具有集成平衡-不平衡轉換器的寬帶集成rf/微波/毫米波混頻器的制造方法
【專利說明】具有集成平衡-不平衡轉換器的寬帶集成RF/微波/毫米波混頻器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基于2014年5月23日提交的標題為“Novel Balun Topologies for HighFrequency, Broadband Integrated Circuits (用于高頻的、寬帶集成電路的新型平衡_不平衡轉換器拓撲)”的代理號為P-00624-PR0的美國臨時專利申請第62/002，473號，并且要求其優(yōu)先權。該申請的全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文。
技術領域
[0003]本公開涉及RF/微波/毫米波混頻器和平衡-不平衡轉換器。
【背景技術】
[0004]寬帶混頻器可能需要用集總元件或者與集成電路(IC)制造技術和幾何兼容的其它結構制成。
[0005]平衡混頻器可以提供比不平衡混頻器更好的整體性能，包括更好的線性度、噪聲以及端對端隔離度。
[0006]平衡-不平衡轉換器可以用于單平衡混頻器和雙平衡混頻器以在平衡與不平衡配置之間轉換射頻(RF)、本地振蕩器(LO)和中頻(IF)信號。平衡-不平衡轉換器還需要使用標準IC鑄造工藝集成，從而可以生產(chǎn)寬帶集成混頻器。
[0007]混頻器的重要性能參數(shù)可以包括變頻增益、線性度、噪聲和工作帶寬。平衡-不平衡轉換器可以用于集成混頻器并且可以對所有這些性能參數(shù)產(chǎn)生顯著影響。集成平衡-不平衡轉換器的重要性能參數(shù)可以包括工作頻率范圍、插入損耗、振幅/相位平衡、阻抗匹配/變換以及物理大小。
[0008]遺憾的是，利用集成平衡-不平衡轉換器實現(xiàn)所需參數(shù)的期望集合可能非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]一種寬帶射頻、微波或者毫米波混頻器系統(tǒng)可以包括平衡-不平衡轉換器和混頻器。所述平衡-不平衡轉換器可以具有:不平衡端口 ；平衡端口 ；彼此緊密且反向地磁耦合的第一和第二電感器；以及不磁耦合至所述第一或者第二電感器的第三電感器。所述混頻器可以連接至所述平衡-不平衡轉換器的所述平衡端口。所述包括三個電感器的平衡-不平衡轉換器以及所述混頻器均可以集成到形成集成電路的單個襯底上。
[0010]這些以及其它組件、步驟、特征、目的、益處以及優(yōu)點現(xiàn)在將通過以下對圖示性的實施例、附圖和權利要求書的詳細說明的綜述而變得清晰。
【附圖說明】
[0011]附圖是圖示性的實施例。它們不圖示所有實施例?？梢粤硗獾鼗蛘咛娲厥褂闷渌鼘嵤├？梢院雎钥赡苁秋@而易見的或者不必要的細節(jié)，以節(jié)省空間或者用于更有效的圖示?？梢岳昧硗獾慕M件或者步驟和/或在沒有所圖示的所有組件或者步驟的情況下實踐一些實施例。當相同的數(shù)字出現(xiàn)在不同的附圖中時，其指示相同的或者相似的組件或者步驟。
[0012]圖1圖示了基于現(xiàn)有技術的變壓器的平衡-不平衡轉換器的示例的示意圖；
[0013]圖2圖示了基于現(xiàn)有技術的變壓器的平衡-不平衡轉換器的另一示例的示意圖；
[0014]圖3圖示了現(xiàn)有技術的帶片上平衡-不平衡轉換器的示例的集成電路布局，該帶片上平衡-不平衡轉換器具有對稱的兩個單獨的螺旋纏繞耦合的電感器和在次級上的接地中心抽頭；
[0015]圖4圖示了現(xiàn)有技術的帶片上平衡-不平衡轉換器的集成電路布局，該帶片上平衡-不平衡轉換器具有螺旋繞組，該螺旋繞組具有比傳統(tǒng)螺旋更加對稱的地下通道(underpass)；
[0016]圖5圖示了可以具有繞在磁芯(或者多個磁芯)周圍的三個電感器接線并且在高達幾GHz下工作的現(xiàn)有技術的平衡-不平衡轉換器的示例的示意圖；
[0017]圖6至圖8是可以用包裹住磁芯的接線構造而成的現(xiàn)有技術的平衡-不平衡轉換器的示例的照片；
[0018]圖9、圖10和圖11圖示了可以用于集成電路的平面的、寬帶三電感器平衡-不平衡轉換器的示例；
[0019]圖12A和圖12B比較了在圖9中示出的平衡-不平衡轉換器的示例與傳統(tǒng)平衡-不平衡轉換器的性能，圖12A比較了相位差，而圖12B比較了振幅平衡；
[0020]圖13圖示了在初級側和次級側上均使用螺旋的現(xiàn)有技術的變壓器拓撲的示例的集成電路布局；
[0021]圖14圖示了在初級側和次級側上均使用螺旋的現(xiàn)有技術的變壓器拓撲的示例的集成電路布局，初級側和次級側已經(jīng)互相纏繞以提高電對稱性；
[0022]圖15和圖16圖不了具有平衡端口和不平衡端口的平衡_不平衡轉換器的不例的示意圖(圖15)和集成電路布局(圖16);
[0023]圖17圖示了使用在圖9中示出的平衡-不平衡拓撲#1的寬帶混頻器的示例的示意圖；
[0024]圖18和圖19圖示了不同的平衡寬帶混頻器的示例的示意圖；
[0025]圖20圖示了使用三電感器平衡-不平衡轉換器(在各個端口處各使用一個電感器平衡-不平衡轉換器)的寬帶混頻器的示例的示意圖；
[0026]圖21圖示了使用三個電感器平衡-不平衡轉換器(在各個端口處各使用一個電感器平衡-不平衡轉換器)和LO緩沖放大器的寬帶混頻器的示例的示意圖；
[0027]圖22A和圖22B圖示了與在圖21中圖示的寬帶混頻器相似的寬帶混頻器的示例的模擬性能；
[0028]圖23A和圖23B圖示了與在圖15和圖16中圖示的平衡-不平衡轉換器相似的平衡-不平衡轉換器的示例的模擬性能；
[0029]圖24圖不了寬帶混頻器的另一不例。
【具體實施方式】
[0030]現(xiàn)在對圖示性的實施例進行描述?？梢粤硗獾鼗蛘咛娲厥褂闷渌鼘嵤├？梢院雎钥赡苁秋@而易見的或者不必要的細節(jié)，以節(jié)省空間或者用于更有效的呈現(xiàn)?？梢岳昧硗獾慕M件或者步驟和/或在沒有所描述的所有組件或者步驟的情況下實踐一些實施例。
[0031]本公開描述了可以使用各種平衡-不平衡轉換器拓撲中的其中一個來實現(xiàn)更高的工作頻率和更寬的帶寬的集成寬帶RF/微波/毫米波混頻器。由于與基于傳統(tǒng)變壓器的平衡-不平衡轉換器相比低得多的寄生電容，所以一個混頻器可以使用提供非常寬帶的工作的平衡-不平衡轉換器配置。另一混頻器可以使用基于傳統(tǒng)變壓器的平衡-不平衡轉換器，但也可以使用非對稱的不平衡繞組布局以實現(xiàn)性能改進。
[0032]圖1圖示了現(xiàn)有技術的基于變壓器的平衡-不平衡轉換器的示例的示意圖。平衡-不平衡轉換器可以包括可以用作初級繞組的電感器104和可以用作次級繞組的電感器105和106。平衡-不平衡轉換器可以具有不平衡端口 101和平衡端口 102/103。
[0033]圖2圖示了現(xiàn)有技術的基于變壓器的平衡-不平衡轉換器的另一示例的示意圖。在該示例中，平衡-不平衡轉換器可以包括單獨的電感器104a和104b，以替代在圖1中作為初級繞組的電感器104。
[0034]初級電感器(或者多個初級電感器)和多個次級電感器可以進行直流(DC)隔離，但卻磁耦合以使信號能夠從一側傳送至另一側。在圖1和圖2的示例中，初級繞組可以是“不平衡”的，而次級繞組可以是“平衡”的。
[0035]為了使傳統(tǒng)變壓器的平衡-不平衡轉換器具有良好的性能，初級電感器和次級電感器的自阻抗可能需要比有效磁耦合的端子阻抗高很多。由此，最低的工作頻率可以指示在平衡-不平衡轉換器中所需的電感量。工作頻率的上限可由寄生電容限制，部分是因為寄生電容可以與電感器共振。因為最低頻率可能要求大尺寸來實現(xiàn)高電感而最高頻率可能要求小尺寸來實現(xiàn)低寄生電容，所以這些限制可以使傳統(tǒng)的平衡-不平衡轉換器難以在寬頻率范圍內(nèi)工作。
[0036]在正負端子之間的理想振幅和相位平衡還要求在初級繞組與次級繞組之間進行完美的磁耦合。即使在最佳環(huán)境中，但尤其是在集成環(huán)境中，也許不可能實現(xiàn)完美的磁耦合。同樣，由于將平衡繞組的片段耦合至了不平衡繞組的接地端，所以平衡繞組的寄生電容可能不對稱。導致該不平衡的最大原因可能是沿初級電感器104或者104a和104b的接地端處的寄生電容。
[0037]圖3圖示了現(xiàn)有技術的帶片上平衡-不平衡轉換器的示例的集成電路布局，該帶片上平衡-不平衡轉換器具有對稱的兩個單獨的螺旋纏繞耦合電感器和在次級側上的接地中心抽頭。
[0038]圖4圖示了現(xiàn)有技術的帶片上平衡-不平衡轉換器的集成電路布局，該帶片上平衡-不平衡轉換器具有螺旋繞組，該螺旋繞組具有比傳統(tǒng)螺旋更加對稱的地下通道。如圖3所圖示的，與使用單獨的變壓器相比，該平衡-不平衡轉換器可以提供更面積優(yōu)化(area-efficient)的結構。
[0039]其它寬帶的現(xiàn)有技術的平衡-不平衡轉換器可以具有繞在磁芯(或者多個磁芯)周圍的三個電感器接線并且可在多達幾GHz下工作。見C.L.Ruthroff的“Some Broad-BandTr