芯片上的差动信号输入装置及其巴伦器 |
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申请号 | CN201110041106.2 | 申请日 | 2011-02-21 | 公开(公告)号 | CN102544667A | 公开(公告)日 | 2012-07-04 |
申请人 | 财团法人工业技术研究院; | 发明人 | 王士鸣; 李明纬; | ||||
摘要 | 本 发明 公开一种芯片上的差动 信号 输入装置及其芯片 巴伦 器,巴伦器包括第一传 导线 、第二传导线以及耦合传导线。第一传导线的一端接收第一信号,第二传导线的一端接收第二信号,而其另一端耦接至参考 电压 。耦合传导线的一端接收参考电压,其另一端直接连接第一传导线的另一端。耦合传导线与第二传导线互相平行配置以与第二信号耦合并在耦合传导线上产生耦合信号。其中,第一信号与第二信号为差动信号,第二信号与耦合信号的 相位 相反。 | ||||||
权利要求 | 1.一种芯片上的巴伦器,包括: |
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说明书全文 | 芯片上的差动信号输入装置及其巴伦器技术领域[0001] 本发明涉及一种巴伦器的结构,且特别是涉及一种芯片上的巴伦器的结构。 背景技术[0002] 一般在芯片中常利用配置所谓的巴伦器(balun)来接收差动信号。请参照图1,图1绘示现有的差动信号输入装置100的示意图。差动信号输入装置100包括差动放大器130以及两个巴伦器110及120。其中,巴伦器120是一个利用线圈所形成的变压器,并由此接收差动信号VIN。并且,巴伦器120耦接至差动放大器130并通过差动放大器130将信号传送至巴伦器110。巴伦器110同样是利用线圈来建构,并用以产生单端的输出信号Vout上述的巴伦器110及120,皆是利用线圈来建构,因此,其在芯片内所占去的布局面积甚大。 并且,在线圈间进行信号耦合时,也会因为耦合率不完全的情况而产生耗损。 [0003] 另外,也提出另一种如图2绘示的巴伦器200的示意图。巴伦器200同样利用线圈来建构,并通过端点P、PB、S以及SB来传收信号。这种现有的巴伦器200的尺寸与其传递信号的频率成反比。在6GHz的传递频率下,巴伦器200所需的长度仍然很长,而过常的线圈所产生的线阻也会同时产生很大的传输损耗。另外,由于在芯片上(on-chip)的制作上,巴伦器200并非使用磁性材料,因此其磁耦合率并不完全。 发明内容[0004] 发明的目的在于提供一芯片上的巴伦器,有效结合所接收的差动信号,并产生单端输出信号,以解决上述问题。 [0005] 本发明的再一目的在于提供一差动信号输入装置,有效结合所接收的多个差动信号,并产生单端输出信号,以解决上述问题。 [0006] 为达上述目的,本发明提出一种芯片上地巴伦器,其包括第一传导线、第二传导线以及耦合传导线。第一传导线的一端接收第一信号,第二传导线的一端接收第二信号,而其另一端耦接至参考电压。耦合传导线的一端接收参考电压,其另一端直接连接第一传导线的另一端。耦合传导线与第二传导线互相平行配置以与第二信号耦合并在耦合传导线上产生耦合信号。其中,第一信号与第二信号为差动信号,第二信号与耦合信号的相位相反。 [0007] 本发明另提出一种设置在芯片上的差动信号输入装置,用以接收多个差动信号,且包括多个巴伦器,而各巴伦器则包括第一传导线、第二传导线以及耦合传导线。第一传导线的一端接收第一信号,第二传导线的一端接收第二信号,而其另一端耦接至参考电压。耦合传导线的一端接收参考电压,其另一端直接连接第一传导线的另一端。耦合传导线与第二传导线互相平行配置以与第二信号耦合并在耦合传导线上产生耦合信号。其中,第一信号与第二信号为差动信号,第二信号与耦合信号的相位相反。 附图说明[0009] 图1为现有的差动信号输入装置100的示意图; [0010] 图2为现有的巴伦器200的示意图; [0011] 图3为本发明一实施例的芯片上的巴伦器300的示意图; [0012] 图4为本发明一实施例的芯片上的巴伦器400的示意图; [0013] 图5A为本发明一实施例的芯片上的巴伦器500的示意图; [0014] 图5B为图5A的芯片上的巴伦器500的一实施方式的示意图; [0015] 图6为本发明一实施例的差动信号输入装置600的示意图。 [0016] 主要元件符号说明 [0017] 100、600:差动信号输入装置 [0018] 130:差动放大器 [0019] 110、120、200、300、400、500、610、620:巴伦器 [0020] 310、320、410、510、611、612、621、622:传导线 [0021] 330、613、623:耦合传导线 [0022] 430_1、430_2、530_1、530_2:耦合传导分段 [0023] 420_1、420_2、520_1、520_2:传导分段 [0024] 511、512:隔离传导线 [0025] 521_1:隔离耦合传导分段 [0026] 521_2:隔离传导分段 [0027] 550_1、540_1、550_2:扩充隔离传导分段 [0028] 560_2:扩充隔离耦合传导分段 [0029] 630:接地环 [0030] VIN:差动信号 [0031] P、PB、S、SB:端点 [0032] GND:参考电压 [0033] VIN1~VIN2:信号 [0034] P1~P6:端点 [0035] CVIN2:耦合信号 [0036] TVIN1:传导信号 [0037] Vout:输出信号 具体实施方式[0038] 请参照图3,图3绘示本发明一实施例的芯片上巴伦器300的示意图。巴伦器300包括传导线310、传导线320以及耦合传导线330。传导线310的一端P1接收信号VIN1,并通过传导线310的另一端P2传导信号TVIN1。传导线320的一端P3接收信号VIN2,传导线320的另一端P4耦接至参考电压GND。耦合传导线330的一端P5接收参考电压GND,耦合传导线330的另一端P6直接连接传导线310的另一端P2。耦合传导线330与传导线320互相平行配置以与信号VIN2耦合并在耦合传导线330上产生耦合信号CVIN2。其中,信号VIN1与信号VIN2为差动信号,且信号VIN2与耦合信号CVIN2的相位相反。 [0039] 由于,耦合传导线330的端点P6直接连接传导线310的另一端P2。因此,耦合信号CVIN2与传导信号TVIN1可以在耦合传导330的端点P6与传导线310的端点P2的共同连接点上直接相加,并获得传导信号TVIN1两倍电压的输出信号Vout。 [0040] 以下依据芯片上巴伦器300提出一个实际的作动方式来进行说明。若传导线310通过端点P1接收正向的信号VIN1,这个正向的信号VIN1被传导至端点P2并成为传导信号TVIN1。相对的,传导线320通过端点P3接收负向的信号VIN2而传导线320的端点P4耦接至作为参考电压GND的接地电压(电压0伏特)。而耦合传导线330则耦合传导线320所接收负向的信号VIN2并在耦合传导线330上产生与信号VIN2相位相反的(正向的)耦合信号CVIN2。利用耦合传导线330与传导线320相互耦合,并通过在耦合传导线330中激发反向电流的特性,来达成极性反转的功能。耦合信号CVIN2与传导信号TVIN1则在耦合传导线320与传导线310的共同连接的端点上相互加成,并由此产生两倍于信号TVIN1的输出信号Vout。 [0041] 附带一提的是,传导线310、320以及耦合传导线330都可以利用芯片制作工艺中用来建构导线的(例如金属层)材质来形成。 [0042] 请参照图4,图4绘示本发明一实施例的芯片上巴伦器400的示意图。巴伦器400包括传导线410、由耦合传导分段430_1及430_2所构成的耦合传导线以及由传导分段420_1及420_2所构成的传导线。传导线410的一端P1接收信号VIN1,并通过传导线410的另一端P2传导信号TVIN1。传导分段420_1的一端P3接收信号VIN2,传导分段420_2的另一端P4耦接至参考电压GND。传导分段420_1以及传导分段420_2可以通过例如是金属导线相互连接。耦合传导分段430_1的一端P5耦接至参考电压GND,耦合传导分段430_2可以通过例如是金属导线连接至耦合传导分段430_1。耦合传导分段430_1耦合传导分段 420_1所接收的信号VIN2,并通过传导分段430_2的端点P6传导与信号VIN2相位相反的耦合信号CVIN2。耦合信号CVIN2与传导信号TVIN1则在耦合传导分段430_2与传导线410的共同连接的端点上相互加成,并由此产生两倍于信号TVIN1的输出信号Vout。 [0043] 其中,耦合传导分段430_1与传导分段420_1互相平行配置以与信号VIN2耦合并在耦合传导分段430_1上产生耦合信号,耦合传导分段430_2则与传导分段420_2互相平行配置并在耦合传导分段430_2上传送耦合信号CVIN2。 [0044] 请参照图5A,图5A绘示本发明一实施例的芯片上巴伦器500的示意图。巴伦器500包括传导线510、隔离传导线511及512、传导分段520_1及520_2、隔离传导分段521_2、耦合传导分段530_1及530_2、隔离耦合传导分段521_1。传导线510的一端P1接收信号VIN1。传导分段520_1的一端P3则接收与信号VIN1反向的信号VIN2。传导分段520_2的端点P4耦接至参考电压GND。耦合传导分段530_1的端点P5耦接至参考电压GND,而耦合传导分段530_2的端点P6则传送出耦合传导分段530_1及530_2上依据接收信号VIN2所产生的耦合信号CVIN2。 [0045] 隔离传导线511及512分别平行配置在传导线510的两个侧边,隔离传导线511及512并耦接至参考电压GND(例如是接地电压)。隔离耦合传导分段521_1配置在传导分段520_1的一第一侧边,而隔离传导分段521_2,配置在耦合传导分段530_2的一第二侧边。其中,上述的第一侧边与第二侧边是在以耦合传导分段530_1及耦合传导分段530_2为基准的不同侧边。并且,隔离耦合传导分段521_1与耦合传导分段530_1的一端均耦接至接地电压GND,而隔离耦合传导分段521_1与耦合传导分段530_1不耦接接地电压GND的端点则彼此相互耦接。相类似的,传导分段520_2与隔离传导分段521_2的一端均耦接至接地电压GND,而传导分段520_2与隔离传导分段521_2不耦接接地电压GND的端点则彼此相互耦接。 [0046] 请参照图5B,图5B绘示图5A的芯片上巴伦器500的一实施方式的示意图。其中,在耦合传导分段530_1非邻近传导分段520_1的一侧还可配置一个或多个的扩充隔离传导分段540_1。而在隔离耦合传导分段521_1非邻近传导分段520_1的一侧(也就是传导分断520_1的一侧)也还可以配置一个或多个(例如N个或M个,N及M皆为正整数)的扩充隔离传导分段550_1。其中,扩充隔离传导分段550_1、传导分段520_1以及扩充隔离传导分段540_1的两个端点均相互耦接。 [0047] 并且,在耦合传导分段530_1非邻近传导分段520_1的一侧(也就是传导分断520_1的一侧边)也可配置一个或多个的扩充隔离耦合传导分段(未绘示),这些扩充隔离耦合传导分段与扩充隔离传导分段540_1交互配置于耦合传导分段530_1非邻近传导分段 520_1的侧边。这些扩充隔离耦合传导分段的一端均耦接至接地电压GND,且扩充隔离耦合传导分段的另一端与耦合传导分段530_1及隔离耦合传导分段521_1非连接接地电压GND的端点相耦接。 [0048] 另外,在隔离耦合传导分段521_1非邻近传导分段520_1的一侧也还可以配置一个或多个的扩充隔离耦合传导分段(未绘示)。这些扩充隔离耦合传导分段与扩充隔离传导分段550_1交互配置于隔离耦合传导分段521_1非邻近传导分段520_1的侧边。这些扩充隔离耦合传导分段的一端均耦接至接地电压GND,且扩充隔离耦合传导分段的另一端与耦合传导分段530_1及隔离耦合传导分段521_1非连接接地电压GND的端点相耦接。 [0049] 当然,在传导分段520_2非邻近耦合传导分段530_2的侧边依序配置扩充隔离耦合传导分段560_2及扩充隔离传导分段550_2,而其中的扩充隔离传导分段550_2的一端耦接至接地电压GND。并且,扩充隔离传导分段550_2未耦接至接地电压GND的端点同时耦接至隔离传导分段521_2及传导分段520_2未耦接至接地电压GND的端点。而扩充隔离传导分段560_2的两个端点则与耦合传导分段530_2的两个端点相耦接。其中,传导分段520_2非邻近耦合传导分段530_2的侧边还可以交互配置如扩充隔离耦合传导分段560_2及扩充隔离传导分段550_2的一组或多组的扩充隔离耦合传导分段及扩充隔离传导分段,并通过多条导线的交错耦合,可以有效提升信号的耦合量。 [0050] 当然,如上述的扩充隔离耦合传导分段560_2及扩充隔离传导分段550_2也可以被扩充配置在隔离传导分段521_2未邻近耦合传导分段530_2的侧边(也就是传导分断520_2的一侧边),并通过多条导线的交错耦合,可以有效提升信号的耦合量。 [0051] 在图5B的实施方式中,其中各扩充隔离耦合传导分段560_2与传导分段520_1、520_2不直接相邻,且各扩充隔离传导分段550_2、550_1及540_1与耦合分段530_1、530_2不直接相邻。 [0052] 请参照图6,图6绘示本发明一实施例的差动信号输入装置600的示意图。差动信号输入装置600包括多个巴伦器610及620。巴伦器610则包括传导线611及612以及耦合传导线613。巴伦器620则包括传导线621及622以及耦合传导线623。在此请注意本实施例中的巴伦器610及620与本发明第一实施例的巴伦器300相同。值得一提的是耦合传导线613及623是通过接地环(ground ring)630来与参考电压(也就是接地电压)相耦接。 [0053] 巴伦器610中的传导线611与耦合传导线613的直接连接端与巴伦器620中的传导线621与耦合传导线623的直接连接端相互耦接,并形成差动信号输入装置600的输出端以产生输出信号Vout。在本实施例中,由于并接了两级的巴伦器610及620,输出信号Vout将会是信号VIN1的四倍(若信号VIN1与VIN2的大小相同,信号VIN1与信号VIN2为差动信号,信号VIN3与信号VIN4为差动信号)。 [0054] 综上所述,利用平行耦合的传导线与耦合传导线来耦合并反向差动信号的其中之一,再利用差动信号的另一与被耦合反向的差动信号进行相加,来产生单端的输出信号。据此,所提出的巴伦器仅需利用导线来建构,不需要很长的导线而需要很大的布局面积。另外,通过直接连接的方式来进行信号的加成动作,可避免耦合率不完全所造成的损耗。并且,以传导线为基本元件,故无电磁通量外漏的疑虑。 [0055] 虽然结合以上实施例揭露了本发明,然而其并非用以限定发明范围,任何所属技术领域中熟悉此技术者,在不脱离本发明的精神和范围内,可作些许的更动与润饰,故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。 |