[发明专利]集成变压器

说明书

一种用于将多个差分功率放大器的输出信号组合到单端负载的集成变压器设备。所述集成变压器设备包括第一变压器支路，所述第一变压器支路包括电感器回路。所述电感器回路包括串联连接的N个绕组的集合。所述第一变压器支路进一步包括多个初级电感器。每个初级电感器包括与电感器回路的一个绕组同心地被放置的绕组，并且每个初级电感器被配置成耦合到所述多个差分功率放大器之一的差分输出。所述集成变压器设备进一步包括次级电感器，所述次级电感器包括与电感器回路的绕组同心地被放置的绕组，并且所述次级电感器被配置成耦合到单端负载。

技术领域

本文中的实施例涉及集成变压器设备（integrated transformer arrangement）。特别地，它们涉及用于将多个差分放大器的输出信号组合到单端负载的集成变压器设备，以及包括所述集成变压器设备的功率放大器和电子装置。

背景技术

在现代无线通信系统中，由于在较低频率的可用频谱的短缺，存在对将具有高频率的毫米波或微波用于高数据速率通信的强烈兴趣。毫米波的使用将因此是即将到来的第5代（5G）蜂窝系统的重要部分。然而，必须解决一些重大的挑战。最重要的挑战之一是如何使用低成本半导体技术（诸如，互补金属氧化物半导体（CMOS））在高频率获取足够的传送输出功率。尽管最近技术中的CMOS装置的速度足够用于实现毫米波放大器，但电源电压严重受限。因此，难以获得高输出功率。这通过功率组合而被解决，其中多个较小放大器的输出被组合成单个输出信号。以这种方式，与单个功率放大器的输出功率相比，能够获取大体上更高的输出功率。

低成本技术中的高性能毫米波功率放大器的关键部分是组合网络。组合网络应能够既以非常低损耗来组合若干功率放大器的输出功率或信号，又对所有进入的（incoming）信号显示相同的阻抗。如果由功率放大器所看到的组合网络的阻抗不同，则功率放大器将不能够传递相同的输出功率。然后，功率放大器中的一些功率放大器相比其它功率放大器将经受更高的电压，这将引起可靠性担忧（reliability concern）。另外，失真生成（distortion generation）也将增加。组合网络中的关键问题是：需要平衡-不平衡变换器（balun）功能性。这是由于集成在芯片上的功率放大器优选地采用差分结构并且输出差分信号，而到天线的单端信号通常被期望。不幸的是，平衡-不平衡变换器功能性使得难以获得阻抗平衡。虽然基于变压器的组合网络已经被证实具有低损耗和平衡-不平衡变换器功能性，但阻抗平衡的重要特性仍然缺失。图1示出了在A. Tuffery等人的“CMOS fullyintegrated reconfigurable power amplifier with efficiency enhancement for LTEapplications”（Electronics Letters，第51卷，第2期，181-183页，2015）中提出的此类组合网络。如图1中所示，组合网络具有用于两个功率放大器（PA）的两个同样的变压器110、120，带有连接在两者之间的负载平衡-不平衡变换器130。V2是对称点，在PA变压器次级绕组中导致显著的共模信号电压。图1中所示的电容器是初级绕组和次级绕组之间的寄生电容器，即绕组间寄生电容。当存在共模信号电压时，阻抗不平衡可由于绕组间寄生电容而发生。

发明内容

因此，提供用于将多个差分功率放大器的输出信号组合的具有改善性能的集成组合网络是本文中实施例的一目的。

根据本文中实施例的一个方面，该目的通过一种用于将多个差分放大器的输出信号组合到单端负载的集成变压器设备来获取。所述集成变压器设备包括第一变压器支路。所述第一变压器支路包括电感器回路，所述电感器回路包括N≥3个绕组的集合。每个绕组包括第一内部节点、第二内部节点、第三内部节点和第四内部节点。每个绕组进一步包括在第一内部节点和第三内部节点之间连接的第一半绕组；在第二内部节点和第四内部节点之间连接的第二半绕组。另外，绕组的所述N集合以如下方式被连接：第1绕组的第一内部节点和第二内部节点被互连，第N绕组的第三内部节点和第四内部节点被互连，以及第j（2≤j≤N）绕组的第一内部节点和第二内部节点分别被连接到第（j-1）绕组的第三内部节点和第四内部节点。