本申請是2016年3月30日提交的標(biāo)題為“Balanced-To-Unbalanced Transformer For Power Application With Fully Balanced Topology”的法國專利申請?zhí)?652713的翻譯并要求其優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以引用的方式引入本申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及對稱-不對稱型的變壓器，通常通過術(shù)語BALUN(平衡-不平衡)來表示。本公開例如可應(yīng)用于移動技術(shù)和機(jī)動車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無論是電源還是處理系統(tǒng)，硅制成的集成系統(tǒng)的制造都越來越多地使用差分結(jié)構(gòu)以及用于模擬部的可變基準(zhǔn)阻抗來實(shí)施。另一方面，幾乎所有方式均基本保持不對稱模式類型的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有50歐姆的基準(zhǔn)阻抗。

對稱傳輸線和不對稱傳輸線之間的鏈接不能在不具有匹配電路的情況下實(shí)施。通過稱為平衡不平衡變換器的對稱-不對稱型的變壓器來提供這種轉(zhuǎn)變。

例如，平衡不平衡變換器將不對稱模式類型的信號(或者根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員廣泛使用的術(shù)語稱為單端信號)轉(zhuǎn)換為差分模式類型的信號，反之亦然。平衡不平衡變換器還確保阻抗的轉(zhuǎn)換。

平衡不平衡變換器的一個主要電特性是其插入損失，其在盡可能低的情況下是有利的。確實(shí)，插入損失是所施加轉(zhuǎn)換的損失的結(jié)果。損失可以由阻抗失配、兩個通道之間的振幅和/或相位中的不平衡、電阻損失、和/或所有這些因素的組合而導(dǎo)致。該損失引起采用該設(shè)備的系統(tǒng)的總體性能的降低。

此外，平衡不平衡變換器的性能特性主要根據(jù)振幅和相位對稱性來表示。在輸入和輸出信號之間存在振幅和相位偏移的差，其有利地將其最小化。

例如，平衡不平衡變換器可進(jìn)一步用于無線通信系統(tǒng)的接收器和發(fā)射電路。具體地，用于差分電路的設(shè)計，諸如放大器、混合器、振蕩器和天線系統(tǒng)。

在無線通信系統(tǒng)的發(fā)射和接收器電路中，差分側(cè)上的阻抗可以較低，對于低噪聲放大器來說，通常在10至20歐姆的級別。如上所述，單端側(cè)(換句話說，天線側(cè))上的阻抗通常約為50歐姆。因此，表示高轉(zhuǎn)換率是必須的，這實(shí)施起來尤其復(fù)雜。

此外，注意，在發(fā)射中，功率放大器被提供有大電流(幾百毫安的級別)。然后，期望通過變壓器(平衡不平衡變換器)供應(yīng)功率放大器，這將對平衡不平衡變換器的性能產(chǎn)生影響。

例如，大電流要求非常寬的金屬軌跡，這引入串聯(lián)阻抗的增加，這對插入損失產(chǎn)生損害。從而，平衡不平衡變換器的設(shè)計通常被限制為針對大功率電路在次級電路上每環(huán)路一匝。這樣的結(jié)果是，差分和單端通道之間的耦合通常是不相等的，并且被較差地分配。這導(dǎo)致較差的性能特性，諸如相位偏移和振幅失配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個實(shí)施例，為總體平衡的對稱-不對稱型的變壓器提供了集成架構(gòu)，這使得得到同相且具有對應(yīng)振幅的信號。這尤其可用于功率放大器應(yīng)用。

對稱-不對稱型的變壓器可包括通過相應(yīng)的交錯和堆疊金屬軌跡形成在相同平面中的初級電感電路和次級電感電路；以及至少第一交叉區(qū)域，包括彼此面對的一對連接板，其中每個連接板均呈矩形，寬于金屬軌跡，并且對角地連接至次級電感電路的軌跡。

交叉區(qū)域的相對面對的平面板可以提供較大的交叉表面積。這可以增加變壓器的所有匝之間的耦合電容。有利地，尤其關(guān)于噪聲信號，加寬部分的尺寸可以相同，并且可以沿著垂直于平面的軸對準(zhǔn)。

經(jīng)過其他連接板上方的連接板可以包括兩個翼狀件，每個翼狀件都分別位于矩形板的兩個相對側(cè)的一端上。端部可以對角相對，并且次級電路的金屬軌跡可以連接在翼狀件的下表面上。有利地，翼狀件均可以在其與矩形板連接的位置具有斜面。這種結(jié)構(gòu)對于電流流動是尤其有利的，諸如在大密度電流流動的情況下。

初級和次級電感電路均可以包括描述至少兩匝并具有相對于平面的軸對稱的架構(gòu)的環(huán)路。相對于耦合的幾何對稱和平衡架構(gòu)最小化或減小了初級和次級電路上存在的信號的相位和振幅不平衡。

一般來說，初級電路的一個端子可以連接至負(fù)載，另一端子連接至地。從而，初級和次級電路之間的耦合不在接近負(fù)載端子的位置處和接近接地端子的位置處的軌跡之間以相同方式發(fā)生。

初級和次級電感電路可以被配置為，使得在次級電路可發(fā)生與初級電路耦合的所有位置之上，從初級電路的一個端子到初級電路的對應(yīng)耦合位置的距離的總和可等于從初級電路的另一端子到相同耦合位置的距離的總和。

在該結(jié)構(gòu)中，在初級電路接近一個端子的位置處以及初級電路接近其他端子的位置處，次級電路可以相等比例與初級電路耦合。換句話說，次級電路中的信號獲知的接地端子數(shù)與初級電路的負(fù)載端子數(shù)相同。

因此，在信號在次級電路上方流動期間，該信號可以以均勻方式與初級電路的整體耦合，提供了良好的相位和振幅對稱性。這使得關(guān)于相位的平衡和振幅的平衡得到良好的行為。這尤其用于功率放大器應(yīng)用。

在一個實(shí)施例中，至少第一交叉區(qū)域可以包括用于在連接板下方連接彼此交叉的初級電路的軌跡的第一金屬軌跡。

根據(jù)一個實(shí)施例，交錯環(huán)路可以包括至少第二交叉區(qū)域，其中，用于連接初級電路的第二金屬軌跡在偏置端子的任一側(cè)上彼此交叉。第二連接軌跡中的一個可以在偏置端子上方經(jīng)過而另一個在下方經(jīng)過。

因此，初級和次級電路之間的架構(gòu)的對稱性和耦合的平衡還可以在交叉區(qū)域處優(yōu)化。有利地，偏置端子采用矩形板的形式，矩形板連接至次級電路的中點(diǎn)并位于次級電路的端子附近。這允許去耦電容器以關(guān)于空間和性能的優(yōu)化方式連接在偏置端子和差分電路的地之間。

根據(jù)一個實(shí)施例，在初級電路的至少一個部分上方，初級電路的金屬軌跡可以窄于次級電路的金屬軌跡。除了有利地減小變壓器占用的表面積之外，這還可以允許初級電路和其上制造變壓器的襯底的地之間存在的雜散電容被限制。

根據(jù)一個實(shí)施例，變壓器可以集成方式制造在半導(dǎo)體襯底的頂部上。

一種裝置還可以設(shè)置為包括天線；處理器；以及變壓器，耦合在天線與處理器之間，并且包括：通過相應(yīng)的交錯和堆疊金屬軌跡形成在相同平面中的初級電感電路和次級電感電路，和至少第一交叉區(qū)域，包括彼此面對的一對連接板，其中每個連接板均呈矩形，寬于金屬軌跡，并且對角地連接至次級電感電路的軌跡。此外，可以提供電信系統(tǒng)，其例如為包括這種電路的蜂窩移動電話類型或平板電腦類型等。

附圖說明

本公開的其他優(yōu)勢和特征將在閱讀不用于限制的實(shí)施例的詳細(xì)說明及其實(shí)施方式以及附圖的基礎(chǔ)上變得顯而易見，其中：

圖1以平面圖示出了根據(jù)本公開的變壓器；

圖2和圖3以立體圖示出了變壓器的交叉區(qū)域；

圖4示出了包括根據(jù)本公開的變壓器的射頻電信系統(tǒng)的輸入或輸出級。

具體實(shí)施方式

圖1以平面圖示出了對稱-不對稱變壓器或者平衡不平衡變換器BLN的一個實(shí)施例。平衡不平衡變換器BLN屬于平面P(其包括形成用于該實(shí)施例的整個架構(gòu)的對稱軸的軸X)，并且制造在半導(dǎo)體襯底SC上。

平衡不平衡變換器BLN包括初級電感電路L1，其通過設(shè)置形成八邊形環(huán)路的金屬軌跡形成，該環(huán)路在進(jìn)行三個完整旋轉(zhuǎn)(或三匝)的同時被纏繞和不纏繞。初級電路L1包括兩個端子SE和GND，它們被設(shè)計為以不對稱或單端模式分別連接至負(fù)載和地。例如，負(fù)載可以是發(fā)射或接收天線。

初級電路L1的端子SE和GND以對稱方式相對于軸X并排設(shè)置在平衡不平衡變換器BLN的外側(cè)上。平衡不平衡變換器BLN還包括次級電感電路L2，其通過設(shè)置形成八角形環(huán)路的金屬軌跡形成，該環(huán)路在制造兩匝的同時被纏繞和不纏繞，以交錯方式相對于初級電路L1的環(huán)路的匝設(shè)置。

形成初級L1和次級L2電路的匝的金屬軌跡P11-P15、P21-P25位于相同的金屬層級中。此外，初級和次級電路的環(huán)路的八邊形幾何形狀通過非限制性示例給出，并且可以采用另一種多邊形或圓形的形式。

例如，次級電路L2包括兩個端子PA1和PA2，它們被設(shè)計為以對稱或差分模式連接至功率放大器電路的晶體管。偏置端子VCC連接至次級電路L2的中點(diǎn)并且被設(shè)計為接收共模DC電壓。

次級電路L2的端子PA1、VCC和PA2分別以對稱方式相對于軸X并排設(shè)置。這在平衡不平衡變換器BLN的外側(cè)上，與包括初級電路L1的端子SE、GND的一側(cè)相對。

因此，初級L1和次級L2電感電路的交錯特性提供了初級電路L1的匝設(shè)置在次級電路L2的每一匝的軌跡的任一側(cè)上或直接與其相鄰的配置。初級和次級電路的匝的纏繞和不纏繞引入了金屬軌跡的交叉點(diǎn)。因此，金屬軌跡被堆疊，尤其在交叉區(qū)域中，分別在金屬化的較高層級和較低層級中在匝的金屬層級上方和下方穿過。

然而，考慮平衡不平衡變換器BLN包括在平面P內(nèi)，并且相對于軸X的對稱不考慮金屬化層級的高度差。由于架構(gòu)非常小的垂直尺寸，這通常在微電子學(xué)中是公認(rèn)的。

因此，平衡不平衡變換器BLN包括兩個交叉區(qū)域CR1和CR2，其中，金屬軌跡彼此交叉，通孔金屬軌跡被稱為連接軌跡。

第一交叉區(qū)域CR1位于初級電路的端子SE、GND的一側(cè)上的匝中，并且包括初級電路L1的交叉和次級電路L2的交叉。第二交叉區(qū)域CR2位于次級電路L2的端子的一側(cè)上的匝中，并且包括初級電路的交叉，其垂直地通過偏置端子VCC的任一側(cè)。

初級電路L1經(jīng)由到達(dá)第二交叉區(qū)域CR2的軌跡P11從端子SE延伸到端子GND。金屬連接軌跡PL6引導(dǎo)匝朝向環(huán)路內(nèi)部，并且將軌跡P11連接至軌跡P23(其延伸到第一交叉區(qū)域CR1)。在交叉區(qū)域CR1中，連接軌跡PL4引導(dǎo)匝朝向內(nèi)部并且將軌跡P23連接至軌跡P15。

初級電路L1描述了第一匝(一個完整的電路)。然后，該電路根據(jù)由在中點(diǎn)處連接到一起的軌跡P15和P25形成的兩個半匝描述第二匝。初級電路的環(huán)路至此被纏繞，然后開始不纏繞。軌跡P25到達(dá)第一交叉區(qū)域CR1，其中，連接軌跡PL3引導(dǎo)匝朝向外部并且將軌跡P25連接至軌跡P13。軌跡P13延伸到第二交叉區(qū)域CR2，其中，連接軌跡PL5引導(dǎo)匝朝向外部并且將軌跡P13連接至軌跡P21。然后，軌跡P21到達(dá)接地端子GND。因此，初級電路L1的軌跡形成被纏繞和不纏繞的三匝的環(huán)路。

次級電路從端子PA1延伸到端子PA2，其在軌跡P11下方穿過來與到達(dá)第一交叉區(qū)域CR1的軌跡P12接合。在交叉區(qū)域CR1中，連接板PL1引導(dǎo)匝朝向內(nèi)部并且將軌跡P12連接至軌跡P24。軌跡P24跟隨半匝到達(dá)連接至偏置端子VCC的中點(diǎn)位置。這里，次級電路L2通過纏繞形成第一匝并且開始不纏繞。軌跡P14開始于中點(diǎn)并且到達(dá)第一交叉區(qū)域CR1，其中連接板PL2引導(dǎo)匝朝向外部并且將軌跡P14連接至軌跡P22。在軌跡P21下方穿過之后，軌跡P22到達(dá)端子PA2。

次級電路的軌跡設(shè)置在初級電路的軌跡之間。具體地，軌跡P12位于軌跡P11和P13之間，軌跡P14位于軌跡P13和P15之間，軌跡P22位于軌跡P21和P23之間，以及軌跡P24位于軌跡P23和P25之間。恒定間隙從邊緣到邊緣將初級電路的軌跡與次級電路的軌跡分離。

這種配置形成了如下結(jié)構(gòu)：在次級電路與初級電路耦合的所有位置上方，從初級電路的一個端子到初級電路的對應(yīng)耦合位置的距離的總和等于從初級電路的另一端子到相同耦合位置的距離的總和。

在該結(jié)構(gòu)中，在初級電路接近一個端子的位置以及初級電路接近另一端子的位置處，次級電路以相同比例與初級電路耦合。換句話說，次級電路上的信號獲知的接地端子GND數(shù)與初級電路的負(fù)載端子SE數(shù)相同。

因此，當(dāng)信號在次級電路上方行進(jìn)時，該信號以均勻方式與初級電路的整體耦合，提供了良好的相位和振幅對稱性。這實(shí)現(xiàn)了關(guān)于相位的平衡和振幅的平衡的極好行為，尤其對于功率放大器應(yīng)用。

此外，初級電路L1的軌跡P11、P21、P15和P25窄于其他軌跡。它們的寬度近似為次級電路L2的軌跡的寬度的一半。較窄的金屬軌跡尤其允許金屬軌跡與襯底之間存在的雜散電容減小。初級電路中流動的電流通常低于次級電路中流動的電流。因此，軌跡的寬度相對于初級電路的特定部分的有利減小對于電流流動來說不是不利的。

還可以以兩個窄平行軌跡的形式形成軌跡P13和P23中的每一個。每個窄平行軌跡都可以通過相同的恒定分離與次級電路的軌跡邊緣分離。在該實(shí)施例中，用于連接初級電路的軌跡可以具有與次級電路的軌跡相同的厚度。這對于噪聲信號來說是有利的。

圖2示出了第一交叉區(qū)域CR1的立體圖，其中，為了更好地理解本實(shí)施例的架構(gòu)透明地示出了交錯和堆疊金屬軌跡。在第一交叉區(qū)域CR1中，次級電路P14的金屬軌跡經(jīng)由連接板PL2連接至金屬軌跡P22。次級電路P24的金屬軌跡經(jīng)由另一連接板PL1連接至軌跡P12。

連接板PL2形成在與形成初級和次級電感電路的匝的金屬軌跡相同的金屬層級處，并且采取矩形板的形式。軌跡P14和P22連接至位于矩形板的兩個相對側(cè)上的連接板PL2，每一個均位于側(cè)面的一個相應(yīng)端上，其中端部對角相對。

連接板PL1形成在一金屬層級上，該金屬層級高于初級和次級電感電路的金屬軌跡的層級。連接板PL1還采用矩形板的形式，其附加地包括分別位于矩形板的兩個相對側(cè)的兩個翼狀件。每個翼狀件都位于相應(yīng)側(cè)的一端上，其中端部對角相對。

軌跡P12和P24在相應(yīng)翼狀件的下表面上連接至連接板PL1。此外，連接板PL1和PL2的尺寸相同，并且在垂直于平面的垂直軸上對準(zhǔn)。次級電路的軌跡沿著對角線連接至一個連接板或者彼此相對連接。

此外，在該非限制性表示中，連接板PL1的翼狀件分別具有斜面1和2，在斜面上與矩形板PL1附接。該結(jié)構(gòu)對于電流流動來說是有利的，并且對于本公開實(shí)施的耦合的平衡方面不是有害的。確實(shí)，盡管沒有相對于軸X嚴(yán)格地幾何對稱，但該結(jié)構(gòu)關(guān)于初級和次級電路之間的耦合平衡。

圖3示出了第二交叉區(qū)域CR2的立體圖，其中，為了更好地理解本實(shí)施例提供的架構(gòu)，也透明地示出了交錯和堆疊金屬軌跡。在第二交叉區(qū)域CR2中，初級電路P11的金屬軌跡經(jīng)由連接軌跡PL6連接至金屬軌跡P23。連接軌跡PL6處于比形成電路的匝的軌跡的金屬化層級低的層級中，在偏置端子VCC下方穿過。

金屬軌跡P13經(jīng)由連接軌跡PL5連接至軌跡P21，在偏置端子VCC上方穿過，處于比形成電路的匝的軌跡的金屬化層級高的金屬化層級中。

偏置端子VCC采用矩形板的形式，并且沿著其一個寬度以在次級電路的中點(diǎn)處居中的這種方式連接。由于在偏置端子上流動的大電流，偏置端子的矩形板的寬度大約為金屬軌跡的寬度的兩倍。

因此，連接軌跡PL5和PL6在偏置端子VCC的任一側(cè)上以相對于軸X的對稱方式彼此交叉。這提供了關(guān)于相位和振幅對稱的良好性能特性。

連接軌跡PL5和PL6可以采用與偏置端子VCC的板相同大小的矩形板的形式，彼此且與偏置端子疊加。所有這三個沿著垂直于平面P的垂直軸對準(zhǔn)。

本公開可有利地用于射頻(RF)電信系統(tǒng)中的任何功率應(yīng)用，并且圖4示出了這種系統(tǒng)SYS的輸入或輸出級的一個示例。例如，該系統(tǒng)是蜂窩移動電話或平板型電腦，并且包括根據(jù)本公開的平衡不平衡變換器BLN。

平衡不平衡變換器BLN的初級電路L1的端子SE連接至天線ANT，其通常為50歐姆的阻抗，并且端子GND連接至外部地。天線可以用作發(fā)射器和接收器。

另一方面，次級電路L2的端子PA1和PA2以差分模式連接至處理裝置或處理器MTD。該例如可以包括低噪放大器LNA。次級電路L2的中點(diǎn)連接至去耦電容器Cap，去耦電容器連接至與差分模式電路相關(guān)聯(lián)的地GND_PA，差分模式電路連接至次級電路L2的端子。

因此，從單端模式(或差分模式)接收的輸入信號開始，平衡不平衡變換器BLN以差分模式(或單端模式)提供輸出信號，具有非常小的損失、良好的相位和振幅對稱，同時允許高密度的電流的通過。這種性能特性允許功率放大器與根據(jù)本公開的變壓器BLN組合的效率被優(yōu)化。

此外，本公開不限于剛剛描述的實(shí)施例，而是包括所有它們的變化。因此，描述了包括具有三匝的初級電路和具有兩匝的次級電路的平衡不平衡變換器，但是可以是，尤其是為了設(shè)計平衡不平衡變換器BLN的阻抗轉(zhuǎn)換比，初級電路包括N+1匝且次級電路包括N匝。N是大于或等于2的整數(shù)。包括先前所述特征的第一交叉區(qū)域和第二交叉區(qū)域的數(shù)量可以根據(jù)初級和次級電路的匝數(shù)而變化。