[发明专利]差分定向耦合器、信号转换系统和用于转换差分输入信号的方法

说明书

本发明涉及差分定向耦合器、信号转换系统和用于转换差分输入信号的方法。提出差分定向耦合器，其包括具有第一变换器的第一耦合器和具有第二变换器的第二耦合器。第一耦合器的输入端口和隔离端口能够相对于第二耦合器的输入端口和隔离端口镜像对称地构造。

技术领域

本发明涉及差分定向耦合器、信号转换系统和用于转换差分输入信号的相应方法。

背景技术

在高频(RF，英语Radio Frequency)系统中，例如可能需要基于芯片的正交产生(也称为I/Q产生)，以便例如能够实现通信应用的调制技术的高效实施或用于雷达应用的唯一明确(eindeutig)的相位评估。在正交产生的情况下，将信号分为第一信号和第二信号，所述第一信号和第二信号在制造公差范围内具有相同的功率和90°相位差或者说90°相移。正交产生例如对于正交幅度调制而言可能是必需的。为了正交产生，需要提供与90°相位差相结合的信号功率等量分配、尤其信号功率均分分配的部件。这种提供具有等量的、尤其均分的和/或均匀的功率分配的90°相位差的部件也称为正交混合定向耦合器。

为此，由于更高的干扰敏感性、更好的偶模干扰抑制、更低的二阶非线性以及改进的稳定性，可以期望在芯片层面上使用差分信号。相应地可能需要不仅实现第一信号和第二信号之间具有90°相移的均匀功率分配而且实现具有相位(0°,180°)的差分输入信号到在功率方面均匀分配的、具有相位(0°,90°,180°,270°)的两个差分输出信号的所谓四相位分配。

实现这种四相位分配的可行方案是应用电压受控振荡器(英语：voltage-controlled oscillator，VCO)和静态分频器，所述电压受控振荡器在输入信号的双倍频率下振荡，所述静态分频器提供全部四个相位。所述可选方案在微米波频率范围内对于电路几乎不成问题。例如，在60GHz输入信号的情况下，需要能够在120GHz的情况下运行的振荡器和分频器。在一种替代解决方案中可能的是，使用所谓的分支线耦合器，所述分支线耦合器差分地扩展。然而，这要求非常大的芯片面积、例如在输入信号具有60GHz频率的情况下600微米x200微米。在这种情况下，对于例如在移动无线电站中、在广播发射器中以及在雷达设备上使用的所谓相控阵列系统，I/Q产生由于输入信号的大的波长而极大地占据芯片面积。另一种可行方案在于使用多相过滤器，所述多相过滤器虽然能够具有小的尺寸，然而在50Ω系统中能够导致高的信号衰减。此外，能够使用基于集总元件的耦合器，所述集总元件具有所谓点阵集总元件耦合器(lattice lumped-element Koppler)。然而，这样的耦合器具有以下较大缺点：耦合器是非常窄带的，并且需要附加的部件，例如用于线圈或变换器的附加布线。

因此，本申请的待解决的问题在于，提供具有小尺寸的差分定向耦合器。另一待解决的问题在于，提供具有差分定向耦合器的信号转换系统。此外，待解决的问题在于，提供用于转换差分输入信号的改进的方法。

发明内容

本发明提出一种差分定向耦合器，其包括：具有第一变换器的第一耦合器，所述第一变换器包括第一输入线圈和第一输出线圈；具有第二变换器的第二耦合器，所述第二变换器包括第二输入线圈和第二输出线圈；其中，所述第一输入线圈和所述第二输入线圈分别具有输入端口，在从竖直方向俯视所述差分定向耦合器时，所述第一变换器至少部分地覆盖所述第二变换器，在俯视时，所述第一输入线圈和所述第二输入线圈在它们的输入端口方面相互镜像对称地构造。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第一输入线圈和所述第二输入线圈分别具有传输端口，并且在俯视时所述第一输入线圈和所述第二输入线圈在它们传输端口方面相互镜像对称地构造。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第一耦合器的输入端口在俯视时至少部分地覆盖所述第二耦合器的传输端口，并且所述第一耦合器的传输端口在俯视时至少部分地覆盖所述第二耦合器的输入端口。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第一耦合器和所述第二耦合器相互电绝缘，并且所述差分定向耦合器多件式地构造。