專利名稱：射頻功率放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信技術領域，具體而言，涉及一種射頻功率放大器。
背景技術：
隨著全球移動通訊市場的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)對降低芯片尺寸、制作成本以及研發(fā)周期 的要求越來越強烈。制造商盡可能地在一整塊芯片上實現(xiàn)數(shù)字、模擬以及部分射頻的集成。 到目前為止，比較成功的解決方案都是在CMOS標準工藝上實現(xiàn)的，這是由于其本身價格低廉 、功能多樣。
但在實現(xiàn)基于CMOS工藝的單芯片通信時仍然存在著一些瓶頸，原因在于CMOS工藝本身固 有的缺點，如比較低的品質因子、襯底上比較大的損耗以及對有源器件來說比較低的擊穿電 壓，對于射頻前端的功率放大器來說，這是一個致命的問題，會對功率放大器本身的輸出功 率、線性度以及效率構成極大的傷害，而這些參數(shù)對于無線通信系統(tǒng)本身都是極為重要的。 因此在使用功率驅動能力比較低的CMOS工藝設計功率放大器時，需要采用差分形式的放大電 路，并且需要功率合成器將多個功率單元電路連接在一起，產生所需要的大功率輸出。目前 比較好的解決方式是采用變壓器連接。
而芯片上做變壓器線圈，不但要占用相當大的面積來滿足一定的電學耦合長度，還要面 臨CMOS工藝下線條的損耗大的問題，有可能導致射頻功率放大器單元的合成效率的降低。同 時對于現(xiàn)有的變壓器來說，都存在著頻率響應的帶寬有限的問題，這都會影響功率放大器在 現(xiàn)有多模多頻段的無線通信系統(tǒng)中的應用。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中射頻功率放大器體積大、帶寬有限的問題而提出本發(fā)明，為此，本發(fā)明 的主要目的在于提供一種射頻功率放大器，以解決上述問題至少之一。本發(fā)明提供的一種射頻功率放大器，包括變壓器線圈和射頻功率放大單元，用于信號轉 換的變壓器線圈包括次級線圈和位于次級線圈內的至少第一初級線圈和第二初級線圈；用于 功率放大的射頻功率放大單元與第一初級線圈和第二初級線圈分別連接，并且位于第一初級 線圈和第二初級線圈的內部。
通過本發(fā)明的上述技術方案，提供一種射頻功率放大器，可以解決現(xiàn)有的射頻功率放大 器體積大、加工工藝復雜、帶寬有限等問題。這種射頻功率放大器可以提高變壓器本身所承 受的電流，減小變壓器所需要的面積，節(jié)省芯片的面積。


圖l為本發(fā)明實施例的射頻功率放大器的總體結構框圖2為本發(fā)明實施例的變壓器線圈的整體框圖3為本發(fā)明實施例的變壓器線圈的三層走線的側視平面圖4為本發(fā)明實施例的變壓器線圈在未加電容諧振的情況下，單層金屬走線的變壓器的 損耗仿真圖5為本發(fā)明實施例的變壓器線圈在未加電容諧振的情況下，多層金屬走線的變壓器的 損耗仿真圖6為本發(fā)明實施例的變壓器線圈在加入電容諧振的情況下，單層金屬走線的變壓器的 損耗仿真圖7為本發(fā)明實施例的變壓器線圈在加入電容諧振的情況下，多層金屬走線的變壓器的 損耗仿真圖8為本發(fā)明實施例的變壓器線圈在所加入諧振電容改變的情況下的頻率響應的仿真圖
具體實施例方式
在本發(fā)明實施例中，提供了一種射頻功率放大器的實現(xiàn)方案，在該實現(xiàn)方案中，利用包 括初級線圈與次級線圈的變壓器線圈與射頻功率放大單元組成的射頻功率放大器，實現(xiàn)射頻 功率的放大。
需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。
本發(fā)明所提供的射頻功率放大器主要用于無線通信系統(tǒng)中的前端發(fā)射機中，將經(jīng)過上變 頻后的信號放大，傳送給天線發(fā)射出去。
如圖1所示，本發(fā)明實施例的射頻功率放大器包括差分的射頻功率放大器單元l01和變壓 器線圈102兩部分。射頻功率放大器單元101包括兩個差分器，用于發(fā)出差分信號以將功率放 大；變壓器線圈102由兩個初級線圈104、 105和一個次級線圈103構成，初級線圈104、 105分 別連接到射頻功率放大器單元IOI的兩個差分器，不僅實現(xiàn)將射頻功率放大器單元IOI的差分 信號轉換為單端信號的功能，還要實現(xiàn)多個功率放大器單元101合成的功能。射頻功率放大 單元101位于變壓器線圈102的內部，極大的節(jié)省了設置射頻功率放大器和芯片的面積。變壓 器線圈采用三層金屬走線，可以大大提高變壓器本身所承受的電流，同時可以有效減少變壓 器本身的損耗。
變壓器線圈102還包括分別加在變壓器初級線圈104、 105輸入端的可變電容106，也稱為 諧振電容?？勺冸娙?06可以是可連續(xù)變化的壓控電容，也可以是受信號控制的電容陣列。 可變電容106通過與初級線圈104、 105電感的諧振，大大減小了變壓器所需要的面積。
在變壓器線圈102與射頻功率放大器單元101使用多重隔離手段107，例如是多圈n阱保護 環(huán)和P阱保護環(huán)，來減少變壓器線圈對功率放大器單元電路的電磁干擾，在變壓器線圈獲得 足夠大的電學耦合長度的同時節(jié)省芯片的面積。
現(xiàn)詳細說明本發(fā)明實施例的變壓器線圈102。如圖2所示，兩個初級線圈104、 105都位于 次級線圈103的內部，初級線圈104與初級線圈105不接觸，并且分別與射頻功率放大器單元 IOI的差分輸出端口相連接，然后通過側耦合的方式將從射頻功率放大器單元101接收的信號 傳輸?shù)酱渭壘€圈103上，作為整個射頻功率放大器的輸出。次級線圈103與初級線圈104、 105 之間的間距很小。
圖3為本發(fā)明實施例的變壓器線圈的三層走線的側視平面圖，如圖3所示，本發(fā)明實施例 的變壓器線圈102采用三層金屬走線-第四層金屬、第五層金屬和第六層金屬并聯(lián)而成，同時 ，三層金屬之間采用大面積的過孔加以連接，保持線條上各點阻抗特性的均勻。當然，第四 層金屬和第五層金屬之間的過孔排列可以與第五層金屬和第六層金屬之間的過孔排列相同， 也可以不同。這樣，可以提高承受電流極限值，同時可以有效減少損耗。
圖4與圖5是在未加任何外部元件的情況下，圖2所示的變壓器線圈102在單層金屬情況下 和多層金屬并聯(lián)情況下?lián)p耗仿真的對比。圖6與圖7是在采用外部電容諧振的情況下對圖2所示的變壓器線圈102在單層金屬情況下和多層金屬并聯(lián)情況下?lián)p耗仿真的對比，由這兩次對 比可以看出來，多層金屬并聯(lián)的變壓器線圈比單層金屬變壓器線圈的損耗降低了 1個dB左右
圖4與圖6是在使用單層金屬的情況下未采用電容諧振的方案和采用電容諧振方案下?lián)p耗 仿真的對比，圖5與圖7是在使用多層金屬并聯(lián)的情況下未采用電容諧振的方案和采用電容諧 振方案下?lián)p耗仿真的對比，由此可以看出，采用電容諧振的方案可以將損耗降低5個dB以上 ，也就是說，在應用頻率固定的情況下，采用電容諧振可以極大的減少變壓器線圈的線條的 電學耦合長度。同時，根據(jù)不同大小的電容與初級線圈103、 104的等效電感諧振點不同的特 點，可以通過改變諧振電容的大小來改變變壓器的應用頻段。
圖8是在采用圖2所提供的變壓器方案且使用多層金屬走線的情況下，諧振電容從2pF到 8pF之間變化時變壓器的頻率響應圖，可以看出，對于如圖2所示的變壓器，根據(jù)諧振電容的 變化，其應用頻段可以從l. 5GHz變換到5GHz左右。
綜上所述，通過本發(fā)明的上述實施例，提供的射頻功率放大器，解決了目前的射頻功率 放大器體積大，功耗高，加工工藝復雜的問題，可以達到的效果至少包括變壓器線圈采用 三層金屬走線，可以大大提高變壓器本身所承受的電流，同時可以有效減少變壓器本身的損 耗；在變壓器初級線圈輸入端的可變電容，可變電容通過與初級線圈電感的諧振，大大減小 變壓器所需要的面積，適合于片上設計；同時對可變電容的調節(jié)，不但可以用來糾正由于工 藝誤差所產生的頻率響應的偏移，而且可以連續(xù)改變變壓器的響應頻率，極大地擴展了射頻 功率放大器的應用頻段，使整個功率放大器適用于多種模式多個頻段的無線通信系統(tǒng)；將射 頻功率放大器單元內置于變壓器線圈之中，在采用隔離手段保護功放單元電路不受變壓器干 擾的情況下，可以使得變壓器線圈獲得足夠大的電學耦合長度，同時極大的節(jié)省芯片的面積
顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發(fā)明的各單元、結構或組成部分可以用成 一體地元件或構件實現(xiàn)，也可以分別由單個的元件或構件實現(xiàn)。本發(fā)明對此不作限制。線圈 的個數(shù)可以根據(jù)需要而定，射頻功率放大單元還可以有其他的結構，可變電容可以有一個或 兩個，在此不限于上述，只要能完成本發(fā)明的目的即可。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員 來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等 同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種射頻功率放大器，其特征在于，包括用于信號轉換的變壓器線圈，所述變壓器線圈包括次級線圈和位于所述次級線圈內的至少第一初級線圈和第二初級線圈；以及用于功率放大的射頻功率放大單元，所述射頻功率放大單元與所述第一初級線圈和第二初級線圈分別連接，并且位于所述第一初級線圈和第二初級線圈的內部。
2.根據(jù)權利要求l所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第一初級線圈與第二初級線 圈分別與所述次級線圈采用側耦合結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述射頻功率放大單元包括至少 兩個差分信號輸出端口 ，所述射頻功率放大單元通過所述差分信號輸出端口分別連接所述第 一初級線圈和第二初級線圈。
4.根據(jù)權利要求3所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第一初級線圈、所述第二初 級線圈和所述次級線圈為并聯(lián)的三層金屬走線，所述三層金屬走線通過過孔連接。
5.根據(jù)權利要求3所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述射頻功率放大器還包括可變 電容，所述可變電容的兩端連接所述第一初級線圈和/或第二初級線圈。
6.根據(jù)權利要求5所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述射頻功率放大器還包括隔離 機構，所述隔離機構位于所述變壓器線圈與射頻功率放大單元之間。
7.根據(jù)權利要求6所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述隔離機構為至少兩圈n阱保護環(huán)和P阱保護環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻功率放大器，屬于通信技術領域。所述射頻功率放大器包括變壓器線圈和射頻功率放大單元，用于信號轉換的變壓器線圈包括次級線圈和位于次級線圈內的至少第一初級線圈和第二初級線圈；用于功率放大的射頻功率放大單元與第一初級線圈和第二初級線圈分別連接并且位于第一初級線圈和第二初級線圈的內部。通過本發(fā)明的射頻功率放大器，可以解決現(xiàn)有的射頻功率放大器體積大、加工工藝復雜、帶寬有限等問題，提高變壓器本身所承受的電流，減小變壓器所需要的面積，節(jié)省芯片的面積。
文檔編號H03F3/20GK101615892SQ200910304778
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權日2009年7月24日
發(fā)明者張宗楠, 張海英 申請人:中國科學院微電子研究所