用于具有升压多初级变压器的功率放大器的系统和方法

专利名称：用于具有升压多初级变压器的功率放大器的系统和方法
技术领域：
总的来说，本发明的实施例涉及功率放大器，更具体地，涉及 用于将一个或多个功率放大器连接至负载的升压变压器的系统和 方法。
背景技术：
随着移动通信产业的迅速发展，已进行了许多努力来将移动应 用功能(例如，低噪放大器、混频器、压控振荡器等)集成到单个 半导体技术(例如，单个芯片)中。然而，将功率放大器完全集成 到单个芯片区域上出现了各种困难。具体地，大的功率匹配结构要 求一个较大的芯片区域，并且如果将匹配结构分配在整个芯片区域 上，则来自功率放大器的高输出功率会劣化其他移动应用功能的性 能。因此，在一些应用中，功率力文大器的匹配结构应该与在一个区 域中的其他移动应用功能隔离并且总的匹配结构尺寸应该相当小以实现成本效率，同时输出功率的电平充分高。因此，存在对改进 的功率放大器匹配设计的需要，以实现完全集成的高功率放大器系 统。发明内容才艮据本发明的示例性实施例，存在一种功率方文大器系统。该功 率放大器系统可包括多个功率放大器，其中，每个功率放大器均包 括至少 一个输出端。该功率放大器系统还可以包括多个初级线圈， 每个初级线圈均具有第一臣数，其中，每个初级线圏均连接至多个功率》文大器的至少一个输出端；以及单个次级线圈，其感应地耦合 至多个初级线圈，其中，次级线圈包4舌大于第一匝#:的第二匝#:。根据本发明的另 一示例性实施例，存在用于提供功率放大器系 统的方法。该方法包括提供多个功率放大器，其中，每个功率放大 器均包括至少 一个输出端。该方法还可以包括将每个功率方文大器的 至少一个输出端连接至多个初级线圏中的一个，其中，多个线圈中 的每一个均包括第一匝数，以及将多个初级线圏感应地耦合至单个次级线圏，其中，次级线圏包括大于第一匝凄t的第二匝数。


已经如此概括地描述了本发明，现在将参照附图进行描述，其 中，附图不需要按比例绘制，以及其中图1A示出了根据本发明示例性实施例的升压变压器的电路图。图1B示出了根据本发明示例性实施例的利用有微分放大器的 升压变压器。图2A示出了根据本发明示例性实施例的用于示例性变压器的 示例性布局结构。
大器的示例性变压器的示例性布局结构。
图3示出了根据本发明示例性实施例的利用一个或多个调谐块 的示例性变压器的电^各图。
图4示出了根据本发明示例性实施例的用于利用一个或多个调 谐块的示例性变压器的示例性布局结构。
图5A是4根据本发明示例性实施例的示例性调谐块的示意图。
图5B示出了根据本发明示例性实施例的示例性调谐块的另一 个示意图。
图5C示出了根据本发明示例性实施例的示例性调谐块的另一 个示意图。
图6A示出了多个初级线圏可耦合至单个次级线圏的本发明示 例性实施例。
图6B示出了多个初级线圈可耦合至单个次级线圈的本发明示 例性实施例。
图7示出了根据本发明示例性实施例的包括变压器的功率放大 器系统。图8是根据本发明示例性实施例的使用两个初级线圏和单个次 级线圈的示例性变压器的示例性布局结构，其中， 一个初级线圈与 单个次级的压凄t比为1:2。图9是才艮据本发明示例性实施例的 使用三个初级线圈和单个次 级线圏的示例性变压器的示例性布局结构，其中， 一个初》及线圈与 单个次级的压数比为1:2。图10示出了根据本发明示例性实施例的利用辅助线圈的示例 性变压器的示例性布局结构。图11是才艮据本发明示例性实施例的使用四个初级线圏和单个 次纟及线圈的示例性变压器的示例性布局结构，其中， 一个初级线圈 与单个次级的匝l欠比为1:3。图12示出了根据本发明示例性实施例的用于实现示例性变压 器的示例性平面衬底结构。图13和图14示出了根据本发明示例性实施例的用于实现示例 性变压器的示例性堆叠衬底结构。器的示例性多层衬底结构。图16示出了根据本发明实施例的示例性变压器操作的示例性 仿真结果。示例性功率放大器操作的示例性测量结果。
具体实施方式
现在，将参照附图更加完整地描述本发明的示例性实施例，其 中，示出了一些本发明的实施例而不是所有实施例。实际上，本发 明可以以许多不同的形式具体化，以及应当i人为本发明不限于本文 所描述的实施例，相反，提供这些实施例是为了本公开可以满足可 应用的法律要求。通篇中类似的标号表示类似的元件。本发明的示例性实施例可提供功率放大器系统，其可以包括一 个或多个方文大器，具有N匝数的多个初级变压器线圏，以及具有 N2匝数的单个次级变压器线圈。根据本发明的示例性实施例，多个初级线圏的每一个与次级线圈的匝数比可以为N1:N2,其中，N!< N2,从而每个初级线圏到次级线圏的电压升基本为N2/N!的比率。 才艮据本发明的示例性实施例，每个放大器可包括共同耦合至系统输 入端的微分输入，并且每个初级线圈均可以耦合至多个放大器中的 一个的樣i分输出。单个次级方文大器线圈可以电感耦合至初级变压器 线圏，并且可以提供将耦合一个或多个负载的系统输出端。图。具体地，图1A中的变压器可包括每一个均具有N！匝的多个初 级线圈113、 114以及具有N2匝的单个次级线圈115。初级线圏113、 114可以电感耦合至单个次级线圏115。根据本发明的示例性实施 例，由每个初纟及线圈113、 114感应的电;危可在次级线圏115处以对目 同相位相力。。具有N2匝的次级线圈115可4是供将耦合负载117 (Rload)的系统输出端116 ( Vout)。在本发明的示例性实施例中， 负载117可以是开关、多路复用器、滤波器、天线、或其他负载。 根据示例性实施例，多个初^及线圏113、 114的每一个与次级线圈 115的匝凄丈比可以是N^N2，其中，Nt〈N2， 乂人而/人多个初级线圏 113、 114的每一个到次级线圏的电压升基本为Nz/Ni的比率。在本 发明的示例'性实施例中，N2为2匪，Nl为1臣，臣凄t比为1/2,以及与每个初级线圏113、 114中的电压相比，单个次级线圏115 处的电压可提高2倍。
仍然参照图1A, 4艮据本发明的示例性实施例，初级线圏113、 114可连接至对应的功率i欠大器AMP1、 AMP2。功率放大器AMP1 可包4舌i者^口孩丈分丰lr入101 ( Vin 1 + )和104 ( Vin 1 - )的一个或多 个输入，其中，输入101可以是正信号输入，以及llT入104可以是 负信号输入。此外，放大器AMP1可包括诸如输出109和110的输
出，其中，丰ir出109可以是正车lr出，以及ilr出iio可以是负llr出。
根据本发明的示例性实施例，输出109、 110可连接至变压器的初 级线圏113。
类似地，功率》文大器AMP2可包括诸如j敖分输入105 ( Vin 2 + ) 和108 (Vin2-)的一个或多个输入，其中，输入105可以是正信 号输入，以及输入108可以是负信号输入。类似地，；故大器AMP2 可包括诸如输出111和112的一个或多个输出，其中，输出lll可 以是正输出，以及输出112可以是负输出。才艮据本发明的示例性实 施例，输出111、 112可连4妄至变压器的初级线圏114。
才艮据本发明的示例性实施例，来自每个》文大器AMP1、 AMP2 的提供给次级线圏的电流可基本上为(N/M) xi2，其中，"是 次级线圈中的电流，M是初^及线圏113、 114的凄t目，以及N是每 个初级线圏113、 114的匝凄t与次级线圈115的匝凄t的匝凄t比。类如乂 地，来自每个放大器AMP1、 AMP2的提供给次级线圈115的电压 可基本上为v, (l/N)xV2,其中，V2是次级线圏中的电流，以及 N是每个初级线圏113、114的匝凄t与次级线圈115的匝凄t的匝婆t比。
应该理解，虽然在图1A中仅将单个放大器(例如，AMP1或 AMP2)示出为连接至对应的初级线圈113、 114，但本发明的示例 性实施例可包括连接至初级线圈113、 114的多个放大器。应该理解，在本发明的一些实施例中，电感耦合至单个次级线圏115的多个初 级线圈113、 114可l是供在负载117和放大器AMP1 、 AMP2之间的阻:坑匹酉己。升压变压器。具体地，如图1B所示，第一放大器可由晶体管102、 103组成，而第二》文大器可由晶体管106、 107i:且成，其可包4舌金属 氧4匕物半导体场岁文应晶体管(MOSFET),包4舌互4卜金属氧4匕物半 导体(CMOS)晶体管。然而，在本发明的另一示例性实施例中， 这些晶体管102和103还可包括双极结晶体管(BJT)或其他类型 的晶体管。如图1B所示，才艮据本发明的示例性实施例，晶体管102的源 极可连接至晶体管103的源极并接地。晶体管102的栅极可接收正 信号输入101,而晶体管103的栅极可接收负信号输入104。根据 本发明的示例性实施例，晶体管102的漏极可^是供正输出109,而 晶体管103的漏极可提供负输出110。类似地，根据本发明的示例 性实施例，晶体管106的源极可连接至晶体管107的源极并接地。 晶体管106的栅极可接收正信号输入105,而晶体管107的栅极可 接收负信号输入108。根据本发明的示例性实施例，晶体管106的 漏极可提供正输出111,而晶体管107的漏极可提供负输出112。仍然参照图1B，初乡及线圈113、 114的每一个均可包括"寸应于 Vddl和Vdd2的相应中心抽头端118、 119。当通过相应初级线圏 113、 114的相应第一和第二樣i分放大器生成纟鼓分信号时，中心抽头 端118、 119可以处于虚拟AC地。可通过中心4由头端118、 IISM是 供樣i分i丈大器的电源电压。4艮据本发明的示例性实施例，中心抽头 端118、 119的位置可对应于相应初级线圏113、 114的中间或对称 位置。然而，在本发明的另一示例性实施例中，中心抽头端118、119的位置可根据由微分放大器生成的微分信号的幅度而不同于中
间或对称位置。
性布局结构。该变压器结构了可包^"多个初级线圈以及单个次级线
圏。参照图2A,可存在两个单臣初级线圈213、 214，以及单个两 匝次级线圈215。功率放大器AMP1可接收诸如微分输入201 (Vin 1 + )、 204 (Vin 1 _ )的l命入，并生成第一单匝永7纟及线圈213的只于 应樣i分输出209、 210。类似地，功率放大器AMP2可4妻收诸如樣i 分專lT入205 (Vin2+ )、 208 ( Vin 2 —)的丰lr入，并生成第二单匪一刀 级线圏214的对应微分输出211、212。根据本发明的示例性实施例， 由每个初级线圈213、 214感应的通量或电流可在次级线圈215处 以相同的相位相力。。两臣次级线圈215可连4妻将津禺合至负载217 (Rload )的系乡充!lT出端216 ( Vout )。
图2B示出了根据本发明示例性实施例的可利用有微分放大器 的示例性变压器的示例性布局结构。如图2B所示，第一放大 器可包括晶体管202和203，而第二樣放大器可包括晶体管206 和207。 4艮据本发明的示例性实施例，由孩t分方文大器生成孩t分输出 209、 210和211、 212可导至丈在才目应#刀级纟戋圈213、 214中的中心4由 头端218、 219处呈现AC虚拟地。根据本发明的示例性实施例，可 通过端口218、 219提供微分放大器的电源电压。
图3示出了根据本发明示例性实施例的利用一个或多个调谐块 的示例性变压器的电路图。具体地，图3的电路图示出了每一个均 具有N！匝的两个初^及线圈113、 114以及具有N2臣的单个次级线圏 115。根据本发明的示例性实施例，第一初级线圏113可连接至可包 括晶体管102、 103的一个或多个第一功率》文大器。类似地，才艮据 本发明的示例性实施例，第二初级线圏114可连接至可包括晶体管 106、 107的第一或多个第二功率》文大器。才艮据本发明的示例性实施例，晶体管102、 103、 106、 107可以是MOSFET。然而，在本发 明的其他示例性实施例中，晶体管102、 103、 106、 107可以是BJT或其他类型的晶体管。才艮据本发明的示例性实施例，包括晶体管102、 103的第一功 率力文大器可被配置为具有正信号输入101和负信号输入104的樣吏分 放大器。基于所接收的信号输入101和104，第一微分放大器可提 供对应的正输出109和对应的负输出110。才艮据本发明的示例性实 施例，输出109和110可连4姿至第一初级线圈113。类似地，包括 晶体管106、 107的第二功率》文大器可纟皮配置为具有正信号输入105 和负信号输入108的微分放大器。基于所接收的信号输入105和 108，第二微分放大器可提供对应的正输出lll和对应的负输出112。 根据本发明的示例性实施例，输出111和112可连接至第二初级线 圈114。才艮据本发明的示例性实施例，两个初级线圏113、 114可以电 感耦合至次级线圈115。根据本发明的示例性实施例，初级线圈113、 114的每一个均具有N！匝，而次级线圈可具有N2匝，其中，N2〉 Nj，从而与初级线圈113、 114相比^是高了次级线圈的电压。次级 线圏可^是供系统llr出端116 (Vout),其可l禺合至例如负载117 (Rload )。冲艮据本发明的示例性实施例，使用具有初级线圏113、 114的 微分放大器可提供相应的中心抽头端118、 119。根据本发明的示例 性实施例，每个中心抽头端118、 119都可以处于虚拟AC地。才艮据 本发明的示例性实施例，可通过相应的中心抽头端118、 119提供用 于孩吏分放大器的电源电压。根据本发明的示例性实施例，第一调谐 块320可设置在初级线圈113的中心抽头端118处。类似地，第二 调谐块321可设置在初级线圏114的中心抽头端119处。才艮据本发明的示例性实施例，调谐块320、 321可以^U喿作，以控制、调整、 滤波、或调谐耦合的频带。图4示出了才艮据本发明示例性实施例的利用一个或多个调谐块 的示例性变压器的示例性布局结构。才艮据本发明的示例性实施例， 变压器可包4舌电感津禺合至次级线圈的多个初级线圏。^口图4所示， 可以存在每一个均具有单臣(Ni = 1 )的两个^刀级线圈213、 214以 及具有两匝(N2 = 2)的次级线圈215。初级线圏213可连接至诸如 包括具有正信号IIT入201和负信号输入204的晶体管202、 203的 微分方文大器的第一放大器。第一》文大器可以向初级线圈213冲是供正 输出209和负丰lT出210。类似地，初级线圏214可连4妄至诸如包括 具有正信号输入205和负信号输入208的晶体管206、 207的孩吏分 ;改大器的第二》文大器。第二方文大器可以向初级线圏214^是供正llr出 211和负專俞出212。根据本发明的示例性实施例，通过微分力文大器生成纟鼓分输出 209、 210和211、 212可导至丈在相应初级线圏213、 214的中心才由头 端218、 219处呈现的AC虚拟地。才艮据本发明的示例性实施例，可 通过端口 218、 219提供微分放大器的电源电压。根据本发明的示 例性实施例，第一调i皆块420可连4妄至第一中心4由头端218,而第 二调"i皆块421可连冲妄至第二中心4由头端219。才艮才居本发明的示例性 实施例，应该理解，可将第一和第二调谐块420、 421制造为与变 压器结构相同的衬底组或者与变压器布局结构进行通信的分立模 块。才艮据本发明的示例性实施例，图3和图4中引入的调谐块可以 各种方式实现。根据本发明的示例性实施例，调谐块可包括谐振电 路。图5A、图5B、和图5C示出了根据本发明示例性实施例的可 用作变压器的调谐块的谐振电路的一些实例。图5A是4艮据本发明示例性实施例的示例性调i皆块的示意图。 如图5A所示，才艮据本发明的示例性实施例，调谐块可以是包括串 联连接的电容元件501和电感元件502的谐振电路。根据本发明的 示例性实施例，谐振电路的端口 500可连接至初级线圏的中心抽头 端。根据本发明的示例性实施例，图5A的谐振电路可具有相关的 谐振频率fn503。图5B示出了^f艮据本发明示例性实施例的示例性调谐块的另一 个示意图。如图5B所示，调谐块可以是包括与电感元件512并联 的电容元件511的谐振电路。根据本发明的示例性实施例，谐振电 路的端口 510可连接至初级线圏的中心抽头端。根据本发明的示例 性实施例，i皆4展电3各可具有i皆4展频率fn513。图5C示出了根据本发明示例性实施例的示例性调谐块的另一 个示意图。如图5C所示，可存在具有i者如谐寺展频率fnl 527、 fn2 528 和fn3 529的多个谐振频率的谐振电路。例如，电容元件521和电 感元件522可以串联连接，以提供谐振频率fnl 527。类似地，电容 元件523可以串耳关连4妻到电感元件524，以4是供谐才展频率fn2 528。 此外，电容元件525可以与电感元件526串耳关连4矣，以4是供谐才展频 率fn3 529。应该理解，虽然图5C示出了谐振电路的具体结构，但 本发明的其他实施例可包括各种类型的串l关/并联谐振电路，而不背 离本发明的示例性实施例。根据本发明的示例性实施例，谐振电路 的端口 520可连接至初级线圏的中心抽头端。此外，虽然调谐块被 示出为连接在中心抽头端处，但本发明的其他实施例还可将调谐块 连4妻至其他位置中的初级线圏。应该理解，可以选4奪图5A至图5C的电容和电感元件的值和 参数，以4吏其具有一个或多个期望的谐振频率。根据本发明的示例 性实施例，调"i皆块的一个或多个谐振频率可被操纵从，以滤除在一个 或多个谐振频率处的不期望谐波，从而控制耦合频率。图6A示出了多个初级线圏可井禺合至单个次级线圈的本发明的 示例性实施例。具体地，在图6A中示出了每一个均具有Ni匝的n 个初级线圏616a-n。 n 个初级线圏616a-n可以电感耦合至具有N2 匝的单个次级线圏619，其中，N2〉N!。每个樣i分功率》文大器607a-n 的输出610a-n、 611a-n可连4妄至初级线圈616a-n的相应l命入。具 体地，微分放大器的正信号输出610a-n和对应的负信号输出611a画n 可连4妄至相应初级线圏616a-n的4命入。正4言号|#入601a-n和乂于应 的负信号输入602a-n可提供诸如微分放大器607a-n的相应放大器。 根据本发明的示例性实施例，由多个初级线圈616a-n感应的通量或 电流中的每一个均可以在次级线圏619处以相同的相4立相力口。次级 线圈619可以提供将耦合至负载621 (Rload)的系统输出端620 (Vout )。虚拟AC地在中心才由头端622a-n处可用，其中，各个凝: 分i文大器607a-n的孩i分信号感应至初级线圈。因此，可通过端口 622a-n提供微分放大器的电源电压。根据示例性实施例，还可以在 中心抽头端622a-n处设置可包括本文所描述的谐振电路的调谐块。图6B示出了多个初级线圏可耦合至单个次级线圏的本发明的 示例性实施例。图6B示出了变压器利用的放大器可以是微分放大 器。如图6B所示，可存在连4妄至相应初级线圈616a-n的多个樣￡分 放大器。如图6B所示，根据本发明的示例性实施例，第一微分放 大器可包括晶体管607a和608a。类似地，第二樣史分方文大器可包括 晶体管607b和608b。类似地，第n樣i分力文大器可包括晶体管607n 和608n。器系统700。如图7所示，功率放大器系统700可包括不平衡变压 器750、第一级激励放大器760、第二级激励放大器770a和770b、 功率》文大器780a和780b、以及^T出变压器790。在功率放大器系统700工作期间，可将输入信号提供给不平衡 变压器750的输入端701。在本发明的示例性实施例中，不平4軒变 压器750可以是用于将单端输入信号转换为孩t分信号703、 704的 变压器702 (例如，3:4匝变压器)。应该理解，根据本发明的示例 性实施例，单端输入信号可以是基带信号或射频信号。根据本发明 的示例性实施例，不平4軒变压器750还可以用作DC块。第一级激 励放大器760可以是放大微分信号703、 704以生成》丈大的孩i分信 号706、 707的倒相放大器。放大的微分信号706、 707可从第一级 激励方文大器760输出，并^a是供作为第二级激励》丈大器770a、 770b 的丰叙入，然后相应地生成i文大输出710、 711和712、 713。根据本 发明的示例性实施例，相应的第二级激励放大器770a、 770b的输 出710、 711和712、 713然后可^U是供给功率》文大器780a、 780b。 根据发明的示例性实施例，功率放大器780a、 780b可利用共发 共基放大器拓朴，以更加有能力应对亚微型CMOS器件的敏感电压 应力。根据本发明的示例性实施例，功率放大器780a可包括可以 是共源极CMOS晶体管的CMOS器件714和715的堆叠。此外， 才艮据本发明的示例性实施例，功率》丈大器780a还可以包括可以是 共栅极晶体管的CMOS器件718、 719。类似地，才艮据本发明的示 例性实施例，功率放大器780b可包括可以是共源极晶体管的CMOS 器件716和717的堆叠。根据本发明的示例性实施例，功率放大器 780b还可以包括可以是共栅极晶体管的CMOS器件720、 721。可 在输出722、 723处4是供功率方文大器780a的l餘出，而在输出724、 725处提供功率i文大器780b的输出。根据本发明的示例性实施例， 可在功率放大器(PA)控制端732处调节由功率放大器780a、 780b 提供的增益，其可将偏压提供给共栅极晶体管718、 719和720、 721 的栅极。仍然参照图7,输出变压器790的初级线圈726、 727可连接至 相应的输出722、 723和724、 725。使用变压器790，提供给每个初级线圏726、 727的输出功率可在次级线圏728处感应地组合。 根据本发明的示例性实施例，每个初级线圈726、 727均可具有Ni 匝，而次级线圈728可具有N2匝，其中，N2〉N!，以^是高在次级 线圏728处的电压。才艮据本发明的示例性实施例，初级线圏726、 727可能#1平行地定位，以在次级线圈728中以相同的相位将通量 或电流相加。当将诸如放大器780a、 780b的微分放大器的微分信 号提供给初级线圏726、 727时，中心抽头端730和731可以是虛 拟AC地。因此，根据本发明的示例性实施例，可通过端口 730、 731提供微分放大器的电源电压。此外或可选地，可在中心抽头端 730、 731处类似地设置如本文描述的一个或多个调谐块。根据本发 明的示例性实施例，变压器790可制造在硅4十底上，尽管可以利用 其他衬底而不背离本发明的实施例。变压器布局结构的示例性实施例图8至图11示出了根据本发明示例性实施例的用于实现升压 变压器的各种示例性布局结构。才艮据本发明的示例性实施例，初级 变压器线圈和单个次级变压器线圈可在衬底上空间地交织，以减小 变压器的整个面积。图8示出了根据本发明示例性实施例的可包括两个一匝初级线 圏807、 808以及单个两匝次级线圈809的变压器的示例性布局结 构。在图8中，可4吏用两个单匝初级线圏807、 808和单个两臣次 级线圈809，以^吏来自正端口 801、 803和相应的负端口 802、 804 的两个微分对的电流相结合。根据本发明的示例性实施例，通过两 个初级线圈807、 808的-敫^力》兹感应的电流可以在次级线圈809处 以相同的相位被相加在一起。4艮据本发明的示例性实施例，可将变 压器设计为4吏初级线圏807、 808的电流在相同方向上，以防止自 消除。图9示出了根据本发明示例性实施例的可包括三个一匝初级线 圈909、 910、 911和单个两匝次级线圈912的变压器的示例性布局 结构。可4吏用三个一匝#刀级线圈909、 910、 911和单个两匝次级线 圏912，以寸吏来自正端口 901、 903、 905和相应的负端口 902、 904、 906的三个微分对的电流相组合。根据本发明的示例性实施例，通 过三个^刀级线圏909、 910、 911的潮:^^磁感应的电:;危可以在次级线 圏912处以相同的相位^皮相加在一起。才艮据本发明的示例性实施例， 可将变压器设计为使初级线圏卯9、 910、 911的电流在相同方向上， 以防止自消除。图10示出了才艮据本发明示例性实施例的具有与变压器的一部 分相邻或基本将该部分封装的辅助线圈的示例性功率》文大器系统 的变压器的示例性布局结构。具体地，图IO示出了具有额外的辅 助线圏1002的图9的变压器的示例性布局结构。#4居本发明的示 例性实施例，辅助线圏1002可耦合至变压器，以感测初级线圏909、 910、 911和次级线圈912之间的津禺合量。应该理解，图10中所示 的丰翁助线圏1002可4艮4居本发明的示例性实施例而改变。例如，用 于功率感测的辅助线圈可放置在与变压器的一侧相邻处，以感测耦 合量。根据另一实例，用于功率感测的辅助线圏可放置在与变压器 的一侧或多侧相邻处，以感测耦合量。此外，才艮据本发明的示例性 实施例，虽然相对于图9的示例性变压器示出了辅助线圏，^旦可将 辅助线圏类似地应用于其他变压器，包括那些在本文中描述的变压 器。图11示出了包4舌四个一臣#刀级线圏1111、 1112、 1113、 1114 和单个三匝次纟及线圈1115的变压器的示例性物理布局。可^f吏用四个 单臣^刀纟及线圏1111、 1112、 1113、 1114和单个三臣次纟及线圈1115， 以4吏来自于正端口 1101、 1103、 1105、 1107和相应的负端口 1102、 1104、 1106、 1108的四个樣i分对的电流相组合。4艮据本发明的示例寸生实施例，通过四个4刀级线圈1111、 1112、 1113、 1114的激厉力;兹感应的电流在次级线圏1115处以相同的相位4皮相力。在一起。可将变压 器i殳计为4吏初级线圏的电流在相同方向上，以防止自消除。应该理解，根据本发明实施例的变压器可包括具有^匝的多 个初级线圏以及具有N2匪的单个次级线圈。根据本发明的示例性 实施例，N2〉N1，以^是升次级线圈处的电压。虽然图8至图11已 示出了具有2、 3、或4个初级线圈的示例4生变压器，^旦应该理解， 本发明的其他实施例可包括比图8至图11所示初级线圏更多的初 级线圈。根据本发明的示例性实施例，可利用平面结构、堆叠结构、或 多层结构来实现本文描述的变压器布局。通过平面结构，所有初级 线圏可一皮平4亍^:置。然而，可将具有多匝的次级线圈力欠置在一个初 级线圏和另 一个初级线圈之间，使得一个初级线圈与另 一个初级线 圏不相邻。例:^，如图12的示例性平面4十底结构所示，可^1寻第一 初级线圈整个制造在第一金属层1202上，同时还可以通过使用一 个或多个过孔连接1204线路连接(route)贯穿/交错部分，将第二 初级线圏基本制造在相同的第一金属层1202上。类似地，还可将 次级多臣线圈基本制造在初级线圏之间的表面上，使用一个或多个 过孔连接1204线路连接贯穿部分。才艮据本发明的另一示例性实施例，可利用堆叠结构来实现变压 器的布局。通过示例性堆叠结构，所有初级线圈可#皮平4于》文置在一 个金属层上并4皮此相邻，以及次级线圈可被;故置在另一个金属层 上。根据本发明的示例性实施例，例如，在图13的堆叠衬底结构 中，初级线圈可形成在金属层1302上，而次级线圏可形成在金属 层1304上。才艮据本发明的另 一实施例，可以另 一种堆叠结构来实现多初级 变压器，其中，每个初级线圈可被平行地放置在每个不同的层中， 但是初级线圏层可以不彼此垂直相邻，其中，具有多匝的次级线圈 可被放置在一个初级线圏层和另一个初级线圈层之间，其中，多匝次级线圏可占用以过孔连接的多个层。例如，在图14的示例性堆 叠结构中，第一初乡及线圈可形成在金属层1402上，而第二初级线 圈可形成在另一个金属层1406上。才艮据本发明的示例性实施例， 可l吏用金属层1404和1408的《且合形成具有多匝的单个次级线圏， 并使其通过过孔1410连接。才艮据本发明的另 一示例性实施例，可在多层结构中实现多初级 变压器。通过多层结构，可"f吏用两层或多层来制造每个初级线圈并 4吏其通过过孔连"^妄。类似地，可4吏用两层或多层来制造次级线圏并 使其通过过孔连接。例如，如图15所示，可在第一金属层1502的 第一部分以及第三金属层1506的第一部分上制造第一初级线圈并 通过至少一个第一过孔1510连接。类似地，可在第一金属层1502 的第二部分和第三金属层1506的第二部分上制造第二初级线圏并 通过至少一个第二过孔1512连4妄。才艮据本发明的示例性实施例， 可在第二金属层1504和第四金属层1508上制造单个次级线圏并通 过至少一个第三过孔1508连4妄。根据本发明的实施例，可将功率放大器的核心和变压器线圏彼 此空间隔离，以减小从变压器到功率放大器的核心的磁耦合，从而 减小了不稳动的可能性。才艮据本发明的另一实施例，可在通过不同 :技术设置的单独衬底上实现与功率力欠大器的核心空间隔离的变压 器。因此，变压器和功率放大器不需要只限于单个制造技术。根据 本发明的另一实施例，空间交错的变压器在尺寸上可被压缩。在不 背离本发明的实施例的情况下，变压器和功率放大器的许多其他变化是可用的。实例仿真和试验结果图16示出了根据本发明实施例的示例性变压器操作的示例性 仿真结果。具体地，仿真结果示出了作为频率(GHz)函数的变压 器损耗(dB)。如图16所示，曲线1602示出了利用中心抽头调谐 的变压器，而曲线1604示出了没有利用中心抽头调谐的变压器。 在这两种情况下，变压器在基频的操作示出了比在高谐波频率处更 低的损耗。在变压器利用中心抽头调谐的情况下，在第二和第三谐 波频率处存在更高的损一毛。图17示出了根据本发明实施例的利用示例性变压器的示例性 功率放大器操作的示例性测量结果。这些测量结果示出了这种示例 性功率》文大器的输出功率和功率附加效率。如图17所示，测量结 果在1700 MHz至2000 MHz之间的频率范围内满足功率放大器性 能的需要。通过3.3 V的电源获得在1.8 GHz处31.2 dBm的丰lr出功 率以及41 %的对应功率附加效率。对于本领域的才支术人员来说，可实现本文所阐述的本发明实施 例的许多修改和其他实施例，并且它们都具有在前面的说明书和相 关附图中展现的重要思想的优点。因此，应该理解，本发明不限于 所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例均包括在所附权利要 求的范围内。尽管这里使用了具体术语，但所使用的术语仅是为了 描述的目的，而不是为了限制本发明。
权利要求
1.一种功率放大器系统，包括多个功率放大器，其中，每个所述功率放大器都包括至少一个输出端；多个初级线圈，每个所述初级线圈均具有第一匝数，其中，每个所述初级线圈都连接至所述多个功率放大器的至少一个输出端；以及单个次级线圈，电感耦合至所述多个初级线圈，其中，所述次级线圈包括大于所述第一匝数的第二匝数。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个初级线圈中的每 一个均包括中心抽头端，并且还包4舌至少一个调谐块，连接至所述多个初级线圏的中心抽头端。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述中心抽头端包括AC 虚拟地。
4. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述至少一个调谐块包括 一个或多个谐l展电3各。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述一个或多个谐振电路 包括串联或并联连接的一个或多个电容元件以及一个或多个 电感元件。
6. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少一个调谐块利用 所述谐振电路选择性地增强或抑制一个或多个频率分量。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中，相对于所述单个次级线圏 布置所述初级线圈，以4吏由所述初l l线圈感应的通量或电流在 所述次《及线圈中同对目;也相力口。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中，在具有相同电流方向的初 级线圏之间插入所述单个次级线圏，以及其中，使用(i )平 面结构、(ii )堆叠结构、或(iii)多层结构制造所述多个初 纟及线圈和所述单个次级线圈。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，使用具有金属层的平面结 构制造所述多个初^及线圏和所述单个次级线圏，其中，在所述 金属层上制造所述多个初级线圏作为平行的初级线圈，以及其 中，所述次级线圈一皮制造在所述金属层上并位于所述多个初级 线圏的相邻初！^线圈之间。
10. 根据权利要求8所述的系统，其中，使用具有第一金属层和与 所述第一金属层相对的第二金属层的堆叠结构来制造所述多 个初级线圏和所述单个次级线圈，其中，在所述第一金属层上 制造所述多个初级线圈，以及在所述第二金属层上制造所述单 个次《及线圏。
11. 根据权利要求8所述的系统，其中，使用具有第一金属层、第 二金属层、第三金属层、和第四金属层的堆叠结构来制造所述 多个初级线圈和所述单个次级线圏，其中，所述第三金属层夹 置在所述第一金属层和所述第二金属层之间，以及其中，所述 第二金属层夹置在所述第三金属层和所述第四金属层之间，以 及其中，在所述第一金属层上制造所述多个初级线圈的第一初 级线圏，在所述第二金属层上制造所述多个初级线圈的第二初 级线圈，以及在所述第三金属层和所述第四金属层上制造所述单个次级线圏，以及其中，通过至少一个过孔连4妄所述第三金 属层和所述第四金属层。
12. 根据权利要求8所述的系统，其中，使用具有第一金属层、第 二金属层、第三金属层、和第四金属层的多层结构制造所述多 个初级线圈和所述单个次级线圈，其中，所述第三金属层夹置 在所述第一金属层和所述第二金属层之间，以及其中，所述第 二金属层夹置在所述第三金属层和所述第四金属层之间，其 中，在所述第 一金属层的第 一部分和所述第二金属层的第 一部 分上制造所述多个初级线圈的第一初级线圈，其中，通过至少 一个第一过孔连接所述第一金属层的所述第一部分和所述第 二金属层的所述第一部分，其中，在所述第一金属层的第二部 分和所述第二金属层的第二部分上制造所述多个初级线圈的 第二初级线圈，其中，通过至少一个第二过孔连4妄所述第一金 属层的所述第二部分和所述第二金属层的所述第二部分，以及 其中，在所述第三金属层和所述第四金属层上制造所述单个次 级线圈，其中，通过至少一个第三过孔连接所述第三金属层和 所述第四金属层。
13. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个初级线圈和所述 单个次级线圈形成变压器，并且还包括辅助线圈，与所述变压 器的一侧或多侧相邻，以感测所述多个初级线圈和所述单个次 级线圈之间的耦合量。
14. 一种用于提供功率放大器系统的方法，包括提供多个功率放大器，其中，每个所述功率放大器都包括至少一个ilr出端；将每个所述功率放大器的所述至少一个输出端连接至多 个初级线圏中的一个，其中，所述多个初级线圏中的每一个均包括第一匝数;以及将所述多个初级线圈电感耦合至单个次级线圏，其中， 所述次级线圈包括大于所述第一臣数的第二匝凄t。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个初级线圈中的 每一个均包4舌中心4由头端，并且还包才舌将至少一个调谐块连4妻至所述多个初级线圏的中心抽头端。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述中心抽头端包括AC 虚拟地。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中，连接至少一个调谐块包 括连接包括一个或多个谐振电路的至少一个调谐块。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述一个或多个谐振电路各包括串写关或并耳关连4妄的 一个或多个电容元4牛以及一个或多 个电感元件。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个调-谐块利 用所述谐振电路选4奪性地增强或抑制一个或多个频率分量。
20. 根据权利要求14所述的方法，其中，在具有相同电流方向的 初级线圈之间插入所述单个次级线圏，以及其中，使用(i ) 平面结构、(ii )堆叠结构、或(iii)多层结构制造所述多个 初级线圈和所述单个次级线圈。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中，使用具有金属层的平面 结构制造所述多个初级线圈和所述单个次级线圏，并且还包括「 在所述金属层上制造所述多个初级线圈作为平行的初级线圏， 以及在所述金属层上制造所述次级线圈，以^吏所述次级线圈位 于所述多个初级线圏的相邻初级线圈之间。
22. 根据权利要求20所述的方法，其中，使用具有第一金属层和 与所述第一金属层相对的第二金属层的堆叠结构来制造所述 多个初级线圈和所述单个次级线圈，并且还包4舌在所述第 一金 属层上制造所述多个初级线圈，以及在所述第二金属层上制造 所述单个次级线圈。
23. 根据权利要求20所述的方法，其中，使用具有第一金属层、 第二金属层、第三金属层、和第四金属层的堆叠结构来制造所 述多个初级线圈和所述单个次级线圈，其中，所述第三金属层 夹置在所述第一金属层和所述第二金属层之间，以及其中，所 述第二金属层夹置在所述第三金属层和所述第四金属层之间， 并且还包括..在所述第 一金属层上制造所述多个初级线圈的第 一初级 线圈；在所述第二金属层上制造所述多个初级线圏的第二初级 纟戋圈；以及在所述第三金属层和所述第四金属层上制造所述单个次 级线圈，其中，通过至少一个过孔连4妄所述第三金属层和所述 第四金属层。
24. 根据权利要求20所述的方法，其中，使用具有第一金属层、 第二金属层、第三金属层、和第四金属层的多层结构来制造所 述多个初级线圈和所述单个次级线圈，其中，所述第三金属层夹置在所述第一金属层和所述第二金属层之间，以及其中，所 述第二金属层夹置在所述第三金属层和所述第四金属层之间，并且还包括在所述第一金属层的第一部分和所述第二金属层的第一 部分上制造所述多个初级线圈的第一初级线圈，其中，通过至 少 一个第 一过孔连接所述第 一金属层的所述第 一部分和所述 第二金属层的所述第一部分；在所述第一金属层的第二部分和所述第二金属层的第二 部分上制造所述多个初级线圈的第二初级线圈，其中，通过至 少 一个第二过孔连接所述第 一金属层的所述第二部分和所述 第二金属层的所述第二部分；以及在所述第三金属层和所述第四金属层上制造所述单个次 级线圈，其中，通过至少一个第三过孔连接所述第三金属层和 所述第四金属层。
25. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个初级线圈和所 述单个次级线圏形成变压器，并且还包括布置与所述变压器的 一 侧或多侧相邻的4#助线圈，以感 测所述多个初级线圏和所述单个次级线圏之间的耦合量。
全文摘要
提供了用于功率放大器系统的方法和系统。该系统和方法可包括多个功率放大器，其中，每个功率放大器均包括至少一个输出端。该系统和方法还可包括多个初级线圈，其每一个均具有第一匝数，其中，每个初级线圈均连接至多个功率放大器的至少一个输出端；以及单个次级线圈，电感耦合至多个初级线圈，其中，次级线圈包括大于第一匝数的第二匝数。
文档编号H03F1/56GK101242159SQ200810001009
公开日2008年8月13日 申请日期2008年1月10日 优先权日2007年1月10日
发明者乔伊·拉斯卡尔, 安奎焕, 张在浚, 李东镐, 李彰浩, 李鋈九, 梁起硕, 禹王命, 金学善, 金炯旭, 金胤锡 申请人:三星电机株式会社