基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片，包括共面波导输入端口、T型低通滤波器、π型高通滤波器和共面波导输出端口，T型低通滤波器连接共面波导输入端口；π型高通滤波器连接共面波导输入端口；两个共面波导输出端口分别连接T型低通滤波器和π型高通滤波器；T型低通滤波器的截止频率大于π型高通滤波器的截止频率，输入的信号能够完成平衡信号到两个相位差180

【技术实现步骤摘要】
基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片及其应用


[0001]本专利技术涉及微波器件及集成电路无源射频芯片设计
，尤其是指一种基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片及其应用。

技术介绍

[0002]随着5G及移动无线通信系统的快速发展，市场对高精度、高可靠性的射频前端器件的需求与日俱增。巴伦作为一种平衡
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不平衡信号转化器被广泛应用在天线、混频器及推挽放大器等各类电路系统中，它能够将一个平衡信号转化成两个相位相差180
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的非平衡信号，其基本目的是以最小的损耗在两个不同的传输环境中传输信号。
[0003]传统的巴伦设计包括Marchand型，Wilkinson型，混合型，微带线型以及集总元件型等，这些不同类型的巴伦设计在总体上可以分为分布式和集总式。分布式巴伦是由1/4波长耦合线和谐振器组合而成，虽然有着较宽的频带以及精确的相位差，但是由于在低频下占据较大的面积，这在日益小型化的射频芯片设计中存在着难以逾越的阻碍。相反，集总型巴伦利用先进的集成无源半导体加工技术，通过电容电感电阻组合成特定的电路结构实现具体的功能，相比于分布式巴伦，集总元件式巴伦不仅大大减小了芯片的面积，而且同样也可实现低损耗、高相位差的优秀传输性能。
[0004]为了提高移动通讯系统的终端续航能力，电池体积的大型化和微波器件的小型化及集成化是未来射频芯片的发展趋势，相比较于分布式，集总式的器件更利于小型化，而且经过长期的技术发展，基于集成无源(IPD)半导体加工工艺的技术手段被广泛应用于射频器件的加工制作中。对于一般单独的集成无源器件例如巴伦来说，通常工作在特定的工作频率如GSM、WIFI等特定频率下的损耗大小和相位匹配度直接决定了器件性能的优劣，因此基于IPD加工技术、利用共面波导端口来优化电路结构、物理版图结构以满足微波器件性能的提高具有重要意义和实际应用价值。
[0005]因此迫切需要提供一种基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的问题，提出一种基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片及其应用其不仅可以减小版图的面积利于小型化设计，而且提高了传输性能，方便封装并与其他电路系统结合并集成在移动终端设备中，有利于商业化推广使用。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片，包括：
[0008]共面波导输入端口，所述共面波导输入端口用于输入信号，所述共面波导输入端口设置有传输线；
[0009]T型低通滤波器，其通过传输线连接所述共面波导输入端口，所述T型低通滤波器用于接收来自共面波导输入端口的信号，并对信号的截止频率进行调制，得到在低频情况
下的传输信号；
[0010]π型高通滤波器，其通过传输线连接所述共面波导输入端口，所述π型高通滤波器用于接收来自共面波导输入端口的信号，并对信号的截止频率进行调制，得到在高频情况下的传输信号；
[0011]两个共面波导输出端口，所述共面波导输出端口设置有传输线，两个共面波导输出端口通过传输线分别连接所述T型低通滤波器和所述π型高通滤波器；
[0012]其中，所述T型低通滤波器和π型高通滤波器的截止频率分布在两个频率上，且所述T型低通滤波器的截止频率大于所述π型高通滤波器的截止频率，在微波频段上，输入的信号能够通过T型低通滤波器和π型高通滤波器完成平衡信号到两个相位差180
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的不平衡信号的传输。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述T型低通滤波器包括第一螺旋电感、第二螺旋电感和第一MIM电容，所述第一螺旋电感串联第二螺旋电感，所述第一MIM电容并联在第一螺旋电感和第二螺旋电感之间的节点并接地组成第一信号通路。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述第一螺旋电感的一端连接共面波导输入端口，另一端连接到第二螺旋电感，第一螺旋电感和第二螺旋电感的连接处连接第一MIM电容，第一MIM电容的另一端接地。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述第一螺旋电感的尺寸与所述第二螺旋电感的尺寸相同。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述π型高通滤波器包括第三螺旋电感、第四螺旋电感和第二MIM电容，所述第三螺旋电感和第四螺旋电感并联在第二MIM电容的两侧节点组成第二信号通路。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述共面波导输入端口通过传输线与第二MIM电容的一端连接，所述第三螺旋电感和所述第四螺旋电感分别并联在所述第二MIM电容的两侧节点，所述第三螺旋电感和第四螺旋电感的另一侧接地。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，第三螺旋电感的尺寸与所述第四螺旋电感的尺寸相同。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感和第四螺旋电感的尺寸相同，均基于IPD加工工艺的金属堆叠构成圆形螺旋型结构。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，第一MIM电容的尺寸与所述第二MIM电容的尺寸不同。
[0021]此外，本专利技术还提供一种如上述所述的基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片在用于传输幅度相等且相位相差180
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的电路中的应用。
[0022]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0023](1)本专利技术包括T型低通滤波器、π型高通滤波器、传输线和CPWG共面波导端口，其中T型低通滤波器和π型高通滤波器的组合能够减少了相位不匹配错位，从而提高了差分信号的传输质量，且CPWG共面波导端口的结构可以进一步减小两个输出端口相位不匹配的缺点，实现高相位匹配的特点，同时相比于普通的输入端口，其降低了输入端口的插入损耗；
[0024](2)本专利技术低通滤波器和高通滤波器分别采用T型和π型结构，不仅可以减小版图的面积利于小型化设计，而且提高了传输性能，方便封装并与其他电路系统结合并集成在移动终端设备中，有利于商业化推广使用。
附图说明
[0025]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0026]图1是本专利技术实施例一的巴伦器件的电路原理结构示意图。
[0027]图2是本专利技术实施例一中巴伦器件的版图平面结构示意图。
[0028]图3是本专利技术实施例一中巴伦器件的螺旋电感和MIM电容的3D结构放大示意图。
[0029]图4是本专利技术实施例一中巴伦器件的输入端回波损耗和输出端插入损耗仿真结果示意图。
[0030]图5是本专利技术实施例一中巴伦器件的两个输出端信号的相位相差幅度仿真结果示意图。
[0031]说明书附图标记说明：100、输入信号源；110、接地信号源；120、传输线；130、延展接地层；140、第一螺旋电感；141、第二螺旋电感；142、第三螺旋电感；143、第四螺旋电感；150、第一MIM电容；151、第二MIM电容；200本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片，其特征在于，包括：共面波导输入端口，所述共面波导输入端口用于输入信号，所述共面波导输入端口设置有传输线；T型低通滤波器，其通过传输线连接所述共面波导输入端口，所述T型低通滤波器用于接收来自共面波导输入端口的信号，并对信号的截止频率进行调制，得到在低频情况下的传输信号；π型高通滤波器，其通过传输线连接所述共面波导输入端口，所述π型高通滤波器用于接收来自共面波导输入端口的信号，并对信号的截止频率进行调制，得到在高频情况下的传输信号；两个共面波导输出端口，所述共面波导输出端口设置有传输线，两个共面波导输出端口通过传输线分别连接所述T型低通滤波器和所述π型高通滤波器；其中，所述T型低通滤波器和π型高通滤波器的截止频率分布在两个频率上，且所述T型低通滤波器的截止频率大于所述π型高通滤波器的截止频率，在微波频段上，输入的信号能够通过T型低通滤波器和π型高通滤波器完成平衡信号到两个相位差180
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的不平衡信号的传输。2.根据权利要求1所述的基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片，其特征在于：所述T型低通滤波器包括第一螺旋电感、第二螺旋电感和第一MIM电容，所述第一螺旋电感串联第二螺旋电感，所述第一MIM电容并联在第一螺旋电感和第二螺旋电感之间的节点并接地组成第一信号通路。3.根据权利要求2所述的基于共面波导的低损耗高相位匹配的巴伦芯片，其特征在于：所述第一螺旋电感的一端连接共面波导输入端口，另一端连接到第二螺旋电感，第一螺旋电感和...

【专利技术属性】
技术研发人员：强天，高敏佳，雷先响，马杨川，沈浚哲，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：