DE102008003396B4 - Leistungsverstärkersystem und zugehöriges Verfahren - Google Patents
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Abstract
Leistungsverstärkersystem, welches aufweist: eine Mehrzahl Leistungsverstärker, wobei jeder Leistungsverstärker wenigstens einen Ausgangsanschluss aufweist; mehrere Primärwicklungen mit einer ersten Anzahl Windungen, wobei jede Primärwicklung an wenigstens einen Ausgangsanschluss der Mehrzahl von Leistungsverstärkern angeschlossen ist; und eine einzige Sekundärwicklung, die mit der Mehrzahl an Primärwicklungen induktiv gekoppelt ist, wobei die Sekundärwicklung eine zweite Anzahl an Windungen aufweist, die größer als die erste Anzahl an Windungen ist, wobei jede der mehreren Primärwicklungen einen Mittelanzapfungsanschluss aufweist, sowie: wenigstens einen Abstimmblock, der an einen Mittelanzapfungsanschluss der mehreren Primärwicklungen angeschlossen ist, wobei der wenigstens eine Abstimmblock einen oder mehrere Resonanzkreise aufweist, der bzw. die eine oder mehrere kapazitive Komponenten und eine oder mehrere induktive Komponenten aufweist bzw. aufweisen, die in Reihe oder parallel zwischen den Mittelanzapfungsanschluss und ein Erdpotential geschaltet sind.
Description
- Für diese Anmeldung wird die Priorität der provisorischen US-Anmeldung Nr. 60/884,374, angemeldet am 10. Januar 2007, mit dem Titel ”Systems and methods for radio frequency (RF) power amplifiers with voltage boosting multi-primary transformers” beansprucht.
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Ausführungsformen der Erfindung betreffen im Allgemeinen Leistungsverstärker, und insbesondere ein Leistungsverstärkersystem und ein Verfahren für spannungsanhebende Transformatoren zur Kopplung eines oder mehrerer Leistungsverstärker mit einer Last.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Aufgrund des explosiven Wachstums der Mobilkommunikationsindustrie wurden viele Anstrengungen unternommen, mobile Anwendungsfunktionen (zum Beispiel rauscharme Verstärker, Mischer, spannungsgesteuerte Oszillatoren etc.) in der Technologie eines einzigen Halbleiters (zum Beispiel in einem einzigen Chip) zu integrieren. Jedoch weist das vollständige Integrieren eines Leistungsverstärkers auf einem einzigen Chipbereich verschiedene Schwierigkeiten auf. Insbesondere erfordern sperrige Leistungsanpassungsstrukturen einen großen Chipbereich, und wenn die Anpassungsstruktur über den gesamten Chipbereich verteilt ist, dann kann die hohe Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers die Leistung anderer mobiler Anwendungsfunktionen verschlechtern. Somit sollte bei einigen Anwendungen die Anpassungsstruktur von Leistungsverstärkern von anderen mobilen Anwendungsfunktionen in einem Bereich isoliert sein, und insgesamt sollte die Größe der Anpassungsstruktur klein sein, so dass sie kostensparend ist, wobei die Ausgangsleistung ausreichend groß ist. Somit besteht ein Erfordernis nach verbesserten Leistungsanpassungsgestaltungen, um ein vollständig integriertes Hochleistungs-Verstärkersystem zu implementieren.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Aus der
DE 10 2004 001 094 A1 ist eine Leistungsverstärkeranordnung bekannt, die mehrere parallel geschaltete Verstärker umfasst. Zur Spannungsversorgung der Verstärker ist ein Gleichspannungskonverter vorgesehen. Schaltungsdeteils eines Abstimmblocks werden nicht offenbart. - Die
US 5 838 723 A offenbart eine Empfangsschaltung für Netzwerke, die einen Transformator mit Primär- und Sekundärwicklungen umfasst. An einer der Primärwicklungen ist die Zuführung einer Bias-Spannung vorgesehen. Diese wird über einen Mittelanzapfungsanschluss zugeführt und durch ein RC-Glied gefiltert. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungsverstärsystem anzugeben, das hoch integriert ist.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Leistungsverstärkersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
- Daneben ist erfindungsgemäß ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vorgesehen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Es wird nun Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
-
1A ein Schaltbild eines spannungsanhebenden Transformators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt, -
1B einen spannungsanhebenden Transformator gemäß einer beispielhaften Ausfuhrungsform der Erfindung darstellt, welcher mit Differentialverstärkern verwendet wird; -
2A eine beispielhafte Layoutstruktur für einen beispielhaften Transformator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt; -
2B eine beispielhafte Layoutstruktur für einen beispielhaften Transformator, der mit Differentialverstärkern verwendet werden kann, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt, -
3 ein Schaltbild des beispielhaften Transformators, in dem ein oder mehrere Abstimmblöcke verwendet werden, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt; -
4 eine beispielhafte Layoutstruktur eines beispielhaften Transformators unter Verwendung eines oder mehrerer Abstimmblöcke gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt; -
5A ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Abstimmblocks gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist; -
5B ein anderes schematisches Diagramm eines beispielhaften Abstimmblocks gemaß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist; -
5C ein anderes schematisches Diagramm eines beispielhaften Abstimmblocks gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist; -
6A eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung darstellt, bei welcher eine Mehrzahl Primärwicklungen mit einer einzigen Sekundarwicklung gekoppelt werden kann; -
6B eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung darstellt, bei welcher eine Mehrzahl Primärwicklungen mit einer einzigen Sekundärwicklung gekoppelt werden kann; -
7 ein Leistungsverstärkersystem darstellt, das einen Transformator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung aufweist; -
8 eine beispielhafte Layoutstruktur eines beispielhaften Transformators unter Verwendung von zwei Primärwicklungen und einer einzigen Sekundarwicklung, wobei das Windungsverhältnis einer Primärwicklung zur einzigen Sekundärwicklung 1:2 ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist; -
9 eine beispielhafte Layoutstruktur eines beispielhaften Transformators unter Verwendung von drei Primärwicklungen und einer einzigen Sekundärwicklung, wobei das Windungsverhältnis einer Primärwicklung zur einzigen Sekundarwicklung 1:2 ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist; -
10 eine beispielhafte Layoutstruktur für einen beispielhaften Transformator, in dem eine Hilfswicklung verwendet wird, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt, -
11 eine beispielhafte Layoutstruktur eines beispielhaften Transformators unter Verwendung von vier Primärwicklungen und einer einzigen Sekundärwicklung, wobei das Windungsverhältnis einer Primärwicklung zur einzigen Sekundärwicklung 1:3 ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist; -
12 eine beispielhafte planare Substratstruktur zur Implementierung eines beispielhaften Transformators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt, -
13 und14 beispielhafte gestapelte Substratstrukturen zur Implementierung beispielhafter Transformatoren gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung darstellen; -
15 eine beispielhafte Mehrlagen-Substratstruktur zur Implementierung eines beispielhaften Transformators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt; -
16 beispielhafte Simulationsergebnisse für den Betrieb eines beispielhaften Transformators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt; und -
17 beispielhafte Messergebnisse für den Betrieb eines beispielhaften Leistungsverstärkers unter Verwendung beispielhafter Transformatoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefugten Zeichnungen beschrieben, in denen einige, aber nicht alle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Tatsächlich können diese Erfindungen in unterschiedlichen Formen verkörpert sein und sollten nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt erachtet werden. Gleiche Ziffern bezeichnen durchgehend gleiche Bestandteile.
- Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung können ein Leistungsverstärkersystem vorsehen, welches einen oder mehrere Verstärker, eine Mehrzahl Transformator-Primärwicklungen mit N1 Windungen und eine einzige Transformator-Sekundärwicklung mit N2 Windungen aufweist. Das Windungsverhältnis jeder der mehreren Primärwicklungen zur Sekundärwicklung kann N1:N2 sein, wobei N1 < N2 ist, wodurch die Spannung jeder Primärwicklung zur Sekundärwicklung in einem Verhältnis von im Wesentlichen N2/N1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung angehoben wird. Jeder Verstärker kann einen Differentialeingang aufweisen, der für gewöhnlich mit einem Systemeingangsanschluss gekoppelt ist, und jede der Primärwicklungen kann mit dem Differentialausgang eines der mehreren Verstärker gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung gekoppelt sein. Die einzige Transformator-Sekundärwicklung kann mit den Transformator-Primärwicklungen induktiv gekoppelt sein und kann einen System-Ausgangsanschluss vorsehen, an welchen eine oder mehrere Lasten gekoppelt sein können.
-
1A stellt ein Schaltbild eines spannungsanhebenden Transformators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dar. Insbesondere kann der Transformator aus1A eine Mehrzahl Primärwicklungen113 ,114 aufweisen, die jeweils N1 Windung(en) haben, sowie eine einzige Sekundärwicklung115 mit N2 Windungen. Die Primärwicklungen113 ,114 können mit der einzigen Sekundärwicklung115 induktiv gekoppelt sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Ströme, die von jeder Primärwicklung113 ,114 induziert werden, in der gleichen Phase an der Sekundärwicklung115 summiert werden. Die Sekundärwicklung115 mit N2 Windungen kann einen System-Ausgangsanschluss116 (Vout) vorsehen, an welchen eine Last117 (Rload) gekoppelt werden kann. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Last117 ein Schalter, ein Multiplexer, ein Filter, eine Antenne oder noch andere Lasten sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Windungsverhältnis jeder der Mehrzahl Primarwicklungen113 ,114 zur Sekundärwicklung115 N1:N2 mit N1 < N2 sein, um die Spannung von jeder der Primärwicklungen113 ,114 zur Sekundärwicklung in einem Verhältnis von im Wesentlichen N2/N1 zu verstarken. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, bei der N2 2 Windungen sind und N1 1 Windung ist, ist das Windungsverhaltnis ½, und die Spannung an der einzigen Sekundärwicklung115 kann um einen Faktor 2 im Vergleich zur Spannung in jeder der Primärwicklungen113 ,114 angehoben werden. - Weiter unter Bezugnahme auf
1A können die Primärwicklungen113 ,114 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung an jeweiligen Leistungsverstärkern AMP1, AMP2 angeschlossen werden. Der Leistungsverstärker AMP1 kann einen oder mehrere Eingänge, wie beispielsweise Differentialeingänge101 (Vin 1+) und104 (Vin 1–) aufweisen, wobei der Eingang101 ein positiver Signaleingang und Eingang104 ein negativer Signaleingang sein kann. Des Weiteren kann der Verstärker AMP1 Ausgänge aufweisen, wie beispielsweise Ausgänge109 und110 , wobei Ausgang109 ein positiver Ausgang und Ausgang110 ein negativer Ausgang sein kann Die Ausgänge109 ,110 können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung an der Primärwicklung113 des Transformators angeschlossen sein. - Gleichermaßen kann der Leistungsverstärker AMP2 einen oder mehrere Eingänge aufweisen, wie beispielsweise Differentialeingänge
105 (Vin 2+) und108 (Vin 2–), wobei der Eingang105 ein positiver Signaleingang und Eingang108 ein negativer Signaleingang sein kann. Gleichermaßen kann der Verstärker AMP2 einen oder mehrere Ausgänge aufweisen, wie beispielsweise Ausgänge111 und112 , wobei Ausgang111 ein positiver Ausgang und Ausgang112 ein negativer Ausgang sein kann. Die Ausgänge111 ,112 können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung an der Primärwicklung114 des Transformators angeschlossen sein. - Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Strom, der von jedem Verstärker AMP1, AMP2 zur Sekundärwicklung geliefert wird, im Wesentlichen i1 = (N/M) × i2 sein, wobei i2 der Strom in der Sekundärwicklung ist, M die Anzahl an Primärwicklungen
113 ,114 ist und N das Windungsverhältnis der Windungen jeder Primärwicklung113 ,114 zu den Windungen der Sekundärwicklung115 ist Gleichermaßen kann die Spannung, die von jedem Verstärker AMP1, AMP2 zur Sekundärwicklung115 geliefert wird, im Wesentlichen vi = (1/N) × v2 sein, wobei v2 die Spannung in der Sekundärwicklung ist und N das Windungsverhältnis der Windungen jeder Primärwicklung113 ,114 zu den Windungen der Sekundärwicklung115 ist. - Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl nur ein einziger Verstärker (zum Beispiel AMP1 oder AMP2) in
1A so dargestellt ist, dass er an den jeweiligen Primärwicklungen113 ,114 angeschlossen ist, andere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung vorsehen können, dass eine Mehrzahl Verstärker an eine Primärwicklung113 ,114 angeschlossen sein kann. Es wird darauf hingewiesen, dass bei einigen Ausführungsformen der Erfindung die Mehrzahl Primärwicklungen113 ,114 , die mit der einzigen Sekundarwicklung115 induktiv gekoppelt sind, eine Impedanzanpassung zwischen der Last117 und den Verstärkern AMP1, AMP2 vorgesehen sein kann. - In
1B ist ein spannungsanhebender Transformator, der mit Differentialverstärkern verwendet werden kann, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Insbesondere kann, wie in1B dargestellt ist, ein erster Verstärker aus Transistoren102 ,103 bestehen, während ein zweiter Verstärker aus Transistoren106 ,107 besteht, die MOSFETs (MOSFET = Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) aufweisen, einschließlich CMOS-(CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor; komplementärer Metalloxid-Halbleiter)Transistoren. Jedoch können bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Transformatoren102 und103 bipolare Flächentransistoren (BJTs = bipolar junction transistors) oder auch noch andere Arten von Transistoren aufweisen. - Wie in
1B dargestellt ist, kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Source von Transistor102 an die Source von Transistor103 angeschlossen und geerdet sein. Das Gate von Transistor102 kann den positiven Signaleingang101 empfangen, wohingegen das Gate von Transistor103 den negativen Signaleingang104 empfangen kann. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Drain von Transistor102 den positiven Ausgang109 vorsehen, wohingegen der Drain von Transistor103 den negativen Ausgang110 vorsehen kann. Gleichermaßen kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Source von Transistor106 an die Source von Transistor107 angeschlossen und geerdet sein. Das Gate von Transistor106 kann den positiven Signaleingang105 empfangen, während das Gate von Transistor107 den negativen Signaleingang108 empfangen kann. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Drain von Transistor106 den positiven Ausgang111 vorsehen, wohingegen der Drain von Transistor108 den negativen Ausgang112 vorsieht. - Weiter unter Bezugnahme auf
1B kann jede der Primärwicklungen113 ,114 jeweils jeweilige Mittelanzapfungsanschlüsse118 ,119 entsprechend Vdd 1 und Vdd 2 aufweisen Die Mittelanzapfungsanschlüsse118 ,119 können an virtuellen Wechselstrom-(AC-)Massen sein, wenn Differentialsignale von den jeweiligen ersten und zweiten Differentialverstärkern für die jeweilige Primärwicklung113 ,114 erzeugt werden. Die Versorgungsspannung der Differentialverstärker kann durch die Mittelanzapfungsanschlüsse118 ,119 eingespeist werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Positionen der Mittelanzapfungsanschlüsse118 ,119 einer mittleren oder symmetrischen Position der jeweiligen Primärwicklung113 ,114 entsprechen. Jedoch können bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Positionen der Mittelanzapfungsanschlüsse118 ,119 sich zu anderen als einer mittleren oder symmetrischen Position verändern, abhängig von den Stärken der von den Differentialverstärkern erzeugten Differentialsignale. - In
2A ist eine beispielhafte Layoutstruktur für einen beispielhaften Transformator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Transformator-Struktur kann eine Mehrzahl Primärwicklungen in Verbindung mit einer einzigen Sekundärwicklung aufweisen. Unter Bezugnahme auf2A konnen zwei Primärwicklungen213 ,214 mit einer einzigen Windung und eine einzige Sekundärwicklung215 mit zwei Windungen vorhanden sein. Der Leistungsverstärker AMP1 kann Eingänge, wie beispielsweise Differentialeingänge201 (Vin 1+),204 (Vin 1–), aufweisen und entsprechende Diffentialausgänge209 ,210 für die erste Primärwicklung213 mit einer einzigen Windung erzeugen. Gleichermaßen kann der Leistungsverstärker AMP2 Eingänge, wie beispielsweise Differentialeingänge205 (Vin 2+),208 (Vin 2–), aufweisen und entsprechende Differentialausgänge211 ,212 für die zweite Primärwicklung214 mit einer einzigen Windung erzeugen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können der Fluss oder die Ströme, die von jeder Primärwicklung213 ,214 induziert werden, in der gleichen Phase bei Sekundärwicklung215 summiert werden. Die Sekundärwicklung215 mit zwei Windungen kann an einen System-Ausgangsanschluss216 (Vout) angeschlossen sein, an den eine Last217 (Rload) gekoppelt sein kann - In
2B ist eine beispielhafte Layoutstruktur für einen beispielhaften Transformator, der mit Differentialverstärkern verwendet werden kann, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie in2B dargestellt, kann ein erster Differentialverstärker aus Transistoren202 und203 bestehen, während ein zweiter Differentialverstärker aus Transistoren206 ,207 bestehen kann. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Erzeugen von Differentialausgängen209 ,210 und211 ,212 durch die Differentialverstärker eine virtuelle Wechselstrom-(AC-)Masse ergeben, die an den Mittelanzapfungsanschlüsse218 ,219 in den jeweiligen Primärwicklungen213 ,214 vorhanden ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Versorgungsspannung der Differentialverstärker durch die Anschlüsse218 ,219 geliefert werden. - In
3 ist ein Schaltbild eines beispielhaften Transformators, in welchem ein oder mehrere Abstimmblöcke verwendet werden, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Insbesondere stellt das Schaltbild aus3 zwei Primärwicklungen113 ,114 mit jeweils N1 Windungen und eine einzige Sekundärwicklung115 mit N2 Windungen dar. Die erste Primärwicklung113 kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung an einen oder mehrere erste Leistungsverstärker angeschlossen werden, die aus Transistoren102 ,103 bestehen können. Gleichermaßen kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die zweite Primärwicklung114 an einen oder mehrere zweite Leistungsverstärker angeschlossen werden, die aus Transistoren106 ,107 bestehen können. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Transistoren102 ,103 ,106 ,107 MOSFETs sein. Jedoch können die Transistoren102 ,103 ,106 ,107 bei anderen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung BJTs oder noch andere Arten von Transistoren sein. - Der erste Leistungsverstärker, der aus Transistoren
102 ,103 besteht, kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung als Differentialverstärker mit einem positiven Signaleingang101 und einem negativen Signaleingang104 konfiguriert sein. Basierend auf den empfangenen Signaleingängen101 und104 kann der erste Differentialverstärker einen entsprechenden positiven Ausgang109 und einen entsprechenden negativen Ausgang110 vorsehen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Ausgänge109 ,110 an die erste Primärwicklung113 angeschlossen sein. Gleichermaßen kann der zweite Leistungsverstärker, der aus Transistoren106 ,107 besteht, gemaß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung als Differentialverstärker mit einem positiven Signaleingang105 und einem negativen Signaleingang108 konfiguriert sein Basierend auf den empfangenen Signaleingängen105 und108 kann der zweite Differentialverstärker einen entsprechenden positiven Ausgang111 und einen entsprechenden negativen Ausgang112 vorsehen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Ausgange111 ,112 an die zweite Primärwicklung114 angeschlossen werden - Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die beiden Primarwicklungen
113 ,114 mit der Sekundärwicklung115 induktiv gekoppelt sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Primärwicklungen113 ,114 jeweils N1 Windung(en) aufweisen, wohingegen die Sekundarwicklung N2 Windungen aufweisen kann, wobei N2 > N1, damit die Spannung der Sekundärwicklung im Vergleich zu den Primärwicklungen113 ,114 angehoben wird. Die Sekundärwicklung kann einen System-Ausgangsanschluss116 (Vout) vorsehen, der zum Beispiel mit einer Last117 (Rload) gekoppelt sein kann. - Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können durch die Verwendung von Differentialverstärkern für die Primärwicklungen
113 ,114 jeweilige Mittelanzapfungsanschlüsse118 ,119 vorgesehen werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann jeder Mittelanzapfungsanschluss118 ,119 an einer virtuellen Wechselstrom-(AC-)Masse sein. Die Versorgungsspannung für die Differentialverstärker kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung durch die jeweiligen Mittelanzapfungsanschlüsse118 ,119 geliefert werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein erster Abstimmblock320 an dem Mittelanzapfanschluss118 für die Primärwicklung113 vorgesehen sein. Gleichermaßen kann ein zweiter Abstimmblock321 an dem Mittelanzapfanschluss119 für die Primärwicklung114 vorgesehen sein. Die Abstimmblöcke320 ,321 konnen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dazu dienen, die Frequenzbänder der Kopplung zu steuern, anzupassen, zu filtern oder auf andere Art abzustimmen - In
4 ist eine beispielhafte Layoutstruktur für einen beispielhaften Transformator unter Verwendung eines oder mehrerer Abstimmblöcke gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Transformator kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Mehrzahl Primärwicklungen aufweisen, die mit einer Sekundärwicklung induktiv gekoppelt sind. Wie in4 dargestellt ist, können zwei Primärwicklungen213 ,214 vorhanden sein, die jeweils eine einzige Windung (N1 = 1) aufweisen, sowie eine Sekundärwicklung215 mit zwei Windungen (N2 = 2). Die Primärwicklung213 kann an einen ersten Verstärker angeschlossen sein, wie beispielsweise einen Differentialverstarker, der aus den Transistoren202 ,203 mit einem positiven Signaleingang201 und einem negativen Signaleingang204 besteht. Der erste Verstärker kann einen positiven Ausgang209 und einen negativen Ausgang210 zur Primärwicklung213 vorsehen. Gleichermaßen kann die Primärwicklung214 an einen zweiten Verstärker angeschlossen sein, wie beispielsweise einen Differentialverstärker, der aus den Transistoren206 ,207 mit einem positiven Signaleingang205 und einem negativen Signaleingang208 besteht Der zweite Verstärker kann einen positiven Ausgang211 und einen negativen Ausgang212 zur Primärwicklung214 vorsehen. - Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Erzeugen von Differentialausgängen
209 ,210 und211 ,212 durch die Differentialverstärker eine virtuelle Wechselstrom-(AC-)Masse ergeben, die an den Mittelanzapfungsanschlüssen218 ,219 in den jeweiligen Primärwicklungen213 ,214 vorhanden ist Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Versorgungsspannung der Differentialverstärker durch die Anschlüsse218 ,219 geliefert werden. Gemaß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein erster Abstimmblock420 an den ersten Mittelanzapfungsanschluss218 angeschlossen sein, wohingegen ein zweiter Abstimmblock421 an den zweiten Mittelanzapfungsanschluss219 angeschlossen sein kann. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der erste und zweite Abstimmblock420 ,421 als Teil des/der gleichen Substrats wie die Transformatorstruktur oder als gesonderte Module hergestellt werden können, die mit der Transformator-Layoutstruktur in Verbindung sind. - Die in den
3 und4 eingeführten Abstimmblöcke können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung auf viele unterschiedliche Arten und Weisen implementiert werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Abstimmblöcke Resonanzkreise aufweisen. In5A ,5B und5C sind einige Beispiele für Resonanzkreise dargestellt, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung als Abstimmblöcke für die Transformatoren verwendet werden können. -
5A ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Abstimmblocks gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Wie in5A dargestellt, kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der Abstimmblock ein Resonanzkreis sein, der aus einer kapazitiven Komponente501 und einer induktiven Komponente502 , die in Reihe angeschlossen sind, besteht Der Anschluss500 des Resonanzkreises kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung an einen Mittelanzapfungsanschluss einer Primärwicklung angeschlossen sein. Der Resonanzkreis aus5A kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine zugeordnete Resonanzfrequenz fn503 aufweisen. - In
5B ist ein weiteres schematisches Diagramm eines beispielhaften Abstimmblocks gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie in5B dargestellt, kann der Abstimmblock ein Resonanzkreis sein, der aus einer kapazitiven Komponente511 besteht, die zu einer induktiven Komponente512 parallel geschaltet ist. Der Anschluss510 des Resonanzkreises kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung an einen Mittelanzapfungsanschluss einer Primärwicklung angeschlossen sein. Der Resonanzkreis kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Resonanzfrequenz fn513 aufweisen. - In
5C ist ein weiteres schematisches Diagramm eines beispielhaften Abstimmblocks gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie in5C dargestellt, kann ein Resonanzkreis mit einer Mehrzahl Resonanzfrequenzen, wie beispielsweise Resonanzfrequenzen fn1527 , fn2528 und fn3529 , vorhanden sein. Zum Beispiel können die kapazitive Komponente521 und die induktive Komponente522 in Reihe geschaltet sein, um eine Resonanzfrequenz fn1527 vorzusehen. Gleichermaßen kann die kapazitive Komponente523 in Reihe mit der induktiven Komponente524 geschaltet sein, um eine Resonanzfrequenz fn2528 vorzusehen. Des Weiteren kann die kapazitive Komponente525 in Reihe mit einer induktiven Komponente526 geschaltet sein, um eine Resonanzfrequenz fn3529 vorzusehen. Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl in5C eine bestimmte Anordnung eines Resonanzkreises dargestellt ist, andere Ausführungsformen der Erfindung unterschiedliche Arten von Reihen- und/oder Parallelresonanzkreisen aufweisen können, ohne von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Der Anschluss520 des Resonanzkreises kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung an einen Mittelanzapfungsanschluss einer Primärwicklung angeschlossen sein. Weiterhin können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung die Abstimmblöcke an anderen Stellen an die Primärwicklungen angeschlossen werden, obwohl dargestellt ist, dass die Abstimmblöcke an die Mittelanzapfungsanschlüsse angeschlossen sind. - Es wird darauf hingewiesen, dass die Werte und Parameter der kapazitiven und induktiven Komponenten aus
5A –5C so gewählt werden können, dass sie eine oder mehrere gewünschte Resonanzfrequenzen aufweisen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die eine oder die mehreren Resonanzfrequenzen des Abstimmblocks dazu dienen, unerwünschte Harmonische bei der einen oder den mehreren Resonanzfrequenzen zu filtern, wodurch die Frequenzen der Kopplung gesteuert werden - In
6A ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher eine Mehrzahl Primärwicklungen an eine einzige Sekundärwicklung gekoppelt werden kann. Insbesondere ist in6A eine Anzahl n an Primärwicklungen616a –n dargestellt, welche jeweils N1 Windungen aufweisen. Die Anzahl n an Primärwicklungen616a –n kann mit einer einzigen Sekundärwicklung619 , welche N2 Windungen aufweist, induktiv gekoppelt werden, wobei N2 > N1 ist. Die Ausgänge610a –n,611a –n jedes Differential-Leistungsverstärkers607a –n können an den jeweiligen Eingang der Primärwicklungen616a –n angeschlossen sein. Insbesondere können die positiven Signalausgänge610a –n und die entsprechenden negativen Signalausgänge611a –n der Differentialverstärker an die Eingänge der jeweiligen Primärwicklungen616a –n angeschlossen sein. Die positiven Signaleingänge601a –n und die entsprechenden negativen Signaleingänge602a –n können an jeweiligen Verstärkern, wie beispielsweise Differentialverstärkern607a –n, vorgesehen sein. Jeder der Flüsse oder Ströme, die durch die mehreren Primärwicklungen616a –n induziert wurden, kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in der gleichen Phase an der Sekundärwicklung619 summiert werden. Die Sekundärwicklung619 kann einen Systemausgangsanschluss620 (Vout) vorsehen, an welchen eine Last621 (Rload) gekoppelt werden kann. Virtuelle AC-Massen können an den Mittelanzapfungsanschlüssen622a –n verfügbar sein, an denen die Differentialsignale der jeweiligen Differentialverstärker607a –n in die Primärwicklung induzieren. Somit kann die Versorgungsspannung des Differentialverstärkers durch die Anschlüsse622a –n eingespeist werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können an den Mittelanzapfungsanschlüssen622a –n ebenfalls Abstimmblöcke vorgesehen sein, welche wie hierin beschrieben Resonanzkreise aufweisen können. - In
6B ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in welcher eine Mehrzahl Primärwicklungen an eine einzige Sekundärwicklung gekoppelt werden kann. In6B ist dargestellt, dass die in den Transformatoren verwendeten Verstärker Differentialverstärker sein können. Wie in6B dargestellt, kann eine Mehrzahl Differentialverstärker an jeweilige Primärwicklungen616a –n angeschlossen werden. Wie in6B dargestellt, kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein erster Differentialverstärker aus Transistoren607a und608a bestehen. Gleichermaßen kann ein zweiter Differentialverstärker aus Transistoren607b und608b bestehen. Ähnlich kann der nte Differentialverstärker aus Transistoren607n und608n bestehen - In
7 ist ein Leistungsverstärkersystem700 dargestellt, das einen Transformator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung aufweist. Wie in7 dargestellt, kann das Leistungsverstärkersystem700 einen Balun750 , einen ersten Stufentreiberverstärker760 , zweite Stufentreiberverstärker770a und770b , Leistungsverstärker780a und780b sowie einen Ausgangstransformator790 aufweisen. - Während des Betriebs des Leistungsverstärkersystems
700 kann ein Eingangssignal an den Eingangsanschluss701 des Baluns750 geliefert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Balun750 ein Transformator702 (zum Beispiel ein Transformator mit 3:4 Windungen) zum Wandeln eines einendigen Eingangssignals in Differentialsignale703 ,704 sein. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung das einendige Eingangssignal ein Basisbandsignal oder ein Funkfrequenzsignal sein kann. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Balun750 ebenfalls als Gleichstrom-(DC-)Block dienen. Der erste Stufentreiberverstärker760 kann ein invertierender Verstärker sein, der die Differentialsignale703 ,704 verstärkt, um die verstärkten Differentialsignale706 ,707 zu erzeugen. Die verstärkten Differentialsignale706 ,707 können von dem ersten Stufentreiberverstärker760 ausgegeben werden und als Eingänge der zweiten Stufentreiberverstärker770a ,770b dienen, welche dann jeweils verstärkte Ausgänge710 ,711 und712 ,713 erzeugen Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Ausgänge710 ,711 und712 ,713 der jeweiligen zweiten Stufentreiberverstärker508 ,509 dann an die Leistungsverstärker780a ,780b geliefert werden Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann in den Leistungsverstärkern780a ,780b eine Kaskodentopologie verwendet werden, um die Anfälligkeit gegenüber Spannungsbelastungen der Submikron-CMOS-Bauteile zu verringern. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Leistungsverstärker780a einen Stapel von CMOS-Bauteilen714 ,715 aufweisen, die common source-CMOS-Transistoren sein können. Des Weiteren kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der Leistungsverstärker780a ebenfalls CMOS-Bauteile718 ,719 aufweisen, die common gate-Transistoren sein können. Auf ähnliche Weise kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der Leistungsverstärker780b einen Stapel von CMOS-Bauteilen716 ,717 aufweisen, die common source-Transistoren sein können. Der Leistungsverstärker780b kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ebenfalls CMOS-Bauteile720 ,721 aufweisen, die common gate-Transistoren sein können. Die Ausgänge des Leistungsverstärkers780a können bei Ausgängen722 ,723 vorgesehen sein, wohingegen die Ausgänge des Leistungsverstärkers780b bei Ausgangen724 ,725 vorgesehen sein können Die von den Leistungsverstärkern780a ,780b gelieferte Verstärkung kann gemäß einer beispielhaften Ausfuhrungsform der Erfindung bei dem Leistungsverstärker-(PA = power amplifier)Steuerungsanschluss732 angepasst werden, welcher eine Vorspannung an die Gatter der common gate-Transistoren718 ,719 und720 ,721 liefern kann. - Weiter unter Bezugnahme auf
7 können die Primärwicklungen726 ,727 des Ausgangstransformators790 an die jeweiligen Ausgänge722 ,723 und724 ,725 angeschlossen sein. Unter Verwendung des Transformators790 können die an jede Primärwicklung726 ,727 gelieferten Ausgangsleistungen an der Sekundärwicklung728 induktiv kombiniert werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann jede Primärwicklung726 ,727 N1 Windung(en) aufweisen, wohingegen die Sekundärwicklung728 N2 Windungen aufweist, wobei N2 > N1, um die Spannung an der Sekundärwicklung728 anzuheben. Die Primärwicklungen726 ,727 können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung angeordnet sein, gegebenenfalls parallel, um den Stromfluss oder Ströme in der gleichen Phase in der Sekundärwicklung zu addieren. Die Mittelanzapfungsanschlüsse730 und731 können die virtuelle AC-Masse sein, wenn die Differentialsignale der Differentialverstärker, wie beispielsweise Verstärker780a ,780b , zu den Primärwicklungen726 ,727 geliefert werden. Somit kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Versorgungsspannung des Differentialverstärkers über die Anschlüsse730 ,731 eingespeist werden. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Abstimmblöcke wie hierin beschrieben gleichermaßen an den Mittelanzapfungsanschlüssen730 ,731 vorgesehen sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Transformator790 auf einem Siliziumsubstrat hergestellt werden, obwohl andere Substrate verwendet werden können, ohne von den Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. - Beispielhafte Ausfuhrungsformen der Transformator-Layoutstrukturen
- In den
8 –11 ist eine Mehrzahl beispielhafter Layoutstrukturen zur Implementierung von spannungsanhebenden Transformatoren gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Transformator-Primärwicklungen und die einzige Transformator-Sekundärwicklung auf einem Substrat räumlich miteinander verwoben sein, um die Gesamtfläche des Transformators zu verringern. - In
8 ist eine beispielhafte Layoutstruktur eines Transformators dargestellt, der gemaß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zwei Primärwicklungen807 ,808 mit einer Windung und eine einzige Sekundärwicklung809 mit zwei Windungen aufweist. In8 können zwei Primärwicklungen807 ,808 mit einer Windung und eine einzige Sekundärwicklung809 mit zwei Windungen verwendet werden, um die Ströme von zwei differentiellen Paaren positiver Anschlüsse801 ,803 und der jeweiligen negativen Anschlüsse802 ,804 zu kombinieren. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können durch Anregung der beiden Primärwicklungen807 ,808 magnetisch induzierte Ströme an der Sekundärwicklung809 in der gleichen Phase addiert werden. Der Transformator kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung so gestaltet sein, dass die Ströme der Primärwicklungen807 ,808 die gleiche Richtung aufweisen, um Selbstauslöschung zu verhindern. - In
9 ist eine beispielhafte Layoutstruktur eines Transformators dargestellt, der gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung drei Primärwicklungen909 ,910 ,911 mit einer Windung und eine einzige Sekundärwicklung912 mit zwei Windungen aufweist. Die drei Primärwicklungen909 ,910 ,911 mit einer Windung und die einzige Sekundarwicklung912 mit zwei Windungen können verwendet werden, um die Ströme der drei differentiellen Paare positiver Anschlüsse901 ,903 ,905 und der entsprechenden negativen Anschlüsse902 ,904 ,906 zu kombinieren. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können durch Anregung der drei Primärwicklungen909 ,910 ,911 magnetisch induzierte Ströme an der Sekundärwicklung912 in der gleichen Phase addiert werden. Der Transformator kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung so gestaltet sein, dass die Ströme der Primärwicklungen909 ,910 ,911 die gleiche Richtung aufweisen, um Selbstauslöschung zu verhindern. - In
10 ist eine beispielhafte Layoutstruktur eines Transformators eines beispielhaften Leistungsverstärkersystems mit einer Hilfswicklung, die an einen Bereich des Transformators angrenzt oder diesen im Wesentlichen einkapselt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt Insbesondere ist in10 die beispielhafte Layoutstruktur für einen Transformator aus9 mit einer zusätzlichen Hilfswicklung1002 dargestellt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Hilfswicklung1002 an einen Transformator gekoppelt sein, um die Kopplungsstärke zwischen den Primärwicklungen909 ,910 ,911 und der Sekundärwicklung912 zu erfassen. Es wird darauf hingewiesen, dass die in10 dargestellte Hilfswicklung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung variiert werden kann. Beispielsweise kann eine Hilfswicklung zum Leistungserfassen angrenzend an eine Seite eines Transformators angeordnet sein, um die Kopplungsstärke zu erfassen. Gemäß einem anderen Beispiel kann eine Hilfswicklung zum Leistungserfassen angrenzend an eine Seite oder eine Mehrzahl von Seiten eines Transformators angeordnet sein, um die Kopplungsstärke zu erfassen. Weiterhin kann, obwohl eine Hilfswicklung bezogen auf einen beispielhaften Transformator aus9 dargestellt wurde, gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung die Hilfswicklung gleichermaßen bei anderen Transformatoren verwendet werden, einschließlich den hierin beschriebenen. - In
11 ist ein beispielhaftes physikalisches Layout eines Transformators dargestellt, der vier Primärwicklungen1111 ,1112 ,1113 ,1114 mit einer Windung und eine einzige Sekundärwicklung1115 mit drei Windungen aufweist. Die vier Primärwicklungen1111 ,1112 ,1113 ,1114 mit einer Windung und die einzige Sekundärwicklung1115 mit drei Windungen können verwendet werden, um Ströme von vier differentiellen Paaren mit positiven Anschlüssen1101 ,1103 ,1105 ,1107 und entsprechenden negativen Anschlüssen1102 ,1104 ,1106 ,1108 zu kombinieren. Durch Anregung der vier Primärwicklungen1111 ,1112 ,1113 ,1114 magnetisch induzierte Ströme können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung an der Sekundärwicklung115 in der gleichen Phase addiert werden. Der Transformator kann so gestaltet sein, dass die Ströme der Primärwicklungen in der gleichen Richtung sind, um Selbstauslöschung zu verhindern. - Es wird darauf hingewiesen, dass Transformatoren gemäß Ausführungsformen der Erfindung eine Mehrzahl an Primärwicklungen mit N1 Windungen und eine einzige Sekundärwicklung mit N2 Windungen aufweisen können. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist N2 > N1, um die Spannung an der Sekundärwicklung anzuheben. Obwohl in den
8 –11 beispielhafte Transformatoren mit 2, 3 oder 4 Primarwicklungen dargestellt sind, wird darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsformen der Erfindung mehr Primärwicklungen aufweisen können als die in den8 –11 dargestellten. - Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die hierin beschriebenen Layouts für Transformatoren unter Verwendung einer planaren Struktur, einer gestapelten Struktur oder einer Mehrlagenstruktur implementiert werden. Bei einer planaren Struktur können alle Primarwicklungen parallel angeordnet sein. Jedoch kann eine Sekundärwicklung mit mehreren Windungen zwischen einer der Primärwicklungen und einer anderen Primärwicklung angeordnet sein, derart, dass eine Primärwicklung nicht an eine andere angrenzt. Zum Beispiel kann, wie in der beispielhaften planaren Substratstruktur aus
12 dargestellt ist, eine erste Primärwicklung vollständig auf einer ersten Metalllage1202 hergestellt sein, wohingegen eine zweite Primärwicklung ebenfalls vollständig auf der gleichen ersten Metalllage1202 hergestellt sein kann, wobei Kreuzungsabschnitte/Überlappungsabschnitte unter Verwendung einer oder mehrerer Durchgangsverbindungen1204 geroutet werden. Gleichermaßen kann eine Sekundärwicklung mit mehreren Windungen ebenfalls im Wesentlichen auf der Fläche zwischen den Primärwicklungen hergestellt sein, wobei Kreuzungsabschnitte unter Verwendung einer oder mehrerer Durchgangsverbindungen1204 geroutet werden. - Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Layouts für die Transformatoren unter Verwendung einer gestapelten Struktur implementiert werden Bei einer beispielhaften gestapelten Struktur können alle Primärwicklungen parallel und aneinander angrenzend auf einer der Metalllagen angeordnet sein, und die Sekundärwicklung kann in einer anderen Metalllage angeordnet sein. Zum Beispiel können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bei der gestapelten Substratstruktur aus
13 die Primärwicklungen auf der Metalllage1302 gebildet sein, wohingegen die Sekundarwicklung auf der Metalllage1304 gebildet sein kann. - Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Multi-Primärtransformator in einer anderen gestapelten Struktur implementiert sein, wobei jede Primärwicklung in jeder unterschiedlichen Lage parallel angeordnet sein kann, aber die Lagen der Primärwicklungen vertikal nicht aneinander angrenzen müssen, wobei die Sekundärwicklung mit mehreren Windungen zwischen einer Lage der Primärwicklungen und einer anderen Lage der Primärwicklungen angeordnet ist, wobei die mehreren Windungen der Sekundärwicklung mehrere Lagen belegen können, die miteinander mittels Durchgangslöchern verbunden sind Zum Beispiel kann in der beispielhaften gestapelten Struktur aus
14 eine erste Primärwicklung auf der Metalllage1402 gebildet sein, wohingegen eine zweite Primärwicklung auf einer anderen Metalllage1406 gebildet sein kann. Die einzige Sekundärwicklung mit mehreren Windungen kann gemäß einer beispielhaften Ausfuhrungsform der Erfindung unter Verwendung einer Kombination aus Metalllagen1404 und1408 , die miteinander mittels wenigstens eines Durchgangsloches1410 verbunden sind, gebildet sein. - Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Multi-Primärtransformator in einer Mehrlagenstruktur implementiert sein. Bei der Mehrlagenstruktur kann jede Primärwicklung unter Verwendung zweier oder mehrerer Lagen, die mittels Durchgangslöchern verbunden sind, hergestellt sein.
- Gleichermaßen kann die Sekundärwicklung unter Verwendung zweier oder mehrerer Lagen, die mittels Durchgangslöchern verbunden sind, hergestellt sein. Zum Beispiel kann, wie in
15 dargestellt ist, eine erste Primärwicklung auf einem ersten Teil der ersten Metalllage1502 und einem ersten Teil der dritten Metalllage1506 , die mittels wenigstens eines ersten Durchgangsloches1510 verbunden sind, hergestellt sein. Gleichermaßen kann eine zweite Primärwicklung auf einem zweiten Teil der ersten Metalllage1502 und einem zweiten Teil der dritten Metalllage1506 , die mittels wenigstens eines zweiten Durchgangsloches1512 verbunden sind, hergestellt sein Gemaß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die einzige Sekundarwicklung auf der zweiten Metalllage1504 und der vierten Metalllage1508 , die mittels wenigstens eines dritten Durchgangsloches1508 verbunden sind, hergestellt sein. - Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können der Kern der Leistungsverstärker und die Transformatorwicklungen räumlich voneinander getrennt sein, um die magnetische Kopplung des Transformators mit dem Kern der Leistungsverstärker zu verringern und dadurch die Möglichkeit von Instabilität zu verringern. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der räumlich von dem Kern der Leistungsverstärker getrennte Transformator auf einem gesonderten Substrat, das mit einer anderen Technologie hergestellt wurde, implementiert sein. Dementsprechend sind der Transformator und die Leistungsverstärker nicht auf eine einzige Herstellungstechnologie begrenzt. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Größe der räumlich verwobenen Transformatoren kompakt sein. Viele andere Variationen der Transformatoren und Leistungsverstärker sind möglich, ohne von den Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen.
- In
16 sind beispielhafte Simulationsergebnisse für den Betrieb eines beispielhaften Transformators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Insbesondere stellen die Simulationsergebnisse den Transformatorverlust (dB) als Funktion der Frequenz (GHz) dar. Wie in16 dargestellt ist, zeigt der Graph1602 einen Transformator unter Verwendung von Mittelanzapfungsabstimmung, während der Graph1604 einen Transformator ohne Verwendung von Mittelanzapfungsabstimmung darstellt. In beiden Fällen zeigen die Transformatoren bei einer Grundfrequenz des Betriebs einen geringeren Verlust als bei Frequenzen von hohen Harmonischen. Im Fall des Transformators mit Verwendung von Mittelanzapfungsabstimmung ist bei den Frequenzen der zweiten und dritten Harmonischen der Verlust höher. - In
17 sind beispielhafte Messergebnisse für den Betrieb eines beispielhaften Leistungsverstärkers unter Verwendung beispielhafter Transformatoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Messergebnisse stellen die Ausgangsleistung und den leistungsaddierten Wirkungsgrad eines derartigen beispielhaften Leistungsverstärkers dar. Wie in17 dargestellt, erfüllen die Messergebnisse die Anforderung des Leistungsverstärker-Potentials im Frequenzbereich zwischen 1700 MHz und 2000 MHz. Eine Ausgangsleistung von 31,2 dBm bei 1,8 GHz und der entsprechende leistungsaddierte Wirkungsgrad von 41% wurde mit einer Stromversorgung von 3,3 V erhalten.
Claims (19)
- Leistungsverstärkersystem, welches aufweist: eine Mehrzahl Leistungsverstärker, wobei jeder Leistungsverstärker wenigstens einen Ausgangsanschluss aufweist; mehrere Primärwicklungen mit einer ersten Anzahl Windungen, wobei jede Primärwicklung an wenigstens einen Ausgangsanschluss der Mehrzahl von Leistungsverstärkern angeschlossen ist; und eine einzige Sekundärwicklung, die mit der Mehrzahl an Primärwicklungen induktiv gekoppelt ist, wobei die Sekundärwicklung eine zweite Anzahl an Windungen aufweist, die größer als die erste Anzahl an Windungen ist, wobei jede der mehreren Primärwicklungen einen Mittelanzapfungsanschluss aufweist, sowie: wenigstens einen Abstimmblock, der an einen Mittelanzapfungsanschluss der mehreren Primärwicklungen angeschlossen ist, wobei der wenigstens eine Abstimmblock einen oder mehrere Resonanzkreise aufweist, der bzw. die eine oder mehrere kapazitive Komponenten und eine oder mehrere induktive Komponenten aufweist bzw. aufweisen, die in Reihe oder parallel zwischen den Mittelanzapfungsanschluss und ein Erdpotential geschaltet sind.
- System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelanzapfungsanschluss eine virtuelle Wechselstrommasse aufweist.
- System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abstimmblock die Resonanzkreise verwendet, um selektiv eine oder mehrere Frequenzkomponenten zu verstärken oder zu unterdrücken.
- System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklungen relativ zur einzigen Sekundärwicklung angeordnet sind, so dass der Stromfluss oder die Ströme, die durch die Primärwicklungen induziert werden, in der Sekundärwicklung in Phase summiert werden.
- System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Sekundärwicklung mit den Primärwicklungen mit gleicher Stromfließrichtung verwoben ist, und wobei die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung hergestellt sind unter Verwendung (i) einer planaren Struktur (ii) oder einer gestapelten Struktur oder (iii) einer Mehrlagenstruktur.
- System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren an Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung unter Verwendung einer planaren Struktur mit einer Metalllage hergestellt sind, wobei die mehreren Primärwicklungen auf der Metalllage als parallele Primärwicklungen hergestellt sind, und wobei die Sekundärwicklung auf der Metalllage hergestellt ist und zwischen angrenzenden Primärwicklungen der mehreren Primärwicklungen positioniert ist.
- System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung unter Verwendung einer gestapelten Struktur mit einer ersten Metalllage und einer zweiten Metalllage, die der ersten Metalllage gegenüberliegt, hergestellt sind, und wobei die mehreren Primärwicklungen auf der ersten Metalllage hergestellt sind und die einzige Sekundärwicklung auf der zweiten Metalllage hergestellt ist.
- System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung unter Verwendung einer gestapelten Struktur mit einer ersten Metalllage, einer zweiten Metalllage, einer dritten Metalllage und einer vierten Metalllage hergestellt ist, wobei die dritte Metalllage zwischen der ersten und der zweiten Metalllage angeordnet ist, und wobei die zweite Metalllage zwischen der dritten und der vierten Metalllage angeordnet ist, und wobei eine erste Primärwicklung der Mehrzahl an Primärwicklungen auf der ersten Metalllage hergestellt ist, eine zweite Primärwicklung der Mehrzahl an Primärwicklungen auf der zweiten Metalllage hergestellt ist und die einzige Sekundärwicklung auf der dritten und der vierten Metalllage hergestellt ist, wobei die dritte und die vierte Metalllage mittels wenigstens eines Durchgangslochs miteinander verbunden sind.
- System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung unter Verwendung einer Mehrlagenstruktur mit einer ersten Metalllage, einer zweiten Metalllage, einer dritten Metalllage und einer vierten Metalllage hergestellt sind, wobei die dritte Metalllage zwischen der ersten und der zweiten Metalllage angeordnet ist, und wobei die zweite Metalllage zwischen der dritten und der vierten Metalllage angeordnet ist, wobei eine erste Primärwicklung der Mehrzahl an Primärwicklungen auf einem ersten Teil der ersten Metalllage und einem ersten Teil der zweiten Metalllage hergestellt ist, wobei der erste Teil der ersten Metalllage und der erste Teil der zweiten Metalllage mittels wenigstens eines ersten Durchgangslochs verbunden sind, wobei eine zweite Primärwicklung der mehreren Primärwicklungen auf einem zweiten Teil der ersten Metalllage und einem zweiten Teil der zweiten Metalllage hergestellt ist, wobei der zweite Teil der ersten Metalllage und der zweite Teil der zweiten Metalllage mittels wenigstens eines zweiten Durchgangslochs verbunden sind, und wobei die einzige Sekundärwicklung auf der dritten und der vierten Metalllage hergestellt ist, wobei die dritte und die vierte Metalllage mittels wenigstens eines dritten Durchgangslochs miteinander verbunden sind.
- System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung einen Transformator bilden, und welches weiter eine Hilfswicklung aufweist, die an eine oder mehrere Seiten des Transformators angrenzt, um die Kopplungsstärke zwischen den mehreren Primärwicklungen und der einzigen Sekundärwicklung zu erfassen.
- Verfahren zum Vorsehen eines Leistungsverstärkersystems, welches aufweist: Vorsehen einer Mehrzahl an Leistungsverstärkern, wobei jeder Leistungsverstärker wenigstens einen Ausgangsanschluss aufweist; Anschließen des wenigstens einen Ausgangsanschlusses jedes Leistungsverstärkers an eine von mehreren Primärwicklungen, wobei jede Primärwicklung eine erste Anzahl Windungen aufweist; und induktives Koppeln der mehreren Primärwicklungen mit einer einzigen Sekundärwicklung, wobei die Sekundärwicklung eine zweite Anzahl von Windungen aufweist, die größer als die erste Anzahl von Windungen ist, wobei jede der mehreren Primärwicklungen einen Mittelanzapfungsanschluss umfasst, sowie das Anschließen wenigstens eines Abstimmblocks an einen Mittelanzapfungsanschluss der mehreren Primärwicklungen, wobei das Anschlißen wenigstens eines Abstimmblocks das Anschließen wenigstens eines Abstimmblocks umfasst, der einen oder mehrere Resonanzkreise aufweist, der bzw. die eine oder mehrere kapazitive Komponenten und eine oder mehrere induktive Komponenten aufweist bzw. aufweisen, die in Reihe oder parallel zwischen den Mittelanzapfungsanschluss und ein Erdpotential geschaltet sind.
- Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelanzapfungsanschluss eine virtuelle Wechselstrommasse aufweist.
- Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen Abstimmblock die Resonanzkreise verwendet, um selektiv eine oder mehrere Frequenzkomponenten zu verstärken oder zu unterdrücken.
- Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Sekundärwicklung mit den Primärwicklungen mit gleicher Stromfließrichtung verwoben ist, und wobei die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung hergestellt werden unter Verwendung (i) einer planaren Struktur oder (ii) einer gestapelten Struktur oder (iii) einer Mehrlagenstruktur.
- Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung unter Verwendung einer planaren Struktur mit einer Metalllage hergestellt werden, und welches weiter umfasst: Herstellen der mehreren Primärwicklungen auf der Metalllage als parallele Primärwicklungen und Herstellen der Sekundärwicklung auf der Metalllage, derart, dass die Sekundärwicklung zwischen angrenzenden Primärwicklungen der mehreren Primärwicklungen positioniert ist.
- Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung unter Verwendung einer gestapelten Struktur mit einer ersten Metalllage und einer zweiten Metalllage, die der ersten Metalllage gegenüberliegt, hergestellt werden, und welches weiter umfasst: Herstellen der mehreren Primärwicklungen auf der ersten Metalllage und Herstellen der einzigen Sekundärwicklung auf der zweiten Metalllage.
- Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung unter Verwendung einer gestapelten Struktur mit einer ersten Metalllage, einer zweiten Metalllage, einer dritten Metalllage und einer vierten Metalllage hergestellt wird, wobei die dritte Metalllage zwischen der ersten und der zweiten Metalllage angeordnet ist und wobei die zweite Metalllage zwischen der dritten und der vierten Metalllage angeordnet ist, und welches weiter umfasst: Herstellen einer ersten Primärwicklung der mehreren Primärwicklungen auf der ersten Metalllage; Herstellen einer zweiten Primärwicklung der mehreren Primärwicklungen auf der zweiten Metalllage; und Herstellen der einzigen Sekundärwicklung auf der dritten und der vierten Metalllage, wobei die dritte und die vierte Metalllage mittels wenigstens eines Durchgangslochs miteinander verbunden sind.
- Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung unter Verwendung einer Mehrlagenstruktur mit einer ersten Metalllage, einer zweiten Metalllage, einer dritten Metalllage und einer vierten Metalllage hergestellt wird, wobei die dritte Metalllage zwischen der ersten und der zweiten Metalllage angeordnet ist und wobei die zweite Metalllage zwischen der dritten und der vierten Metalllage angeordnet ist, und welches weiter umfasst: Herstellen einer ersten Primärwicklung der mehreren an Primärwicklungen auf einem ersten Teil der ersten Metalllage und einem ersten Teil der zweiten Metalllage, wobei der erste Teil der ersten Metalllage und der erste Teil der zweiten Metalllage mittels wenigstens eines ersten Durchgangslochs verbunden sind; Herstellen einer zweiten Primärwicklung der Mehrzahl an Primärwicklungen auf einem zweiten Teil der ersten Metalllage und einem zweiten Teil der zweiten Metalllage, wobei der zweite Teil der ersten Metalllage und der zweite Teil der zweiten Metalllage mittels wenigstens eines zweiten Durchgangslochs verbunden sind; und Herstellen der einzigen Sekundärwicklung auf der dritten und der vierten Metalllage, wobei die dritte und die vierte Metalllage mittels wenigstens eines dritten Durchgangslochs miteinander verbunden sind.
- Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Primärwicklungen und die einzige Sekundärwicklung einen Transformator bilden, und welches weiter umfasst: Positionieren einer Hilfswicklung angrenzend an eine oder mehrere Seiten des Transformators, um die Kopplungsstärke zwischen den mehreren Primärwicklungen und der einzigen Sekundärwicklung zu erfassen.
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