，而第一端EL1A连接至电感电路L3的第一端EL3A以及接着连接至天线120的第一端口ANTP，然而，应注意的是，图4所示的实体电路布局范例也可以被实现于另一个通信装置的不同的电路架构，并不限定于通信装置100的电路架构，也就是，不必然只能够将图4所示的实体电路布局实现于图1的通信装置100的电路架构上，并且图1的通信装置100的电路架构也不必然只能够采用图4的实体电路布局来实现。
所述的平面包含两个金属水平/图层(顶层及底层)并采用多个埋孔(vias)来连接所述两个金属水平/图层，埋孔亦即一个通过一或多个相邻图层的所述平面的实体电性电路中多个图层之间的电性连接，举例来说，电感电路L1的第二端EL1B通过所述底层的埋孔来连接至低噪声放大器电路115的输入端口RXN，电感电路L1的第一端EL1A通过所述底层的另一个埋孔来连接至电感电路L3的第一端EL3A，再者，如图4所示，电感电路L3的第一端EL3A通过所述底层的一埋孔来连接至天线120的第一端口ANTP，电感电路L3的第二端EL3B通过所述底层的另一个埋孔来连接至天线120的第二端口ANTN。
电感电路L2与L3被设置于所述外环上以形成一环形，所述环形具有两圈(circle)，其中电感电路L3被设置位于外环的内圈(inner circle)上，而电感电路L2被设置位于外环的外圈(outer circle)上，如图4所示，所述内圈靠近于所述外圈，实作上，每一圈被安排形成一个交错的电路结构举例来说，电感电路L2在外圈上具有两个或多个八边形的、多边形的或是圆形的线圈(wire)，如图4所示的505所标示的部分，其中一个内线圈(inner wire)可连接、部分交错地而延伸至一个外线圈(outer wire)。
所述的交错的电路结构505显示了电感电路L2的内线圈的一个端点通过一个较低层例如上述的底层而延伸连接至其外线圈的一端，而电感电路L2的外线圈的另一个端点通过一个较高层例如上述的顶层而延伸连接至其内线圈的另一端点；从图4的俯视图来看，所述的交错的电路结构505表示出了一个交叉的连接。此外，另一个交错的电路结构510也显示出了电感电路L3的内线圈的一个端点通过一个较低层例如上述底层而延伸连接至卜线圈的一个端点，而电感电路L3的内线圈的另一个端点通过一个较高层例如上述的顶层而延伸连接至其外线圈的另一端点；从图4的俯视图来看，所述的交错的电路结构510也表示出了一个交叉的连接。
对于差动功率放大器105的输出端口TXP，所述信号路径例如从输出端口TXP开始，通过电感电路L2的外线圈、所述交错的电路结构505、电感电路L2的内线圈。以及最后结束于差动功率放大器105的输出埠TXN。
此外，在外环的内圈上的电感电路L3也具有两个或多个八边形、多边形或是圆形的线圈，其中一个内线圈连接、部分交错地延伸至一个外线圈，如图4所标示的510部分，举例来说，对于天线120的第一端口ANTP，所述信号路径是从天线120的第一端口ANTP开始，通过电感电路L3的内线圈、交错的电路结构510、电感电路L3的外线圈、以及最后结束于天线120的第二端口ANTN，也就是，电感电路L2、L3的每一个圈(内圈或外圈)并不是形成螺旋形。
再者，应注意的是，电感电路L1具有多个八边形、多边形或是圆形的线圈，该些线圈形成一螺旋形并且不通过部分交错的结构来连接延伸，电感电路L1例如是位于上层的水平上，第一端EL1A是在所述内部端点中，并且第二端EL1B是在所述外部端点，第一端EL1A通过一个较低水平图层在电感电路L1的该些线圈之下的一路径而连接至电感电路L3的第一端EL3A。从图4图的俯视图来看，电感电路L1的该些线圈跨过电感电路L1的第一端EL1A与电感电路L3的第一端EL3A之间的路径，电感电路L1的第二端EL1B通过在电感电路L2的该些线圈及电感电路L3的该些线圈之下的所述较低图层中的路径而连接至低噪声放大器电路115的输入埠RXN，从图4的俯视图来看，电感电路L2的该些线圈及电感电路L3的该些线圈系跨过电感电路L1的第二端EL1B与低噪声放大器电路115的输入端口RXN之间的路径。
另外，电感电路L2的感应方向不同于电感电路L3的感应方向，举例来说，电感电路L2的感应方向可以是顺时钟，而电感电路L3的感应方向是逆时钟。
在无线通信装置100的传输模式中，信号电流产生于电感电路L2的第一端EL2A，亦即差动功率放大器105的第一埠TXP，接着依序地流过或通过电感电路L2的外线圈/走线的上半部、所述交错的电路结构505的顶层、电感电路L2的内线圈/走线的下半部、电感电路L2的内线圈/走线的上半部、所述交错的电路结构505的底层、电感电路L2的外线圈/走线的下半部以及电感电路L2的第二端EL2B(亦即差动功率放大器105的第二埠TXN)，也就是，所述感应/信号/电流的方向是逆时钟，在这个情况中，电感电路L3的感应方向被设计为顺时钟，和电感电路L2的感应方向相反，举例来说，因应于在电感电路L2的第一端EL2A所产生的信号电流，感应电流会在电感电路L3的第一端EL3A产生并接着被传输或输出至天线120的第一端口ANTP，这样一来，所述的感应电流方向/路径会依序通过电感电路L3的第二端EL3B、电感电路L3的内线圈/走线的上半部、交错的电路结构510的顶层、电感电路L3的外线圈/走线的下半部、电感电路L3的外线圈/走线的上半部、交错的电路结构510的底层、电感电路L3的内线圈/走线的下半部以及电感电路L3的第一端EL3A。
此外，在无线通信装置100的接收模式中，电感电路L3的感应方向不同于电感电路L1的感应方向，举例来说，如果在天线120的第一端口ANTP接收了一信号电流，则电感电路L3的感应路径/方向是从其第一端EL3A至其第二端EL3B，方向是逆时钟，而电感电路L1的感应路径/方向是从其第一端EL1A至其第二端EL1B并接着至低噪声放大器电路115的输入端口RXN，方向是顺时钟。
再者，所述外环及所述内环之间的电路距离较大于所述外圈与所述外环上的内圈之间的电路距离，也就是说，电感电路L1的外线圈与电感电路L3的内线圈之间的空间/电路距离W1被设置为较大于电感电路L3的外线圈与电感电路L2的内线圈之间的空间/电路距离W2。
此外，等效上，电感电路L1的第一端EL1A被视为是所述螺旋形的一外部的连接端点，并被安排用来耦接至电感电路L3的第一端EL3A。
此外，对于本申请实施例的实现而言(但不限定)，电感电路L1从第一端EL1A至第二端EL1B通过采用了以顺时钟方向缠绕的金属走线来实现，电感电路L3从第一端EL3A至第二端EL3B通过采用了以逆时钟方向缠绕的金属走线来实现，而电感电路L2从第一端EL2A至第二端EL2B通过采用了以逆时钟方向缠绕的金属走线来实现；然而，这并非是本申请的限制，在其他实施例，电感电路L1的金属走线也可以用逆时钟方向缠绕的方式来实现，电感电路L2的金属走线及电感电路L3的金属走线也可以用相反方向缠绕的方式来实现，也就是顺时钟方向。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线通信装置，其特征在于，包含：
一第一电感电路，位于接收机端，具有第一端耦接至天线的第一端口以及具有第二端耦接至接收电路的输入端口；
一第二电感电路，位于传输机端，具有第一端及第二端分别耦接至功率放大器的多个输出埠；
一第三电感电路，位于天线端，具有第一端耦接至所述天线的第一端口以及具有第二端；以及
一第一电容器，位于所述接收机端，具有第一端耦接至所述第一电感电路的所述第一端以及具有第二端耦接至所述第一电感电路的所述第二端；
其中第一开关电路是被设置于所述第一电容器及所述第一电感电路的所述第一端之间，或是被设置在所述第一电容器与所述第一电感电路的所述第二端之间，所述第三电感电路是电性耦接于所述第一电感电路。
2.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述第一开关电路及所述第一电容器是以串联连接；所述第一电容器及所述第一开关电路是与所述第一电感电路并联连接，在所述无线通信装置的接收模式中，所述第一开关电路是被不导通而开路，以及在所述无线通信装置的传输模式中所述第一开关电路是被导通而短路。
3.如权利要求2所述的无线通信装置，其特征在于，所述第一开关电路在所述传输模式中被导通，令所述第一电容器及所述第一电感电路对于所述无线通信装置的传输路径形成电感-电容共振。
4.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述第一电感电路、所述第二电感电路及所述第三电感电路形成三线并绕元件。
5.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述第二电感电路的所述第一端的极性相同于所述第三电感电路的所述第一端的极性。
6.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述第一电感电路的所述第一端的极性是相反于所述第三电感电路的所述第一端的极性。
7.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，第二开关电路连接于所述第一电感电路的所述第二端及接地水平之间。
8.如权利要求7所述的无线通信装置，其特征在于，所述第二开关电路在所述无线通信装置的接收模式中是被不导通而开路，以及在所述无线通信装置的传输模式中是被导通而短路。
CN202110544707.9A 2018-07-23 2019-05-23 电感器电路及无线通信装置 Active CN113595577B (zh)

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