支持多頻段操作的傳接器與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供支持多個不同頻段的一多頻段傳接器。該多頻段傳接器包含一變壓器、一輸入開關(guān)電路、與一輸出開關(guān)電路。該變壓器包含在一主要側(cè)的至少一主要側(cè)線圈，其形成多個輸入端口、在一次要側(cè)的一次要側(cè)線圈、以及至少一輸出接點，該至少一輸出接點區(qū)分該次要側(cè)線圈為多個部分，該次要側(cè)線圈的全部以及該多個部分分別形成多個輸出端口，其中該多個輸入端口與該多個輸出端口系直流電絕緣且磁耦合。該輸入開關(guān)電路用于導(dǎo)通一射頻信號源到該多個輸入端口其中之一以傳輸信號。該輸出開關(guān)電路，用于連接該多個輸出端口其中之一到多個射頻輸出負(fù)載其中之一。
【專利說明】支持多頻段操作的傳接器與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明系關(guān)于傳接器，特別是支持多個不同頻段的多頻段傳接器（multiband transceiver)及其相關(guān)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，行動因特網(wǎng)與多媒體服務(wù)的使用呈現(xiàn)爆炸性的增長，用戶的需求包含 了瀏覽網(wǎng)站、下載音樂、電影串流、視頻會議、社群網(wǎng)絡(luò)與電視廣播等。因此，有許多先進 的行動裝置被開發(fā)出來，包括智能型手機、個人數(shù)字助理、平板計算機等，用于提供用戶 多種功能與服務(wù)。這些行動裝置在支持第三代寬帶碼分多址通訊系統(tǒng)/高速封包存取 系統(tǒng)（WCDMA/HSPA)，甚至是第四代長期演進通訊系統(tǒng)（ LTE)的同時，還要能夠向下兼容， 支持較舊的第二代全球行動系統(tǒng)（GSM)與二代半的通用封包無線服務(wù)/增強速率演進 (GPRS/EDGE)。舉一個最近的例子，蘋果公司的iPh 〇ne5與iPhone4S手機支持四個頻段 850/900/1800/1900MHZ 的全球行動系統(tǒng)（GSM)、四個頻段 850/900/1900/3100MHZ 的通用行 動通訊/高速下載封包存取/高速上傳封包存取系統(tǒng)（UMTS/HSDPA/HSUPA)、以及兩個頻段 8〇0/19〇011^的碼分多址數(shù)據(jù)優(yōu)化版本4(00默￡￥-00 1^￥.八）系統(tǒng)，總共需要支持六個不同 的頻段。更有甚者，第四代行動通訊標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，全球總共有超過四十個頻段可供通訊。
[0003]在支持多個頻段組合的同時，也需要考慮到行動裝置的成本與尺寸。現(xiàn)行手機廣 泛地使用個別獨立的功率放大器。舉例來說，一支手機內(nèi)可以包含一個支持四頻段的功率 放大器模塊，其用于第二代與二代半的行動系統(tǒng)，還可以包含一至五個支持單頻段的功率 放大器模塊，分別用于支持第三代與第四代的行動系統(tǒng)。雖然上述多模塊的配置能夠享有 良好的整體傳送性能，但必須付出尺寸與成本作為代價。
[0004]因此，集成的功率放大器被提出，用以減少射頻信號的路徑與零組件成本以及降 低電路板上的繞線復(fù)雜度。圖1為使用集成功率放大器的智能型手機的傳送器路徑的一示 意圖。此既有技術(shù)包含了一傳接器10、一功率放大器模塊12、多個絕緣器（isolator) 18、一 天線開關(guān)14、與一主天線16。如圖1所示，用于支援多模多頻段（MMMB, multiple-mode, mu ltiple-band)輸出的功率放大器模塊12內(nèi)部包含兩個功率放大器，其一用于較高頻段，另 一個用于較低頻段。所謂的多模指的是多種通信標(biāo)準(zhǔn)，而多頻段指的是多個輸出信號的頻 段。例如，由一高頻段功率放大器22"3所提供的高頻段輸出支持從1. 71到1. 98GHz的飽和 尚斯濾波最小頻移鍵控（GMSK, Gaussian filtered Minimum Shift Keying)模式與線性寬 帶碼分多址通訊系統(tǒng)/高速封包存取系統(tǒng)（WCDMA/HSPA)的無線通信。同時，由一低頻段功 率放大器 22lb所提供的低頻段輸出支持從8?到915MHz的第二代全球行動系統(tǒng)（GSM)與 二代半的演進式全球行動系統(tǒng)（EGSM)，以及第三代行動通信標(biāo)準(zhǔn)。一個置于功率放大器之 后的開關(guān)20用于導(dǎo)通每一模式與每一操作頻段所需的信號。
[0005]透過射頻連接端口 1^(^或即01；5，上述的傳接器10將處在不同頻段的射頻信號 饋送到功率放大器模塊I2。一般來說，在傳統(tǒng)的解決方案當(dāng)中，會采用兩個預(yù)功率放大器 (PPA，pre power amplifier)，而不只使用單一個預(yù)功率放大器。預(yù)功率放大器的數(shù)量將與 支持的頻段或模式的數(shù)量成正比。圖2示出了傳接器的一種解決方案，可用于提供兩個射 頻信號路徑，以分別連接圖1示出的高頻段功率放大器22^與低頻段功率放大器22ω。該 傳接器包含一預(yù)功率放大器30、一輸入開關(guān)電路3 2、變壓器34ΗΒ與34LB、一輸出開關(guān)電路 38、與一對高頻段與低頻段的射頻連接端口 RFOHB與RFOLB。根據(jù)頻段選擇的結(jié)果，輸入開 關(guān)電路32將射頻信號從預(yù)功率放大器 3〇分別導(dǎo)通到變壓器34ffi與34LB其中之一的主要 側(cè)線圈，變壓器34 HB與34LB的次要側(cè)線圈又透過上述的輸出開關(guān)電路洲分別連接到高頻 段與低頻段的射頻連接端口 RFOHB與RFOLB。這兩個變壓器34HB與3\B在磁耦合（magnetic coupling)方面互相獨立。圖2示出的解決方案在設(shè)計頻段選擇與阻抗比時較為方便，因為 對其中一個變壓器的優(yōu)化并不影響另一個變壓器。然而，實作在集成電路芯片內(nèi)的單晶變 壓器（monolithic transformer)總是會占用傳接器部分內(nèi)相當(dāng)可觀的桂晶圓面積。如圖 2所示的兩個單晶變壓器將使用過量的面積和成本。
[0006] 圖3A與圖3B示出了圖2解決方案的兩例變型，每一例僅使用單一變壓器以節(jié)省 兩個變壓器所占用的硅晶圓成本。在圖Μ當(dāng)中，變壓器3匕包含一個主要側(cè)線圈與兩個次 要側(cè)線圈。輸出開關(guān)電路42根據(jù)頻段選擇的結(jié)果選擇并導(dǎo)通這兩個次要側(cè)線圈其中之一。 圖3B所示的變壓器 36b包含兩個主要側(cè)線圈與一個次要側(cè)線圈。開關(guān)電路32與40根據(jù) 高頻段與低頻段模式選擇，適當(dāng)?shù)貙?dǎo)通射頻信號。
[0007] 盡管圖Μ與圖邪的范例均只有單一個變壓器，但無 可避免地是，此類設(shè)計將付 出共鳴調(diào)整（resonant tuning)或負(fù)載線路阻抗優(yōu)化方面的代價。設(shè)計方面的困難將在 圖4A與圖4B中解釋。圖4A示出了具有適當(dāng)調(diào)校過的主要側(cè)線圈51與次要側(cè)線圈53的 一變壓器50,主要側(cè)線圈51與次要側(cè)線圈53分別連接到一預(yù)功率放大器30與一負(fù)載電 阻52。該負(fù)載電阻52表示某一射頻連接端口的路徑的特征阻抗R L。圖4B所示為圖4A范 例的一等效電路。VG表示預(yù)功率放大器3〇的驅(qū)動輸出電壓，R G表示預(yù)功率放大器30的等 效輸出阻抗，CP表示可調(diào)式電容55的電容值，:^表示主要側(cè)線圈51的輸入寄生串行電阻 (parasitic series resistance)，kn表示變壓器50的耦合系數(shù)，LP表示主要側(cè)線圈51的 電感值，（1-1ν- 2)χ LP表示主要側(cè)線圈51的漏電電感值，lv-2x LP表示變壓器的互耦合 電感值，η表不主要側(cè)與次要側(cè)線圈的阻數(shù)比（turn ratio)，以及I^/Oi/kJ2表示變壓器50 自次要側(cè)轉(zhuǎn)移到主要側(cè)的有效負(fù)載阻抗。圖4A的主要側(cè)線圈51與可調(diào)式電容55來自于 一電感電容諧振震蕩器（LC tank)，其共振頻率決定了一選擇頻段的中心頻率。在圖3A所 示的解決方案中，LP值是一常數(shù)。當(dāng)高頻段的頻率高于低頻段的頻率三倍時，可調(diào)式電容 55 的電容值CP必須是9倍可調(diào)，以便在高頻段與低頻段之間切換。為了要涵蓋這么大的電容 可調(diào)范圍，圖 3A當(dāng)中的可調(diào)式電容31就必須要占用大的硅晶圓面積，亦即付出較高成本， 使得圖3A的解決方案不甚適當(dāng)。據(jù)此，圖 3B所示出的兩個電容器的電容可調(diào)范圍可以顯 著地減少。例如，要組成具有三倍頻率的電感電容諧振震蕩器，圖4B的主要側(cè)線圈的電感 值W需要變?yōu)?倍大，而其電容值C P則保持大致不變。請注意在圖3B當(dāng)中的次要側(cè)電感 值Ls在高頻段與低頻段操作中總是保持不變。從圖4B可以歸納出，當(dāng)匝數(shù)比變?yōu)槿稌r， 負(fù)載線阻抗V(η/1〇 2隨之減少，越過負(fù)載線阻抗?ν(η/1〇2的壓降VmmE隨之改變。當(dāng)壓 降Vcquple相關(guān)于變壓器的總輸出功率時，圖 3B所示解決方案的功率增加效率（pAE，p〇wer added efficiency)就無法同時針對高頻段與低頻段的操作優(yōu)化。


【發(fā)明內(nèi)容】
-------- _8^ 實刪巾，本發(fā)日服供支持鄉(xiāng)個不__-多搬傳驗 器包? USU人開關(guān)電路、與-輸出開關(guān)幅。該變麵包含在_ ?^小一 主要側(cè)線圈，其形成多個輸入端口、在-次要側(cè)的一次要側(cè)線圈、以及至少中按廣 至少-輸出接點區(qū)分該次·_為多個·，該次要繊_全總 === 形成多個輸出端□，其巾該多個輸人端的該多個輸出端ρ系直流峻緣 1刀 入開關(guān)電賴于導(dǎo)通-觀信號翻該多個輸人勒其巾之-以傳輸信號 &g 3 路，用于連接該多個輸出端口其中之一到射頻輸出負(fù)載。 1
[0009]在另一實施例中，本發(fā)明提供支持多頻段通訊的一方法，其包含以下井 一 變壓器，用以轉(zhuǎn)換一主要側(cè)及一次要側(cè)間的電壓，其中該變壓器包含在-主要j則的^ 要側(cè)麵'難斜輸人端η與在-次翻的-次翻_以及斜輸賊? 線圈的全部或-部選擁地與該斜輸離點_斜輸；^端日，其巾該斜?與 該多個^出端口系直流電絕緣且磁耦合；在一第一頻段操作時，導(dǎo)通一射頻信號源到該多 個輸入端α其中的-第-輸入端ρ，以及導(dǎo)通-第-射麵出負(fù)_該多個輸出端'口 ^中 的一第=輸出端口；以及在一第二頻段操作時，導(dǎo)通該射頻信號源到該多個輸入端口 g中 的一第二輸入端口，以及導(dǎo)通一第二射頻輸出負(fù)載到該多個輸出端口其中的一第二出' 口；其中該第一頻段的頻率高于該第二頻段的頻率。 一
[0010]在另一實施例中，本發(fā)明提供支持多頻段通訊的一方法，其包含以下步驟·透過一 電容連接一第一輸入端口與一信號源以選擇一第一頻段信號來組成一第一電感電容諧振 震蕩器；將一第一射頻輸出負(fù)載自一第一輸出端口磁轉(zhuǎn)移到該第一輸入端口，以在一第一 頻段操作中的該信號源的輸出處形成一中間負(fù)載阻抗；透過一電容連接一第二輸入端口與 該佶號源以選擇一第二頻段信號來組成一第二電感電容諧振震蕩器；以及將一第二射頻輸 出負(fù)載自一第二輸出端口磁轉(zhuǎn)移到該第二輸入端口，以在一第二頻段操作中的該信號源的 輸出處形成另一中間負(fù)載阻抗;其中該第一與第二輸入端口以其該第一與第二輸出端口共 享一磁核心，形成該第二輸出端口的一線圈包含形成該第一輸出端口的一線圈。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1示出使用集成功率放大器的智能型手機的一方塊示意圖。
[0012]圖2標(biāo)出具有兩個射頻信號路徑的傳接器的一傳統(tǒng)解決方案。
[0013] 圖Μ與圖3B示出圖2解決方案的兩例變型。
[0014]圖4A示出具有適當(dāng)調(diào)校過的主要側(cè)線圈與次要側(cè)線圈的一變壓器。
[0015] 圖4B示出圖4A的一等效電路。
[0016]圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的一多頻段傳接器。
[0017]圖6A示出當(dāng)圖5處于高頻段操作時，輸入開關(guān)電路64與輸出開關(guān)電路68的所有 開關(guān)狀態(tài)。
[0018]圖6B示出當(dāng)圖5處于低頻段操作時，輸入開關(guān)電路64與輸出開關(guān)電路68的所有 開關(guān)狀態(tài)。
[0019]圖7A示出包含寄生電容與電阻性質(zhì)的真實輸出開關(guān)的圖6A的電路。
[0020] 圖7B示出圖7A的一等效電路。
[0021]圖8A示出在次要側(cè)線圈有兩個接點的一三線圈組變壓器。
[0022]圖8B示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有兩個接點的一變壓器。
[0023]圖8C示出在主要側(cè)與次要側(cè)線圈中具有多個^點的變壓器°92。
[0024]圖9示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的另一多頻段傳接器。 。
[0025]圖10A示出當(dāng)圖9的傳接器100處在第一頻段操作時的各連接端口的連接狀態(tài)。 [0026] 圖10B示出當(dāng)圖9的傳接器100處在第N頻段操作時的各連接端口的連接狀態(tài)。 [0027]圖11不出根據(jù)本發(fā)明一實施例的一射頻接收器。
[0028] 圖12示出當(dāng)圖11的射頻接收器200自天線16M接收射頻信號并使用低噪放大器 LNAn放大信號時，各連接端口的連接與狀態(tài)。
[0029] 符號說明
[0030] 10 傳接器
[0031] 12 功率放大器模塊
[0032] 14 天線開關(guān)
[0033] 16、161 ?16M 主天線
[0034] 18 絕緣器
[0035] 20 開關(guān)
[0036] 22 功率放大器
[0037] 22LB低頻段功率放大器 [0038] 22HB高頻段功率放大器 [0039] 30 預(yù)功率放大器
[0040] 31 可調(diào)式電容
[0041] 32 輸入開關(guān)電路
[0042] 34LB、34HB 變壓器
[0043] 36A、36B 變壓器
[0044] 38 輸出開關(guān)電路
[0045] 40 輸出開關(guān)電路
[0046] 50 變壓器
[0047] 51 主要側(cè)線圈
[0048] 52 負(fù)載電阻
[0049] 53 次要側(cè)線圈
[0050] 55 可調(diào)式電容
[0051] 60 多頻段傳接器
[0052] 61LB、61HB可調(diào)式電容器
[0053] 62 預(yù)功率放大器
[0054] 64 輸入開關(guān)電路
[0055] 66 三線圈組變壓器
[0056] 68 輸出開關(guān)電路
[0057] 7〇L、7〇H主要側(cè)線圈
[0058] 72L、72H、72ADD 次要側(cè)線圈
[0059] 74TP輸出接點
[0060] 8〇LL、SOHL射頻輸出負(fù)載
[0061] 90 三線圈組變壓器
[0062] 91 三線圈組變壓器
[0063] 92 三線圈組變壓器
[0064] 1〇〇多頻段傳接器 [0065] 102預(yù)功率放大器
[0066] 104輸入開關(guān)電路
[0067] 1〇6多連接端口變壓器
[0068] 108輸出開關(guān)電路
[0069] 2〇4輸入開關(guān)電路
[0070] 206變壓器
[0071] 208輸出開關(guān)電路
[0072] S 開關(guān)
[0073] Tap 接點
[0074] TI 輸入連接端口
[0075] T0 輸出連接端口
[0076] RF0射頻連接端口

【具體實施方式】
[0077]圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的一多頻段傳接器60,其包含一預(yù)功率放大器62、可 調(diào)電各61m與61lb、一知入開關(guān)電路64、一三線圈組變壓器（trifilar transformer) 66、以及 一輸出開關(guān)電路68。上述的預(yù)功率放大器62作為一射頻信號源。該三線圈組變壓器 66有 兩個主要側(cè)線圈70H與70L與一個次要側(cè)線圈72t。所有在變壓器內(nèi)的線圈都彼此磁耦合， 且主要側(cè)是直流電絕緣于次要側(cè)。該主要側(cè)線圈 7〇11與7〇?分別作為一高頻段輸入端口 TIhb 與一低頻段輸入端口 ΤΙω。該次要側(cè)線圈72^的兩個連接終端組成一低頻段輸出端口 T(\B。 該次要側(cè)線圈的一個連接終端與一輸出接點（output tap)74">組成一高頻段輸出端口 TOhb，其相應(yīng)于該次要側(cè)線圈的某一段，標(biāo)之為72h。也就是說，輸出接點（output tap)74TP 區(qū)分次要側(cè)線Μ 72ε為兩部分，使次要側(cè)線圈72[^的全部形成低頻段輸出端口 T0m，以及其 中一部份形成高頻段輸出端口 T0HB。高頻段輸入端口 Τ?^、低頻段輸入端口 TL、高頻段輸 入端口 Tim與低頻段輸入端口 ΤΙ?Β共享一磁核心。在高頻段操作中所傳送的載波頻率的射 頻信號高于低頻段操作的頻率。
[0078]為了實現(xiàn)頻段選擇的目的，上述的輸入開關(guān)電路64被安排在三線圈組變壓器66 與預(yù)功率放大器62之間，而輸出開關(guān)電路68被安排在三線圈組變壓器66之后。上述的輸 出開關(guān)電路68具有開關(guān)SH1/S H2/SH與SU/SL2/SL，用于連接或斷開在T0 m/T(\B與RF0hb/RF0lb 之間的線路。T〇hb/TOlb與RFOJRFOu分別為三線圈組變壓器66的輸出端口，以及在高/低 頻段操作時的射頻輸出負(fù)載（80 a與80J的射頻連接端口。
[0079]圖6A示出當(dāng)多頻段傳接器60于高頻段操作時，輸入開關(guān)電路64與輸出開關(guān)電路 68的所有開關(guān)狀態(tài)。如圖6A所示，高頻段輸入端口 TIhb被輸入開關(guān)電路64選來連接預(yù)功 率放大器62。同時，高頻段輸出端口 T〇hb被輸出開關(guān)電路68選來連接射頻連接端口 RF〇hb 以驅(qū)動射頻輸出負(fù)載8(V。在本實施例中,射頻連接端口 RF〇m系連接到一外部功率放大器。 在低頻段輸入端口 TILB與預(yù)功率放大器62之間的直流/交流耦合系透過輸入開關(guān)電路64 來控制，低頻段輸出端口扣^與低頻段射頻連接端口 RF(\B之間的直流/交流耦合系透過輸 出開關(guān)電路68來控制。在高頻段操作時，如圖6A所示，低頻段輸入端口 TU與低頻段輸出 端口 Τ0ω并未被選取，維持開路狀態(tài)。低頻段輸入端口 Tim與預(yù)功率放大器62之間為開 路，低頻段輸出端口 ^^與低頻段射頻連接端口 RF(\B之間也為開路。在輸出開關(guān)電路68 的內(nèi)部，開關(guān)SH、Su、與S t2設(shè)為開路，開關(guān)&、SH1、與SH2設(shè)為通路。具有高頻段頻率的射頻 信號沿著線路依序通過預(yù)功率放大器62、高頻段輸入端口 TIm、三線圈組變壓器66的主要 側(cè)線圈70H與次要側(cè)線圈72H、高頻段輸出端口 TOhb、以及射頻連接端口 RF0HB，以連接射頻輸 出負(fù)載8(V，進而輸出到一外部功率放大器以供信號放大與傳輸，據(jù)此完成相應(yīng)的高頻段操 作。
[0080] 與圖6A相類，圖6B顯示當(dāng)多頻段傳接器60于低頻段操作時，輸入開關(guān)電路64與 輸出開關(guān)電路 68的所有開關(guān)狀態(tài)。如圖6B所示，低頻段輸入端口 ΤΙ?Β被輸入開關(guān)電路64 選來連接預(yù)功率放大器62。同時，低頻段輸出端口 Τ(\Β被輸出開關(guān)電路68選來連接射頻連 接端口 RFOu以驅(qū)動射頻輸出負(fù)載8(^。在低頻段操作中，高頻段輸入端口 ΤΙΗΒ與高頻段輸 出端口 Τ0ΗΒ并未被選取，維持開路狀態(tài)。在輸出開關(guān)電路68的內(nèi)部，開關(guān)SH1、與SH2設(shè) 為開路，開關(guān)S H、SU、與設(shè)為通路。具有低頻段頻率的射頻信號沿著線路依序通過預(yù)功率 放大器62、低頻段輸入端口 ΤΙ?Β、三線圈組變壓器66的主要側(cè)線圈70H與次要側(cè)線圈72^ 低頻段輸出端口 TC^、以及射頻連接端口 RF(\B，以連接射頻輸出負(fù)載8(^，進而輸出到一外 部功率放大器以供信號放大與傳輸，據(jù)此完成相應(yīng)的低頻段操作。
[0081] 簡而言之，三線圈組變壓器66的每一個主要側(cè)線圈都只能適用于某一頻段的操 作。而低頻段操作會用到三線圈組變壓器66的次要側(cè)線圈72^的全部，高頻段操作只會用 到三線圈組變壓器66的次要側(cè)線圈72^的其中一部份。
[0082] 在低頻段操作中，借助輸入開關(guān)電路64與輸出開關(guān)電路68,三線圈組變壓器66將 射頻輸出負(fù)載80α從低頻段輸出端口 Τ0ω磁性轉(zhuǎn)換到低頻段輸入端口 TL，以便組成預(yù)功 率放大器62的一中間負(fù)載阻抗（immediate load impedance)。在高頻段操作中，三線圈組 變壓器66將射頻輸出負(fù)載8(V從高頻段輸出端口 T(\B磁性轉(zhuǎn)換到高頻段輸入端口 ?ΗΒ，以 便組成預(yù)功率放大器62的另一中間負(fù)載阻抗。
[0083] 本發(fā)明所提供的傳接器60很容易進行共振頻率調(diào)整與負(fù)載線阻抗的優(yōu)化。對髙 頻段操作而言，共振頻率是由可調(diào)式電容61m與主要側(cè)線圈70Η所決定，主要側(cè)線圈70 Η與 可調(diào)式電容61m組成一電感電容諧振震蕩器（LC tank)，其共振頻率決定了該高頻段的中 心頻率。而如圖4B所示，負(fù)載線阻抗基本上是由匝線比nH與耦合系數(shù)所決定。在此處 的耦合系數(shù)為主要側(cè)線圈70 H與次要側(cè)線圈72H之間的耦合系數(shù)，而匝線比nH大約是 而/ ,其中L7CIH與L72H分別為主要側(cè)線圈70H與次要側(cè)線圈72 H的電感值，或者分別 為高頻段輸入端口 ΤΙ%與高頻段輸出端口 TOhb的電感值。同樣地，對低頻段操作而言，可調(diào) 式電容61?Β與主要側(cè)線圈7(\所決定共振頻率，且匝線比％與耦合系數(shù)kml決定負(fù)載線阻 抗。在此處的耦合系數(shù)為主要側(cè)線圈7(\與次要側(cè)線圈7?之間的耦合系數(shù)，而匝線比 nL大約是#^/爲(wèi)^，其中與W分別為主要側(cè)線圈70L與次要偵_圈7?的電感值，或 者分別為低頻段輸入端口 Tim與低頻段輸出端口 T0LB的電感值。上述的耦合系數(shù)kmH與 在小的漏磁通量（magnetic-flux leakage)時可以接近1。如果可調(diào)電容61m具有和可調(diào) L· 電容61?Β相同的電容值時，透過令匝線比等于I可決定主要側(cè)線圈與70h， 其中fH與4分別為高頻段與低頻段操作時所想要設(shè)定的共振頻率。因此，L皿要大于LroH。 可以如圖4B所示，根據(jù)在高頻段操作時的負(fù)載線阻抗與功率增加效率的需求，決定匝數(shù)比 nH，即可決定次要側(cè)線圈72H。在設(shè)定完關(guān)于次要側(cè)線圈72H的參數(shù)之后，次要側(cè)線圈7?與 次要側(cè)線圈72 H之間的差異可以根據(jù)匝數(shù)比R來決定，而匝數(shù)比化則是根據(jù)在低頻段操作 時的負(fù)載線阻抗與功率增加效率的需求所決定。如圖 5所示，可以串接一額外的線圈72麵 與次要側(cè)線圈72H來組成次要側(cè)線圈72^，而不會影響到相應(yīng)于輸出端口 T〇hb的電感值1^721{。 換句話說，次要側(cè)線圈72H的設(shè)計可以和次要側(cè)線圈72 L的設(shè)計脫勾。據(jù)此，高頻段操作與 低頻段操作時的負(fù)載線阻抗可以獨立進行優(yōu)化，使得高頻段操作與低頻段操作時的功率增 加效率優(yōu)化。在一實施例中，電感比L7 2H/WQH大致等于L72L/L7a，亦即匝數(shù)比n H實質(zhì)上相等 于％。換言之，高頻段操作與低頻段操作時的負(fù)載線阻抗將大致相等。當(dāng)然，本發(fā)明并不限 定于此。在其他實施例中的L 72H/L7C1H是可以設(shè)定的，且可與L72yL7M_不同。
[0084] 圖5所揭露的實施例當(dāng)中只有單一個變壓器，卻可以支持不同頻段的操作。和其 他使用多個變壓器來支持多頻段操作的設(shè)計相比，硅晶圓耗費的成本較低。此外，其電感值 在高頻段操作時決定了負(fù)載線阻抗與功率增加效率的次要側(cè)線圈72 H，可以在傳接器60于 低頻段操作時重復(fù)使用，據(jù)此減少了變壓器66的整體尺寸?？梢赃x擇主要側(cè)線圈7(^與次 要側(cè)線圈72 H的參數(shù)，以符合在高頻段操作時的需求，例如共振頻率調(diào)整、負(fù)載線阻抗、與功 率增加效率等。同時可以優(yōu)化主要側(cè)線圈與次要側(cè)線圈72^的參數(shù)，而不會減損在低頻 段操作時的性能?？偠灾?，傳接器可以同時滿足高頻段與低頻段操作時的需求。
[0085] 根據(jù)先前技術(shù)的描述，圖4A與圖4B所示的變壓器設(shè)計是在假定開關(guān)電路為理想 狀態(tài)下，亦即開關(guān)電路的每一個開關(guān)在開路時可以同時阻斷直流電信號和交流電信號。但 在實際上，由于集成電路內(nèi)的開關(guān)通常是由晶體管所構(gòu)成，在關(guān)閉狀態(tài)（off state)下，由 于晶體管終端之間的寄生電容效應(yīng)只具有有限的阻抗值。由于阻抗和電容性相關(guān)，當(dāng)操作 頻率增加時，阻抗值將隨之減少。如圖7A所示，當(dāng)開關(guān)S u和處在關(guān)閉狀態(tài)時將成為兩 個具有限阻抗值的電容CU1和Cu，導(dǎo)致三線圈組變壓器66與射頻連接端口 RF(\B之間的絕 緣變差。射頻輸出負(fù)載8〇α不可避免地被三線圈組變壓器66部分轉(zhuǎn)移到高頻段輸入端口 TIhb，高頻段操作時的負(fù)載線阻抗值將會偏離優(yōu)化值。在本發(fā)明中，圖6A的開關(guān)將用于 解決由處于關(guān)閉狀態(tài)的開關(guān)Su和導(dǎo)致的寄生電容效應(yīng)。圖7A為圖6A的一個實施例變 型，其具有電容器C m、（^2、Csu、與CSL2來分別表示開關(guān)電路64與68內(nèi)處于關(guān)閉狀態(tài)的各 開關(guān)。并聯(lián)到射頻連接端口 RFOhb與RF(\B的射頻輸出負(fù)載8(V與80α分別表示相應(yīng)于射 頻連接端口 RF0HB與RFOlb的射頻負(fù)載阻抗RHL與RLL。圖7Α中的電阻82^用于表示圖6Α中 處于開啟狀態(tài)（on state)的開關(guān)&的阻抗Ra。圖7B所示為圖7A的一等效電路，其與圖 4B相類，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以從先前的教示中明白其變化。和圖4B的不同處在于， 圖4B只有一個負(fù)載電阻WkJ 2,圖7B還另有一電路84t作為自次要側(cè)線圈72^磁轉(zhuǎn)換 到主要側(cè)線圈7?的負(fù)載阻抗。電路8炱內(nèi)部為串聯(lián)的一電容與一電阻，以表示圖7A中位 于變壓器66的次要側(cè)的電容器CLL1與CLL2、電阻82^、以及射頻輸出負(fù)載80^的整體改變結(jié) 果。據(jù)此，電路84 t的阻抗包含了一電阻R84t與一電抗X^，其與次要側(cè)的其他組件的關(guān)系示 于圖7B,其中nx lH大致接近于/4?，且kmUI為主要側(cè)線圈70H與次要側(cè)線圈72^之間 的耦合系數(shù)。圖7B出現(xiàn)的電阻R84l與電抗X8tt將使得整體頻率響應(yīng)復(fù)雜化，并有可能讓電 感電容網(wǎng)絡(luò)的共振頻率偏移。最小化電抗X84t可以減少頻率偏移，但無法完全消除偏移，其 原因在于每個開關(guān)的設(shè)計必須在開啟狀態(tài)低電阻與關(guān)閉狀態(tài)高阻抗兩者之間作尺寸的取 舍與妥協(xié)，而晶體管的寄生電容值恰和尺寸大小成正比。開關(guān)有助于在高頻段操作時減 少射頻輸出負(fù)載80 LL的效應(yīng)，由于在此時刻，開關(guān)SL被開啟以便將射頻輸出負(fù)載80^短路， 其開關(guān)的阻抗遠(yuǎn)低于射頻輸出負(fù)載80 α的阻抗。當(dāng)來自于并聯(lián)的Rst與Ra的有 效阻抗較小時，電阻R 84I_相對于電抗X84L而言就變得無關(guān)緊要了。這使得電路8\的阻抗值 幾乎純粹為反應(yīng)性（reactive),可以輕易地透過可調(diào)電容61m來進行調(diào)整或補償?？偨Y(jié)來 說，開關(guān)S L提供了一組旁通電路令三線圈組變壓器冊絕緣于射頻輸出負(fù)載80[χ，使得高頻 段操作時的共振調(diào)整變得容易。以上的分析也可以適用于連接到圖6Β所示的射頻連接端 口 RF0HB的分流開關(guān)SH上，其也提供類似的優(yōu)點。
[0086]盡管圖5示出了具有單一輸出接點的三線圈組變壓器，但本發(fā)明并不局限于此。 本發(fā)明的實施例可以使用不同種類的變壓器。例如，圖5的變壓器66可以被圖8A所示具 有兩個輸出接的三線圈組變壓器go所取代。在次要側(cè)，兩個輸出接點了叩以 與Tap s2組成一高頻段輸出端口 πν，整個次要側(cè)線圈的兩個終端組成了一低頻段輸出端口 T〇lb。
[0087]圖8B所示的變壓器91在本發(fā)明的某些實施例中可以用于替換圖5所示的變壓器 66。變壓器91具有兩個接點。在主要側(cè)方面，整個主要側(cè)線圈的兩個終端組 成了低頻段輸入端口 ΤΙ^，而整個主要側(cè)線圈的某一個終端與輸入接點TaPpi組成了高頻段 輸入端口 TIhb。在次要側(cè)方面，整個次要側(cè)線圈的兩個終端組成了低頻段輸出端口 τ〇ω，而 整個次要側(cè)線圈的某一個終端與輸出接點Tapsl組成了高頻段輸出端口 Τ〇Η^
[0088]圖8C所示的變壓器92具有多個輸入接點與輸入接點，可用于在本發(fā)明的某些實 施例中替換圖5所示的變壓器66。在此范例當(dāng)中，在主要側(cè)有兩個接點，另有兩個接點在次 要側(cè)。在變壓器 92主要側(cè)的兩個輸入接點TaPpi與TaPp2組成一高頻段輸入端口 TIm，而主 要側(cè)線$的兩個終端組成了一低頻段輸入端口 TILB。在變壓器92次要側(cè)的兩個輸出接點 組成一高頻段輸出端口 τοΗΒ，而次要側(cè)線圈的兩個終端組成一低頻段輸出端口 τ〇?Β。
[0089]本發(fā)明并不限于兩個頻段的操作，也可以擴充到多頻段的作業(yè)。比方說，圖9示出 了一多頻段傳接器100,其包含一預(yù)功率放大器1〇2、一輸入開關(guān)電路1〇4、一多連接端口變 壓器106、與一輸出開關(guān)電路1〇8。變壓器1〇6的主要側(cè)線圈提供多個輸入端口， ΤΙι到ΤΙν。 變壓器的整個次要側(cè)線圈的兩個終端形成輸出端口 TOi，每一個輸出接點與次要側(cè)的某一 終端個別形成其他的輸出端口，坤到叫。輸出端口 TIjljTIN的其中之一透過輸入開關(guān)電 路104連接到預(yù)功率放大器1〇2,而輸出端口 τ〇ι到t〇n的其中之一透過輸出開關(guān)電路湖 連接到射頻連接端口 RF0!到RF0N的其中之一。在其他的實施例中，某一輸出端口可以由兩 個接點組成，或是由一個接點與一個終端組成。
[0090]圖10A示出當(dāng)傳接器100在第一頻段操作時，圖9所示實施例各連接端口的連接 與狀態(tài)。輸入端口 ΤΙ!被選來連接到預(yù)功率放大器102,且輸出端口 TOi被選來連接到射頻 連接端口斯〇1，其用于饋送射頻信號到一外部功率放大器。其他的輸入端口 TI2到1^與輸 出端口 το2到τοΝ全都未被選擇或是設(shè)為開路。射頻連接端口 rf〇2到RF〇N的兩個終端都互 相連接通路，令它們對輸出端口 TI1的輸出阻抗的影響為反應(yīng)性的。圖10B示出類似的實 施例，亦即當(dāng)傳接器100在第N頻段操作時，圖9所示實施例各連接端口的連接與狀態(tài)。由 于圖示已經(jīng)簡明易懂，因此不對圖10B多加解釋。
[0091] 根據(jù)本發(fā)明各實施例的變壓器可以是在一個以上金屬層的硅芯片上實作的金屬 條所形成的單晶變壓器。在一實施例中，圖5的變壓器66的主要側(cè)與次要側(cè)線圈在單一金 屬層上纏繞以形成平面螺旋狀的微金屬條。在另一實施例中，變壓器66的主要側(cè)線圈為在 單一金屬層上的螺旋狀導(dǎo)體，而變壓器 66的次要側(cè)為另一金屬層上的螺旋狀導(dǎo)體。所有螺 旋狀導(dǎo)體可以同心圓形式對齊排列或是間隔排列。
[0092] 盡管本發(fā)明已經(jīng)說明了各實施例中變壓器的操作方式、具備的性能、以及其優(yōu)點， 但本發(fā)明的范圍并不限于此。比方說，本發(fā)明的一實施例為接收空氣傳播的射頻信號地一 射頻接收器，其具有介于一三線圈組變壓器及一天線之間的一輸入開關(guān)電路。
[0093] 在一實施例中，圖11示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的一射頻接收器200。天線lh到 16 M為信號源，其可透過輸入開關(guān)電路204與輸入端口 TL到TIM相連或斷開。輸出開關(guān)電 路208用于連接輸出端口 TC^到T0N的其中之一到低噪放大器LNAi到LNAn的其中之一。盡 管圖11所示的變壓器206和圖9所示的多連接端口變壓器106相同，但可以使用本發(fā)明所 揭示的任何一種變壓器來取代變壓器206。射頻接收器200針對低噪放大器提供單一或多 重阻抗轉(zhuǎn)換的輸入匹配（input matching)，諸如增益匹配與噪訊匹配。圖12示出圖11的 射頻接收器200自天線16M接收射頻信號并使用低噪放大器LNA n放大信號時，各連接端口 的連接與狀態(tài)。
[0094] 雖然以上述范例與優(yōu)選的實施例來說明本發(fā)明，然而本發(fā)明的范圍并不限定于 此。反之,上述說明系用于涵蓋本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的各式變型與相似的設(shè)計。因 此，以下的權(quán)利要求范圍應(yīng)該采取最寬的解釋以便涵蓋所有各式變型與相似的設(shè)計。
【權(quán)利要求】
1. 支持多個不同頻段的多頻段傳接器，包含： 變壓器，其包含在主要側(cè)的至少一主要側(cè)線圈，其形成多個輸入端口、在次要側(cè)的次要 側(cè)線圈、以及至少一輸出接點，該至少一輸出接點區(qū)分該次要側(cè)線圈為多個部分，該次要側(cè) 線圈的全部以及該多個部分分別形成多個輸出端口，其中該多個輸入端口與該多個輸出端 口系直流電絕緣且磁耦合； 輸入開關(guān)電路，用于導(dǎo)通射頻信號源到該多個輸入端口其中之一以傳輸信號；以及 輸出開關(guān)電路，用于連接該多個輸出端口其中之一到多個射頻輸出負(fù)載其中之一。
2. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，更包含至少一可調(diào)式電容，其與該 多個輸入端口其中之一以組成電感電容諧振震蕩器，用以決定共振頻率。
3. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，該多個輸入端口包含高頻段輸入 端口以及低頻輸入端口，該多個輸出端口包含高頻段輸出端口以及低頻輸出端口，當(dāng)該多 頻段傳接器在高頻段操作時，該輸出開關(guān)電路將該高頻段輸出端口連接到該多個射頻輸出 負(fù)載中的高頻段射頻輸出負(fù)載，當(dāng)該多頻段傳接器在低頻段操作時，該輸出開關(guān)電路將該 低高頻段輸出端口連接到該多個射頻輸出負(fù)載中的低頻段射頻輸出負(fù)載，形成該高頻段輸 出端口的該次要側(cè)線圈的一部分系不同于形成該低頻段輸出端口的該次要側(cè)線圈的一部 分。
4. 如權(quán)利要求3所述的多頻段傳接器，其特征在于，當(dāng)該多頻段傳接器在該高頻段操 作時，該高頻段輸入端口連接到該射頻信號源，當(dāng)該多頻段傳接器在該低頻段操作時，該低 頻段輸入端口連接到該射頻信號源，形成該高頻段輸入端口的主要側(cè)線圈系不同于形成該 低頻段輸入端口的主要側(cè)線圈。
5. 如權(quán)利要求4所述的多頻段傳接器，其特征在于，該多個主要側(cè)線圈中的一主要側(cè) 線圈的全部或一部選擇性地與多個輸入接點形成該多個輸入端口，形成該低頻段輸入端口 的該主要側(cè)線圈的一部分包含形成該高頻段輸入端口的該主要側(cè)線圈的一部分。
6. 如權(quán)利要求3所述的多頻段傳接器，其特征在于，形成該低頻段輸出端口的該次要 側(cè)線圈的一部分包含該高頻段輸出端口的該次要側(cè)線圈的一部分。
7. 如權(quán)利要求4所述的多頻段傳接器，其特征在于，該高頻段輸入端口對該高頻段輸 出端口的匝數(shù)比實質(zhì)上相同于該低頻段輸入端口對該低頻段輸出端口的匝數(shù)比。
8. 如權(quán)利要求4所述的多頻段傳接器，其特征在于，該高頻段輸入端口對該高頻段輸 出端口的匝數(shù)比不同于該低頻段輸入端口對該低頻段輸出端口的匝數(shù)比。
9. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，該輸出開關(guān)電路將該多個輸出端 口的其中之一連接到該多個射頻輸出負(fù)載其中之一，將該多個輸出端口的其他輸出端口自 該多個射頻輸出負(fù)載的其他射頻輸出負(fù)載斷開，并將該其他射頻輸出負(fù)載短路。
10. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，該多個射頻輸出負(fù)載分別為多個 射頻端口的射頻負(fù)載阻抗，當(dāng)該多頻段傳接器以第一頻段操作時，該輸出開關(guān)電路連接第 一輸出端口到第一射頻端口，斷開第二輸出端口與第二射頻端口的連接并將該第二射頻端 口短路。
11. 如權(quán)利要求10所述的多頻段傳接器，其特征在于，該多個射頻輸出負(fù)載分別為多 個射頻端口的射頻負(fù)載阻抗，該輸出開關(guān)電路包含相應(yīng)地耦接到該多個射頻端口的多個分 路開關(guān)，以及并聯(lián)該多個射頻端口兩端的多個分路開關(guān)；當(dāng)該多頻段傳接器以該第一頻段 操作時，該多個分路開關(guān)中耦接到該第一射頻端口的第一分路開關(guān)被開啟，該多個分路開 關(guān)中耦接到該第二射頻端口的第二分路開關(guān)被關(guān)閉，以及該多個分路開關(guān)中并聯(lián)對應(yīng)于該 第二射頻端口兩端的第三分路開關(guān)被開啟。
12. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，該多個輸入端口的電感值系個別 地根據(jù)其操作頻段規(guī)格而設(shè)計，相連的輸入端口對輸出端口的匝數(shù)比系根據(jù)負(fù)載線阻抗、 輸出功率、或功率增加效率所決定。
13. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，該射頻信號源為預(yù)功率放大器。
14. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，該射頻輸出負(fù)載為功率放大器的 輸入阻抗。
15. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，該變壓器為單晶變壓器。
16. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，該射頻信號源為多個天線之一。
17. 如權(quán)利要求1所述的多頻段傳接器，其特征在于，該多個射頻輸出負(fù)載為多個個低 噪放大器的多個輸入阻抗。
18. 支持多頻段通訊的方法，包含： 提供變壓器，用以轉(zhuǎn)換主要側(cè)及次要側(cè)間的電壓，其中該變壓器包含在該主要側(cè)的多 個主要側(cè)線圈，形成多個輸入端口與在該次要側(cè)的次要側(cè)線圈以及多個輸出接點，該次要 側(cè)線圈的全部或一部選擇性地與該多個輸出接點形成多個輸出端口，其中該多個輸入端口 與該多個輸出端口系直流電絕緣且磁耦合； 在第一頻段操作時，導(dǎo)通射頻信號源到該多個輸入端口其中的第一輸入端口，以及導(dǎo) 通第一射頻輸出負(fù)載到該多個輸出端口其中的第一輸出端口；以及 在第二頻段操作時，導(dǎo)通該射頻信號源到該多個輸入端口其中的第二輸入端口，以及 導(dǎo)通第二射頻輸出負(fù)載到該多個輸出端口其中的第二輸出端口； 其中該第一頻段的頻率高于該第二頻段的頻率。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，導(dǎo)通該射頻信號源到該第一輸入端口的 步驟更包含將該第二輸出端口自該第二射頻輸出負(fù)載斷開以及將該第二射頻輸出負(fù)載短 路。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該第一射頻輸出負(fù)載與該第二射頻輸出 負(fù)載分別是該第一射頻端口與該第二射頻端口的射頻負(fù)載阻抗，其中導(dǎo)通該射頻信號源到 該第一輸入端口的步驟更包含將第二射頻端口短路。
21. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該第一輸入端口對該第一輸出端口的阻 數(shù)比實質(zhì)上相同于該第二輸入端口對該第二輸出端口的匝數(shù)比。
22. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該第一輸入端口對該第一輸出端口的阻 數(shù)比實質(zhì)上不同于該第二輸入端口對該第二輸出端口的匝數(shù)比。
23. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該第二輸入端口的線圈包含該第一輸入 端口的線圈。
24. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該第二輸出端口的線圈包含該第一輸出 端口的線圈。
25. 支持多頻段通訊的方法，包含： 透過電容連接第一輸入端口與信號源以選擇第一頻段信號來組成第一電感電容諧振 震蕩器； 將第一射頻輸出負(fù)載自第一輸出端口磁轉(zhuǎn)移到該第一輸入端口，以在第一頻段操作中 的該信號源的輸出處形成中間負(fù)載阻抗； 透過電容連接第二輸入端口與該信號源以選擇第二頻段信號來組成第二電感電容諧 振震蕩器；以及 將第二射頻輸出負(fù)載自第二輸出端口磁轉(zhuǎn)移到該第二輸入端口，以在第二頻段操作中 的該信號源的輸出處形成另一中間負(fù)載阻抗； 其中該第一與第二輸入端口以其該第一與第二輸出端口共享一磁核心，形成該第二輸 出端口的線圈包含形成該第一輸出端口的線圈。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，該第一頻段信號的中心頻率高于該第二 頻段信號的中心頻率。
27. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，將該第一射頻輸出負(fù)載自該第一輸出端 口磁轉(zhuǎn)移到該第一輸入端口的步驟更包含： 將該第二射頻輸出負(fù)載與一串聯(lián)且處于關(guān)閉狀態(tài)的開關(guān)自該第二輸出端口磁轉(zhuǎn)移到 該第一輸入端口；以及 開啟并聯(lián)到該第二射頻輸出負(fù)載的另一開關(guān)以消除該第二射頻輸出負(fù)載的電阻效應(yīng)， 用于改善該第一電感電容諧振震蕩器的共振阻抗。
28. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，將該第二射頻輸出負(fù)載自該第二輸出端 口磁轉(zhuǎn)移到該第二輸入端口的步驟更包含： 將該第一射頻輸出負(fù)載與一串聯(lián)且處于關(guān)閉狀態(tài)的開關(guān)自該第二輸出端口磁轉(zhuǎn)移到 該第一輸入端口；以及 開啟并聯(lián)到該第一射頻輸出負(fù)載的另一開關(guān)以消除該第一射頻輸出負(fù)載的電阻效應(yīng)， 用于改善該第二電感電容諧振震蕩器的共振阻抗。
【文檔編號】H04B1/00GK104300992SQ201410344431
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】魏宏儒, 陳柏均, 洪志銘 申請人:晨星半導(dǎo)體股份有限公司