CN101673865B - 使用整合被动组件工艺制造的巴伦器 - Google Patents

Abstract

一种使用整合被动组件工艺制造的巴伦器，包括一基板、一第一共平面螺旋结构体及一第二共平面螺旋结构体。第一共平面螺旋结构体的最内圈的第一左线圈的一端经由第一桥接部与最内圈的第一右线圈电性连接。第一共平面螺旋结构体的两端分别与最外圈的第一左线圈与第一右线圈电性连接。第二共平面螺旋结构体的最内圈的第二左线圈的一端经由第二桥接部与最内圈的第二右线圈电性连接。第二共平面螺旋结构体的两端分别与最外圈的第二左线圈与第二右线圈电性连接。第一左线圈与第二左线圈交错配置，第一右线圈与第二右线圈交错配置。

Description

使用整合被动组件工艺制造的巴伦器

技术领域

本发明是有关于一种巴伦器(Balun circuit)，且特别是有关于一种使用整合被动组件(Integrated Passive Device，IPD)工艺制造的巴伦器。

背景技术

一般来说，当通讯装置中的天线接收到无线信号之后，由天线输出的单端口电信号会输出至一巴伦器。巴伦器将会把单端口电信号转换成双端口电信号，并输出至射频(Radio Frequency，RF)收发器(Transceiver)来进行处理。

目前的一种巴伦器以低温共烧陶瓷(Low temperature co-fired ceramic，LTCC)工艺来达成。然而，这种LTCC工艺所制造的巴伦器必需先经由表面黏着技术(Surface-Mount Technology，SMT)与一基材电性连接后，才能与基材上的射频收发器芯片电性连接。如此，基材上必需同时保留配置LTCC工艺所制造的巴伦器的区域与配置射频收发器芯片的区域，而使得所需要的基材面积增大，而占用较大的通讯装置的空间。因此，如何降低所需基材的面积，以节省通讯装置的内部空间，乃业界所致力的方向之一。

发明内容

本发明有关于一种使用整合被动组件工艺制造的巴伦器，可以直接配置于射频收发器芯片上，故可降低所需要的基材面积，而得以节省通讯装置的内部空间。

根据本发明，提出一种使用整合被动组件(Integrated Passive Device，IPD)工艺制造的巴伦器，包括一基板、一第一共平面螺旋结构体及一第二共平面螺旋结构体。第一共平面螺旋结构体具有一第一端、一第二端、多个第一左线圈、多个第一右线圈及一第一桥接部。最内圈的第一左线圈的一端经由第一桥接部与最内圈的第一右线圈电性连接。第一端与最外圈的第一左线圈电性连接，第二端与最外圈的第一右线圈电性连接。第二共平面螺旋结构体具有一第三端、一第四端、多个第二左线圈、多个第二右线圈及一第二桥接部。最内圈的第二左线圈的一端经由第二桥接部与最内圈的第二右线圈电性连接。第三端与最外圈的第二左线圈电性连接，第四端与最外圈的第二右线圈电性连接。这些第一左线圈与这些第二左线圈交错配置，这些第一右线圈与这些第二右线圈交错配置。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示乃一种巴伦器的示意图。

图2绘示乃图1的巴伦器的等效电路图。

图3A绘示乃依照本发明的一实施例的一种使用整合被动组件工艺制造的巴伦器的结构示意图。

图3B乃图3A中，沿着剖面线3B-3B’的巴伦器的剖面图。

图4A绘示乃具有本实施例的巴伦器的结构的IPD与射频收发器芯片的配置关系的一例的示意图。

图4B绘示乃具有本实施例的巴伦器的结构的IPD与射频收发器芯片的配置关系的另一例的示意图。

图5绘示乃本实施例的巴伦器的反射损失与插入损失的仿真结果图。

图6绘示乃本实施例的巴伦器的两个输出信号的振幅差与相位差的仿真结果图。

主要组件符号说明：

100：巴伦器

102、104：传输线

110：非平衡端口

112、114：平衡端口

300：巴伦器

302：基板

312：第一端

314：第二端

316：第一连接线

318：第二连接线

320(1)、320(2)、320(3)：第一左线圈

322(1)、322(2)、322(3)：第一右线圈

324：第一桥接部

332：第三端

334：第四端

336：第三连接线

338：第四连接线

340(1)、340(2)、340(3)：第二左线圈

342(1)、342(2)、342(3)：第二右线圈

344：第二桥接部

352：第一布线层

354：第二布线层

402、408：整合被动组件

404、410：射频收发器芯片

406、412：基材

602、604：关系曲线

具体实施方式

请参照图1，其绘示乃一种巴伦器的示意图。巴伦器包括传输线102及104、与电容器C1、C2及C3。传输线102的一端与一非平衡端口(Unbalance Port)110电性连接，传输线102的另一端接地。传输线104的一端与平衡端口(BalancePort)112和电容C2电性连接，而传输线104的另一端与平衡端口114和电容C3电性连接。

请参照图2，其绘示乃图1的巴伦器的等效电路图。传输线102可由电感L1等效之，传输线104可由电感L2等效之。由于对于交流信号而言，传输线104之中点可视为虚拟接地，故等效传输线104的电感L2的中心以接地等效之。经由电感L1与L2之间的耦合效应，可使得由非平衡端口110输入的单端(single ended)信号，转换成由平衡端口112与114输出的差动(differential)信号。平衡端口112与114输出的信号具有实质上相同的振幅，但两个信号的相位实质上相差180度。

上述的电容C1、C2及C3用以调整通带(Passband)的频宽(Bandwidth)，调整插入损失(Insertion Loss)，或执行阻抗转换(Impedance Transformation)。

请同时参照图3A及图3B，图3A绘示乃依照本发明的一实施例的一种使用整合被动组件(Integrated Passive Device，IPD)工艺制造的巴伦器的结构示意图，图3B乃图3A中，沿着剖面线3B-3B’的巴伦器300的剖面图。巴伦器300包括一基板302(绘示于图3B中)，一第一共平面螺旋结构体、及一第二共平面螺旋结构体。第一共平面螺旋结构体具有一第一端312、一第二端314、多个第一左线圈、多个第一右线圈及一第一桥接部324。

多个第一左线圈例如包括左线圈320(1)、320(2)及320(3)。多个第一右线圈例如包括右线圈322(1)、322(2)及322(3)。

于第一共平面螺旋结构体中，最内圈的第一左线圈320(3)的一端经由第一桥接部324与最内圈的第一右线圈322(3)电性连接。第一端312与最外圈的第一左线圈320(1)电性连接，第二端314与最外圈的第一右线圈322(1)电性连接。

而第二共平面螺旋结构体则具有一第三端332、一第四端334、多个第二左线圈、多个第二右线圈及一第二桥接部344。多个第二左线圈例如包括第二左线圈340(1)、340(2)及340(3)。多个第二右线圈例如包括第二右线圈342(1)、342(2)及342(3)。

于第二共平面螺旋结构体中，最内圈的第二左线圈340(3)的一端经由第二桥接部344与最内圈的第二右线圈342(3)电性连接。第三端332与最外圈的第二左线圈340(1)电性连接，第四端334与最外圈的第二右线圈342(1)电性连接。

这些第一左线圈与些第二左线圈交错配置，这些第一右线圈与些第二右线圈交错配置。举例来说，这些第一左线圈与这些第二左线圈以第二左线圈340(1)、第一左线圈320(1)、第二左线圈340(2)、第一左线圈320(2)、第二左线圈340(3)、第一左线圈320(3)的顺序由外向内配置。而这些第一右线圈与这些第二右线圈以第二右线圈342(1)、第一右线圈322(1)、第二右线圈342(2)、第一右线圈322(2)、第二右线圈342(3)、第一右线圈322(3)的顺序由外向内配置。

较佳地，第一左线圈320(1)～320(3)与第二左线圈340(1)～340(3)等间隔配置。第一右线圈322(1)～322(3)与第二右线圈342(1)～342(3)等间隔配置。而第一端312通过连接线316与最外圈的第一左线圈320(1)电性连接，第二端314通过连接线318与最外圈的第一右线圈322(1)电性连接。第三端332通过连接线336与最外圈的第二左线圈340(1)电性连接，第四端334通过连接线338与最外圈的第二右线圈342(1)电性连接。

更进一步来说，请参考图3B，基板302具有一第一布线层352与一第二布线层354。于第一共平面螺旋结构体中，第一连接线316、第二连接线318、这些第一左线圈320(1)～320(3)及这些第一右线圈340(1)～340(3)配置于第一布线层352，而第一桥接部324则配置于第二布线层354。第一左线圈320(3)例如通过通孔360与第一桥接部324电性连接，而第一桥接部324则通过通孔362与第一右线圈322(3)电性连接。如此，可使得第一左线圈320(3)经由第一桥接部324与第一右线圈322(3)电性连接。

而于第二共平面螺旋结构体中，第一连接线336、第二连接线338、第二左线圈340(1)～340(3)、第二右线圈342(1)～342(3)配置于第一布线层352。第二桥接部344配置于第二布线层354。

较佳地，第一左线圈320(1)～320(3)的长度和实质上等于第一右线圈322(1)～322(3)的长度和。而第二左线圈340(1)～340(3)的长度和实质上等于第二右线圈342(1)～342(3)的长度和。如此，当第一端312作为非平衡端口110，第二端314接地，第三端332与第四端334分别作为平衡端口112与114时，第三端332与第四端334将可输出具有实质上相同的振幅，相位实质上相差180度的两个信号。

如图3A所示，第一端312、第三端332及第四端334分别与电容C1、C2及C3电性连接。

于本实施例的巴伦器300中，第一共平面螺旋结构体及第二共平面螺旋结构体之间的耦合方式以边缘耦合(edge coupling)的方式来达成。此种方式可以使得耦合机制较不受到外部的参考地电压的影响，而可达到较良好的耦合效果。

此外，由于本实施例的巴伦器仅需用到两个布线层，所以特别适合于使用IPD工艺来制造，亦即是使用薄膜(Thin Film)工艺来制造。使用IPD工艺所制造的巴伦器具有线圈的线宽与线距可精准控制，且可使得线宽与线距比传统使用LTCC工艺所制造的巴伦器的线宽与线距还小的优点。因此，相较于LTCC工艺所制造的巴伦器，本实施例的IPD工艺所制造的巴伦器更具有缩小布局(Layout)面积的优点。

请参照图4A，其绘示乃具有本实施例的巴伦器300的结构的IPD 402与射频收发器芯片404的配置关系的一例的示意图。IPD 402配置于基材406上，而射频收发器芯片404则可配置于IPD 402上。而射频收发器芯片404则例如通过IPD402中的多个通孔(via)405与基材406电性连接。如此，与传统的LTCC工艺所制造的巴伦器必需直接配置于基材上以与配置于基材的其它区域的射频收发器芯片电性连接的作法相较，本实施例的IPD 402可达到节省基材406面积的优点。

请参照图4B，其绘示乃具有本实施例的巴伦器的结构的IPD 408与射频收发器芯片410的配置关系的另一例的示意图。IPD 408配置于基材412上，而射频收发器芯片410则可配置于IPD 408下方的空间中。此种配置方式同样地具有节省基材412面积的优点。

请参照图5，其绘示乃本实施例的巴伦器的反射损失(Return Loss)与插入损失(Insertion loss)的仿真结果图。兹将做为非平衡端口110的第一端312作为输入端口，做为平衡端口112与114的第三端332与第四端334则作为输出端口，来进行双端口巴伦器的仿真。由图5的反射损失的关系曲线502与插入损失的关系曲线504可看出，于频率2.5GHz附近，反射损失约为-42dB，而插入损失则约为-1dB。由此可看出于频率2.5GHz附近，本实施例的巴伦器300确实可以完成信号转换的动作。

请参照图6，其绘示乃本实施例的巴伦器的两个输出信号的振幅差(Amplitude imbalance)与相位差(Phase imbalance)的仿真结果图。由第三端332与第四端334的输出信号的振幅差的关系曲线602可看出，二者的振幅差于频率2GHz至3GHz之间介于0.25与-0.37之间。而由第三端332与第四端334的输出信号的相位差的关系曲线604可看出，二者的相位差则约为182.5度(degree)。由此可知，本实施例的巴伦器确实可以符合一般巴伦器的两输出信号振幅实质上相同，相位差实质上为180度的要求。

上述虽以具有电容C1、C2及C3的巴伦器100为例做说明，然巴伦器100亦可不需使用电容C1、C2及C3。

本发明的使用IPD工艺制造的巴伦器可以达到缩小布局面积及节省基材的面积的优点，可使得所使用的通讯装置更能达到轻薄短小的目的，故具有良好的市场竞争力。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种使用整合被动组件工艺制造的巴伦器，包括：

一基板，具有一第一布线层以及一第二布线层；

一第一共平面螺旋结构体，具有一第一端、一第二端、数个第一左线圈、数个第一右线圈及一第一桥接部，最内圈的该第一左线圈的一端经由该第一桥接部与最内圈的该第一右线圈电性连接，该第一端与最外圈的该第一左线圈电性连接，该第二端与最外圈的该第一右线圈电性连接，该第二端接地；

一第二共平面螺旋结构体，具有一第三端、一第四端、数个第二左线圈、数个第二右线圈及一第二桥接部，最内圈的该第二左线圈的一端经由该第二桥接部与最内圈的该第二右线圈电性连接，该第三端与最外圈的该第二左线圈电性连接，该第四端与最外圈的该第二右线圈电性连接；

其中，该些第一左线圈与该些第二左线圈配置于该第一布线层且彼此交错，该些第一右线圈与该些第二右线圈配置于该第一布线层且彼此交错，该第一桥接部与该第二桥接部配置于该第二布线层；以及

其中，该第一端、该第三端及该第四端分别与相对应的第一电容、第二电容与第三电容电性连接。

2.如权利要求1所述的巴伦器，其中该些第一左线圈与该些第二左线圈等间隔配置。

3.如权利要求1所述的巴伦器，其中该些第一右线圈与该些第二右线圈等间隔配置。

4.如权利要求1所述的巴伦器，其中，该些第一左线圈的长度和实质上等于该些第一右线圈的长度和。

5.如权利要求1所述的巴伦器，其中，该些第二左线圈的长度和实质上等于该些第二右线圈的长度和。

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