TWM505126U - 微型化非平衡至平衡訊號轉換器 - Google Patents

Description

微型化非平衡至平衡訊號轉換器

本新型是一種微型化非平衡至平衡訊號轉換器，尤指一種適於微小化且具有相位平衡、低插入損耗、低振幅差及較寬操作頻率的微型化非平衡至平衡訊號轉換器。

一般功率放大器和射頻收發器輸出的都是平衡式訊號，所謂的平衡式訊號係為兩個大小相同但相位差為180度的訊號，其優點是可以減少高頻雜訊的影響。然而在許多應用場合中，會在放大器前端連接一帶通濾波器，所稱帶通濾波器輸出的為非平衡式訊號，因此必須在帶通濾波器與放大器之間連接一非平衡至平衡訊號轉換器，以便將帶通濾波器輸出的非平衡式訊號轉換為平衡式訊號後再送至放大器。

如圖7所示係一種已知的非平衡至平衡訊號轉換器，主要係由一第一耦合傳輸線71及一第二耦合傳輸線72組成，該第一、第二耦合傳輸線71、72均為四分之一波長，其中，該第一耦合傳輸線71係由相互耦合的第一傳輸線711及第二傳輸線712所構成，該第二耦合傳輸線72則由相互耦合的第三傳輸線721及第四傳輸線722所構成；該第一傳輸線711的一端構成一非平衡輸入端P1，另端則與第三傳輸線721串接，第二、第四傳輸線712、722的相對一端分別接地，相鄰的一端則分別構成一第一平衡輸出端P2、一第二平衡輸出端P3。

當訊號從前述非平衡至平衡訊號轉換器的非平衡輸入端P1輸入，該非平衡式訊號將經由構成電磁耦合的第一至第四傳輸線711、712、721、722進行傳遞，最後由第一、第二平衡輸出端P2、P3，而由第一、第二平衡輸出端P2、P3輸出的訊號會形成180度的相位差，以提供後端所需要的平衡式訊號。

上述的非平衡至平衡訊號轉換器的優點在於具有寬頻的操作頻率，但也同時存在插入損耗較大的缺點。

如圖8所示則為另一種非平衡至平衡訊號轉換器，主要係由一低通濾波器81及一高通濾波器82組成，該低通濾波器81及高通濾波器82分別具有一輸入端及一輸出端，其二者的輸入端共接以構成一非平衡輸入端P1，其輸出端則分別構成一第一平衡輸出端P2、一第二平衡輸出端P3。當訊號從前述非平衡至平衡訊號轉換器的非平衡輸入端P1輸入，其通過低通濾波器81時會產生相位延遲，而通過高通濾波器82時則會產生相位提前，因而當訊號從第一、第二平衡輸出端P2、P3輸出時即會形成180度的相位差，進而提供後端所需要的平衡式訊號。

上述的另種非平衡至平衡訊號轉換器具有低插入損耗之優點，由於未使用耦合傳輸線，因此適於微型化。其缺點則是操作頻寬較窄、振幅差較大。

由上述可知，既有的非平衡至平衡訊號轉換器各具優缺點，如何兼顧相位平衡，降低插入損耗、振幅差，則有待進一步研究，並提出可行的解決方案。

因此本新型主要目的在提供一種微型化非平衡至平衡訊號轉換器，其可在維持相位平衡之餘，有效地降低插入損耗、振幅差，且可進一步利於微型化。

為達成前述目的採取的主要技術手段係令前述微型化非平衡至平衡訊號轉換器包括有： 一低通濾波器，具有一輸入端及一輸出端； 一高通濾波器，具有一輸入端及一輸出端，該高通濾波器的輸入端與該低通濾波器的輸入端共接，以構成一非平衡輸入端； 一耦合傳輸線，包含一第一傳輸線、一第二傳輸線及兩接地電容；該第一傳輸線兩端分別和該低通濾波器、該高通濾波器的輸出端連接，該第二傳輸線與該第一傳輸線構成電磁耦合，該第二傳輸線的兩端分別構成一第一平衡輸出端、一第二平衡輸出端；兩接地電容分別連接於第一、第二平衡輸出端與一接地端之間；

由上述構造組成的微型化非平衡至平衡訊號轉換器藉由低通濾波器、高通濾波器分別使輸入訊號產生相位延遲、提前，以產生180度的相位差而維持相位平衡，又利用耦合傳輸線提高操作頻寬及降低振幅差，並可進一步調整接地電容的電容值以匹配不同的負載阻抗。藉此達成兼顧相位平衡、寬頻的操作頻率、低插入損耗、低振幅差等目的。

前述耦合傳輸線可以僅為十二分之一波長，以利於微型化設計。

關於本新型之一較佳實施例，首先請參閱圖1所示，包括一低通濾波器10、一高通濾波器20、一耦合傳輸線30及兩接地電容C1、C2；其中：

該低通濾波器10包含一輸入端、一輸出端、一電感L1及一電容CL；其中，該電感L1串接於輸入端與輸出端之間，該電容CL一端連接於該電感L1與輸出端之間，另端連接一接地端； 該高通濾波器20包含一輸入端、一輸出端、一電容CH及一電感L2；其中，該輸入端與低通濾波器10的輸入端共接以構成一非平衡輸入端P1；該高通濾波器20的電容CH串接於其輸入端與輸出端之間，該電感L2一端連接於該電容CH與輸出端之間，另端連接接地端。

該耦合傳輸線30包括一第一傳輸線31、一與第一傳輸線31構成電磁耦合的第二傳輸線32；其中，第一傳輸線31的一端與低通濾波器10的輸出端連接，第一傳輸線31的另端則與高通濾波器20的輸出端連接；該第二傳輸線32的兩端係分別構成一第一平衡輸出端P2及一第二平衡輸出端P3；再者，前述的一接地電容C1係連接於該第一平衡輸出端P2和接地端之間，另一接地電容C2則連接於該第二平衡輸出端P3和接地端之間。

由上述元件組成的微型化非平衡至平衡訊號轉換器，當訊號由非平衡輸入端P1輸入，其通過低通濾波器10時將產生相位延遲，而通過高通濾波器20時則產生相位提前，藉以形成180度的相位差。而具有180度相位差的平衡訊號將透過電磁耦合的耦合傳輸線30進行傳輸，遂可由第一平衡輸出端P2、第二平衡輸出端P3輸出平衡式訊號。以上述的構造設計係利用低通濾波器10、高通濾波器20分別產生的相位延遲、相位提前而維持相位平衡，且具有較小的插入損耗。

又利用耦合傳輸線30透過電磁耦合方式傳輸訊號可提高操作頻寬及降低振幅差，另一方面，若調整接地電容的電容值，則可匹配不同的負載阻抗。

由圖2A、2B及圖3A、3B所示針對上述非平衡至平衡訊號轉換器所模擬的特性曲線可知，其可操作在2G至3GHz之間(如圖2B所示)，具有較寬操作頻率，而在操作頻率範圍內具有較小的插入損耗(如圖2A所示)，且其振幅差被控制在±1以下(如圖3A所示)，相位差則維持在180度(如圖3B所示)。

在前述非平衡至平衡訊號轉換器的設計中，由於採用的耦合傳輸線30長度可以僅僅為十二分之一波長，因此可應用在微型化設計，其元件尺寸包括2012(2.0 mm × 1.2 mm)、1608(1.6 mm × 0.8 mm)、1005(1.0 mm × 0.5 mm)等。其一可行的元件封裝方式係採用多層板壓合技術，請參閱圖4、圖5所示，主要係在多層基板上分別製作前述各個元件，從而組成該非平衡至平衡訊號轉換器，在本實施例中，其由下而上包括一焊墊底板40、第一至第七基板41~47，該焊墊底板40上形成有複數焊墊401(本實施例中為10個)，供作為內外部電連接之用。

該第一基板41上形成有二個電容金屬層411、412，兩電容金屬層411、412的一端與焊墊底板40上對應位置的焊墊401電連接，第二基板42上形成有一大面積的接地金屬層420，其兩端分別與焊墊底板40上對應位置的焊墊401電連接，而第一基板41上的二電容金屬層411、412與第二基板42上的接地金屬層420構成了前述的兩接地電容C1、C2。

該第三基板43上形成有一電容金屬層430，其與第二基板42的接地金屬層420構成前述低通濾波器10的電容CL；該第四基板44、第五基板45上分別形成有一電感金屬層440、450，分別構成前述高通、低通濾波器20、10的電感L2、L1，其中第四基板44上的電感金屬層440一端係透過導通孔與第二基板42上的接地金屬層420構成電性連接，第五基板45上的電感金屬層450並與焊墊底板40上對應位置的焊墊401電性連接；第五基板45上又進一步形成有一電容金屬層451，該電容金屬層451與同一基板上的電感金屬層450電連接。

該第六基板46上形成有一電容金屬層460，其與第五基板45上的電容金屬層451構成前述高通濾波器20的電容CH，且該電容金屬層460經由導通孔與第四基板44上的電感金屬層440電連接。該第七基板47上形成有兩金屬線471、472，並在同一表面上構成電磁耦合，以分別構成前述耦合傳輸線30的第一、第二傳輸線31、32，其中一金屬線471的一端(圖式左端)透過層間導通孔同時與第五基板45上的電感金屬層450、第三基板43上的電容金屬層430構成電連接。該金屬線471的另端(圖式右端)係透過導通孔與第六基板46上的電容金屬層460電連接，另一金屬線472的兩端係與焊墊底板40對應位置上的焊墊401電連接，並透過該焊墊401分別與第一基板41上的兩電容金屬層411、412電連接。

利用上述技術可在各層板上分別形成各個元件，並透過層間導通孔或焊墊底板上的焊墊相互連接，以組成前述的非平衡至平衡訊號轉換器。在前述的封裝結構中，該耦合傳輸線30的第一、第二傳輸線31、32係由同時形成在第七基板47上的兩金屬線471、472所構成，兩金屬線471、472係在同一平面上構成電磁耦合。

在另一可行的封裝結構中，該耦合傳輸線30的第一、第二傳輸線31、32可由二基板上分別形成的金屬線所構成，請參閱圖6所示，其基本架構與圖4所示的封裝結構大致相同，不同處在於其進一步包括一第八基板48，而第七基板47上僅形成有一金屬線471，係構成前述耦合傳輸線30的第一傳輸線31，該金屬線471的一端透過層間導通孔同時與第五基板45上的電感金屬層450、第三基板43上的電容金屬層430構成電連接，該金屬線471的另端則透過導通孔與第六基板46上的電容金屬層460電連接。

該第八基板48形成有一金屬線481，以構成前述耦合傳輸線30的第二傳輸線32，該金屬線481係絕緣地與第七基板47上的金屬線471重疊以形成電磁耦合，該金屬線481的兩端仍與焊墊底板40對應位置上的焊墊401電連接，並透過該焊墊401分別與第一基板41上的兩電容金屬層411、412電連接。

由上述可知，本新型之微型化非平衡至平衡訊號轉換器係令輸入訊號通過低通濾波器、高通濾波器時分別產生相位延遲、提前，以形成180度的相位差，進而維持相位平衡；又進一步利用耦合傳輸線透過電磁耦合傳遞訊號以提高操作頻寬及降低振幅差，藉此達成維持相位平衡、提高操作頻寬、降低插入損耗及振幅差等目的，相較於既有的非平衡至平衡訊號轉換器已具備突出的技術特徵與顯著的進步性，並有可專利性。

10‧‧‧低通濾波器
20‧‧‧高通濾波器
30‧‧‧耦合傳輸線
31‧‧‧第一傳輸線
32‧‧‧第二傳輸線
40‧‧‧焊墊底板
401‧‧‧焊墊
41‧‧‧第一基板
411,412‧‧‧電容金屬層
42‧‧‧第二基板
420‧‧‧接地金屬層
43‧‧‧第三基板
430,451.460‧‧‧電容金屬層
44‧‧‧第四基板
440,450‧‧‧電感金屬層
45‧‧‧第五基板
46‧‧‧第六基板
47‧‧‧第七基板
471,472,481‧‧‧金屬線
48‧‧‧第八基板
71‧‧‧第一耦合傳輸線
711‧‧‧第一傳輸線
712‧‧‧第二傳輸線
72‧‧‧第二耦合傳輸線
721‧‧‧第三傳輸線
722‧‧‧第四傳輸線
81‧‧‧低通濾波器
82‧‧‧高通濾波器

圖1 係本新型一較佳實施例的電路圖。 圖2A、2B 係本新型一較佳實施例的一特性曲線圖(插入損耗、操作頻率)。 圖3A、3B 係本新型一較佳實施例的又一特性曲線圖(振幅差、相位差)。 圖4 係本新型一較佳實施例之一封裝結構示意圖。 圖5 係本新型一較佳實施例之封裝結構的各層平面圖。 圖6 係本新型一較佳實施例又一封裝結構示意圖。 圖7 係一種既有非平衡至平衡訊號轉換器之電路圖。 圖8 係另一種既有非平衡至平衡訊號轉換器之電路圖。

10‧‧‧低通濾波器

20‧‧‧高通濾波器

30‧‧‧耦合傳輸線

31‧‧‧第一傳輸線

32‧‧‧第二傳輸線

Claims (4)

1. 一種微型化非平衡至平衡訊號轉換器，包括有：一低通濾波器，具有一輸入端及一輸出端；一高通濾波器，具有一輸入端及一輸出端，該高通濾波器的輸入端與該低通濾波器的輸入端共接，以構成一非平衡輸入端；一耦合傳輸線，包含一第一傳輸線、一第二傳輸線及兩接地電容；該第一傳輸線兩端分別和該低通濾波器、該高通濾波器的輸出端連接，該第二傳輸線與該第一傳輸線構成電磁耦合，該第二傳輸線的兩端分別構成一第一平衡輸出端、一第二平衡輸出端；兩接地電容分別連接於第一、第二平衡輸出端與一接地端之間。
2. 如請求項1所述之微型化非平衡至平衡訊號轉換器，該耦合傳輸線長度為十二分之一波長。
3. 如請求項2所述之微型化非平衡至平衡訊號轉換器，該低通濾波器包含一電感及一電容；其中，該電感串接於輸入端與輸出端之間，該電容一端連接於該電感與輸出端之間，另端連接接地端。
4. 如請求項3所述之微型化非平衡至平衡訊號轉換器，該高通濾波器包含一電容及一電感；其中，該高通濾波器的電容串接於其輸入端與輸出端之間，該電感一端連接於該電容與輸出端之間，另端連接接地端。