具有緊湊多路變壓器功率合成器的電子裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施例涉及緊湊電子結(jié)構(gòu)。一些實(shí)施例涉及變壓器功率合成器(transformer combiners)。一些實(shí)施例涉及功率放大器和功率放大。一些實(shí)施例涉及用于發(fā)射器的功率放大器，該發(fā)射器包括適用于移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射器，如3GPP LTE裝置，以及適用于其它連接標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射器，如WLAN和W1-Fi裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]變壓器功率合成器是建立高功率射頻(RF)功率放大器的有效方式。為了增加輸出功率電平，多路如2路、4路、8路或更多路常用于在次級(jí)電感器上疊加RF電壓。多路變壓器功率合成器可通過初級(jí)電感器的多段和僅具有兩個(gè)輸出端子的單個(gè)次級(jí)連續(xù)電感器的配置來實(shí)現(xiàn)。該配置提供來自多個(gè)初級(jí)電感器的電壓的組合，從而將來自這些多段的功率組合到一起以輸送到次級(jí)電感器。
[0003]在先進(jìn)的制造技術(shù)中，建立多路變壓器功率合成器在尺寸和對稱布局結(jié)構(gòu)方面具有若干限制。一種為這些限制提供解決方案的設(shè)計(jì)是使用傳輸線電感器的主動(dòng)分布式變壓器。該配置使用基于傳輸線電感器的變壓器，該變壓器具有設(shè)置在角上的功率放大器(PA)裝置從而保持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局。然而，這要求每個(gè)差分PA對中柵極正交取向，同時(shí)一些高級(jí)互補(bǔ)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(CMOS)制造技術(shù)僅允許單個(gè)柵極取向。
[0004]另一種方法使用多段變壓器，其具有數(shù)字8型變壓器功率合成器結(jié)構(gòu)布局。該配置有助于保持單個(gè)柵極取向，但其要求更大的管芯面積。此外，在一排PA中第一 PA和最后PA具有稍微不同的環(huán)繞金屬結(jié)構(gòu)。另一個(gè)選項(xiàng)使用跑道型變壓器功率合成器，其包括具有沿著水平跡線設(shè)置的PA裝置的傳輸線變壓器布局。該配置也在水平和垂直電感器之間產(chǎn)生非對稱布局。
【附圖說明】
[0005]實(shí)施例是以示例方式而非限制性方式在附圖中示出，其中:
[0006]圖1A-1B示出根據(jù)一些實(shí)施例的對稱變壓器功率合成器的單元功率放大器的頂部金屬結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。
[0007]圖1C示出根據(jù)一些實(shí)施例的單元元件的組件，其取向與和對稱變壓器功率合成器親合時(shí)的單元元件相同。
[0008]圖2示出根據(jù)一些實(shí)施例的與8路八邊形變壓器功率合成器連接的八個(gè)差分功率放大器的實(shí)施例。
[0009]圖3示出根據(jù)一些實(shí)施例的與8路八邊形變壓器功率合成器連接的八個(gè)單端功率放大器的實(shí)施例。
[0010]圖4示出根據(jù)一些實(shí)施例的與8路正方形變壓器功率合成器連接的八個(gè)差分功率放大器的實(shí)施例。
[0011]圖5示出根據(jù)一些實(shí)施例的與8路正方形變壓器功率合成器連接的十六個(gè)單端功率放大器的實(shí)施例。
[0012]圖6示出根據(jù)一些實(shí)施例的具有八個(gè)差分功率放大器的輕微不對稱8路變壓器功率合成器的實(shí)施例。
[0013]圖7示出根據(jù)一些實(shí)施例的具有功率放大器的示例裝置。
[0014]圖8示出根據(jù)一些實(shí)施例的形成電子裝置的示例方法的特征。
[0015]圖9示出根據(jù)一些實(shí)施例的在兩個(gè)金屬層之間提供約45度偏移的水平和垂直部分的配置。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面的詳細(xì)描述參考附圖，附圖以例示方式示出細(xì)節(jié)和可被實(shí)施的實(shí)施例。這些實(shí)施例被足夠詳細(xì)地描述，從而使得本領(lǐng)域技術(shù)人員將其實(shí)踐。其它實(shí)施例也可被利用，且可在不偏離本發(fā)明主題的情況下做出結(jié)構(gòu)、邏輯、和電氣變化。這里公開的各種實(shí)施例不必是相互排斥的，如一些實(shí)施例可與一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例組合從而形成新的實(shí)施例。因此，下面的詳細(xì)描述不具有限制意義。
[0017]可實(shí)施緊湊變壓器布局拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而通過以相同方式將每個(gè)電路耦合到變壓器來耦合電路到緊湊變壓器，其中每個(gè)電路在電路內(nèi)具有與其它電路相同(或共有)的結(jié)構(gòu)布局。相同的結(jié)構(gòu)布局可包括差別在于相對χ/y軸布局反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)布局。每個(gè)電路可包括在電路頂部的兩個(gè)金屬層，其中電路可通過兩個(gè)金屬層中的一層耦合到變壓器，使得電路布置與變壓器是對稱的。兩個(gè)金屬層中的另一層可配置成耦合來自電路的信號(hào)到被耦合到變壓器的金屬層。兩個(gè)金屬層可在裝入變壓器之前配置成彼此具有45度偏移，這可允許對稱的變壓器布局和在每個(gè)變壓器端子處的相同的連接。兩個(gè)金屬層中的每層都可配置為約45度偏移的直金屬線?？商鎿Q地，可實(shí)施水平和垂直段從而提供約45的偏移，如圖9所示。這樣的配置允許使用制造技術(shù)，其在每個(gè)段中具有單個(gè)裝置柵極取向和對稱/相同的電感器。
[0018]每個(gè)電路可配置為能以直接的方式復(fù)制的單元裝置元件，且變壓器可配置成在基板上具有對稱布局的多路變壓器功率合成器。單元裝置元件可包括有源裝置，其中在單元元件的頂部上具有兩個(gè)金屬層，這兩個(gè)金屬層在有源裝置的頂部上。有源裝置通常是在操作上能夠電控制電子流的裝置或電路中的組件。例如，諸如金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的晶體管是有源裝置，其中施加到晶體管柵極的電壓的調(diào)節(jié)可控制電子流。晶體管可用于裝置元件作為存取晶體管或其它功能元件。如上所述，單元裝置元件可通過兩個(gè)金屬層中的一層耦合到多路變壓器功率合成器，使得單元裝置元件與多路變壓器功率合成器的配置是對稱的。兩個(gè)45度偏移的金屬線的使用允許多個(gè)不同類型的電路或單元裝置元件與多路變壓器功率合成器耦合以提供對稱配置。該配置也可提供集成的電子裝置。單元裝置元件可包括單元PA元件、基于單元電感器/變壓器的電壓控制振蕩器(VCO)元件、單元低噪聲放大器元件或其它裝置元件。
[0019]為了易于描述，下面的討論描述對于單元PA元件，在裝入變壓器之前使用兩個(gè)彼此具有45度偏移的金屬層建立單元裝置元件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該配置允許維持對稱的變壓器功率合成器布局和在每個(gè)變壓器端子的相同的連接。這些不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可用于發(fā)射器中使用的功率放大器的結(jié)構(gòu)配置，該發(fā)射器包括適用于3GPP (第三代伙伴計(jì)劃)LTE(長期演進(jìn))裝置的發(fā)射器和適用于WLAN(無線局域網(wǎng))和W1-Fi裝置的發(fā)射器。
[0020]對稱的變壓器布局對維持優(yōu)異的差分操作是重要的。對稱的變壓器布局可有助于減少諧波含量，并可實(shí)現(xiàn)更好的共模信號(hào)抑制。具有相同的變壓器支路(branch)也可使得能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)的效率增強(qiáng)技術(shù)，如動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向變壓器段開關(guān)。例如，相當(dāng)完美的對稱變壓器布局可提供具有PA的半數(shù)關(guān)閉的_6dB功率降低。
[0021]根據(jù)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)單元PA的結(jié)構(gòu)布局都可被再利用而無需旋轉(zhuǎn)。然而，注意可進(jìn)行x/y軸反轉(zhuǎn)。在這樣的配置中，連接到變壓器端子的每個(gè)單元PA輸出的饋送網(wǎng)絡(luò)是同等的。因此，所有柵極取向可以是同等的。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可提供在所有方向都對稱的變壓器路由，其中在考慮所有寄生現(xiàn)象后，每個(gè)連接的PA可經(jīng)歷同等負(fù)載。提供具有多個(gè)單元元件的對稱變壓器功率合成器布局的方法可通過在半導(dǎo)體處理中使用兩個(gè)上金屬層(如頂部金屬或再分布層(RDL))形成電路或裝置的單元元件來實(shí)現(xiàn)。這樣的半導(dǎo)體處理可被提供在幾乎所有筒級(jí)CMOS技術(shù)中。
[0022]圖1A示出用于單端單元PA 105-1的兩個(gè)頂部金屬層的示例結(jié)構(gòu)。圖1B示出用于差分單元PA 105-2的兩個(gè)頂部金屬層的示例結(jié)構(gòu)。金屬線110-1可用于從下層金屬層收集來自PA裝置105-1的RF功率，而金屬線110-2，110-3可用于從下層金屬層收集來自PA裝置105-2的RF功率。金屬線115-1與金屬線110-1具有45度偏移，且可饋送RF功率到與其耦合的變壓器功率合成器的端子。金屬線115-2、115-3與金屬線110-2、110-3具有45度偏移，并可饋送RF功率到與它們耦合的變壓器功率合成器的端子。大多數(shù)半導(dǎo)體代工廠允許在頂部金屬上實(shí)現(xiàn)45度金屬路由。因?yàn)榻饘氽E線之間的45度偏移允許X和y方向反轉(zhuǎn)而不會(huì)引入失配，這能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊變壓器布局的單個(gè)柵極取向，該緊湊變壓器布局在不同方向上具有相當(dāng)完美的對稱連接。
[0023]圖1C示出單元元件105的組件的實(shí)施例，當(dāng)與對稱變壓器功率合成器耦合時(shí)，其取向與單元元件相同。例如，單元元件105可包括晶體管111的柵極112，其中金屬線110可用于從下層金屬層收集來自PA裝置105的RF功率，且金屬線115與金屬線110具有45度偏移，且可饋送RF功率到與其耦合的變壓器功率合成器的端子。
[0024]圖2-5示出建立具有