[实用新型]双螺旋结构变压器及射频功率放大器

说明书

本实用新型提供一种双螺旋结构变压器及射频功率放大器。所述变压器整体呈双螺旋结构，包括：至少四层金属层，每层金属层具有两端；介质层，所述介质层为绝缘板，设置在相邻金属层之间，所述介质层设置通孔；其中，部分或全部奇数金属层的各端与其相邻奇数金属层的各端依次通过所述通孔连接，作为初级线圈，部分或全部偶数金属层的各端与其相邻偶数金属层的各端依次通过所述通孔相连接，作为次级线圈。本实用新型实施例提供的技术方案具有功率传输效率高、插损小、谐振于工作频带内，高频谐波抑制好的优点。

技术领域

本实用新型涉及变压器技术领域，具体涉及双螺旋结构变压器及射频功率放大器。

背景技术

随着移动通信技术的快速演进，从2G、3G、4G到5G，射频功率放大器扮演着越来越重要的角色，是移动通信终端不可缺失的环节。其中，G是generation(一代)的简称，4G是第四代通讯技术的简称。4G 系统能够以100Mbps的速度下载，比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。

在射频功率放大器芯片中，变压器耦合技术被广泛应用，不论是 2G CMOS PA的低成本领域，还是在SiGe放大器领域，变压器技术被用于单端转差分、以及差分转单端的变换，同时承担着功率耦合的功能。即使在4G LTE HPUE(High Power User End)在未来的5G通信系统中，通信终端对发射功率的要求都有较大的提升，要求达到Power Class2(26dBm)的水平，相比较传统的Power Class3(23dBm)，功率要求增加一倍，即使用砷化镓(GaAs)工艺，也很难同时满足功率和线性度的要求。此时，采用变压器技术的差分结构是一个潜在的备选方案。可见，变压器技术在射频功率放大器的应用中有着广泛的应用。

传统的变压器多采用平层结构，如图1所示，或者简单的叠层结构，如图2所示。

图1的平层结构设计简单，适用于金属层数较少的集成电路工艺或者基板工艺，但是由于同层金属之间的间距由工艺规则限制，不可能无限靠近，导致初级线圈到次级线圈的磁场泄漏较大，图6是传统变压器结构的初次级线圈耦合效率对比图。如图6所示，平层结构变压器耦合效率低。

图2的叠层结构可以使得初级线圈和次级线圈靠的更近，磁场泄漏更少，耦合效率更高，在5GHz时，效率可达到70％，相比于图1平层结构的55％效率，已经有明显提升，但是仍然有较大的提升空间。而且这种简单平层或者叠层结构，由于其寄生的感值和容值较小，谐振频率较高，传递效率反而在高频处得到最大化。如图6所示，叠层结构耦合效率随着频率的增加而增加，也就是说在通常的基波(f0)工作频段，例如6GHz以下，其耦合效率并没有达到最大，反而在其高次谐波处 (2f0，3f0，4f0)，耦合效率更高，将不需要的谐波高效的传递到输出端。

实用新型内容

本实用新型实施例拟提供双螺旋结构变压器及射频功率放大器，以解决传统变压器结构耦合效率低、谐波抑制差的问题。

本实用新型实施例提供了一种双螺旋结构变压器，其特征在于，所述变压器整体呈双螺旋结构，包括：至少四层金属层，每层金属层具有两端；介质层，所述介质层为绝缘板，设置在相邻金属层之间，所述介质层设置通孔；其中，部分或全部奇数金属层的各端与其相邻奇数金属层的各端依次通过所述通孔连接，作为初级线圈；部分或全部偶数金属层的各端与其相邻偶数金属层的各端依次通过所述通孔相连接，作为次级线圈。

作为本实用新型一个可选的方案，所述次级线圈的金属层数比所述初级线圈的金属层数多一层。

作为本实用新型一个可选的方案，所述初级线圈的金属层数比所述次级线圈的金属层数多一层。

作为本实用新型一个可选的方案，所述次级线圈的金属层数与所述初级线圈的金属层数相等。

本实用新型实施例还提供一种射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器包含上述所述的双螺旋结构变压器。