多频带的平衡信号转换器与其线路结构的制作方法
【专利摘要】一种多频带的平衡信号转换器与其线路结构，该多频带的平衡信号转换器，包括：一主信号端口、电性连接该主信号端口的主电感、与该主电感互感以构成第一转换电路的第一电感、并联该第一转换电路的第一电容组、分别电性连接该第一电容组的两第一信号端口、电性连接于该第一信号端口与该第一电容组之间的第一主电容、与该主电感互感以构成第二转换电路的第二电感、并联该第二转换电路的第二电容组、分别电性连接该第二电容组的两第二信号端口、电性连接于该第二信号端口与该第二电容组之间的第二主电容。
【专利说明】多频带的平衡信号转换器与其线路结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种平衡信号转换器，尤指一种多频带的平衡信号转换器与其线路结 构。
【背景技术】
[0002] 通信技术日新月异，目前无线通信系统（wireless communication system)中需 要射频（Radio frequency, RF)装置在多频带（Multiple frequency band)下运作，例如， 平衡信号转换器（Balun)，其为多频带通信系统及多任务系统中的必要电路组件，且其工作 原理为在与天线相连接的不平衡信号端口（unbalanced port)及接有负载的平衡信号端口 (balanced port)之间，将信号从不平衡状态转换成平衡状态，并连接阻抗匹配。平衡信号 转换器的基本结构是由两相对的同极性线圈所构成。
[0003] 图1A及图1B为现有多频带的平衡信号转换器1的电路图及其线路结构的上视 图。
[0004] 如图1A及图1B所示，现有平衡信号转换器1主要利用半导体工艺技术制造一可 运作两个RF频带的Baiun结构于一半导体基板上，也就是将其线路结构Γ形成于一基层 la表面上，该基层la上具有接地埠16,且该线路结构Γ形成有多个电性接触垫14。
[0005] 所述的平衡信号转换器1包括：两主信号端口 17a，17b、电性连接其中一主信号端 口 17a的第一主电感10a、电性连接另一主信号端口 17b的第二主电感10b、分别并联该第 一主电感l〇a及该第二主电感10b的两附加电容170、电性连接该第一主电感10a以构成第 一转换电路15a的第一电感11a、电性连接该第二主电感10b以构成第二转换电路15b的第 二电感lib、并联该第一转换电路15a的第一电容12a、并联该第二转换电路15b的第二电 容12b、分别电性连接该第一电容12a的两第一信号端口 18a，18b、以及分别电性连接该第 二电容12b的两第二信号端口 19a，19b。
[0006] 所述的主信号端口 17a, 17b为不平衡（unbalanced)信号输送端口。
[0007] 所述的第一信号端口 18a, 18b与第二信号端口 19a, 19b为平衡（balanced)信号 输送端口。
[0008] 然而，现有多频带的平衡信号转换器1中，因需设计两组电性匹配网络 (Electrical Matching Network),所以该线路结构Γ的构件较多，如不平衡信号输送端口 的数目较多，致使材料成本、制作成本均提高，并且需额外切换（Switch)电路，使该平衡信 号转换器1可达成其功能。
[0009] 此外，该线路结构Γ形成于一基层la的同一表面上，致使该线路结构Γ于该基 层la表面的占用面积极大，而使半导体组件的长度与宽度难以缩小，尤其是还需要形成两 个主信号端口 17a，17b，使该半导体组件的线路分布面积及体积更加难以缩小，因而电子产 品无法满足微小化的需求。
[0010] 因此，如何克服现有技术中的种种问题，实已成目前亟欲解决的课题。
【发明内容】
toon] 鉴于上述现有技术的缺失，本发明的主要目的在于提供一种多频带的平衡信号转 换器与其线路结构，可减少平衡信号转换器的线路结构于基层表面的占用面积。
[0012] 本发明的多频带的平衡信号转换器，包括：一主信号端口；主电感，其电性连接该 主信号端口；第一电感，其与该主电感为互感，以构成第一转换电路；第一电容组，并联该 第一转换电路；两第一信号端口，其分别电性连接该第一电容组；第一主电容，其电性连接 于该第一信号端口与该第一电容组之间；第二电感，其与该主电感为互感，以以构成第二转 换电路；第二电容组，其并联该第二转换电路；两第二信号端口，其分别电性连接该第二电 容组；以及第二主电容，其电性连接于该第二信号端口与该第二电容组之间。
[0013] 本发明还提供一种多频带的平衡信号转换器的线路结构，其包括：第一线路层，其 包含第一电容组、第一主电容、第二电容组及第二主电容；以及第二线路层，其设于该第一 线路层上，该第二线路层包含：一主信号端口；主电感，其电性连接该主信号端口；第一电 感，其与该主电感为互感，以构成第一转换电路，且该第一转换电路并联该第一电容组；两 第一信号端口，其分别电性连接该第一电容组，且该第一主电容电性连接于该第一信号端 口与该第一电容组之间；第二电感，其与该主电感为互感，以构成第二转换电路，且该第二 转换电路并联该第二电容组；及两第二信号端口，其分别电性连接该第二电容组，且该第二 主电容电性连接于该第二信号端口与该第二电容组之间。
[0014] 前述的线路结构中，该主电感由第一线圈、延伸部与第二线圈构成，且该延伸部连 接该第一与第二线圈。例如，该第一线路层还包含该延伸部，且该第二线路层还包含该第一 与第二线圈。再者，该第二线路层中具有导电盲孔，以对应电性连接该第一线圈与该延伸 部、及该第二线圈与该延伸部。
[0015] 前述的线路结构中，还包括多个导电盲孔，其连通该第一与第二线路层，且该些导 电盲孔对应电性连接该第一电感与该第一电容组、该第二电感与该第二电容组。
[0016] 前述的线路结构中，还包括基层，其承载该第一线路层，该基层具有多个电极，且 该电极对应该主信号端口、第一与第二电容组、第一与第二主电容、及第一与第二信号端 口。再包括导电通孔，其连通该基层与第一线路层，且该些导电通孔对应电性连接该电极与 该主信号端口、该电极与该第一信号端口、及该电极与该第二信号端口。
[0017] 前述的平衡信号转换器与其线路结构中，该主信号端口为输入端口，且该些第一 与第二信号端口为输出端口。或者，该主信号端口为输出端口，且该些第一与第二信号端口 为输入端口。
[0018] 前述的平衡信号转换器与其线路结构中，该两第一信号端口之间连接阻抗。或者， 该两第二信号端口之间连接阻抗。
[0019] 前述的平衡信号转换器与其线路结构中，还包括接地埠，其连接该主电感、第一电 感、第一电容组、第二电感与第二电容组。
[0020] 前述的平衡信号转换器与其线路结构中，还包括：第三电感，其与该主电感为互 感，以构成第三转换电路；第三电容组，其并联该第三转换电路；两第三信号端口，其分别 电性连接该第三电容组；以及第三主电容，其电性连接于该第三信号端口与该第三电容组 之间。例如，该第一线路层还包含第三电容组及第三主电容，且该第二线路层还包含第三电 感及两第三信号端口。再者，该主电感由第一线圈、延伸部、第二线圈与第三线圈构成，该延 伸部连接该第一线圈与第三线圈，且该第二线圈与第三线圈为一体相连。又，该第一线路层 还包含该延伸部，且该第二线路层还包含该第一、第二与第三线圈。
[0021] 另外，本发明又提供一种无线网络系统，其包括：天线；射频切换器，其电性连接 该天线；信号发射端，其电性连接该射频切换器；信号接收端，其电性连接该射频切换器； 滤波器，其电性连接于该射频切换器与该信号发射端之间、及电性连接于该射频切换器与 该信号接收端之间；以及本发明的平衡信号转换器，其电性连接于该滤波器与该信号发射 端之间、及电性连接于该滤波器与该信号接收端之间，且该主信号端口电性连接该滤波器， 该第一与第二信号端口（及该第三信号端口）电性连接该信号发射端及该信号接收端。
[0022] 由上可知，本发明的多频带的平衡信号转换器与其线路结构，通过两电感距离相 近时会产生互感的设计，只需设计一个主电感，所以相比于现有技术的两个主电感，本发明 减少使用一个主电感，且不需形成现有两组电性匹配网络。因此，可将电容与电感等被动组 件形成于叠层线路结构中，使该电容与电感能分布于不同线路层中，以减少该平衡信号转 换器的线路结构于基层表面的占用面积，而能缩小半导体组件的体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1A为现有多频带的平衡信号转换器的电路图；
[0024] 图1B为现有多频带的平衡信号转换器的线路结构的上视图；
[0025] 图2为本发明多频带的平衡信号转换器的电路示意图；
[0026] 图3A至图3E为本发明的多频带的平衡信号转换器2的线路结构的制法的上视示 意图；其中，图3E'为图3E的剖面示意图；
[0027] 图4A为本发明多频带的平衡信号转换器的另一实施例的电路示意图；
[0028] 图4B为图4A的线路结构的立体图；
[0029] 图5为平衡信号转换器运作原理的示意图；
[0030] 图6A及图6B为本发明的两个差分信号的频带、反射损耗与频率的关系图；
[0031] 图6C及图6D为本发明的两个差分信号的振幅强度不平衡的关系图；
[0032] 图6E及图6F为本发明的两个差分信号的相位差不平衡的关系图；以及
[0033] 图7为本发明多频带的平衡信号转换器的应用的电路示意图。
[0034] 符号说明
[0035] 1、2、3 平衡信号转换器
[0036] Γ 线路结构
[0037] la、30 基层
[0038] 10a 第一主电感
[0039] 10b 第二主电感
[0040] lla、21a 第一电感
[0041] lib,21b 第二电感
[0042] 12a、C1 第一电容
[0043] 12b、C2 第二电容
[0044] 14 电性接触垫
[0045] 15a、25a 第一转换电路
[0046] 15b、25b 第二转换电路
[0047] 16、26 接地埠
[0048] 17a、17b、27 主信号端口
[0049] 170、270 附加电容
[0050] 18a、18b、28a、28b 第一信号端口
[0051] 19a、19b、29a、29b 第二信号端口
[0052] 2a 低频转换途径
[0053] 2b 高频转换途径
[0054] 2c 中频转换途径
[0055] 20 主电感
[0056] 2〇0、2〇0' 延伸部
[0057] 201 第一线圈
[0058] 202 第二线圈
[0059] 203 第三线圈
[0060] 21c 第三电感
[0061] 22a 第一电容组
[0062] 22b 第二电容组
[0063] 22c 第三电容组
[0064] 23a 第一主电容
[0065] 23b 第二主电容
[0066] 23c 第三主电容
[0067] 24 阻抗
[0068] 25c 第三转换电路
[0069] 27a、27b 第三信号端口
[0070] 30a 硅晶圆
[0071] 30b 电极
[0072] 30c、31a、32a 介电材
[0073] 30d 钝化层
[0074] 301 第一共享电极
[0075] 302 第二共享电极
[0076] 303 第三共享电极
[0077] 31 第一线路层
[0078] 31b 第一图案化线路
[0079] 310a-310e 电性接触垫
[0080] 31 la-31 Id 转接垫
[0081] 32 第二线路层
[0082] 32b 第二图案化线路
[0083] 33 导电通孔
[0084] 330 通孔
[0085] 34 导电盲孔
[0086] 340 盲孔
[0087] 4 滤波器
[0088] 5 放大器
[0089] 6 谐波滤波器
[0090] 7 全球互通微波存取系统
[0091] 70 射频切换器
[0092] 71 信号发射端
[0093] 72 信号接收端
[0094] 73 天线
[0095] C3 第三电容。
【具体实施方式】
[0096] 以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明 书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点及功效。
[0097] 须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭 示的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，所 以不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发 明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的 范围内。同时，本说明书中所引用的如"第一"、"第二"、"第三"、"主"、"附加"及"一"等用语， 也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在 无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。
[0098] 图2为本发明的多频带的平衡信号转换器的电路示意图。如图2所示，所述的平衡 信号转换器2包括：一主信号端口 27、两第一信号端口 28a, 28b、两第二信号端口 29a, 29b、 主电感20、第一电感21a、第一电容组22a、第一主电容23a、第二电感21b、第二电容组22b 以及第二主电容23b。
[0099] 于本实施例中，该平衡信号转换器2分为低频转换途径2a (主电感20、第一电感 21a、第一电容组22a及第一主电容23a)与高频转换途径2b (主电感20、第二电感21b、第 二电容组22b及第二主电容23b)。
[0100] 所述的主信号端口 27为不平衡（unbalanced)信号输送端口，其一端连接附加电 容270,而另一端连接接地埠26。
[0101] 所述的主电感20电性连接该主信号端口 27。
[0102] 所述的第一电感21a与该主电感20为互感，以构成第一转换电路25a。
[0103] 所述的第一电容组22a并联该第一转换电路25a，且该第一电容组22a由两第一电 容C1串联而成。
[0104] 所述的第一信号端口 28a, 28b为低频的平衡（balanced)信号输送端口，且分别电 性连接该第一电容组22a，并于该两第一信号端口 28a，28b之间连接一阻抗24。
[0105] 所述的第一主电容23a有两个，其中一个第一主电容23a电性连接于其中一第一 信号端口 28a与该第一电容组22a之间，而另一个第一主电容23a电性连接于另一第一信 号端口 28b与该第一电容组22a之间。
[0106] 所述的第二电感21b与该主电感20为互感，以构成第二转换电路25b。
[0107] 所述的第二电容组22b并联该第二转换电路25b，且该第二电容组22b由两第二电 容C2串联而成。
[0108] 所述的第二信号端口 29a, 29b为高频的平衡（balanced)信号输送端口，且分别电 性连接该第二电容组22b，并于该两第二信号端口 29a，29b之间连接一阻抗24。
[0109] 所述的第二主电容23b有两个，其中一个第二主电容23b电性连接于其中一第二 信号端口 29a与该第二电容组22b之间，而另一个第二主电容23b电性连接于另一第二信 号端口 29b与该第二电容组22b之间。
[0110] 于本实施例中，当两电感之间的距离接近至一定距离时会产生互感（mutual inductance)。通过互感的设计，只需一个主电感20即可感应该第一及第二电感21a, 21b， 而不需形成两个主电感，也就是第一与第二转换电路25a, 25b共享一主电感20。
[0111] 此外，该主信号端口 27为输入埠，且该些第一与第二信号端口 28a, 28b, 29a, 29b 为输出埠；于其它实施例中，该主信号端口 27可为输出埠，且该些第一与第二信号端口 28a, 28b, 29a, 29b 可为输入埠。
[0112] 又，于该第一信号端口 28a, 28b与该第一电容组22a之间所设置的第一主电容23a 的数量可依需求而定，并不限于一个，且于该第二信号端口 29a，29b与该第二电容组22b之 间所设置的第二主电容23b的数量可依需求而定，并不限于一个。
[0113] 另外，该平衡信号转换器2还包括接地埠26,其连接该主电感20、第一与第二电感 21a，21b、及第一与第二电容组22a，22b。
[0114] 其中，于图2所示的平衡信号转换器2中，各该电容与电感的相关数值如下表所 示：
[0115]
【权利要求】
1. 一种多频带的平衡信号转换器的线路结构，其包括： 第一线路层，其包含第一电容组、第一主电容、第二电容组及第二主电容；以及 第二线路层，其设于该第一线路层上，该第二线路层包含： 一主信号端口； 主电感，其电性连接该主信号端口； 第一电感，其与该主电感为互感，以构成第一转换电路，且该第一转换电路并联该第一 电容组； 两第一信号端口，其分别电性连接该第一电容组，且该第一主电容电性连接于该第一 信号端口与该第一电容组之间； 第二电感，其与该主电感为互感，以构成第二转换电路，且该第二转换电路并联该第二 电容组；及 两第二信号端口，其分别电性连接该第二电容组，且该第二主电容电性连接于该第二 信号端口与该第二电容组之间。
2. 根据权利要求1所述的线路结构，其特征在于，该两第一信号端口之间连接阻抗。
3. 根据权利要求1所述的线路结构，其特征在于，该两第二信号端口之间系连接阻抗。
4. 根据权利要求1所述的线路结构，其特征在于，当该主信号端口为输入端口时，该些 第一与第二信号端口为输出端口，当主信号端口为输出端口时，且该些第一与第二信号端 口为输入端口。
5. 根据权利要求1所述的线路结构，其特征在于，该主电感由第一线圈、延伸部与第二 线圈构成，且该延伸部连接该第一与第二线圈。
6. 根据权利要求5所述的线路结构，其特征在于，该第一线路层还包含该延伸部，且该 第二线路层还包含该第一与第二线圈。
7. 根据权利要求6所述的线路结构，其特征在于，该第二线路层中具有导电盲孔，以对 应电性连接该第一线圈与该延伸部、及该第二线圈与该延伸部。
8. 根据权利要求1所述的线路结构，其特征在于还包括接地埠，其连接该主电感、第一 电感、第一电容组、第二电感与第二电容组。
9. 根据权利要求1所述的线路结构，其特征在于，还包括多个导电盲孔，其连通该第一 与第二线路层，且该些导电盲孔对应电性连接该第一电感与该第一电容组、该第二电感与 该第二电容组。
10. 根据权利要求1所述的线路结构，其特征在于还包括基层，其承载该第一线路层， 该基层具有多个电极，且该电极对应该主信号端口、第一与第二电容组、第一与第二主电 容、及第一与第二信号端口。
11. 根据权利要求10所述的线路结构，其特征在于还包括导电通孔，其连通该基层与 第一线路层，且该些导电通孔对应电性连接该电极与该主信号端口、该电极与该第一信号 端口、及该电极与该第二信号端口。
12. 根据权利要求1所述的线路结构，其特征在于，该第一线路层还包含第三电容组及 第三主电容，且该第二线路层还包含第三电感及两第三信号端口，该第三电感与该主电感 为互感以构成第三转换电路，该第三电容组并联该第三转换电路，该两第三信号端口分别 电性连接该第三电容组，该第三主电容电性连接于该第三信号端口与该第三电容组之间。
13. 根据权利要求12所述的线路结构，其特征在于，该主电感由第一线圈、延伸部、第 二线圈与第三线圈构成，该延伸部连接该第一线圈与第三线圈，且该第二线圈与第三线圈 为一体相连。
14. 根据权利要求13所述的线路结构，其特征在于，该第一线路层还包含该延伸部，且 该第二线路层还包含该第一、第二与第三线圈。
15. -种多频带的平衡信号转换器，其包括： 一主信号端口； 主电感，其电性连接该主信号端口； 第一电感，其与该主电感为互感，以构成第一转换电路； 第一电容组，其并联该第一转换电路； 两第一信号端口，其分别电性连接该第一电容组； 第一主电容，其电性连接于该第一信号端口与该第一电容组之间； 第二电感，其与该主电感为互感，以以构成第二转换电路； 第二电容组，其并联该第二转换电路； 两第二信号端口，其分别电性连接该第二电容组；以及 第二主电容，其电性连接于该第二信号端口与该第二电容组之间。
16. 根据权利要求15所述的平衡信号转换器，其特征在于，当该主信号端口为输入端 口时，该些第一与第二信号端口为输出端口，当该主信号端口为输出端口，该些第一与第二 信号端口为输入端口。
17. 根据权利要求15所述的平衡信号转换器，其特征在于，该两第一信号端口之间、该 两第二信号端口之间分别连接阻抗，。
18. 根据权利要求15所述的平衡信号转换器，其特征在于，该转换器还包括接地埠，其 连接该主电感、第一电感、第一电容组、第二电感与第二电容组。
19. 根据权利要求15所述的平衡信号转换器，其特征在于，该转换器还包括： 第三电感，其与该主电感为互感，以构成第三转换电路； 第三电容组，其并联该第三转换电路； 两第三信号端口，其分别电性连接该第三电容组；以及 第三主电容，其电性连接于该第三信号端口与该第三电容组之间。
20. -种无线网络系统，其包括： 天线； 射频切换器，其电性连接该天线； 信号发射端，其电性连接该射频切换器； 信号接收端，其电性连接该射频切换器； 滤波器，其电性连接于该射频切换器与该信号发射端之间、及电性连接于该射频切换 器与该信号接收端之间；以及 根据权利要求14所述的平衡信号转换器，其电性连接于该滤波器与该信号发射端之 间、及电性连接于该滤波器与该信号接收端之间，且该主信号端口电性连接该滤波器，该第 一与第二信号端口电性连接该信号发射端及该信号接收端。
21. 根据权利要求20所述的无线网络系统，其特征在于，当该主信号端口为输入端口 时，该些第一与第二信号端口为输出端口，当该主信号端口为输出端口时，该些第一与第二 信号端口为输入端口。
22. 根据权利要求20所述的无线网络系统，其特征在于，该两第一信号端口之间以及 该两第二信号端口之间连接阻抗。
23. 根据权利要求20所述的无线网络系统，其特征在于，该系统还包括接地埠，其连接 该主电感、第一电感、第一电容组、第二电感与第二电容组。
24. 根据权利要求20所述的无线网络系统，其特征在于，该无线网络系统还包括： 第三电感，其与该主电感为互感，以构成第三转换电路； 第三电容组，其并联该第三转换电路； 两第三信号端口，其分别电性连接该第三电容组；以及 第三主电容，其电性连接于该第三信号端口与该第三电容组之间。
25. 根据权利要求24所述的无线网络系统，其特征在于，该第三信号端口电性连接该 信号发射端及该信号接收端。
【文档编号】H01P5/08GK104124501SQ201310162790
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】赖佳助, 庄明翰, 方柏翔, 林河全, 林丽芳 申请人:矽品精密工业股份有限公司