专利名称：平衡－不平衡变换器和低通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有转换共模信号为差模信号的功能的模式转换变换器(mode-switching transformer)(BALUN，平衡-不平衡变换器)领域，更具体地，这样的变换器被计划与低通滤波器结合。
背景技术：
图1以方框的形式示意性地示出了模式转换变换器1(BALUN)和低通滤波器2和3(LPF)结合的第一例子。在这个例子中，滤波器2和3被连接到平衡-不平衡变换器(balun)1的差分输出端，平衡-不平衡变换器1的共模输入端连接到天线4。这是平衡-不平衡变换器在便携式电话中应用的典型例子。然后它们将转换在天线上接收的信号从而使得这些信号可被电话内部的电路利用。
图2示出了将低通滤波器5与平衡-不平衡变换器1结合的组件的第二传统例子。在这个例子中，低通滤波器被放置在变换器1的上游，也就是说，在天线4和平衡-不平衡变换器1的共模输入端之间。
图3示出平衡-不平衡变换器1的等效电路图。在共模侧，两个电感元件11和12串联在共模通道UNB和开放端口O之间。在差模侧，两个电感元件13和14串联在两个差模通道BAL1和BAL2之间。电感元件13和14的连接点被接地。
根据平衡-不平衡变换器所需要的通带的中心频率确定元件11到14的尺寸，每个电感线圈11到14具有与这个中心频率的波长的四分之一相等的长度。
图4示出了低通滤波器2、3或4的等效电路图的传统例子。这样的滤波器通常是对称的，并且包含两个输入-输出端子15和16，在两个端子之间第一电容器17与电感元件18并联，每个端子15和16还分别通过电容器19或20被接地。
根据所述滤波器所需要的截止频率来确定所述滤波器元件的尺寸，根据变换器1的通带选择该频率。
两个模式转换元件(低通滤波器和平衡-不平衡变换器)被彼此分离的事实对电路集成的紧凑性不利，从而对小型化不利。
发明内容
本发明的目的在于降低与低通滤波器集成的平衡-不平衡变换器的体积。本发明的特别的目的在于实现平衡-不平衡变换器和它的低通滤波器在同一电路上的集成。
本发明的目的还在于提供集成化的平衡-不平衡变换器结构，其也用作差分低通滤波器(differential low-pass filter)。
为了实现这些和其它的目的，本发明提供了模式转换变换器，包含在第一导电层(conductive level)中的第一平面线圈，该第一平面线圈具有限定共模输入/输出端子的外部末端端子；第二平面线圈，与第一线圈电串联，并且形成在第二导电层中；将第二线圈的外部末端端子接地的至少一个电容器；第三线圈，形成在第二导电层中，并且该第三线圈具有限定第一差模通道的外部末端端子；和第四线圈，与第三线圈电串联，并且该第四线圈形成在第一导电层中，限定第二差模通道端子的所述第四线圈的外部末端端子和所有线圈的中心末端被相互连接而接地，来形成差分低通滤波器。
根据本发明的实施例，至少第一、第三和第四线圈具有所述模式转换变换器所需要的通带的中心频率所选择的同样的长度。
根据本发明的实施例，第二线圈具有与其它三个线圈同样的长度。
根据本发明的实施例，根据所需要的所述抑制频率，确定电容器的尺寸，其中所需要的抑制频率大于模式转换变换器通带的中心频率。
根据本发明的实施例，第一和第四线圈相互交叉，第二和第三线圈相互交叉。
本发明的上述目的、特征、和优势将在下面具体实施例的非限制性描述中结合附图得到详细的讨论。
图1到4，如先前描述的，用来表示现有技术状态和要解决的问题；图5示出了根据本发明的模式转换变换器的实施例的等效电路图；图6图示了根据本发明的模式转换变换器的电感线圈的堆叠构成；和图7是根据本发明的集成化的变换器的顶视图。
具体实施例方式
在不同的附图中，相同的元件用相同的标号表示。为清楚起见，只有那些对本发明的理解必要的元件被示于附图中，并将在后面介绍。特别地，连接到根据本发明的模式转换变换器或差分低通滤波器的输入/输出端的不同元件没有被详细介绍。本发明与在共模侧与一个低通滤波器结合或在差模侧与两个低通滤波器结合的模式转换变换器的任何传统使用是一致的。
本发明的一个特征是，以与模式转换变换器的第一线圈(连接到共模通道)串联的方式电气地放置接地的感性的和容性的滤波阻抗(filtering impendance)。本发明的另一特征是还使第一线圈和这个阻抗的连接点接地，并且两两耦合所述模式转换变换器的电感元件。
图5示出了根据本发明还形成差分低通滤波器的模式转换变换器的等效图。
正如在传统的模式转换变换器中，两个差模通道端子BAL1和BAL2通过两个串联的电感元件13和14彼此连接，连接点30被接地(或连接到任何其它的参考电压)。仍然如在传统的变换器中，共模通道UNB被连接到形成变换器初级线圈的电感线圈11，这个线圈与通常置于空气中的第二初级线圈12串联。
根据本发明，电容器C将线圈12的自由末端接地。而且，线圈11和12的连接点也被接地。
为了变换器的效果，电感元件11和13彼此耦合，电感元件12和14也彼此耦合。
电感元件12和电容器C依赖于它们各自的值形成具有截止频率的频率抑制元件。
优选地，为了优化平衡-不平衡变换器功能，电感线圈11、13和14以λ/4的长度形成，其中λ代表所述模式转换变换器所需要的通带的中心频率。这种宽度条件对于电感元件12来说不是必要的，但是，正如将在下面所看到的，以与其它电感元件相同的长度形成这个线圈更加简单。
根据本发明，通过以平面导电线圈的形式形成所有的电感元件11、12、13和14，将示于图5中的结构集成化，通过堆叠这些导电线圈来获得所述的耦合。进一步地，所述线圈两两交错或交叉在同一个导电层中。
可以认为抑制元件形成模式转换变换器的附加的次级线圈。这样，线圈11表示初级线圈，线圈13和14形成提供差分输出的第一次级线圈，而变换器的第二次级线圈是通过滤波元件(电感元件12和电容器C)形成的。实际上，通过线圈11的接地连接，只有通过线圈13和14的耦合才能实现线圈11和12之间的功率转移。
图6以分解的透视解说明根据本发明的变换器-滤波器的不同线圈的形成的例子。
图7是根据本发明的集成化的变换器-滤波器的顶视图。
在图6中，不同线圈之间的相互连接没有被示出。另外，形成在与上层相同的导电层中的线圈已用虚线示出。
假定图6垂直方位中上面的线圈是初级线圈11，其具有它的外部末端限定端子UNB。螺旋的中心末端30通过通路(via)35(图7)被连接到第二金属化层(假定为较低层)，在其中进一步形成接地平面32(图7)。通路35连接形成在这个第二导电层中的第二线圈12的中心末端(来自视图的电气点的节点30)。如图7中所图示的，第二层的线圈形成在接地平面32的圆形开口40中。通路35朝着第三金属化层(例如，上面)延长，在第三金属化层中随着结构直径形成电桥31来连接中心节点30到接地平面32。作为一种替换方式，提供另一个不同于通路35的伸长的通路。通路33连接电桥31的末端到平面32。
线圈12的外部末端连接到形成在同一金属化层中的电容器C的第一电极34。其它的电容器电极形成在金属化层接地平面32中。电容器电介质通过隔离第一和第二金属化层的绝缘层(在附图中不可见)形成。作为一种替换方式，两个电容器电极形成在第二和第三层中或在第一和第三层中。
第一次级线圈13形成在与线圈12相同的金属化层中，线圈13与线圈11耦合。它的中心末端被通路36、电桥31和通路33连接到接地平面32。线圈13的外部末端限定端子BAL1。线圈12和13相互交叉形成在同一导电层中。最后，第二次级线圈14通过与线圈11相互交叉被形成在与线圈11相同的金属化层中，并且它的外部末端限定端子BAL2。通路36用作线圈13和14的中心末端的连接。
本发明的整个结构可以被集成在三个金属化层中，并且通过线圈的适当的旋转方向，通路和电桥可以被最小化为具有朝着结构外面伸出的不同的接触杆。
如在图7中所图示的，模式转换变换器的体积对应具有λ/4长度电感线圈的传统变换器的体积。因此，本发明在没有增加它的尺寸的情况下能够将差分低通滤波器集成到模式转换变换器。
电容器C的给定值取决于拒波滤波器(rejection filter)所需要的截止频率。对于给定的电感值，电容越低，截止频率就越被朝着高频率推回。
作为实施例的具体例子，对于包含差分低通滤波器并打算用于以900兆赫频率为中心的频带的模式转换变换器，通过确定所有线圈的尺寸为具有相同λ/4长度，大约2皮法的电容器提供大约1.8千兆赫的抑制频率，而大约0.5皮法的电容器提供大约2.8千兆赫的抑制频率。
本发明的优点是可以仅仅通过改变电容器C的值来调整抑制频率，而不需要干涉电感线圈。
本发明的另一个优点是通过将滤波器和变换器功能结合在单一结构中，相对于传统结构降低了插入损耗。
本发明的另一个优点是在两个通道BAL1和BAL2之间的幅度不平衡参数和相位不平衡参数保持与传统模式转换变换器的一致，这是因为线圈的长度保持在λ/4段。
当然，本发明可能具有不同的变化、修改和改进，这对于那些本领域技术人员来说是容易想到的。特别地，给定不同电感线圈的尺寸和给定电容器的值取决于应用，特别是取决于模式转换变换器的给定工作频率所需要的抑制频率。另外，通过使用当前在电子工业中使用的在不同的基片(例如，硅或玻璃)上形成集成化电路的技术来进行变换器的制造在本领域技术人员的能力范围之内。特别地，形成在金属化层中的本发明的变换器进一步用于在同一集成电路中的其它集成化的元件的连接和接触恢复的联想是他们能力范围之内的改变。
这样的变化、修改和改进被认为为本公开的一部分，并被认为在本发明的构思和范围之内。因此，上述介绍仅是示例性的不能认为是限制性的。本发明仅由权利要求和它的等效方案来限定。
权利要求
1.一种模式转换变换器，包含在第一导电层中的第一平面线圈(11)，该第一平面线圈(11)具有限定共模输入/输出端子(UNB)的外部末端端子；第二平面线圈(12)，其与所述第一线圈电串联，并形成在第二导电层中；将所述第二线圈的外部末端端子接地的至少一个电容器(C)；第三线圈(13)，其形成在所述第二导电层中，该第三线圈(13)具有限定第一差模通道(BAL1)的外部末端端子；和第四线圈(14)，其与所述第三线圈电串联，并且该第四线圈(14)形成在所述第一导电层中，限定第二差模通道端子(BAL2)的所述第四线圈的外部末端端子和所有线圈的中心末端被相互连接而接地，以形成差分低通滤波器。
2.如权利要求1所述的变换器，其中至少所述第一线圈(11)、所述第三线圈(13)和所述第四线圈(14)具有根据所述模式转换变换器所需要的通带的中心频率所选择的同样的长度。
3.根据权利要求2所述的变换器，其中所述第二线圈(12)具有与其它三个线圈同样的长度。
4.如权利要求1所述的变换器，其中根据所需要的抑制频率，确定所述电容器(C)的尺寸，其中所述所需要的抑制频率大于所述模式转换变换器通带的中心频率。
5.如权利要求1所述的变换器，其中所述第一线圈(11)和所述第四线圈(14)相互交叉，所述第二线圈(12)和所述第三线圈(13)相互交叉。
全文摘要
本发明公开了一种平衡－不平衡变换器和低通滤波器。本发明涉及一种模式转换变换器，其与差分低通滤波器结合，并且包括在第一导电层中的第一平面线圈，其具有限定共模输入/输出端子的外部末端端子；第二平面线圈，与第一线圈电串联并形成在第二导电层中；将第二线圈的外部末端端子接地的至少一个电容器；第三线圈，其形成在第二导电层中并具有限定第一差模通道的外部末端端子；和第四线圈，与第三线圈电串联并形成在第一导电层中，限定第二差模通道端子的第四线圈的外部末端端子和所有线圈的中心末端被相互连接而接地。
文档编号H03H7/42GK1702960SQ20051007384
公开日2005年11月30日 申请日期2005年5月24日 优先权日2004年5月25日
发明者伊莱尔·埃泽蒂恩 申请人:St微电子公司