专利名称：一种用于射频芯片阻抗变换的集总参数元件电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种射频集成电路设计，尤其涉及一种用于射频芯片上匹配射频收发器与天线之间阻抗变换的集总参数元件电路。
背景技术：
在当今无线通信的时代，射频收发器作为一种接收和发送无线信号的设备被广泛应用，典型的射频接收机是包括蓝牙，手机无线LAN等等。在一个典型的射频收发机中，存在一条用于接收射频信号的接收链路(接收机)，同时也存在一条用于传输射频信号的发射链路(发射机)。接收链路和发射链路在一间隔的时段内打开或关闭，从天线接收射频信号或向天线发送射频信号。当从天线接收射频信号，信号就已从一个单端信号转为差分信号，而当向天线发送射频信号时，射频信号也必须从差分信号转化为单端信号。这是因为无线系统天线设计上为单端信号格式的缘故，同时为了抑制背景噪声，信号在射频收发器中传输或接收通常以差分信号的形式参与。因此，在射频收发器和天线的射频通讯中，需要一个将信号在差分与单端间高效转换的转换设备(简称为“变压器”)，如图1所示。伴随着信号的格式转换，无论是从差分信号转换为单端信号，还是从单端信号转换为差分信号，转换设备的另一个重要功能便是——阻抗变换。通常，天线阻抗被设计为 75 Ω或50Ω，但接收机的输入阻抗值较高，而发射机的输出阻抗较低。一般在射频接收链路中，天线是连接到低噪声放大器(LNA)，以使微弱的输入信号放大。该低噪声放大器的输入端口通常连接到晶体管的门极或基极，因此存在较高的输入阻抗。此输入阻抗为几百欧姆以上的容性负载，因而变压器在接收模式下需要将天线阻抗(75 Ω或50 Ω )转换成该低噪声放大器输入阻抗( 100Ω)。在发射模式下，功率放大器将提供天线一个较高的输出功率，而功率放大器的输出阻抗通常为数十欧姆的容性负载。因此变压器也需要将功率放大器的该输出阻抗( 10Ω)变换成天线阻抗(75Ω或50Ω)，以实现向天线发送射频信号。通常，此类用于射频信号格式转换的变压器可在某种分离元件中得以实现，这样的分离元件称为巴仑。它不是整合在射频收发器上，因此被称为分离芯片变压器。这种巴仑通常是非常昂贵，构建这样的巴伦的成本相当高。而且该解决方案也有一些其它缺点。当工作频率相对多元的情况下，变压器的尺寸大小相对较大，而且不允许将该类变压器集成到芯片上。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种用于射频芯片匹配阻抗变换的集总参数元件电路，通过总体芯片化的变压器和集总参数元件的整合，可以实现匹配阻抗变换及射频信号不同格式间的转换，且不增加射频集成电路的芯片尺寸和成本花费。本发明的上述目的得以实现的技术解决方案是一种用于射频芯片匹配阻抗变换的集总参数元件电路，其特征在于所述集总参数元件包含η型网络及由感容电路和容感电路相联结构成的变压环路模块，其中所述感容电路为基于电感的输入/输出电路，其输出端连有接地的电容，所述容感电路为基于电容的输入/输出电路，其输出端连有接地的电感；所述η型网络的输入端定义为集总参数元件的输入接点Α，所述变压环路模块中感容电路的输入、容感电路的输入与η型网络的输出端汇聚相接于接点B，所述感容电路的输出接点C和容感电路的输出接点D接入射频收发器，且输出接点C、D间连有负载ZL。进一步地，所述感容电路的输出接点C连有接地的电容和接地的电感；所述容感电路的输出接点D连有接地的电容和接地的电感，构成接点B、C、D间的对称式变压环路模块。本发明的上述目的得以实现的技术解决方案还可以是一种用于射频芯片匹配阻抗变换的集总参数元件，其特征在于所述集总参数元件包含η型网络及由两路感容电路和两路容感电路相联结构成的对称矫正分段式变压环路模块，其中所述感容电路具有两个以上串联的电感，各电感间连有接地的电容，所述容感电路具有两个以上串联的电容，各电容间连有接地的电感；所述η型网络的输入端定义为集总参数元件的输入接点Α，其中变压环路模块中第一路感容电路的输入、第一路容感电路的输入与η型网络的输出端汇聚相接于接点B，且该第一路感容电路的输出接点C连接第二路输出接地的容感电路，该第一路容感电路的输出接点D连接第二路输出接地的感容电路，所述输出接点C和输出接点D 接入射频收发器，且输出接点C、D间连有负载ZL。本发明一种用于射频芯片阻抗变换的集总参数元件电路，其突出效果为通过应用本发明提供的该种块状的集总参数元件，在射频收发器与天线间能够实现信号在差分与单端两种格式的变换过程，并在这一过程中匹配阻抗变换，消除了使用代价昂贵且无法集成的巴伦；同样该集总参数元件可以集成到射频集成电路的芯片之中，而不增加芯片的尺寸和制造成本。
图1是传统芯片上含巴伦的典型射频收发系统电路结构示意图；图2是集成了本发明集总参数元件的射频收发系统电路结构示意图；图3a和图北分别是感容电路和容感电路的基本结构示意图；图4是由感容电路和容感电路联结构成集总参数元件的电路结构示意图；图fe和图恥是基于图4所示集总参数元件电路的幅度变化曲线和相位随频率变化的曲线；图6是图4所示集总参数元件实现信号转换和匹配阻抗变化的电路简图；图7是图6所示集总参数元件实现功能的衍化实施例电路图；图8是图4所示集总参数元件应用于2. 5GHz射频收发器的实施简图；图9a和图9b是基于图8所示集总参数元件在2. 5GHz射频段的模拟的输入匹配和输出匹配曲线；图IOa和图IOb是基于图6所示集总参数元件电路的幅度变化曲线和相位随频率变化的曲线；图11是基于图6所示集总参数元件电路的幅度和相位随时域的变化曲线；
图12是本发明集总参数元件另一实施例对称式变压环路模块的简图；图13是基于图12所示对称式变压环路模块实现阻抗输入匹配的示意图；图14是基于图12所示集总参数元件电路的幅度和相位随频域的变化曲线；图15是基于图12所示集总参数元件电路的幅度和相位随时域的变化曲线；图16是图6所示集总参数元件应用于1. 25GHz射频收发器的实施简图；图17a至图17d是基于图16所示集总参数元件实现阻抗输入匹配的示意图；图18是本发明采用多节对称的容感电路和感容电路构成的集总参数元件实现阻抗匹配和信号格式转换的电路示意图。
具体实施例方式以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。较之于背景技术中描述的传统芯片上含巴伦的典型射频收发系统电路结构示意图，请参见图2并于图1作对比，可见集成了本发明集总参数元件的射频收发系统电路结构更简洁，考虑可实现的功能之外，可轻松实现芯片化集成。而实际上，该电路中射频收发器与天线之间的集总参数元件除可实现射频信号两种格式的转换，还可以匹配阻抗变换。以下便结合电路图，从原理上对本发明进行详细的推导、展示。如图3a所示的感容电路结构示意图，其为基于电感的输入/输出电路，其输出端连有接地的电容。该电路的输入输出关系如下Voul = Vm -~，其中 ω 是角频率；
X-ω LC如图北所示的容感电路结构示意图，其为基于电容的输入/输出电路，其输出端连有接地的电感。该电路的输入输出关系如下
V =V - -，丨“1 — _^其中ω是角频率。
W2LC如图4所示，是将上述两个容感电路和感容电路相结合构成集总参数元件的电路结构示意图。注意到的是当《 =叫=；^时，V。utl等于V。ut2，并且两者相位已有180°的偏移，如图5a和图5b所示。如果考虑V。ut = Voutl-Vout2作为一个差分信号，那便可得出一个结论当 ^ = =^，单端的输入信号Vin已被转换为振幅相同、相位差180°的差分的输出信号
Vout0此外，可以考虑将输入阻抗和输出阻抗作为集总参数元件的一部分，如图6所示的电路简图。阻抗关系如下
权利要求
1.一种用于射频芯片阻抗变换的集总参数元件电路，其特征在于所述集总参数元件电路包含η型网络及由感容电路和容感电路相联结构成的变压环路模块，其中所述感容电路为基于电感的输入/输出电路，其输出端连有接地的电容，所述容感电路为基于电容的输入/输出电路，其输出端连有接地的电感；所述η型网络的输入端定义为集总参数元件电路的输入接点Α，所述变压环路模块中感容电路的输入、容感电路的输入与π型网络的输出端汇聚相接于接点B，所述感容电路的输出接点C和容感电路的输出接点D接入射频收发器，且输出接点C、D间连有负载ZL。
2.根据权利要求1所述的一种用于射频芯片阻抗变换的集总参数元件电路，其特征在于所述感容电路的输出接点C连有接地的电容和接地的电感；所述容感电路的输出接点D 连有接地的电容和接地的电感，构成接点B、C、D间的对称式变压环路模块。
3.一种用于射频芯片阻抗变换的集总参数元件电路，其特征在于所述集总参数元件电路包含η型网络及由两路感容电路和两路容感电路相联结构成的对称矫正分段式变压环路模块，其中所述感容电路具有两个以上串联的电感，各电感间连有接地的电容，所述容感电路具有两个以上串联的电容，各电容间连有接地的电感；所述η型网络的输入端定义为集总参数元件的输入接点Α，其中变压环路模块中第一路感容电路的输入、第一路容感电路的输入与η型网络的输出端汇聚相接于接点B，且该第一路感容电路的输出接点C连接第二路输出接地的容感电路，该第一路容感电路的输出接点D连接第二路输出接地的感容电路，所述输出接点C和输出接点D接入射频收发器，且输出接点C、D间连有负载ZL。
全文摘要
本发明揭示了一种用于射频芯片阻抗变换的集总参数元件电路，包含π型网络及由感容电路和容感电路相联结构成的变压环路模块，其中感容电路为基于电感的输入/输出电路，其输出端连有接地的电容，容感电路为基于电容的输入/输出电路，其输出端连有接地的电感；该π型网络的输入端定义为集总参数元件的输入接点，该变压环路模块中感容电路的输入、容感电路的输入与π型网络的输出端汇聚相接，感容电路和容感电路的输出接点分别接入射频收发器，且所述射频收发器等效负载为ZL。通过应用本发明提供的集总参数元件，在射频收发器与天线间能够实现信号在差分与单端两种格式的变换过程，并匹配阻抗变换，而且与芯片集成也不会增加芯片的尺寸和制造成本。
文档编号H03H7/38GK102244505SQ20111007955
公开日2011年11月16日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者李宝骐, 杨泓 申请人:苏州磐启微电子有限公司