TW201014169A - Impedance matching - Google Patents

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TW201014169A TW098124688A TW98124688A TW201014169A TW 201014169 A TW201014169 A TW 201014169A TW 098124688 A TW098124688 A TW 098124688A TW 98124688 A TW98124688 A TW 98124688A TW 201014169 A TW201014169 A TW 201014169A
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Hanching Fuh
Raymond J Shumovich
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Description

201014169 四、 指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（6)圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 60〜電路； 61a-h〜放大器； 62a-h〜集成被動元件； 63a-d〜集成變壓器； 6 6〜負載阻抗。 五、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 無。 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明描述關於射頻的阻抗匹配的電子電路與技術。 【先前技術】 射頻信號被廣泛地使用在無線通信。一個發送器用來 傳送無線電波’且一個接收器用來接收無線電波以解壓一 個編碼信息。信息傳輸藉由放大射頻信號的方式來執行， 用以驅動一天線。對於天線的阻抗匹配被用來更有效的傳 送功率之天線，且降低反射進入放大器。複數個阻抗匹配 技術已經為熟知，其例子請參考第1至5圖。 第1圖為麵接至一放大元件11且具有一阻抗匹配電路 201014169 — 14的一習知電路10的示意圖。放大元件u放大一調整的 輸入信號vin以產生一放大信號，如正弦波形圖12所 示。隨著放大元件11，電路1〇也包括一諧波匹配電路13, 一阻抗匹配電路14以及一低通濾波器15。諧波匹配電路 13降低由放大元件U產生的不想要的諧波。阻抗匹配電 路14匹配放大器輸出阻抗與一天線的阻抗，其表示為負載 阻抗1 6。低通滤波器1 5濾波放大的信號以產生輸出信號 V〇ut，如正弦波形圖I?所示。 蠹 第2圖為電路10中電路13至15以及電感與電容21 被安排成一階梯網路的一實施例的示意圖。在本實施例 中’電感與電容21被安排為一低通結構。電感22隔絕了 電源供應VSUP與電路1(^電感22可能夠大而可運作為一射 頻抑制（RF choke)，且為交流電路有最小的影響。電容23 阻斷了直流部份與負載阻抗16，且可能夠大而對交流電路 有最小的影響。 φ 第3圖為一習知的多重主要橋接放大器 (multi-ptimary bridge)30的示意圖，其結合由推拉放大 器（pUSh-Pull)31與32的信號電源。推拉放大器31與32 分別傳送能量至變壓器37與38的主要線圈33與34'。變 壓器37與38的次要（secondary)線圈35與36串聯耦接跨 越主要線圈33與34，使得電源被結合且傳送至負載阻抗 Ri·。因為變壓器37與38具有1:1的線圈數比，阻抗轉換 是如推拉放大器31與32所件的一個降低的阻抗。負載阻 抗被主要線圈的圈數所除（RL/a，a為主要線圈的線圈數）。 3 201014169 第3b圖為推拉放大器31與32的輸出級電晶體示意圖。每 一個電晶體看到跨越主要線圈的一個阻抗Rl/2a。匹配電容 (圖上未示出）可以被用來調整輸出變壓器的漏電感。變壓 器可以被兩者擇一的設計為據有一中心閥（tap)用以注入 ·~直流偏壓。 第4圖為另一習知的多重主要橋接放大器化^以一 ptimary bridge)40的示意圖，其包括4個1:1的變壓器 與4個推拉放大器。因為橋接放大器40包括4個主要線圈 且4個次要線圈為串聯連接，因此每個主要線圈看到的阻 抗為Rl/4。 第5圖為一個兩級式（twostage)多重主要橋接放大器 5〇的示意圖。兩級式多重主要橋接放大器5〇包括第一級 多重主要橋接放大器40與第二級多重主要橋接放大器 30°連接兩級的多重主要橋接放大器展開兩級的阻抗匹配。 【實施方式】 在此描述在射頻的阻抗匹配與轉換的技術，包括了範 例的集成電路、變壓器以及阻抗匹配方法。這些技術可能 可以用在—射頻（RF)信號的無線傳輸的一天線的一 rf功 率放大器。複數個信號傳輸方法也在此被描束，其可能被 使用在多種無線應用，如手機。在一些情況下，—個rf功 率放大器可能據有一相對小的阻抗且天線或其他負載具有 相對大的阻抗。另外一種情況可能發生，當一 RF功率放大 器運作在DE類（class DE)運作模式，其可能造成放大器的 201014169 輸出阻抗相對的變低。這些技術在此描述可提供很多優點 在一高階的阻抗轉換’用以在RF頻率的阻抗匹配。 具有集成被動元件（integrated passive component)與集 成變壓器（integrated transformer)的匹配網路 在一些實施例中，一個集成被動元件與一個集成變壓 器合作以執行阻抗匹配。舉例來說，一集成被動元件可能 執行一第一級的阻抗匹配，而一集成變壓器執行一第二級 ❹的阻抗匹配。同時使用集成被動元件與集成變壓器可以提 供一高階的阻抗轉換（high degree 〇f iinpedance transformation)，且在一些實施例中，這樣的電路有元件 減少技術的優點，下面說明一些例子。 第6圖為具有一阻抗匹配網路的電路6〇的示意圖，其 包括集成被動元件62a-h與集成變壓器63a_d ^放大器 61a-h可能為一功率放大器，其耦接至對應的集成被動元 件62a-h。集成被動元件62包括至少一個集成電感且/或 β至少一個集成電容，其可能耦接成一階梯狀架構（ladder (：〇1^1运1^31；1〇11)或其他架構。集成變壓器63&_(1的主要線 圈（左邊）分別輕接至兩個集成被動元件6 2a_h。如第6圖 所不，集成變壓器63的次要（secondary)線圈為串聯，因 此他們的合併輸出被傳送到一負載阻抗66。負載阻抗66 可能表示為一天線，用以傳送該次要線圈的合併輸出。 放大器61a-h可能產生差動信號，其信號的相位大約 相差180度。舉例來說，放大器61a、61。616與61§可 能產生大體上相同的波形，如波形A，其被透過集成被動 5 201014169 元件62a、62c、62e與62g傳送到集成變壓器63a-d中的 一個的一正端。放大器61b、61d、61f與61h可能產生大 體上相同的波形，如波形B，其被透過集成被動元件62b、 62d、62f與62h傳送到集成變壓器63a-d中的一個的一負 端。放大器61a-h並不需要分想任何如傳統推拉式放大器 (如推拉式放大器31與32)的端點連接，因為放大器61 a-h 可能在其他實施例中被以分開的放大器來實現。如果每一 個放大器61 a-h都是被分開的放大器來實現，一放大器對 (amplifier pair)，如62a與62b，可以運作成類似推拉 式放大器’且其輸出功率可以藉由差動地驅動集成變壓器 63a-d中的一主要線圈而被結合在一起。 放大器61a-h傳送信號至集成被動元件62a-h，去執 行第一級的阻抗轉換。舉例來說，集成被動元件62a_h可 能接收來自於一第一埠的一放大器的信號，且在集成被動 的一第二埠轉換放大器61a_h在第一埠看到的輸出阻抗為 一較南或較低的阻抗。在一些實施例中，放大器6lah可 能運作在DE類（class DE)運作模式，且可能有相對較低的 輸出阻抗。這樣一個低的輸出阻抗可能被藉由集成被動元 件62a-h轉換成一較高的阻抗，用以最後達成與負載阻抗 66的一阻抗匹配。然而，集成被動元件62a_h可能只有執 行部份的阻抗轉換，且集成被動元件62a_h的信號輸出可 能被傳送到集成變壓器63a-d中做進一步的阻抗轉換。 在一些實施例中，一第二級的阻抗轉換可能會藉由集 成變壓器63a-d來實現。集成變壓器63a_d的主要線圈可 201014169 能接收集成被動元件62a-h的輪出。去， ^ D 榭出為了結合差動信號Λ 與Β的功率，波形Α的轉換後的形式可能被傳送到主要線 圈的正端’且波形B的轉換後的形式可能被傳送到主要線 圈的負端。結果來說，集成被動元件62a-h的輸出差動地 驅動集成變壓器63a-d的主要線圈。集成變壓器63a d具 有次要線圈，其為串聯麵接，藉此結合八個接收到的信號 的信號功率。從每-個集成被動元件的輸出看到的阻抗是 ❹被結合，如負載阻抗66所相的阻抗，其為—集成被動元 件62所提供的阻抗的八倍或更多。從放大器6iah的角度 來看’負載阻抗ZL是被變壓胃63a_d所轉換為分別的阻抗 Za = ZL/8，在分別的集成被動元件62a h。 網路被進一步在每一個變壓器61轉換成阻抗1由= zb=za/K〇K值可以根據集成被動元件62a_h的設計而選擇。 一般來說’K可能大於nu、於卜根據該集成被動元 件62a-h是被設計成高通、低通或帶通濾波網路。除了變 ®壓器外還使用集成被動元件可以在選擇每一個放大器看到 的轉換的阻抗時允許較大的彈性，如同諧波匹配與運作的 模式。此外，一個兩級的匹配網路可以具有較習知的匹配 電路有較寬的頻寬。 如何實現適合的集成被動元件62a-h與集成變壓器 63a-d為熟知此技街人士所能了解，在此會稍作討論。在 一些實施例中’所有的集成被動元件62a_h可能完全相 同’然而在這所提到的技術不限於此，不同的集成被動元 件亦可以被使用。相同的，每一個集成變壓器63a-d可能 7 201014169 是完全相同，僅管如此，不同的集成變壓器仍可以被使用。 在第6圖的例子中，每一個集成變壓器6 3a-d具有1 :1的 線圈比。然而’在下文所述的一些實施例中’一個或多個 集成變壓器會具有不是I:1的線圈比，如n:m的線圈比， 其中η不等於m。 第6圖的實施例中包括4個1:1的變壓器與8個集成 式被動元件。然而，較多數量或較少的變壓器與集成式被 動元件可能會因為應用而被使用。舉例來說，較多數量或 的變壓器與集成式被動元件可以用來傳送較高的功率到負 載阻抗。如果單端信號被使用較差動信號多，那集成式被 動元件的數量可以減半。在一些實施例中，集成式被動元 件62的一個或多個元件可能會與調整式電感（未繪出）結 合以調出變壓器的漏電感。在一些實施例珠，轉換器主要 線圈可能包括一個中心閥（t ap )用以注入一直流偏壓。 第7圖為具有該第6圖的阻抗匹配網路的電路的示意 圖，其更包括調整電路74a-h，設置在放大器61與集成式 被動元件62之間。調整電路74d可能調整一放大器61至 一 DE類運作模式或其他模式，且可能執行諧波銳化與濾波 的動作。調整電路74可能為一電感電容諧振電路，或是任 何適合的電路。在一些實施例中，元件們可被結合減少電 路上使用的元件數量。舉例來說，因為電路7〇的架構，調 整電路74的一個或多個元件以及集成式被動元件62的一 個或多個元件可以被合併以減少晶片面積。 具有iKm變壓器的阻抗匹配電路（n^m) 201014169 在一些實施例中，一個集成式變壓器，具有n:m圈數 比，可以被用來做為阻抗匹配，其中n不等於m。如一例 子所述，一集成式I:2變壓器被描述在一些實施例中，其 可用來提供較習知的1:1變壓器增強的阻抗轉換容量。使 用一集成式變壓器，在相同的阻抗轉換時，可能允許使用 較少數目的放大器，因此可以節省功率與晶片面積。 第8圖為具有包括四個1:1變壓器83_86的阻抗轉換 ❹網路的電路80的示意圖，其中4個1:1變壓器的兩對主要 線圈被並聯耦接，因此有效的形成兩個1:2變壓器。推拉 放大器81驅動變壓器83與84的主要線圈，推拉放大器 82驅動變壓器85與86的主要線圈。如第8圖所示，變壓 器83-86的次要線圈串聯耗接，因此信號被傳送到主要線 圈會被建設性地（在相位）合併以驅動負載阻抗66。這個併 聯的主要架構有效地加倍了被每一個推拉放大器驅動的次 要線圈的圈數。不㈣3 的架構，其具有阻抗轉換是與 ❹主要線圈成線性比例的限制，而這些主要線圈又是被獨立 的驅動（Za=ZL/a’a為獨立驅動的主要線圈的數目），而第8 圖的阻抗轉換網路並不限於此。 一個n:m的變壓器是具有一些屬性上的優點，就是藉 由變壓器執行的阻抗轉換是與圈數比的平方成等比。對第 8圖中兩個有效的1:2變壓器來說，每一個推拉放大器可 以驅動阻抗Za=z"(2 . n2)=RL/8。舉例來說，如果負載阻抗 那麼每一個放大器會看到一個轉換後的阻抗 Za=6.25Q。這些被推拉放大器看到的阻抗可以用方程式 9 201014169
Za Zl/(a . n)所求得，而被用來驅動一主要線圈的一端的 單端放大器看到的阻抗可以用方程式za=ZL/(a. 2.n2)所求 得。 在些實施例中，一個1:2的集成式變壓器可以被許 多方式所實現，下文以一些例子說明。在一些實施例中， 個有效的1:2變壓器可以以第8圖所示之以連接兩個1:1 變壓器的方式實現，而變壓器的主要線圈是並聯耦接，次 要線圈是串聯耦接。
在一些實施例中，一個1:2的集成式變壓器可以使用 不具有1: 1線圈比之變壓器來實現。例如，主要線圈可以 電性耦接至兩次要線圈。此類型變壓器在實體上可以不同 方式來實現，例如以下所述之例子。這些技術可使用1:1 變壓器適當的耦接以及/或電磁耦接一非整數線圈比之變 壓器而延伸至達到任何適合之n:m線圈比，其中n#m。
第8圖的阻抗匹配網路的整體的阻抗轉抗能力可能與 第6圖所示的實施例的阻抗轉抗能力相同（在係數8的情 形）。第8圖的實施例的一個優點就是在相同的阻抗轉抗能 力之下，可以使用較少的放大器來實現，如此可以節省功 率與晶片面積。這種n:m變壓器的技術可以被延伸到包括 比2個獨立驅動的主要線圈的數量較多或較少的情況下， 一些例子會在下文中討論。從前文對第6圖的討論中可以 知道一些適當的變化或修改是可以被實現的。舉例來說， 獨立放大器可能適用在推拉放大器81與82，且驅趕相位 以便運作的像是推拉放大器。在一些實施方式中，電容可 10 201014169 自=輕接在主要線圈且/或該次要線圈以調校出轉 電感。 在一些實施例中，不同圈數比的變壓器被使用。舉例 來說，—第一變壓器具冑n:m &圈數比，# —第二變壓器 具有Μ的圈數比’其中„不等於…不等於q。這些 次要的變麼次可能被串聯聯接以驅動相同的負載阻抗。許 多不同的線圈比的變壓器的結合亦可能被使用。 ❹ ❹ 第9圖為具有包括四個1:1變壓器92-95的阻抗轉換 網路的電路90的示意圖’其中4個1:1變壓器的主要線圈 被並聯搞接，其次要線圈串聯搞接’因此有效的形成Η 變壓器。推拉放大器91具有一正輸出端96，用以驅動變 壓器92-95的主要線圈的複數個正端，且具有—負輸出端 97’用以驅動變壓器92，的主要線圈的複數個負端。相 類似於第8圖’變壓器92_95的次要線圈串㈣接，因此 信號被傳送到主要線圈會被建録地（在相位）合併以驅動 負載阻抗66。這樣的架構可以有效地將次要線圈相對主要 線圈的線圈數量四倍化。 為了使第8圖的14磁厭s 士· . 岡J I.4變壓|§更有效，推拉放大器91驅 動阻抗Za=ZL/(n2) = RL/8。第9圖的阻抗匹配網路的整體的 阻抗轉抗能力可能與第6圖與第8圖所示的實施例的阻抗 轉抗此力相同(在係數8的情形）。第9圖的實施例的一個 優點就是在相同的阻抗轉抗能力之下，可以使用僅-個推 拉放大器91來實現。這樣的一個實施方式可以讓負載阻 抗66被以較夕於第8圖所需的功率來驅動。使用較少數量 201014169 的放大器可能較使用較多放大器來的有效率，如一單一放 大器運做在其最大功率可能較使用兩個運作在5G%功率準 位的放大器來得有效率。對於第9圖的電路做不同的修改 或變化是可以被實現的’如前文中對8圖的描述。 ❹ 第10圖為具有-阻抗轉換網路的電路100的示意圖， 其中集成式被動元件102a_d被串聯連接在放大器i〇ia_d 與變壓器83-86的主要線圈之間，形成具有四個集成式被 動元件與兩個1:2變壓器的阻抗轉換網路。這電路可能會 結合了第6圖的多級式阻抗轉換網路的電路6〇以及一有效 的U變壓器(第8圖)的優點。這些優點包括一更大的阻 抗轉換能力以及減少元件數。要知道的是集成式被動元件 與n:m變壓器可能被以第1〇圖所示以外的不同的方式結 合’而第1 0圖僅以一例說明。 第11圖為根據第10圖的電路1〇〇修改的電路11〇的 示意圖，其增加調整電路113a_d且被串聯連接在放大器 lOla-d與集合式被動元件1〇2a_d之間。如第7圖討論的， 調整電路113可能提供諧波銳化與濾波的效果，且可能可 在其他實施例中，調整放大器101為一 DE類運作模式。 第12圖為第11圖的電路11〇的一修改的示意圖其 t四個1:1變壓器被換成兩個變壓器，每一個變壓器都有 兩個主要線圈與兩個次要線圈。如第12圖所示的電路，其 運作是與第11圖的電路110相痛，但是是以不同的電路方 式表現。一電壓被施加在主要線圈可能產生一大致上相同 的電壓在每一個次要電壓上。因為次要線圈是串聯連接， 12 201014169 -轉換器的所有次要線圈的總電壓可能是兩倍於該變壓器 上的主要線圈的電壓。因為能量守值的關係，流經變壓器 次要線圈的電流可能是流經主要線圈的電流的一半大小而 已。 第13圖為第12圓的電路11〇的一修改的示意圖。假 設每-個變壓器的寄生效應很小，因此流經每一個次要線 圈的電流大致上相等，也允許了帛12圖的電路可以被重 緣圖中，每—變壓器的次要線圈在連接到其他變 壓器前純_聯連接。這個方法可以延伸到任何可實現_ 線圈圈數比的適合的變壓器。 第14圖第π 一丨3圖的一般電路示意圖用以表示出第 u圖的主要並聯(paralld_priinary)結構其可能可以表 币為兩個具有1:2線圈數目比的變麼器。 複數個n:m變壓器的實施例 第15圖為一 n:m變壓器網路15〇的一實施例的示意 9圖，其可能形成在一平面積艎電路製程。變壓器網路150 °括兩個1:2變壓器’其可能被以第8圖與第10-14圖所 不的變壓器來實現。變壓器網路15〇包括四個主要線圈， 僅管圖上未清楚描述，其中主要線圈151與154被並聯耦 =且主要線圈152與153被並聯耦接。主要線圈151〜154 I能在一些實施例中被形成如傳輸線的方式。主要線圈與 人要線圈是大體上在一平面。次要線圈155 一被安排與每 個主要線圈電磁性（electromagnatically)耦接。在第 15圖的實施例中，次要線圈155環繞著所有主要線圈，但 13 201014169 在其他實施方式中’次要線圈155不需環繞著所有 圈或任何主要線圈。 戈線 主要線圈與次要線圈大致上形成在相同平面或是不3 平面。舉例來說，主要線圈與次要線圈可以形成在任何^ 合的導體材料的一積體電路的相同的金屬化層。在一 施例中，變壓器網路150的—部分可能形成在另外的金屬 化層，且本發明並非限於此。舉例來說，在—些實施方式 參 中’主要線圈可能形成在第一金屬化層而次要線圈可： 形成在第二金屬化層。 變壓器網路150可能以任何適合的製造方式形成，如 互補式金屬-氧化層-半導體（c〇mplementary _卜 —COnductor ’ CM〇s)。為了更有效的利用晶片區 域，主動電路156可能會選擇性的形成在轉換器網路15〇 的相鄰或/且之内。這樣的主動電路可能會被以製造變壓器 網路15〇相同的製程所製造。放大器可能藉由串聯的傳輸 參 線與變壓器網路150連街，其在一些實施例中，可能作為 -集合式被動元件102且/或調整網路113(第u圖所示） 的一部分。 第16圖為另一 n:m#愿細枚1cn,, 茭澄器網路丨6〇的示意圖。變壓器 網路160包括兩個如第8圖與第1〇]4圖所示的Η變壓 器。變磨器網路160具有一次要線圈165，其被缠燒的圈 數是主要傳輸線⑻與162的兩倍。如第16圖所示，次要 線圈U5具有兩個轉換，其t_個形成在主要傳輸線161 與162的區域内，另外-個形成在區域外。一個地下通過 14 201014169 - (underpass)或越過（overpass)的金屬連接166提供在不 同部份的次要線圈165交會處的連接。變壓器網路ι6〇的 一個優點就是可以相對的緊湊，且相對的佔有較小的晶片 表面區域。 第17圖為另一 n:m變壓器網路17〇的實施例的示意 圖。與變壓器網路160相同，n:m變壓器網路17〇包括兩 個1:2變壓器以及一次要線圈177，其被缠繞主要傳輸線 ❿的兩倍線圈數。在本實施例中，每一組的主要傳輸線都是 並聯耦接，用以改善與次要線圈的耦合。主要傳輸線 1Π-173被並聯連接，且主要傳輸線174_176也是並聯連 接。這些並聯連接可能可以透過地下通過（underpass)或越 過（overpass)的金屬連接178，而在第17圖上只有部分被 標示以保持圖面整潔。雖然根據線性電路模型，並聯連接 多個理想變壓器線圈並不會提供太大效益，但這些線性電 路模型並沒有考慮到發生在高頻的非線性的影響。在RF頻 ®率’大部份的導體電流會因為肌廣效應（skin ef fect)，可 月b會;7il過導體邊緣的區域。具有多個並聯連接的導體可以 創造出因為增加的表面積的額外的路徑，供電流流過。此 外’因為主要線圈是耦接到次要線圈的兩端，因此整體的 輕合係數會較高。這個佈局可以延伸到不同數目的主要線 圈以控制耦合係數，而且藉由增加導體邊緣的面積來降低 變壓器損失。 第18圖為另一 η:πι變壓器網路180的實施例的示意 圖。與變壓器網路17〇相似，變壓器網路180包括兩個1:2 15 201014169 變壓器與-次要線目181 ’純缠繞主要傳輸線的兩倍線 圈數。在本實施例中，次要線圈181包括了複數個並聯的 部分，如並聯部182與183。如第17圖中所討論的，具有 多個並料接的導體T以㈣出因為增㈣表面積的額外 的路徑，會因此增加耦合係數與降低損失。理想的主要線 圈數且/或次要線圈部份並聯連接可能由已經的半導體製 程，透過個別的設計方式完成。然後，任何適合的主要線 圈及/或次要線圈部份可能會並聯耦接，但非將本發明限制 於此。 ⑩ 第19圖另-具有兩個1:2變壓器的_變壓器網路 190的實施例的示意圖。變壓器網路19〇具有大約是n 的比例（aspect ratio)’相對地，第17與18圖的變壓器 網路則是具有1:1的比例。這個比例可以根據晶片佈局考 量或其他因素而改變。變壓器網％ 19〇包括主要線圈i9i 與192’其可能形在一積體電路的不同區域，而且可能大 體上環繞且/或在對邊區域。變壓器網路19〇包括一次要線 圈193’其具H狀外形結構。在第19圖的實施例中， 次要線圈193的-第-線圈環繞積體電路中被主要線圈 191佔據的一第一區域。次要線圈193的一第二線圈環繞 積體電路中被主要線圈192佔據的—第二區域。次要線圈 193的-第三線圈環繞該主要線圈192。透過地下通過 (underpass)或越過（overpass)的連接194連接次要線圈 193的多個部分，這些部分是位於次要線圈193跨越的地 方雖然第19圖的實施例包括兩個主要線圏但是在其他 16 201014169 實施方式上使用較少或較多的線圈也是可以的，並非將本 發明限於此。主要線圈可能環繞或是在兩個以上或以下的 區段的對邊。在第19圖的實施例中，變壓器的兩區的電流 疋以相同的順時針方向流動，在變壓器相同的區域的相同 方向產生電磁通量，因此產生叠合的磁通量。為了減少磁 通量，次要線圈可以被安排成相對的方向，如第20圖所示。 第20圖另一 n:m變壓器網路2〇〇的實施例的示意圖， 參其中根據-個元件數量減少的技術的例子來看，次要線圈 203的部份是交錯㈣，因&在次要線圈流過的電流是會 以相對的方向流動（舉例來說’ 一部份是順時針且另一部分 疋逆時針）。如此一來，變壓器外邊的磁通量可能大致上被 消除，因此與晶片上其他的電路造成較小的干擾。在變壓 器200中，跨接耦合（cr〇ss_c〇upling)可以藉由使用在變 壓器網路200中間的一地下通過（underpass)或越過 (〇verpass)的金屬連接2〇1達成，相對於變壓器網路丨9〇, ❷其會改變變壓器網路右邊的次要線圈的電流流動的方向， 使為與原先方向相反。 元件減少 第2丨圖為根據一元件減少技術將第14圖的電路修改 而成電路210的示意圖。在本實施例中在第μ圖的電感 -電容調整網路113的㈣電容可以被移動職成被動元 牛2的另一邊。每一個集成被動元件211的兩個電容被 置換成—電容213,其設置在變壓器的主要線圈的兩個部 分之間。由於電容_聯的關係，電容213的電容值可能為 17 201014169 電感-電容調整網路113内的電容的電容值的一半。電容 213可能被放置在變壓器215的主要線圈的中間。另一個 優點是這個電容可以被放置在變壓器215的上方或下方以 減少晶片面積。 切換式主要線圈（Switched Primary) 第22圖為具有與開關221串聯的變壓器的主要線圈的 電路220的一實施例的示意圖。開關221可以在一些情況 下，將放大器與變壓器的次要線圈隔離。這樣的開關可以 使用在一種運作模式下’使得一個或多個放大器被關閉。❿ 一個例子為多頻段RF傳送器，其具有一個多工器用來在不 同的頻段切換。使用本發明提出的架構，將輸出變壓器與 主要線圈一切換式電容連接可以讓多工器的設計簡化，且 當開關被關閉時，變壓器的主要線圈的阻抗負載也不再存 在。 在一些實施例時，將第20圖中的電容213分成兩個電 容222與223可以讓開關被放置在一虛擬接地點，假設變 壓器的主要線圈是由控制開關的信號所驅動。另一個優點 是較小的信號可以被遇設越過開關，這可以減少開關的壓 力。 第23圖為類似變壓器網路2〇〇的n:m變壓器網路23〇 的一實施例的示意圖，其較電路220增加了被設置在主要 線圈的邓刀之間的電容202與2〇3。電容2〇2且，或2〇3可 能被形成在主要線圈之上或夕个 '之下，因此他們不會去延伸n:m 變壓器網路230的主要線圃* 戈絲'圈的周邊，因此可以結省晶片面 18 201014169 積。電容的形成方法為此一技術領域中，熟知此技藝能事 之能所可以易得知，在此不贅述。在一些實施例中，開關 201可能被形成在主要線圈之下，或是在n:m變壓器網路 230之内。 第24圖為根據本發明之另一 n:m變壓器網路的示意 圖’其中n:m變壓器網路23〇的連接線係位於變壓器網路 之單一侧。在變壓器網路的一邊形成所有的連接方式可以 鲁節省基板的面積。如第24圖所示，變壓器網路230可能具 有一方形241的外觀。連接點242-245可以通過方形的單 一邊（如底邊）而連接到主要線圈。 在本說明書中，名詞「射頻」與「RF」指的是頻率5〇〇κ Hz到300G Hz範圍内的頻率。在一些實施例中，可以使用 在更高的頻率，非將本發明限於此。而「集成」這個名詞 是指將電路元件形成在一積體電路，如晶片。一個電路元 件可以被任何適合的製程所形成，如CM〇s。任何數量的晶 Φ片都可以被使用，不管是一個或一個以上的晶片。舉例來 說，一個或多個集成元件可能被形成在一晶片上，且連接 形成在其他晶片上的集成元件。在一些實施方式，一集成 式變壓器可能不是形成在單一半導體晶片。舉例來說，集 成式變壓器的主要線圈且/或次要線圈可能形成在不同的 平面基板’如印刷電路板。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 19 201014169 第 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準 此外’說明書申請專利範圍中的「第一 二」 _ #等相僅是用來區分中請專利範圍或說明書中 的70件，並非有任何次序或優先順序的意思。此外，在申 請專利賴的方法或裝置巾，使料些順序的名詞並沒有 限定說該元件數量的最大值。在申請專利範圍中使用這些 順序的名詞僅是為了區分具有相同的名稱的元件。而在申 請專利範圍中使用「至少—個」丨「至少―第―」這些字 彙’並非將發明限於單—個元件，而是可以❹個元;。 而使用&括」、「包含」等名詞是指申請專利範圍中所 列出的元件外，亦可増加其他㈣，並非限於此。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示具有叙接5 一被 祸接至放大70件之輸出匹配網路 之傳統電路架構。 第2圖係顯示第1圖之雷 固&冤路之實施’包括以階梯網路 架構設計之電感與電容。 〇 第3a' 3b圖係顯示傳統多重主要橋接放大器，其結合 兩個推拉放大器所提供之信號功率。 第4圖係顯示另一值站之在 力得統多重主要橋接放大器，包括四 個推拉放大器以及四個1: 1變壓器。 第5圖係顯示根據另一傳統技術之兩級式多重主要橋 接放大器。 第6圖係顯示具有隼忐idr么& 、令果成破動70件以及集成變壓器之阻 20 201014169 抗匹配網路之一實施例。 第7圖係顯示將第6圖的阻抗匹配網路加上調整電路 之一實施例。 第8圖係顯示阻抗匹配網路之一實施例，其中主要線 圈係並聯以有效產生1: 2變壓器。 第9圖係顯示阻抗匹配網路之一實施例，其中四個主 要線圈係並聯以有效產生1: 4變壓器。 _ 第10圖係顯示具有集成被動元件以及n:m變壓器之阻 抗匹配網路之一實施例。 第11圖係顯示根據第1〇圖的阻抗匹配網路修改的電 路之一實施例，其中已加入與放大器以及集成被動元件串 聯的調整電路。 第12圖係顯示根據第π圖的阻抗匹配網路修改的電 路之一實施例，其中主要線圈係並聯而次要線圈係串聯。 第13圖係顯示根據第12圖的阻抗匹配網路修改的電 路之一實施例。 第14圖係顯示第11-13圖的阻抗匹配網路之一般電路 示意圖，其中變壓器具有1 : 2之線圈比例。 第15圖係顯示可於一平面積體電路製程形成之η :m變 壓器網路之一實施例。 第16圖係顯示另一 n:m變壓器網路的一實施例，其使 用相對較小的面積。 第17圖係顯示另一 n:m變壓器網路的一實施例’其具 有並聯之多重主要傳輸線。 21 201014169 、第18圖係顯示另一 變壓器網路的一實施例，其具 有並聯之多重主要與次要傳輸線。 第19圖係顯不另一 ΓΚΠ1變壓器網路的一實施例，其具 有大約2 : 1之比例。 第20圖係顯不另一 n:m變壓器網路的一實施例，其具 ' 1之比例，並具有交錯耦接之次要線圈以消除磁 通量。 第1圖係顯示阻抗匹配網路之一實施例，其中電容係 耦接於部分主要線圈之間。 ❹ 第2 2圖係顯示阻抗匹配網路之一實施例，其中開關係 耦接於部分主要線圈之間。 第23圖係顯示另一變壓器網路的一實施例，其中主要 線圈電容係形成於變壓器之區域中。 第24圖係顯示另一變壓器網路的一實施例，其中主要 線圈與次要線圈之連接線係位於變壓器之單一側。 【主要元件符號說明】 10〜電路； 11〜放大元件； 12〜正弦波形圖； 13〜諸波匹配電路； 14〜阻抗匹配電路； 15〜低通濾波器； 16〜負載阻抗； 22 201014169 17〜正弦波形圖； 21〜電感與電容； 22〜電感； 23〜電容； 31、32~推拉放大器； 33、34〜主要線圈； 35、36〜次要線圈； 37、38~變壓器； 30、40~多重主要橋接放大器； 50〜兩級式多重主要橋接放大器； 60~電路； 61、 61a-h〜放大器； 62、 62a-h〜集成被動元件； 63a-d〜集成變壓器； 66〜負載阻抗； 74、74a-h〜調整電路； 81、82〜推拉放大器； 83-86〜變壓器； 80〜電路； 9 0〜電路； 91〜推拉放大器； 92-95〜變壓器； 96~正輸出端； 97〜負輸出端； 23 201014169 100〜電路； 1 01 a-d〜放大器； 102a-d〜集成被動元件； 110~電路； 113、113a_d〜調整電路； 15〇〜變壓器網路； 151、152、153、154~ 主要線圈； 155〜次要線圈； 156〜主動電路； 160〜變壓器網路； 161、162~主要傳輸線； 170〜變壓器網路； 171-176〜主要傳輸線； 177〜次要線圈； 178~金屬連接； 180~變壓器網路； 181 ~次要線圈； 182、183~並聯部； 190〜變壓器網路； 191、192〜主要線圈； 200~變壓器網路； 201〜金屬連接； 2 0 3〜次要線圈， 210〜電路； 201014169 211〜集成被動元件 213〜電容； 215~變壓器； 220~電路； 221〜開關； 222、223〜電容； 230~變壓器網路； 241〜方形； 242-245〜連接點。

Claims (1)

  1. 201014169 七、申請專利範圍： 1.種阻抗轉換網路，用以轉換該阻抗轉換網路的— 第邊的一第一阻抗為該阻抗轉換網路的一第二邊的一第 二阻抗，該第-阻抗不同於該第二阻抗，該阻抗轉換網路 包括： -第-集成被動元件’包括至少一第一集成電感且/ 或至少一第一集成電容；以及 一第一集成變壓器，耦接該第一集成被動元件。 2.如申請專利範圍第i項所述之阻抗轉換網路其中春 該阻抗轉換網路係運作用以於位在5〇〇κ赫兹到_赫兹 的一射頻頻率，轉換該第一阻抗為該第二阻抗。 3·如申凊專利範圍帛！項所述之阻抗轉換網路，更包 栝： -第-電路，耦接該第一邊，與一第二電路，耦接該 第一邊’該第一電路在該第一邊呈現該第一阻抗，且該第 二電路在該第二邊呈現該第二阻抗； 其中該阻抗轉換網路用以建立起在該第_電路與該第Φ 二·電路間的阻抗匹配； 其中該第-邊包括該阻抗轉換網路的一第一棒，且該 第二邊包括該阻抗轉換網路的一第二璋。 4. 一種電子電路，包括： 如申凊專利範圍第3項所述之阻抗轉換網路；以及 第放大器’耗接該阻抗轉換網路的該第一邊該 第一放大器用以在該第一邊呈現該第一阻抗。 26 201014169 5·如申請專利範圍第4項所述之電子電路，其中該第 一阻抗大於該第一阻抗。 6·如申請專利範圍第4項所述之電子電路，更包括： 第二集成被動元件，包括至少一第二集成電感且/ s至少—第二集成電容，該第二集成被動元件耦接該第一 集成變壓器。 ’·如申請專利範圍第6項所述之電子電路，其中該第 集成變壓器包括一第一主要線圈與一第一次要線圈，該 第一 一主要線圈具有一第一端，耦接該第一集成被動元件， 與一第二端，偶接該第二集成被動元件。 8·如申請專利範圍第7項所述之電子電路，更包括： 一天線，其至少部分形成該第二阻抗，其中該第一次 要'線圈耦接該天線。
    .如申請專利範圍第7項所述之電子電路，其中該第 玫大器為一差動放大器，該差動放大器包括： 一第一差動輸出端，耦接該第一集成被動元件；以及 —第二差動輸出端’耦接該第二集成被動元件。 10.如申請專利範圍第9項所述之電子電路，更包括： 第調整網路，耦接該第一差動輸出端與該第一集 診:動7L件’該第一調整網路耦接在該第一差動輸出端與 一集成被動元件之間；以及 調整網路，轉接該第二ϋ動輸出端與該第二隼 成被動元件，該第-堆敕Α 八 診楚_ 第—調整網路耦接在該第二差動輸出端與 Λ 一集成被動元件之間0 27 201014169 η.如申請專利範圍帛9項所述之電子電路，其中該差 動放大器大致上運作在一 DE類運作模式。 12·如申請專利範圍第9項所述之電子電路，其中該差 動放大器產生一第一差動輪出信號於該第一差動輸出端， 與一第二差動輸出信號於該第二差動輸出端，相較於該第 輸出H ’該第一差動輸出信號被平移了約⑽度 的相位。 13. 如申請專利範圍第9項所述之電子電路，更包括： 第一集成變壓器包括—第二主要線圈與一第二次要❹ 線圈，該第二主要線圈與該第二次要線圈串聯耦接，· -第三集成被動元件’包括至少一第三集成電感且/ 或至少一第三集成電容； -第四集成被動元件’包括至少—第四集成電感且/ 或至少一第四集成電容； 其中該第一主要線圈的一第一端耗接該第三集成被動 元件； 其中該第二主要線圈的一第二端轉接該第四集成被動❹ 元件。 14. 如申請專利範圍第13項所述之電子電路，其中該 差動放大器為一第-差動放大器，且該電子電路更包括： 一第二差動放大器，包括： 一第三差動輸出端，耦接該第三集成被動元件； 一第四差動輸出端，純該第四集成被動元件。 15. 如申明專利範圍第14項所述之電子電路，其中該 28 201014169 第二差動放大器大體上放大與第一差動放大器所放大的相 同的信號。 16. 如申請專利範圍第13項所述之電子電路，包括至 少兩個集成變壓器，以及大於兩個的主要線圈。 17. 如申5青專利範圍第1項所述之阻抗轉換網路，其中 該第一集成變壓器包括一 n:m變壓器，其中η不等於m。 18. 如申請專利範圍第17項所述之阻抗轉換網路，其 中該n:m變壓器包括： ❹ 一主要線圈，包括至少一積體電路的至少一第一電 感；以及 一次要線圈，包括該積體電路的至少一第二電感，該 至少一第一電感與該至少一第二電感被建立且安排用以建 立該主要線圈與該次要線圈的一 n :m圈數比，其中n不等 於m 〇 19. 一種信號傳輸方法，包括： 粵 （A)使用產生一信號的一放大器來驅動一天線，該天線 具有一第一阻抗； (B) 使用至少一集成變壓器用以轉換該第一阻抗以產 生一第二阻抗；以及 (C) 使用至少一集成被動元件用以轉換該第二阻抗以 產失一第三阻抗，其中該放大器透過該第三阻抗驅動該天 線。 20. 如申請專利範圍第19項信號傳輸方法，其中該第 二阻抗小於該第二阻抗，且該第二阻抗小於該第一阻抗。 29 201014169 號傳輸方法，其中該至 集成電感且/或至少一 21.如申請專利範圍第19項信 少一個的集成被動元件包含至少一 集成電容。 22.如申請專利範圍帛19項信號傳輸方法，其中該信 號的頻率位於500K赫茲到3〇〇G赫茲之間。 "β ❹ 23·如申請專利範圍第19項信號傳輸方法，立中該至 少-個的集成被動元件包括一第—集成被動元件與一第二 =被動元件’其中步驟⑹包括：使用該第一集成被動元 牛與該第一集成被動元件轉換該第二阻抗，盆中該第一集 成被動元件與該第二集成被動元件耦接用以執行步驟⑻ 的至少一個集成變壓器的一主要線圈的端點。 24,種_集成變壓器，用於射頻阻抗匹配其“ 不等於m，且該n:m集成變壓器包括： ❿ -主要線圈’包括至少一第一導體於一基板上；以及 -次要線圈(secondary )，包括至少一第二導體於該基 板上，該至少一個的第一導體與第二導體用以建立且安排 用以建立該主要線圈與該次要線圈的—n:ffi圈數比，其中 η不等於m。 25. 如申請專利範圍第24項所述之n:m集成變壓器， 其中該次要線圈的圈數大於該主要線圈的圈數。 26. 如申請專利範圍第24項所述之n:ffi集成變壓器， 其中該主要線圈包括-第-複數個導體，分別並聯輕接， 且/或該次要線圈包括一第二複數個導體，分別並聯耦接 其中該第-複數個電感包括至少一個第一導體，該第二複 30 201014169 數個導體包括至少一個第二導體。 如申請專利範圍第24項所述之_集成變壓器， -中該主要線圈與該次要線圈大致上形成在相同化 階段。 冑請專利範圍第24項所述之n:m集成變壓器， 、中該主要線圈與該次要線圈形成在不同的金屬化階段。 29··如中請專利範圍第心所述之_集成變壓器， ❹、中。人要線圈包括耦接到該主要線圈的一第一線圈與一 第二線圈。 申叫專利範圍第28項所述之n:m集成變壓器， 、中。第、線圈形成在該至少一個的第一電感的一第一 邊h第一線圈形成在該至少—個的第一電感的一第二 邊，該第一邊不同於該第二邊。 如申請專利範圍第24項所述之㈣集成變壓器， 其中該主要線圈形成在該積體電路的一第一區，且該· φ 集成變壓器更包括： 第一主要線圈’形成在該積體電路的一第二區其 中該第一區與該第二區彼此戶相不重整，且其中該次要線 圈包括環繞地形成於該第一區的一第一線圈（Μη)與環繞 地形成於該第二區的一第二線圈。 32·如申請專利範圍第31項所述之㈣集成變壓器， 其中該-人要線圈包括一第三線圈環繞地形成於該第二區域 以及一第四線圈，環繞地形成於該第一區域， 其中該第-主要、線圈是環繞地形成於該次要線圈的該 31 201014169 第線圈，且其中該第一主要線圈是環繞地形成於該次要 線圈的該第二線圈， 其中該次要線圈的該第二線圈是環繞地形成於該第二 主要線圈，且該次要線圈的該第四線圈是環繞地形成於該 第一主要線圈， 其中於該次要線圈的該第〜線圈環繞著該第一區域， 且於該次要線圈的該第二線圈環繞著該第二區域。 33. 如申請專利範圍第31項所述之n:m集成變壓器，
    其中該次要線圈的該第-線圈與該第二線圈被安排讓該次 要線圈的㈣—線圈的電流以不是順時針就是逆時針的一 第一方向流動，且該次要線圈的該第二線圈的電流以不是 逆時針就是順時針的一第二方向流動，其中該第一方向與 該第二方向相對。 34. 如申請專利範圍第31項所述之η:ιπ集成變壓器， 其中該n:m集成變壓器具有大體上為一矩形外觀的一外部
    周圍其中該第一與該第二主要線圈的連接是由只通過該 矩形的單一邊的複數個導體所完成。 35. —種電子電路，包括： 如申"η專利範圍第24像所述之n:m集成變壓器，其 該主要線圈包含一第一導體與一第二導體；以及 至v—個集成電容’耦接該主要線圈的該第一導體 該主要線圈的該第二導體。 36.如申請專利範圍第35項的電子電路，其中該至 的集成電备疋形成在該n:m集成變壓器的矩形外觀 32 201014169 外部周圍内的該主要線圈之下。 37.如申請專利範圍第35 Ji
    電路包括一第一電感；以及 ’其中該至少 更包括： 該第一阻抗
    ’該第二阻抗 電路包括一第二電感；
    配電路，耦接以分享該至少一 個集成電容為一諧振電容式 元件。 39. —種電子電路，包括： 如申請專利範圍第24像所述之n:m集成變壓器，其中 該主要線圈包含一第一導體與一第二導體；以及 一開關，用以耦接該主要線圈的該第一導體至該主要 線圈的該第二導體。 40. 如申請專利範圍第39項的電子電路，其中該開關 形成在該主要線圈的一虛擬接地點。 41. 如申請專利範圍第39項的電子電路，更包括： 一放大器，耦接該主要線圈； 其中該開關是可控制地被關閉，藉此使該放大器不耦 接該次要線圈。 42. 如申請專利範圍第39項的電子電路，更包括： 一第一電容’耦接在該開關與該主要線圈的該第一導 33 201014169 體之間；以及 一第二電容，耦接在該開關與該主要線圈的該第二導 體之間。 43. —種電子電路，包括： 如申請專利範圍第24像所述之n:m集成變壓器，其中 該主要線圈包含一第一導體與一第二導體；以及 一第一差動放大器，包括： 一第一差動輸出，耦接至該主要線圈的一第一端；以 及 一第二差動輸出，耦接至該主要線圈的一第二端。 44. 如申請專利範圍第43項的電子電路，更包括： 一第一集成式被動元件，耦接在該第一差動輸出與該 主要線圈的該第一端之間；以及 一第二集成式被動元件，耦接在該第二差動輸出與該 主要線圈的該第二端之間。 45. —種電子電路，包括： 如申請專利範圍第43像所述之集成變壓器，其中 該n:m集成變壓器為一第一 n:m集成變壓器，該主要線圈 為一第一主要線圈，且該次要線圈為一第一次要線圈； 一第二n:m集成變壓器，包括： 一第二主要線圈，包括該集成電路的至少一第三導 體；以及 一第二次要線圈，包括該集成電路的至少一第四導 體，該至少一第三導體與該至少一第四導體被建立與安排 34 201014169 ❹ 使該第二主要線圈與該第二次要線圈形成一p.q的比例， 其中p不等於q ; 其中該第一次要線圈與該第二次要線圈串聯。 46. 如申請專利範圍第45項的電子電路，包括大於兩 個的主要線圈。 47. 如申請專利範圍第45項的電子電路，其中該第一 差動放大器提供第一與第二差度信號至該第—主要線圈， 且該電子電路更包括： 一第二差動放大器，用以提供第三與第四差動信號至 該第二主要線圈； 其中該第一與該第三差動信號大體上相同； 其中該第二與該第四差動信號大體上相同； 其中該第一與該第三差動信號為該第二與該第四差動 信號相位移180度所產失。 48. 如申請專利範圍第45項的電子電路 P與q為正整數。 49. 如申請專利範圍第48項的電子電路 比例不同於p: q的比例。 50. 如申請專利範圍第48項的電子電路 比例相同於P : q的比例。 51·如申請專利範圍第43項的電子電路 ______ 被裁接至該次要線蹰# 綠圈U傳遞來自該第一差動放大器的一信 號。 其中η、m 其中η : m的 其中n : m的 其中一天線 52.—種信號傳輸方法，包括 35 201014169 (A) 驅動使用一放大器的一天線，該天線用以產生一射 頻信號，該天線具有一第一阻抗；以及 (B) 使用具有n:m比例的一集成變壓器轉換該第一阻 抗以產生一第二阻抗’其中η不等於m， 其中該放大器透過該第二阻抗驅動該天線。 53. 如申請專利範圍第52項所述之信號傳輸方法，其 中該第二阻抗小於該第一阻抗。 54. 如申請專利範圍第52項所述之信號傳輪方法，其 中該放大器為一第一放大器，該集成變壓器為—第一集成參 變壓器，該射頻信號為一第一射頻信號，且該方法更包括. (C) 驅使用產生一第二射頻信號的一第二放大器來驅 動該天線；以及 第一阻 法，更
    (D)使用具有p:q比例的一集成變壓器轉換該 抗以產生一第三阻抗，其中P不等於q， 其中該放大器透過該第三阻抗驅動該天線。 55.如申請專利範圍第54項所述之信號傳輸方 包括： 錯田切換耦接 成變壓器的至少一個的主要续願 ^ 幻王要線圈的至少一個開關控 量的功率傳送至該天線。 36
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