[发明专利]一种带中心抽头供直流偏置的玛春德巴伦

说明书

技术领域

本发明属于信息技术领域。 

背景技术

目前差分结构因其能有效的抑制谐波和降低噪声，被广泛的应用在微波及毫米波对称电路的设计中。无源巴伦作为一种不平衡转平衡（单端转差分）的器件，是差分电路中的重要组成部分。无源巴伦的类型主要分为变压器巴伦、玛春德巴伦和传输线巴伦，其中前两种应用较为普遍。 

在差分结构的微波放大器电路中，为减小电路尺寸，通常使用变压器作为带中心抽头的巴伦，变压器巴伦可通过其二次侧的中心抽头为电路中的有源器件提供直流偏置。与变压器巴伦相比，玛春德巴伦具有更宽的带宽，但玛春德巴伦由于平面结构要做中心抽头必须通过其他层的金属桥接才行，而这样做势必会降低巴伦性能。目前报道的各种玛春德巴伦 均无中心抽头。 

发明内容

本发明的目的在于设计一种带中心抽头的玛春德巴伦，该微波无源器件基于印制电路板或微电子集成电路制造工艺。与传统的玛春德巴伦相比，该玛春德巴伦应用于带差分结构的微波毫米波电路（如微波功率放大器，低噪声放大器，混频器）中，同时具有将单端信号转变为差分信号和提供直流偏置的功能，并且减小了尺寸。 

具体的技术方案为：设计的带中心抽头的玛春德巴伦包括原边、两个副边和去耦电容四个部分。原边金属走线一端为输入，另一端开路。两个副边金属线宽与原边一致，与原边处于同一垂直面上，构成宽边耦合线，副边1和副边2的一端分别为输出1和输出2，另一端连接在一起构成中心抽头，并分别与电容1和电容2相连，电容1和电容2的另一端接地。如图1所示。 

基于多层印制电路板或集成电路制造工艺，设计的带中心抽头的玛春德巴伦使用其中的两层金属，金属层之间的间距由工艺决定。由于原边走线和副边走线分别使用不同的层金属，使得原边与副边之间形成上下垂直的宽边耦合关系，而非位于同一平面的侧边耦合，其结构如图1所示。 

该带中心抽头的玛春德巴伦可折叠成矩形，不仅能减小尺寸，而且形成对称结构的版图，其周长理论上可估计为输入信号波长的1/2，但是因为受介质材料的影响，具体金属线的宽度和长度可使用专用的仿真软件：Agilent公司的ADS仿真优化后获得。该带中心抽头的玛春德巴伦还可折叠成八角形、圆弧形。如图3、图4所示。 

有益效果：与传统的玛春德巴伦相比，本发明具有以下优点： 

1.小型化，因为采用了垂直宽边耦合结构及将巴伦折叠的方式，可以有效的节省尺寸。

2.具有中心抽头，可为电路提供直流偏置通路，从而简化了电路设计。 

附图说明

图1为带中心抽头的玛春德巴伦三维结构图。 

图2 为带中心抽头的玛春德巴伦折叠成矩形的平面图。 

图3为带中心抽头的玛春德巴伦折叠成八角形的平面图。 

图4为带中心抽头的玛春德巴伦折叠成圆弧形的平面图。 

图5 为双层印制电路板材料剖面。 

图6 为集成电路晶元剖面。 

图7 为四层印制电路板材料剖面。 

具体实施方式

实施例一：

以双层金属印制电路板（PCB）制造工艺为例，印制电路板的剖面图如图5所示。本发明所提出的带中心抽头的玛春德巴伦实现过程如下：原边使用PCB的金属层2，副边使用PCB的金属层1，原边金属线折为四方型，终端开路，另一端为信号输入，副边金属线宽与原边一致，与原边处于同一垂直面上，构成宽边耦合线，副边1和副边2的一端分别为输出1和输出2，另一端连接在一起构成中心抽头，并分别与电容1和电容2相连，电容1和电容2的另一端接地。如图2所示。玛春德巴伦金属线的物理尺寸全部由Agilent公司的ADS软件进行计算和仿真优化后获得。

实施例二：

以CMOS 0.18 μm 7层金属集成电路工艺为例，实现集成电路晶元的剖面图如图6所示。本发明所提出的带中心抽头的玛春德巴伦实现过程如下：原边使用金属层M6实现，副边使用顶层金属层M7实现，原边金属线折为四方型，终端开路，另一端为信号输入，副边金属线宽与原边一致，与原边处于同一垂直面上，构成宽边耦合线，副边1和副边2的一端分别为输出1和输出2，另一端连接在一起构成中心抽头，并分别与电容1和电容2相连，电容1和电容2的另一端接地。如图1所示。玛春德巴伦金属线的物理尺寸全部由Agilent公司的ADS软件进行计算和仿真优化后获得。当然原边副边也可以选其他金属层，对选择金属层之间的位置关系无要求。多层印制电路板工艺也是同理。

实施例三： 

以4层金属印制电路板（PCB）制造工艺为例，印制电路板的剖面图如图7所示。本发明所提出的带中心抽头的玛春德巴伦实现过程如下：原边和副边可使用PCB的任意2层金属层实现，原边金属线折为四方型，终端开路，另一端为信号输入，副边金属线宽与原边一致，与原边处于同一垂直面上，构成宽边耦合线，副边1和副边2的一端分别为输出1和输出2，另一端连接在一起构成中心抽头，并分别与电容1和电容2相连，电容1和电容2的另一端接地。如图2所示。玛春德巴伦金属线的物理尺寸全部由Agilent公司的ADS软件进行计算和仿真优化后获得。