[发明专利]射频发送器和功率合成器

说明书

【技术领域】

本发明关于射频发送器和功率合成器，应用于(但不限制为)功率合成技术。

【背景技术】

在互补金属氧化物半导体(CMOS)功率放大器领域，用户对无线系统的一种恒定需求是低成本、高效率和可靠性。高集成度已被证明在实践中是降低成本和实现小型化大批量应用的有效方法。目前，几乎所有的功率放大器是用III-V族化合物半导体制成的，因为这种类型的装置具有高输出功率和高功率效率，这是许多功率放大器应用的理想属性。现在采用CMOS技术来实现这些规格是非常困难的。然而，III-V族技术具有高制造成本，并且不能提供一个完整的系统级芯片(system-on-chip，SoC)解决方案。

近来，耦接到功率器件的CMOS功率放大器已变得更具吸引力，部分原因是功率器件技术和加工工艺已经成熟并且成本更低。然而，在实施CMOS功率放大器以及与功率器件进行集成时，仍有需要改进这些设备的耦合性(coupling)、效率、以及终止效率(termination efficiency)。对于任何基站或用户单元设备，这样的设备通常用在射频发送器中。

首先参考图1，其为一种简化集成射频功率放大器(radio frequency power amplifier，RF PA)系统100，包括集成电路102和集成功率器件(integrated power device)例如功率合成器件150、170。集成电路102包括可操作地耦接到隔离变压器(isolation transformer)106的功率输入104。隔离变压器106的输出可操作地耦接到相应的驱动级108，其中所述驱动级108提供放大的射频信号至功率级110(例如功率放大器)的输入。在这种情况下，各功率级110经由多个接合线(bond wire)112可操作地耦接至功率合成器件150、170。通常，接合线112被保持尽可能的短，以将射频信号损失降到最小，以及减小由集成RF功率放大器系统100所占用的面积，当使用CMOS器件时这是特别有用的。

由于集成RF功率放大器系统100内许多电感元件的接近程度，存在一些潜在的问题影响。例如，接合线112与功率合成器件150、170的功率合成器元件152、172之间会有互耦(mutual coupling)。功率合成器件150、170内的功率合成器元件152、172本身彼此之间可能也有互耦。这些可由功率合成器件150、170内不平衡阻抗变换和差共模谐波抑制所引起。这个问题通常是通过增加功率合成器件150、170之间的间距来解决。然而，当试图降低集成系统100的整体尺寸时，对于器件来说这并不总是可行的选择。

另一个常见的问题是集成电路102和功率合成器件150、170之间的连接器114处的中心抽头(centre-tap)谐波反弹(harmonic bounce)。这又可由不平衡阻抗变换和差共模谐波抑制所引起。

因此，射频集成电路102和功率合成器件150、170之间需要一种改进的耦合机制。

现在参考图2A，示出了一种简化的已知功率合成器200，其可以在图1使用，例如，在功率合成器件150、170中使用。简化的已知功率合成器200包括两个初级绕组201、203，其可操作地耦合到输入连接器205，并且进一步通过中心抽头连接器207可操作地彼此耦合，以及次级绕组209，其与两个初级绕组201、203稍微分离。

这样一种简化的已知功率合成器200的布局的示意图在图2B的250示出，它包括一系列彼此分离的初级绕组260、270、280、290，以及“8字形”布局的次级绕组254。每一个分离的初级绕组260、270、280、290包括位于次级绕组254上方和下方的交错结构(interleaved structure)252，这减少了损失并提高了磁耦合。由于次级绕组254的“8字形”布局，次级绕组对共模干扰有些免疫，因为传入的磁通量引起相反方向的电流穿过每个“8字形”部分。在这种情况下，初级绕组260、270、280、290的交错结构252在电源模块(supply module)256可操作地彼此耦合。在这种情况下，“8字形”次级绕组254可操作地被感应耦合到所有的初级绕组260、270、280、290。

图2B示意图250中电流流动的一个例子示于图2C的295，其包括次级绕组254的一部分以及初级绕组260。在此图示中，初级绕组260的交错结构252已被偏移(offset)，以说明交错结构252的每个部分的电流流动。初级绕组260的交错结构252促进了次级绕组254部分的上方和下方的耦合。