[发明专利]一种电容辅助三线圈变压器电路

说明书

本发明属于微电子技术领域，具体为一种电容辅助三线圈变压器。本发明变压器包括三线圈变压器、辅助电容；其中，三线圈变压器由三个电感、和组成；电感端子接到前一级的输出端，电感和电感接到后一级的两个不同输入端上；辅助电容的一端接到电感和电感的共节点，或者接到电感和电感的共节点，另一端接地。本发明可实现三线圈变压器中电感的耦合系数均可自由设计，从而实现电路设计的优化。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及电容辅助三线圈变压器电路。

背景技术

如今，由于每个用户的音频和视频传输量都在急剧增加，因此在最先进的无线应用中迫切需要高速数据流。为了处理高质量和高速传输的无线通信，需要高灵敏度的宽带接收机。然而，宽带拓扑很难实现良好的噪声性能，噪声、增益、带宽和直流功耗之间存在权衡。因此，收发机中的放大器需要兼顾增益、带宽和噪声等指标。单级放大仅能实现一个窄带且增益有限的放大器，对后级的噪声的抑制也起到有限的作用。多级放大能实现高增益的同时达到大的带宽，并且对一个接收机的整体噪声系数具有优化作用。

在一个两级的放大器中，通常存在三个无源匹配网络和两个有源放大级，其中输入匹配网络在输入端与第一放大级之间提供输入匹配，在产生尽可能低的输入回波损耗下实现输入信号的传递；级间匹配网络在两个放大级之间，用于阻抗的转换，将信号由第一级传递到第二级，将信号以同频点下最大功率传递可实现窄带高增益设计，将信号以不同频点下具有偏差的功率传递可实现宽带设计。输出匹配网络在第二级放大级的输出端与电路输出相连，在产生尽可能低的输出回波损耗下实现输出信号的传递。

一种常用级间匹配网络为三线圈变压器结构如图1所示。变压器具有较高的电路集成度，并具有阻抗变化的作用，可产生良好的级间阻抗变换。然而对于三线圈变压器的设计，组成三线圈变压器的三个电感之间具有互感关系，因此一旦设计好三线圈变压器中其中两个耦合系数，第三个耦合系数就被固定下来。如图1所示，当设计完三线圈中的耦合系数k₁₂和k₂₃，第三个耦合系数k₁₃随即确定，k₁₃为k₁₂和k₂₃的函数k₁₃＝f(k₁₂·k₂₃)，此种设计思路下，对于一个收发机中的两级LNA来说，可实现良好的带宽BW和噪声系数NF，然而受限的耦合系数k₁₃使放大器的整体增益Gain相对较低。同样当设计完三线圈中的耦合系数k₁₂和k₁₃，第三个耦合系数k₂₃随即确定，k₂₃为k₁₂和k₁₃的函数k₂₃＝f(k₁₂·k₁₃)，该设计思路可实现良好的噪声系数NF和增益Gain，然而受限的耦合系数k₂₃使带宽BW相对较差。

基于传统的三线圈变压器实现的级间匹配网络，受限于三线圈变压器中仅有两个耦合系数可调，第三个耦合系数不可自由调控，电路性能需要在带宽BW和增益Gain之间折衷。为实现兼具带宽BW、增益Gain和噪声系数NF的两级放大器，需要有一个三个耦合系数均可自由调整的三线圈变压器。本发明为解决这个技术问题采用了引入额外自由度的设计思路，设计了一个电容辅助三线圈变压器电路，通过辅助电容给磁场耦合的三线圈变压器带来电场耦合，实现受辅助电容调制的等效耦合系数，达到三线圈变压器中的三个耦合系数均可自由调整和设计，从而优化电路性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容辅助三线圈变压器电路，以解决依靠三线圈变压器之间的磁耦合实现不了三线圈变压器中的所有耦合系数均可调的问题，从而为电路设计带来更优的拓扑结构，实现一个更优的电路性能。