CN1905377B - 准巴伦电路 - Google Patents
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Abstract
一种准巴伦电路，用以接收一不平衡输入并提供信号至一平衡输入低噪声放大器(LNA)。值得注意的是，此准巴伦电路可以提供介于该低噪声放大器(LNA)正向与负向终端之间的一相位差，该相位差大于90度但小于180度。在一实施例中，该准巴伦电路可以提供约135度的相位差。为了提供此项功能，该准巴伦电路包含一个在该不平衡输入与该低噪声放大器(LNA)之间耦合的被动反应网路。
Description
相关申请案
本发明主张在2006年六月19日所申请，标题为”Quasi-Balun”的U.S.PatentApplication 11/424,972的优先性，该文件则主张在2005年六月24日所申请，标题为”Quasi-Balun”的U.S.Provisional Patent Application 60/693,588的优先性。
技术领域
本发明与将不平衡信号(换言之，单端信号)转换为平衡信号(换言之，差分信号)有关。更特别的，本发明与一种将不平衡信号输入转换为具有平衡输入成分的相称网路有关。
背景技术
“巴伦电路(Balun)”是一种电路元件或电路元件的集合，其能够将一不平衡信号转换为平衡信号。该平衡信号具有两个成分，其中第一与第二成份与该不平衡信号相关，但其两者在相位中大致相反(换言之，彼此之间具有180度的相位转移)。
在无线电接收器中，可以发现巴伦电路的示范使用，其通常包含从天线接收信号的低噪声放大器(LNA)。特别是在积体电路上实作时，该低噪声放大器(LNA)通常是在一种平衡输入(换言之，差分)的组态中实作。该天线通常是一种不平衡信号的来源，因此需要转换，并将其提供至该低噪声放大器(LNA)。
通常来说，此转换动作是利用一种转换器所进行，其中可以把不平衡输入连接至一第一线圈的一侧，并将该第一线圈的另一侧连接至接地面。举例而言，第1A图描述一种巴伦电路100，其具有连接至一转换器111(进一步被连接至接地面)第一线圈的不平衡输入110。接着，该转换器111的一第二线圈便呈递两信号至一平衡输入低噪声放大器(LNA)118。在此实施例中，电容器115与116为一种具有相对大数值(例如，39微微法拉(pF))的直流电阻断耦合电容器，其将该转换器111的第二线圈连接至该低噪声放大器(LNA)118的正向与负向终端。不幸的是，该转换器是相对昂贵的组件，特别是适合在较高无线射频(例如，1.9兆赫)处使用的转换器。因此，随着微机电的成本降低要求，对于生产者而言，高成本的转换器111是难以实作的。
注意可能可以只提供该天线输入至一平衡输入低噪声放大器(LNA)的一侧。举例而言，第1B图描述一种巴伦电路120，其具有透过一耦合电容器120与一相称网路124(包含一相称电容器125与电感器126)连接至该低噪声放大器(LNA)118负向输入终端的不平衡输入110。该低噪声放大器(LNA)118的正向输入终端，则透过一耦合电容器122与一电阻器121于接地面处终止。
虽然该巴伦电路120比该巴伦电路100(第1A图)便宜，该电阻器121却可能产生不想要的热噪声。此外，在该巴伦电路120中每个输入终端上电路结构中的差异，也增加低噪声放大器(LNA)对于一般模式噪声的敏感性。因此，该巴伦电路120可能无法提供强健、具有平衡电路的噪声消减特性的一般模式信号拒绝功能。
因此，该巴伦电路120的一般实作，会造成比该巴伦电路100(第1A图)为高的噪声指数(NF)。举例而言，在1.9兆赫(例如，电容器122、123、125分别具有39、39与1.5微微法拉(pF)，电阻器121具有50欧姆的电阻值，而电感器126具有4.7奈亨利(nH)的电感值)所操作的该巴伦电路120一般实作中，从该不平衡输入110对于该低噪声放大器(LNA)118输出的量测约为4分贝，而与之前叙述的该巴伦电路100相比之下，仅产生3分贝。
因此，便产生一种用于低噪声放大器(LNA)，并能够提供低成本、低噪声的不平衡至平衡转换的需要。
发明内容
一种准巴伦电路，其能够接收不平衡输入并提供信号至平衡输入低噪声放大器(LNA)。值得注意的是，此准巴伦电路可以产生大致上具有相同强度但相位差小于180度的正向及负向输出信号。在一实施例中，该准巴伦电路可以提供大概135度的相位差。
为了提供此项功能，该准巴伦电路包含一个在该不平衡输入与该低噪声放大器(LNA)之间耦合的被动反应网路。在一实施例中，该准巴伦电路可以包含一电容器与一电感器。该电容器则在一节点与该不平衡信号之间连接，而该电感器则在该低噪声放大器(LNA)正向输入终端与该节点之间连接。该节点则连接至该低噪声放大器(LNA)的负向输入终端。
在另一实施例中，该被动反应网路包含在一节点与一无线射频接地面之间连接的一电容器，以及在该低噪声放大器(LNA)正向输入终端与该节点之间连接的一电感器。同样的，该节点则连接至该低噪声放大器(LNA)的负向输入终端。在此实施例中，该准巴伦电路另外包含在该节点与该不平衡输入之间连接的一耦合电路。
值得注意的是，该两种准巴伦电路都可以有利地提供一种从不平衡输入110对于低噪声放大器(LNA)118输出所量测，大概为3分贝的低噪声指数(NF)。此外，该两种准巴伦电路都能够使用较不昂贵的组件(与巴伦电路实作中的转换器相比之下)，并将对于一般模式噪声的敏感性最小化(与单端巴伦实作相比之下)。
附图说明
第1A图描述一种已知的巴伦电路，其利用转换器为基础，将一不平衡输入转换至一平衡输入低噪声放大器(LNA)两处输入。
第1B图描述一种已知的巴伦电路，其具有连接至一低噪声放大器(LNA)输入终端的相称电路，以及连接至该平衡输入低噪声放大器(LNA)另一输入终端的终端。
第2A图描述一种准巴伦电路，其包含位在一平衡输入低噪声放大器(LNA)两输入终端之间，以平行方式配置的一被动反应网路。
第2B图描述一种准巴伦电路，其包含位在一平衡输入低噪声放大器(LNA)两输入终端之间，以串连方式配置的一被动反应网路。
第3A图描述一准巴伦电路的图式，其描绘利用输入频率做为函数的正向输出信号(白色圆圈)与负向输出信号(黑色圆圈)强度。
第3B图描述一准巴伦电路的图式，其描绘相位差(以度为单位)与输入频率(兆赫)之间的关系。
第4图描述在该低噪声放大器(LNA)输入终端处所观察，由该低噪声放大器(LNA)电路所呈现负载的组件等价模型。
第5图描述所谓的准巴伦电路。
具体实施方式
藉由定义，巴伦电路将在其输出之间产生180度的相位差，其提供至该平衡低噪声放大器(LNA)的正向与负向输入终端。此外，这些巴伦电路输出具有相同的强度。不幸的是，目前的巴伦电路实作具有不想要的尺寸、成本或是噪声限制。
根据本发明一观点，可以提供大致相同强度，并具有小于180度相位差的正向与负向输出(在频率1.9兆赫时)。因为该相位差小于180度，在此提供此相位差的电路便称为”准巴伦”电路。此准巴伦电路有利地在强度精确性与相位精确性之间获得协调，同时确保一种不昂贵的实作，并提供低噪声指数(NF)。
第2A图描述一种准巴伦电路200，其将一不平衡输入201耦合至一平衡输入低噪声放大器(LNA)206的两输入终端。在此实施例中，该准巴伦电路200包含一耦合电容器202与一被动反应网路203。(注意，与已知巴伦电路中所包含的电阻器与转换器相比之下，被动反应网路包含被动反应组件(例如电容器与电感器))。该被动反应网路203包含一节点206，其在该耦合电容器202与该低噪声放大器(LNA)206负向输入终端之间连接。该被动反应网路203另外包含一电感器，其在该低噪声放大器(LNA)206正向输入终端与该节点206之间连接，以及一电容器205，其在接地面与该节点206之间连接。在一实施例中，该耦合电容器202、该电容器205与该电感器204的数值分别是39、1.5微微法拉(pF)与4.7奈亨利(nH)。
值得注意的是，利用这些数值，当在1.9兆赫处接收信号时，该准巴伦电路200可以在该低噪声放大器(LNA)206正向与负向输入终端之间提供大概135度的相位差。虽然此相位差小于由巴伦电路所提供的180度相位差，实际上对于该正向与负向输出而言，该135度的相位差可以提供大致相同的信号强度。举例而言，利用上述准巴伦电路200的实作，第3A图描述的图式描绘利用输入频率(兆赫)做为函数的正向输出信号(白色圆圈)与负向输出信号(黑色圆圈)的强度数值(微伏特(mV))。如同在第3A图中所显示，该强度在1.9兆赫时大致相同。
注意此相位差可以随着输入频率的改变而进行变化，因此所选择的组件需要适合一给定操作频率。举例而言，第3B图描述相位差(以度为单位)对于输入频率(兆赫)的对应图形。关于组件选择，组件是选择为在有兴趣的频率处，使得该正向与负向信号的强度大致相同，而这些信号之间的相位差为最小(换言之，在给定该低噪声放大器(LNA)的输入电阻抗以及准巴伦电路的选择拓扑时，尽可能将相位差选择为接近180度)。
该准巴伦电路200有利地提供一低噪声指数(NF)。举例而言，利用上述对于该耦合电容器202与该被动反应网路203的数值，该准巴伦电路200可以提供从该不平衡输入201对于该低噪声放大器(LNA)206输出为3分贝的最小噪声指数(NF)值。
第2B图描述另一准巴伦电路210，其将该不平衡输入201耦合至该平衡输入低噪声放大器(LNA)206的两输入终端。在此实施例中，该准巴伦电路210包含一串连配置的被动反应网路211。具体来说，该被动反应网路211包含一电容器212，其在该不平衡输入201与一节点214之间连接，该节点214接着连接至该低噪声放大器(LNA)206的负向输入终端。该被动反应网路211另外包含一电感器213，其在该低噪声放大器(LNA)206的正向输入终端与一节点206之间连接。在一实施例中，该电容器212与该电感器213的数值分别是2.2微微法拉(pF)与5.6奈亨利(nH)。
在此配置中，当在1.9兆赫处接收信号时，介于该低噪声放大器(LNA)206正向与负向输入终端的相位差大概是135度。同样的，此相位差可以随着输入频率的改变而进行变化，因此所选择的组件需要适合一给定操作频率。
该准巴伦电路210也有利地提供一低噪声指数(NF)。举例而言，利用上述对于该被动反应网路211的数值，该准巴伦电路210可以提供从该不平衡输入201对于该低噪声放大器(LNA)206输出为3分贝的最小噪声指数(NF)值。
有利的是，该组件数量以及因此该准巴伦电路200与210的成本，是明显地小于之前所使用的巴伦电路(例如，第1A图的巴伦电路100以及第1B图中的巴伦电路120)。此外，该准巴伦电路210消除一相对大耦合电容器的必要性，并因此降低成本。
第4图描述在该被动反应网路处所观察，由该低噪声放大器(LNA)206所呈现负载的组件等价模型。注意此负载(其中，任何不理想的低噪声放大器(LNA)都可以具有这样的负载)可以影响该被动反应网路的共鸣频率，而因此当估算该网路组件时，较佳的是考量此负载。具体来说，在该低噪声放大器(LNA)206的正向与负向输入终端处，该被动反应网路都可以见到串连至接地面的电阻器401与电容器402的等价功能负载。在一实施例中，该电阻器401与电容器402的数值分别是27欧姆与2.7微微法拉(pF)。
虽然所描述的本发明实施例已经参考伴随图式详细描述，应该了解的是本发明并不限制于那些精确说明的实施例。其并非用来穷尽或限制于此处所公布本发明的精确形式，而可以进行许多修正与变化。举例而言，虽然在此描述的实施例连接至该低噪声放大器(LNA)206的正向与负向输入终端，其他的实施例也可以在这些终端之间切换，并维持所叙述的功能与优点。因此，一”第一”输入终端便可参考为低噪声放大器(LNA)的正向与负向输入终端之一。同样的，一”第一”输入终端便可参考为低噪声放大器(LNA)的另一输入终端。
另外注意虽然在上述实施例中讨论了具体的组件，也可以使用能够提供适当功能的其他组件。举例而言，在第5图中所显示的一般实施例中，一准巴伦电路500可以包含节点501-504，其中该输入节点501是连接至该输入信号，该节点502为一中间节点，该输出节点503也可连接至该低噪声放大器(LNA)520的一输入终端，而该输出节点504可以连接至该低噪声放大器(LNA)520的另一输入终端。一组件505，其在该输入节点501与该中间节点502之间连接，可以利用一电感器、一电容器或一短路(换言之，电线)实作。一组件506，其在该中间节点502与该输出节点503之间连接，可以利用一电感器、一电容器或一短路实作。一组件507，其在该中间节点502与该输出节点504之间连接，可以利用一电感器、一电容器或一短路实作。一组件509，其在存在时于该输出节点503与接地面之间连接，可以利用一电感器或一电容器实作。一组件510，其在存在时于该输出节点503与接地面之间连接，可以利用一电感器或一电容器实作。一组件508，其在存在时于该中间节点502与接地面之间连接，可以利用一电感器或一电容器实作。注意为了适当地做为一准巴伦电路，该组件506与507之一为一电感器。组件508、509与510则可以选择性存在。
据此，其预期本发明观点是由后述申请专利范围与其等价物所定义。
100、120 巴伦电路
110、201 不平衡输入
111 转换器
115、116、122、123、125、202、205、212 电容器
118、206、520 低噪声放大器
121、401、402 电阻器
124 相称网路
126、204、213 电感器
200、210、500 准巴伦电路
203、211 被动反应网路
206、214 节点
501 输入节点
502 中间节点
503、504 输出节点
505、506、507、508、509、510 组件
Claims (2)
1.一种用以接收一不平衡输入并提供信号至一平衡输入低噪声放大器(LNA)的准巴伦电路，该准巴伦电路由以下部分组成：
一电容器，连接于一节点与该不平衡输入之间；以及
一电感器，其具有一第一终端及一第二终端，该第一终端与该低噪声放大器(LNA)的一第一输入终端连接，而该第二终端与该节点连接，
其中该节点则连接至该低噪声放大器(LNA)的一第二输入终端，
其中该准巴伦电路提供介于该低噪声放大器(LNA)的所述第一与第二终端之间的一相位差，该相位差小于180度。
2.一种用以接收一不平衡输入并提供信号至一平衡输入低噪声放大器(LNA)的准巴伦电路，该准巴伦电路由以下部分组成：
一第一电容器，其连接于一节点与该不平衡输入之间；以及
一第二电容器，其连接于所述节点与接地面之间；
一电感器，其具有一第一终端及一第二终端，该第一终端与该低噪声放大器(LNA)的一第一输入终端连接，而该第二终端与该节点连接，
其中该节点则连接至该低噪声放大器(LNA)的第二输入终端，
其中该准巴伦电路提供介于该低噪声放大器(LNA)的所述第一与第二终端之间的一相位差，该相位差小于180度。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: American California Applicant after: Atheros Comm Inc. Address before: American California Applicant before: Atheros Comm Inc. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: ATHEROS COMM INC. TO: QUALCOMM ATHEROS CO., LTD |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: QUALCOMM INC. Free format text: FORMER OWNER: QUALCOMM ATHEROS CO., LTD Effective date: 20130506 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130506 Address after: American California Patentee after: Qualcomm Inc. Address before: American California Patentee before: Atheros Comm Inc. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120613 Termination date: 20150626 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |