【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及射频，特别是涉及一种差分正交信号耦合器及片上射频收发系统。
技术介绍
1、在片上射频收发系统中，正交信号发射器有着重要作用。正交信号耦合器能够将高频本振信号转化为两路幅度相位，相位相差90°的信号。目前常用的耦合器有，利用四分之一波长传输线实现的传统正交耦合器、混合差分正交耦合器、兰格耦合器、基于变压器的耦合器等等，但是这些结构通常占用面积较大，且有较大的损耗。在集成电路设计中，更大的面积意味着需要更高的成本和更大的体积；更大的损耗，意味着更高的功耗。因此，小型化、低损耗的正交耦合器，能够有效降低射频收发芯片的面积与功耗。
2、但是，现有技术中的正交耦合器仍存在不少缺陷：对于分支线混合网络结构，是利用在不同节点出的反射与传输来实现功率分配及90°的移相，其每个臂的长度约为四分之一波；耦合线定向耦合器则是通过两个线之间的耦合来实现功率分配及90°的移相，长度也约为四分之一波长；如果对于一个频率为60ghz的信号，在相对介电常数为4的介质中传播，其四分之一波为625μm，这对于芯片而言将会占据很大一部分面积，使得结构小型化设计受限。
3、因此，目前亟需一种更小尺寸面积的片上正交耦合技术方案。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种片上差分正交信号耦合器技术方案，将差分正交信号耦合器设计为两段对称的类同轴线结构，基于同轴设置的第二金属线结构与第一金属线结构之间的电容耦合效应，来实现射频信号的耦合传输，整体为三维立体
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供的技术方案如下。
3、一种片上差分正交信号耦合器，包括：
4、两段沿着第一方向对称设置的第一金属线结构；
5、两段沿着所述第一方向对称设置的第二金属线结构，第一段所述第二金属线结构与第一段所述第一金属线结构同轴设置，且第一段所述第二金属线结构围绕着第一段所述第一金属线结构设置，第二段所述第二金属线结构与第二段所述第一金属线结构同轴设置，且第二段所述第二金属线结构围绕着第二段所述第一金属线结构设置；
6、两段沿着第一方向对称设置的介电结构，第一段所述介电结构填充设置在第一段所述第一金属线结构与第一段所述第二金属线结构之间，且第一段所述介电结构包覆第一段所述第二金属线结构，第二段所述介电结构填充设置在第二段所述第一金属线结构与第二段所述第二金属线结构之间，且第二段所述介电结构包覆第二段所述第二金属线结构。
7、可选地，所述第一金属线结构、所述第二金属线结构及所述介电结构还分别沿着第二方向对称设置。
8、可选地，第一段所述第一金属线结构的第一端与第二段所述第一金属线结构的第一端构成所述差分正交信号耦合器的差分输入端口，第一段所述第一金属线结构的第二端与第二段所述第一金属线结构的第二端构成所述差分正交信号耦合器的q路差分输出端口，第一段所述第二金属线结构的第一端与第二段所述第二金属线结构的第一端构成所述差分正交信号耦合器的i路差分输出端口，第一段所述第二金属线结构的第二端与第二段所述第二属线结构的第二端构成所述差分正交信号耦合器的差分隔离端口。
9、可选地，第一段所述第二金属线结构的第二端与第二段所述第二属线结构的第二端之间串接设置有匹配电阻，所述匹配电阻的阻值等于所述差分正交信号耦合器的特征阻抗的平均值。
10、可选地，沿着所述差分输入端口到所述q路差分输出端口，所述差分正交信号耦合器的特征阻抗逐渐增加。
11、可选地，所述第一金属线结构为单层金属结构，所述第二金属线结构为三层金属加两层过孔结构。
12、可选地，所述第一金属线结构包括第一金属线，所述第二金属线结构包括第二金属线、第三金属线、第四金属线、第五金属线、第六金属线及第七金属线，所述第二金属线与所述第三金属线同层独立设置在第一层，所述第四金属线、所述第一金属线及所述第五金属线同层独立设置在第二层，所述第六金属线与所述第七金属线同层独立设置在第三层，所述第一层、所述第二层及所述第三层沿着第三方向依次间隔设置，所述第四金属线通过第一过孔与所述第二金属线连接，所述第四金属线通过第二过孔与所述第六金属线连接，所述第五金属线通过第三过孔与所述第三金属线连接，所述第五金属线通过第四过孔与所述第七金属线连接。
13、可选地，在所述第二金属线结构的两端处，所述第二金属线与所述第三金属线连接，或者所述第六金属线与所述第七金属线连接。
14、可选地，通过调节所述第一金属线沿着第二方向的尺寸，通过调节所述第一金属线与所述第四金属线及所述第五金属线之间沿着所述第二方向的间距，通过调节所述第一金属线与所述第二金属线、所述第三金属线、所述第六金属线及所述第七金属线之间沿着所述第三方向的重叠面积，通过调节所述第一金属线与所述第二金属线、所述第三金属线、所述第六金属线及所述第七金属线之间沿着所述第三方向的间距，来调节所述差分正交信号耦合器的特征阻抗。
15、一种片上射频收发系统，包括如上述中任一项所述的差分正交信号耦合器，所述差分正交信号耦合器基于半导体工艺集成设置在片上，对射频信号进行正交耦合处理。
16、如上所述，本专利技术提供的差分正交信号耦合器及片上射频收发系统，至少具有以下有益效果：
17、结合两段第一金属线结构、两段第二金属线结构及两段介电结构设计差分正交信号耦合器，一段第一金属线结构、一段第二金属线结构及一段介电结构形成一段类同轴线结构，使得差分正交信号耦合器设计为两段对称的类同轴线结构，基于同轴设置的第二金属线结构与第一金属线结构之间的电容耦合效应，来实现射频信号的耦合传输，整体为三维立体的层叠结构，相较二维平面内两段金属线直接相连的结构设计，其平面占用面积更小，能有效降低对应耦合线的尺寸，且减小了耦合器上的损耗；同时，通过调节第二金属线结构与第一金属线结构的尺寸参数，即可调节耦合器的特征阻抗，能有效增加耦合器的工作带宽；将这种小型化、低损耗的差分正交耦合器应用到片上射频收发系统时，能有效降低射频收发芯片的面积与功耗。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种片上差分正交信号耦合器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，所述第一金属线结构、所述第二金属线结构及所述介电结构还分别沿着第二方向对称设置。
3.根据权利要求2所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，第一段所述第一金属线结构的第一端与第二段所述第一金属线结构的第一端构成所述差分正交信号耦合器的差分输入端口，第一段所述第一金属线结构的第二端与第二段所述第一金属线结构的第二端构成所述差分正交信号耦合器的Q路差分输出端口，第一段所述第二金属线结构的第一端与第二段所述第二金属线结构的第一端构成所述差分正交信号耦合器的I路差分输出端口，第一段所述第二金属线结构的第二端与第二段所述第二属线结构的第二端构成所述差分正交信号耦合器的差分隔离端口。
4.根据权利要求3所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，第一段所述第二金属线结构的第二端与第二段所述第二属线结构的第二端之间串接设置有匹配电阻，所述匹配电阻的阻值等于所述差分正交信号耦合器的特征阻抗的平均值。
5.根据权利要求3所述的差分正交信号耦合器，其特征
6.根据权利要求1所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，所述第一金属线结构为单层金属结构，所述第二金属线结构为三层金属加两层过孔结构。
7.根据权利要求6所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，所述第一金属线结构包括第一金属线，所述第二金属线结构包括第二金属线、第三金属线、第四金属线、第五金属线、第六金属线及第七金属线，所述第二金属线与所述第三金属线同层独立设置在第一层，所述第四金属线、所述第一金属线及所述第五金属线同层独立设置在第二层，所述第六金属线与所述第七金属线同层独立设置在第三层，所述第一层、所述第二层及所述第三层沿着第三方向依次间隔设置，所述第四金属线通过第一过孔与所述第二金属线连接，所述第四金属线通过第二过孔与所述第六金属线连接，所述第五金属线通过第三过孔与所述第三金属线连接，所述第五金属线通过第四过孔与所述第七金属线连接。
8.根据权利要求7所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，在所述第二金属线结构的两端处，所述第二金属线与所述第三金属线连接，或者所述第六金属线与所述第七金属线连接。
9.根据权利要求7所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，通过调节所述第一金属线沿着第二方向的尺寸，通过调节所述第一金属线与所述第四金属线及所述第五金属线之间沿着所述第二方向的间距，通过调节所述第一金属线与所述第二金属线、所述第三金属线、所述第六金属线及所述第七金属线之间沿着所述第三方向的重叠面积，通过调节所述第一金属线与所述第二金属线、所述第三金属线、所述第六金属线及所述第七金属线之间沿着所述第三方向的间距，来调节所述差分正交信号耦合器的特征阻抗。
10.一种片上射频收发系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的差分正交信号耦合器，所述差分正交信号耦合器基于半导体工艺集成设置在片上，对射频信号进行正交耦合处理。
...【技术特征摘要】
1.一种片上差分正交信号耦合器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，所述第一金属线结构、所述第二金属线结构及所述介电结构还分别沿着第二方向对称设置。
3.根据权利要求2所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，第一段所述第一金属线结构的第一端与第二段所述第一金属线结构的第一端构成所述差分正交信号耦合器的差分输入端口，第一段所述第一金属线结构的第二端与第二段所述第一金属线结构的第二端构成所述差分正交信号耦合器的q路差分输出端口，第一段所述第二金属线结构的第一端与第二段所述第二金属线结构的第一端构成所述差分正交信号耦合器的i路差分输出端口，第一段所述第二金属线结构的第二端与第二段所述第二属线结构的第二端构成所述差分正交信号耦合器的差分隔离端口。
4.根据权利要求3所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，第一段所述第二金属线结构的第二端与第二段所述第二属线结构的第二端之间串接设置有匹配电阻，所述匹配电阻的阻值等于所述差分正交信号耦合器的特征阻抗的平均值。
5.根据权利要求3所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，沿着所述差分输入端口到所述q路差分输出端口，所述差分正交信号耦合器的特征阻抗逐渐增加。
6.根据权利要求1所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，所述第一金属线结构为单层金属结构，所述第二金属线结构为三层金属加两层过孔结构。
7.根据权利要求6所述的差分正交信号耦合器，其特征在于，所述第一金属线结构包括第一金属线，所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：董吉，范佳淋，李白，王友华，朱璨，付东兵，
申请(专利权)人：重庆吉芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。