专利名称：射频功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率放大器，特别是涉及一种具有新的变压器结构形式的射频功率放大器，属于通信技术领域。
背景技术：
随着现代无线通讯向高速大容量方向的演进，用户对宽带通讯的要求不断提高， 下一代的技术对射频和微波功率放大器的性能也越来越苛刻。对于手机中的功率放大器芯片应用来说，其最高供电电压不超过4. 2V，其典型的电源电压为3. 3V，而在此状况下若要有3W的功率输出，在不考虑膝点电压的情况下，其所需的最优化阻抗为1.7 Ω左右，而功率放大器最终输出的阻抗要求为50 Ω，因此在功放晶体管的输出到功率放大器最终的输出端之间需要一个阻抗变换网络来完成最优化阻抗到 50 Ω输出阻抗之间的变换。而使用一阶LC阻抗变换网络的功率传输效率以及有用带宽都会随着阻抗变换比的增大而降低，也就是说，在输出大功率的情况下，一阶LC阻抗变换网络的功率传输效率以及有用带宽会非常低。使用二阶LC网络会减缓上述问题，但是会大大增加片外调试的复杂度。目前可以在输出端采用片上变压器的形式来完成阻抗变换，在解决在高功率输出情况下阻抗变换比对阻抗变换网络的功率传输效率以及有用带宽影响的同时，可以使得射频功率放大器芯片的集成度高、片外匹配调试简单。但这种方式需要一种匝数比为1 :η的耦合效率高、带宽大、损耗小的片上变压器，其中η为阻抗变换比。对于传统的匝数比为1 :η的变压器形式来说，当次级线圈匝数>2时，次级线圈将不可避免地产生自耦合，从而会降低变压器的耦合效率，使得最终变压器的插损增大。鉴于现有射频功率放大器的片上变压器存在体积大、加工工艺复杂、耦合效率不高等问题。本申请人注意到目前还没有解决上述问题的技术方案出现。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种改进射频功率放大器的变压器形式，使之具有耦合效率高、带宽大、损耗小特点的射频功率放大器。本发明给出的技术解决方案是这种射频功率放大器，包括有片上变压器，其特点是片上变压器的初级线圈由两个线圈指条并联而成，内嵌于次级线圈的三个线圈之间，这样可以加大初级线圈的电流承受能力，更重要的是增加了与次级线圈的耦合，提高耦合效率。为了更好的实现本发明的目的，使信号在初级的两个并联线圈中的时延相同，设计中使得两个线圈交叉结合，所述片上变压器初级线圈的两个并联线圈分别分为两部分， 内线圈的一半与外线圈的一半结合，这样，就可以得到两个相同时延的并联初级线圈。为了更好的实现本发明的目的，考虑到总体的面积以及走线的复杂性，直接将接地通孔内置于线圈内部，将初级线圈与次级线圈的接地端直接连到线圈内部的接地通孔，在节省面积的同时，也减少了走线的寄生电阻。为了更好的实现本发明的目的，所述片上变压器初级线圈输入端的上下两层金属走线连接处所需要的过孔为上下两层金属构成的MIM电容，该电容在电路中为耦合电容， 隔绝直流，这样可以不但可以节省面积，而且可以减少了上下两层金属走线连接处的过孔的寄生因素。同样，所述片上变压器次级线圈的输出端匹配所需要的电容可以取代过孔，做到上下两层金属走线的交接处。本发明与现有技术相比，其有益效果是解决现有的射频功率放大器体积大、加工工艺复杂、耦合效率不高等问题。这种射频功率放大器可以提高变压器本身所承受的电流，减小变压器所需要的面积，从而节省芯片的面积。
图1为本发明实施例的变压器的整体方案。图2为本发明实施例的变压器的插入损耗的仿真结果。
具体实施例方式在本发明实施例中，提供了一种应用于射频功率放大器中的片上变压器的实现方案，该方案主要完成功率放大器的输出阻抗变换。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。该方案主要应用于无线通信系统中的前端发射机中，辅助射频功率放大器将经过上变频后的信号无失真地放大，传送给天线发射出去。如图1所示，本发明实施例的片上变压器方案由初级线圈和次级线圈组成。其中初级线圈由两个并联的线圈指条101和线圈指条102组成，内嵌于次级线圈的三个线圈103 之间，这样可以加大初级线圈的电流承受能力，更重要的是增加了与次级线圈的耦合，提高耦合效率。为了使信号在初级线圈两个并联的线圈中时延相同，设计中使得两个线圈交叉结合，g卩，将两个并联的线圈分别分为两部分，内线圈的一半与外线圈的一半结合，这样，就可以得到两个相同时延的并联初级线圈。考虑到总体的面积以及走线的复杂性，直接将接地通孔内置于线圈内部，将初级线圈与次级线圈的接地端直接连到线圈内部的接地通孔，在节省面积的同时，也减少了走线的寄生电阻。变压器初级线圈输入端的上下两层金属走线连接处所需要的过孔处104使用上下两层金属构成的MIM电容代替，该电容在电路中为耦合电容，隔绝直流，这样可以不但可以节省面积，而且可以减少了上下两层金属走线连接处的过孔带来的寄生因素。同样，在变压器次级线圈指条的上下两层金属走线过孔的位置105也可以放置输出端匹配所需要的电容。图2是本发明实施例的变压器的插入损耗的电磁场仿真结果，可以看出来在2 3GHz的频带范围内，变压器的损耗在1.4dB以内，最低可达IdB左右。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种射频功率放大器，包括有片上变压器，其特征在于片上变压器的初级线圈由两个线圈指条并联构成，内嵌于次级线圈的三个线圈之间。
2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于片上变压器初级线圈两个并联的线圈交叉结合，即两个并联的线圈分别分为两部分，内线圈的一半与外线圈的一半结合。
3.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于接地通孔内置于线圈内部，将初级线圈与次级线圈的接地端直接连到线圈内部的接地通孔。
4.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于片上变压器初级线圈的输入端的上下两层金属走线连接处所需要的过孔为由上下两层金属构成的MIM电容。
5.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于片上变压器次级线圈的输出端的上下两层金属走线连接处所需要的过孔为次级线圈输出端匹配所需要的电容。
全文摘要
本发明涉及一种射频功率放大器，包括有片上变压器，其特点是片上变压器的初级线圈由两个线圈指条并联而成，内嵌于次级线圈的三个线圈之间，以加大初级线圈的电流承受能力，增加与次级线圈的耦合，提高耦合效率；为了使信号在初级两个并联线圈中的时延相同，设置的初级两个并联线圈交叉结合，即初级线圈的两个并联线圈分别分为两部分，内线圈的一半与外线圈的一半结合。本发明可以提高变压器本身所承受的电流，减小变压器所需要的面积，从而节省芯片的面积，解决了现有的射频功率放大器体积大、加工工艺复杂、耦合效率不高等问题。
文档编号H03F3/20GK102570994SQ20101060818
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者张健, 张宗楠, 张海英, 陈立强 申请人:沈阳中科微电子有限公司