CN101682314A - 具有可重构平衡-非平衡电路的集成电路及其方法 - Google Patents

Abstract

一种平衡－非平衡电路(10)，包括具有第一绕组和第二绕组(13，15)的平衡－非平衡变换器(12)，以及第一可变电容器和第二可变电容器(18，20)。第一可变电容器(18)具有耦合至第一绕组(13)的第一端子的第一板电极，以及耦合至第一绕组(13)的第二端子的第二板电极。第二可变电容器(20)具有耦合至第二绕组(15)的第一端子的第一板电极，以及耦合至第二绕组(15)的第二端子的第二板电极。第一可变电容器(18)可在第一电容值和第二电容值之间调节。第二可变电容器(20)可在第三电容值和第四电容值之间调节。调节可变电容器(18，20)允许平衡－非平衡电路(10)可重构以在第一频带和第二频带中进行操作。

Description

具有可重构平衡-非平衡电路的集成电路及其方法

技术领域

[0001]本申请一般涉及集成电路，并且更具体地，涉及一种具有可重构平衡-非平衡电路的集成电路及其方法。

背景技术

[0002]平衡/非平衡(平衡-非平衡)变换器用在无线电接收机中将来自天线的单端(非平衡)信号转换为差分(平衡)信号，并且用在无线电发射机中将差分信号转换为单端信号。过去，平衡-非平衡变换器是安装在印刷电路板上的分立器件。现在，IPD(集成无源器件)平衡-非平衡变换器通常与射频(RF)前端电路形成在同一半导体衬底上。许多射频收发信机，例如用在蜂窝手机中的射频收发信机，被设计成在几个频带中操作，并且在发射机部分和接收机部分对于每个频带都使用独立的信号路径。每个信号路径都需要适合用于特定的中心频率和带宽的其自身的平衡-非平衡变换器。针对每个信号路径使用独立的IPD平衡-非平衡变换器增加了射频前端电路的部件尺寸和数量，并且导致制造成本上升。

[0003]因此，需要一种解决以上问题的方法。

附图说明

[0004]借助于示例来说明本发明，而不局限于附图，在附图中相似的参考标记表示相似的元件。出于简要和清楚的目的示出了附图中的元件，但不一定按比例绘制这些元件。

[0005]图1示出了根据一个实施例的用于接收机中的可重构平衡-非平衡电路的示意图。

[0006]图2示出了根据另一个实施例的用于发射机中的可重构平衡-非平衡电路的示意图。

[0007]图3示出了具有图1和图2的可重构平衡-非平衡电路的多频带无线电电路的方框图。

具体实施方式

[0008]所述实施例的一个方面包括电路，该电路包括：平衡-非平衡变换器，具有第一绕组和第二绕组，第一绕组具有第一端子和第二端子，并且第二绕组具有第一端子和第二端子；第一可变电容器，具有耦合至第一绕组的第一端子的第一板电极，和耦合至第一绕组的第二端子的第二板电极，第一可变电容器可在第一电容值和第二电容值之间调节，第一电容值用于允许该电路在第一频带中操作，并且第二电容值用于允许该电路在第二频带中操作，其中第一频带和第二频带不同；第二可变电容器具有耦合至第二绕组的第一端子的第一板电极，和耦合至第二绕组的第二端子的第二板电极，第二可变电容器可在第三电容值和第四电容值之间调节，第三电容值用于允许该电路在第一频带中操作，并且第四电容值用于允许该电路在第二频带中操作。

[0009]所述实施例的另一个方面包括一种集成电路，其包括：集成无源器件(IPD)平衡-非平衡变换器，具有第一和第二绕组，第一绕组具有第一端子和第二端子，并且第二绕组具有第一端子和第二端子；第一电容器，耦合在第一绕组的第一端子和第二端子之间；第一可变电容器，与第一电容器并联耦合，第一可变电容器可在第一电容值和第二电容值之间调节；第二电容器，耦合在第二绕组的第一端子和第二端子之间；以及第二可变电容器，与第二电容器并联耦合，第二可变电容器可在第三电容值和第四电容值之间调节。

[0010]一种用于操作多频带平衡-非平衡电路的方法，该方法包括：提供具有第一绕组和第二绕组的平衡-非平衡变换器；在第一绕组的第一端子和第二端子之间耦合第一可变电容器；在第二绕组的第一端子和第二端子之间耦合第二可变电容器；提供使多频带平衡-非平衡电路在第一频带中操作的模式信号；响应于该模式信号而调节第一可变电容器以提供第一电容值，并且调节第二可变电容器以提供第二电容值；提供使多频带平衡-非平衡电路在不同于第一频带的第二频带中操作的模式信号；以及调节第一可变电容器以提供不同于第一电容值的第三电容值，并且调节第二可变电容器以提供不同于第二电容值的第四电容值。

[0011]图1示出了根据一个实施例的用于接收机中的可重构平衡-非平衡电路10的示意图。可重构平衡-非平衡电路10包括平衡-非平衡变换器12、定值电容器14和16、以及可变电容器18和20。平衡-非平衡变换器12被形成为具有第一初级绕组13和第二次级绕组15。平衡-非平衡变换器12中的绕组13和15不是直接耦合在一起，而是依赖于磁通耦合来进行操作。在所述的实施例中，平衡-非平衡变换器12的特征在于：其为在集成电路上实现的传统集成无源器件(IPD)变换器。电容器14具有耦合到初级绕组13的第一端子的第一板电极，耦合到初级绕组13的第二端子的第二板电极。可变电容器18具有耦合到初级绕组13的第一端子的第一板电极，耦合到初级绕组13的第二端子的第二板电极。初级绕组13的第一端子以及电容器14和18的第一板电极接收标记为“输入RX”的单端输入信号。初级绕组13的第二端子以及电容器14和18的第二板电极耦合到接地端子。在所述实施例中，接地端子可以耦合到模拟地。将可变电容器18和20实现为传统微电子机械***(MEMS)型可变电容器。在所述实施例中，可变电容器18和20和平衡-非平衡变换器12在同一个集成电路上被实现。响应于标记为“RX频带”的控制信号，在两个电容值之一间调节可变电容器18。响应于控制信号“RX频带”，在两个电容值之一间调节可变电容器20。注意在其他实施例中，可变电容器18和20可以接收不同的控制信号。

[0012]电容器16具有耦合到次级绕组15的第一端子的第一板电极，以及耦合到次级绕组15的第二端子的第二板电极。可变电容器20具有耦合到次级绕组15的第一端子的第一板电极，以及耦合到次级绕组15的第二端子的第二板电极。次级绕组15的第一端子以及电容器16和20的第一板电极提供标记为“输出RX+”的输出信号。次级绕组15的第二端子以及电容器16和20的第二板电极提供标记为“输出RX-”的输出信号。信号“输出RX+”和“输出RX-”的特征在于：其为差分信号。

[0013]平衡-非平衡电路10通过改变可变电容器18和20所提供的电容值而可重构以在第一频带或不同于该第一频带的第二频带中进行操作。在一个实施例中，对于GSM蜂窝标准，低频带在824兆赫兹(MHz)和915MHz之间，并且高频带是从1710MHz到1910MHz。在其他实施例中，频带可以不同。例如，3G和WCDMA蜂窝标准将上述频带的低频带扩展为824MHz到960MHz，高频带扩展为1710MHz到2170MHz。而且，在另一个实施例中，低频带和高频带可以有部分重叠。平衡-非平衡电路10在多频带无线电接收机中尤其有用，诸如例如，在多频带蜂窝电话手机的前端电路中。由于平衡-非平衡电路10可重构以在两个频带中进行操作，因此平衡-非平衡电路10无需针对多频带无线电装置的高频带和低频带中的每一个具有独立的平衡-非平衡电路。这节省了成本并减小了前端接收机电路的尺寸。

 [0014]谐振频率ω由公式

所定义，其中L是电感，C是电容。被设计以在一个频带中操作的传统平衡-非平衡变换器具有针对特定频带而优化的特定初级自感和尺寸。例如，被设计以在1710到1910MHz的高频带中进行操作的IPD变换器可以具有一定几何形状的两圈的绕组。同样地，被设计以在824到915MHz的相对较低频带中进行操作的IPD变换器可以具有一定几何形状的四圈的绕组，这是由于高频带的中心频率大约是低频带中心频率的两倍。为了设计在高和低频带中操作的平衡-非平衡电路10，可以将变换器选择为具有(大小和绕组)介于上述高频带变换器和低频带变换器之间的自感。为了确定电容器14、16、18和20的电容值，单独考虑变换器12的初级侧和次级侧。对于初级侧，在上述关于ω的谐振频率公式中，电容器14和18并联组合是C，并且初级绕组13的电感是L。对于给定的L，例如，初级绕组13的电感，在特定谐振频率周围，例如，高频带824到915MHz的中心频率周围确定电容值C。对于变换器12的初级和次级绕组二者针对低频带和高频带计算电容值C。当针对次级绕组15计算电容值时，L是次级绕组15的电感。在所述实施例中，针对高频带和低频带用于初级绕组13的一部分电容值C由定值电容器14提供，并且针对高频带和低频带用于次级绕组15的一部分电容值C由定值电容器16提供。由可变电容器18和20来提供电容C的平衡。可变电容器18被设计为具有用于低频带的第一电容值和用于高频带的第二电容值，使得电容器14和18的并联组合的总电容为初级绕组13提供用于高频带和低频带的正确电容。而且，可变电容器20被设计为具有用于低频带的第三电容值和用于高频带的第四电容值，使得电容器16和20并联组合的总电容为次级绕组15提供用于高频带和低频带的正确电容。使用定值电容器和可变电容器并联降低了由可变电容器提供的电容量。在一个实施例中，可变电容器为一个频带提供0电容，为另一个频带提供计算的电容值。在另一实施例中，仅使用可变电容器18和20来为两个频带提供所有计算的电容值，因此没有使用定值电容器14和16。

[0015]将可变电容器18和20实现为传统MEMS可变电容器，其具有固定在某位置的一个板电极，并且另一板电极可以移动。可移动板电极响应于控制信号来相对于固定板电极移动以改变两个板电极之间的间隙。当板电极彼此远离时，电容减小，而当板电极彼此向一起移近时，电容增加。

[0016]在操作期间，当控制信号“RX频带”处于第一逻辑状态或第一电压时，可变电容器18和20提供其各自的第一电容值，使得平衡-非平衡电路10在第一频带中进行操作。当控制信号“RX频带”处于第二逻辑状态或第二电压时，可变电容器18和20提供其各自的第二电容值，使得平衡-非平衡电路10在与第一频带不同的第二频带中进行操作。

[0017]图2示出了根据另一个实施例的用在发射机中的可重构平衡-非平衡电路24的示意图。可重构平衡-非平衡电路24包括平衡-非平衡变换器26、定值电容器30和32、以及可变电容器34和36。平衡-非平衡变换器26被形成为具有第一初级绕组28和第二次级绕组27。平衡-非平衡电路24本质上与平衡-非平衡电路10是相同的，除了平衡-非平衡电路24被设计用于在多频带无线电的发射路径中操作。因此，平衡-非平衡电路24接收标记为“输入TX+”和“输入TX-”的差分输入信号，并且提供标记为“输出TX”的单端输出信号。而且，可变电容器34和36是传统的MEMS可变电容器，和平衡-非平衡变换器26在同一个集成电路上实现，并且对标记为“TX频带”的控制信号进行响应。此外，电容器30、32、34和36的每一个的电容值和平衡-非平衡电路10一样地被确定。

[0018]图3示出了具有图1和图2的可重构平衡-非平衡电路的多频带无线电电路40的方框图。无线电电路40包括天线42、天线开关44、接收路径46、发射路径48、收发信机50、控制电路54和基带电路52。接收路径46包括低频带滤波器56、高频带滤波器58、开关60和62、平衡-非平衡电路10(见图1)、低频带低噪声放大器(LNA)64和LNA66。发射路径48包括开关68和70、平衡-非平衡电路24(见图2)、低频带功率放大器72、高频带功率放大器74、低频带滤波器76和高频带滤波器78。无线电电路40的“前端”部分包括天线42、天线开关44、接收路径46和发射路径48。

[0019]天线42耦合到天线开关44。响应于来自控制电路54的标记为“天线控制”的控制信号，天线开关44将天线42耦合到接收路径46的低频带滤波器56或者高频带滤波器58之一，或者耦合到发射路径48的低频带滤波器76或高频带滤波器78之一。控制电路54从收发信机50接收多个控制信号，包括标记为“模式”的一个或多个模式控制。控制信号“模式”确定无线电电路40是在进行发射还是进行接收，并且确定无线电电路40是在第一频带还是第二频带中进行操作。响应于控制信号“模式”，控制电路54提供控制信号“天线控制”到天线开关44，以将天线42耦合到合适的路径。而且，控制电路54将标记为“SW控制”的控制信号提供给控制开关60和62，以在无线电电路40处于接收模式时将平衡-非平衡电路10耦合到接收路径46，或者提供给控制开关68和70，以在无线电电路40处于发射模式时将平衡-非平衡电路24耦合到发射路径48。此外，控制电路54提供控制信号“RX频带”来对平衡-非平衡电路10进行控制，如上文在图1的讨论中所描述的，并且提供控制信号“TX频带”来对平衡-非平衡电路24进行控制，如上文在图2的讨论中所描述的。控制电路54可以如图3中所示独立地被实现，也可以被实现为收发信机50或者基带电路52的一部分。

[0020]无线电电路40在低频带和高频带中接收和发射射频(RF)信号。例如，假设无线电电路40处于低频带接收模式中。天线42接收单端RF信号并且通过天线开关44将该单端RF信号路由到低频带滤波器56。低频带滤波器56包括一个或多个常规的滤波器电路以将噪声从射频信号中滤除。控制电路54使开关60将平衡-非平衡电路10耦合到低频带滤波器56。平衡-非平衡电路10接收单端信号“输入RX”并且提供差分信号“输出RX+/输出RX-”到开关62。控制信号“RX频带”使平衡-非平衡电路10为低频带信号提供正确的电容值。开关62将平衡-非平衡电路10的输出耦合到低频带LNA64的输入。低频带LNA64随后将放大的差分信号提供到收发信机50的输入。收发信机50将信号提供到基带电路52以进行进一步的处理。

[0021]作为另一示例，假设无线电电路40处于高频带发射模式。待发射的差分信号由基带电路53提供给收发信机50，并且相应的差分信号被提供给开关68。开关68响应于信号“SW控制”而将收发信机50的输出耦合到平衡-非平衡电路24的差分输入“输入TX+/输入TX-”。控制信号“TX频带”使平衡-非平衡电路24重构平衡-非平衡电路24，以为高频带操作提供正确的电容值，如上文针对图2所讨论的。单端输出信号“输出TX”由平衡-非平衡电路24提供给开关70。响应于信号“SW控制”，开关70将单端输出信号“输出TX”提供给高频带功率放大器74和高频带滤波器78。天线开关44将该待发射信号路由到天线42。

[0022]在多频带无线电电路的信号路径中使用单个可重构平衡-非平衡电路来代替针对每个频带使用一个平衡-非平衡电路减少了无线电电路的前端电路中平衡-非平衡电路的数量，因此减小了无线电电路的尺寸和成本。

[0023]注意在无线电电路40的其他实施例中，可以使用不止一个天线。而且，在其他实施例中LNA64和66可以被合并为一个宽带LNA。类似地，放大器72和74也可以被合并。注意，如果LNA64和66被合并，并且放大器72和74被合并，那么将不需要开关62和70。此外，可以去除开关68，或者可以将其集成在收发信机芯片50中。

[0024]现在应理解，本发明提供了一种用于多频带无线电电路的可重构平衡-非平衡电路，其使用可变电容器在第一和第二频带之间调节平衡-非平衡电路，从而消除了对每个频带都需要独立平衡-非平衡电路的需求。

[0025]因此，将理解的是，本申请文件中所述的结构仅是示例性的，实际上可以采用多种其他结构，其可以实现同样的功能。在概括但是明确的意义上，用于实现同样功能的组件的任何配置都有效地“相关联”，以便获得所期望的功能。因此，此处通过组合以实现特定功能的任意两个组件都可以被认为是彼此“关联”，以使得所期望的功能得以实现，而不考虑结构或者中间的组件。同样地，如此相关联的任意两个组件也可以被视为为实现所期望的功能而彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”。

[0026]而且，在本文说明书以及权利要求书中如果有提到诸如“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”之类的术语，用于说明性目的而不一定用于描述永久相对位置。将理解，如此使用的这些术语在适当情况下可以互换，以使得本文所述的本发明的实施例，例如，能够在不同于本文所示或所述的其他应用方向中操作。

[0027]尽管本文参照具体实施例描述了本发明，但可以在不偏离如以下权利要求书中所阐明的本发明的范围的前提下，进行多种修改和变化。因此，本文的说明书及附图应认为是说明性的而非限定性的，并且所有这些修改都属于本发明的范畴。本文结合具体实施例给出的任何益处、优点以及对问题的解决方案都不被解释为任何或全部权利要求的关键的、必要的或基本特征或者要素。

[0028]此外，本文所用的术语“一”，被定义为一个或者多于一个。而且，在权利要求中使用的介绍性短语如“至少一个”和“一个或多个”也不应当解释为意味着借助于不定冠词“一”引入的另一个权利要求要素将包含该引入的权利要求要素的任何具体权利要求局限于仅包含一个这种要素的发明，即使该相同权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及不定冠词如“一”。对于定冠词的使用，也是如此。

[0029]除非另有声明，诸如“第一”和“第二”之类的术语用于对这些术语所描述的要素之间进行任意区分。因此，这些术语不一定旨在指示这些要素在时间或其他方面的优先顺序。

[0030]本文所用的术语“耦合”，不旨在局限于直接耦合或机械耦合。

Claims (20)

1.一种电路，包括：

具有第一绕组和第二绕组的平衡-非平衡变换器，所述第一绕组具有第一端子和第二端子，并且所述第二绕组具有第一端子和第二端子；

第一可变电容器，所述第一可变电容器具有耦合到所述第一绕组所述第一端子的第一板电极和耦合到所述第一绕组所述第二端子的第二板电极，所述第一可变电容器在第一电容值和第二电容值之间是可调节的，所述第一电容值用于允许所述电路在第一频带中操作，并且所述第二电容值用于允许所述电路在第二频带中操作，其中，所述第一频带不同于所述第二频带；以及

第二可变电容器，所述第二可变电容器具有耦合到所述第二绕组所述第一端子的第一板电极和耦合到所述第二绕组所述第二端子的第二板电极，所述第二可变电容器在第三电容值和第四电容值之间是可调节的，所述第三电容值用于允许所述电路在所述第一频带中操作，并且所述第四电容值用于允许所述电路在所述第二频带中操作。

2.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一可变电容器和第二可变电容器的特征在于作为对控制信号进行响应的微机电***(MEMS)可变电容器。

3.如权利要求1所述的电路，其中，在集成电路上实现所述平衡-非平衡变换器以及所述第一可变电容器和第二可变电容器。

4.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一绕组的所述第一端子被耦合以接收单端输入信号，所述单端输入信号具有处在所述第一频带或第二频带之一以内的频率，所述第一绕组的第二端子耦合到接地端子，并且其中，所述第二绕组的所述第一端子和所述第二端子用作差分输出端子。

5.如权利要求4所述的电路，其中，在多频带射频前端电路的接收路径中实现所述电路。

6.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一绕组的所述第一端子和所述第二端子用作差分输入端子，所述第二绕组的所述第一端子被耦合以提供单端输出信号，并且所述第二绕组的第二端子耦合到接地端子。

7.如权利要求6所述的电路，其中，在多频带射频前端电路的发射路径中实现所述电路。

8.如权利要求1所述的电路，其中，所述平衡-非平衡变换器是集成无源器件(IPD)型变换器。

9.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一频带包括824兆赫兹(MHz)到915MHz，并且所述第二频带包括1710MHz到1910MHz。

10.一种集成电路，包括：

具有第一绕组和第二绕组的集成无源器件(IPD)平衡-非平衡变换器，所述第一绕组具有第一端子和第二端子，并且所述第二绕组具有第一端子和第二端子；

耦合在所述第一绕组的所述第一端子和所述第二端子之间的第一电容器；

与所述第一电容器并联耦合的第一可变电容器，所述第一可变电容器在第一电容值和第二电容值之间是可调节的；

耦合在所述第二绕组的所述第一端子和所述第二端子之间的第二电容器；以及

与所述第二电容器并联耦合的第二可变电容器，所述第二可变电容器在第三电容值和第四电容值之间是可调节的。

11.如权利要求10所述的集成电路，其中，在第一操作模式期间，所述集成电路在第一频带中操作，并且在第二操作模式期间，所述集成电路在不同于所述第一频带的第二频带中操作，其中，在所述第一操作模式期间，调节所述第一可变电容器以提供所述第一电容值并且调节所述第二可变电容器以提供所述第三电容值，并且其中，在所述第二操作模式期间，调节所述第一可变电容器以提供所述第二电容值并且调节所述第二可变电容器以提供所述第四电容值。

12.如权利要求10所述的集成电路，其中，在多频带射频前端电路的接收路径中实现所述电路，并且其中，所述第一绕组的所述第一端子被耦合以接收单端输入信号，所述单端输入信号具有处在所述第一频带或所述第二频带之一以内的频率，所述第一绕组的所述第二端子耦合到接地端子，并且所述第二绕组的所述第一端子和所述第二端子用作差分输出端子。

13.如权利要求10所述的集成电路，其中，在多频带射频前端电路的发射路径中实现所述电路，并且其中，所述第一绕组的所述第一端子和所述第二端子用作差分输入端子，所述第二绕组的所述第一端子被耦合以提供单端输出信号，并且所述第二绕组的所述第二端子耦合到接地端子。

14.如权利要求10所述的集成电路，其中，所述第一频带包括824MHz到915MHz，并且所述第二频带包括1710MHz到1910MHz。

15.如权利要求10所述的集成电路，其中，所述第一可变电容器和第二可变电容器的特征在于作为对控制信号进行响应的微机电***(MEMS)可变电容器。

16.一种用于操作多频带平衡-非平衡电路的方法，所述方法包括：

提供具有第一绕组和第二绕组的平衡-非平衡变换器；

在所述第一绕组的第一端子和第二端子之间耦合第一可变电容器；

在所述第二绕组的第一端子和第二端子之间耦合第二可变电容器；

提供用于使所述多频带平衡-非平衡电路在第一频带中操作的模式信号；

响应于所述模式信号，调节所述第一可变电容器以提供第一电容值并且调节所述第二可变电容器以提供第二电容值；

提供用于使所述多频带平衡-非平衡电路在不同于所述第一频带的第二频带中操作的模式信号；以及

调节所述第一可变电容器以提供不同于所述第一电容值的第三电容值，并且调节所述第二可变电容器以提供不同于所述第二电容值的第四电容值。

17.如权利要求16所述的方法，其中，提供所述平衡-非平衡变换器的步骤进一步包括：提供集成无源器件(IPD)平衡-非平衡变换器。

18.如权利要求16所述的方法，进一步包括：

将第一定值电容器耦合到所述第一绕组的所述第一端子和所述第二端子；以及

将第二定值电容器耦合到所述第二绕组的所述第一端子和所述第二端子。

19.如权利要求16所述的方法，其中，耦合所述第一可变电容器的步骤进一步包括：提供作为微机电***(MEMS)可变电容器的第一可变电容器，以及耦合所述第二可变电容器的步骤进一步包括：提供作为MEMS可变电容器的第二可变电容器。

20.如权利要求16所述的方法，进一步包括：

在所述第一绕组的所述第一端子处提供单端信号；

将所述第一绕组的所述第二端子耦合到地；以及

在所述第二绕组的所述第一端子和所述第二端子处提供差分信号。

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