TWI868677B - 射頻功率放大器及其差動電感電路 - Google Patents

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Abstract

一種差動電感電路，包含：第一線圈電感以及第二線圈電感。第一線圈電感電性耦接於第一端並起始延伸第一半圈後在內側的中心區域內環繞N個第一完整圈以電性耦接於第二端，其中N為大於或等於0的整數。第二線圈電感電性耦接於第三端並起始延伸第二半圈後在內側的中心區域內環繞N個第二完整圈以電性耦接於第四端，第二半圈與第一半圈共同圍繞中心區域。其中第一線圈電感接收一對差動訊號中的第一訊號以產生第一電流，第二電感線圈接收該對差動訊號中的第二訊號以產生第二電流，第一電流以及第二電流互為反向。

Description

射頻功率放大器及其差動電感電路
本發明是關於電感技術，尤其是關於一種射頻功率放大器及其差動電感電路。
射頻功率放大器是射頻晶片模組位於發射端其重要組成部分。其主要功能在於輸出功率與效率，使其輸出功率達到系統需求，再經由天線將信號發射出去。
在包含切換電容陣列的射頻功率放大器中，往往需要搭配設置與電容陣列共振的差動電感電路。然而，當差動電感電路的兩個線圈往往各自獨立相隔一距離配置而具有較大的面積，並因為繞線的方式互相對稱而由於互感導致感值下降。如欲提升感值，僅能以更大的面積來達成，對於日益小型化的電子設備來說相當不利。
鑑於先前技術的問題，本發明之一目的在於提供一種射頻功率放大器及其差動電感電路，以改善先前技術。
本發明包含一種差動電感電路，包含：第一線圈電感以及第二線圈電感。第一線圈電感電性耦接於第一端並起始延伸第一半圈後在內側的中心區域內環繞N個第一完整圈以電性耦接於第二端，其中N為大於或等於0的整數。第二線圈電感電性耦接於第三端並起始延伸第二半圈後在內側的中心區域內環繞N個第二完整圈以電性耦接於第四端，第二半圈與第一半圈共同圍繞中心區域。其中第一線圈電感接收一對差動訊號中的第一訊號以產生第一電流，第二電感線圈接收該對差動訊號中的第二訊號以產生第二電流，第一電流以及第二電流互為反向。
本發明更包含一種射頻功率放大器，包含：一組切換電容陣列以及差動電感電路。差動電感電路電性耦接於該組切換電容陣列以及天線間以傳遞一對差動訊號，並包含：第一線圈電感以及第二線圈電感。第一線圈電感電性耦接於第一端並起始延伸第一半圈後在內側的中心區域內環繞N個第一完整圈以電性耦接於第二端，其中N為大於或等於0的整數。第二線圈電感電性耦接於第三端並起始延伸第二半圈後在內側的中心區域內環繞N個第二完整圈以電性耦接於第四端，第二半圈與第一半圈共同圍繞中心區域。其中第一線圈電感接收該對差動訊號中的第一訊號以產生第一電流，第二電感線圈接收對差動訊號中的第二訊號以產生第二電流，第一電流以及第二電流互為反向。
有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
本發明之一目的在於提供一種射頻功率放大器及其差動電感電路，以藉由使差動電感電路中的第一線圈電感以及第二線圈電感共用中心區域，一方面使兩個電感電路的面積大幅縮小為約以往的一個電感的大小，另一方面使兩顆電感的互感效應在強化的情形下反而增加感值。因此，射頻功率放大器可同時達到面積縮小與感值提升的目的。
請參照圖1。圖1顯示本發明一實施例中，一種射頻功率放大器100以及天線110的電路圖。射頻功率放大器100配置以進行射頻訊號的功率放大，並傳送至天線110進行傳送。
射頻功率放大器100包含：一組切換電容陣列120以及差動電感電路130。
切換電容陣列120可包含第一組切換電容陣列140A以及第二組切換電容陣列140B，並分別包含反相器以及電容等元件（未繪示）。於一實施例中，切換電容陣列120可與其他後端電路（未繪示）電性耦接，以進行訊號的傳遞。
差動電感電路130電性耦接於切換電容陣列120以及天線110間以傳遞一對差動訊號DS。差動電感電路130包含第一線圈電感150以及第二線圈電感160。
於一實施例中，第一線圈電感150是對應電性耦接於第一組切換電容陣列140A，第二線圈電感160是對應電性耦接於第二組切換電容陣列140B。並且，第一線圈電感150以及第二線圈電感160可選擇性透過匹配網路電路170電性耦接於天線110，其中匹配網路電路170可依需求包含不同的阻抗元件。
藉由上述的連接關係，第一線圈電感150以及第二線圈電感160可在切換電容陣列120以及天線110間傳遞差動訊號DS。
請參照圖2。圖2顯示本發明一實施例中，差動電感電路130更詳細的電路圖。
第一線圈電感150是以較粗線段繪示。第一線圈電感150電性耦接於第一端N1並起始延伸第一半圈200後在內側以深色繪示的中心區域250內環繞N個第一完整圈210以電性耦接於第二端N2，其中N為大於或等於0的整數。於本實施例中，N為1。
第二線圈電感160是以較細線段繪示。第二線圈電感160電性耦接於第三端N3並起始延伸第二半圈220後在內側的中心區域250內環繞N個第二完整圈230以電性耦接於第四端N4。其中，第二半圈220與第一半圈200共同圍繞中心區域250。
第一線圈電感150接收差動訊號DS中的第一訊號DS1以產生第一電流I1，第二電感線圈160接收對差動訊號DS中的第二訊號DS2以產生第二電流I2，第一電流I1以及第二電流I2互為反向。
藉由上述的結構以及電流方向，第一線圈電感150藉由第一電流I1在第二線圈電感160產生第一感應電流IC1，第二線圈電感160藉由第二電流I2在第一線圈電感150產生第二感應電流IC2。第一感應電流IC1與第二電流I2反向，第二感應電流IC2與第一電流I1反向，以使第一線圈電感150以及第二線圈電感160的感值上升。
須注意的是，在圖2中，第一線圈電感150以及第二線圈電感160是以圓形的繞線形狀為範例繪示。在其他實施例中，第一線圈電感150以及第二線圈電感160亦可由方形、多邊形或其他繞線形狀實現。並且，如上所述，第一完整圈210以及第二完整圈230在圖2中僅以數目為1的形式進行繪示。在其他實施例中，第一完整圈210以及第二完整圈230亦可為大於1的數目，而使第一線圈電感150以及第二線圈電感160包含多圈結構。
第一線圈電感150以及第二線圈電感160可藉由第一端N1、第二端N2、第三端N3以及第四端N4電性耦接於圖1的切換電容陣列120以及天線110間，以切換電容陣列120共振在切換電容陣列120以及天線110間傳遞差動訊號DS。
於一實施例中，第一線圈電感150是藉由第一端N1電性耦接於切換電容陣列120的第一組切換電容陣列140A，並藉由第二端N2透過匹配網路電路170電性耦接於天線110。第二線圈電感160是藉由第四端N4電性耦接於切換電容陣列120的第二組切換電容陣列140B，並藉由第三端N3透過匹配網路電路170電性耦接於天線110。然而本發明並不為此所限。
由於第一線圈電感150中的第一完整圈210以及第二線圈電感160中的第二完整圈230均在中心區域250內環繞，因此第一線圈電感150及/或第二線圈電感160須包含複數跨接線段，例如圖2中以虛線繪示的跨接線段260以及270，以避免在兩個線圈交錯時產生電性耦接。
須注意的是，在圖2中是範例性的將跨接線段260以及270均繪示為第一線圈電感150的一部份。在其他實施例中，跨接線段260以及270亦可均設置為第二線圈電感160的一部份，或是分別設置在第一線圈電感150以及第二線圈電感160其中之一。
於一實施例中，第一線圈電感150以及第二線圈電感160除跨接線段260以及270外設置於第一電路層（未繪示），跨接線段260以及270則設置於第二電路層（未繪示）。
於另一實施例中，第一線圈電感150可設置於第一電路層，而第二線圈電感160則設置於第二電路層。在這樣的情形下，第一線圈電感150以及第二線圈電感160不需設置跨接線段260以及270即可達到相互電性隔離的效果。
由於差動式的射頻功率放大器需要使用兩個電感電路，在部分技術中是將兩個電感電路各自獨立相隔一距離配置而具有較大的面積。並且為了差動的對稱性，兩個電感電路經常採用鏡射的配置，分別使線圈以順時針以及逆時針其中之一的方式配置，並因為互感而造成感值下降。
本發明的射頻功率放大器藉由使差動電感電路中的第一線圈電感以及第二線圈電感共用中心區域，一方面使兩個電感電路的面積大幅縮小為約以往的一個電感的大小，另一方面使兩顆電感的互感效應在強化的情形下反而增加感值。因此，射頻功率放大器可同時達到面積縮小與感值提升的目的。
請參照圖3。圖3顯示本發明另一實施例中，差動電感電路130更詳細的電路圖。
在本實施例中，第一線圈電感150在中心區域350內環繞的完整圈數為0（N為0）。因此如圖3所示，第一線圈電感150是以較粗線段繪示，且電性耦接於第一端N1並起始延伸第一半圈300後即電性耦接於第二端N2。
類似的，第二線圈電感160在中心區域350內環繞的完整圈數為0（N為0）。因此如圖3所示，第二線圈電感160是以較細線段繪示，且電性耦接於第三端N3並起始延伸第二半圈310後即電性耦接於第四端N4。其中，第二半圈310與第一半圈300共同圍繞中心區域350。
除不具有在中心區域350內的完整圈外，第一線圈電感150以及第二線圈電感160的運作方式以及與圖1的切換電容陣列120以及天線110的連接關係均與圖2的實施例大同小異，在此不再贅述。
需注意的是，上述的實施方式僅為一範例。於其他實施例中，本領域的通常知識者當可在不違背本發明的精神下進行更動。
綜合上述，本發明中的射頻功率放大器及其差動電感電路藉由使差動電感電路中的第一線圈電感以及第二線圈電感共用中心區域，一方面使兩個電感電路的面積大幅縮小為約以往的一個電感的大小，另一方面使兩顆電感的互感效應在強化的情形下反而增加感值。因此，射頻功率放大器可同時達到面積縮小與感值提升的目的。
雖然本案之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本案，本技術領域具有通常知識者可依據本案之明示或隱含之內容對本案之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本案所尋求之專利保護範疇，換言之，本案之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100:射頻功率放大器 110:天線 120:切換電容陣列 130:差動電感電路 140A:切換電容陣列 140B:第二組切換電容陣列 150:第一線圈電感 160:第二線圈電感 170:匹配網路電路 200:第一半圈 210:第一完整圈 220:第二半圈 230:第二完整圈 250:中心區域 260、270:跨接線段 300:第一半圈 310:第二半圈 350:中心區域 DS:差動訊號 DS1:第一訊號 DS2:第二訊號 I1:第一電流 I2:第二電流 IC1:第一感應電流 IC2:第二感應電流 N1:第一端 N2:第二端 N3:第三端 N4:第四端
［圖1］顯示本發明之一實施例中，一種射頻功率放大器以及天線的電路圖； ［圖2］顯示本發明一實施例中，差動電感電路更詳細的電路圖；以及 ［圖3］顯示本發明另一實施例中，差動電感電路更詳細的電路圖。
130:差動電感電路 150:第一線圈電感 160:第二線圈電感 200:第一半圈 210:第一完整圈 220:第二半圈 230:第二完整圈 250:中心區域 260、270:跨接線段 DS1:第一訊號 DS2:第二訊號 I1:第一電流 I2:第二電流 IC1:第一感應電流 IC2:第二感應電流 N1:第一端 N2:第二端 N3:第三端 N4:第四端

Claims (8)

  1. 一種差動電感電路，包含：一第一線圈電感，電性耦接於一第一端並起始延伸一第一半圈後在內側的一中心區域內環繞N個第一完整圈以電性耦接於一第二端，其中N為大於或等於0的整數；以及一第二線圈電感，電性耦接於一第三端並起始延伸一第二半圈後在內側的該中心區域內環繞N個第二完整圈以電性耦接於一第四端，該第二半圈與該第一半圈共同圍繞該中心區域；其中該第一線圈電感接收一對差動訊號中的一第一訊號以產生一第一電流，該第二線圈電感接收該對差動訊號中的一第二訊號以產生一第二電流，該第一電流以及該第二電流互為反向；其中該第一線圈電感藉由該第一電流在該第二線圈電感產生一第一感應電流，該第二線圈電感藉由該第二電流在該第一線圈電感產生一第二感應電流，其中該第一感應電流與該第二電流反向，該第二感應電流與該第一電流反向，以使該第一線圈電感以及該第二線圈電感的一感值上升。
  2. 如請求項1所述之差動電感電路，其中該第一線圈電感以及該第二線圈電感包含複數跨接線段，該第一線圈電感以及該第二線圈電感除該等跨接線段外設置於一第一電路層，該等跨接線段設置於一第二電路層。
  3. 如請求項1所述之差動電感電路，其中該第一線圈電感設置於一第一電路層，該第二線圈電感設置於一第二電路層。
  4. 如請求項1所述之差動電感電路，其中該第一線圈電感以及該第二線圈電感藉由該第一端、該第二端、該第三端以及該第四端電性耦接於一射頻功率放大器包含的一組切換電容陣列以及一天線間，以與該組切換電容陣列共振在該組切換電容陣列以及該天線間傳遞該對差動訊號。
  5. 如請求項4所述之差動電感電路，其中該第一線圈電感以及該第二線圈電感透過一匹配網路電路電性耦接於該天線。
  6. 如請求項1所述之差動電感電路，其中該第一線圈電感以及該第二線圈電感各為一圓形、一方形或一多邊形電感。
  7. 一種射頻功率放大器，包含：一組切換電容陣列；以及一差動電感電路，電性耦接於該組切換電容陣列以及一天線間以傳遞一對差動訊號，包含：一第一線圈電感，電性耦接於一第一端並起始延伸一第一半圈後在內側的一中心區域內環繞N個第一完整圈以電性耦接於一第二端，其中N為大於或等於O的整數；以及一第二線圈電感，電性耦接於一第三端並起始延伸一第二半圈後在內側的該中心區域內環繞N個第二完整圈以電性耦接於一第四端，該第二半圈與該第一半圈共同圍繞該中心區域； 其中該第一線圈電感接收該對差動訊號中的一第一訊號以產生一第一電流，該第二線圈電感接收該對差動訊號中的一第二訊號以產生一第二電流，該第一電流以及該第二電流互為反向；其中該第一線圈電感藉由該第一電流在該第二線圈電感產生一第一感應電流，該第二線圈電感藉由該第二電流在該第一線圈電感產生一第二感應電流，其中該第一感應電流與該第二電流反向，該第二感應電流與該第一電流反向，以使該第一線圈電感以及該第二線圈電感的一感值上升。
  8. 如請求項7所述之射頻功率放大器，其中該第一線圈電感以及該第二線圈電感透過一匹配網路電路電性耦接於該天線。
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