TW201025553A - IC having in-trace antenna elements - Google Patents

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Ahmadreza Rofougaran
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201025553 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及無線通信領域’具體涉及一種支援無線通信 的積體電路。 【先前技術】
[0002] 衆所周知，通信系統是用來支援在無線和/或有線通信設 備之間的無線通信系統和有線通信系統。這樣的通信系 統涵蓋範圍從國内和/或國際锋窩電話系統到互聯網，再 到點對點室内無線網路’再到射頻識別（RFID)系統。 每種類型的通信系統都依蟬相關的一個或多個通信標準 建造和運行，例如，包括植#奴於：射頻識(RFID) 、IEEE802. 1 1、藍牙（3111^；(^;.1^^1^^|移動電話業 務（ΑΜΡδί，數位AMP“S、全球移.暴靈（GSM)、 碼分多址（CDMA)、表地多點傳輸系統（LMDS)、多通 道多點分配系統（MljDS) '和/辱上述標平的改進》根據 無線通信系統的類型，無電話、對講 機、個人數位助理（PM) tggfMpc)、筆記本電 腦、家庭娛樂設備、RFID^rliili^eader)、RFID電子 標簽等等’直接地或間接地與其他無線通信設備進行通 信。就直接無線通信（也稱點對點的通信）而言，參與 通信的無線設備將它們的接收器和發射器調諧到相同一 個或多個通道（如無線通信系統中的多個射頻載波中的 一個）並在這個（些）相同的通道上進行通信。對於間 接無線通信而言，每個無線通信設備都可通過分配的通 道直接與相關的基站（如用於蜂窩通信的）和/或相關的 接入點（例如，用於室内或建築物内無線網路）進行直 098126597 表單編號 A0101 第 3 頁/共 44 頁. 0993046639-0 201025553 接的通信。爲了在無線通信設備之間建立通信連接，相 關的基站和/或相關的接入點通過系統控制器、公共交換 電話網絡、互聯網和/或一些其他的廣域網直接通信。 [0003] [0004] 對參與到無線通信中的每種無線通信設備來說，其組成 包括内置的無線收發信器（如接收器和發射器）或外接 相關的無線收發信器（用於室内和/或建築物内無線通信 網路的基站或RF數據機）。衆所周知’接收器連接天線 且包含低雜訊放大器、一個或多個中頻級、濾波級和資 料恢復級。低雜訊放大器通過天線接收入站的射頻信號 ，然後對其進行放大❹一個或多個中頻級將放大後的RF 信號混入一個或多個本地孤_沖，並嫌·教大射頻信號 變頻成基帶信號或中頻（丨路信^ 基帶信號 或IF信號進行濾波以攀減基帶信號中的雜波信號和産生 濾波信號❶資料修復級根據特定的無線通信標準從濾波 後信號中恢復出原始資料。（ t. 衆所周知，發射器包括資料>康*級、個或多個中頻級 和功率放大器。資料調製級根橡特寒的無線通信標準將 原始資料轉換成基帶信號。一個或多個中頻級將基帶信 號混入一個或多個本地振蕩中生成RF信號。功率放大器 對射頻信號進行放大，然後通過天線發送射頻信號。 [0005] 目前，無線通信都是在許可頻譜或非許可頻譜（li- censed and unlicensed frequency spectrum)頻 譜上進行通信的。例如，無線局域網（WLAN)是在頻譜 爲900MHz、2. 4GHz和5GHz的工科醫（ISM)的頻譜中發 生，然而’ ISM頻譜雖是非許可時，對功率、調製技術和 098126597 表單編號A0101 第4頁/共44頁 201025553 天線卻是有限制的。另一個非許可頻譜的例子是頻譜爲 55-64GHZ的V基帶。 [0006] 因爲無線通信的無線部分開始並結束於天線，所以在無 線通信設備中’設計合適的天線結構是重要的部件。衆 所周知，天線結構被設計爲在操作頻率上具有期望的阻 [0007] 抗（舉例來說’ 50Ohm)、以期望的操作頻率爲中心 望帶寬、以及期望的長度（如單極天線工作頻率的1/4皮 長）^進一步已知的天線的結構可包括單極或雙極天線 、分集天線結構、同極化天線、異極化天線和/或其他數 目的電磁特性。：： r；..... , < I" : 1 ， 用於RF收發器的一種常用天安結痪；^三;i 螺旋天線 (three-dimensional iiirAii'r-JWrtx antenna) » 其和拉伸的彈簧相似。空中螺旋天線提供一種磁全向（ magnetic omni-directional )的單極天線 ° 其他種 ❿ 類的三維天線包括矩形、1徑天線，三 維雙極天線的形狀有圓錐柱身、屬圓形等等，且 反射器天線有平面發射器器或拋物面發射器 。但是，存在的問題是它們不能在積鱧電路（1C)和/或 支援所述1C的印刷板電路（PCB)的二維空間中充分地實 現。 [0008] 098126597 二維天線包括彎曲樣式（meandering pattern)或微 波傳輸帶配置。爲了使天線有效地工作’單極天線的長 度應爲1/4波長，雙極天線的長度應爲1/2波長，其中， 波長（久）=c/f ’公式中’ c是光速’ f是頻率。例如’ 1/4波長的天線在900MHz具有的總長度約爲8. 3釐米（也 表單編號A0101 第5頁/共44頁 0993046639-0 201025553 就是，0. 25* ( 3*1 08m/s) / (900*106c/s) = 0.25*33cm，其中，m/s是米每秒，c/s 是周期每秒）。另一個例子，1/4波長的天線在2400MHz 的總長度約爲3. 1釐米（如0. 25* ( 3*108m/s) / (2.4*109c/s) = 0.25*12.5cm)，由於天線尺寸而不能 在將其集成在晶片上，因爲這樣的話具有數百萬個電晶 體相對複雜的IC將具有2到20毫米乘2到20毫米的尺寸。 [0009] 隨著1C製造技術的持續發展，1C所帶的電晶體的數量越 來越多，但其尺寸會變得越來越小。當這個發展允許電 子設備減小其尺寸時，出現了設計上的挑戰，這個挑戰 涉及向該設備的多個1C提供或從設備的多個1C接收信號 、資料、時鐘信號、運行指令等。目前，這是靠1C封裝 和多層PCB的發展來解決的，例如，1C可包括小空間上（ 如（2〜20)毫米* (2〜20)毫米）的帶100〜200個引 腳的球柵矩陣（ball grid array)，多。層PCB包括1C 的每個引腳的迹線部分（trace)以將其路由到PCB上的 至少一個其他元件。明顯地，IC間通信的發展需要充分 支援1C製造的出現的改進。因此，需要一種積體電路天 線結構及其無線通信應用。 【發明内容】 [0010] 本發明提供一種操作裝置和方法，結合至少一副附圖給 出了充分地顯示和/或描述，並更完整地在權利要求中闡 明。 [0011] 根據其中一方面，一種積體電路包括： 電路模組； 表單編號A0101 098126597 第6頁/共44頁 [0012] 201025553 [0013] 毫米波（a ffli 11 ime_ter wave, MM\〇 前端；和 [0014] 耦合到所述電路模組和MMW前端的連接模組，所述連接模 組包括： [0015] 第一頻變阻抗模組； [0016] 第二頻變阻抗模組； [0017] ❹ 耦合到所述第一頻變阻抗模組和第二頻變阻抗模組之間 的第一迹線部分（trace section)，其中所述第一迹 線部分用於爲MMW前端提饵天線段；和 變阻抗模:&和vf;降模組之間的第二迹 、二頻變j莫·组篇一二迹線部 [0018] 耦合到所述第二頻變 線部分、其t第一 _ _ 分之間的串聯組合提供到 [0019] 優選地，所述積體電路還包括： [0020] 鲁 [0021] [0022] 晶片，其中，電路模組、MMW前，、連接褐組在所述晶片上實現^nieibcfua»v Drop€jrf/ 優選地，所述積體電路還 晶片，其中，電路模組和MMW前端在所述晶片上實現；和 用來支撐晶片的封裝基板，其中，連接模組的_部分在 封裝基板上實現’且其剩餘部分在晶片上實現。 [0023] 優選地’所述積鱧電路還包括： [0024] 第二電路模組’其中，所述連接模組將所述電路模組耦 合到所述第二電路模組。 [0025]優選地’所述電路模組可通過所述連接模組接收或發送 098126597 表單编號A0101 第7頁/共44頁 0993046639-0 201025553 資料信號。 [0026] 優選地，所述電路模組通過所述連接模組連接供電電源 或供電回路。 [0027] 優選地，所述積體電路還包括： [0028] 第三頻變阻抗模組；和 [0029] 耦合在第一和第三頻變阻抗模組之間的第三迹線部分， 其中，所述第三迹線部分用於爲所述MMW前端提供第二天 線段，其中，所述天線段和所述第二天線段形成雙極天 線。 [0030] 優選地，所述第一、第二頻變阻抗棋组包括下列中的至 少一個： [0031] 電感； [0032] 電感和電容； [0033] 電感和電感-電容儲能電路；和 [0034] 電感和低通濾波器。 [0035] 優選地，所述積體電路還包括： [0036] 接近第一迹線部分的地平面，這樣所述第一迹線部分爲 MMW提供單極天線。 [0037] 根據本發明的另一方面，所述積體電路（1C)包括： [0038] 電路模組； [0039] 毫米波（MMW)前端； 098126597 表單編號A0101 第8頁/共44頁 0993046639-0 201025553 [0040] 第一連接模組，包括： [0041] 第一頻變阻抗模組； [0042] 第二頻變阻抗模組； [0043] 耦合到第一頻變阻抗模組和第二頻變阻抗模組之間的第 一迹線部分，其中所述第一迹線部分爲MMW前端提供天線 段；和
[0044] 耦合到第二頻變阻抗模組和電路模組之間的第二迹線部 分，其中第一、二頻變阻抗模組和第一、二迹線部分之 間的串聯組合提供到所述電路模組的第一連接；和 [0045] 第二連接模組，包括： [0046] 第三頻變阻抗模組； [0047] 第四頻變阻抗模組； [0048] 耦合到第三頻變阻抗模組啊第，四頻變阻抗模組之間的第 三迹線部分，所述第三迹線部分用於gJiMW前端提供第二 _ 0 ^ £ 天線段，和 '： [0049] 耦合第四頻變阻抗模組和電路模組之間的第四迹線部分 ，其中第三、四頻變阻抗模組和第三、四迹線部分之間 的串聯組合提供到所述電路模組的第二連接；和 [0050] 耦合到第一迹線部分和第三迹線部分以使的所述第一天 線段和第二天線段在對應MMW前端的運行頻率範圍的頻率 範圍内可操作連接到一起的高頻連接模組。 [0051] 優選地，所述高頻連接模組包括串聯電感-電容儲能電路 0993046639-0 098126597 表單編號A0101 第9頁/共44頁 201025553 [0052] 優選地，積體電路還包括：第三連接模組，所訴第三連 接模組包括： [0053] 第五頻變阻抗模組； [0054] 第六頻變阻抗模組； [0055] 耦合到所述第五頻變阻抗模組和第六頻變阻抗模組之間 的第五迹線部分，所述第五迹線部分用於爲所述MMW前端 提供第三天線段；和 [0056] 耦合到所述第六頻變阻抗模組和電路模組之間的第六迹 線部分，其中所述第五、六頻變阻抗模組和第五、六迹 線部分之間的串聯組合提供到所述電路模组的第三連接 ;和 [0057] 耦合到所述第三迹線部分和第五迹線部分以使的所述第 一、第二和第三天線段在sllilfiijw前端的運行頻率範圍的 頻率範圍内可操作連接到一起的高頻連接模組。 [0058] 優選地，積體電路還包括： [0059] 天線耦合電路，包括： [0060] 耦合所述第一和第三天線段的傳輸線；和 [0061] 耦合到所述傳輸線的變壓器。 [0062] 優選地，所述天線連接電路還包括： [0063] 耦合到所述變壓器的阻抗匹配電路。 098126597 表單編號A0101 第10頁/共44頁 0993046639-0 201025553 [0064] 根據本發明的第三方面，一種積體電路包括·· [0065] 多個頻變阻抗模組；和 [0066] 多個迹線部分，其中，所述多個迹線部分的第一迹線部 分柄合到所述多個頻變阻抗模組的第一頻 變阻抗模組和 第一頻變阻抗模組之間，其中所述第一迹線部分提供天 線段；且
[0067] 其中，所述多個迹線部分的第二迹線部分耦合到第二頻 變阻抗模組連接，其中’所述第一、二頻變阻抗模組和 第一、二迹線部分的串'琳组合提供速接。 [0068] 優選地，所述積體電路還4总:% [0069] 所述多個迹線部分的第三迹線部分^耦合到所*迷多個頻變 -1； 啤·抗模組的第二頻變阻抗模組和第三頻孿隊抗模組之間 ，其中所述第三迹線部分提供第二天線段；和 [0070] 所述多個迹線部分的第四4?^部三頻變阻抗 模組’其中，第一(组和第一、二、 彡、四迹線部分之間的串連接β [0071] 優選地’所述積體電路還包括： [0072] 所述多個迹線部分的第三迹線部分耦合釗所述多個頻變 陴抗模組的第三頻變阻抗模組和第四頻變陴批模組之間 ，第三迹線部分提供第二天線段；和 [0073] 所述多個迹線部分的第四迹線部分連接第四頻變阻抗模 祖，其中’第三、四頻變阻抗模組和第三、㈤迹線部分 098126597 之間的串聯組合提供第二連接。 表單褊號Α010Ι 第11頁/共44頁 0993046639-0 201025553 [0074] [0075] [0076] [οοπ] [0078] [0079] 優選地，所述積體電路還包括： 將所述天線段_合賴述第二天線段的高頻連接模組。 本發明的各種優點、各财面和創新特徵， 以及其中所 示例的實施例的細S，將在以下的描述和附®中進行詳 細介紹。 【實施方式】 圖1是積體電路（IC) 10的實施例的框圖，該積體電路 包含電路模組12、微米波（MMW)前端14和連接模組15 連接模組15包括第一锺變阻抗模组（frequency de- ® pendent impe(iance 分顏變阻抗模組 18、第一迹線部分2〇和第二纖竦部，_難電路1〇可 通過使用興·有报多金屬層的造，所 述1C製造技術包括但不限於，CM0S (互補金屬氧化物半 導想）、bi-CMOS、砷化鎵、矽鍺等。 在本實施例中，第一迹線的一個或多個 金屬層上的金屬迹線）爲供一個天線段（ ◎ antenna segment)，另》F*，“第—、二頻變阻抗模組16 、18和第一、二迹線部分20、22之間的串聯組合使得它 們可與電路模組12連接。爲了達到這點，第一、二頻變 阻抗棋組16、18彼此之間包含高頻信號（如通過MMW前端 14接收和/或發射的MMW (3GHz-300 GHz)頻率入站和/ 或出站信號）且可使得通過的低頻信號（如電路模組12 或電源線發射或接收的資料信號）近乎無衰滅。 如參照圖1所示的頻率表的實施例所示，假設電路模組12 098126597 表單編號A0101 第12頁/共44頁 0993046639-0 201025553 [0080] ❹ [0081] 是存儲模組、數位電路、類比電路、邏輯電路、處理模 組或其他任意類型的能通過連接模組15接收和/發射信號 的電路。進一步假設，信號的頻率在1〇〇](112到1(^2之間 且MMW前端14發射和/或接收60GHz頻帶内的信號。在這 個例子中’第一、二頻變阻抗模組16、18在1〇〇1[112；到 1GHz的頻率範圍内有低阻抗，這樣就使資料信號近乎沒 有衰減地傳播。另外，第一、二頻變阻抗模組16、18在 60GHz範園内有高阻抗，這個頻段内主大體上包含了 MMW 前端在模組16和模組18之間發射和/或接收的60GHz信號 〇 另一個例子，假設 接和/或電源回路 圖1所示的頻率表中，電源頻率低於資料頻率，就這樣， 第一、二頻變阻抗模組16、18的阻抗檨很低，且對電路 模組12的供電近乎沒有影|，且^還可爲ΜΜ|ί前端提供ic上 天線段。需要注^意的是，2；^長或1/4波長 -I*- 的彎曲形天線、單極天線γ /和/或其他類型的 微波天線。進一步需要注意的是：义線段可用於連接其 他天線段以組成新的天線（如雙極天線、螺旋狀天線等 )和/或與其他天線段一起使用以組成天線陣列。 圊2是積體電路1〇第二實施例的框圊’積體電路1〇包括晶 片24和封裝基板26。在這個實施例中’晶片24用於支禮 電路模組12、MMW前端14、第一、二頻變阻抗模組16、 18和第一、二迹線部分2〇、22。封裝基板26用於支標晶 片24 °在一個例子中，晶片可採用互補金屬氧化物半導 連接模組:1^1 (power Jjjp ;爲電路換‘组12提供電源連, Ή: >Ijly r—et^riO 連接。在 098126597 表單編號A0101 第13頁/共44頁 0993046639-0 201025553 體（CMOS)技術製造’封裝基板可以是印刷電路板（PCB )。在另一個例子中’晶片24可採用神化鎵技術、石夕鍺 技術、雙極性技術、bi_CM0S技術和/或其他類型的1C製 造技術來製造’封裝基板可以是印刷電路板（pCB)、玻 璃纖維板、塑勝板和/或一些其他的非導電材料板。需要 注意的是，封裝基板可對晶片24的結構起支撐作用，且 不包含迹線部分。 [0082] 圖3是積體電路1〇的另一實施例的框圖’積體電路1〇包括 晶片24和封裝基板26。在這個實施例中’晶片24用於支 撐電路模組12、MMW前蜷14和第二迹線部分22。封敦基 板26用於支雜片24、第組16 第一迹線部分20。 ◎
、18和 [0083] [0084] 098126597 圖4是積體電路10的另一實施例的框圖，積體電路1〇包括 電路模組12、MMW前端14、連接模組15和第二電路棋紅 3〇。速接模組I5包括第一、丨二^彎b拆^組I6、和第 一、二、三迹線部分20 、 22和ir , 在本實施例中，第一迹線部10的—個或多個 金屬層上的金屬迹線）爲MMW前端14提供一天線段/ ^ -4 X | ，第一、二頻變阻抗模組16、18和第一、二、三迹線部 分20、22、32之間的串聯組合爲電路模組12和第-番 ~~- % 路 模組30 (可以是存儲模組、數位電路、類比電路、邏輯 電路、處理模組或其他任意類型的能接收和/或發射 的電路）提供了連接。爲了達到這點，第~相& 一頻變阻 抗模組16、18彼此之間包含高頻信號（如通過MMW前端 14接收和/或發射的MMW頻率入站和/或出站信號）， 且可 ◎ 表單编號A0101 第14頁/共44頁 0993046639-0 201025553 使得通過的低頻信號（如電路模組12和第二電路模組30 發射或接收的資料信號）近乎無衰滅° [0085] 圖5是積體電路10的另一實施例的框圖’積體電路10包括 電路模組12、MMW前端14和連接模組I5。所述連接模組 15包括第一、二、三頻變阻抗模組16、18、34和第一、 二、三迹線部分20、22、36。 [0086] ❹ 在本實施例中，第一迹線部分20和第三迹線部分36爲MMW 前端提供天線段，所述天線段可作爲雙極天線、單獨發 射和單獨接收的天線、分集夭線或天線列陣來運行。另 外，第一、二、三頻變阻咚|,祝各:愈和第一、二 、三迹線部分20、22、36：^舒f ^合#路模組12 建立連接黎泰 18彼此之間包含高頻清號（如通過MMW前端14接收和/或 發射的MMW頻率入站或出站信號）。第一和三阻抗模 組U、34彼此之間包含高卜:之感5丨、二、三阻抗 模組I6、I8、34可使得通(如電路模組I2 ❹ [0087] 發射或接收的資料信號）° 圖6是連接模組15的實施例和MMW前端14的實施例的框圏 。如圖所示，MMW前端14可包括發送端（τχ)、接收端（ RX)和發送/接收開關（TR SW)。發射端ΤΧ可包括升頻 模組和功率放大模組（如，一個或多個並聯和/或串聯麵 合的功率放大驅動器和一個或多個並聯和/或串聯柄合的 功率放大器），所述升頻模組用於將出站基帶信號變頻 成出站MMW信號。接收端（RX )可包括低雜訊放大模組（ 098126597 一個或多個串聯和/戒並聯轉合的低雜訊放大器）和用於 表單編號Α0101 第15頁/共44頁 0993046639-0 201025553 將玫大的入站MMW信號變頻成入站基帶信號的降頻模組。 所述1C 10可進一步包括基帶處理模組，所述基帶處理模 組根據一個或多個無線通信協定和/或標準將出站資料轉 換成出站基帶信號和將入站基帶信號轉換成入站資料。 [0088] [0089] 098126597 第一和第二頻變阻抗模組16、18可由電感來實現，每一 個電感16和18都有這樣一個感抗’使得其在通過連接模 組15傳送的信號的頻率處阻抗較低’在通過MMW前端14發
射和/或接收信號的頻率處阻抗較高。其中，較低阻抗比 較高阻抗要小很多（如比例係數爲2〇dB或更多）。特定 的感抗值取決於電路模組12的信號頻率和輸入輸出阻抗 感抗，偉（,L)決舞Μ ) MM前端14 /出信號的
。例如，電感16和18的 的工作頻__率（如，FMMW 頻率，FSIG)和電路模組12的輸入阻抗（RCB) ° 如果，在MMW頻率，FSIG有100dB的衰減，那麽 2RL=100000*RCB » 給定的（電感阻抗）R,L=2ttF*L ’ 等 1, 式在FSIG爲0Hz時（如，直^電^:線）可*得到L=( fv 5 0 0 0 0 *RCB ) /2 龙 ftMW V、f ’ -‘，：·5 π I %: ?. 在本實施例中，第一迹線部分20爲MMW前端14提供天線段 。另外，第一、二頻變阻抗模組16、18和第一、二迹線 部分20、22之間的串聯組合爲電路模組12提供了電源（ VDD)線連接。如圖所示’ MMW前端14的發送/接收開關 (TR SW)與迹線部分20的一端連接。圖16-18示出了 MMW前端與迹線部分耦聯以組成天線段的多個實施例。 圖7是連接模組15的另一實施例和MMW前端14的另一實施 例的框圖。如圖所示，MMW前端14可包括發送端（TX)和 0993046639-0 表單編號Α0101 第16頁/共44頁 [0090] 201025553 接收端（RX)，且連接模組包括兩個相似的部分（如， 一個位於電源線VDD中，另一個是電源線VSS中）。發射 端TX可包括升頻模組和功率放大模組，所述升頻模組用 於將出站基帶信號變頻成出站MMW信號。接收端RX可包括 低雜訊放大模組和用於將放大的入站MMW信號變頻成入站 基帶信號的降頻模組。1C 10可進一步包括基帶處理模組 ，所述基帶處理模組根據一個或多個無線通信協定和/或 標準將出站資料轉換成出站基帶信號和將入站基帶信號 轉換成入站資料。 ❹ [0091] 每一個連接模組的第一、第二頻變阻抗模組16、18可由 電感來實現，每一個電感16和18都有這樣一個感抗，使 画 * 得其在通過連接模組15傳送的信號的頻率處阻抗較低， 在通過MMW前端14發射和/或接收信號的頻率處阻抗較高 。其中，較低阻抗比較高阻抗要小很多（如比例係數爲 20dB或更多）。在本實施例中，?每一個連择模組15中的 ' fi ^ 卜 [0092] 第一迹線部分20爲MMW前端4'提也天線段。另外，每一連 接模組裏的第一、二頻變阻抗辱^且16^18和第一、二迹 線部分20、22之間的串聯組合爲電路模組12提供了電源 (VDD)線和電源回路VSS連接。 圖8是連接模組15連接MMW前端14和電路模組12的另一實 施例的框圖。連接模組15提供電源連接VDD，且包括三個 由電感來實現其功能的頻變阻抗模組16、18、34和三個 迹線部分36、20、22。在本實施例中，迹線部分36、20 爲MMW前端提供天線段，其中，所述天線段構成一個雙極 天線。 098126597 表單編號A0101 第17頁/共44頁 0993046639-0 201025553 [0093] 圖9是連接模組15連接MMW前端14和兩個電路模組以、3〇 的另一實施例的框圖。連接模紐15包括第一、二頻變阻 抗模組16、18和第一、二迹線部分2〇、22。每一個頻變 阻抗模組都包括電感和電容。電感具有可爲通·歸前端 發送和/或接收的MMW信號提供高阻抗和爲在電路模組12 、30之間的傳送的信號提供低阻抗的感抗值。電容可依 大小排列成用來進一步衰減由MMW前端發送或接收的高頻 信號，且對兩電路模組之間的傳送信號近乎不産生衰減 [0094] 圖10是連接模組連接MMW前端14和兩個電路模組12、3〇 ㈣一實施_框圖。連變阻抗 模組16、18和第一、二迹喊分爹’一個頻變阻 抗模組都包括電感和低通濾波器（LpF)、。電感具有可爲 通過MM W前端發it和/或接收的画信號提供高阻抗和爲在
電路模組12 3〇之間的傳 。低通渡波器有拐角頻率『《网uency)，能 進步哀減由MMW前端發信號，且對兩電 路模組之間的發送信號幾減。 約1蘇提供低阻抗的感抗值fepftrfun!
[0095] 圖11是連接模組連接職w前端14和兩個電路模組12、3〇 的另-實施例的框圖。連接模組包括第…二頻變阻抗 模組16、18和第-、二迹線部分2Q、22。每__個頻變阻 抗模组都包括電感和並聯電感_電容儲能電路。電感具有 可爲通過MMW前端發送和/或接收的隱信號提供高阻抗和 爲在電路模組12、⑽之間的傳送的信號提供低阻抗的感 抗值。並聯電感-電容儲能電路有諧振頻率，在此頻率處 098126597 表單編珑A0101 第18頁/共44頁 0993046639-0 201025553 可進-步衰減_前端發送或接枚的高頻信號，且對兩電 路楔組間的發送信號不產生衰減。 [0096] 圖U進-步包括電感的阻抗和並聯電感_電容儲能電路的 圖例、在-些例子中’由電感提供喊抗值可能不能提 供期望的阻抗水平，尤其對於電路模組的高阻抗輪入。 爲了進-步地衰減，並聯電感〜電容（LC)儲能電路有與 吻前端的MMW頻率相對應的諸振頻率。因此在贿頻 率範圍内，可通過增加阻抗來達s'm抗的期望值。 ❹ [0097] 〇疋積體電路1〇的另一實施例的框圓，它包括晶片“ 和封裝基板26 ’在本實施例在’邊^4用來支撐雷璧 組12、MMW前端 14、第一、二j 6、（ 8、 第一、二迹線部分20、22和也平實施例中， 迹線部分20用地年面爲MMW前端提供單極天線。 [0098]
圖13是積體電路10的另一實施例的框囷，該積體電路包 括電路模組I2、MMW前端_第、第二連 接模組50和高頻連接模組6|^_:1|^|¥模組丨5包括第一 、二頻變阻抗模組！6、迹線部分20、22。 第二連接模組50包括第三、四頻變阻抗模組52、54和第 二、四迹線部分56、58。第二連接模組5〇與第一連接模 組15的元件基本類似。 [0099]在本實施中，第一迹線部分20爲MMW前端提供第一天線段 ，第三迹線部分56爲MMW前端提供第二天線段。第一、二 頻變阻抗模紐、18和第一、二迹線部分20、22之間的 串聯組合與電路模組12建立第一連接。另外，第三、四 098126597 表單编號A〇1〇1 第19頁/共44頁 0993046639-0 201025553 頻變阻抗模組52、54和第三、四迹線部分56、之間的 串聯組合與電路模組12建立第二連接。第—連接和第二 連接可以是電源和/或電源回路連接和/或信號連接。 [0100] 高頻連接模組60將第一迹線部分20耦合到第三迹線部分 56以爲MMW前端提供天線。可調諧第_、三迹線部分2〇、 56與高頻連接模組60之間的串聯組合，這樣其共同阻抗 (collective impedance)主要在MMW前端 14接收和/ 或發送的信號頻率範圍内爲天線提供斯望的阻抗。。更 進一步地，高頻連接模組60在由前端接收和/或發送 的信號頻率内阻抗較低，在由電路棋组12接收或發送的
信號頻率上阻抗較高。 號不產生衰減。 因組60對這些 信 ，'· Μ [0101] 圖14是積體電路1〇的另一實施例的框圖，該積體電路1〇 包括電:路模組12、;MMW前端14、第一連接模組15、第二 連接模組5〇、第三連接鄉概组6〇和第二 高頻連接模组80 ’第一連綠·第一、二頻變阻 抗模組16、18和第一、二教p、22。第二連接模 ❹ 組50包括第三、四頻變阻抗模組52、54和第三、四迹線 部分56、58。第三連接模組70包括第五、六頻變阻抗模 組72、74和第五、六迹線部分％、78 »第五連接模組70 與第一連接模組16的元件類似。 [0102] 在本實施中，第一迹線部分2〇、第三迹線部分56和第五 迹線部分56爲MMW前端提供天線段，另外，第五、六頻變 阻抗模組72、74和第五、六迹線部分76、78之間的串聯 組合與電路模組12建立第三連接。 098126597 表單編號Α0101 第20頁/共44頁 0993046639-0 201025553 [0103] 高頻連接模組60將第一迹線部分20耦合到第三迹線部分 56且第二高頻連接模組8〇將第三迹線部分56耦合到第五 亨線部分76以爲MMW前端提供天線。可調諧第一、三、五 迹線部分20、56和76與高頻連接模組6〇和第二高頻連接 模組80之間的串聯組合’這樣其共同阻抗（c〇llective impedance)主要在MMW前端14接收和/或發送的信號頻 率範圍内爲天線提供期望的阻抗。進一步地，每一個高 頻連接模組60、80中的每一個在由mmw前端接收和/或發 送的信號頻率内阻抗較低，其在由電路模組丨2接收或發 送的信號頻率内阻抗較高。因此，高頻連接模組6〇、8〇 不産生衰減。 旗'/，、料、 [0104] 圖I5是兩個連接模組I5、高頻籩接模組6〇 的實施例的框圖。第-、二:三、.四頻變U抗模組16、 18、52、54可分別使用電感來實現，在本實施例中，高 頻連接模組60可遲用言有 |的 抗（ general impedance)的儲能電 路，。且獄儲能電路或接收信號的 頻率處產生難，以在兩個乂^分20、56之間提供低 阻抗路徑。在另-個實施例巾，高頻連接模_可採用 電容實現。 [0105] 圖16是通過變壓器90和傳輪線92將連接模組_合到 麵前端14的實施例框圖。如圖所示，連接模組50包括作 爲頻變阻抗模組52、54的電感，和用作麵前端14的天 線的迹線。Ρλ 56 »特别地，天線在期望的運行範圍内（ 如60GHz頻帶）有一個期望值阻抗（如5〇〇hjns)。因此 098126597 表單祕A0101 第21頁/共44頁 0993046639-0 201025553 ，傳輸線92的阻抗和變壓器90的輸出阻抗應當大致與天 線阻抗相等。 [0106] 圖17是通過變壓器90和傳輸線96將連接模組 MMW前端（未示出）的另一實施例示意圖。在本實施例中 ，未示出的連接模組包括四個迹線部分和三個電感34、 16、18。中間的兩個迹線部分搞合傳輸線以爲腿W前端提 供雙極天線。變壓器採用微帶結構的差動單端變壓器巴 侖（differential to single end transformer balun)。如，其差動端包括三個分接頭：兩個接差動輸 © 入，中間一個接直流地或交流地。變壓器巴侖的兩個差 ,.-'Hilt 動輸入端連接MMW前端14。.二v [0107] 如圖所示，連接模組的電戍·16、1·8 ' 3 4春·單線圈繞組。 根據期望阻抗值，每猶電感由如圖所示的單線圈繞組實 ，還可由螺旋式繞組（未示出）、和/或串聯的單線圈繞 組實現。另外，電感16、1斗的直i徑可隨著迹線部分 的長度變化’這取決:於期5感幹、再者，中間迹線 部分的長度大致等於MMW前:琢♦辦:秤接收信號的波長的 ® 1/4。例如，如果MMW前端在60GHz頻率範圍中發射和/或 接收信號，則四分之一波長就是1. 25mm (如， 〇.25*C/60xl09,其中，C 是光速）。 [0108] 在這個圖中，變壓器巴侖94、傳輸線96和連接模組都 IC10的一個金屬層上實現。可以瞭解的是，圖17的實施 例也可在IC10的一個或多個金屬層上實現。 [0109] 圖18是通過變壓器90、阻抗匹配電路100和傳輸線92將 098126597 表單編號A0101 第22頁/共44頁 0993046639-0 201025553 連接模組5 0搞合到MMW前端的另一實施例示意性框圖’如 圖所示’連接模組50包括作爲頻變阻抗模組52、54的電 感，和作爲MMW前端14的天線的迹線部分56。特別地，天 線在期望的運行範圍内（如6〇GHz頻帶）有一個期望值阻 抗（如50Ohms)。因此，傳輸線92的阻抗、阻抗匹配電 路100的阻抗和變壓器90的輸出阻抗應當大致與天線阻抗 相等。 [0110] 在本實施例中，阻抗匹配電路1〇〇包括將變壓器90耦合到 φ 傳輸線92的串聯電感。在另一個實施例中，阻抗匹配電 路100包括與傳輸線92的輸入並_耦合的串聯電感和電容 [0111]
Φ [0112] 098126597 雖然提供了連接模組和高頻的··不同·的實施例 其他實施例也是可以想到的。例如，可使用複雜電路實 現期望頻率特徵的模例如，低通濾波器、帶通濾波 器、高通遽波器、和/或陷舉}齊還隔離高頻和通過低頻信:號。^rope%^ 正如這裏用到的，術語“基‘‘大約，，對相應的 術語和/或術語之間的關係提供了一種業内可接受的公差 。這種業内可接受的公差從小於1%到50%，並對應於，但 不限於，元件值、積體電路處理波動、溫度波動、上升 和下降時間和/或熱雜訊。術語之間的這些關係從幾個百 分點的區別到極大的區別。正如這裏可能用到的，術語 可操作地連接包括術語之間的直接連接和間接連接 (術語包括但不限於，元件、元件、電路和/或模組）， 其中對於間接連接，中間插入術語並不改變信號的資訊 表單編號A0101 第23頁/共44頁 0993046639-0 201025553
，但可以調整其電流電平、電壓電平和/或功率電平。正 如在此進一步使用的’推斷連接（亦即，—個元件根據 推論連接到另一個元件）包括兩個元件之間用相同於‘‘ 連接的方法直接和間接連接。正如在此進一步使用的 ，術語“可用於”指包括一個或多個功率連接、輸入、 輸出等’以執行一個或多個對應的功能，還包括推斷地 連接到一個或多個其他術語。正如在此進一步使用的， 術語“與…相關，包括直接或間接連接分離的術語和/或 一個術語嵌入另一個術語。正如在此進一步使用的，術 語“比較結果有利”，指兩個或多個元件、專案、信號 等之間的比較提供一個想要$顿#。#.，當想要的關 係是信號1具有大於信號2的+幅時，^信珑〗的振幅大於 信號2的振幅或信號2的振禱^於信:號ί掮rg時，可以得到 有利的比較結果。
[om]以上還借助於說明特定功，及f關译的方法步驟 對本發明進行了描述。爲货T| f方便，/這些功能組成 模組和方法步_料在定義1要這些特 定的功能和關係被適當地實現，選擇性的界限和順序也 可被適當執行。任何這樣的選擇性界限和順序都落入本 發明的範圍和精神内。 [0114]以上還借助於說明某些重要功能的功能模組對本發明進 行了描述。爲了描述的方便，這些功能組成模組的界限 在此處被專門定義*只要這些重要的功能被適當地實現 時，也可定義選擇性的界限。類似地，流程圖模組也在 此處被專門定義來說明某些重要的功能，爲廣泛應用， 098126597 表單編號A0101 第24頁/共44頁 0993046639-0 201025553 ，只要仍能實 功能模組的界 護範圍内《本 ，和其他的說 流程圖模組的界限和順序可以被另外定義 現這些重要功能。上述功能模組、流程圖 限及順序的變化仍應被視爲在權利要求保 領域技術人員也知悉此處所述的功能模組 明性模組、模組和元件，可以如示例或由分立元件、特 殊功能的積體電路、帶有適當軟體的處理器及類似的裝 置組合而成。 參 [0115] [0116] [0117] [0118] 【圖式簡單說明】 圖1是根據本發明積體電路的實施例的框圖； 圖2是根據本發明積瘕;電路男一實施例的框圖；家 Ύ·'.、广、 ， 圖3是根據本發明積體電路會你制招 圖4是根據本發明積體電路%11 〖一贅施例的框圖 [0119]圖5是根據本發明積體電路另一實施例的框圖 [0120] 參 [0121] 圖6是根據本發明連接模組，茛4锣#_絝端的實施例 的框圖； / ^',，r〇perty 圖7是根據本發明連接模組為^一^^施例和MMW前端的另 實施例的框圖； [0122] 圖8是根據本發明連接模組連接到MMW前端和電路模組另 一實施例的框圖； [0123] 圖9是根據本發明連接模組連接MMW前端和兩個電路模組 的另一實施例的框圖； [0124] 圖1〇是根據本發明連接模組連接MMW前端和兩個電路模組 的另一實施例的框圖； 098126597 表單編號A0101 第25頁/共44頁 °99, 201025553 [0125] 圖11是根據本發明連接模組連接MMW前端和電路模組的另 一實施例的框圖； [0126] 圖12是根據本發明積體電路的另一實施例的框圖； [0127] 圖13是根據本發明積體電路的另一實施例的框圖； [0128] 圖14是根據本發明積體電路的另一實施例的框圖； [0129] 圖15是根據本發明兩個連接模組的實施例和高頻連接模 組的實施例的框圖；
[0130] 圖16是根據本發明連接模組連接MMW前端的實施例的框圖 >
[0131] 圖17是根據本發明連接模 框圖； [0132] 圖1 8是根據本發明連#模組連接MMW前端的另一實施例的 框圖β r „ |j a 【主要元件符號說明】 ΐ:;,
[0133] 積體電路（IC) 10電路模12 [0134] 微米波（MMW)前端14連接模組15 [0135] 第一頻變阻抗模組（frequency dependent impedance module) 16 [0136] 第二頻變阻抗模組18第一跡線部分20 [0137] 第二跡線部分22晶片24 [0138] 封裝基板26第二電路模組30 098126597 表單編號A0101 第26頁/共44頁 0993046639-0 201025553 [0139] 第三跡線部分 32 第三頻變阻抗模組 34 [0140] 第三跡線部分 36 地平面4 0 [0141] 第二連接模組 50 第三頻變阻抗模組 52 [0142] 第四頻變阻抗模組 54第三跡線部分 56 [0143] 第四跡線部分 58 高頻連接模組60 [0144] 第三連接模組 70 第五頻變阻抗模組 72 [0145] 第六頻變阻抗模組 74第五跡線部分 76 [0146] 第六跡線部分 78 第二高頻連接模組 80 [0147] 變壓器90傳輸線 92 _ [0148] 變壓器巴侖94傳輸線96 [0149] 阻抗匹配電路 100
098126597 表單編號A0101 第27頁/共44頁 0993046639-0

Claims (1)

  1. 201025553 七、申請專利範圍： 1 · 一種積體電路，其特徵在於，包括： 電路模組； 毫米波（MMW)前端；和 耦合到所述電路模組和MMW前端的連接模組， 組包f 、以連接模 第一頻變阻抗模組； 第二頻變阻抗模組； 耦合到所述第一頻變阻抗模組和第二頻變阻抗楔魬之 第一迹線部分，其中所迷第一迹線部分用於爲Mmv前 供天線段；和 ’纏蘑穩1醜也 麵合到所述第二頻變阻抗模 部分，其中第一、-瓶嫩Ra 二够ϋ〆' 〜迹線 之 °丨刀头甲第 '一頻變阻抗模組和第二迹線部八 間的串聯組合提供到電路模組的連接。 如申請專利範圍第1項所述的積轉電路，其中，還包括： ❹ 晶片，其中，電路模組、組在晶粒所述 晶片上實現》 F一： 如申請專利項所㈤f體電\，其中，還包括： 晶片’其中’電路模組和MMW前端在所述晶片上實現；和 用來支撐晶片的封裝基板，其中，連接模組的一部分在封 裝基板上實現，且其剩餘部分在晶片上實現。 4 如申請專利範圍第1項所述的積體電路，其中’還包括： 第二電路模組，其中所述連接模組將所述電路模組耦合到 所述第二電路模組。 如申請專利範圍第1項所述的積艘電路，其中，所述電路 098126597 表單編號A0101 第28頁/共44頁 0993046639-0 201025553 模組通過連接模組接收或發送資料信號。 .一種積體電路，包括： 電路模組； 毫米波前端； 第—連接模組，包括： 第一頻變阻抗模組； 第二頻變阻抗模組； 耦合到第一頻變阻抗模組和第二頻變阻抗模組之間的第一
    098126597 迹線部分，其巾所述第—迹線部分細w前端提供天線段 ί和 辦^二迹線部分 「、二頻變阻抗模㈣錢令部分之間的 串聯組合提供到所述電路模碰的‘一和 第二連接模組，包括。彳： 第三頻變阻抗模組； 第四頻變阻抗模組；intejfecfuai 輪合到第三㈣阻抗㈣和% 迹線部分，所述第三迹線麵前端提供第一 ^9 ! 4^1Ρ» —τ 耗合第四輕阻抗模組和電路如 其中第三、四頻變阻抗模組和 β ，第四迹線部分， 聯組合提供到所述電路模組的第二連接、線部分之間的串 耦合到第一迹線部分和第三迹線部分=，和 段和第二天線段在對應贿前端的使的所述第〜天線 圍内可操作連接到-起的高頻連接率範園的頻率範 如申請專利範圍第6項所述的積體電路％ ° 表單編號Α0101 第29頁/共44頁 其中，所逑高頻 0993046639-0 201025553 連接模組包括串聯電感-電容儲能電路。 8.如申請專利範圍第6項所述的積體電路，其中，還包括： 第三連接模組，所訴第三連接模組包括： 第五頻變阻抗模組； 第六頻變阻抗模組； 耦合到所述第五頻變阻抗模組和第六頻變阻抗模組之間的 第五迹線部分，所述第五迹線部分用於爲所述MMW前端提 供第三天線段；和 耦合到所述第六頻變阻抗模組和電路模組之間的第六迹線 部分’其中所述第玉、六頻變阻抗-模組和第五、六迹線部 w 分之間的串聯组合提供到所電丨夢模,㈣^三連接；和 耦合到所述第三迹線部分和 以使的所述第一 、第二和第三天線段在對應遍★資％的率範圍的頻 率範圍内可操作連接到一起的高頻連接模組。 9 . 一種積體電路，其特徵在於，包括： 多個頻變阻抗模組；和 s feiiecluai -I . 多個迹線部分，其中，所述多靖迹％丨却汾的第一迹線部分 耦合到所述多個頻變阻抗模如;όΓ第t頻變阻抗模組和第二 © 頻變阻抗模組之間，其中所述第一迹線部分提供天線段· 且 其中，所述多個迹線部分的第二迹線部分耦合到第二頻變 阻抗模組連接’其中，所述第一、二頻變阻抗模組和第— 、二迹線部分的串聯組合提供連接。 10 . 如申請專利範圍第9項所述的積艘電路，其中，還包括. 所述多個迹線部分的第三迹線部分耦合到所述多個頻變阻 098126597 抗模組的第二頻變阻抗模組和第三頻變阻抗模組之間 表單編號A0101 第30頁/共44頁 ，其 0993046639-0 201025553 中所述第三迹線部分提供第二天線段；和 所述多個迹線部分的第四迹線部分耦合到第三頻變阻抗模 組，其中，第一、二、三頻變阻抗模組和第一、二、三、 四迹線部分之間的串聯組合提供連接。
    098126597 表單編號A0101 第31頁/共44頁 0993046639-0 ·
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