CN114629459A - 具有集成匹配网络的巴伦 - Google Patents

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CN114629459A CN202111490482.XA CN202111490482A CN114629459A CN 114629459 A CN114629459 A CN 114629459A CN 202111490482 A CN202111490482 A CN 202111490482A CN 114629459 A CN114629459 A CN 114629459A
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Abstract

本文中提供了一种具有集成匹配网络的巴伦。在某些实施例中，巴伦结构包括第一对耦合线、第二对耦合线和传输线。此外，巴伦的第一端口通过第一对耦合线中的第一线、传输线和第二对耦合线中的第一线连接到参考电压。此外，巴伦的第二端口通过第一对耦合线的第二线连接到参考电压，而巴伦的第三端口通过第二对耦合线中的第二线连接到参考电压。第一端口作为不平衡信号端子，而第二端口和第三端口作为正信号端子和负信号端子。

Description

具有集成匹配网络的巴伦
技术领域
本发明的各实施例涉及电子系统，且尤其涉及射频(RF)电子设备。
背景技术
巴伦(balun,平衡-不平衡变换器)可被用于将单端RF信号转换为差分RF信号，反之亦然。具有一个或多个巴伦的RF通信系统的示例包括但不限于移动电话、平板电脑、基站、网络接入点、客户端设备(CPE)、膝上型电脑和可穿戴电子设备。
巴伦可被包括在RF通信系统中以提供宽频率范围的RF信号的转换。例如，巴伦可处理约30kHz至300GHz频率范围内的RF信号，诸如在用于使用频率范围1(FR1)的第五代(5G)通信的约410MHz至约7.125GHz范围内的射频信号，或用于使用频率范围2(FR2)的5G通信的约24.25GHz至52.6GHz的范围内的RF信号。
发明内容
在某些实施例中，本申请涉及巴伦。巴伦包括具有第一导线和第二导线的第一对耦合线、具有第三导线和第四导线的第二对耦合线、以及将第一对耦合线的第一导线连接至第二对导线中的第三导线的传输线。
在一些实施例中，第一对导线和第二对导线具有不同的长度。
在各种实施例中，第一对导线和第二对导线具有不同的奇模阻抗。
在一些实施例中，第一对导线和第二对导线具有不同的偶模阻抗。
在若干实施例中，第一对导线、第二对导线和传输线被实施为提供输入匹配。
在各种实施例中，第一对导线、第二对导线和传输线被实施为提供输出匹配。
在多个实施例中，传输线包括线圈。
在一些实施例中，巴伦还包括连接到第一导线的与传输线相反的端部的第一端口、连接到第一对导线中的第二导线的第二端口、以及连接到第二对导线中的第四导线的第三端口。
根据多个实施例，第一端口作为用于单端信号的不平衡端子，第二端口作为差分信号的正端子，且第三端口作为用于差分信号的负端子。
根据若干实施例，第三导线的与传输线相反的端部连接到参考电压。
根据各种实施例，第二导线的与第二端口相反的端部连接到参考电压。
根据多个实施例，第四导线的与第三端口相反的端部连接到参考电压。
根据多个实施例，第一端口被配置为从放大器接收单端信号。
根据若干实施例，第一端口被配置为向放大器输出单端信号。
根据各种实施例，第二端口和第三端口被配置为从放大器接收差分信号。
根据多个实施例，第二端口和第三端口被配置为向放大器提供差分信号。
在某些实施例中，本申请涉及一种无线装置。该无线装置包括收发器和耦接到该收发器的前端系统。该前端系统包括巴伦，该巴伦包括具有第一导线和第二导线的第一对耦合线、具有第三导线和第四导线的第二对耦合线、以及将该第一对耦合线的第一导线连接至第二对导线的第三导线的传输线。
在各种实施例中，第一对导线和第二对导线具有不同的长度。
在若干实施例中，第一对导线和第二对导线具有不同的奇模阻抗。
在多个实施例中，第一对导线和第二对导线具有不同的偶模阻抗。
在一些实施例中，第一对导线、第二对导线和传输线被实施为提供输入匹配。
在各种实施例中，第一对导线、第二对导线和传输线被实施为提供输出匹配。
在若干实施例中，传输线包括线圈。
在一些实施例中，巴伦还包括连接到第一导线的与传输线相反的端部的第一端口、连接到第一对导线中的第二导线的第二端口、以及连接到第二对导线中的第四导线的第三端口。
根据多个实施例，第一端口是用于单端信号的不平衡端子，第二端口是用于差分信号的正端子，且第三端口是用于差分信号的负端子。
根据若干实施例，第三导线的与传输线相反的端部连接到参考电压。
根据各种实施例，第二导线的与第二端口相反的端部连接到参考电压。
根据多个实施例，第四导线的与第三端口相反的端部连接到参考电压。
根据各种实施例，前端系统还包括被配置为从第一端口接收单端信号的放大器。
根据若干实施例，前端系统还包括被配置为向第一端口提供单端信号的放大器。
根据多个实施例，前端系统还包括被配置为从第二端口和第三端口接收差分信号的放大器。
根据若干实施例，前端系统还包括被配置为向第二端口和第三端口提供差分信号的放大器。
在某些实施例中，本申请涉及一种巴伦中的信号转换方法。该方法包括：提供第一对耦合线的第一导线和第二导线之间的耦合，提供第二对耦合线的第三导线和第四导线之间的耦合，以及使用传输线来提供从第一对耦合线的第一导线到第二对导线的第三导线的信号路径。
在各种实施例中，第一对导线和第二对导线具有不同的长度。
在若干实施例中，第一对导线和第二对导线具有不同的奇模阻抗。
在多个实施例中，第一对导线和第二对导线具有不同的偶模阻抗。
在一些实施例中，该方法还包括使用第一对导线、第二对导线和传输线来提供输入匹配。
在各种实施例中，该方法还包括使用第一对导线、第二对导线和传输线来提供输出匹配。
在一些实施例中，该方法还包括：在第一导线的与传输线相反的端部上提供第一端口，在第一对导线的第二导线的端部上提供第二端口，以及在第二对导线中的第四导线的端部上提供第三端口。
根据多个实施例，该方法还包括使用第一端口作为用于单端信号的不平衡端子，使用第二端口作为用于差分信号的正端子，以及使用第三端口作为差分信号的负端子。
根据若干实施例，该方法还包括使用第一端口从放大器接收单端信号。
根据各种实施例，该方法还包括使用第一端口向放大器提供单端信号。
根据多个实施例，该方法还包括使用第二端口和第三端口从放大器接收差分信号。
根据若干实施例，该方法还包括使用第二端口和第三端口向放大器提供差分信号。
附图说明
现在将参考附图通过非限制性示例的方式描述本申请的各实施例。
图1是通信网络的一个示例的示意图。
图2A是采用波束成形来进行操作的通信系统的一个实施例的示意图。
图2B是提供发射波束的波束成形的一个实施例的示意图。
图2C是提供接收波束的波束成形的一个实施例的示意图。
图3A是根据一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦的示意图。
图3B是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦的示意图。
图3C是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦的示意图。
图3D是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦的示意图。
图3E是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦的示意图。
图4是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦的金属化布局的示意图。
图5是根据一个实施例的射频(RF)放大系统的示意图。
图6是根据另一个实施例的RF放大系统的示意图。
图7是根据另一个实施例的RF放大系统的示意图。
图8是移动装置的一个实施例的示意图。
具体实施方式
某些实施例的以下详细描述呈现了特定实施例的各种描述。然而，本文描述的创新可以以多种不同的方式体现，例如，如权利要求书所定义和覆盖的那样来体现。在本描述中，参考附图，其中相同的附图标记可表示相同或功能相似的元件。应当理解，图中所示的元件不一定按比例绘制。此外，应当理解，某些实施例可包括比附图所示的和/或附图中所示的元件的子集更多的元件。此外，一些实施例可结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适的组合。
国际电信联盟(ITU)是联合国(UN)的专门机构，负责包括无线电频谱的全球共享使用在内的与信息和通信技术有关的全球问题。
第三代合作伙伴计划(3GPP)是诸如无线电工业和商业协会(ARIB)、电信技术委员会(TTC)、中国通信标准协会(CCSA)、电信行业解决方案联盟(ATIS)、电信技术协会(TTA)、欧洲电信标准协会(ETSI)和印度电信标准发展协会(TSDSI)这样的世界各地电信标准团体之间的合作。
在ITU的范围内工作，3GPP开发和维护各种移动通信技术的技术规范，包括例如第二代(2G)技术(例如，全球移动通信系统(GSM)和增强型GSM演进(EDGE)的数据速率)、第三代(3G)技术(例如通用移动电信系统(UMTS)和高速分组接入(HSPA))和第四代(4G)技术(例如长期演进(LTE)和LTE-Advanced)。
由3GPP控制的技术规范可通过可跨越多年并指定新特征和演进的广度的规范发布来进行扩展和修订。
在一个示例中，3GPP在第10版中为LTE引入了载波聚合(CA)。虽然最初引入了两个下行链路载波，但3GPP在第14版中扩展了载波聚合以包括多达五个下行链路载波和多达三个上行链路载波。3GPP版本提供的新功能和演进的其他示例包括但不限于许可辅助访问(LAA)、增强型LAA(eLAA)、窄带物联网(NB-IOT)、车辆到万物(V2X)和高功率用户设备(HPUE)。
3GPP在版本15中引入了第五代(5G)技术的Phase 1，在版本16中引入了5G技术的Phase 2。后续的3GPP版本将进一步演进和扩展5G技术。5G技术在本文中也称为5G新空口(NR)。
5G NR支持或计划支持各种特性，诸如毫米波频谱上的通信、波束成形能力、高频谱效率波形、低延迟通信、多无线电数字学和/或非正交多址(NOMA)。尽管这样的RF功能为网络提供了灵活性并提高了用户数据速率，但支持这样的功能可能会带来许多技术挑战。
本文的教导适用于多种通信系统，包括但不限于使用诸如LTE-Advanced、LTE-Advanced Pro和/或5G NR这样的高级蜂窝技术的通信系统。
图1是通信网络10的一个示例的示意图。通信网络10包括宏小区基站1、小小区基站3和用户设备(UE)的各种示例，该用户设备包括第一移动装置2a、无线连接汽车2b、膝上型电脑2c、固定无线装置2d、无线连接列车2e、第二移动装置2f和第三移动装置2g。
尽管图1中图示了基站和用户设备的具体示例，但是通信网络也可包括多种类型和/或数量的基站和用户设备。
例如，在所示的示例中，通信网络10包括宏小区基站1和小小区基站3。小小区基站3可以以相对较低的功率、较短的范围和/或以相对于宏小区基站1更少的并发用户来操作。小小区基站3也可被称为毫微微小区、微微小区或微小区。尽管通信网络10被图示为包括两个基站，但是通信网络10可被实现为包括更多或更少的基站和/或其他类型的基站。
尽管示出了用户设备的各种示例，但本文的教导可适用于多种用户设备，包括但不限于移动电话、平板电脑、膝上型计算机、IoT装置、可穿戴电子设备、客户端设备(CPE)、无线连接车辆、无线中继和/或各种其他通信装置。此外，用户设备不仅包括在蜂窝网络中操作的当前可用的通信装置，而且还包括将易于使用如本文所述和要求保护的本发明的系统、过程、方法和装置来实现的后续开发的通信装置。
图1所图示的通信网络10支持使用多种蜂窝技术的通信，包括例如4GLTE和5G NR。在某些实施方式中，通信网络10还适于提供诸如WiFi这样的无线局域网(WLAN)。尽管已经提供了通信技术的各种示例，但是通信网络10可适用于支持多种通信技术。
图1中已描述了通信网络10的各种通信链路。通信链路可以以多种方式双工，包括例如使用频分双工(FDD)和/或时分双工(TDD)。FDD是一种使用不同的频率来发射和接收信号的射频通信。FDD可提供许多优势，诸如高数据速率和低时延。相比之下，TDD是一种射频通信，其使用大致相同的频率来发射和接收信号，并且其中发射和接收通信在时间上切换。TDD可提供许多优势，诸如频谱的有效使用和发射和接收方向之间吞吐量的可变分配。
在某些实施方式中，用户设备可使用4G LTE、5G NR和WiFi技术中的一种或多种与基站进行通信。在某些实施方式中，增强型许可辅助接入(eLAA)被用于将一个或多个许可频率载波(例如，许可4G LTE和/或5GNR频率)与一个或多个未许可载波(例如，未许可WiFi频率)聚合。
如图1所示，通信链路不仅包括UE和基站之间的通信链路，还包括UE到UE的通信和基站到基站的通信。例如，通信网络10可被实现为支持(例如，如在移动装置2g和移动装置2f之间的)自前传和/或自回传。
通信链路可在多种频率上操作。在某些实施方式中，使用5G NR技术在一个或多个小于6GHz的频带和/或一个或多个大于6GHz的频带上支持通信。例如，通信链路可服务于频率范围1(FR1)、频率范围2(FR2)或其组合。在一个实施例中，一个或多个移动装置支持HPUE功率等级规范。
在某些实施方式中，基站和/或用户设备使用波束成形来进行通信。例如，波束成形可被用于聚焦信号强度以克服路径损耗，诸如与高信号频率上的通信相关联的高损耗。在某些实施例中，诸如一部或多部移动电话这样的用户设备在30GHz至300GHz范围内的毫米波频带和/或6GHz至30GHz范围内或更具体地，24GHz至30GHz，的较高厘米波频率上使用波束成形来进行通信。
通信网络10的不同用户可以以多种方式共享诸如可用频谱这样的可用网络资源。
在一个示例中，频分多址(FDMA)被用于将频带划分为多个频率载波。此外，一个或多个载波被分配给特定用户。FDMA的示例包括但不限于单载波FDMA(SC-FDMA)和正交FDMA(OFDMA)。OFDMA是一种多载波技术，其将可用带宽细分为可被分别分配给不同用户的多个相互正交的窄带子载波。
共享接入的其他示例包括但不限于时分多址(TDMA)，其中向用户分配特定时隙以使用频率资源；码分多址(CDMA)，其中频率资源通过为每个用户分配唯一代码，在不同用户之间共享；空分多址(SDMA)，其中使用波束成形通过空分来提供共享接入；及非正交多址(NOMA)，其中使用功率域的用于多址。例如，NOMA可被用于以相同的频率、时间和/或代码但以不同的功率级别服务多个用户。
增强型移动宽带(eMBB)是指用于增加LTE网络的系统容量的技术。例如，eMBB可指每个用户的峰值数据速率为至少10Gbps且最低为100Mbps的通信。超可靠低延迟通信(uRLLC)是指具有极低时延(例如小于2毫秒)的通信的技术。uRLLC可被用于关键任务通信，诸如自动驾驶和/或远程手术应用。大规模机器类型通信(mMTC)是指与日常对象的无线连接相关联的低成本和低数据速率通信，诸如与物联网(IoT)应用相关的那些。
图1的通信网络10可被用于支持多种高级通信特征，包括但不限于eMBB、uRLLC和/或mMTC。
图2A是使用波束成形来进行操作的通信系统110的一个实施例的示意图。通信系统110包括收发器105，信号调节电路104a1、104a2……104an、104b1、104b2……104bn、104m1、104m2……104mn，以及包括天线元件103a1、103a2…103b1、103b2……103bn、103m1、103m2……103mn的天线阵列102。
使用毫米波载波、厘米波载波和/或其他频率载波进行通信的通信系统可采用诸如天线阵列102的天线阵列来为信号的发射和/或接收提供波束形成和方向性。
例如，在所图示的实施例中，通信系统110包括m×n天线元件的阵列102，在该实施例中，每个天线元件耦接到单独的信号调节电路。如椭圆所示，通信系统110可采用任何合适数量的天线元件和信号调节电路来实现。
关于信号发射，信号调节电路104a1、104a2……104an、104b1、104b2……104bn、104m1、104m2……104mn可向天线阵列102提供发射信号，使得从天线元件辐射的信号组合使用相长干涉和相消干扰以生成具有更多信号强度的聚合发射信号，该信号表现出类似波束的质量，在远离天线阵列102的给定方向上传播。
在信号接收的情况中，信号调节电路104a1、104a2……104an、104b1、104b2……104bn、104m1、104m2……104mn处理接收信号(例如，通过单独控制接收信号相位)使得当信号从特定方向到达天线阵列102时接收更多信号能量。因此，通信系统110还提供用于接收信号的方向性。
可通过增加阵列的尺寸来增强信号能量在发射波束或接收波束中的相对集中。例如，当更多的信号能量聚焦到发射波束中时，信号能够传播更长范围，同时为RF通信提供足够的信号电平。例如，将大部分信号能量聚焦到发射波束中的信号可表现出高有效各向同性辐射功率(EIRP)。
在所图示的实施例中，收发器105向信号调节电路104a1、104a2…104an、104b1、104b2…104bn、104m1、104m2…104mn发射信号并处理从信号调节电路接收的信号。
如图2A所示，收发器105为信号调节电路104a1、104a2……104an、104b1、104b2……104bn、104m1、104m2……104mn产生控制信号。控制信号可被用于多种功能，诸如控制发射和/或接收信号的增益和相位以控制波束成形。例如，信号调节电路104a1、104a2……104an、104b1、104b2……104bn、104m1、104m2…104mn中的每一个可包括根据本文的教导实施的移相器。
图2B是提供发射波束的波束成形的一个实施例的示意图。图2B图示了包括第一信号调节电路114a、第二信号调节电路114b、第一天线元件113a和第二天线元件113b的通信系统的一部分。
尽管图示为包括两个天线元件和两个信号调节电路，但是通信系统可包括附加的天线元件和/或信号调节电路。例如，图2B图示了图2A的通信系统110的一部分的一个实施例。
第一信号调节电路114a包括第一移相器130a、第一功率放大器131a、第一低噪声放大器(LNA)132a和用于控制功率放大器131a或LNA 132a的选择的开关。此外，第二信号调节电路114b包括第二移相器130b、第二功率放大器131b、第二LNA 132b以及用于控制功率放大器131b或LNA 132b的选择的开关。第一移相器130a和第二移相器130b可根据本文的任何实施例来实现。
尽管示出了信号调节电路的一个实施例，但是信号调节电路的其他实施方式也是可能的。例如，在一个示例中，信号调节电路包括一个或多个带滤波器、复用器、双工器和/或其他部件。
在图示的实施例中，第一天线元件113a和第二天线元件113b以距离d隔开。此外，图2B已用角θ进行了注释，在该示例中，当发射波束方向基本上垂直于天线阵列的平面时，该角具有约为90°的值；当发射波束方向与天线阵列的平面基本平行时，该角具有约为0°的值。
通过控制提供给天线元件113a、113b的发射信号的相对相位，可实现期望的发射波束角θ。例如，当第一移相器130a具有0°的参考值时，第二移相器130b可被控制以提供约-2πf(d/ν)cosθ弧度的相移，其中f是发射信号的基频，d是天线元件之间的距离，ν是辐射波的速度，且π是数学常数pi。
在某些实施方式中，距离d被实施为约1/2λ，其中λ是发射信号的基波分量的波长。在这样的实施方式中，可控制第二移相器130b以提供约﹣πcosθ弧度的相移以实现发射波束角θ。
因此，可控制移相器130a、130b的相对相位以提供发射波束成形。在某些实施方式中，收发器(例如，图2A的收发器105)控制一个或多个移相器的相位值以控制波束成形。
图2C是提供接收波束的波束成形的一个实施例的示意图。图2C类似于图2B，不同之处在于图2C图示了在接收波束而不是发射波束的情况中的波束成形。
如图2C中所示，可将第一移相器130a和第二移相器130b之间的相对相位差选择为约等于-2πf(d/ν)cosθ弧度以实现期望的接收波束角θ。在距离d对应于大约1/2λ的实施方式中，可将相位差选择为约等于﹣πcosθ弧度以实现接收波束角θ。
虽然已经提供了用于提供波束成形的相位值的各种公式，但是其他相位选择值诸如基于天线阵列的实现方式、信号调节电路的实现方式和/或无线电环境选择的相位值也是可能的。
具有集成匹配网络的巴伦
巴伦在射频(RF)系统中被用于将不平衡RF信号(也被称为单端RF信号)转换为平衡RF信号(也被称为差分RF信号)，反之亦然.
当设计片上巴伦时，巴伦设计可使用电磁模拟器(EM)来模拟并且反复调整直到满足性能规格。虽然这样的反复试验的方法有时可实现工作巴伦，但这样的设计过程可能长、麻烦，而且结果不一定是面积、损耗、带宽和/或平衡方面的最佳结果。此外，输入匹配和输出匹配的考虑会使设计过程复杂化。例如，显式输入匹配网络和/或显式输出匹配网络通常存在于巴伦设计中。
本文提供了具有集成匹配网络的巴伦。在某些实施例中，巴伦结构包括第一对耦合线、第二对耦合线和传输线。另外，巴伦的第一端口通过第一对耦合线的第一线、传输线和第二对耦合线的第一线的串联组合连接到参考电压(例如地)。此外，巴伦的第二端口通过第一对耦合线的第二线连接到参考电压，而巴伦的第三端口通过第二对耦合线的第二线连接到参考电压。第一个端口作为用于不平衡RF信号的不平衡端子，而第二个端口和第三个端口作为用于平衡RF信号的正端子和负端子。
第一对耦合线的偶模阻抗、奇模阻抗和长度在设计期间可与第二对耦合线的偶模阻抗、奇模阻抗和长度分别地调整。此外，传输线的阻抗和长度也可在设计期间分别地调整。可调整这样的参数以提供用于具有更低损耗、更小面积、更宽带宽和/或改进的平衡的片上巴伦设计的方法。由于设计参数的数量小，因此巴伦可被非常容易地建模和快速地设计。
此外，这样的参数调整可被用于实现期望的输入匹配和输出匹配。因此，这里的巴伦可与集成输入匹配网络和/或集成输出匹配网络一起操作。这样的集成减少了损耗和/或提供了更紧凑的芯片布局。
巴伦可进一步采用诸如跨第二端口和第三端口的并联电容器、用于第一端口的串联电容器和/或用于第一端口的并联电容器这样的一个或多个附加部件来调谐。
本文中的巴伦可用于多种应用，包括用于在诸如功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)和/或可变增益放大器(VGA)这样的放大器的输入和/或输出处提供单端到差分信号转换(或反之亦然)。此外，可使用包括但不限于绝缘体上硅(SOI)工艺这样的多种芯片制造工艺在芯片上制造巴伦。
在本文的某些实施方式中，巴伦被配置为处理5G的频率范围2(FR2)中的RF信号，例如24.25GHz至52.6GHz中的RF信号。然而，本文的巴伦可处理其他RF信号频率。
图3A是根据一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦230的示意图。巴伦230包括第一对耦合线211、第二对耦合线212、传输线213(也被称为传输线段)、第一端口221、第二端口222和第三端口223。第一端口221作为用于不平衡RF信号的不平衡端子，第二端口222作为用于平衡RF信号的正端子，且第三端口223作为用于平衡RF信号的负端子。
如图3A所示，第一对耦合线211包括彼此电磁耦合(例如，通过各导线的紧密放置而电感地耦合)的第一线215和第二线216。此外，第二对耦合线212包括彼此电磁耦合的第一线217和第二线218。第一端口221连接到第一线215的第一端部，而第一线215的第二端部连接到传输线213的第一端部。另外，第二线216的第一端部连接到参考电压(在此示例中为地)，而第二线216的第二端部连接到第二端口222。此外，第一耦合线217的第一端部连接到传输线213的第二端部，而第一线217的第二端部连接到参考电压。此外，第二耦合线218的第一端部连接到第三端口223，而第二耦合线218的第二端部连接到参考电压。
因此，第一端口221通过第一对耦合线211的第一线215、传输线213和第二对耦合线212的第一线217的串联组合而连接到参考电压。此外，第二端口222通过第一对耦合线211的第二线216连接到参考电压，而第三端口223通过第二对耦合线212的第二线218连接到参考电压。
第一对耦合线211的偶模阻抗、奇模阻抗和长度(Ze1、Zo1、长度-1)在设计期间可与第二对耦合线212的偶模阻抗、奇模阻抗和长度(Ze2、ZO2、长度-2)分别地调整。此外，也可在设计期间分别地调整传输线213的阻抗和长度(ZO-c,length-c)。
因此，巴伦230可非常快速地设计成在特定频率和带宽下具有期望的差分阻抗。
巴伦230可以以多种方式设计。在一个实施例中，巴伦最初设计为具有相同对的耦合线。如果EM仿真表明正负端子之间存在不平衡，则可通过更改耦合线参数之一(Ze、Zo、长度)来改善平衡。例如，如果|S31|<|S21|，则通过增加第二对耦合线212上的耦合来改善平衡。在另一个示例中，如果相位(S31)-相位(S21)小于180度，则可通过增加第二对耦合线212的长度-2来改善平衡。
图3B是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦240的示意图。
图3B的巴伦240类似于图3A的巴伦230，不同之处在于巴伦240还包括连接在第一端口221和第一对耦合线211的第一线215之间的串联电容器231。
图3C是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦250的示意图。
图3C的巴伦250类似于图3A的巴伦230，不同之处在于巴伦250还包括连接在第二端口222和第三端口223之间的并联电容器232。
图3D是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦260的示意图。
图3D的巴伦260类似于图3A的巴伦230，不同之处在于巴伦260还包括连接在第一端口221和参考电压之间的并联电容器233。
图3E是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦270的示意图。
图3E的巴伦270类似于图3A的巴伦230，不同之处在于巴伦270还包括连接在第一端口221和第一对耦合线211的第一线215之间的串联电容器231，以及连接在第二端口222和第三端口223之间的并联电容器232。
参考图3B至3E，可将一个或多个附加部件添加到巴伦结构以增强性能，诸如改进的匹配和/或更宽的带宽。
尽管已描述了各部件或各部件的组合的各种示例，但是可将多种部件添加到本文的巴伦以提供性能修改和/或增强。因此，尽管已在图3B至3E中描绘了附加部件的四个示例，但其他示例也是可能的。
图4是根据另一个实施例的具有集成匹配网络的巴伦550的金属化布局的示意图。金属化布局可在包括第一金属层501、第二金属层502、第三金属层503和第四金属层504的半导体芯片上实施。
巴伦550包括第一对耦合线511、第二对耦合线512、传输线513、第一端口521、第二端口522、第三端口523和接地网络515。
在所图示的实施例中，耦合线例如使用相邻金属层上的垂直金属线或省略一个或多个中间金属层而垂直耦合。在其他实施方式中，使用水平耦合(例如，在公共金属层上使用间隔开的金属导体)。
在该实施例中，传输线部分513包括螺旋或线圈514。通过以这种方式实现传输线部分513，实现了更紧凑的布局。
图5是根据一个实施例的射频(RF)放大系统510的示意图。RF放大系统510包括输入巴伦601和RF放大器604的级联。
在所图示的实施例中，输入巴伦601将单端RF输入信号RFIN(或不平衡信号U)转换为差分RF输入信号。此外，RF放大器604放大差分RF输入信号以生成RF输出信号RFOUT，其可以是如所显示的单端的或差分的。
图6是根据另一个实施例的RF放大系统620的示意图。RF放大系统620包括RF放大器614和输出巴伦611的级联。
在图示的实施例中，RF放大器614放大RF输入信号RFIN，其可如所显示的单端的或差分的。RF放大器614向输出巴伦611提供单端RF输出信号，其将单端RF输出信号转换为差分RF输出信号RFOUT。
图7是根据另一个实施例的RF放大系统630的示意图。RF放大系统630包括输入巴伦621、RF放大器624和输出巴伦622的级联。
在所图示的实施例中，输入巴伦621将单端RF输入信号RFIN转换为差分RF输入信号。此外，RF放大器624放大差分RF输入信号以生成差分RF输出信号。此外，输出巴伦622将差分RF输出信号转换为单端RF输出信号RFOUT。
本文中的任何巴伦都可在图5至图7的使用情况中实现。虽然已描述了巴伦的示例性使用情况，但本文的巴伦可被用于电子系统的其他配置中。
图8是移动装置800的一个实施例的示意图。移动设备800包括基带系统801、收发器802、前端系统803、天线804、电源管理系统805、存储器806、用户接口807和电池808。
移动装置800可使用多种通信技术来进行通信，该通信技术包括但不限于2G、3G、4G(包括LTE、LTE-Advanced和LTE-Advanced Pro)、5G NR、WLAN(例如，Wi-Fi)、WPAN(例如，蓝牙和ZigBee)、WMAN(例如，WiMax)和/或GPS技术。
收发器802生成用于发射的RF信号并处理从天线804接收的传入RF信号。将理解，与RF信号的发射和接收相关联的各种功能可通过在图8中作为收发器共同表示为802的一个或多个部件来实现。在一个示例中，可提供单独的部件(例如，单独的电路或芯片)来处理某些类型的RF信号。
前端系统803辅助调节发射到天线804和/或从天线804接收的信号。在所图示的实施例中，前端系统803包括一个或多个移相器810、功率放大器(PA)811、低噪声放大器(LNA)812、滤波器813、开关814和巴伦815。
此外，一个或多个巴伦815可与任何部件结合使用以提供单端到差分信号的转换，或反之亦然。这样的巴伦可根据本文的任何实施例来实现。
前端系统803可提供多种功能，包括但不限于放大用于发射的信号、放大接收信号、过滤信号、在不同频段之间切换、在不同功率模式之间切换、在发射和接收模式之间切换、信号的双工、信号的多路复用(例如，双工或三工)或其某种组合。
移动装置800采用波束成形来进行操作。例如，前端系统803包括具有由收发器802控制的可变相位的移相器810。在某些实施方式中，收发器802基于从处理器801接收的数据来控制移相器810的相位。
移相器810被控制为使用天线804为信号的发射和/或接收提供波束形成和方向性。例如，在信号发射的情况中，被提供给天线阵列用于发射的发射信号的相位受到控制，使得辐射信号使用相长干扰和相消干扰而组合，以生成呈现波束状质量并且在给定方向上传播的信号强度更大的聚合发射信号。在信号接收的情况下，相位受到控制，使得在信号从特定方向到达天线阵列时接收到更多信号能量。
在某些实施方式中，移动装置800支持载波聚合，从而提供增加峰值数据速率的灵活性。载波聚合可被用于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)，并可被用于聚合多个载波或信道。载波聚合包括其中聚合同一操作频段内的连续载波的连续聚合。载波聚合也可以是非连续的，并且可包括在公共频带或不同频带内频率分隔的载波。
天线804可包括用于多种类型的通信的天线。例如，天线804可包括用于发射和/或接收与多种频率和通信标准相关联的信号的天线。
在某些实施方式中，天线804支持MIMO通信和/或切换分集通信。例如，MIMO通信使用多个天线在单个射频信道上传输多个数据流。由于无线电环境的空间复用差异，MIMO通信受益于更高的信噪比、改进的编码和/或减少的信号干扰。切换分集是指在特定时间选择特定天线来进行操作的通信。例如，开关可被用于基于多种因素，诸如观察到的误码率和/或信号强度指示符，从一组天线中选择特定天线。
在某些实施方式中，天线804包括一个或多个天线元件阵列以增强波束成形。
基带系统801耦接到用户接口807以便于诸如声音和数据这样的各种用户输入和输出(I/O)的处理。基带系统801向收发器802提供发射信号的数字表示，收发器802处理该数字表示以生成用于发射的RF信号。基带系统801还处理由收发器802提供的接收信号的数字表示。如图8所示，基带系统801耦接到存储器806以便于移动装置800的操作。
存储器806可被用于多种目的，诸如存储数据和/或指令以便于移动装置800的操作和/或以提供用户信息的存储。
电源管理系统805提供移动装置800的多个电源管理功能。在某些实施方式中，电源管理系统805包括控制功率放大器811的电源电压的PA电源控制电路。例如，功率管理系统805可被配置为改变提供给功率放大器811中的一个或多个的电源电压以提高诸如功率附加效率(PAE)这样的效率。
如图8中所示，电源管理系统805从电池808接收电池电压。电池808可以是用于移动装置800中的任何合适的电池，包括例如锂离子电池。
应用
本文描述的各实施例的原理和优点可被用于多种应用。
例如，巴伦可被包括在各种电子装置中，该电子装置包括但不限于消费电子产品、消费电子产品的部件、电子测试设备等。示例电子装置包括但不限于基站、无线网络接入点、移动电话(例如智能手机)、平板电脑、电视、计算机显示器、计算机、掌上电脑、个人数字助理(PDA)、微波炉、冰箱、汽车、音响系统、光盘播放器、数码相机、便携式存储芯片、洗衣机、烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围装置、手表、时钟等。此外，电子装置可包括未完成的产品。
结论
除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包括了”等应被解释为包含性意义，而不是排他性或穷尽性意义；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。如本文中一般使用的，词语“耦合”是指可直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。同样，如本文中通常使用的词语“连接”是指可直接连接，或者通过一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。此外，当在本申请中使用时，词语“在此”、“以上”、“以下”以及类似含义的词语，均指本申请的整体，且不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，上述具体实施方式中使用单数或复数的词语也可分别包括复数或单数。词语“或”指的是包含两个或多个项目的列表，该词涵盖该词的以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中项目的任意组合。
此外，本文中使用的条件语言，诸如“可以”、“可”、“可能”、“可能地”、“例如”、“例”、“诸如”等，除非以其他方式特别说明，或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则通常旨在传达某些实施例包括，而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这样的条件语言通常不旨在暗示特征、元件和/或状态对于一个或多个实施例以任何方式是必需的，或者一个或多个实施例必然包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定是否这些特征、元件和/或状态被包括或将在任何特定实施例中执行的逻辑。
以上对本发明各实施例的详细描述并非旨在穷举或将本发明限制为以上公开的精确形式。虽然以上出于说明性目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内各种等效修改是可能的。例如，虽然过程或框以给定的顺序呈现，但替代实施例可以以不同的顺序执行具有步骤的例程，或者采用具有框的系统，并且一些过程或框可被删除、移动、添加、细分、组合、和/或修改。这些过程或块中的每一个都可以以多种不同的方式实现。此外，虽然过程或框有时被示为串联执行，但这些过程或块可替代地并行执行，或可在不同时间执行。
本文提供的本发明的教导可被应用于其他系统，而不一定是上述系统。可组合上述各种实施例的元件和动作以提供进一步的实施例。
虽然已经描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅通过示例的方式呈现，并且不旨在限制本公开的范围。实际上，本文描述的新颖方法和系统可以以多种其他形式体现；此外，在不脱离本公开的精神的情况下，可对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在涵盖落入本公开的范围和精神内的此类形式或修改。

Claims (20)

1.一种巴伦，包括：
第一对耦合线，包括第一导线与第二导线；
第二对耦合线，包括第三导线与第四导线；及
传输线，其将所述第一对耦合线的所述第一导线连接至所述第二对导线的所述第三导线。
2.如权利要求1所述的巴伦，还包括连接到所述第一导线的与所述传输线相反的端部的第一端口、连接到所述第一对导线的所述第二导线的第二端口、以及连接到所述第二对导线的所述第四导线的第三端口。
3.如权利要求2所述的巴伦，其中，所述第一端口作为用于单端信号的不平衡端子，所述第二端口作为用于差分信号的正端子，且所述第三端口作为用于所述差分信号的负端子。
4.如权利要求2所述的巴伦，其中，所述第三导线的与所述传输线相反的端部被连接到参考电压。
5.如权利要求2所述的巴伦，其中，所述第二导线的与所述第二端口相反的端部连接到参考电压。
6.如权利要求2所述的巴伦，其中，所述第四导线的与所述第三端口相反的端部连接到参考电压。
7.如权利要求1所述的巴伦，其中，所述第一对导线和所述第二对导线具有不同的长度。
8.如权利要求1所述的巴伦，其中，所述第一对导线和所述第二对导线具有不同的奇模阻抗。
9.如权利要求1所述的巴伦，其中，所述第一对导线和所述第二对导线具有不同的偶模阻抗。
10.如权利要求1所述的巴伦，其中，所述传输线包括线圈。
11.一种无线装置，包括：
收发器；及
前端系统，其耦接到所述收发器，所述前端系统包括巴伦，所述巴伦包括具有第一导线和第二导线的第一对耦合线、具有第三导线和第四导线的第二对耦合线、以及将所述第一对耦合线的所述第一导线连接至所述第二对导线的所述第三导线的传输线。
12.如权利要求11所述的无线装置，其中，所述巴伦还包括连接到所述第一导线的与所述传输线相反的端部的第一端口、连接到所述第一对导线的所述第二导线的第二端口、以及连接到所述第二对导线的所述第四导线的第三端口。
13.如权利要求12所述的无线装置，所述前端系统还包括被配置为向所述第一端口提供单端信号的放大器。
14.如权利要求12所述的无线装置，其中，所述前端系统还包括被配置为向所述第二端口和所述第三端口提供差分信号的放大器。
15.如权利要求11所述的无线装置，还包括放大器，所述第一对导线、所述第二对导线和所述传输线可操作以向所述放大器提供输入匹配。
16.如权利要求11所述的无线装置，还包括放大器，所述第一对导线、所述第二对导线和所述传输线可操作以向所述放大器提供输出匹配。
17.如权利要求11所述的无线装置，其中，所述传输线包括线圈。
18.一种巴伦中的信号转换方法，所述方法包括：
提供第一对耦合线的第一导线与第二导线之间的耦合；
提供第二对耦合线的第三导线与第四导线之间的耦合；及
提供通过传输线从所述第一对耦合线的所述第一导线到所述第二对导线的所述第三导线的信号路径。
19.如权利要求18所述的方法，还包括使用所述第一对导线、所述第二对导线和所述传输线来提供输入匹配。
20.如权利要求18所述的方法，还包括使用所述第一对导线、所述第二对导线和所述传输线来提供输出匹配。
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