CN1983712B - 具滤波器功能的平衡至非平衡转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，包括：一非平衡单端输出入端口、第一传输线及第二传输线、一平衡输出入端口、第三传输线及第四传输线、一第五传输线及一串联电容。该平衡至非平衡转换器使用一多层基板，该多层基板的上下层设计有垂直耦合的传输线以提升传输效能；该平衡至非平衡转换器并于单端输出入端口连接有一电容与一传输线，使该平衡至非平衡转换器兼具有带通滤波器的功能。

Description

具滤波器功能的平衡至非平衡转换器

技术领域

本发明涉及一种具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，尤其涉及一种使用多层基板的平衡至非平衡转换器，其中该多层基板的上下层设计有垂直耦合的传输线以提升传输效能，并可缩减平面耦合元件所需面积；该平衡至非平衡转换器并于单端输出入端口连接有一电容与一传输线，使该平衡至非平衡转换器的阻抗得以更佳匹配，且同时兼具有带通滤波器的功能。

背景技术

近年来在无线通信应用中，平衡式输出的芯片电路设计占了绝大多数，其中包含功率放大器、射频收发器等，其优点在于以差模输出的电路可减少高频噪声的影响。而平衡至非平衡转换器(balance to unbalance transformer，Balun)的功能即在于将无线通信收发模块中一个非平衡式的信号(unbalancedsignal)转换成一对大小相同且相差180度的平衡式差模信号(balanceddifferential signal)，如此便可借助差模信号的传递来减少共模噪声；当然其也可将一对平衡式差模信号转换成一个非平衡式的信号。除了上述平衡至非平衡转换器之外，另一个重要的关键元件即为滤波器，其功能为滤除不想要的干扰信号，以提高信号传输质量。

平衡至非平衡转换器与滤波器电路虽可利用离散的表面接着式元件(SMD，Surface Mounted Device)电容及电感设计而成，但以多个离散被动元件所组合而成的电路，常有设计元件值与实际元件值不符的情形，且因需使用多个离散被动元件，若其中有一离散元件焊接不当而开路，其结果将影响整个电路模块的工作，所以现今多已不用离散被动元件来设计平衡至非平衡转换器与滤波器电路。

现有技术所揭兼具平衡至非平衡转换器与滤波器功能的电路，如美国专利第6,803,835号”Integrated Filter Balun”，其提出将平衡至非平衡转换器与滤波器组合在一起的各种方式，其中平衡至非平衡转换器的设计，包含使用分布式四分之一波长、四分之三波长的传输线设计；滤波器的设计则包含ladder与lattice等谐振方式的滤波器。虽然此专利提出将平衡至非平衡转换器与滤波器组合在一起所需面积约与仅单独设计一平衡至非平衡转换器所需面积相当，但其架构需要较多的元件以达成滤波器的功能。

再如美国专利第6,791,431号”Compact Balun with Rejection Filter for802.11A and 802.11B Simultaneous Operation”，此专利主要利用一个180度的Hybrid电路与一个带拒滤波器以达成兼具平衡至非平衡转换器与滤波器功能，但是其缺点是使用Hybrid电路结构的平衡至非平衡转换器需要额外的一个50欧姆电阻，并且其传输线线长为二分之三波长，尺寸较大。

此外，Electronics Letters于2002年5月23日刊登的期刊论文”LTCC-MLCChip-type Balun Realised by LC Resonance Method”虽已应用垂直耦合传输线的设计于平衡至非平衡转换器，但此期刊论文尚未揭示兼具平衡至非平衡转换器与滤波器功能的电路架构。由上所述，现有技术所揭兼具平衡至非平衡转换器与滤波器功能的电路架构，尚未揭露垂直耦合的传输线设计，更未提及使用多层的复合材料基板，导致现有兼具有平衡至非平衡转换器与滤波器功能的电路架构所占面积及元件尺寸仍然过大，尚具有改进的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，借助使用一多层基板结构，在现有的平衡至非平衡转换器加入滤波器的功能，以达成将平衡至非平衡转换器与滤波器合而为一的效果。

本发明的次要目的是利用垂直耦合设计的平衡至非平衡转换器，大幅缩减原先电路所需面积，且可将滤波器直接设计于多层的印刷电路基板、陶瓷基板或集成电路基板中，并可广泛应用于无线通信统中的平衡至非平衡转换器。

为实现上述目的，本发明提供一种具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，该平衡至非平衡转换器设计于一多层基板内，该平衡至非平衡转换器包括：一非平衡单端输出入端口，设置于该多层基板的一层，包括一单端端点，以连接外部非平衡式元件；第一传输线及第二传输线，设置与该非平衡输出入端口同层，第一传输线及第二传输线互相连接；一平衡输出入端口，设置于该多层基板的另一层，包括两差模传输组端点，以连接外部平衡式元件；第三传输线及第四传输线，设置与该平衡输出入端口同层，第三传输线及第四传输线互相连接并分别与该平衡输出入端口的两差模传输组端点连接，且分别与第一传输线及第二传输线垂直耦合；一第五传输线，设置与第一传输线及第二传输线同层，并与第一传输线或第二传输线连接；一串联电容，设置与第五传输线同层，其一端与第五传输线连接，另一端与非平衡单端输出入端口的单端端点连接。

本发明所提出的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，该平衡至非平衡转换器使用一多层基板，该多层基板的上下层设计有垂直耦合的传输线以提升传输效能，并可缩减平面耦合元件所需面积；该平衡至非平衡转换器并于单端输出入端口连接有一电容与一传输线，使该平衡至非平衡转换器的阻抗得以更佳匹配，且同时兼具有带通滤波器的功能。

附图说明

图1为现有平面式的平衡至非平衡转换器示意图；

图2为本发明的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器示意图；

图3为本发明的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器布线图；

图4为本发明具滤波器功能的平衡至非平衡转换器实施例的电气特性结果图；

图5A为本发明具滤波器功能的平衡至非平衡转换器实施例的波幅大小平衡结果图；

图5B为本发明具滤波器功能的平衡至非平衡转换器实施例的相位平衡结果图；

图6A为本发明具滤波器功能的平衡至非平衡转换器实施例的宽边耦合传输线侧边增加矩形状图案示意图；

图6B为本发明具滤波器功能的平衡至非平衡转换器实施例的宽边耦合传输线侧边增加三角形状图案示意图；

图6C为本发明具滤波器功能的平衡至非平衡转换器实施例的宽边耦合传输线侧边增加半圆形状图案示意图；

图6D为本发明具滤波器功能的平衡至非平衡转换器实施例的非等线宽传输线示意图；

其中，附图标记：

100、200：平衡至非平衡转换器

101、201、301：单端输出入端口

102a、102b、202a、202b、302a、302b：端点

102、202、302：差模传输组输出入端口

103a、103b、104a、104b：传输线

203a、203b、204a、204b：耦合传输线

205：传输线            303a：第一传输线

304a：第二传输线       303b：第三传输线

304b：第四传输线       305：第五传输线

206、306：串联电容     306a：第一电极

306b：第二电极         207、307：第一接地连结

208、308：第二接地连结 401：第一金属层

402：第二金属层        403：第三金属层

404：第四金属层

具体实施方式

为使贵审查委员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，兹配合附图详细说明如后：

图1所示为现有平面式Marchand架构的平衡至非平衡转换器示意图，其中端点101为单端输出入端口、102为端点102a与端点102b所组成的差模传输组输出入端口，此平衡至非平衡转换器100于同一平面使用近似四分之一波长的传输线103a，103b，104a及104b，使得传输线103a与传输线103b之间及传输线104a与传输线104b之间产生中心频段的边缘耦合效应，以达成平衡至非平衡转换器的功能。

本发明的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器架构示意图，如图2所示，其中端点201为单端输出入端口、202为端点202a与端点202b所组成的差模传输组输出入端口，平衡至非平衡转换器200使用一多层的基板，其中于基板的上层布设互相连接的宽边耦合传输线203a及204a，于基板的下层也布设宽边耦合传输线203b、204b及第一接地连结207、第二接地连结208，使得203a与203b之间及204a与204b之间产生大面积的垂直耦合效应，可显著提升传输效能，并大幅缩减原先位于同一平面而只能以边缘耦合的传输线尺寸及面积。此外，本发明并在单端输出入端口201与基板上层的宽边耦合传输线203a之间加上一传输线205及一串联电容206，使平衡至非平衡转换器200的阻抗得以更佳匹配，且加入的该传输线205及该串联电容206可于该多层基板内形成一带通滤波器，使得该平衡至非平衡转换器200借助本发明的设计可兼具有带通滤波器的功能。

图3所示为本发明的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器布线图，其中使用一至少包含四层的基板结构，本发明的重点即在于将原有的平面式电路转换成立体垂直式的设计，并将原有近似四分之一波长的边缘耦合传输线改为宽边耦合传输线。其中在基板的第一金属层401设计有单端输出入端口301、端点302a与端点302b所组成的差模传输组输出入端口302、相连接的第一传输线303a及第二传输线304a、第五传输线305及串联电容306的第一电极306a，在第二金属层402则设计有第三传输线303b及第四传输线304b、串联电容306的第二电极306b、第一接地连结307及第二接地连结308，第三金属层403接地，第四金属层404也接地。

图4所示为本发明具滤波器功能的平衡至非平衡转换器实施例的电气特性结果图，由图4可得知该实施例将该滤波器设计于约5.25GHz的频段。图5A及图5B所示为本发明具滤波器功能的平衡至非平衡转换器实施例的波幅大小平衡及相位平衡结果图，由图5A及图5B可得知该实施例中的滤波器可达成不错的波幅大小平衡及相位平衡等特性。

此外，本发明的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器也可包括同一平面的边缘耦合传输线及不同平面的垂直耦合传输线，例如将图2中的宽边耦合传输线203a及203b布设于基板的同层，而仍将宽边耦合传输线204a及204b布设于基板的不同层。并且该宽边耦合传输线的一或两侧可增加如图6A、图6B或图6C所示固定间隔的矩形状、三角形状或半圆形状的图案设计，传输线205另可采用如图6D所示的非等线宽设计。

综合上述，本发明提出一种具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，该平衡至非平衡转换器使用一多层基板，该多层基板的上下层设计有垂直耦合的传输线以提升传输效能，并可缩减平面耦合元件所需面积；该平衡至非平衡转换器并于单端输出入端口连接有一电容与一传输线，使该平衡至非平衡转换器的阻抗得以更佳匹配，且同时使该平衡至非平衡转换器具有带通滤波器的功能。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，该平衡至非平衡转换器设计于一多层基板内，其特征在于，该平衡至非平衡转换器包括：

一非平衡单端输出入端口，设置于该多层基板的一层，包括一单端端点，以连接外部非平衡式元件；

第一传输线及第二传输线，设置与该非平衡输出入端口同层，第一传输线及第二传输线串联连接；

一平衡输出入端口，设置于该多层基板的另一层，包括两差模传输组端点，以连接外部平衡式元件；

第三传输线及第四传输线，设置与该平衡输出入端口同层，第三传输线具有第一接地连结，第四传输线具有第二接地连结，该第三传输线和该第四传输线分别与该平衡输出入端口的两差模传输组端点连接，且分别与第一传输线及第二传输线垂直耦合；

一第五传输线，设置与第一传输线及第二传输线同层，并与第一传输线或第二传输线串联连接；

一串联电容，包括第一电极和第二电极，该第一电极设置与第五传输线同层，该第二电极设置与该平衡输出入端口同层，该第一电极与第五传输线连接，该第二电极与非平衡单端输出入端口的单端端点连接，该串联电容同该第五传输线形成一带通滤波器，并使该平衡至非平衡转换器的阻抗得以更佳匹配。

2.根据权利要求1所述的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，其特征在于，该滤波器与该平衡至非平衡转换器于该多层基板内连接。

3.根据权利要求1所述的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，其特征在于，该多层基板可为印刷电路基板、陶瓷基板或集成电路基板。

4.根据权利要求1所述的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，其特征在于，该第一传输线、第二传输线、第三传输线及第四传输线的一或两侧可增加固定间隔的矩形状、三角形状或半圆形状图案。

5.根据权利要求1所述的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，其特征在于，该第五传输线为非等线宽传输线。

6.一种具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，该平衡至非平衡转换器设计于一多层基板内，其特征在于，该平衡至非平衡转换器包括：

一非平衡单端输出入端口，设置于该多层基板的一层，包括一单端端点，以连接外部非平衡式元件；

第一传输线及第二传输线，设置与该非平衡输出入端口同层，第一传输线及第二传输线串联连接；

一平衡输出入端口，设置于该多层基板的另一层，包括两差模传输组端点，以连接外部平衡式元件；

第三传输线，设置与该非平衡输出入端口同层，具有第一接地连结，并与同层的第一传输线或第二传输线边缘耦合；

第四传输线，设置与该平衡输出入端口同层，具有第二接地连结，并与不同层的未与第三传输线耦合的第一传输线或第二传输线垂直耦合；

一第五传输线，设置与第一传输线及第二传输线同层，并与第一传输线或第二传输线串联连接；

一串联电容，包括第一电极和第二电极，该第一电极设置与第五传输线同层，该第二电极设置与该平衡输出入端口同层，该第一电极与第五传输线连接，该第二电极与非平衡单端输出入端口的单端端点连接，

该串联电容同该第五传输线形成一带通滤波器，并使该平衡至非平衡转换器的阻抗得以更佳匹配。

7.根据权利要求6所述的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，其特征在于，该滤波器与该平衡至非平衡转换器于该多层基板内连接。

8.根据权利要求6所述的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，其特征在于，该多层基板可为印刷电路基板、陶瓷基板或集成电路基板。

9.根据权利要求6所述的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，其特征在于，该第一传输线、第二传输线、第三传输线及第四传输线的一或两侧可增加固定间隔的矩形状、三角形状或半圆形状图案。

10.根据权利要求6所述的具滤波器功能的平衡至非平衡转换器，其特征在于，该第五传输线为非等线宽传输线。

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