TW201115906A - Receiver with balanced I/Q transformer - Google Patents

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201115906 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 且更具體s之係關於 本發明大體而言係關於電子設備 用於無線通信之接收器。 【先前技術】 接收器廣泛用於各種無線通信系統中以調節(例如，放 濾波及降頻轉換）所接收之射頻（RF)信號並提供基頻 仏號通φ要求接收II滿足對於—些無線通信系統可為嚴 格的各種線性及雜訊要[接收器可經設計有可滿足線性 及雜訊要求之電路。然而，此等電路可增加接收器之大小 及成本，且亦可能消耗功率，其皆為不合需要的。可在提 供良好效能之同時將此等缺點最小化至可能之範圍的接收 器為非常理想的。 【實施方式】 比其他設計較佳或有利 詞「例示性」在本文中用以意謂「充當一實例、例子或 說明」。本文中描述為「例示性J之任何設計未必解釋為 在本文中對具有平衡的丨/ Q變換器之接收器進行描述。 接收器可用於各種無線及有線通信系統。舉例而言，接收 器可用於分碼多重存取（CDMA)系統、分時多重存取 (TDMA)系統、分頻多重存取（FDMA)系統、正交fdma (〇fdMA)系統、單載波fdma(sc_fdma)系統、無線區域 網路（WLAN)、廣播系統、衛星定位系統等。 圖1展示無線通信器件1〇〇之一例示性設計的方塊圖無 J48397.doc 201115906 線通信器件100包括接收器120及傳輸器122。一般而言， 無線器件1 00可包括用於任何數目個通信系統及任何數目 個頻帶的任何數目個傳輸器及任何數目個接收器。 傳輸器或接收器可以超外差式架構或直接轉換架構來實 施。在超外差式架構中’信號在多個級中在RF與基頻之間 進行頻率轉換，例如，在一個級中自RF轉換至中頻（IF)， 且接著針對一接收器在另一級中自IF轉換至基頻。在亦被 稱作零IF架構之直接轉換架構中’信號在一個級中在rF與 基頻之間進行頻率轉換。超外差式架構及直接轉換架構可 使用不同電路區塊及/或具有不同要求。在圖1中所示之例 示性設計中’接收器120以直接轉換架構來實施。 在接收路徑中，天線11〇接收來自基地台、衛星及/或其 他傳輸器台之下行鏈路信號，並將天線輸出信號提供至雙 工器或開關112。雙工器/開關112可為⑴對天線輸出信號 進行濾波並將所接收之RF信號RFrx提供至接收器12〇的雙 工器’或（ii)使天線輸出信號通過作為所接收之rF信號的 開關。在接收器120内，LNA 130放大所接收之rF信號， 並將單端輸入RF信號RFin提供至平衡的I/Q電路14〇。平衡 的I/Q電路140執行單端輸入RF信號之單端至差分轉換。平 衡的I/Q電路140進一步執行信號分裂’將第一差分rf信號 提供至同相（I)混頻器150，並將第二差分RF信號提供至正 交（Q)混頻器152。第一差分RF信號包含RFlp信號及RFln

I 信號。第二差分RF信號包含RF2p信號及RF2n信號。 混頻器150以來自LO產生器170之差分I本端振盪器（l〇) 148397.doc 201115906 k號來降頻轉換第一差分RF信號’並提供差分〗經降頻轉 換之彳§號。低通遽波器16 0對差分I經降頻轉換之信號進行 渡波’並將差分I基頻信號提供至資料處理器丨8〇。類似 地，混頻器152以來自LO產生器17〇之差分q L〇信號來降 頻轉換第一差分RF信號，並提供差分q經降頻轉換之信 號。低通濾波器162對差分(^經降頻轉換之信號進行濾波， 並將差分Q基頻信號提供至資料處理器18 〇。 LO產生器170產生用於混頻器15〇之差分j L〇信號及用於 混頻器152之差分Q LO信號。差分ϊ L〇信號包含江〇?信號 及ILOn信號。差分q L0信號包含QL〇p信號及QL〇j^ 唬。LO產生器170可包括一或多個壓控振盪器（vc〇)、鎖 相迴路（PLL)、參考振盪器、除法器、緩衝器等。 一般而言，對接收器 圖1展示接收器12 0之例示性設計 中之信號的調節可由一或多個放大器、濾波器、混頻器等 來執打。11匕等電路可配置成不同於圖1中所示之組態。此 外’未展不於圖1中之其他電路可用以調節接&器中之信 遽接收器之全部或一部分可實施於一或多個灯積體電路

(RFIC)、類比1c、混頻信號1C等上。舉例而言，LNA 130、平衡的l/Q電路14〇以及混頻器i5〇及Η〕可實施於 RFIC 上。 在傳輸路徑中，資料處理器180處理待傳輸之資料，並 將類比I及Q信號提供至傳輸器122。傳輸器η〗調節(例 放大濾波及增頻轉換）類比I及Q信號，並提供傳輸 RF信號’該傳輸奸信號經由雙工器/開關112投送並經由天 148397.doc 201115906 線110進行傳輸。 資料處理器180可包括用於資料傳輪及接收以及其他功 能之各種處理單元。舉例而言，資料處理器18〇可包括一 或多個類比至數位轉換器（ADC)、數位至類比轉換器 (DAC)、數位信號處理器（Dsp)、精簡指令集電腦（risc)處 理器、中央處理單元（CPU)等。控制器/處理器刚可控制 在無線器件100處的操作。記憶體192可儲存用於無線器件 1〇〇之程式碼及資料。資料處理器18〇、控制器/處理器19〇 及/或汜憶體192可貫施於一或多個特殊應用積體電路 (ASIC)及/或其他ic上。 在圖1中所示之例示性設計中，單端£1^八13〇用以放大所 接收之RF信號《單端LNA 130可比差分LNA具有更低之功 率消耗，可佔用更小之晶粒面積且可能需要更少之外部匹 配組件，其皆可為非常理想的。如通常情況，差分混 頻器1 50及1 52用於接收器12〇中，以便獲得良好效能。應 將一對平衡的差分RF信號提供至丨及卩混頻器15〇及152，以 便滿足對殘餘邊帶（RSB)、二階輸入截取點（ΠΡ2)等的嚴格 系統要求。在圖1中所示之例示性設計中，平衡的J/Q電路 140在單端LNA 130與差分I及Q混頻器150及152之間提供一 介面。 圖2展示圖1中之單端LNA 130及平衡的I/Q電路140之例 示性设s十的示意圖。在圖2中所示之例示性設計中，LNA 130包括輸入匹配網路21〇及跨導（Gm)級220。匹配網路210 為LNA 130提供輸入阻抗匹配。Gm級220為LNA 130提供 148397.doc 201115906 放大，並輸出係電流信號之單端輸入RF信號RFin。平衡的 I/Q電路140充當Gm級220之被動負載，並接收來自Gm級 220之單端輸入RF信號。在圖2中所示之例示性設計中，平 衡的I/Q電路140包括平衡的I/Q變換器240及可變電容器（可 變電抗器）242及244。 在圖2中所示之例示性設計中，平衡的I/Q變換器240包 括兩個一次線圈252及254以及兩個二次線圈262及264。線 圈亦可被稱為電感器線圈、繞組、導體等。第——次線圈 252與第二一次線圈254連接於中央分接頭處，該中央分接 頭進一步連接至LNA 130之輸出端。第——次線圈252耦接 於LNA 130之輸出端與電源供應器電壓Vdd之間。第二一 次線圈254亦耦接於LNA 130之輸出端與Vdd供應器之間。 一次線圈252及254之差分埠由此連接至AC接地。第—— 次線圈252以磁性方式耦接至第一二次線圈262。第二一次 線圈254以磁性方式耦接至第二二次線圈264。可變電抗器 242與第——次線圈252平行耦接，且該組合形成第一諧振 電路246。可變電抗器244與第二一次線圈254平行耦接， 且該組合形成第二諧振電路248。 如圖2中所示，平衡的I/Q變換器240包含具有兩個一次 線圈252及254之一次側以及具有兩個二次線圈262及264之 二次側。來自LNA 130之單端輸入RF信號提供至一次線圈 252及254之中央分接頭。二次線圈262將包含RFlp及RFln 電流信號之第一差分RF信號提供至I混頻器1 50。二次線圈 264將包含RF2p及RF2n電流信號之第二差分RF信號提供至 148397.doc 201115906 Q混頻器152。. 平衡的I/Q電路140具有平衡的結構。此使得來自二次線 圈262之第一差分RF信號與來自二次線圈264之第二差分 號能夠觀測到類似負載。詳言之，二次線圈262觀測 到搞接於LNA 130之輸出端與Vdd之間的一次線圈252及可 變電抗器242之阻抗。類似地，二次線圈264觀測到搞接於 LNA 130之輸出端與Vdd之間的一次線圈254及可變電抗器 244之阻抗。平衡的耦接可由此建立至該兩個二次線圈 及 264。 圖3展示不平衡的I/Q電路3〇〇之例示性設計的示意圖， 用於與圖2中之平衡的I/Q電路14〇進行比較。不平衡的i/q 電路300包括變換器34〇及可變電抗器342。變換器34〇包括 一次線圈352及二次線圈362。一次線圈352耦接kLNA 13〇 之輸出端與Vdd供應器之間，並以磁性方式耦接至二次線 圈362。二次線圈362具有耦接至電路接地之中央分接頭， 且二次線圈3 6 2之兩個端將差分電流信號提供至〖混頻器 150及Q混頻器152兩者。可變電抗器342與一次線圈μ〗平 行耦接，且該組合形成諧振電路346。 不平衡的I/Q電路300具有不平衡的結構。詳言之，在節 點Α與二次線圈362之中央分接頭之間的差分灯信號觀測 到-次線圈352之中央分接頭與Vdd供應器之間的搞接。然 而’在節點B與二次線圈362之中央分接頭之間的差分rf 信號觀測到一次線圈352之中央分接頭與lna i3〇之輸出端 之間的輕接。不平衡的麵接可由此建立於二次線圈⑹之 148397.doc 201115906 節點A及B處。 在若干態樣中，圖2中之平衡的I/Q變換器240可比圖3中 之不平衡的變換器340具有更好的效能。第一，歸因於平 衡的結構，來自平衡的I/Q變換器240中之二次線圈262的 第一差分RF信號的振幅及相位可更好地匹配來自二次線圈 264之第二差分RF信號的振幅及相位。第二，歸因於平衡 的結構，可達成I分支與Q分支之間的更好隔離^ I分支指 代自二次線圈262至圖1中之低通濾波器！ 60的信號路徑， 且Q分支指代自二次線圈264至低通濾波器162之信號路 徑。平衡的I/Q變換器240可由此提供關於rsb、IIP2及可 能之其他效能量度之良好效能。此外，平衡的變換器 240完全被動且不消耗功率，此對於攜帶型器件可為理想 的。 圖4展示平衡的i/q電路142之例示性設計的示意圖，平 衡的I/Q電路142可用於圖1中之平衡的j/q電路14〇。在此例 不性設計中’平衡的"q電路142包括平衡的I/Q變換器44〇 以及可變電抗器442及444。平衡的I/Q變換器440包括單一 一次線圈450以及兩個二次線圈462及464。一次線圈45〇具 有兩個耗接至Vdd供應器的端以及可連接至lna 130之輸 出端的中央分接頭。第一二次線圈462以磁性方式耦接至 一次線圈450之第一半段，且第二二次線圈464以磁性方式 耦接至一次線圈450之第二半段。可變電抗器442與一次線 圈450之第一半段平行耦接，且可變電抗器444與一次線圈 450之第一半段平行耗接。 148397.doc • 10- 201115906 一般而言，平衡的Ι/Q變換器之一次側可包括一或多個 一次線圈。每一二次線圈可以磁性方式耦接至各別一次線 圈（例如，如圖2中所示）或一次線圈之各別部分（例如，如 圖4中所示）。 圖5展示圖1中之LNA 130、平衡的Ι/Q電路14〇以及混頻 器150及152之例示性設計的示意圖。在此例示性設計中， LNA 130包括N通道金氧半導體（NM〇s)電晶體514及516。 NMOS電晶體5 14使其閘極接收所接收之RF信號RFrx，使 其源極輕接至電感器512之一端’且使其没極耗接至nm〇 s 電晶體516之源極。NMOS電晶體516使其閘極接收第一偏 壓電壓Vbiasl，且使其汲極提供單端輸入RF信號RFin。電 感器512之另一端耦接至電路接地。電阻器518具有耦接至 NMOS電晶體5 14之閘極的一端及接收第二偏壓電壓Vbias2 的另一端。 NMOS電晶體5 14係為所接收之RF信號提供放大的增益 電晶體。NMOS電晶體5 16係為該增益電晶體提供緩衝並為 單端輸入RF信號進一步提供信號驅動的疊接電晶體。電感 器5 12為用於LNA 13 0之窄頻設計的源極退化電感器。平衡 的Ι/Q電路140充當LNA 130之被動負載。可變電抗器242及 244可經調諧以達成所要之效能。在一例示性設計中，可 變電抗器242及244可經調諧，使得諧振器246及248之諧振 頻率處於所要操作頻率’例如，所接收之頻道的頻率β在 另一例示性設計中’可變電抗器242及244可經調諧以獲得 LNA 13 0之所要增益。一般而言，可變電抗器242及244可 148397.doc 201115906 經調諧以使LNA 130之負載變化，此又可改變LNA 130之 增益及/或其他特性。 在圖5中所示之例示性設計中，I混頻器1 50包括兩對交 叉耦接在一起之NMOS電晶體。NMOS電晶體552a及554a 使其汲極耦接在一起，使其閘極分別耦接至缓衝器562a及 5 64a之輸出端，且使其源極分別耦接至節點A及B。NMOS 電晶體556a及558a使其汲極耦接在一起，使其閘極分別耦 接至緩衝器564a及562a之輸出端，且使其源極分別耦接至 節點A及B。AC耦合電容器542a具有自二次線圏262接收 RFlp信號之一端以及耦接至NMOS電晶體552a及554a之汲 極的另一端。AC耦合電容器544a具有自二次線圈262接收 RF In信號之一端以及耦接至NMOS電晶體556a及558&之汲 極的另一端。緩衝器562a及564a分別接收ILOp及ILOn信 號，該等信號形成來自LO產生器170之差分I LO信號。節 點A及B分別提供Idcp及Idcn信號，該等信號形成來自I混 頻器150之差分I經降頻轉換之信號。 Q混頻器152類似地包括兩對交叉耦接在一起之NMOS電 晶體。AC耦合電容器542b及544b接收來自二次線圈264之 RF2p及RF2n信號。NMOS電晶體552b及554b使其汲極耦接 至電容器542a，且使其源極分別耦接至節點C及D。NMOS 電晶體556b及558b使其汲極耦接至電容器544b，且使其源 極分別耦接至節點C及D。緩衝器562b及564b分別接收 QLOp及QLOn信號，該等信號形成來自LO產生器170之差 分Q LO信號。缓衝器562b使其輸出端耦接至NMOS電晶體 148397.doc -12- 201115906 552b及558b之閘極，且緩衝器564b使其輸出端耦接至 NMOS電晶體554b及556b之閘極。節點C及D分別提供Qdcp 及Qdcn信號’該等信號形成來自q混頻器152之差分q經降 頻轉換之信號。 圖5展示LNA 130，以及混頻器150及152之例示性設計。 此等電路亦可以其他設計來實施。舉例而言，匹配網路可 用於LNA 130以提供輸入阻抗匹配。Gm級可插入於平衡的 I/Q電路140與混頻器150及152之間，且可用以放大來自平 衡的I/Q電路140之該兩個差分RF信號。混頻器15〇及152亦 可以此項技術中已知之其他混頻器拓撲來實施。 平衡的I/Q變換器可以各種方式來實施。平衡的1/(^變換 器之一次及二次線圈可以各種圖案來實施以獲得所要的電 感及耦接。一次及二次線圈亦可製造於一或多個導電層 上。 圖ό展示圖2中之平衡的Ι/Q變換器24〇之例示性設計的俯 視圖。在此例示性設計中，一次線圈252及254製造於rfic 之第一導電層上。二次線圈262及264製造於第二導電層上 並分別重疊於一次線圈252及254。第一導電層可處於第二 導電層上方，或反之亦然。 圖7展示圖6中之平衡的I/Q變換器24〇之橫戴面圖。圖？ 中之該橫截面圖係沿圖6中之線χ-Χ，截取。 如圖6中所示，第一一次線圈252以排列成螺旋圖案之導 體來實施，且第二一次線圈254以亦排列成螺旋圖案之另 -導體來實施。-次線圈252及254連接於中央分接頭處。 I48397.doc •13- 201115906 二次線圈262以重疊於一次線圈252之導體之排列成螺旋圖 案的導體來實施。類似地，二次線圈264以重疊於一次線 圈254之導體之排列成螺旋圖案的導體來實施。在圖6中， -人線圈252及254以父又散列（cr〇ss hashing)展示，且二 次線圈262及264僅以暗色框線（dark outlines)展示。 一般而言，一次及二次線圈可以諸如低損耗金屬（例 如，鋼）、較高損耗金屬（例如，鋁）或某其他材料之各種導 電材料來製造。較高品質因子（Q)可針對製造於低損耗金 屬層上之線圈而達成。因為不同1C設計規則可適用，所以 較小大小之線圈可製造於有損耗金屬層上。 在一例示性設計中’ RFIC可具有六個金屬層，該等層可 被稱為層Ml至層M6 »層Ml可為最底層（最接近基板），且 層M6可為最頂層。層Ml至層M4可為薄銅層，層M5可為 厚銅層’且層M6可為厚铭層。如圆7中所示，一次線圈 252及254可製造於厚銘層M6上。如圖7中所示，二次線圈 262及264可製造於厚銅層M5上。一次線圈252及254以及 二次線圈262及264可由此製造於RFIC上的兩個最好金屬層 (在傳導性方面）上，以便獲得平衡的I/Q變換器之良好效 能。同一線圈（例如’圖6中之二次線圈262或264)的多個區 可經由介層孔及下部通道（underpass)來連接，該等介層孔 及下部通道可形成於金屬層M4或某其他導電層上。 在圖6中所示之例示性設計中，一次線圈252及254各自 以七匝來實施，且二次線圈262及264各自以四阻來實施。 一次線圈252及2W可以比二次線圈262及264多之应數來實 148397.doc 201115906 施（例如，如圖6中所示）’以獲得⑴用於來自二次線圈262 及264之差分電流信號的電流增益，及（π)與一次線圈252 及254相比更低的二次線圈262及264的阻抗。一次線圈252 及254亦可以⑴與二次線圈262及264相同數目之匝數（未展 示於圖6中）’或（ii)比二次線圈262及264少之匝數（亦未展 示於圖6中）來實施’以獲得用於來自二次線圈262及264之 差分電壓信號的電壓增益。 圖6及圖7展示一例示性設計，其中一次線圈252及254以 及二次線圈262及2M堆疊並製造於兩個導體層上。堆疊拓 撲可允許平衡的I/Q變換器24〇製造於較小之晶粒面積中， 且亦可產生I分支與Q分支之間的更好匹配。在另一例示性 設計中，全部之一次及二次線圈可製造於單一導電層上。 一次線圈252與二次線圈262可為交纏或交織的，且—次線 圈254與二次線圈264可為交纏的。當金屬層之數目有限 時，可使用此並列拓撲，此並列拓撲亦可提供一次線圈與 二次線圈之間與堆疊拓撲相比小的電容。較小的電容可為 理想的，以便達成高頻率操作之變換器的較高自諧振頻率 (SRF)。在又一例示性設計中，一次線圈及二次線圈可製 造於三個或三個以上導電層上。舉例而t ,單—一次線圈 可製造於第-導電層上，第一二次線圈可製造於在第—導 電層上方之第二導電層±，且第二二次線圈可製造於在第 一導電層下方之第三導電層上。 圖6展示一例示性設計，其中線圈252、254、262及264 以螺紅圖案來實施。線圈252及262可在第一方向（例如， 148397.doc •15· 201115906 圖6中之逆時針方向）上形成，且線圏254及264可在與第一 方向相反之第二方向（例如，圖6中之順時針方向）上形成。 在彼此相反之方向上形成二次線圈262及可減小該兩個 二次線圈之間的相互耦接，此可改良I分支與Q分支之間的 隔離。每-對耦接線圈亦可以其他方式來實施。舉例而 言，線圈252及262以及、線圈254及264可排列成雙螺旋、鑛 齒形或某其他圖案。一般而言，$同拓撲、佈局圖案及製 造技術可為平衡的I/Q變換器提供不同優點。 平衡的I/Q電路14〇之可變電抗器242及244可以各種方式 來實施。在一例示性設計中，可變電抗器242及244可各自 以組可選電谷ϋ來實施。每一可選電容器可被選擇以增 加電容或被取消選擇以減小電容。在一例示性設計中，可 變電抗器242及244之電容器可gM〇s電容器來實施，其可 分別製造於在二次線圈262及264之下的層上。在另一例示 性°又°十中，可變電抗器242及244可以微機電系統（MEMS) 可變電抗器來實施》變電抗器可具有可隨DC電壓 向上或向下移動之機械膜，以調整MEMS可變電抗器之電 容。MEMS可變電抗器之機械膜可形成於圖6中之一次線 圈252及254之中央區域中。 在一例示性設計中’平衡的j/q變換器24〇可製造於包括 LNA 130以及混頻器15〇及152之11171(：：上。此可降低成本並 減小大小。RFIC亦可包括其他電路，例如，圖i中之接收 器120中的電路。 一般而言，裝置可包含第一、第二及第三電路以及一變 148397.doc -16- 201115906 換益帛電路可提供單端信號。變換器可耦接至第一電 路，並可包含至少—一次線圈以及第一及第二二次線圈。 該至少一一次線圈可接收來自第-電路之單端信號。第— 一次線圈可以磁性方式輕接至該至少--次線圈（例如， 以磁性方式輕接至如圖2中所示之各別一次線圈或如圖艸 所示之—次線圈的各別區），並可將第—差分信號提供至 第-電路。第二二次線圈可以磁性方❹接至該至少一一 次線圈並可將第二差分信？虎提供至第三電路。 。在一例示性設計中，第-電路可包含放大所接收之姆 號並將單端信號提供至變換器之lna。該至少一一次線圈 可作為LNA之被動負載來操作，例如，如圖2及圖$中所 不。第二電路可包含以Ϊ LQ信號來降頻轉換第—差分信號 並提供差分I經降頻轉換之信號的第一混頻器，例如，如 圖5中所示。第三電路可包含以Q L〇信號來降頻轉換第二 差分信號並提供差分Q經降頻轉換之信號的第二混頻器。 在-例示性設計中’該至少―—次線圈可包含第一及第 二一次線圈，例如，如圖2中所示。第一一次線圈可以磁 性方式耦接至第一二次線圈並可接收單端信號。第二一次 線圈可以磁性方式耦接至第二二次線圈並亦可接收單端信 號。在另一例示性設計中，該至少一一次線圈可包含具有 接收單端信號之中央分接頭的單--次線圈，例如，如圖 4中所不。第一二次線圈可以磁性方式耦接至該一次線圈 之第一半段。第二二次線圈可以磁性方式耦接至該一次線 圈之第二半段。 I48397.doc •17· 201115906 在一例不性設計中，該（等）一次線圈可製造於第—導 層上，且二次線圈可製造於第二導電層上。在另-例示性 設計中’一次線圈及第二二次線圈可製造於單—導電層 第二數目個匝’其可少於第一數目個匝。第 …… 覆蓋（例如，在上面或下面）第一一次線圈，例如，如圖^ 圖7中所示。第二二次線圈可覆蓋第二一次線圈 在圖2中所示之例示性設計中，第一及第二—次線圈可 自包含第-數目個巫。兹一及第二二次線圈可各自包含 次線圈可 第 次線圈及第-二次線圈可在第_方向上以螺旋圖案形成。 如圖6中所示，第二—次線圈及第二二次線圈可在可與第 -方向相反之第二方向上以螺旋圖案形成…次線圈及二 次線圈亦可以其他方式製造。 在一例示性設計中，第一可變電抗器可與第一一次線圈 平行轉接並可形成第-諧振電路。第二可變電抗器可與第 二一次線圈平行耦接並可形成第二諧振電路。在一例示性 設計中，可變電抗器可製造於積體電路上之變換器之下。 可變電抗器亦彳以Μ E M S可變電抗器來實施及/或以其他方 式製造》 在一例示性設計中，積體電路（例如，RFIC)可包含lna 及變換器。LNA可放大所接收之RF信號並提供單端RF信 號。變換器可耦接至LNA，並可包含至少一 一次線圈以及 第一及第二二次線圈。該至少一 一次線圈可接收來自LNA 之單端RF信號並可作為LNA之負載來操作。第一二次線圈 148397.doc -18- 201115906 可以磁性方式耦接至該至少—次線圈並可提供第一差分 RF信號。第二二次線圈可以磁性方式耦接至該至少一一次 線圈並可提供第二差分RF信號。在一例示性設計中，該至 少一一次線圈可包含⑴以磁性方式耦接至第一二次線圈之 第一 一次線圈’及（ii)以磁性方式耦接至第二二次線圈之 第一 一次線圈’例如，如圖2中所示。 在一例示性設計中，LNA可包含第一及第二電晶體。第 一電晶體（例如，圖5中之NMOS電晶體514)可為所接收之 RFk號知供放大。第二電晶體（例如，nm〇S電晶體516)可 搞接至第一電晶體並可將單端rF信號提供至變換器。 積體電路可進一步包含第一及第二混頻器。第一混頻器 可以I LO信號來降頻轉換第一差分RF信號，並可提供差分 1經降頻轉換之信號。第二混頻器可以Q LO信號來降頻轉 換第二差分rF信號，並可提供差分q經降頻轉換之信號。 在一例示性設計中’每一混頻器可包含兩對電晶體，例 如’如圖5中所示。第一對電晶體可以差分l〇信號來降頻 轉換非反相RF信號。第二對電晶體可以差分L〇信號來降 頻轉換反相RF信號。非反相及反相RF信號可用於來自變 換器之第一或第二差分RF信號。 在另一例示性設計中，無線通信器件可包含天線、LNA 及變換器。天線可提供所接收之RF信號。LNA可放大所接 收之RF k號並提供單端rf信號。傳輸器可耦接至LNA並 可包含至少一 一次線圈以及第一及第二二次線圈，該等線 圏可如圖2或圖4中所示而耦接。無線器件可進一步包含第 148397.doc -19· 201115906 一及第二混頻器》第一混頻器可以i L〇信號來降頻轉換來 自第一二次線圈之第一差分RF信號，並提供差分J經降頻 轉換之k號。第一混頻器可以q LO信號來降頻轉換來自第 二二次線圈之第二差分RF信號，並提供差分Q經降頻轉換 之信號。 圖8展示用於處理信號之處理程序8〇〇的例示性設計。可 以第一電路來產生單端信號（區塊812)，並將其提供至包含 第一及第二二次線圈之變換器的至少一一次線圈（區塊 814)。在區塊812之例示性設計中，可以LNA來放大所接 收之RF信號以產生單端信號。 可用以磁性方式麵接至該至少--次線圈之第一二次線 圈來提供第一差分信號（區塊816)。可用以磁性方式搞接至 該至少一一次線圈之第二二次線圈來提供第二差分信號 (區塊818)。可以第二電路來處理第一差分信號，例如，以 第一混頻器來降頻轉換以獲得差分I經降頻轉換之信號（區 塊820)。可以第三電路來處理第二差分信號，例如，以第 二混頻器來降頻轉換以獲得差分Q經降頻轉換之信號（區塊 822)。 如上文所描述，本文所描述之平衡的I/Q變換器可用於 接收器中。平衡的I/Q變換器亦可用於傳輸器及其他電子 電路中。 本文所描述之具有平衡的I/Q變換器之接收器可實施於 IC、類比IC、RFIC、混頻信號比、ASIC、印刷電路板 (PCB)、電子器件等上。具有平衡的I/Q變換器之接收器亦 148397.doc •20· 201115906 可以諸如互補金氧半導體（CMOS)、NM0S、p通道M〇s (PM〇S)、雙極接面電晶體叫雙極CMOS(BiCM〇s)、 石夕錯（㈣、坤化錄（GaAs)等之各種K：製㈣㈣製造。 實施本文所描述之具有平衡的I/Q變換器之接收器的裝 置可為獨立斋件或可為較大器件之部分。一器件可為⑴獨 立1C，（⑴可包括用於儲存資料及/或指令之記憶體冗的— 或之集合’㈣諸如灯接收器（RFRMRF傳輸器/接 收益（RTR)之RFIC，（iv)諸如行動台數據機之 ASIC ’（v)可嵌人於其他器件内之模組，⑽接收器、蜂巢 式電話、無線器件、手機或行動單元，(vii)等。 在一或多個例示性設計中，所描述之功能可以硬體、軟 體、勒體’或其任何組合來實施。^以軟體來實施，則可 將忒等力此作為一或多個指令或程式碼而儲存於一電腦可 。貝媒體上或經由一電腦可讀媒體來傳輸。電腦可讀媒體包 括電腦儲存媒體與通信媒體兩者，通信媒體包括促進電腦 程式自處傳送至另一處的任何媒體《儲存媒體可為可由 電細存取之任何可用媒體。藉由實例且非限制，此等電腦 可頃媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他 光碟儲存器件、磁碟儲存器件或其他磁性儲存器件，或可 用以載運或儲存呈指令或資料結構形式之所要程式碼並可 由電腦存取的任何其他媒體。又，將任何連接恰當地稱為 電腦可讀媒體。舉例而言，若使用同軸電纜、光纖纜線、 雙絞線、數位用戶線（DSL)或無線技術（諸如，紅外線、無 線電及微波）而自一網站、伺服器或其他遠端源傳輪軟 148397.doc -21 · 201115906 體，則同_、光纖l線、雙絞線、觀或無線技術(諸 如，紅外線、無線電及微波）包括於媒體之定義中。如本 文中所使用’磁碟及光碟包括緊密光碟（cd)、雷射光碟、 光碟、數位影音光碟(DVD)、軟性磁碟及藍光光碟，其中 磁碟通W磁性方式再生資料，而光碟藉由雷射以光學方 式再生資料。以上各物之組合亦應包括在電腦可讀媒體之 範嗜内。 提供本發明之先前描述以使任何熟習此項技術者能夠進 行或使用本發明 將易於顯而易見 文中所定義之一 。對本發明之各種修改對熟習此項技術者 ，且在不脫離本發明之範疇的情況下本 般原理可應用於其他變體。因此，本發明 不欲限於本文㈣収實鬚設計，巾騎合與本文所揭 示之原理及新穎特徵一致的最廣範疇。 【圖式簡單說明】 圖1展示無線通信器件之方塊圖； 圖2展示低雜訊放大器（LNA)及平衡的同相/正交…⑺電 路之示意圖； 圖3展示不平衡的I/Q電路之示意圖； 圖4展示另一平衡的I/Q電路之示意圖； 圖5展示LNA、平衡的Ι/Q電路及混頻器之示意圖； 圖6展示平衡的I/Q變換器之俯視圖； 圖7展示圖6中之平衡的Ι/Q變換器之橫截面圖；及 圖8展示處理信號之處理程序。 【主要元件符號說明】 148397.doc -22- 201115906 100 110 112 120 122 130 140 142 150 152 160 162 170 180 190 192 210 220 240 242 244 246 248 252 無線通信器件 天線 雙工器/開關 接收器 傳輸器 低雜訊放大器 平衡的I/Q電路 平衡的I/Q電路 同相⑴混頻器 正交（Q)混頻器 低通濾、波器 低通遽波器 LO產生器 貧料處理器 控制器/處理器 記憶體 輸入匹配網路 跨導（Gm)級 平衡的I/Q變換器 可變電容器/可變電抗器 可變電容器/可變電抗器 第一諧振電路/諧振器 第二諧振電路/諧振器 第一一次線圈 148397.doc •23- 201115906 254 第二一次線圈 262 第一二次線圈 264 第二二次線圈 300 不平衡的I/Q電路 340 變換器 342 可變電抗器 346 諧振電路 352 一次線圈 362 二次線圈 440 平衡的I/Q變換器 442 可變電抗器 444 可變電抗器 450 一次線圈 462 二次線圈 464 二次線圈 512 電感器 514 N通道金氧半導體（NMOS)電晶體 516 N通道金氧半導體（NMOS)電晶體 518 電阻器 542a AC耦合電容器 542b AC耦合電容器 544a AC耦合電容器 544b AC耦合電容器 552a NMOS電晶體 148397.doc -24- 201115906 552b NMOS電晶體 554a NMOS電晶體 554b NMOS電晶體 556a NMOS電晶體 556b NMOS電晶體 558a NMOS電晶體 558b NMOS電晶體 562a 缓衝器 562b 缓衝器 564a 缓衝器 564b 緩衝器 -25 148397.doc

Claims (1)

1. 201115906 七、申請專利範園： 1. 一種裝置，其包含·· 一第一電路，其提供一單端信號；及 一變換器，其耦接至該第一電路且包含 至少一一次線圈，其接收該單端信號， 一第一二次線圈，其以磁性方式純至該至少一一 -人線圈並將一第一差分信號提供至一第二電路，及 一第二二次線圈，其以磁性方式耦接至該至少一— 次線圈並將一第二差分信號提供至-第三電路。 月长項1之裝置，該第一電路包含一低雜訊放大器 (LNA) ’其放大„_所接收之射頻⑽)信號並將該單端信 號提供至該變換器。 3. 如請求項2之裝置’該至少——次線圈作為該舰之一 被動負载來操作。 4. :請求们之裝置’該第二電路包含一第一混頻器，該 :頻m同相⑴本端振t器（L〇)信號來降頻轉換 以一差分信號並提供一差分！經降頻轉換之信號，且該 第二電路包含一第二混頻器，該第二混頻器以一正交 (Q)L〇信號來降頻轉換該第二差分信號並提供—差分q經 降頻轉換之信號。 次線圈，其以磁性方式輕接至該第一 圈並接收該單端信號’及 -第二-次線圈’其以磁性方式輕接至該第二 5·如請求項！之裝置’該至少一一次線圈包含 一第一 二次線 次線 148397.doc 201115906 圈並接收該單端信號。 6如叫求項1之裝置，該至少—次線圈包含一具有接收 ，單端信號之-中央分接頭的單一一次線圈，該第-二 圈以磁性方式耦接至該一次線圈之一第一半段，且 4第一 一次線圈以磁性方式耦接至該一次線圈之一第二 半段。 月求員1之裝置，該至少—次線圈製造於一第一導 電層 ^ ’且該第一二次線圈及該第二二次線圈製造於一 第二導電層上。 8·如請求項1之裝置，該至少-一次線圈以及該第-二次 、良圈及°亥第—二次線圈製造於一單一導電層上。 9.如請求項5之裝置’該第一一次線圈及該第二一次線圈 各自L含一第一數目個匝，且該第一二次線圈及該第二 一-人線圈各自包含一少於該第—數目個匝的第二數目個 阻。 月求員5之裝置，該第—二次線圈覆蓋該第--次線 圈▲且5亥第二二次線圈覆蓋該第二一次線圈。 11. 士:求項5之裝置，該第一 一次線圈及該第一二次線圏 兮楚第方向上以螺旋圖案形成，且該第二—次線圈及 #亥第二二次線圈在— — 碑/ 方向相反之第二方向上以 螺方疋圖案形成。 12. 如請求項5之裝置，其進一步包含： 一第一可變電抗器，豆盥 帘洛^ 亥第一—次線圈平行耦接並 心成一第一諧振電路；及 I48397.doc 201115906 第一可變電抗器，其與該第二一次線圈平行耦接並 形成一第二諧振電路。 13 14 15. 16. •如明求項12之裝置，該第一可變電抗器及該第二可變電 抗器被製造於一積體電路上之該變換器下方。 • 一種積體電路，其包含： 一低雜訊放大器（LNA)，其放大一所接收之射頻（RF) 信號並提供一單端RF信號；及 夂換器，其麵接至該LNA並包含 至少 次線圈’其接收該單端RF信號， —第一二次線圈’其以磁性方式耦接至該至少-- 次線圈並提供一第一差分RF信號，及 一第二二次線圈，其以磁性方式耦接至該至少-- 次線圈並提供一第二差分rF信號。 如請求項14之積體電路，其進一步包含： 一第一混頻器，其以一同相⑴本端振盪器（L〇)信號來 降頻轉換該第一差分R F信號並提供一差分丨經降頻轉換 之信號；及 一第二混頻器’其以一正交（Q)L〇信號來降頻轉換該 第二差分RF信號並提供一差分q經降頻轉換之信號。 如請求項14之積體電路，該至少——次線圈包含 一第 次線圈，其以磁性方式耦接至該第一二次線 圈並接收該單端RF信號，及 一第二一次線圈，其以磁性方式耦接至該第二二次線 圈並接收該單端RF信號。 148397.doc 201115906 17. 18. 19. 20. 如請求項14之積體電路，該以^八包含 第一電晶體，其為該所接收之RF信號提供放大，及 第一電晶體，其耦接至該第一電晶體並將該單端RF # ?虎供至該變換器。 如明求項14之積體電路，該第—混頻器及該第二混頻器 中之每一者包含 第對電晶體，其以一差分本端振盪器（LO)信號來 降頻轉換一非反相RJ7信號，及 第一對電晶體，其以該差分信號來降頻轉換一反 相RF信號，該非反相RF信號及該反相rf信號用於來自 該變換器之該第—差分以信號或該第二差分rf信號。 一種無線通信器件，其包含： 一天線，其提供一所接收之射頻（RF)信號； 一低雜訊放大器（LNA)，其放大該所接收之RF信號並 提供一單端RF信號；及 憂換器’其搞接至該LNA且包含 至少 次線圈，其接收該單端RF信號， 一第一二次線圈，其以磁性方式耦接至該至少一一 次線圈並提供一第一差分RF信號，及 第' 人線圈，其以磁性方式耗接至該至少一一 次線圈並提供一第二差分RF信號。 如請求項19之無線通信器件，其進—步包含： 第一混頻器，其以一同相（I)本端振盪器（L〇)信號來 降頻轉換該第一差分R F信號並提供一差分Ϊ經降頻轉換 148397.doc 201115906 之信號；及 一第二混頻器，其以一正交mu π + 人（Q)LCHs唬來降頻轉換該 第二差分RF信號並提供一差分〇竑眼±ife u 刀W經降頻轉換之信號。 21.如請求項19之無線通信器件，哕 °茨至少--次線圈包含 一第--次線圈，其以磁性太u 注方式耦接至該第一二次線 圈並接收該單端RF信號，及 該第二二次線 一第二一次線圈，其以磁性方式耦接至 圈並接收該單端RF信號。 22. —種方法，其包含： 以一第一電路產生一單端信號； 將該單端信號提供至-包含第一二次線圈及第二二次 線圈之變換益的至少一 一次線圈. 用以磁性方式耦接至該至少一—次線圈之該第一二次 線圈來提供一第一差分信號； 用以磁性方式耦接至該至少一一次線圈之該第二二次 線圈來提供一第二差分信號； 以一第二電路來處理該第一差分信號；及 以一第三電路來處理該第二差分信號。 23.如請求項22之方法，該以該第一電路產生該單端信號包 含以一低雜訊放大器（LNA)來放大一所接收之射頻（rf) 信號來產生該單端信號。 24_如請求項22之方法， 該以该第二電路來處理該第一差分信號包含 以第/tc<頻器來降頻轉換該第一差分信號以獲得一 148397.doc 201115906 差分同相（i)經降頻轉換之信號，且 該以該第三電路來處理該第二差分信號包含 以一第二混頻器來降頻轉換該第二差分信號以獲得一 差分正交（Q)經降頻轉換之信號。 25. 如請求項22之方法，該單端信號提供至第—一次線圈及 第二-次線圈，該第一一次線圈以磁性方式耦接至該第 一二次線圈，且該第二一次線圈以磁性方式耦接至該第 二二次線圈。 26. —種褒置，其包含： 用於產生一單端信號之構件； 用於將該單端信號提供至一包含第一二次線圈及第二 二次線圈之變換器的至少一一次線圈的構件； 用於用以磁性方式耦接至該至少—一次線圈之該第一 二次線圈來提供一第一差分信號的構件； 用以磁性方式耦接至該至少一—次線圈之該第二二次 線圈來提供一第二差分信號； 用於處理該第—差分信號之構件；及 用於處理該第二差分信號之構件。 148397.doc 6-