射頻發送器和功率合成器的制造方法

射頻發送器和功率合成器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種功率合成器，其包含：初級繞組和次級繞組，其中至少所述初級繞組包含中心抽頭；以及終止模塊，可操作地耦接至所述中心抽頭的初級繞組并被設置為提供多個頻率上的諧波終止。此外，還提供一種具有功率合成器的射頻發送器，其中該功率合成器包含：初級繞組和次級繞組，其中至少所述初級繞組包含中心抽頭；以及終止模塊，可操作地耦接至所述中心抽頭的初級繞組并被設置為提供多個頻率上的諧波終止。本發明可使功率合成器更加平衡。
【專利說明】射頻發送器和功率合成器 【【技術領域】】
[0001] 本發明關于射頻發送器和功率合成器，應用于（但不限制為）功率合成技術。 【【背景技術】】
[0002] 在互補金屬氧化物半導體（CMOS)功率放大器領域，用戶對無線系統的一種恒定 需求是低成本、高效率和可靠性。高集成度已被證明在實踐中是降低成本和實現小型化大 批量應用的有效方法。目前，幾乎所有的功率放大器是用III-V族化合物半導體制成的，因 為這種類型的裝置具有高輸出功率和高功率效率，這是許多功率放大器應用的理想屬性。 現在采用CMOS技術來實現這些規格是非常困難的。然而，III-V族技術具有高制造成本， 并且不能提供一個完整的系統級芯片（system-on-chip, SoC)解決方案。
[0003] 近來，耦接到功率器件的CMOS功率放大器已變得更具吸引力，部分原因是功率 器件技術和加工工藝已經成熟并且成本更低。然而，在實施CMOS功率放大器以及與功 率器件進行集成時，仍有需要改進這些設備的耦合性（coupling)、效率、以及終止效率 (termination efficiency)。對于任何基站或用戶單元設備，這樣的設備通常用在射頻發送 器中。
[0004] 首先參考圖1，其為一種簡化集成射頻功率放大器（radio frequency power amplifier, RF PA)系統100,包括集成電路102和集成功率器件（integrated power device) 150、170。集成電路102包括可操作地稱接到隔離變壓器（isolation transformer) 106的功率輸入104。隔離變壓器106的輸出可操作地稱接到相應的驅動級 108,其中所述驅動級108提供放大的射頻信號至功率級110(例如功率放大器）的輸入。在 這種情況下，各功率級110經由多個接合線（bond wire)112可操作地耦接至功率合成器件 150、170。通常，接合線112被保持盡可能的短，以將射頻信號損失降到最小，以及減小由集 成RF功率放大器系統100所占用的面積，當使用CMOS器件時這是特別有用的。
[0005] 由于集成RF功率放大器系統100內許多電感元件的接近程度，存在一些潛在的問 題影響。例如，接合線112與集成功率合成器件150、170的功率合成器元件152、172之間會 有互耦（mutual coupling)。集成功率合成器件150、170內的功率合成器元件152、172本 身彼此之間可能也有互耦。這些可由集成功率合成器件150U70內不平衡阻抗變換和差共 模諧波抑制所引起。這個問題通常是通過增加集成功率合成器件150U70之間的間距來解 決。然而，當試圖降低集成系統100的整體尺寸時，對于器件來說這并不總是可行的選擇。
[0006] 另一個常見的問題是集成電路102和集成功率合成器件150U70之間的連接器 114處的中心抽頭（centre-tap)諧波反彈（harmonic bounce)。這又可由不平衡阻抗變換 和差共模諧波抑制所引起。
[0007] 因此，射頻集成電路102和集成功率合成器件150、170之間需要一種改進的耦合 機制。
[0008] 現在參考圖2A，示出了一種簡化的已知功率合成器200,其可以在圖1使用，例如， 在集成功率器件150、170中使用。簡化的已知功率合成器200包括兩個初級繞組201、203， 其可操作地耦合到輸入連接器205,并且進一步通過中心抽頭連接器207可操作地彼此耦 合，以及次級繞組209,其與兩個初級繞組201、203稍微分離。
[0009] 這樣一種簡化的已知功率合成器200的布局的示意圖在圖2B的250示出，它包 括一系列彼此分離的初級繞組260、270、280、290,以及"8字形"布局的次級繞組254。每 一個分離的初級繞組260、270、280、290包括位于次級繞組254上方和下方的交錯結構 (interleaved structure) 252,這減少了損失并提高了磁f禹合。由于次級繞組254的"8字 形"布局，次級繞組對共模干擾有些免疫，因為傳入的磁通量引起相反方向的電流穿過每 個"8字形"部分。在這種情況下，初級繞組260、270、280、290的交錯結構252在電源模塊 (supply module) 256可操作地彼此耦合。在這種情況下，"8字形"次級繞組254可操作地 被感應耦合到所有的初級繞組260、270、280、290。
[0010] 圖2B示意圖250中電流流動的一個例子示于圖2C的295,其包括次級繞組254的 一部分以及初級繞組260。在此圖示中，初級繞組260的交錯結構252已被偏移（offset)， 以說明交錯結構252的每個部分的電流流動。初級繞組260的交錯結構252促進了次級繞 組254部分的上方和下方的耦合。
[0011] 從295中的電流流動的示意圖來看，應該清楚的是該系列的初級繞組260、270、 280、290不在"8字形"結構中，而是一系列非8字形形狀彼此分離的初級繞組。另外，次級 繞組254中的合成電流流動垂直于一系列初級繞組260、270、280、290中的電流而運行。
[0012] 這種結構的一個潛在問題是，初級繞組260、270、280、290仍然會彼此耦合，這將 導致在每個差分端口處不平衡阻抗變換和差共模諧波抑制。在某些嚴重的情況下，不平衡 阻抗變換可能影響該結構的輸出功率和效率。
[0013] 眾所周知，對于某些設備來說，例如射頻收發器，互耦可以是一個嚴重的問題，這 是由于互耦的影響可以改變天線陣列的輻射圖以及改變天線元件的匹配特性。因此，需要 一種改進的功率合成器用于集成電路。
[0014] 在某些情況下，抑制功率合成器的共模功率（common-mode power)是可取的。在本 發明的領域，這是通過終止于功率放大器的基本頻率（fundamental frequency)來實現。
[0015] 因此，需要一種改進的功率合成器、變壓器以及終止裝置（termination arrangement)用于射頻發送器，例如功率合成集成電路。 【
【發明內容】
】
[0016] 本發明提供一種功率合成器，用于射頻功率裝置，以及一種包含功率合成器的射 頻發送器。
[0017] 依據本發明第一方面，提供一種功率合成器，包含：初級繞組和次級繞組，其中至 少所述初級繞組包含中心抽頭；以及終止模塊，可操作地耦接至所述中心抽頭的初級繞組 并被設置為提供多個頻率上的諧波終止。
[0018] 因此，在本發明的一實施例中，由于存在于功率合成器中諧波頻率處的功率放大 器輸出阻抗值較低，功率合成器可更加平衡。
[0019] 根據本發明的可選特征，所述終止模塊包含至少一個陷波濾波器用于每一諧波終 止上，被設置為濾除一個或多個不想要的諧波頻率。根據本發明的可選特征，多個陷波濾波 器的每一者包含至少一個電容裝置以及至少一個電感裝置。
[0020] 根據本發明的可選特征，所述終止模塊包含至少一個第一終止裝置和第三終止裝 置，所述第一終止裝置可操作地終止第一諧波頻率處的信號；以及所述第三終止裝置可操 作地終止第三諧波頻率處的信號。在一些實施例中，第一諧波頻率終止和第三諧波頻率終 止被設置為降低所述功率合成器中的共模電壓。
[0021] 根據本發明的可選特征，所述終止模塊包含至少一第二終止裝置，可操作地終止 第二諧波頻率處的信號。在一些實施例中，第二諧波頻率終止被設置為降低耦合回所述功 率合成器中至少一個初級繞組的諧波泄露。
[0022] 根據本發明的可選特征，所述初級繞組包含相鄰的第一初級繞組和第二初級繞 組，以及每一初級繞組可操作地耦接至所述終止模塊。
[0023] 根據本發明的可選特征，所述初級繞組和所述次級繞組的至少其中之一可操作地 通過具有多個輸入端子（Γ，2'，3'，4'）和多個輸出端子（1. 2. 3. 4)的功率合成器來耦接 至放大級，如此一來，所述多個輸入端子的每一輸入耦接至對應相同的第二輸入端子（Γ和 3'耦接至5' ;2'和4'耦接至6'）。在一實施例中，所述多個輸入端子包含多個不同對的多 個第一對輸入端子（例如1'-3'，2'-4'）。在一實施例中，所述功率合成器電路的第一對接 合線通過所述多個第一對輸入端子的不同對的多個端子（例如，（1-3'_5'）和（2-4'-6'））， 可操作地耦接一對所述多個輸入端子與不同的第二輸入端子（5'，6'）。在一實施例中，所 述功率合成器電路的第二對接合線覆蓋所述第一對接合線。在一實施例中，所述第一對接 合線的第一接合線（404)與所述第二對接合線的第一結合線（406)形成第一對交叉耦合 的接合線，以及所述第一對接合線的第二接合線（405)與所述第二對接合線的第二接合線 (407)形成第二對交叉耦合的接合線。在一實施例中，所述功率合成器電路的所述第二對交 叉耦合的接合線覆蓋所述第一對交叉耦合的接合線并且所述第二對接合線通過功率合成 裝置的所述多個第一對輸入端子的不同對的另外多個端子，可操作地耦接另一對放大級輸 出端子與不同的第二輸入端子（5'，6'），從而在耦接所述多個功率放大級與功率合成電路 中形成多個電流回路。
[0024] 在一實施例中，所述第一對交叉耦合的接合線被設置為對由所述第二對交叉耦合 的接合線所攜帶的信號賦予消除相位信號。在一實施例中，相較于所述第二對交叉耦合的 接合線的第一接合線，所述第一對交叉耦合的接合線的第一接合線賦予相反的磁場。
[0025] 在一實施例中，所述初級繞組包含第一平面8字形形狀的初級繞組；以及所述次 級繞組包含第一平面8字形形狀的次級繞組。在一實施例中，所述第一平面8字形形狀的 初級繞組大致上覆蓋有所述第一平面8字形形狀的次級繞組。在一實施例中，多個所述第 一平面8字形形狀的初級繞組以及次級繞組由兩個大致呈橢圓形的軌跡形成，該呈橢圓形 的軌跡可操作地大致交叉耦合在橢圓形狀的最長長度的中點。在一實施例中，第二平面8 字形形狀的初級繞組與所述第一平面8字形形狀的初級繞組形成88字形形狀的初級繞組。 此外，在一實施例中，第二平面8字形形狀的次級繞組與所述第一平面8字形形狀的次級繞 組形成88字形形狀的次級繞組。此外，在一實施例中，所述88字形形狀的初級繞組大致上 覆蓋有所述88字形形狀的次級繞組。在一實施例中，所述88字形形狀的初級繞組和所述 88字形形狀的次級繞組的覆蓋位置是可操作的，以方便降低電感耦合。
[0026] 依據本發明第二方面，提供一種包含功率合成器的射頻發送器，該功率合成器包 含：初級繞組和次級繞組，其中至少所述初級繞組包含中心抽頭；以及終止模塊，可操作地 耦接至所述中心抽頭的初級繞組并被設置為提供多個頻率上的諧波終止。 【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0027] 圖 1 為集成射頻功率放大器（radio frequency power amplifier，RF PA)系統 100 的已知例子。
[0028] 圖2A-2C為射頻功率合成器200的已知例子。
[0029] 圖3為根據本發明實施例的簡化的無線通信單元的示范性方塊圖。
[0030] 圖4為根據本發明實施例的集成射頻功率放大器系統的范例。
[0031] 圖5A-5B為利用本發明各方面的功率合成器的范例。
[0032] 圖6A-6B為利用本發明各方面的替換功率合成器的另一范例。
[0033] 圖7A-7B為利用本發明各方面的替換功率合成器的再一范例。
[0034] 圖8A-8B為功率合成器805、850的范例實施方式。
[0035] 圖9A-9C為利用本發明各方面的功率合成器中終止的范例。 【【具體實施方式】】
[0036] 在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。本領域中技術人 員應可理解，電子裝置制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及權利要 求并不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準 貝1J。在通篇說明書及權利要求當中所提及的"包含"為開放式的用語，故應解釋成"包含但 不限定于"。以外，"耦接"一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描 述第一裝置耦接到第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通過其 他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
[0037] 本發明的實施例將依據用于射頻發送器的功率合成器、變壓器和終止裝置來描 述，例如功率合成器1C。然而，本領域的技術人員可以理解，此處描述的本發明概念可以用 具有功率合成器的任何類型的射頻放大器裝置來體現，該功率合成器包含初級繞組和次級 繞組。在這種方式中，藉由有選擇地提供終止給通過功率合成器的信號的特定諧波，由于存 在于功率合成器內的諧波頻率處使用較低的功率放大器輸出阻抗值的機會，功率合成器可 以比現有的安排更加平衡。
[0038] 雖然本發明的實施例將依據包括中心抽頭的初級繞組，以及可操作地耦接至中心 抽頭的初級繞組且被設置為對多個頻率提供諧波終止的終止模塊的角度來描述，但可以設 想，中心抽頭和終止模塊可以另外/可替代地放置在次級繞組上來對多個頻率提供諧波終 止。因此，在下文一些示例性實施例中，本領域技術人員可以理解，術語初級繞組和次級繞 組是可以互換的。
[0039] 雖然本發明的實施例將依據包括至少一個陷波濾波器用于每個諧波終止的終止 模塊的角度來描述，該至少一個陷波濾波器包括至少一個電容裝置和至少一個電感裝置并 被設置為陷波濾除（notch) -個或多個不想要的諧波頻率，但可以設想，其他的終止電路 或組件可以被用于減少不想要的諧波的功率電平。
[0040] 首先參考圖3,示出了根據本發明實施例的無線通信單元（有時在蜂窩通信的 情況下被稱為移動用戶單元（mobile subscriber unit, MS)或依據第三代合作伙伴計劃 (3GPP?)通信系統被稱為用戶設備（user equipment, UE))的方塊圖。
[0041] 無線通信單元300包括具有天線302的收發器，該天線302耦接到天線開關或 雙工器304。另外，接收器鏈，如本領域已知的，包括：接收器前端電路306 (有效地提供 接收、濾波和中頻或基帶頻率轉換）。前端電路306被串聯耦接到信號處理函數（signal processing function) 308。信號處理函數308的輸出被提供給合適的輸出設備310,例如 屏幕或平板顯示器。接收器鏈還包括控制器314,其維護整體用戶單元控制。控制器314還 耦接到接收器前端電路306和信號處理函數308 (通常由數字信號處理器（DSP)來實現）。 控制器314還耦接到存儲器裝置316,其選擇性地儲存操作機制，諸如解碼/編碼功能、同步 模式、代碼序列等等。定時器318被可操作地耦接到控制器314,以控制無線通信單元300 內的操作時間（時間依賴性信號的發送或接收）。
[0042] 至于發送鏈，這實質上包括輸入裝置320,例如鍵盤，從發送器/調制電路322和功 率放大器324至天線302通過信號處理器函數308串聯耦接。耦合器312通常位于功率放 大器324和天線302之間，并設置成經由反饋路徑313 (例如位于發送器/調制電路322或 信號處理器函數308任一者中）選路（route)發送信號的一部分（也就是輸出到天線302) 至基帶處理電路。發送器/調制電路322和功率放大器324操作上響應于控制器314。
[0043] 在本例中，無線通信單元300可選擇性使用功率放大器324的輸出與至天線開關 或雙工器304的輸入之間的集成功率器件（integrated power device)330。集成功率器件 330的各種概念以一個或多個后續圖表來說明。在一些實例中，集成功率器件330可以從功 率放大器324的輸出端接收一個以上的耦合信號。在一些實例中，多個耦合信號可以是差 分對信號，這在某些實施例中可能交叉耦合于來自其他功率放大器（未示出）的其它差分 對信號。因此，在一些實施例中，功率放大器324可以包括多個功率放大器。
[0044] 現在參考圖4,根據本發明一些實施例，示例性集成功率合成器件440的方框圖被 示為具有相應的耦合部件。圖4包括功率放大器模塊324和325,其通過第一對接合線404、 405和第二對接合線406、407,可操作地交叉耦接至集成功率合成器件440 (在一些實施例 中可為功率合成器模塊）的多個節點。接合線404、405、406、407可以由任何合適的金屬或 合金制成，例如銅或鋁。在這個例子中，第一對接合線404、405和第二對接合線406、407每 一者可以分別形成差分對接合線。在這個例子中，接合線404、405、406、407的范圍可以從 例如100 μ m到2mm。另外，接合線404、405、406、407之間的耦合距離可以是用戶定義的，具 有大約50 μ m的最小稱合距離。
[0045] 因此，第一對接合線404、405內的電流流動在接合線404和接合線405之間可能 具有相反的相位。同樣地，第二對接合線406、407內的電流流動在接合線406和接合線407 之間可能具有相反的相位。其結果是，第一對接合線404、405內的任何電感感應磁場相比 于接合線405可在接合線404中表現出相反的磁場。類似地，第一對接合線406、407之內 的任何電感感應磁場相比于接合線407可在接合線406中表現出相反的磁場。在這個例 子中，相對于第二對接合線406、407,第一對接合線404、405可以交叉耦合至集成功率合成 器件440內的多個節點，從而形成一組雙交叉耦合的接合線。此外，第一對接合線404、405 和第二對接合線406、407之內的相反磁場可表現出減少相應接合線之間的磁耦合效果。此 夕卜，由于第一對接合線404、405和第二對接合線406、407中的相反磁場，在接合線404、405、 406、407和集成功率合成器件440的電感元件之間磁耦合可以被減少。集成功率合成器件 440的電感元件可包括，例如，第一初級繞組420和/或第二初級繞組470。
[0046] 功率放大器模塊324、325和集成功率合成器件440之間的電流流動的一個例子如 圖4中箭頭所示。應當指出，這僅僅是用于電流流動的一個可能配置，并且在不脫離本發明 的概念下有可能對由箭頭指示的電流流動進行顛倒或改變，以提供類似的結果。
[0047] 在一些實施例中，接合線404和406可以被認為是第一對交叉耦合的接合線以及 接合線405和407可以被認為是第二對交叉耦合的接合線。在這個例子中，第一對接合線 的接合線404可操作地耦接到功率放大器模塊324的節點（1)和集成功率合成器件440的 節點（3'），另外，第二對接合線的接合線406可操作地耦接到功率放大模塊324的節點（3) 和集成功率合成器件440的節點（Γ )。
[0048] 此外，來自交叉耦合接合線404和406的電流可以分別在節點（3'）和（Γ )處接 收，并在節點（5'）422處結合，其可位于集成功率合成器件440的節點（Γ)和第一初級繞 組420之間。流過接合線404和406的電流可以是同相的，在被集成功率合成器件440處 接收之前也可以是交叉耦合的。在一些示例中，節點（5'）422可形成第一初級繞組420的 第一差分節點。
[0049] 在這種情況下，在節點（5'）有可能為固定電流，其可從來自交叉耦合接合線404 和406的接收電流的組合而形成，其相對于彼此可為同相。因此，在節點（5'）的電流可流 經第一初級繞組420到節點（6'）424。在一些實施例中，節點（6'）424可形成第一初級繞 組420的第二差分節點，從而使電流可從節點（6'）424分配到節點（2'）和（4'）。在這種 情況下，第一對接合線的接合線405可操作地耦合到集成功率合成器件440的節點（4'）和 功率放大器模塊324的節點（2)。另外，第二對接合線的接合線407可操作地耦合到集成功 率合成器件440的節點（2'）和功率放大器模塊324的節點（4)。
[0050] 在一些進一步的實施例中，接合線404、407和406、405之間的電流流動可形成偽8 字形形狀的電流環，其可進一步減少接合線404、405、406、407和集成功率合成器件440的 電感元件之間的磁耦合。例如，節點（1)的電流可以通過接合線404流動，通過節點（3'）和 (5'）流經第一初級繞組420,并通過節點出'）和（2'）、通過接合線407返回到節點（4)。 另外，在節點（3)的電流可通過接合線406流動，通過節點（Γ )和（5'）流經第一初級繞 組420,并通過節點出'）和（4'）、通過接合線405返回到節點（2)。
[0051] 因此，在這個例子中，接合線404、407和406、405之間的電流流動形成偽8字形形 狀的電流路徑，這可降低接合線之間的磁耦合，特別是在芯片上的電感性元件中。在這種方 式下，功率放大器集成電路和集成功率合成器件440之間的雙交叉耦合的接合線可減少集 成功率合成器件440的電感元件和接合線之間的任何互耦效應。
[0052] 在一些實施例中，雙交叉耦合的接合線的上述動作可重復用于次級區域 (secondary region) 450,其中該雙交叉稱合的接合線可操作地稱接功率放大器324、325的 輸出與集成功率合成器件440,次級區域450可以包括另一組雙交叉耦合接合線460、功率 放大器模塊324、325和第二初級繞組470。在一些實施例中，功率放大模塊324、325可以包 括多個功率放大器模塊。
[0053] 利用雙交叉耦合接合線的一個優點是交叉耦合接合線和集成功率合成器件440 中的電感元件之間的互耦可減小。在一些實例中，第一對接合線的接合線404與405之間 的相反相位和電流流動可在兩個接合線404和405中引起相反的磁場。這可以在第一對接 合線404、405內引起電磁場抵消。同樣地，第二對接合線的接合線406與407之間的相反 相位和電流流動可在兩個接合線406和407中引起相反的磁場。這也可以在第二對接合線 406、407內引起電磁場消除。
[0054] 以這種方式，通過利用接合線之間的電磁場消除，可以實現提升從多個功率放大 器裝置324、325的輸入傳遞射頻功率至集成功率合成器件440的輸出的功率效率。此外， 不增加接合線和集成功率合成器件的電感元件之間的間距便可實現這種改進。
[0055] 在一些實例中，流經接合線和集成功率合成器件440的電流可以近似一個雙8字 形的電流回路。
[0056] 雖然圖4中的實施例以中心抽頭的初級繞組來示出，但應該指出的是，在其它實 施例中，采用本發明可利用單一的電感元件繞組或者多個電感元件，它們可能是或可能不 是中心抽頭。
[0057] 在一些實施例中，交叉耦合的接合線404和406可形成第一對交叉耦合的接合線， 其可操作地耦接到第二輸入端子，該第二輸入端子可以是第一初級繞組420的正端子，例 如節點（5'）422。
[0058] 在本例中，第一對交叉f禹合的接合線404、406可為從不同的功率放大器模塊324、 325至多個成對的輸出端子（1-2 ;3-4)中相應一個的輸出，其中一對輸出端子耦合在相應 的放大級以及第一對輸入端子（Γ-3'或2'-4'）之間。第一對輸入端子（Γ-3'或2'-4'） 然后連接到相應的第二輸入端子（5'，6'）。進一步，交叉耦合接合線405和407可以形成 第二對交叉耦合的接合線。這些節點（2'）和（4'）可操作地耦合到第二輸入端子，其可以 是第一初級繞組420的負端子，它可以是節點（6'）（424)。
[0059] 在本例中，第二對交叉耦合的接合線405和407可操作地耦接到不同的功率放大 器模塊的節點（2)和（4)。在這個例子中，第一功率放大器模塊324可以包括節點（1)和 (2)，以及第二功率放大模塊325可以包括節點（3)和（4)。另外，第一初級繞組420的正 端子節點（5'）（422)可以包括節點（Γ )和（3'），以及第一初級繞組420的負端子（6'） (424)可以包括節點（2'）和（4'）。在這個例子中，通過第一對輸入端子（3'）和（Γ )， 電流可從輸出端子（1)和（3)流至第二輸入端子（5'）422。此后，通過一對輸出端子（2'） 和（4'），電流可以從第二輸入端子（6'）424流出至輸出端子（4)和（2)，從而形成多個8 字形回路。
[0060] 現在參考圖5A-5B，圖5A為功率合成器示意圖540,圖5B為利用本發明的各方面 示出另一種功率合成器500的范例。功率合成器示意圖540用來說明替代功率合成器500 的部分可如何用在組合中。如圖5A所示，在這個例子中，功率合成器示意圖540可以包括 兩個初級繞組542、544,其可操作地通過中心抽頭546彼此耦合，以及被磁耦合至次級繞組 548、549。
[0061] 現在參照替代功率合成器500,根據本發明的各方面示出一種替代的初級繞組布 局512、524。如圖5B所示，在這個例子中，第一初級繞組512可以包括一個8字形類型的布 局，其中電流II可以按照箭頭514和515流過8字形類型的布局。在此例中，相較于流過 第一初級繞組512的第二部分518的電流（表示為電流流動515)，流過第一初級繞組512 的第一部分516的電流（表示為電流流動514)為相反的。因此，在第一初級繞組512的第 一部分516引起的任何磁場相比于第一初級繞組512的第二部分518中的任何感應磁場可 以是反相的（anti-phase)。同樣地，現在參照第二初級繞組524,其也可以包括8字形類型 的布局，其中電流II按照箭頭526和527流過8字形類型的布局。在此例中，流過第二初 級繞組524的第一部分528的電流（表示為電流流動527)相比于流過第二初級繞組524 的第二部分530的電流（表示為電流流動526)是相反的。其結果是，在第二初級繞組524 的第一部分528和第二部分530中的任何感應磁場相較于彼此可以是反相的。
[0062] 以這種方式，圖5A-5B的功率合成器適合于射頻（RF)發送器，該射頻（RF)發送器 包括第一平面的8字形形狀的初級繞組512,其相鄰位于第二平面的8字形形狀的初級繞 組524,它們組合從而形成一個88字形形狀的初級繞組。此外，第一平面的8字形形狀的 次級繞組550位于第二平面的8字形形狀的次級繞組570相鄰位置，形成一個88字形形狀 的次級繞組。值得注意的是，當88字形形狀的初級繞組大致上（substantially)被88字 形形狀的次級繞組覆蓋（overlaid)時，由于所產生的磁場之間所配置的相位失配（phase mismatch)，第一初級繞組512和第二初級繞組524之間的耦合可得以降低，或者完全取消。
[0063] 在本例中，初級繞組512、524可以與次級繞組550、570耦合，其也包括一個8字形 類型結構。在這種情況下，初級繞組512、524可被大致上放置于次級繞組550、570之上或 之下，這樣以最大限度地提高初級繞組512、524和次級繞組550、570之間的耦合。因此，流 過次級繞組550、570的電流大致上可與相應的初級繞組512、524中的電流相反。使用8字 形結構用于初級繞組512、524和次級繞組550、570可以允許初級繞組512、514和次級繞組 550、570之間的對稱耦合，從而潛在地降低繞組之間的互耦。另外，每個8字形形狀的初級 繞組512、524可操作地耦合到每個對應的8字形形狀的次級繞組550、570。使用8字形結 構可進一步降低初級繞組512和524之間的耦合。
[0064] 在一個實施例中，第一平面和第二平面的多個8字形形狀的初級繞組和次級繞組 512、524、550、570可以由兩個大致呈橢圓形的軌跡（oval-shaped track)形成，其可操作地 在橢圓形的最長長度的中點處大致交叉耦合。
[0065] 現在參考圖6A-6B，示出圖5的"88字形功率合成器"的范例，由此平面8字形形 狀的初級繞組以對稱的方式耦合到平面8字形形狀的次級繞組。另外，在圖6A-6B中，分別 示出采用鏡像差分激勵（mirror differential excitation)的88字形功率合成器605和 采用連續差分激勵（sequential differential excitation)的88字形功率合成器650以 形成電壓模式功率合成（voltage-mode power combining)的范例。因此，為了支持差分激 勵，第一和第二平面8字形形狀的初級繞組的每一者包括被配置為支持差分激勵的第一輸 入端口和第二輸入端口。此外，第一和第二平面8字形形狀的次級繞組的每一者包括被設 置成支持差分激勵的第一和第二輸出/耦合端口。
[0066] 在這些示例中，鏡像差分激勵功率合成器605涉及并包含繞組608、610和繞組 612、614之間輸入信號的相位關系。例如，在鏡像差分激勵功率合成器605中，流過繞組 608、610的電流與繞組612、614中的電流為"鏡像的"，因此，相對于繞組608、610,電流流動 在繞組612、614為"鏡像的"，從而在這兩組繞組之間的電流流動中引起相位變化。
[0067] 在連續差分激勵功率合成器650中，電流在繞組655、660和繞組665、670連續流 過。因此，在這個例子中不存在"鏡像"，其抵消兩組繞組之間電流流動中的任何相位變化。
[0068] 在一些例子中，鏡像差分激勵功率合成器605和連續差分激勵功率合成器650改 變每個變壓器的相位，這可以改變輸出端口組合。
[0069] 首先參照鏡像差分激勵功率合成器605，功率放大器模塊607經由接合線609可操 作地耦接到功率合成器605的初級繞組608 (由實線表示）。在一些實例中，接合線609可 以是雙交叉耦合的接合線。
[0070] 在本例中，來自次級繞組610、614的輸出（由散列線表示）可以用各種方式耦合。 在這個例子中，次級繞組610的負輸出端口（2)和次級繞組614的正輸出端口（4)可操作 地耦接在一起，從而導致次級繞組610的輸出端口（1)處2*V2的電壓。此外，輸出端口（3) 可操作地耦接到地。在這個例子中，端口（1)可具有正極性以及端口（2)可具有負極性。這 些極性在端口（3)和（4)可以為鏡像的，其中端口（3)可具有負極性以及端口（4)可具有 正極性。
[0071] 因此，在這種方式中，第一平面8字形形狀的次級繞組610的第二端口（2)被可操 作地耦接到第二平面8字形形狀的次級繞組614的第二端口（4)，從而支持鏡像差分激勵的 電壓模式合成。在這個例子中，第一平面8字形形狀的次級繞組610的第一端口（1)被設 置為提供輸出電壓，跟隨鏡像差分激勵電壓模式合成。
[0072] 現在參看650,功率放大器模塊651經由接合線652可操作地耦接到功率合成器 650的初級繞組655 (用實線表示）。在一些實例中，接合線652可以是雙交叉耦合的接合 線。在這個例子中，來自次級繞組660的輸出（由散列線表示）可用各種方式耦合。在這個 例子中，負輸出端口（2)可能已被可操作地耦接到正輸出端口（3)，從而導致次級繞組660 的端口（1)處2*V2電壓。此外，輸出端口（4)可能已被可操作地耦接到地。在這個例子中， 次級繞組660的端口（1)和次級繞組670的端口（3)可具有正極性以及次級繞組660的端 口（2)和次級繞組670的端口（4)可具有負極性。
[0073] 因此，在這種方式中，第一平面8字形形狀的次級繞組660的第二端口（2)被可操 作地耦接到第二平面8字形形狀的次級繞組670的第一端口（3)，從而支持連續差分激勵電 壓模式合成。在這個例子中，第一平面8字形形狀的次級繞組660的第一端口（1)被設置 為提供跟隨連續差分激勵電壓模式合成的輸出電壓。
[0074] 在一些實例中，可利用功率合成器605和650串聯堆疊連接至多個其它功率合成 器，以在每個功率合成器處合計輸出電壓。在一些實例中，這可以通過"堆疊（stack)"多個 功率合成器605、650串聯在一起來實現。在某些情況下，每個所述多個功率合成器605、650 可以具有不同的激勵，該不同的激勵在功率合成器線圈的輸出處具有不同的相位值。通過 配置從次級繞組610、660的輸出連接，"堆積輸出"可在輸出表現出同相組合電壓。
[0075] 應當注意的是，節點的其它布局和極性被認為是在此處描述的概念之內，并且關 于圖6的所示實施例不應被看作是限制性的。
[0076] 現在參考圖7A-7B，說明利用鏡像差分激勵的圖5的另一"88字形功率合成器"705 和利用連續差分激勵的圖5的另一"88字形功率合成器"750形成電流模式功率合成的范 例。首先參照鏡像差分激勵功率合成器705,功率放大器模塊707經由接合線709可操作地 耦接到功率合成器705的初級繞組708 (由實線表示）。在一些實例中，接合線709可以是 雙交叉耦合的接合線。在這個例子中，來自次級繞組710、714的輸出（由散列線表示）可 用各種方式耦接。例如，次級繞組710的負輸出端口（2)和次級繞組714的負輸出端口（3) 可操作地耦接在一起，從而在這些節點導致一個2*12的輸出電流。此外，次級繞組710、714 的輸出端口（1)和（4)可操作地耦接到地。在這個例子中，次級繞組710、714的輸出端口 (1)和（4)可具有正極性以及次級繞組710的端口（2)和次級繞組714的端口（3)可具有 負極性。
[0077] 因此，在這種方式中，第一平面8字形形狀的次級繞組710的第二端口（2)被可操 作地耦接到第二平面8字形形狀的次級繞組714的第一端口（3)并提供輸出電流716,從而 支持鏡像差分激勵電流模式合成。
[0078] 現在參看750,功率放大器模塊751經由接合線752可操作地耦接到功率合成器 750的初級繞組755、765 (用實線表示）。在一些實例中，接合線752可以是雙交叉耦合的 接合線。在這個例子中，來自次級繞組760、770的輸出（由散列線表示）可用各種方式耦 合。在這個例子中，次級繞組760的正輸出端口（1)和次級繞組770的正輸出端口（3)可 操作地耦合在一起，從而在這些節點導致一個2*12的輸出電流755。此外，次級繞組760的 輸出端口（2)和次級繞組770的輸出端口（4)被可操作地耦接到地。在這個例子中，次級 繞組760的輸出端口（1)和次級繞組770的端口（3)可具有正極性以及次級繞組760的輸 出端口（2)和次級繞組770的端口（4)可具有負極性。
[0079] 因此，在這種方式中，第一平面8字形形狀的次級繞組760的第一端口（1)被可操 作地耦接到第二平面770的8字形形狀的次級繞組的第一端口（3)，并提供輸出電流775， 從而支持連續差分激勵電流模式合成。
[0080] 在一些實例中，可利用功率合成器705和750串聯連接至多個其它功率合成器，以 在每個功率合成器合計輸出電壓。在一些實例中，這可以通過"堆疊（stack)"多個功率合 成器705、750并聯在一起來實現。在某些情況下，每個所述多個功率合成器705、750可以 具有不同的激勵，該不同的激勵在功率合成器線圈的輸出處具有不同的相位值。通過配置 從次級繞組710和714或760和770的輸出連接，"堆積輸出"可在輸出處表現出同相組合 電流。
[0081] 圖6和圖7所示的范例可具有大致相同于圖5所給出的范例的優點。例如，由于磁 場之間的相位失配，8字形結構的影響可以是多個初級繞組之間的耦合可得以降低，或者在 一些實例中完全取消，或是多個次級繞組彼此之間的耦合可得以降低，也可以是多個初級 繞組其中之一與多個次級繞組其中之一未與其對應耦合的次級繞組之間的耦合得以降低。 另外，初級繞組和次級繞組的8字形結構可增強繞組之間的耦合。此外，8字形結構可以潛 在地減少初級繞組和次級繞組的第一和第二部分之間的任何互耦。在其他實例中，任何數 量的初級繞組和/或次級繞組可以與任何數量的功率放大器模塊一起使用。
[0082] 此外，在一些實施例中，利用圖6和圖7的鏡像和連續差分激勵可減少和/或取消 相鄰變壓器之間的耦合，而不降低或取消變壓器的初級繞組和次級繞組之間的耦合。
[0083] 在一些實施例中，形成電壓模式功率合成的鏡像差分激勵功率合成器和連續差分 激勵功率合成器的接合線609可以包括交叉耦合的接合線，而不是雙交叉耦合的接合線， 如圖8中所示。
[0084] 現在參考圖8A-8B，分別示出一個利用傳統的T型（T-core)核心功率合成器805、 850的范例實施方式。
[0085] 在本例中，圖8A的T型核心功率合成器805可利用形成電壓模式功率合成的鏡像 差分激勵，而圖8B的T型核心功率合成器850可利用形成電壓模式功率合成的連續差分激 勵。首先參照鏡像差分激勵T型核心功率合成器805,功率放大器模塊807可操作地經由 接合線809耦接到鏡像差分激勵T型核心功率合成器805的初級繞組808、812 (用實線表 示）。在這個例子中，由于鏡像差分激勵T型核心功率合成器805的非對稱性質，相較于對 應的次級繞組810、814的極性（由散列線表示），初級繞組808、812的極性可為相反的。在 這個例子中，次級繞組810的正輸出端口（2)可操作地耦接到次級繞組814的負輸出端口 (4)，從而在次級繞組810的輸出端口（1)處導致2*V2的電壓。另外，輸出端口（3)可操作 地耦接到地。在這個例子中，端口（1)和端口（4)可具有負極性，以及端口（2)和端口（3) 可具有正極性。
[0086] 現在參看850,功率放大器模塊851可操作地經由接合線852耦接到連續差分激 勵T型核心功率合成器850的初級繞組855、856 (用實線表示）。在這個例子中，由于連續 差分激勵T型核心功率合成器850的非對稱性質，相較于對應的次級繞組860、865的極性 (由散列線表示），初級繞組855、856的極性可為相反的。在這個例子中，次級繞組860的 正輸出端口（2)可操作地耦接到次級繞組865的負輸出端口（3)，從而在次級繞組860的輸 出端口（1)處導致2*V2的電壓。另外，輸出端口（4)可操作地耦接到地。在這個例子中， 輸出端口⑴和⑶可具有負極性，以輸出及端口⑵和⑷可具有正極性。
[0087] 參考圖9A-9C，其中圖9A-9B示出用于功率合成器模塊900的終止模塊 (termination module)的一個范例。在這個例子中，圖9A的功率合成器模塊900可以包括 至少一個中心抽頭初級繞組902,其耦合到至少一個輸出次級繞組904。
[0088] 一般地，在現有技術中，中心抽頭初級繞組902接地，或被阻抗匹配至它們所使用 的電路的基本頻率。然而，這種類型的電路仍然遭受寄生阻抗和不平衡阻抗變換。本發明 人已經認識并理解到，這些問題可能部分地是由于諧波抑制較差。
[0089] 因此，根據一些實施例，功率合成器模塊900采用至少一個諧波終止（harmonic termination)模塊906。在具有兩個初級繞組的功率合成器中，本發明的一個實施例可將 至少一個諧波終止模塊906耦接至每個中心抽頭初級繞組902,如圖9A所示。在這個例 子中，該至少一個終止模塊906可以包括至少一個諧波終止電路，例如陷波濾波器（notch filter)頻率響應，被配置為給定的諧波頻率，該給定的諧波頻率為利用功率合成器模塊 900的裝置的給定諧波頻率，在一些其它示例中，至少一個終止模塊906可以包括用于多個 諧波頻率的多個終止。
[0090] 在本例中，在陷波濾波器形式中的諧波終止可以包括至少一個電荷存儲裝置（例 如電容器），與至少一個電感元件串聯，在某些特定頻率處產生諧波共振。
[0091] 如圖9B所示，在一個實施例中，至少一個諧波終止模塊906可以包括多個終止以 用于功率合成器900的基本頻率f0908以及第三諧波頻率3fc912,在這個例子中，基本頻 率f0908和第三諧波頻率3fc912終止也可以被采用來減少功率合成器900中可能出現的 任何共模電壓（common mode voltage)，例如通過減少功率合成器900的中心抽頭902上的 任何電壓擺幅（swing)。
[0092] 在另一個例子中，第二諧波頻率終止910 (和一種或多種其它偶數倍的諧波終止） 可以被用來最小化耦合回至初級繞組902和904的任何第二（或更高）諧波泄漏的影響。
[0093] 因此，利用至少一個終止模塊906的優點可以是，由于存在于功率合成器900中諧 波頻率處的功率放大器輸出阻抗值較低，功率合成器900更加平衡。
[0094] 如圖9C所示，在另一例子中，另一個功率合成器950包括單個初級繞組953,以及 可操作地耦合到負載956的單個次級繞組954,可具有耦合到所述初級繞組953的至少一 個諧波終止模塊906。在這個例子中，至少一個諧波終止模塊906可以包括至少一個諧波 終止電路，例如陷波濾波器頻率響應，被配置為利用功率合成器模塊950的裝置的給定諧 波頻率。在一些其它示例中，至少一個終止模塊906可以包括多個終止以用于多個諧波頻 率。在這個例子中，電感957和958與輸出上可能的負載956相關，并且不涉及諧波終止模 塊 906。
[0095] 在一些其它實施例中（未示出），可以設想，電流可以通過功率合成器900的一個 或多個次級繞組來供給（fed)。因此，在這個例子中，諧波終止模塊906可操作地耦合到功 率合成器900的一個或多個次級繞組。
[0096] 本文之前描述和圖中所示的本發明實施例可以單獨使用或以任意組合使用。特 別是，可以設想，上述本發明的概念可以由半導體制造商應用于包括射頻電路的任何集 成電路。特別地，本發明的概念可以應用到包括高功率射頻合成器的任何電路。進一步 設想的是，例如，半導體制造商可以在單機設備（stand-alone device)，如射頻功率放大 器、雙工器、天線開關、功率合成器、或相應的特定用途集成電路（application-specific integrated circuit，ASIC)和/或任何其它子系統元件的設計中采用本發明的概念。
[0097] 應當理解的是，為了清楚起見，上面的描述已經參照不同的功能單元描述了本發 明的實施例。然而，將顯而易見的是，可以在不脫離本文所描述的發明概念下使用不同功能 單元之間的任何適當的功能分布，例如關于功率放大級和天線之間的耦合。因此，引用特定 功能單元僅被看作用于提供所述功能的合適的裝置參考，而不是指示嚴格的邏輯或物理結 構或組織。
[0098] 雖然本發明已經結合一些實施例進行了描述，但并不意在限于本文中所闡述的特 定形式。相反，本發明的范圍僅由所附的權利要求限定。此外，雖然特征可能以特定實施例 來描述，本領域技術人員將認識到所述實施例的各種特征可以根據本發明進行組合。在權 利要求書中，術語"包括"不排除其他元件或步驟的存在。
[0099] 此外，盡管各個特征可以被包括在不同的權利要求中，但這些可能被有利地組合， 并且包括在不同權利要求中并不意味著特征的組合不是可行的和/或有利的。另外，在一 類別權利要求中包括特征并不意味著限于該類別，而是表示該特征同樣適當的適用于其它 權利要求類別。
[0100] 此外，特征在權利要求中的順序并不意味著其中特征必須執行的任何特定順序， 并且特別地，方法權利要求中各個步驟的順序并不意味著這些步驟必須按照該順序來執 行。相反，這些步驟可以以任何合適的順序進行。此外，單數引用不排除多個。因此，提到 "一"、"一"、"第一"、"第二"等不排除多個。
[0101] 因此，由此已經描述了一種改進的射頻發送器、功率合成器和終止模塊，其中現有 技術的安排的上述缺點已得到大幅度減輕。
【權利要求】
1. 一種功率合成器，其特征在于，包含： 初級繞組和次級繞組，其中至少所述初級繞組包含中心抽頭；以及 終止模塊，可操作地耦接至所述中心抽頭的初級繞組并被設置為提供多個頻率上的諧 波終止。
2. 如權利要求1所述功率合成器，其特征在于，所述終止模塊包含至少一個陷波濾波 器用于每一諧波終止上。
3. 如權利要求2所述功率合成器，其特征在于，所述多個陷波濾波器的每一者包含至 少一個電容裝置以及至少一個電感裝置。
4. 如權利要求1所述功率合成器，其特征在于，所述終止模塊包含至少一第一終止裝 置和第三終止裝置，所述第一終止裝置可操作地終止第一諧波頻率處的信號；以及所述第 三終止裝置可操作地終止第三諧波頻率處的信號。
5. 如權利要求4所述功率合成器，其特征在于，第一諧波頻率終止和第三諧波頻率終 止被設置為降低所述功率合成器中的共模電壓。
6. 如權利要求1所述功率合成器，其特征在于，所述終止模塊包含至少一第二終止裝 置，可操作地終止第二諧波頻率處的信號。
7. 如權利要求6所述功率合成器，其特征在于，第二諧波頻率終止被設置為降低耦合 回所述功率合成器中至少一個初級繞組的諧波泄露。
8. 如權利要求1所述功率合成器，其特征在于，所述初級繞組包含相鄰的第一初級繞 組和第二初級繞組，以及每一初級繞組可操作地耦接至所述終止模塊。
9. 如權利要求1所述功率合成器，其特征在于，所述初級繞組和所述次級繞組的至少 其中之一可操作地通過具有多個輸入端子和多個輸出端子的功率合成器來耦接至放大級， 使得所述多個輸入端子的每一輸入耦接至對應相同的第二輸入端子。
10. 如權利要求9所述功率合成器，其特征在于，所述多個輸入端子包含多個不同對的 多個第一對輸入端子，以及所述功率合成器電路的第一對接合線通過所述多個第一對輸入 端子的不同對的多個端子，可操作地耦接一對所述多個輸入端子與不同的第二輸入端子。
11. 如權利要求10所述功率合成器，其特征在于，所述功率合成器電路的第二對接合 線覆蓋所述第一對接合線。
12. 如權利要求11所述功率合成器，其特征在于，所述第一對接合線的第一接合線與 所述第二對接合線的第一結合線形成第一對交叉耦合的接合線，以及所述第一對接合線的 第二接合線與所述第二對接合線的第二接合線形成第二對交叉耦合的接合線。
13. 如權利要求12所述功率合成器，其特征在于，所述功率合成器電路的所述第二對 交叉耦合的接合線覆蓋所述第一對交叉耦合的接合線，并且所述第二對接合線通過所述多 個第一對輸入端子的不同對的另外多個端子，可操作地耦接另一對放大級輸出端子與不同 的第二輸入端子，從而在耦接所述多個功率放大級中形成多個電流回路。
14. 如權利要求13所述功率合成器，其特征在于，所述第一對交叉耦合的接合線被設 置為對由所述第二對交叉耦合的接合線所攜帶的信號賦予消除相位信號。
15. 如權利要求14所述功率合成器，其特征在于，相較于所述第二對交叉耦合的接合 線的第一接合線，所述第一對交叉耦合的接合線的第一接合線賦予相反的磁場。
16. 如權利要求1所述功率合成器，其特征在于，所述初級繞組包含第一平面8字形形 狀的初級繞組；以及所述次級繞組包含第一平面8字形形狀的次級繞組。
17. 如權利要求16所述功率合成器，其特征在于，所述第一平面8字形形狀的初級繞組 大致上覆蓋有所述第一平面8字形形狀的次級繞組。
18. 如權利要求17所述功率合成器，其特征在于，多個所述第一平面8字形形狀的初級 繞組以及次級繞組由兩個大致呈橢圓形的軌跡形成，該呈橢圓形的軌跡可操作地大致交叉 耦合在橢圓形狀的最長長度的中點。
19. 如權利要求17所述功率合成器，其特征在于，還包含： 第二平面8字形形狀的初級繞組，從而與所述第一平面8字形形狀的初級繞組形成88 字形形狀的初級繞組；以及 第二平面8字形形狀的次級繞組，從而與所述第一平面8字形形狀的次級繞組形成88 字形形狀的次級繞組； 其中，所述88字形形狀的初級繞組大致上覆蓋有所述88字形形狀的次級繞組。
20. 如權利要求19所述功率合成器，其特征在于，所述88字形形狀的初級繞組和所述 88字形形狀的次級繞組的覆蓋位置是可操作的，以方便降低電感耦合。
21. -種射頻發送器，包含功率合成器，其特征在于，該功率合成器包含： 初級繞組和次級繞組，其中至少所述初級繞組包含中心抽頭；以及 終止模塊，可操作地耦接至所述中心抽頭的初級繞組并被設置為提供多個頻率上的諧 波終止。
【文檔編號】H03F3/20GK104218902SQ201410225413
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月26日 優先權日:2013年5月30日
【發明者】蔡明達 申請人:聯發科技股份有限公司