[發明專利]差分定向耦合器、信號轉換系統和用于轉換差分輸入信號的方法

有效

• 申請號: 201710514687.4
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107546457B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: J·P·福斯特納;V·伊薩克為
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01P5/18
• 分類號: H01P5/18
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

本發明涉及差分定向耦合器、信號轉換系統和用于轉換差分輸入信號的方法。提出差分定向耦合器，其包括具有第一變換器的第一耦合器和具有第二變換器的第二耦合器。第一耦合器的輸入端口和隔離端口能夠相對于第二耦合器的輸入端口和隔離端口鏡像對稱地構造。

技術領域

本發明涉及差分定向耦合器、信號轉換系統和用于轉換差分輸入信號的相應方法。

背景技術

在高頻(RF，英語Radio Frequency)系統中，例如可能需要基于芯片的正交產生(也稱為I/Q產生)，以便例如能夠實現通信應用的調制技術的高效實施或用于雷達應用的唯一明確(eindeutig)的相位評估。在正交產生的情況下，將信號分為第一信號和第二信號，所述第一信號和第二信號在制造公差范圍內具有相同的功率和90°相位差或者說90°相移。正交產生例如對于正交幅度調制而言可能是必需的。為了正交產生，需要提供與90°相位差相結合的信號功率等量分配、尤其信號功率均分分配的部件。這種提供具有等量的、尤其均分的和/或均勻的功率分配的90°相位差的部件也稱為正交混合定向耦合器。

為此，由于更高的干擾敏感性、更好的偶模干擾抑制、更低的二階非線性以及改進的穩定性，可以期望在芯片層面上使用差分信號。相應地可能需要不僅實現第一信號和第二信號之間具有90°相移的均勻功率分配而且實現具有相位(0°,180°)的差分輸入信號到在功率方面均勻分配的、具有相位(0°,90°,180°,270°)的兩個差分輸出信號的所謂四相位分配。

實現這種四相位分配的可行方案是應用電壓受控振蕩器(英語：voltage-controlled oscillator，VCO)和靜態分頻器，所述電壓受控振蕩器在輸入信號的雙倍頻率下振蕩，所述靜態分頻器提供全部四個相位。所述可選方案在微米波頻率范圍內對于電路幾乎不成問題。例如，在60GHz輸入信號的情況下，需要能夠在120GHz的情況下運行的振蕩器和分頻器。在一種替代解決方案中可能的是，使用所謂的分支線耦合器，所述分支線耦合器差分地擴展。然而，這要求非常大的芯片面積、例如在輸入信號具有60GHz頻率的情況下600微米x200微米。在這種情況下，對于例如在移動無線電站中、在廣播發射器中以及在雷達設備上使用的所謂相控陣列系統，I/Q產生由于輸入信號的大的波長而極大地占據芯片面積。另一種可行方案在于使用多相過濾器，所述多相過濾器雖然能夠具有小的尺寸，然而在50Ω系統中能夠導致高的信號衰減。此外，能夠使用基于集總元件的耦合器，所述集總元件具有所謂點陣集總元件耦合器(lattice lumped-element Koppler)。然而，這樣的耦合器具有以下較大缺點：耦合器是非常窄帶的，并且需要附加的部件，例如用于線圈或變換器的附加布線。

因此，本申請的待解決的問題在于，提供具有小尺寸的差分定向耦合器。另一待解決的問題在于，提供具有差分定向耦合器的信號轉換系統。此外，待解決的問題在于，提供用于轉換差分輸入信號的改進的方法。

發明內容

本發明提出一種差分定向耦合器，其包括：具有第一變換器的第一耦合器，所述第一變換器包括第一輸入線圈和第一輸出線圈；具有第二變換器的第二耦合器，所述第二變換器包括第二輸入線圈和第二輸出線圈；其中，所述第一輸入線圈和所述第二輸入線圈分別具有輸入端口，在從豎直方向俯視所述差分定向耦合器時，所述第一變換器至少部分地覆蓋所述第二變換器，在俯視時，所述第一輸入線圈和所述第二輸入線圈在它們的輸入端口方面相互鏡像對稱地構造。

根據本發明的一種優選實施方式，所述第一輸入線圈和所述第二輸入線圈分別具有傳輸端口，并且在俯視時所述第一輸入線圈和所述第二輸入線圈在它們傳輸端口方面相互鏡像對稱地構造。

根據本發明的一種優選實施方式，所述第一耦合器的輸入端口在俯視時至少部分地覆蓋所述第二耦合器的傳輸端口，并且所述第一耦合器的傳輸端口在俯視時至少部分地覆蓋所述第二耦合器的輸入端口。

根據本發明的一種優選實施方式，所述第一耦合器和所述第二耦合器相互電絕緣，并且所述差分定向耦合器多件式地構造。