一种变压器的制作方法

本发明涉及关于一种变压器，尤指一种具有两阶段磁性感应的变压器。

背景技术：

变压器已经广泛的使用于电子与电力装置，可用来升降压，或是用来提供阻抗匹配(impedance matching)。实际上视应用电路需求(如增益、效率、功率、噪声指数…等)决定阻抗匹配调整，例如为了使信号源传送到负载的功率优化，可调整变压器的阻抗比，将信号源的输出阻抗匹配到负载阻抗。

在阻抗匹配方面，目前已有多项技术被揭露。例如，在美国第7,616,934号专利中，Macphail揭露了一种藉由控制多个开关，以提供不同阻抗匹配的方法。在美国第8,044,540号专利中，Lee等人亦揭露了一种用于具有变压器的单刀双掷开关或单刀多掷开关之系统和方法，而可用于阻抗匹配。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种变压器。

为了实现上述发明目的，本发明之一实施例提供一种变压器。变压器包含第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈以及第五线圈。第五线圈包含第一部分及第二部分，而第一部分与第二部分串联。第一部分与第二线圈磁性耦合并与第一线圈磁性隔离，而第二部分与第四线圈磁性耦合并与第三线圈磁性隔离。其中第二线圈设置于第一线圈与第一部分之间，且第一线圈邻近于第二线 圈，而第二线圈邻近于第一部分。此外，其中第四线圈设置于第三线圈与第二部分之间，且第三线圈邻近于第四线圈，而第四线圈邻近于第二部分。

本发明还提供一种变压器，包含：第一线圈，用以输入一第一输入讯号以产生一第一讯号；第二线圈，与该第一线圈磁性耦合，用以磁性感应该第一讯号或输入一第二输入讯号，以产生第二讯号；以及第三线圈，与该第二线圈磁性耦合并该与第一线圈磁性隔离，用以磁性感应该第二讯号并输出一输出讯号；其中该第二线圈设置于该第一线圈与该第三线圈之间，且该第一线圈邻近于该第二线圈，而该第二线圈邻近于该第三线圈。

与现有技术相比较，本发明所提供的变压器相较于传统进行单一阶段磁性感应的变压器，具有较小的等质量因子圆。也因此，相较于传统进行单一阶段磁性感应的变压器，本发明实施例之变压器及射频放大器具有较大的带宽、较低的馈入损失、在同一转换比的条件下，占用较小的面积、以及射频放大器可以得到在不同放大功率时的最佳阻抗匹配。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为本发明一实施例射频放大器的电路图；

图2为本发明一实施例变压器的布线图；

图3为图2之线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的布线图；

图4为图3之线圈W1、线圈W2以及第一部份L1于一个区域内的局部放大图；

图5为本发明一实施例另一变压器之线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的布线图；

图6为本发明一实施例再一变压器之线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的爆炸图；

图7为图6之变压器的线圈W2与导体M1及M2的示意图；

图8为本发明另一实施例变压器之线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的爆炸图；

图9为图8之变压器的线圈W2与导体M1及M2的示意图；

图10为本发明又一实施例射频放大器的电路图；

图11为本发明又一实施例变压器的布线图；

图12为图11中之线圈W1、W2及W3于一个区域内的局部放大图。

主要图示说明

10、1010 变压器

100、1100 射频放大器

110、120、130、140、1110、1120 放大器

200 负载电路

240 内圈

250 外圈

2101至2104 区域

a1至a3、b1至b3、c1至c3、d1至d3 角点

B1至B6、B11至B13 区段

C、C1、C2 电容

O、O’ 点

O1、O2、O3、O4、O11、O12 讯号源

En1、En2、En3、En4、En11、En12 致能讯号

IN1、IN2、IN3、IN4、IN11、IN12 输入讯号或射频讯号

M1、M2 导体

T1至T8、T11至T14 输出端

P1至P11、P101至P106 端

S1至S5、S11至S13 讯号

SOUT 输出讯号

W1、W2、W3、W4、W5、W11、W12、W13 线圈

L1 第一部份

L2 第二部份

X、Y、Z 方向

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

请参考第1图，第1图为本发明一实施例射频放大器100的电路图。射频放大器100耦接至负载电路200，并包含放大器110、120、130及140、以及变压器10。变压器10包含线圈W1至W5。线圈W5包含第一部份L1及第二部份L2，而第一部份L1与第二部份L2串联。线圈W1用以输入一输入讯号IN1及产生讯号S1。线圈W2与W1磁性耦合，而用以磁性感应讯号S1及/或输入一输入讯号IN2，以产生讯号S2。线圈W3用以输入一输入讯号IN3及产生讯号S3。线圈W4与W3磁性耦合，而用以磁性感应讯号S3及/或输入一输入讯号IN4，以产生讯号S4。第一部份L1与线圈W2磁性耦合并与线圈W1磁性隔 离，而第二部份L2与线圈W4磁性耦合并与线圈W3磁性隔离。线圈W5的第一部份L1及第二部份L2分别用以磁性感应讯号S2及S4以磁性感应产生讯号S5，并自第二部份L2的一端P11输出一输出讯号S_OUT。其中线圈W2设置于线圈W1与第一部份L1之间，而线圈W4设置于线圈W3与第二部分L2之间。线圈W1邻近于线圈W2，线圈W2邻近于第一部份L1，线圈W3邻近于线圈W4，而线圈W4邻近于第二部份L2。至于如何使第一部份L1与线圈W1磁性隔离，以及如何使第二部份L2与线圈W3磁性隔离，下面的说明中将会进一步地说明。此外，当输入讯号IN1输入至线圈W1时，线圈W1内会产生讯号S1。线圈W2产生讯号S2的原因例如为输入讯号IN2输入至线圈W2、或是线圈W2磁性感应讯号S1、或是线圈W2输入一输入讯号IN2并同时磁性感应讯号S1。类似地，当输入讯号IN3输入至线圈W3时，线圈W3内会产生讯号S3。线圈W4产生讯号S4的原因例如为输入讯号IN4输入至线圈W4、或是线圈W4磁性感应讯号S3、或是线圈W4输入一输入讯号IN4并同时磁性感应讯号S3。

放大器110、120、130及140，就其功能而论，可为高频放大器或功率放大器；就其输入/输出端数目而论，可为单端放大器(single-ended amplifier)或差动放大器(differential amplifier)。然而，本发明并不以此为限。在此实施例中，放大器110至140皆为差动放大器。放大器110、120、130及140的输入端耦接讯号源O1、O2、O3及O4。放大器110、120、130及140分别用以依据致能讯号En1、En2、En3及En4，将讯号源O1、O2、O3及O4的讯号放大为输入讯号IN1、IN2、IN3及IN4。放大器110、120、130及140的输出端T1、T3、T5及T7分别耦接于线圈W1、W2、W3及W4的一端P1、P3、P5及P7，而输入讯号IN1、IN2、IN3及IN4分别自线圈W1、W2、W3及W4的一端P1、P3、 P5及P7各自地输入至线圈W1、W2、W3及W4。此外，放大器110、120、130及140另分别包含输出端T2、T4、T6及T8，分别耦接至线圈W1、W2、W3及W4的各另一端P2、P4、P6及P8。

在本实施例中，放大器110依据致能讯号En1而作动，以将输入讯号IN1输出至线圈W1。相似地，放大器120则是依据致能讯号En2而作动，以将输入讯号IN2输出至线圈W2；放大器130则是依据致能讯号En3而作动，以将输入讯号IN3输出至线圈W3；放大器140则是依据致能讯号En4而作动，以将输入讯号IN4输出至线圈W4。其中，当放大器120因致能讯号En2而作动时，线圈W2所产生的讯号S2的功率会因此而改变；当放大器140因致能讯号En4而作动时，线圈W4所产生的讯号S4的功率会因此而改变。其中，上述的致能讯号En1、En2、En3和En4可以分别是放大器110、120、130与140的电源供应讯号、偏压电路的控制讯号、射频放大器100所使用的系统电压(VDD或VCC)或偏压。

此外，藉由是否致能放大器110、120、130及/或140，即可调整射频放大器100的阻抗匹配。详言之，可藉由致能讯号En1、En2、En3及En4，使变压器10所提供的阻抗匹配于第一阻抗匹配、第二阻抗匹配、第三阻抗匹配及第四阻抗匹配之间切换。当输入两输入讯号IN1或IN3其中之一，而不输入两输入讯号IN1、IN3其中的另一输入讯号以及输入讯号IN2和IN4时，变压器10提供上述的第一阻抗匹配。举例来说，当放大器110致能而放大器120、130及140皆失能时，变压器10藉由将输入讯号IN1由线圈W1磁性感应至线圈W2、以及再由线圈W2磁性感应至第一部份L1而产生讯号S5的两阶段磁性感应，即提供上述的第一阻抗匹配。再者，当输入两输入讯号IN1与IN3，而不输入其他两输入讯号IN2与IN4时，变压器10提供上述的第二阻抗匹配。亦即，当放大 器110与130致能而放大器120与140失能时，变压器10即提供上述的第二阻抗匹配。此外，当输入两输入讯号IN2或IN4其中之一，而不输入两输入讯号IN2、IN4其中的另一输入讯号以及输入讯号IN1和IN3时，变压器10提供上述的第三阻抗匹配。举例来说，当放大器120致能而放大器110、130及140皆失能时，变压器10藉由将输入讯号IN2磁性感应至第一部份L1而产生讯号S5的两阶段磁性感应，即提供上述的第三阻抗匹配。另外，当输入两输入讯号IN2与IN4，而不输入其他两输入讯号IN1与IN3时，变压器10提供上述的第四阻抗匹配。亦即，当放大器120与140致能而放大器110与130失能时，变压器10即提供上述的第四阻抗匹配。此外，亦可致能放大器110、120、130及140，以使变压器10所提供的阻抗匹配为第五阻抗匹配。藉此，变压器10所提供的阻抗匹配更可于第一阻抗匹配、第二阻抗匹配、第三阻抗匹配、第四阻抗匹配及第五阻抗匹配之间切换。

在一实施例中，线圈W1、W2以及第一部份L1的转换比(transformer ratio)为4:2:1，线圈W3、W4以及第二部份L2的转换比亦为4:2:1，而线圈W1与W3具有相同的电感值，线圈W2与W4具有相同的电感值，第一部份L1与第二部份L2具有相同的电感值，负载电路200的负载阻抗为50Ω。此时第一阻抗匹配为50×4＝200Ω，第二阻抗匹配为第三阻抗匹配为50×2＝100Ω，第四阻抗匹配为而第五阻抗匹配的典型值(等效值，可视为第二阻抗匹配与第四阻抗匹配并联)为亦即第五阻抗匹配的典型值会小于或等于上述的第四阻抗匹配，第四阻抗匹配会小于或等于第三阻抗匹配，第三阻抗匹配会小于或等于第二阻抗匹配，而第二阻抗匹 配会小于或等于第一阻抗匹。

此外，由于输入讯号IN1是否会被输入到线圈W1是与致能讯号En1相关，输入讯号IN2是否会被输入到线圈W2是与致能讯号En2相关，输入讯号IN3是否会被输入到线圈W3是与致能讯号En3相关，且输入讯号IN4是否会被输入到线圈W4是与致能讯号En4相关。因此，依据本发明所提供的阻抗匹配的方法，可将输入讯号IN1输入至变压器10的线圈W1而提供上述的第一阻抗匹配，以使输出讯号S_OUT的负载阻抗匹配于输入讯号IN1。并可将输入讯号IN1及IN3分别输入至变压器10的线圈W1及W3而提供上述的第二阻抗匹配，以使输出讯号S_OUT的负载阻抗匹配于输入讯号IN1及IN3。此外，可将输入讯号IN2输入至变压器10的线圈W2而提供上述的第三阻抗匹配，以使输出讯号S_OUT的负载阻抗匹配于输入讯号IN2。另外，可将输入讯号IN2及IN4分别输入至变压器10的线圈W2及W4而提供上述的第四阻抗匹配，以使输出讯号S_OUT的负载阻抗匹配于输入讯号IN2及IN4。因此，藉由输入讯号IN1、IN2、IN3及/或IN4，可使变压器10所提供的阻抗匹配于上述的第一阻抗匹配、第二阻抗匹配、第三阻抗匹配及第四阻抗匹配之间切换。其中当输入一输入讯号IN1而不输入一输入讯号IN2、IN3及IN4时，变压器10提供第一阻抗匹配；当输入一输入讯号IN1及IN3而不输入一输入讯号IN2及IN4时，变压器10提供第二阻抗匹配；当输入一输入讯号IN2而不输入一输入讯号IN1、IN3及IN4时，变压器10提供第三阻抗匹配；而当输入一输入讯号IN2及IN4而不输入一输入讯号IN1及IN3时，变压器10提供第四阻抗匹配。另外，上述方法还可将输入讯号IN1、IN2、IN3及IN4分别输入至变压器10的线圈W1、W2、W3及W4，使变压器10提供上述的第五阻抗匹配。

再者，可藉由致能讯号En1、En2、En3和En4来调整射频放大器100的输 出功率。换言之，倘若放大器110致能而放大器120、130及140失能时，射频放大器100所输出的功率为PW1；倘若放大器110及130致能而放大器120及140失能时，射频放大器100所输出的功率为PW2；倘若放大器120致能而放大器110、130及140失能时，射频放大器100所输出的功率为PW3；倘若放大器120及140致能而放大器110及130失能时，射频放大器100所输出的功率为PW4。在一实施例中，放大器120的输出功率大于放大器110的输出功率，且放大器140的输出功率大于放大器130的输出功率，则PW4＞PW3＞PW2＞PW1，且当放大器110、120、130与140都致能时，若忽略能量损失，射频放大器100所输出的功率大致上等于(PW2+PW4)。因此，藉由致能讯号En1、En2、En3和En4，射频放大器100所输出的功率可在0、PW1、PW2、PW3、PW4及(PW2+PW4)之间切换。藉此，即可满足多种输出功率的需求。

在一实施例中，假设线圈W1具有等效电感(equivalent inductance)I1，线圈W2具有等效电感I2，而第一部份L1具有等效电感I5，则等效电感I1、I2与I5之间的关系可为依序地呈递增或递减的关系，实际上视应用电路需求(如增益、效率、功率、噪声指数…等)决定。换言之，等效电感I1、I2与I5之间的关系可为I1＞I2＞I5或是I1＜I2＜I5。其中，等效电感I1、I2与I5可藉由调整线圈W1、W2与第一部份L1的匝数及/或宽度来达成。以调整匝数为例，倘若I1＞I2＞I5，则线圈W1的匝数会大于线圈W2的匝数，而线圈W2的匝数会大于第一部份L1的匝数。以调整宽度为例，则线圈W1的宽度会小于线圈W2的宽度，而线圈W2的宽度会小于第一部份L1的宽度。同理，假设线圈W3具有等效电感I3，线圈W4具有等效电感I4，而第二部份L2具有等效电感I6，则等效电感I3、I4与I6之间的关系亦可为依序地呈递增或递减的关系。亦即等效电感I3、I4与I6之间的关系可为I3＞I4＞I6或是I3＜I4＜I6。其中，等效电感I3、I4与 I6可藉由调整线圈W3、W4与第二部份L2的匝数及/或宽度来达成。

在一实施例中，I1<I2<I5，I3<I4<I6，且放大器120的输出功率小于放大器110的输出功率，而放大器140的输出功率小于放大器130的输出功率。举例来说，若I1、I2与I5的比为1:2:4，且I3、I4与I6的比亦为1:2:4，则线圈W1、W2以及第一部份L1的转换比为1:2:4，且线圈W3、W4以及第二部份L2的转换比也会是1:2:4，而负载电路200的负载阻抗为400Ω。此时第一阻抗匹配为第二阻抗匹配为第三阻抗匹配为第四阻抗匹配为亦即第二阻抗匹配会小于或等于第一阻抗匹配，第一阻抗匹配会小于或等于第四阻抗匹配，而第四阻抗匹配会小于或等于第三阻抗匹，因此较高的输出功率可对应较低的阻抗匹配。在另一实施例中，放大器120的输出功率则可大于放大器110的输出功率，且放大器140的输出功率大于放大器130的输出功率，而I1＞I2＞I5，I3＞I4＞I6。

因变压器10是藉由线圈W1、W2、W3、W4及W5进行两阶段的磁性感应以输出讯号S5，故相较于传统进行单一阶段磁性感应的变压器，本实施例之变压器10具有较小的等质量因子圆(constant quality factor circle；constant Q circle)，且变压器10及射频放大器100具有较大的带宽以及较低的馈入损失(insertion loss)，而在同一转换比的条件下，本实施例之变压器10占用较小的面积(compact area)。

在本发明一实施例中，射频放大器100可应用在无线电装置的发送器当中，而上述的输入讯号IN1、IN2、IN3及IN4可分别为不同的射频讯号。藉由致能讯号En1、En2、En3和En4，即可使上述无线电装置的发送器的发送功率在多个输出功率之间切换，并同时地调整射频放大器100的阻抗匹配。

另外，当放大器120及140为差动放大器时，可将电容C1设置在放大器120的两个输出端T3及T4之间，以及将电容C2设置在放大器140的两个输出端T7及T8之间。而在射频放大器100可切换的多个阻抗匹配(即上述的第一、第二、第三、第四及第五阻抗匹配)都不改变的情况下，可将电容C1并联于线圈W1、W2以及第一部份L1，并将电容C2并联于线圈W3、W4以及第二部份L2，以降低各线圈所需要的等效电感。

在较佳实施例中，若不考虑布线需要造成的少量磁通损失，线圈W1与W2几乎完全地磁性耦合，且线圈W2与第一部份L1亦几乎完全地磁性耦合，并且第一部份L1与W1几乎完全地磁性隔离。在一实施例中，线圈W1与第一部份L1彼此间具有一适当的距离，且此距离不太远，使得在假设性地忽略线圈W2提供的磁性隔离作用的情况下，线圈W1与第一部份L1可几乎完全地磁性耦合。此外，线圈W1、W2与第一部份L1所在之平面会与一参考平面平行或重合，且此线圈W1、W2与第一部份L1各自的形状中心于参考平面上的投影几乎完全地重合。以下即藉由多个不同的实施例作进一步地说明。请参考第2图、第3图及第4图。第2图为本发明一实施例变压器10的布线图，第3图为第2图之线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的布线图，而第4图为第3图的线圈W1、W2以及第一部份L1于一个区域2101或2102内的局部放大图。在此一实施例中，线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的布线几乎对称于线圈W3、线圈W4以及第二部份L2的布线。也由于，线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的布线与线圈W3、线圈W4以及第二部份L2的布线几乎对称，故本发明其他实施例对于线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的布线之说明亦可套用在线圈W3、线圈W4以及第二部份L2的布线。

在第2图至第4图的实施例中，上述的参考平面即为由方向X和方向Y所 构成的XY平面，而线圈W1、W2与第一部份L1在XY平面的每一区域2101或2102中分别包含设置于同一平面的一个区段B1、多个区段B2及多个区段B5，其中区段B1、多个区段B2及多个区段B5在所在的区域2101或2102内互相平行。此外，在每一区域2101或2102中，多个区段B2设置于区段B1之两侧以及多个区段B5的内侧。藉由上述的设置，线圈W1与W2几乎完全地磁性耦合、线圈W2与第一部份L1几乎完全地磁性耦合，且第一部份L1即可藉由线圈W2而与线圈W1几乎完全地磁性隔离。此外，线圈W1、W2与第一部份L1形成内圈240及外圈250，其中内圈240系形成在多个区域2101内，而外圈250系形成在多个区域2102内。而线圈W1、W2与第一部份L1的形状中心(即为线圈W1、W2与第一部份L1所包围之区域的中央位置)皆为XY平面上的O点或几乎重合。相似地，线圈W3、W4与第二部份L2在XY平面的每一区域中分别包含设置于同一平面的一个区段B3、多个区段B4及多个区段B6，而区段B3、B4及B6的布线大致上对称于区段B1、B2及B5的布线，在此即不再赘述。

再者，此线圈W1、W2与第一部份L1在区域2103及2104内系形成在不同的平面，且线圈W2的区段B2在区域2103及2104内横跨线圈W1的区段B1，而第一部份L1的区段B5在区域2103及2104内横跨线圈W2的区段B2。线圈W2在区域2103内的两个区段B2彼此交错但互不接触，以连接内圈240及外圈250的区段B2。线圈W1在区域2104内的两个区段B1彼此交错但互不接触，以连接内圈240及外圈250的区段B1；而第一部份L1在区域2104内的两个区段B5彼此交错但互不接触，以连接内圈240及外圈250的区段B5。在本发明一实施例中，线圈W2在区域2103内的区段B2可涵盖整个区域2103，以磁性隔离区域2103内的区段B1及B5。在本发明另一实施例中，线圈W1、 W2与第一部份L1亦可只具在同一个区域2101或2102内的区段B1、B2及B5(如第4图所示)，而区段B1的形状中心、区段B2的形状中心以及区段B5的形状中心皆为XY平面上的O’点或几乎重合。

请参考第5图，第5图为本发明另一实施例变压器10之线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的布线图。此一实施例与第3图类似，差异为线圈W1与第一部份L1所设置的位置互换。

请参考第6图及第7图。第6图为本发明再一实施例一变压器10之线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的爆炸图，而第7图为第6图之变压器10的线圈W2与导体M1及M2的示意图。其中，第一部份L1的两端P9及P10可对应至第1图中所绘示的第一部份L1的两端P9及P10。在此一实施例中，线圈W1、W2与第一部份L1是位于三个互相平行的不同平面。详言之，线圈W1、W2与第一部份L1所在的平面都与由方向X和Y所构成的平面平行，但线圈W1、W2与第一部份L1所在的平面在方向Z上所对应的坐标会彼此不同。此外，如第7图所示，导体M1及导体M2与线圈W2位于同一平面，导体M1设于线圈W2的外侧并大致地包围线圈W2，导体M2则为一个导体平板并设于线圈W2的内侧。在本发明一实施例中，导体M1及M2都接地，以使线圈W1与第一部份L1之间有更好的磁性隔离。此外，如第6图所示，线圈W1的四个角点a1、b1、c1及d1会分别与线圈W2的四个角点a2、b2、c2及d2及第一部份L1的四个角点a3、b3、c3及d3对齐。而若是将线圈W2所在的平面作为参考平面，则线圈W1的形状中心与第一部份L1的形状中心在此参考平面上的投影即为线圈W2所包围之区域的中央位置(即线圈W2的形状中心)或几乎重合。在一实施例中，线圈W1、W2与第一部份L1之间电性互不接触。在另一实施例中，线圈W1、W2与第一部份L1则共同接地或耦接于一电源(power supply)。另外， 线圈W1、W2与第一部份L1具有相同的宽度，且线圈W1的两端P1及P2、线圈W2的两端P3及P4、与第一部份L1的两端P5及P6设置在变压器10的三个不同侧边。藉由上述第6图及第7图的设置，线圈W1与W2几乎完全地磁性耦合、线圈W2与第一部份L1几乎完全地磁性耦合，且第一部份L1亦可藉由线圈W2而与线圈W1几乎完全地磁性隔离。

请参考第8图及第9图。第8图为本发明另一实施例变压器10之线圈W1、线圈W2以及第一部份L1的爆炸图，而第9图为第8图之变压器10的线圈W2与导体M1及M2的示意图。第8图的变压器10与第6图的变压器10的不同之处在于导体M2的结构。如第9图所示，变压器10包含多个长条型的导体M2，其彼此间隔且大致地平行。如此设置导体M2的目的在于进一步地避免变压器10产生涡电流而导致质量因素(Quality Factor)的降低。

综上所述，通过本发明实施例之变压器，其第一部份藉由第二线圈与第一线圈磁性隔离。此外，因变压器是藉由线圈W1、线圈W2与第一部份L1进行两阶段的磁性感应，及/或藉由线圈W3、线圈W4与第二部份L2进行两阶段的磁性感应，以输出一输出讯号，故相较于传统进行单一阶段磁性感应的变压器，具有较小的等质量因子圆。也因此，相较于传统进行单一阶段磁性感应的变压器，本发明实施例之变压器及射频放大器具有较大的带宽、较低的馈入损失、在同一转换比的条件下，占用较小的面积、以及射频放大器可以得到在不同放大功率时的最佳阻抗匹配。

请参考第10图，第10图为本发明又一实施例射频放大器1100的电路图。射频放大器1100耦接至负载电路1130，并包含放大器1110、放大器1120以及变压器1010。变压器1010包含线圈W11、线圈W12以及线圈W13。线圈W11用以输入一输入讯号IN11及产生讯号S11。线圈W12与W11磁性耦合，而用 以磁性感应讯号S11及/或输入一输入讯号IN12，以产生讯号S12。线圈W13与W12磁性耦合并与线圈W11磁性隔离，用以磁性感应讯号S12以产生讯号S13并输出一输出讯号S_OUT。其中线圈W12设置于线圈W11与W13之间。线圈W11邻近于线圈W12，而线圈W12邻近于线圈W13。此外，当输入讯号IN11输入至线圈W11时，线圈W11内会产生讯号S11。线圈W12产生讯号S12的原因例如为输入讯号IN12输入至线圈W12、或是线圈W12磁性感应讯号S11、或是线圈W12输入一输入讯号IN12并同时磁性感应讯号S11。

放大器1110及/或1120，就其功能而论，可为高频放大器或功率放大器；就其输入/输出端数目而论，可为单端放大器(single-ended amplifier)或差动放大器(differential amplifier)。然而，本发明并不以此为限。在此实施例中，放大器1110及1120皆为差动放大器。放大器1110的输入端耦接讯号源O11，而放大器1120的输入端耦接讯号源O12。放大器1110和1120分别用以依据致能讯号En11及致能讯号En12，将讯号源O11和O12的讯号放大为输入讯号IN11及IN12。放大器1110的输出端T11耦接于线圈W11的一端P101，而输入讯号IN11自线圈W11的一端P101输入至线圈W11。放大器1120的输出端T13耦接于线圈W12的一端P103，而输入讯号IN12自线圈W12的一端P103输入至线圈W12。此外，放大器1110和1120另分别包含输出端T12及T14，分别耦接至线圈W11及W12的各另一端P102及P104。

在本实施例中，放大器1110依据致能讯号En11而作动，以将输入讯号IN11输出至线圈W11。相似地，放大器1120则是依据致能讯号En12而作动，以将输入讯号IN12输出至线圈W12。其中，当放大器1120因致能讯号En12而作动时，线圈W12所产生的讯号S12的功率会因此而改变。其中，上述的致能讯号En11和En12可以是放大器1110与1120的电源供应讯号、偏压电路的控制讯号、 射频放大器1100所使用的系统电压(VDD或VCC)或偏压。

此外，藉由是否致能放大器1110及/或1120，即可调整射频放大器1100的阻抗匹配。详言之，可藉由致能讯号En11或En12，使变压器1010所提供的阻抗匹配于第一阻抗匹配及第二阻抗匹配之间切换。当放大器1110致能而放大器1120失能时，变压器1010藉由将输入讯号IN11由线圈W11磁性感应至线圈W12、以及再由线圈W12磁性感应至线圈W13而产生讯号S13的两阶段磁性感应，即提供上述的第一阻抗匹配；当放大器1110失能而放大器1120致能时，变压器1010即提供上述的第二阻抗匹配。此外，亦可同时致能放大器1110及1120，以使变压器1010所提供的阻抗匹配为第三阻抗匹配。藉此，变压器1010所提供的阻抗匹配更可于第一阻抗匹配、第二阻抗匹配及第三阻抗匹配之间切换。在一实施例中，线圈W11、W12以及W13的转换比(transformer ratio)为1:2:4，负载电路的负载阻抗为50Ω，此时第一阻抗匹配为第二阻抗匹配为而第三阻抗匹配的典型值(等效值)为亦即第二阻抗匹配会大于第一阻抗匹配，且第三阻抗匹配的典型值会小于上述的第一阻抗匹配及第二阻抗匹配。在另一实施例中，第二阻抗匹配会小于第一阻抗匹配，且第三阻抗匹配的典型值会小于上述的第一阻抗匹配及第二阻抗匹配。

此外，由于输入讯号IN11是否会被输入到线圈W11是与致能讯号En11相关，且输入讯号IN12是否会被输入到线圈W12是与致能讯号En12相关。因此，依据本发明所提供的阻抗匹配的方法，可将输入讯号IN11输入至变压器1010的线圈W11而提供上述的第一阻抗匹配，以使输出讯号S_OUT的负载阻抗匹配于输入讯号IN11。并可将输入讯号IN12输入至变压器1010的线圈W12而提供上述的第二阻抗匹配，以使输出讯号S_OUT的负载阻抗匹配于输入讯号IN12。因此， 藉由输入讯号IN11及IN12，可使变压器1010所提供的阻抗匹配于上述的第一阻抗匹配及第二阻抗匹配之间切换。其中当输入一输入讯号IN11而不输入第二输入讯号IN12时，变压器1010提供第一阻抗匹配；而当不输入一输入讯号IN11而输入第二输入讯号IN12时，变压器1010提供第二阻抗匹配。另外，上述方法还可将输入讯号IN11及IN12分别输入至变压器1010的线圈W11及W12，使变压器1010提供上述的第三阻抗匹配。

再者，可藉由致能讯号En11和En12来调整射频放大器1100的输出功率。换言之，倘若放大器1110致能而放大器1120失能时，射频放大器1100所输出的功率为PW11；而放大器1120致能放大器1110失能时，射频放大器1100所输出的功率为PW12，则当放大器1110与1120都致能时，若忽略能量损失，射频放大器1100所输出的功率大致上等于(PW11+PW12)。因此，藉由致能讯号En11和En12，射频放大器1100所输出的功率可在0、PW11、PW12及(PW11+PW12)之间切换。藉此，即可满足多种输出功率的需求。

在一实施例中，假设线圈W11具有等效电感(equivalent inductance)I11，线圈W12具有等效电感I12，而线圈W13具有等效电感I13，则等效电感I11、I12与I13之间的关系可为依序地呈递增或递减的关系，实际上视应用电路需求(如增益、效率、功率、噪声指数…等)决定。换言之，等效电感I11、I12与I13之间的关系可为I11＞I12＞I13或是I11＜I12＜I13。其中，等效电感I11、I12与I13可藉由调整线圈W11、W12与W13的匝数及/或宽度来达成。以调整匝数为例，倘若I11＞I12＞I13，则线圈W11的匝数会大于线圈W12的匝数，而线圈W12的匝数会大于线圈W13的匝数。以调整宽度为例，则线圈W11的宽度会小于线圈W12的宽度，而线圈W12的宽度会小于线圈W13的宽度。

在一实施例中，I11<I12<I13且放大器1120的输出功率小于放大器1110的 输出功率。举例来说，若I11、I12与I13的比为1:2:4，则线圈W11、W12以及W13的转换比亦为1:2:4，亦即第二阻抗匹配会大于第一阻抗匹配，且第三阻抗匹配的典型值会小于上述的第一阻抗匹配及第二阻抗匹配，因此较高的输出功率可对应较低的阻抗匹配。在另一实施例中，I11＞I12＞I13且放大器1120的输出功率大于放大器1110的输出功率。且因变压器1010是藉由线圈W11、W12与W13进行两阶段的磁性感应以输出讯号S13，故相较于传统进行单一阶段磁性感应的变压器，本实施例之变压器1010具有较小的等质量因子圆(constant quality factor circle；constant Q circle)，且变压器1010及射频放大器1100具有较大的带宽以及较低的馈入损失(insertion loss)，而在同一转换比的条件下，本实施例之变压器1010占用较小的面积(compact area)。

在本发明一实施例中，射频放大器1100可应用在无线电装置的发送器当中，而上述的输入讯号IN11及IN12可分别为不同的第一射频讯号及第二射频讯号。藉由致能讯号En11和En12，即可使上述无线电装置的发送器的发送功率在多个输出功率之间切换，并同时地调整射频放大器1100的阻抗匹配。

另外，当放大器1120为差动放大器时，可将电容C设置在放大器1120的两个输出端T13及T14之间。而在射频放大器1100可切换的多个阻抗匹配(即上述的第一、第二及第三阻抗匹配)都不改变的情况下，可将电容C并联于线圈W11、W12以及W13，以降低各线圈所需要的等效电感。

在较佳实施例中，若不考虑布线需要造成的少量磁通损失，线圈W11与W12几乎完全地磁性耦合，且线圈W12与W13亦几乎完全地磁性耦合，并且线圈W13与W11几乎完全地磁性隔离。在一实施例中，线圈W11与W13彼此间的距离不太远，使得在假设性地忽略线圈W12提供的磁性隔离作用的情况下，线圈W11与W13可几乎完全地磁性耦合。此外，线圈W11、W12与W13三者 所在之平面会与一参考平面平行或重合，且此三个线圈各自的形状中心于参考平面上的投影几乎完全地重合。以下即藉由多个不同的实施例作进一步地说明。请参考第11图。第11图为本发明又一实施例变压器1010的布线图。在此一实施例中，参考平面即为由方向X和方向Y所构成的XY平面，而线圈W11、W12与W13在XY平面的每一区域2101或2102中分别包含设置于同一平面的一个区段B11、多个区段B12及多个区段B13，其中区段B11、多个区段B12及多个区段B13在所在的区域2101或2102内互相平行。此外，在每一区域2101或2102中，多个区段B12设置于区段B11之两侧以及多个区段B13的内侧。藉由上述的设置，线圈W11与W12几乎完全地磁性耦合、线圈W12与W13几乎完全地磁性耦合，且线圈W13即可藉由线圈W12而与线圈W11几乎完全地磁性隔离。此外，线圈W11、W12与W13形成内圈240及外圈250，其中内圈240系形成在多个区域2101内，而外圈250系形成在多个区域2102内。而此三个线圈的形状中心(即为此三个线圈所包围之区域的中央位置)皆为XY平面上的O点或几乎重合。再者，此三个线圈在区域2103及2104内系形成在不同的平面，且线圈W12的区段B12在区域2103及2104内横跨线圈W11的区段B11，而线圈W13的区段B13在区域2103及2104内横跨线圈W12的区段B12。线圈W12在区域2103内的两个区段B12彼此交错但互不接触，以连接内圈240及外圈250的区段B12。线圈W11在区域2104内的两个区段B11彼此交错但互不接触，以连接内圈240及外圈250的区段B11；而线圈W13在区域2104内的两个区段B13彼此交错但互不接触，以连接内圈240及外圈250的区段B13。在本发明一实施例中，线圈W12在区域2103内的区段B12可涵盖整个区域2103，以磁性隔离区域2103内的区段B11及B13。在本发明另一实施例中，线圈W11、W12与W13亦可只具在同一个区域2101或2102内的区段B11、B12 及B13(如第12图所示)，而区段B11的形状中心、区段B12的形状中心以及区段B13的形状中心皆为XY平面上的O’点或几乎重合。其中，第12图为第11图的线圈W11、W12以及W13于一个区域2101或2102内的局部放大图。第12图与第4图相似，而若将第4图之区段B1、B2、B5分别以区段B11、B12、B13替换的话，即可得到第12图。

本发明又一实施例一变压器1010的爆炸图可参考第6图以及前述之相关说明，并将第6图之线圈W1、线圈W2、第一部份L1、端P1至P4及P9至P10分别以线圈W11、线圈W12、线圈W13、端P101至P106替换。

本发明又一实施例变压器1010的图式可参考第7至9图以及前述之相关说明，并将第7至9图之线圈W1、线圈W2、第一部份L1、端P1至P4及P9至P10分别以线圈W11、线圈W12、线圈W13、端P101至P106替换。

综上所述，透过本发明实施例之变压器，其第三线圈藉由第二线圈与第一线圈磁性隔离。此外，因变压器是藉由第一线圈、第二线圈与第三线圈进行两阶段的磁性感应以输出第三讯号，故相较于传统进行单一阶段磁性感应的变压器，具有较小的等质量因子圆。也因此，相较于传统进行单一阶段磁性感应的变压器，本发明实施例之变压器及射频放大器具有较大的带宽、较低的馈入损失、在同一转换比的条件下，占用较小的面积、以及射频放大器可以得到在不同放大功率时的最佳阻抗匹配。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。