CN113937449B - 基于ipd的小型化低插损高平衡度巴伦 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦，包括基体层，金属层，金属层上形成的电路结构，电路结构包括四个螺旋电感，三个电容元件。电路结构整体为T型结结构，分为低通、高通两条支路，减少相位的失配误差，以此达到稳定的输出平衡度。基于IPD工艺，螺旋电感具有较高Q值获得良好回波损耗，低插损，实现小型化、便于集成的集总巴伦。低通通路包括串联在输入端口和第一输出端口的第一电感和第二电感，第一电感和第二电感之间并联有第三接地电容。高通通路单元包括串联在输入端口和第二输出端口的第一电容和第二电容，第一电容和第二电容并联有第三接地电感，第二电容和第二输出端口之间连接有第四接地电感。
Description
技术领域
本发明属于微波集成无源器件技术领域，涉及一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦。
背景技术
薄膜IPD技术通过采用多种先进半导体加工技术，如光刻、薄膜沉积和刻蚀工艺，使得加工出来的器件在微米级有更高的工艺精度，并且在保证电路高集成度的同时依旧出现较低的相互干扰。
巴伦是一种将不平衡信号转化成平衡信号的微波器件，在射频微波电路中得到广泛的应用，其种类也有很多，例如LC集总巴伦、变压器式巴伦、微带巴伦、同轴线巴伦等。目前基于微带线、耦合线所设计的巴伦芯片有很多种类，但是这类的巴伦芯片往往存在两个问题：一方面随着频率降低，芯片尺寸越来越大，另一方面输出信号平衡度比较差。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中所提到的巴伦性能差、尺寸大的问题，设计了一种小型化低插损高平衡度的巴伦，采用IPD工艺设计，具有成本低、重量轻、集成度高的优点，并通过优化实现巴伦的小型化、低插损、稳定输出平衡度。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦，主要包括接地板、基体层、金属层、输入端口、第一输出端口、第二输出端口、接地过孔，以及金属层上形成有的电路结构；
所述电路结构包括低通通路单元、高通通路单元；
所述低通通路单元包括第一电感、第二电感、第三接地电容，第一电感的一端作为低通通路单元的输入端，接输入端口；第一电感的另一端接第二电感的一端、第三接地电容的一端；第三接地电容的另一端接第一接地过孔；第二电感的另一端作为低通通路单元的输出端，接第一输出端口；
所述高通通路单元包括第一电容、第二电容、第三接地电感、第四接地电感，第一电容的一端作为高通通路单元的输入端，接输入端口、低通通路单元的输入端；第一电容的另一端接第二电容的一端、第三接地电感的一端；第二电容的另一端接第四接地电感的一端后作为高通通路单元的输出端，接第二输出端口；第三接地电感的另一端接第二接地过孔；第四接地电感的另一端接第三接地过孔；
作为优选，所述基体层采用多层介质层；所述金属层采用多层金属面，其中一金属面位于基体层的顶层，其余金属面穿插在多层介质层间；
作为优选，所述的接地过孔用于连接电路结构与位于基体层底层的接地板；
作为优选，所述第一接地电感、第二接地电感、第三接地电感和第四接地电感采用多层螺旋结构。
作为优选，所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容采用MIM平行板电容的形式。
作为优选，所述基体层包括衬底和介质层，衬底材质采用砷化镓，介质层材质采用氮化硅、BCB和碳氮化硅。
工作原理如下：
射频信号通过输入端口进入IPD巴伦芯片，信号被分为两路输出到低通、高通两条通路上，它们的输出信号幅度相等，相位差为180°，因此输出端口之间实现180°的相位差，实现不平衡信号转化为平衡信号。
本发明的有益效果为：
(1)输出信号平衡度优秀；
(2)紧凑的电路结构；
(3)采用IPD设计的高Q值电感，降低插损；
(4)小型化，集成度高。
附图说明
图1为IPD巴伦结构示意图；
图2为基体层结构示意图；
图3为IPD巴伦回波损耗结果图；
图4为IPD巴伦插入损耗结果图；
图5为IPD巴伦相位平衡度结果图；
图6为IPD巴伦幅度平衡度结果图。
具体实施方式
为了更加清楚地说明本发明解决的问题、采用的技术方案和有益效果，下面结合图示说明本发明的具体实施方式，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用以限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应在本发明的保护范围之内。
如图1所示，一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦，包括接地板、基体层、金属层、输入端口、第一输出端口、第二输出端口、接地过孔，以及金属层上形成的电路结构；所述电路结构包括低通通路单元和高通通路单元，其总共包括四个电感和三个电容。
所述低通通路包括串联在输入端口和第一输出端口的第一电感11和第二电感12，第一电感11和第二电感12之间并联有第三接地电容13。所述第一输入端口为第一焊盘3，所述第一输出端口为第二焊盘4，所述第一焊盘通过微带线与第一电感11、第二电感12和第二芯片焊盘4串联。第三电容13一端通过微带线连接在第一电感11和第二电感12之间，另一端连接到第一接地过孔14上。
高通通路单元包括串联在输入端口和第二输出端口的第一电容21和第二电容22，第一电容21和第二电容22并联有第三接地电感23，第二电容22和第二输出端口之间连接有第四接地电感24。所述第二输出端口为第三焊盘5，第一焊盘3通过微带线与第一电容21、第二电容22和第三芯片焊盘5串联。第三电感23一端通过微带线连接在第一电容21和第二电容22之间，另一端连接到第二接地过孔25上。第四电感24一端通过微带线连接在第二电容22和第三焊盘5之间，另一端连接到第三接地过孔26上。
该实施实例的主要工作原理为，射频信号通过第一焊盘进入IPD巴伦芯片，信号被分为两路输出到低通、高通两条通路上，它们的输出信号幅度相等，相位差为180°。因此输出端口之间实现180°的相位差，实现不平衡信号转化为平衡信号。
如图2所示，所述基体层采用多层介质层，从下至上依次包括衬底(GaAs)6、第一氮化硅层71、第二氮化硅层72、碳氮化硅层8、第三氮化硅层73、BCB层9、第四氮化硅层74；所述金属层采用2层金属面M1、M2，其中金属面M2位于介质层74的顶层，金属面M1位于碳氮化硅层8的顶层；
如图3、4、5、6所示，该实施实例的基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦可应用于WIFI频段，设计通过优化，得到2.4GHz～2.5GHz通带内插入损耗小于1dB，回波损耗小于-18dB，幅度平衡度±0.5dB，相位平衡度±0.2°,可见该实例能够显示出本发明低插损和高平衡度的优点。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦，其特征在于包括接地板、基体层、金属层、输入端口、第一输出端口、第二输出端口、接地过孔，以及金属层上形成的电路结构；
所述电路结构包括低通通路单元、高通通路单元；低通通路单元、高通通路单元信号幅度相等，相位差为180°；
所述低通通路单元包括第一电感、第二电感、第三接地电容，第一电感的一端作为低通通路单元的输入端，接输入端口；第一电感的另一端接第二电感的一端、第三接地电容的一端；第三接地电容的另一端接第一接地过孔；第二电感的另一端作为低通通路单元的输出端，接第一输出端口；
所述高通通路单元包括第一电容、第二电容、第三接地电感、第四接地电感，第一电容的一端作为高通通路单元的输入端，接输入端口、低通通路单元的输入端；第一电容的另一端接第二电容的一端、第三接地电感的一端；第二电容的另一端接第四接地电感的一端后作为高通通路单元的输出端，接第二输出端口；第三接地电感的另一端接第二接地过孔；第四接地电感的另一端接第三接地过孔。
2.如权利要求1所述的一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦，其特征在于所述基体层采用多层介质层；所述金属层采用多层金属面，其中一金属面位于基体层的顶层，其余金属面穿插在多层介质层间。
3.如权利要求1所述的一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦，其特征在于所述的接地过孔用于连接电路结构与位于基体层底层的接地板。
4.如权利要求1所述的一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦，其特征在于所述第一电感、第二电感、第三接地电感和第四接地电感采用多层螺旋结构。
5.如权利要求2所述的一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦，其特征在于所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容采用MIM平行板电容的形式。
6.如权利要求1所述的一种基于IPD的小型化低插损高平衡度巴伦，其特征在于所述基体层材质包括衬底和介质层，衬底材质采用砷化镓，介质层材质采用氮化硅、BCB和碳氮化硅。
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