CN212342793U - 使用t线圈部分的人工传输线 - Google Patents
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Abstract
可以至少部分地使用集总或分立电路元件来形成电路,以提供可以模仿相应的实际传输线结构的电气特性的人工传输线结构。与缺少这种集总或分立元件的实际传输线结构相比,这种人工传输线结构通常可以占用更少的面积。可以使用两个或更多个来形成这种人工传输线结构,诸如通过级联如本文所示和所述的这种单元。本发明人已经认识到,除其他外,人工传输线结构的单位单元可以包含具有磁耦合电感器的t线圈部分。除其他应用外,这种人工传输线结构可以用于诸如相移的应用或提供具有基本恒定的群延迟的延迟线。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年5月23日递交的、申请号为16/421,226的美国申请的优先权,其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本文件总体上但非限制性地涉及可以用于处理模拟域中的电信号的装置和技术,并且更具体地涉及使用类似传输线性能的一个或多个滤波或延迟电信号。
背景技术
传输线结构可以被定义为一种电气结构,其中该结构的物理尺寸等于或大于由传输线结构传输的信号的波长。例如,具有与波长的至少十分之一、波长的至少四分之一、波长的至少一半或更大程度相当的物理尺寸(诸如长度)的结构可以称为表现出传输线特性。在另一种表述中,传输线结构可以被认为是一种电气结构,其中传输线结构本身的电气特性实质上影响或支配由驱动传输线结构的源所遇到的阻抗和驱动传输线结构的远端处的负载的阻抗。
发明内容
传输线结构具有多种应用。例如,在微波和毫米波电路中,传输线结构可以部分用于实现不平衡变压器(例如,将不平衡或单端信号转换为平衡信号)、匹配电路系统、延迟线、功率组合器或耦合器(作为说明性示例)。在各种应用中,传输线的电长度是工作波长的指定部分,以使合并该传输线的电路能够正常工作。如上所述,电长度通常对应于传输线结构的物理尺寸,并且这种电长度受传输线结构周围的介质的介电特性影响。本发明人已经认识到,除其他外,对传输线结构的最小长度的约束可能使这种结构难以(或根本不能)在射频或微波单片集成电路或集成模块中有效地实现,特别是在工作频率低于例如大约十吉赫兹(GHz)时。换句话说,在缺少本主题的情况下,当工作波长接近厘米的很大一部分或更多时,物理尺寸或电路面积可能会阻止在单片电路中使用传输线结构。
为了解决这些挑战,本发明人已经认识到,除其他外,使用集总或分立电路元件可以至少部分地形成电气电路(诸如,包括双端输入和双端输出的“两个端口”电路)以提供可以模仿相应实际传输线结构的电气特性的人工传输线结构。与缺少这种集总或分立元件的实际传输线结构相比,这种人工传输线结构通常可以占用更少的面积。在这种结构的变型中,除了集总或分立元件之外,人工传输线结构还可以利用短的实际传输线段。
可以使用两个或更多个“单位单元”来形成人工传输线结构,诸如通过级联如本文所示和所述的这种单元。本发明人已经认识到,除其他外,人工传输线结构的单位单元可以包含具有磁耦合电感器的t线圈部分。可以在中间值处确立与电感器之间的相互磁耦合相对应的耦合系数,以帮助使人工传输线结构的相位响应线性化。这种人工传输线结构除其他应用外可以用于诸如相移之类的应用,或者用于提供具有基本恒定的群延迟(在指定的工作带宽上)的延迟线。
在示例中,诸如包括电子电路,人工传输线结构可以包含至少两个单位单元,其中在至少两个单位单元中的单位单元包括:第一t线圈部分,其由与第二电感器相互磁性耦合并且串联导电耦合的第一电感器和与第一电感器和第二电感器之间的节点耦合的第一分流电容器限定;以及第三电感器,其与第二电感器导电耦合。第三电感器可以被布置为抑制或约束与第一电感器和第二电感器的相互磁耦合。可以指定第一、第二和第三电感器在指定的频率范围内提供基本线性的相位响应。在说明性示例中,对应于第一电感器和第二电感器之间的相互磁耦合的耦合系数被确立在零和一之间的中间值处以提供基本线性的相位响应,诸如具有大约0.5与大约0.7之间的中间值。在一个示例中,移相器电路可以包含将输入端口耦合到输出端口的至少两个可选电路径,其中至少两个可选电路径之一包括人工传输线结构。
在一个示例中,一种技术可以包含使用如本文其他示例中所述的电子电路。例如,该技术(诸如方法)可以包含使用移相器电路来控制电信号的延迟值,该方法包括接收控制信号,并且作为响应,选择性地通过第一电路径将电信号耦合至提供第一指定相移或通过第二电路径将电信号耦合至提供与第一指定相移不同的第二指定相移中的一个,其中第一电路径包括人工传输线结构,该人工传输线结构包括至少两个单位单元,其中至少两个单位单元中的相应单位单元包括:第一t线圈部分,其由与第二电感器相互磁耦合并且串联导电耦合的第一电感器和耦合至第一电感器和第二电感器之间的节点的第一分流电容器限定;以及第三电感器,其与第二电感器导电耦合。
通常,可以在诸如单片集成的集成电路封装或模块内全部或部分地实施本文件中描述的示例。
本发明内容旨在提供本专利申请的主题的概述。这并不旨在提供对本发明的排他或详尽的解释。包含详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中,相同的数字可在不同的视图中描述类似的组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似组件的不同示例。作为示例,附图通常以非限制方式说明本文件中讨论的各种实施例。
图1A总体上示出了包括可以包含两个或更多个单位单元的人工传输线的示例,该单位单元包括相应的t线圈布置。
图1B总体上示出了包括形成t线圈布置的磁耦合电感器的单位单元的等效电路表示,诸如对应于来自图1A的人工传输线的单位单元。
图2A展示了包括振幅响应图的说明性示例,该振幅响应图通过使用在磁耦合电感器之间具有各种耦合系数的人工传输线的仿真而获得的。
图2B展示了包括相位响应图的说明性示例,该相位响应图通过使用在磁耦合电感器之间具有各种耦合系数的人工传输线的仿真而获得的。
图3A总体上示出了包括可以用于提供人工传输线的另一个单位单元拓扑的示例。
图3B总体上示出了包括可以用于提供人工传输线的又一个单位单元拓扑的示例,类似于图3A的单位单元,但包含第二电容器。
图4A总体上示出了包括可以用于提供人工传输线的又一个单位单元拓扑的示例。
图4B总体上示出了包括可以用于提供人工传输线的又一个单位单元拓扑的示例。
图5A总体上示出了包括差分电感器的示例,该差分电感器诸如可以被制造为单片集成电路的一部分,或者可以被包含为集成模块的一部分,诸如以提供形成人工传输线的单位单元的一部分。
图5B展示了可以用于提供差分电感器的导电层的布局的说明性示例。
图6展示了移相器电路拓扑的说明性示例,诸如可以包括相对于本文件中的其他示例示出和描述的一个或多个人工传输线。
图7总体上示出了一种技术,诸如一种方法,包括:接收控制信号,并且作为响应,诸如通过使用如在图6中示例性地展示的移相器电路拓扑来选择性地通过第一电路径或第二电路径耦合电信号。
具体实施方式
传输线结构通常具有相关的电气特性,诸如时间延迟(例如,群延迟)、相移、特性阻抗或其他参数。如上所述,可以使用集总或分立元件来形成人工传输线结构以提供类似于实际传输线结构的电性能。在实际的传输线结构中,电气特性,诸如每单位长度的电容、每单位长度的电感、电导和分流电阻通常由形成传输线结构的导体和介电材料的分布电气特性造成。相反,在人工传输线结构中,至少一些电元件是集总组件,诸如电感器或电容器。各种拓扑可以用于提供人工传输线。例如,可以使用串联连接的电容器和分流连接的电感器确立左手人工传输线。类似地,可以使用串联连接的电感器和分流连接的电容器确立右手人工传输线。可以使用串联连接的电感器和电容器以及包括并联连接的电感器和电容器的并联网络的组合来形成“复合”右手和左手结构。
如以上简要提到的,本发明人已经认识到,除其他外,可以使用两个或更多个级联的单位单元来形成人工传输线结构,其中单位单元包含相应的t线圈部分。作为说明性示例,包含此类单位单元的人工传输线结构可以提供与实际传输线结构类似的电气特性,包含确立指定的特性阻抗(定义为电压振幅除以通过线路传播的电信号的电流振幅之比)、群延迟或相应的相移。
图1A总体上示出了包括可以包含两个或更多个单位单元110A至110N的人工传输线100的示例,该单位单元包括相应的t线圈部分。可以通过串联耦合的第一电感器L1和第二电感器L2以及耦合到第一电感器L1与第二电感器L2之间的节点和公共节点106的分流电容器C来限定t线圈。图1中所示的人工传输线100可以表示“右旋手”人工传输线单位单元拓扑的变型。耦合的电感器L1和L2可以被磁链接,并且这种磁链可以由介于零和一之间的相互磁耦合系数“k”表示。值为零指示电感器L1和L2之间没有相互磁耦合,值为1表示完美的磁耦合。第一端口102(例如,输入端口)可以由包括节点108和公共节点106的两个终端来限定,并且第二端口104(例如,输出端口)可以由节点112和公共节点106来限定。图1A的示例示出了不平衡的配置,但是也可以以平衡的配置来实施,其中沿着表示公共节点106的线添加了相应的电感。通常,本文件中示出的示例是不平衡的配置,但是也可以使用平衡的配置来实施。部分地,级联的单位单元的计数(例如,包括单位单元110A的副本)可以用于确立指定的相移或时间延迟(例如,群延迟)。
图1B总体上示出了包括形成t线圈布置的磁耦合电感器的单位单元110B的等效电路表示,诸如对应于来自图1A的人工传输线100的单位单元100A。参考图1B中,如果L1=L2=L/2,则传递函数可以表示为传输散射参数“S21”,并且可以表示如下:
从上面的表达式可以看出,相互磁耦合的电感器的使用可以提供带宽扩展。随着“K”趋向于统一,带宽变得更大,如图2A中说明性地所示,其示出了包括振幅响应图的说明性示例,该振幅响应图通过使用在磁耦合电感器之间具有各种耦合系数的人工传输线的仿真而获得。如图2A中所示,当“K”大于零时,-3dB点(其中输出振幅相对于参考输入振幅0dB减小3dB)被扩展到更高的频率,当K=1时带宽无限的理想情况。这种带宽扩展总体上说明,对于单位单元中的t线圈部分耦合电感器的使用可以提供一种人工传输线结构,该结构可以为相同的物理电路尺寸提供更大的可用带宽中的至少一个,或者与其他方法相比,当提供了指定的带宽时,可以减小电路尺寸。
图2B展示了包括相位响应图的说明性示例,该相位响应图使用在磁耦合电感器之间具有各种耦合系数的人工传输线的仿真而获得。如图2B中所示,非耦合电感器的使用提供了高度非线性的相位响应(例如,对应于在K=0时没有相互磁耦合的右手结构)。本发明人已经认识到,除其他外,相位响应可以诸如通过在零和一之间的中间值处确立耦合系数“K”而基本上线性化。例如,如图2B中所示,耦合系数“K”的值可以确立在大约0.5和大约0.7之间(诸如大约0.6)。以这种方式,通过人工传输线的时间延迟(例如,群延迟)可以在指定的工作频率范围内保持恒定(例如,减少通过人工传输线结构传播的信号的离差)。可以使用图1A的单位单元拓扑110A的其他变型化。
例如,图3A总体示出了包括可以用于提供人工传输线的另一单位单元310A拓扑的示例。如图1A的示例中,在图3A中,可以确立具有两个电感器L1和L2以及电容器C的t线圈部分。在图3A的单位单元310A的示例中,第三电感器L3可以耦合在电容器C与电感器L1和L2之间的节点之间。可以确立L3的值以便至少部分地抵消与互感相关联的等效负电感项(例如,如图1B所示的-K(L/2)),所述互感由磁耦合电感器L1和L2形成。另外,或者替代地,L3的值也可以用于调整相位响应以帮助线性化这种相位响应以提供例如恒定的时间延迟(例如,群延迟)。第三电感器L3可以被布置为抑制或约束与第一电感器L1和第二电感器L2的相互磁耦合(例如,通过在空间上使L3横向偏移L1或L2,或者通过限定环路的寄生电感来确立L3,所述环路与限定L1或L2的感应环路基本正交)。
图3B总体上示出了包括可以用于提供人工传输线的又一个单位单元310B拓扑的示例,类似于图3A的单位单元310A,但是包含第二电容器CC,其绕过第一和第二电感器L1和L2。电容器CC的增加提供了另一自由度,以使得能够控制包括两个或更多个单位单元310B的人工传输线的一个或多个特性。
图4A总体示出了包括可以用于提供人工传输线的又一个单位单元410A拓扑的示例。在图4A的示例中,第一和第二电感器L1和L2可以串联连接,其中第一电容器C1连接到电感器L1和L2之间的节点。如在上述示例中那样,L1和L2可以相互磁耦合,诸如在其他示例中具有磁耦合系数“K”。第三电感器L3可以与电感器L2串联连接。第三电感器不必是分立电感器。例如,如果电感器L1和L2被共集成在集成电路内,则电感器L3可以表示与相邻单位单元和单位单元410A之间的导电耦合相对应的指定的寄生电感贡献。第二电容器C2可以耦合到第三电感器L3,诸如在单位单元410A中所示的L2的远端的节点处。以此方式,第三电感器和第四电感器的组合(例如,表示下一个级联的单位单元中的第一电感器)可以被视为另一个t线圈部分,其中包括t线圈的电感器不会相互磁耦合,第二电容器C2耦合到第三和第四电感器之间的节点和公共节点。
图4B总体上示出了包括可以用于提供人工传输线的又一个单位单元410B拓扑的示例,类似于单位单元410A,但是具有耦合到电感器L2和L3之间的节点的第二电容器C2。
在图4A和图4B的说明性示例中,第三电感器L3不与电感器L1或电感器L2相互磁耦合。在图4A和图4B中,单位单元410A和410B提供可以被指定以提供期望的电气特性的几个组件值。例如,如果使用集成的差分电感器拓扑(诸如在图5A和图5B的说明性但非限制性示例中示出和描述的),则系数“K”可以在大约0.7至大约0.8的范围内。可能需要较低的耦合系数“K”(诸如大约0.55)以提供增强的相位线性度。为了补偿集成电路过程提供的实际K值与所需值之间的差异,可以调整其组件参数。例如,可以参数化地改变L3、C1、C2、L1和L2中的一个或多个的值,以在指定的工作带宽上增强跨一个或多个电气特性的性能,作为说明性示例,诸如插入损耗,回波损耗(例如,阻抗匹配性能)或相位线性度。
图5A总体上示出了包括差分电感器515示例500A,诸如可以被制造为单片集成电路的一部分,或者可以被包括为集成模块的一部分,诸如以提供形成人工传输线的单位单元的一部分。诸如关于本文的其他示例所提及的t线圈部分可以包括两个相互磁耦合的电感器。可以使用诸如具有抽头520的差分电感器515来形成这样的电感器,以将电容器(或其他元件)耦合到差分电感器515的两个电感的部分之间的节点。以这种方式,示例500A可以提供人工传输线的单位单元(或单位单元的一部分),诸如具有包括节点508和506的两端输入端口以及包括节点512和节点506的输出端口。作为说明性示例,输出512可以耦合到另一个单位单元或一系列级联的单位单元诸如以提供期望的时间延迟值或相移。
图5B示出了可以用于提供差分电感器515的导电层的布局的说明性示例500B。在示例500B中,集成电路的第一导电层(例如,金属化层)可限定两个或更多个同心绕组的部分。第二导电层525可以用于诸如通过相应的通孔结构来导电地耦合两个或更多个同心绕组的部分。可以提供抽头520,诸如中心抽头(例如,以限定两个等值磁耦合电感器),电容器C可以耦合在抽头520和公共节点506之间。
如关于本文的其他示例所提到的,此文件中描述的人工传输线结构可以用于多种应用。例如,图6展示了移相器电路660拓扑的说明性示例,诸如可以包括相对于本文件中的其他示例示出和描述的一个或多个人工传输线。在图6中,输入信号602可以耦合到具有第一单极双通(SPDT)开关640A的输入端口,以在通过限定第一指定时间延迟(例如,群延迟)的第一路径650A或相应的相移路由输入信号602与通过限定第二不同的指定时间延迟的第二路径650B或相应的相移路由输入信号602之间进行选择。第二SPDT开关640B可以接收输入信号602的延迟表示,诸如将延迟信号路由到输出端口以提供输出信号604。第一SPDT开关640A和第二SPDT开关640B的状态可以使用控制电路670来控制。例如,SPDT开关可以包括固态开关结构(例如,场效应晶体管或其他半导体开关器件)或机械开关(例如,MEMS继电器器件),并且控制电路670可以接收控制信号并产生适当的驱动信号(例如,栅极驱动信号或其他信号)以致动第一开关640A或第二开关640B。第一路径650A或第二路径650B中的一个或多个可以包括人工传输线600,诸如相对于本文的其他示例示出和描述的。例如,人工传输线600可以包括两个或更多个级联的单位单元,其包括相应的t线圈部分,该t线圈部分包含相互磁耦合的电感器。
图7总体上示出了一种技术,诸如一种方法,包括在705处接收控制信号,并且作为响应在710处,通过第一电路径或第二电路径选择性地耦合电信号,诸如使用如图6中说明性地示出的移相器电路拓扑。
本文件中的每个非限制性方面可以独立存在,或者可以与本文件中描述的一个或多个其他方面或其他主题以各种排列或组合的方式进行组合。
以上详细描述包含对形成详细描述的一部分的附图的参考。附图通过说明的方式示出了可以实践本发明的具体实施例方式。这些实施例方式通常也被提及为“示例”。此类示例可以包含除了所示出或描述的元件之外的元件。然而,本发明人还考虑了仅提供示出或描述的那些元件的示例。此外,本发明人还考虑关于特定示例(或其一或多个方面)或关于本文示出或描述的其他示例(或其一或多个方面)使用示出或描述的那些元件(或其一或多个方面)的任何组合或排列的示例。
如果本文件与通过引用并入的任何文件之间的用法不一致,则以本文件中的用法为准。
在本文件中,如在专利文件中常见的那样,使用术语“一”或“一个”来包括一个或多于一个,这独立于“至少一个”或“一或多个”的任何其他示例或用法。在本文件中,除非另有指示,否则术语“或”用于指代非排他性的,使得“A或B”包含“A而不是B”、“B而不是A”以及“A和B”。在本文件中,使用术语“包含(including)”和“其中(in which)”作为相应的术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等同物。而且,在以下权利要求中,术语“包含(including)”和“包括(comprising)”是开放式的,即,包含除列在权利要求书中的此类术语之后的那些元件之外的元件的系统、器件、构成、提法或处理程序仍然被视为属于所述权利要求的范围。此外,在以下权利要求中,术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签,而不旨在对其对象施加数字要求。
可至少部分地以机器或计算机实施本文描述的方法示例。一些示例可以包含用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质,所述指令可操作来配置电子器件以执行如上述示例中描述的方法。此类方法的实现可以包括代码,诸如微码、汇编语言代码、高级语言代码或诸如此类的代码。此类代码可以包含用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外,代码可以有形地存储在一或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上,诸如在执行期间或其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可以包含但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如,光盘和数字视频盘)、磁带、存储卡或记忆棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等等。
以上描述意在说明性的而并非限制性的。例如,上述示例(或其一或多个方面)可以彼此组合使用。诸如本领域一般技术人员在查看以上描述时可以使用其他实施例。说明书摘要被提供以允许读者快速确定技术公开的性质。在提交时应理解,其不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。而且,在以上具体实施例中,可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应当被解释为意图是未主张保护的公开功能对于任何权利要求是必不可少的。相反,发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此,以下权利要求特此被结合到具体实施例中,其中每个权利要求独立地作为单独的实施例,并且可以预期,此类实施例以各种组合或排列可以彼此组合。应参考所附权利要求以及此类权利要求的等同物的全部范围来确定本发明的范围。
Claims (17)
1.一种限定人工传输线结构的电子电路,其特征在于,所述电子电路包括至少两个单位单元,其中所述至少两个单位单元中的相应单位单元包括:
第一t线圈部分,其由与第二电感器相互磁耦合并且串联导电耦合的第一电感器和耦合至所述第一电感器与所述第二电感器之间的节点的第一分流电容器限定;以及
第三电感器,其与所述第二电感器导电耦合;
其中所述第三电感器被布置成抑制或约束与所述第一电感器和所述第二电感器的相互磁耦合。
2.根据权利要求1所述的电子电路,其中所述第三电感器与所述第一分流电容器串联导电耦合。
3.根据权利要求2所述的电子电路,包括连接成绕过所述第一和第二电感器的第二电容器,所述第二电容器连接在所述第一t线圈部分的输入节点与所述第一t线圈部分的输出节点之间。
4.根据权利要求1所述的电子电路,其中所述第一、第二和第三电感器的值被指定为在指定的频率范围内提供基本线性的相位响应。
5.根据权利要求1所述的电子电路,其中将与所述第一电感器和所述第二电感器之间的相互磁耦合相对应的耦合系数确立在零与一之间的中间值处,以提供基本线性的相位响应。
6.根据权利要求5所述的电子电路,其中所述中间值在0.5与0.7之间。
7.根据权利要求1所述的电子电路,其中所述第一和第二电感器具有相同的自感值。
8.根据权利要求1所述的电子电路,其中所述第三电感器与所述第二电感器串联耦合。
9.根据权利要求8所述的电子电路,包括由所述第三电感器和第四电感器限定的第二t线圈部分,所述第二t线圈部分包括耦合至所述第三电感器和所述第四电感器之间的节点的第二分流电容器。
10.根据权利要求9所述的电子电路,其中所述第三电感器和所述第四电感器被布置成抑制或约束彼此之间的相互磁耦合。
11.根据权利要求8所述的电子电路,包括耦合到所述第二电感器和所述第三电感器之间的节点的第二分流电容器。
12.根据权利要求1所述的电子电路,其中所述第一和第二电感器由对称差分电感器限定。
13.根据权利要求1所述的电子电路,其中所述第一和第二电感器具有所述相同的自感值。
14.根据权利要求1所述的电子电路,包括移相器电路,所述移相器电路包含将输入端口耦合到输出端口的至少两个可选电路径,其中所述至少两个可选电路径之一包括所述人工传输线结构。
15.一种限定集成移相器电路的电子电路,其特征在于,所述电子电路包括:
提供第一指定相移的第一电路径,所述第一电路径包括人工传输线结构,所述人工传输线结构包括至少两个单位单元,其中所述至少两个单位单元中的相应单位单元包括:
第一t线圈部分,其由与第二电感器相互磁耦合并且串联导电耦合的第一电感器和耦合至所述第一电感器与所述第二电感器之间的节点的第一分流电容器限定;以及
第三电感器,其与所述第二电感器导电耦合;
其中所述第三电感器被布置成抑制或约束与所述第一电感器和所述第二电感器的相互磁耦合;以及
第二电路径,以提供不同于所述第一指定相移的第二指定相移;
至少第一开关,以响应于控制信号而选择性地通过所述第一电路径或所述第二电路径耦合输入信号。
16.根据权利要求15所述的电子电路,其中所述第一、第二和第三电感器的值被指定为在指定的频率范围内提供基本线性的相位响应。
17.根据权利要求15所述的电子电路,其中与所述第一电感器和所述第二电感器之间的相互磁耦合相对应的耦合系数确立在0.5与0.7之间的中间值。
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