专利名称：组合信号功率的电路和方法
技术领域：
本公开涉及在电子电路中组合信号。
背景技术：
除非本文另指明，在这部分中描述的方法不是对于本申请中的权利要求的现有技术，也没有通过包含在这部分中而被承认是现有技术。许多电子电路对信号进行处理以执行各种各样的功能。在这种电子电路中的信号典型地包括改变电压和电流值，其中电压和电流变化可以表示例如信息。许多电子系统上的一个限制是该电子系统可以产生的用于发射电压和电流信号的功率量。例如，可以要求无线系统以保证信号接收的最小功率水平向天线发射射频(“RF”)信号。然而，例如，在该系统中的电子电路的功率输出可能受限于诸如供电电压或供电电流之类的因素。举例而言，随着晶体管的尺寸减小，使用这种晶体管的电子电路能够提高速度，并且实现更高频的操作。然而，随着晶体管尺寸减小，击穿电压也降低了，而且必须降低供电电压以保证设备的安全操作。较低的供电电压继而减少了这种设备中的晶体管可以产生的功率量。例如，在无线系统中，较低的供电电压减少了可用于驱动天线的功率。这继而减小了该无线系统可以发射RF信号的距离。
发明内容
本公开的实施方式包括用于组合信号功率的技术。一个实施方式包括一种装置， 所述装置包括多个功率放大器、多个第一传输线、多个第二传输线和中央导电区。每个功率放大器具有输入端和输出端。所述功率放大器的所述输出端电耦合到不同的第一传输线。 所述中央导电区具有耦合到天线端子的节点。所述第二传输线通过各自的第一传输线耦合到所述多个功率放大器的不同输出端，并且所述第二传输线中的每一个传输线包括电耦合到所述中央导电区的一端。每个功率放大器接收输入信号，并且产生输出信号，并且所述功率放大器的所述输出信号从所述第一传输线磁耦合到所述第二传输线，并且在所述中央导电区的所述节点处相加。在一个实施方式中，所述第一传输线配置为具有第一阻抗，并且所述第二传输线配置为具有第二阻抗。在一个实施方式中，所述第一传输线中的每一个传输线和所述第二传输线中的每一个传输线具有细长形状，并且其中每个功率放大器的所述输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的一个或多个第一传输线。在一个实施方式中，每个功率放大器的所述输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的一个传输线。在一个实施方式中，每个功率放大器的所述输出端包括差分输出端，并且每个功率放大器的所述差分输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的两个传输线。在一个实施方式中，每个功率放大器包括具有第一差分输出端的第一功率放大器和具有第二差分输出端的第二功率放大器。所述第一差分输出端的第一输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的第一传输线中的第一个传输线。所述第二差分输出端的第一输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的第一传输线中的第二个传输线。所述第一差分输出端的第二输出端耦合到第三传输线的第一端， 并且所述第二差分输出端的第二输出端耦合到所述第三传输线的第二端。所述第三传输线具有配置为与所述第二传输线的第一侧平行的第一部分，以及配置为与所述第二传输线的、与所述第一侧相对的第二侧平行的第二部分。在一个实施方式中，所述中央导电区是圆形的，并且所述节点位于所述圆形中央导电区的中心。在一个实施方式中，所述第一传输线和第二传输线中的每一个传输线是矩形的。在一个实施方式中，所述第一传输线布置为与所述第二传输线平行。在一个实施方式中，所述第二传输线从所述节点向外成辐射状延伸。在一个实施方式中，所述第二传输线在所述节点周围以相等的角度分隔开。在一个实施方式中，所述多个功率放大器、所述多个第一传输线、所述多个第二传输线、以及所述中央导电区在单个的集成电路上。另一个实施方式包括一种无线系统，所述无线系统包括天线和本文描述的装置的实施方式。另一个实施方式包括一种方法，所述方法包括在多个功率放大器中对信号的功率进行放大，以产生多个放大信号；将所述放大信号电耦合到多个第一传输线，其中所述多个放大信号电耦合到所述第一传输线中不同的一个或多个传输线；将所述放大信号从所述多个第一传输线磁耦合到多个第二传输线，其中所述第二传输线中的每个传输线通过各自的第一传输线接收放大信号；将所述放大信号从所述第二传输线中的每一个传输线电耦合到中央导电区，以产生相加的放大信号；并且将所述相加的放大信号电耦合到天线端子。在一个实施方式中，所述方法进一步包括使用所述第一传输线和第二传输线来变换阻抗。在一个实施方式中，所述第一传输线中的每一个传输线和所述第二传输线中的每一个传输线具有细长形状，并且其中每个放大信号电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的一个或多个第一传输线。在一个实施方式中，每个放大信号电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的一个传输线。在一个实施方式中，每个放大信号包括差分放大信号，并且其中每个放大信号电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的两个传输线。在一个实施方式中，每个放大信号包括第一差分输出信号和第二差分输出信号， 其中所述第一差分输出信号的第一分量电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输
6线平行的第一传输线中的第一个传输线，其中所述第二差分输出信号的第一分量电耦合到配置为与所述第二传输线中的所述一个传输线平行的第一传输线中的第二个传输线，并且其中所述第一差分输出信号的第二分量和所述第二差分输出信号的第二分量耦合到第三传输线的相对端，所述第三传输线具有配置为与所述第二传输线中的所述一个传输线的第一侧平行的第一部分，以及配置为与所述第二传输线中的所述一个传输线的、与所述第一侧相对的第二侧平行的第二部分。下文的详细说明以及附图提供了对本发明的性质和优点的更加透彻的理解。
图1图示了根据一个实施方式的信号功率组合器电路。图2图示了根据一个实施方式的磁耦合。图3图示了根据另一个实施方式的磁耦合。图4图示了根据又一个实施方式的磁耦合。图5图示了根据一个实施方式的组合功率的方法。
具体实施例方式本文描述了用于组合信号功率的技术。在下面的描述中，出于解释的目的，提出了许多示例和具体细节，以提供对具体实施方式
的透彻理解。本文公开的电路和方法可以用在多种电子系统中。进一步而言，本文描述的电路和方法可以在集成电路(IC)上实现。如权利要求所定义的具体实施方式
可以包括单独的或者与下文描述的其他特征结合的这些示例中的特征的一些或全部，而且可以进一步包括本文描述的特征和概念的修改和等效内容。图1图示了根据一个实施方式的信号功率组合器电路100。射频(“RF”)系统可以产生将在天线152上发射的信号S1-S4。信号功率组合器电路100包括分别对信号S1-S4 进行接收的多个功率放大器101-104。例如，功率放大器101包括接收输入信号Sl的输入端，并且在功率放大器101的输出端上产生输出信号。类似地，功率放大器102包括接收输入信号S2的输入端，并且在功率放大器102的输出端上产生输出信号。类似地，功率放大器103包括接收输入信号S3的输入端，并且在功率放大器103的输出端上产生输出信号。 在这个示例中，四(4)个信号正被组合。因此，功率放大器104包括接收输入信号S4的输入端，并且在功率放大器104的输出端上产生输出信号。信号S1-S4可以例如为相同的信号，所述信号使用四个不同的功率放大器101-104和组合器电路被发射到天线152以提高发射功率。信号功率组合器电路100包括传输线111-114。通常地，传输线111-114具有诸如矩形之类的具有第一端和第二端的细长形状。在这个示例中，每个传输线111-114的第一端耦合到功率放大器101-104的不同输出端，而且每个传输线111-114的第二端电耦合到中央导电区110。例如，可以通过将诸如集成电路的金属化或者导电区之类的导电部件相连接来建立电耦合。如下文所更详细描述的，来自每个功率放大器101-104的输出信号磁耦合到相应的传输线111-114。可以通过使用电感将在那些未由导体连接的导电部件之间耦合信号而建立磁耦合。例如，如果第二传输线在第一传输线中传播的信号的磁场内，则传输线的电感可以用于将信号从第一传输线向第二传输线磁耦合。一旦输出信号耦合到传输线111-114，每个输出信号向中央导电区110传播，在该中央导电区110中信号功率在节点151处相加。中央导电区110的节点151耦合到天线端子150(例如集成电路的焊盘或管脚)，而且天线端子150可以耦合到系统应用(例如无线系统)中的天线152。在这个示例中，传输线111包括与功率放大器101的输出端耦合的第一端111a。 传输线111的第二端Illb电耦合到中央导电区110。类似地，传输线112包括与功率放大器102的输出端耦合的第一端112a。传输线112的第二端112b电耦合到中央导电区110。 类似地，传输线113包括与功率放大器103的输出端耦合的第一端113a。传输线113的第二端11 电耦合到中央导电区110。最后，在这个示例中，传输线114包括与功率放大器 104的输出端耦合的第一端114a。传输线114的第二端114b电耦合到中央导电区110。在这个示例中，中央导电区110是圆形的，具有位于该圆形中央导电区的中心的节点151。此外，每个传输线111-114是矩形的，并且配置为从节点151向外成辐射状延伸。 每个传输线111-114配置为形成第一端Illa-IHa与节点151之间的路径。在这个示例中， 传输线111-114形成每个第一端Illa-IHa与节点151之间的直线路径(由箭头115、116、 117和118图示)，从而输出信号的功率在节点151相加。相应地，每个第一端llla-114a 位于距离节点151相等的第一距离dl处，而且每个第二端lllb-114b位于距离节点151相等的第二距离d2处，从而使放大器输出信号在节点151处相加。如一个实施示例，传输线 111-114和中央导电区110可以为单个半导体集成电路上的单个金属化图样，而且节点151 可以使用金属化层之间的通孔耦合到天线端子。在这个示例中，传输线111-114在节点151周围以角度分隔开。举例而言，传输线 111以角度θ工与传输线112分隔开。类似地，传输线112以角度θ 2与传输线113分隔开。 类似地，传输线113以角度θ 3与传输线114分隔开。最后，在这个示例中，传输线114以角度94与传输线111分隔开。这里，θ” θ2、03和θ 4是相等的角。因此，由于中央导电区110在这个示例中是圆形的，所以传输线111-114绕着中央导电区110的周长以距离彼此相等的距离而分布。图2图示了根据一个实施方式的磁耦合。图2中的电路200显示了包括晶体管 201的功率放大器输出级。在这个示例中，晶体管201是包括栅极、源级和漏极的NMOS晶体管。晶体管201的栅极接收信号S。晶体管201的源极耦合到地，而且漏极耦合到传输线 211的一端。传输线211的相对端耦合到供电电压Vdd。传输线211是矩形的，并且配置为与另一个传输线111平行。如上所述传输线111电耦合到中心导电区110。传输线211和 111都包括寄生电感。传输线211和111并不是物理上互相接触，而是通过寄生电感产生的磁场而互相磁耦合。传输线211和111可以是由例如氧化物分隔开的金属线。磁耦合量部分地基于传输线211和111之间的距离。因此，传输211和111位于彼此足够接近的位置，以便获得所需的磁耦合量。在晶体管201的栅极应用信号S使得电流在传输线211中流动。传输线211中的电流的改变继而产生引起传输线111中的电流的相应改变的磁场。 相应地，信号S转化为电流，并且从传输线211磁耦合到传输线111。如上所述，信号沿着传输线111传播进入中央导电区110到节点151。在一个实施方式中，传输线211和111可以配置为变换传输线的阻抗。例如，阻抗可以为传输线的长度、宽度和厚度的函数。传输线211可以配置为具有一个阻抗(例如25欧姆)，并且传输线111可以配置为具有另一个阻抗(例如50欧姆)。图3图示了根据另一个实施方式的磁耦合。在这个示例中，功率放大器包括如电路300所图示的差分输出端。电路300包括栅极耦合到接收信号S+的晶体管301和栅极耦合到接收信号S-的晶体管302。信号S+和S-是差分信号的分量。晶体管301和302的源极通过偏置电流305耦合到地。晶体管301的漏极耦合到级联的晶体管303的源极，并且晶体管302的漏极耦合到级联的晶体管304的源极。晶体管303和304的栅极耦合到偏置电压Vb，并且晶体管303和304的漏极是功率放大器的差分输出端。在这个示例中，功率放大器电耦合到配置为与传输线111平行的两个传输线311和312。如上文图2中所述， 每个传输线311和312磁耦合到传输线111。晶体管303的漏极耦合到传输线311的第一端，而且传输线311的相对端耦合到供电电压Vdd。类似地，晶体管304的漏极耦合到传输线312的第一端，而且传输线312的相对端耦合到供电电压Vdd。由于晶体管303和304的漏极上的信号是差分的，因此所述漏极相对于传输线111 连接于传输线311和312的相对端，从而该信号有益地磁耦合到传输线111(例如，所以电流不会互相抵消)。具体而言，晶体管303的漏极耦合到传输线311的第一端，该第一端与传输线111的距离中央导电区110最远的末端相邻。传输线311的第二端与传输线111的朝向中央导电区110的一侧相邻。传输线311中的电流390产生磁场，该磁场引起具有与电流390相反的极性的对应的电流392。为了产生具有与电流392相同的极性的电流393 (所以电流不会抵消)，晶体管304的漏极耦合到传输线312的与传输线111的朝向中央导电区 110的另一侧相邻的一端。传输线312的第二端与传输线111的距离中央导电区110最远的末端相邻。在这个示例中，传输线303和304具有相同的长度，以便产生从传输线311和 312向传输线111的相等的磁耦合。图4图示了根据又一实施方式的磁耦合。如电路400中所图示的，具有差分输出端的两个功率放大器401和402磁耦合到传输线111和中央导电区110。在这个示例中， 功率放大器401和402接收信号S。功率放大器401包括电耦合到传输线403的正输出端 (“ + ”)和电耦合到传输线405的负输出端(“_”)。类似地，功率放大器402包括电耦合到传输线403的正输出端(“ + ”)和电耦合到传输线404的负输出端(“_”)。传输线404 和405是矩形形状，并且配置为与传输线111平行。传输线404的与传输线111的第一侧相邻并且朝向中央导电区110的一端耦合到地(例如虚拟地)。传输线404的在传输线111 的末端方向上距离中央导电区110较远的相对端耦合到功率放大器402的负输出端。类似地，传输线405的与传输线111的与第一侧相对的第二侧相邻、并且朝向中央导电区110 — 端耦合到地(例如虚拟地)。传输线405的在传输线111的末端方向上距离中央导电区110 较远的相对端耦合到功率放大器401的负输出端。功率放大器401和402的正输出端电耦合到传输线403的相对端。传输线403在中点411处耦合到地(例如虚拟地)。传输线403包括配置为与传输线111的第一侧平行的部分403a。传输线403的部分403a与传输线111的第一侧平行而向传输线111的末端延伸。传输线403包括配置为与传输线111的与第一例相对的第二侧平行的另一部分40北。 传输线403的部分40 也与传输线111的第二侧平行而向传输线111的末端延伸。在这个示例中，第一部分403a和第二部分40 通过配置为垂直于并环绕于传输线111的末端的第三部分403c而耦合在一起。功率放大器401和402的输出端处的信号从传输线403-405磁耦合到传输线111，并且向中央导电区110中的节点传播。虽然上文的示例将传输线显示为平行矩形形状，但是将理解布置为彼此相邻的其他细长形状也可以用于实现上文描述的磁耦合。此外，在一些实现方式中，功率放大器、电耦合到功率放大器输出端的传输线、中央导电区以及电耦合到中央导电区的传输线集成于单个集成电路上。单个集成电路可以包括与在例如无线系统中使用的天线耦合的焊盘或管脚。图5图示了根据一个实施方式的组合功率的方法。在501，功率在多个功率放大器中被放大以产生多个放大信号。在502，放大信号电耦合到第一传输线。如上所述，每个放大信号电耦合到第一传输线中的不同的一个或多个。例如，参考图2，每个放大信号可以耦合到单个传输线211。作为可替代的示例，每个放大信号可以耦合到图3中的多个传输线 311-312或者图4中的传输线403-405。在503，放大信号从第一传输线磁耦合到第二传输线。如上文的示例中所描述，第二传输线中的每一个传输线通过第一传输线接收不同的放大信号。在504，放大信号从第二传输线中的每一个传输线磁耦合到中央导电区。在505， 放大信号在中央导电区中的节点处相加以产生相加的放大信号。在506，相加的放大信号从中央导电区中的节点电耦合到可以连接到例如无线系统中的天线的天线端子。上文的描述例示了本发明的多种实施方式，以及本发明的各个方面如何实现的示例。上文的示例和实施方式不应该视为仅有的实施方式，而是被提出以例示由以下权利要求所定义的本发明的灵活性和优点。例如，上文讨论的方法或过程的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或者同时地)执行并且仍然获得所需的效果。基于上文的公开和以下权利要求，可以采用其他布置、实施方式、实现和等效方式而不背离权利要求所定义的本发明的范围。
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权利要求
1.一种装置，包括多个功率放大器，每个功率放大器具有输入端和输出端；多个第一传输线，其中所述多个功率放大器中的每一个功率放大器的输出端电耦合到所述第一传输线中不同的一个或多个传输线；中央导电区，所述中央导电区具有耦合到天线端子的节点；以及多个第二传输线，其中所述第二传输线中的每一个传输线通过各自的第一传输线耦合到所述多个功率放大器的不同输出端，其中所述第二传输线中的每一个传输线包括电耦合到所述中央导电区的一端，其中每个功率放大器接收输入信号，并且产生输出信号，并且其中所述多个功率放大器的所述输出信号从所述第一传输线磁耦合到所述第二传输线，并且在所述中央导电区的所述节点处相加。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一传输线配置为具有第一阻抗，并且所述第二传输线配置为具有第二阻抗。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一传输线中的每一个传输线和所述第二传输线中的每一个传输线具有细长形状，并且其中每个功率放大器的所述输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的一个或多个第一传输线。
4.根据权利要求2所述的装置，其中每个功率放大器的所述输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的一个传输线。
5.根据权利要求2所述的装置，其中每个功率放大器的所述输出端包括差分输出端， 并且其中每个功率放大器的所述差分输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的两个传输线。
6.根据权利要求2所述的装置，其中每个功率放大器包括具有第一差分输出端的第一功率放大器和具有第二差分输出端的第二功率放大器，其中所述第一差分输出端的第一输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的第一个传输线，其中所述第二差分输出端的第一输出端电耦合到配置为与所述第二传输线中的所述一个传输线平行的所述第一传输线中的第二个传输线，其中所述第一差分输出端的第二输出端耦合到第三传输线的第一端，并且其中所述第二差分输出端的第二输出端耦合到所述第三传输线的第二端，所述第三传输线具有配置为与所述第二传输线中的所述一个传输线的第一侧平行的第一部分，以及配置为与所述第二传输线中的所述一个传输线的、与所述第一侧相对的第二侧平行的第二部分。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述中央导电区是圆形的，并且所述节点位于所述圆形中央导电区的中心。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一传输线和第二传输线中的每一个传输线是矩形的，其中所述第一传输线布置为与所述第二传输线平行，并且其中所述第二传输线从所述节点向外成辐射状延伸。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述第二传输线在所述节点周围以相等的角度分隔开。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个功率放大器、所述多个第一传输线、所述多个第二传输线、以及所述中央导电区在单个的集成电路上。
11.一种无线系统，包括 天线；多个功率放大器，每个功率放大器具有输入端和输出端；多个第一传输线，其中所述多个功率放大器中的每一个功率放大器的输出端电耦合到所述第一传输线中不同的一个或多个传输线；中央导电区，所述中央导电区具有耦合到天线端子的节点，其中所述天线端子耦合到所述天线；以及多个第二传输线，其中所述第二传输线中的每一个传输线通过各自的第一传输线耦合到所述多个功率放大器的不同输出端，其中所述第二传输线中的每一个传输线包括电耦合到所述中央导电区的一端，其中每个功率放大器接收输入信号，并且产生输出信号，并且其中所述多个功率放大器的所述输出信号从所述第一传输线磁耦合到所述第二传输线，并且在所述中央导电区的所述节点处相加。
12.一种方法，包括在多个功率放大器中对信号的功率进行放大，以产生多个放大信号； 将所述放大信号电耦合到多个第一传输线，其中所述多个放大信号电耦合到所述第一传输线中不同的一个或多个传输线；将所述放大信号从所述多个第一传输线磁耦合到多个第二传输线，其中所述第二传输线中的每个传输线通过各自的第一传输线接收放大信号；将所述放大信号从所述第二传输线中的每一个传输线电耦合到中央导电区，以产生相加的放大信号；并且将所述相加的放大信号电耦合到天线端子。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括使用所述第一传输线和第二传输线来变换阻抗。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一传输线中的每一个传输线和所述第二传输线中的每一个传输线具有细长形状，并且其中每个放大信号电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的一个或多个第一传输线。
15.根据权利要求13所述的方法，其中每个放大信号电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的一个传输线。
16.根据权利要求13所述的方法，其中每个放大信号包括差分放大信号，并且其中每个放大信号电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的两个传输线。
17.根据权利要求13所述的方法，其中每个放大信号包括第一差分输出信号和第二差分输出信号，其中所述第一差分输出信号的第一分量电耦合到配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行的所述第一传输线中的第一个传输线，其中所述第二差分输出信号的第一分量电耦合到配置为与所述第二传输线中的所述一个传输线平行的所述第一传输线中的第二个传输线，并且其中所述第一差分输出信号的第二分量和所述第二差分输出信号的第二分量耦合到第三传输线的相对端，所述第三传输线具有配置为与所述第二传输线中的所述一个传输线的第一侧平行的第一部分，以及配置为与所述第二传输线中的所述一个传输线的、与所述第一侧相对的第二侧平行的第二部分。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述中央导电区是圆形的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述中央导电区包括位于所述中央导电区中心的节点，并且其中所述第一传输线和第二传输线中的每一个传输线是矩形的，其中所述第二传输线从所述节点向外成辐射状延伸，其中所述第二传输线在所述节点周围以相等的角度分隔开，并且其中所述第一传输线中的一个或多个传输线配置为与所述第二传输线中的一个传输线平行。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个功率放大器、所述多个第一传输线、所述多个第二传输线、以及所述中央导电区在单个的集成电路上。
全文摘要
本公开包括用于组合信号功率的技术。在一个实施方式中，多个功率放大器(101-104)产生放大信号。多个第一传输线电耦合到所述功率放大器(101-104)的输出端。第二传输线磁(111-114)磁耦合到所述第一传输线以接收所述放大信号。所述放大信号沿着所述第二传输线传播到中央导电区(110)到节点(151)。所述放大信号在所述节点处相加。所述节点耦合到天线端子(150)。多个实施方式显示了形成辐射状组合器/分离器的所述第二传输线(111-114)和所述中央导电区(110)。它们进一步显示了具有由所述第一传输线和第二传输线组成的带状线平衡-不平衡变换器的差分功率放大器(101-104)。
文档编号H03F3/60GK102428604SQ201080022061
公开日2012年4月25日 申请日期2010年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者P·B·梁 申请人:马维尔国际贸易有限公司