本实用新型涉及无线通信领域，更具体地，涉及变压器和射频接收装置。
背景技术：
在雷达和无线通信系统中，射频接收装置用于接收外部射频信号，并对接收到的外部射频信号进行放大、混频、滤波等操作以产生中频信号，最后再将中频信号提供至与射频接收装置相连的信号处理装置，使得信号处理装置能够对中频信号作进一步处理。为保证系统的功能性和准确性，需要对射频接收装置进行测试。
现有技术对射频装置的测试方法主要有以下几种。
在一种现有技术中，提供专门的射频信号发生器和射频传输结构，利用专门的射频信号发生器产生被测射频信号，并通过射频传输结构将被测射频信号传输至射频接收装置，以对射频接收装置进行测试。但是，射频信号发生器和射频传输结构常常体积庞大、价格昂贵，并且不利于对射频接收装置进行实时在线的测试。
在另一种现有技术中，射频接收装置的测试还可以在工作模式下进行。当射频接收装置处于工作模式时，可以测量射频接收装置中部分模块的电压、消耗的电流等特性，从而间接地对射频接收装置的工作状态进行评判，以实现对射频接收装置的测试。然而，这种现有技术存在两点不足：一方面，由于需要通过对工作电流、电压等参量间接完成对射频接收装置的工作状态判断，因此很难准确地反映射频接收装置的真实状态，精度较差；另一方面，采集工作电流、电压等参量需要复杂且高精度的模拟数字转换模块，因此增加了系统的复杂度。
在一些同时具有发射和接收功能的系统中，现有技术还可以利用射频发射装置发射被测射频信号，使得射频接收装置接收到该被测射频信号后利用该被测射频信号产生检测结果以完成测试。然而，这种现有技术存在以下缺陷：一方面，在同时具有发射和接收功能的系统中，射频发射装置输出的通常是高能量的射频信号，而射频接收装置主要实现的是对低能量的射频信号的采集，因此当射频接收装置接收到的射频信号的能量超出一定的阈值时，射频接收装置无法正常完成采集和处理过程，也就是说，由同一系统中的射频发射装置提供的射频信号的能量过高可能导致无法实现对射频接收装置的测试；另一方面，由于在射频发射装置和射频接收装置之间引入了直接通路，因此，即使在正常工作状态下，即非测试状态下，仍会有一部分能量不经过天线和外部空间直接到达射频接收装置，降低了射频接收装置在工作状态下的灵敏度，甚至可能导致射频接收装置无法正常工作。
因此，期待提供一种能够准确真实地完成自检功能、且在工作状态下不受自检功能影响的新的射频接收装置。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种变压器和射频接收装置，该射频接收装置能够准确真实地完成自检，不需要引入额外的电路或设备，并且在工作状态下不会受到自检功能的影响。
根据本实用新型的一方面，提供了一种变压器，其中，包括：第一线圈，位于第一金属层；第二线圈，位于第二金属层，与所述第一线圈耦合；第三线圈，位于第三金属层，与所述第一线圈和所述第二线圈耦合，其中，所述第一线圈至所述第三线圈中的一个线圈接收输入信号，所述第一线圈至所述第三线圈中的另外两个线圈提供与所述输入信号的频率相同的信号。
优选地，所述第三线圈的线宽小于所述第一线圈和所述第二线圈的线宽。
优选地，所述第三线圈与所述第一线圈之间的耦合系数和所述第三线圈与所述第二线圈之间的耦合系数小于所述第二线圈与所述第一线圈之间的耦合系数。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种射频接收装置，其中，包括：天线，用于接收外部射频信号；本振单元，用于产生初始本振信号，并根据所述初始本振信号产生第一本振信号和第二本振信号；处理单元，用于产生输出信号；以及检测单元，用于根据所述第二本振信号产生测试信号，所述射频接收装置具有正常工作模式和自检模式，在所述正常工作模式下，所述处理单元根据所述外部射频信号和所述第一本振信号产生所述输出信号，此时所述输出信号包含所述外部射频信号的信息，在所述自检模式下，所述处理单元根据所述测试信号和所述第一本振信号产生输出信号，此时所述输出信号表征所述射频接收装置的自检结果。
优选地，在所述正常工作模式下，所述检测单元关闭；在所述自检模式下，所述检测单元开启。
优选地，所述射频接收装置还包括第一变压器，所述第一变压器包括如上面任一项所述的变压器，在所述正常工作模式下，所述第一变压器的第二线圈与所述天线相连以接收所述外部射频信号，所述第一变压器的第一线圈与所述处理单元的输入端相连以将所述外部射频信号耦合至所述处理单元的输入端，在所述自检模式下，所述第一变压器的第三线圈与所述检测单元相连以接收所述测试信号，所述第一变压器的第一线圈与所述处理单元的输入端相连以将所述测试信号耦合至所述处理单元的输入端。
优选地，所述处理单元包括：第一混频器，用于根据所述第一本振信号对所述外部射频信号或所述测试信号进行降频以得到中频信号；输出模块，与所述第一混频器相连，用于对所述中频信号进行放大和/或滤波以得到所述输出信号。
优选地，所述本振单元包括：本振信号发生器，用于产生所述初始本振信号；第二变压器，包括如上面任一项所述的变压器，所述第二变压器的第一线圈与所述本振信号发生器相连以接收所述初始本振信号，所述第二变压器的第二线圈提供所述第一本振信号，所述第二变压器的第三线圈提供所述第二本振信号。
优选地，所述检测单元包括：第二混频器，与所述本振单元相连以接收所述第二本振信号，所述第二混频器根据所述第二本振信号和基准信号产生所述测试信号。
优选地，所述检测单元还包括放大器，所述放大器级联在所述第二混频器和所述本振单元之间以放大所述第二本振信号，或级联在所述第二混频器和所述处理单元之间以放大所述测试信号。
优选地，所述基准信号包括所述射频接收装置的基带信号。
优选地，所述初始本振信号、所述第一本振信号、所述第二本振信号、所述测试信号、所述中频信号以及所述输出信号分别为差分信号或单端信号。
本实用新型提供的射频接收装置具有以下优点：能够直接根据测试信号实现自检功能，因此能根据测试信号直接测量射频接收装置自身的性能指标，相比于利用电流、电压等参数间接地对射频接收装置的性能进行分析测试的现有技术，本实用新型提供的射频接收装置的自检结果更加准确可靠；能够利用本振信号产生测试信号，因此不需要额外的外设模块提供测试信号，从而不仅缩减了体积和成本，还能避免外设模块对射频接收装置的干扰；同时，在本实用新型的优选实施例中，只需要基于传统变压器的结构进行微小的改进即可分别得到本实用新型实施例的第一变压器和第二变压器，不需要引入额外的电路，也不需要占用额外的面积。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出传统的射频接收装置的电路结构示意图。
图2示出图1中传统的变压器的结构示意图。
图3示出本实用新型实施例的射频接收装置的示意性框图。
图4a示出图3中输入模块的电路结构示意图。
图5示出图3中本振单元的电路结构示意图。
图6示出图4a中第一变压器或图5中第二变压器的结构示意图。
图7a和7b分别示出图3中的检测单元的两种电路结构示意图。
图8示出图3中的输出模块的电路结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。
下面，参照附图进行详细说明。
图1示出传统的射频接收装置的电路结构示意图。
如图1所示，传统的射频接收装置100包括用于接收外部射频信号 Vrf_0的天线110、两个变压器120和120’、低噪声放大器130、混频器 140、本振信号发生器150、中频放大器160以及中频滤波器170。
变压器120包括第一线圈和第二线圈，第一线圈与天线110相连，从而第一线圈能够通过天线110接收到外部射频信号Vrf_0，第二线圈与第一线圈耦合以获得变压射频信号Vrf_1。
低噪声放大器130的输入端与变压器120的第二线圈相连以对变压射频信号Vrf_1放大，低噪声放大器130的输出端提供放大后的变压射频信号Vrf_2。
本振信号发生器150用于产生本振信号Vlo_0。
变压器120’同样包括第一线圈和第二线圈，第一线圈与本振信号发生器150相连以接收本振信号Vlo_0，第二线圈提供变压本振信号Vlo_1。
混频器140的第一输入端与低噪声放大器130的输出端相连以接收放大后的变压射频信号Vrf_2，混频器140的第二输入端与变压器120’的第二线圈相连以接收变压本振信号Vlo_1，混频器140用于对变压本振信号Vlo_1和放大后的变压射频信号Vrf_2进行混频以产生中频信号 Vmf。
中频放大器160和中频滤波器170级联以对中频信号Vmf进行放大和滤波，从而得到能够被信号处理装置200接收识别的输出信号Vout，信号处理装置200继续对输出信号Vout进行信号处理。
图2示出图1中传统的变压器的结构示意图。
如图2所示，传统的变压器(对应于图1所示的变压器120和120’) 包括第一线圈101和第二线圈102，第一线圈101和第二线圈102之间具有耦合系数k0，在电子电路领域，耦合系数k0用于表示第一线圈101 和第二线圈102之间耦合的紧密程度。
当第一线圈101接收到第一信号V01时，第二线圈102在耦合作用下能够提供第二信号V02，第二信号V02的频率等于第一信号V01的频率，第二信号V12的幅值与第一信号V11的幅值之间的比例关系与第一线圈101和第二线圈102之间的耦合系数k0相关。
根据现有技术，在对传统的射频接收装置100进行测试时：采用外置的射频信号发生器产生面向射频接收装置100的测试信号会导致系统成本和体积的增加，且不利于实现实时的在线测试；利用射频接收装置 100在正常工作模式下产生的电流、电压等参数对射频接收装置的性能进行间接的检测不仅会导致检测结果不精确，还需要额外设置复杂且高精度的模拟数字转换模块，因此也增加了系统的复杂程度；另一些现有技术利用射频接收装置100所在系统中的射频发射装置产生测试信号，但是该测试信号通常是高能量的射频信号，一旦这个测试信号的能量超出一定阈值，主要用于处理低能量信号的射频接收装置100将很难正常地采集和处理该测试信号，而且这种现有技术很容易发生能量泄漏的问题，导致射频接收装置100无法完成测试、灵敏度降低，甚至可能导致射频接收装置100无法正常工作。
图3示出本实用新型实施例的射频接收装置的示意性框图。
如图3所示，本实用新型实施例的射频接收装置300包括天线360、处理单元、本振单元320、检测单元350以及处理单元，其中处理单元包括输入模块310、第一混频器330以及输出模块340。
第一混频器330分别与输入模块310和本振单元320相连，输入模块310对第一混频器330提供混频输入信号Vrf2，本振单元320向第一混频器330提供第一本振信号Vlo1，从而第一混频器330能够对混频输入信号Vrf2和第一本振信号Vlo1进行混频以得到中频信号Vmf。
输出模块单元340与第一混频器330的输出端相连以接收中频信号Vmf，输出模块340对中频信号Vmf进行放大和滤波以得到输出信号 Vout。最终，输出模块340将输出信号Vout提供至与射频接收装置300 相连的信号处理装置200，使得信号处理装置200能够对输出信号Vout 进行进一步的处理。
本实用新型实施例的射频接收装置300具有正常工作模式和自检模式。在自检模式下，射频接收装置300能够对自身的性能进行测试，即实现自检功能。该自检功能主要通过检测单元350实现。
在射频接收装置300的正常工作模式下，检测单元350关闭，天线 360、输入模块310、本振单元320、第一混频器330以及输出模块340 开启以形成射频接收通道。此时，输入模块310通过天线360接收外部射频信号Vrf0，并根据外部射频信号Vrf0产生混频输入信号Vrf2，第一混频器330利用本振单元320产生的第一本振信号Vlo1对混频输入信号 Vrf2进行降频，以得到中频信号Vmf，随后输出模块340将中频信号 Vmf转换为正常工作模式下的输出信号Vout，该输出信号Vout包含外部射频信号Vrf0的信息。
在射频接收装置300的自检模式下，检测单元350开启，本振单元 320、检测单元350、输入模块310、第一混频器330以及输出模块340 开启以形成自检通道。本振单元320同时提供第一本振信号Vlo1和第二本振信号Vlo2，检测单元350根据第二本振信号Vlo2产生测试信号Vtst。此时，输入模块310根据测试信号Vtst产生混频输入信号Vrf2。随后的信号转换过程与正常工作模式下的信号转换过程相同，即：第一混频器 330利用本振单元320产生的第一本振信号Vlo1对混频输入信号Vrf2 进行降频，以得到中频信号Vmf，输出模块340将中频信号转换为正常工作模式下的输出信号Vout。该输出信号Vout能够表征射频接收装置 300的自身性能，使得技术人员能够通过分析输出信号Vout判断出射频接收装置300的性能指标。
作为一种优选的实施例，在射频接收装置300的自检模式下，天线 360可以关闭，以降低外部射频信号对射频接收装置300的自检功能的干扰；同时，由于射频接收装置300的自检通道在小信号状态下工作，因此，在射频接收装置300的自检模式下，自检通道之外的、工作在大信号状态下的其他模块可以被关闭，以尽量降低自检通道受到的干扰。
图4a示出图3中输入模块的电路结构示意图。
如图3和图4a所示，输入模块310包括第一变压器311和第一放大器312。
在射频接收装置300的正常工作模式下，第一变压器311接收外部射频信号Vrf0。由于天线提供的外部射频信号Vrf0能量很低，因此需要利用第一变压器311将低能量的外部射频信号Vrf0转换为高能量的变压射频信号Vrf1，变压射频信号Vrf1的频率与外部射频信号Vrf0的频率相同，变压射频信号Vrf1的幅值大于外部射频信号Vrf0；在射频接收装置300的自检模式下，第一变压器311将检测单元350提供的测试信号 Vtst转换为变压射频信号Vrf1。
第一放大器312与第一变压器311相连以接收变压射频信号Vrf1，从而对变压射频信号Vrf1进行放大以得到混频输入信号Vrf2。第一放大器312例如为低噪声放大器。
图5示出图3中本振单元的电路结构示意图。
如图5和图3所示，本振单元320包括本振信号发生器321和第二变压器322。
本振信号发生器321用于产生初始本振信号Vlo0。
第二变压器322与本振信号发生器321相连，用于将初始本振信号 Vlo0转换为第一本振信号Vlo1和第二本振信号Vlo2。其中，初始本振信号Vlo0、第一本振信号Vlo1和第二本振信号Vlo2的频率相同。
图6示出图4a中第一变压器或图5中第二变压器的结构示意图。
如图6所示，本实用新型实施例中的变压器(例如图4a中的第一变压器311和图5中的第二变压器322)不仅包括第一线圈301和第二线圈302，还包括第三线圈303。
第一线圈301、第二线圈302以及第三线圈303相互耦合：第二线圈302与第一线圈301之间存在第一耦合系数k1，第三线圈303与第一线圈301之间存在第二耦合系数k2，第三线圈303和第二线圈302之间存在第三耦合系数k3。因此，当三个线圈301至303中的一个线圈接收到输入信号时，另外两个线圈上耦合获得的信号与输入信号具有相同的频率，且三个线圈上的信号的幅值比例与对应的耦合系数相关。
在优选的实施例中，为了降低检测单元350对射频接收装置300中的其他部分电路的影响，第三耦合系数k3和第二耦合系数k2通常小于第一耦合系数k1，即第三线圈303与第一线圈301、第二线圈302之间具有低耦合系数，从而当检测单元350关闭时，射频接收装置300中的其他部分电路受到的影响较小。
在射频芯片制造工艺中，第一线圈301、第二线圈302以及第三线圈303分别位于第一金属层至第三金属层，其中，第一金属层和第二金属层例如为顶层金属层和次顶层金属层，第三金属层例如为底层金属层之一。作为一种优选的实施例，第三线圈303的线宽远小于第一线圈301 和第二线圈302的线宽，从而降低第三线圈303对第一线圈301和第二线圈302的影响。
以图4a中的第一变压器311为例：第一变压器311的第一线圈301 的两端与第一放大器312的差分输入端相连；第二线圈302的一端接地、另一端与天线360相连以接收外部射频信号Vrf0；第三线圈303与检测单元350相连以接收测试信号Vtst，其中，测试信号Vtst可以是差分信号，此时第三线圈303的两端与检测单元360的差分输出端相连，在另一些实施例中，测试信号Vtst还可以是单端信号，第三线圈303的一端接地、另一端与检测单元360的输出端相连以接收测试信号Vtst。
作为一种优选的实施例，在射频接收装置300的正常工作模式下，第一变压器311的第一线圈301和第二线圈302分别与第一放大器312 和天线360连通，检测单元350关闭，从而第三线圈303不接收测试信号Vtst；在射频接收装置300的自检模式下，第一变压器311的第一线圈301与第一放大器312和检测单元350连通，检测单元350开启以向第三线圈303提供测试信号Vtst，第二线圈302与天线360断开以防止外部射频信号Vrf0对自检功能的影响。
同理，以图5中的第二变压器322为例：第二变压器322的第一线圈301的两端与本振信号发生器321的输出端相连；第二线圈302的两端与第一混频器330相连以提供第一本振信号Vlo1；第三线圈303的两端与检测单元350相连以提供第二本振信号Vlo2。
图7a和7b分别示出图3中的检测单元的两种电路结构示意图。
在一些实施例中，如图3和图7a所示，检测单元350包括级联的第二混频器351和第二放大器352。
第二混频器351与本振单元320相连以接收第二本振信号Vlo2，第二混频器351利用基准信号Vref对第二本振信号Vlo2进行混频得到内部射频信号Vrf3。优选地，基准信号Vref为射频接收装置300所在的通信系统的基带信号。
第二放大器352的输入端与第二混频器351的输出端相连以接收内部射频信号Vrf3，第二放大器352对内部射频信号Vrf3进行缓冲放大以得到测试信号Vtst。
在另一些实施例中，如图3和图7b所示，检测单元350中的第二放大器352可以级联在本振单元320和第二混频器351之间，从而能够将放大后的第二本振信号Vlo2提供给第二混频器351，使得第二混频器351 能够直接输出具有足够能量的测试信号Vtst。
在上述各实施例中，检测单元350与本振信号发生器321和第一混频器330之间的第二变压器322相连以获得初始本振信号Vlo0的耦合信号(即第二本振信号Vlo2)，然而本实用新型的实施例不限于此，本领域技术人员可以根据需要，从任何对初始本振信号Vlo0进行耦合的变压器结构中获得第二本振信号Vlo2，使得检测单元350能够根据该第二本振信号Vlo2产生测试信号Vtst。
需要说明的是，在本实用新型实施例的描述中，“检测单元350关闭”是指检测单元350中的第二混频器351和第二放大器352均关闭。若检测单元350中的第二混频器351和第二放大器352的关态隔离度足够好，则经本振单元320和检测单元350进入输入模块310中的第一放大器312 中的信号能量就可以小到忽略不计，从而检测单元350的关闭不会影响到射频接收装置300的正常工作。
图8示出图3中的输出模块的电路结构示意图。
如图8所示，输出模块340包括第三放大器341和滤波器342，第三放大器341的输入端与第一混频器330的输出端相连以接收中频信号 Vmf，第三放大器342的输出端与滤波器342的输入端相连以向滤波器342提供放大后的中频信号Vmf_a，使得滤波器342能够对放大后的中频信号Vmf_a进行滤波以得到输出信号Vout。
需要说明的是，本实用新型实施例中各个附图仅示出了各个信号为单端信号或差分信号的一种情况，但本实用新型实施例不限于附图所示的情况。本领域技术人员可以根据实际需要将各个信号设计为单端信号和差分信号中的任意一种。
本实用新型实施例的射频接收装置在自检模式下能够对内部产生的初始本振信号进行变压耦合以得到第二本振信号，并能进一步对第二本振信号进行混频和缓冲放大以得到处于射频频段的测试信号，使得射频接收装置中的输入模块、第一混频器以及输出模块能够根据该测试信号产生输出信号，该输出信号可以表征射频接收装置的性能指标。
本实用新型实施例提供的射频接收装置具有以下优点：能够直接根据测试信号实现自检功能，因此能根据测试信号直接测量射频接收装置自身的性能指标，相比于利用电流、电压等参数间接地对射频接收装置的性能进行分析测试的现有技术，本实用新型实施例提供的射频接收装置的自检结果更加准确可靠；能够利用本振信号产生测试信号，因此不需要额外的外设模块提供测试信号，从而不仅缩减了体积和成本，还能避免外设模块对射频接收装置的干扰；同时，在本实用新型的一些优选的实施例中，只需要基于传统变压器的结构进行微小的改进即可分别得到本实用新型实施例的第一变压器和第二变压器，不需要引入额外的电路，也不需要占用额外的面积。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。