專利名稱：集成功率放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)具有多級結(jié)構(gòu)之集成功率放大裝置，包含具有可饋送輸入信號之終端之一輸入晶體管，具有可提供輸出信號之終端之一輸出晶體管，及具有至少一電容及被設(shè)計用于阻抗轉(zhuǎn)換之一電感之匹配濾波器，其可耦合該輸入晶體管至該輸出晶體管。
背景技術(shù)：
例如，一般型集成功率放大裝置系被顯示于1971年，Alfred Neye-Enatechnik GmbH，Quickborn，Hamburg之文件”Halbleiterschaltungen der Leistungselektronik”[“功率電子半導(dǎo)體電路”]第276頁，其中被稱為耦合濾波器之匹配濾波器系被提供于被安置于輸入側(cè)之晶體管及輸出側(cè)之晶體管之間，該濾波器包含電容及電感。匹配濾波器可完成兩重要任務(wù)。首先，其被用來將各種阻抗轉(zhuǎn)換為有源及無源組件所需值。其次，亦預(yù)期選擇性行動；也就是說，共振品質(zhì)因子影響之下，被包含于諧合中之能量系預(yù)期被轉(zhuǎn)換為操作頻率基本能源，且發(fā)生于輸出處之非預(yù)期頻率組成系被預(yù)期可被避免。
具有匹配濾波器電路被提供其間之復(fù)數(shù)階之集成功率放大裝置系具有優(yōu)點第被運用于射頻放大裝置。特別是，可以匹配濾波器獲得之功率匹配可較佳被運用于功率放大裝置。例如，該功率放大裝置可于無線傳送裝置之傳送路徑中被找出。
特別是，集成功率放大裝置中可提供藉由包含集成電容器及線圈之匹配濾波器將驅(qū)動器功率轉(zhuǎn)換為輸出晶體管之非常低電阻基底。
有關(guān)此型匹配濾波器之問題系集成線圈具有主要藉由襯底損失決定之相對低品質(zhì)因子。因此，轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)或匹配濾波器之可達成品質(zhì)因子系特別藉由被使用之線圈來界定。此依序產(chǎn)生最大可達成收集器效率及大器之最大可達成線性之限制值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之一目的系發(fā)展可改良放大裝置之效率及線性之一般型集成功率放大裝置。
依據(jù)本發(fā)明，該目的系藉由輸入晶體管及輸出晶體管間之匹配濾波器中之至少一電感被形成為微帶導(dǎo)體之集成功率放大裝置來達成。
微帶導(dǎo)體亦被稱為微帶線，帶狀導(dǎo)體或帶線。微帶導(dǎo)體系依據(jù)集成波導(dǎo)原理來操作。
依據(jù)上述原理提供被當作匹配濾波器中之電感之至少一集成微帶線。此型微帶線系具有無損失襯底部件之優(yōu)點。此明顯改善集成電感之品質(zhì)因子。此依序具有匹配濾波器之品質(zhì)因子全部增加之效應(yīng)，因此，放大裝置之效率及線性亦被改良。
上述集成放大裝置例中，集成實施例之微帶導(dǎo)體通常具有相當高寄生電容之事實系具有優(yōu)點地被使用，其中匹配濾波器系具有至少一電容。于是，微帶導(dǎo)體之實際寄生電容可具有優(yōu)點地同時被用于形成匹配濾波器中之預(yù)期電容。
上述集成功率放大裝置可特別具有優(yōu)點地被用于可導(dǎo)致低電阻匹配之該匹配濾波器中。
依據(jù)上述原理較佳發(fā)展，匹配濾波器系包含由一電容及微帶導(dǎo)體形成之一串聯(lián)電路，該電容系藉由一終端被連接至輸入晶體管之輸出，及藉由另一終端被連接至微帶導(dǎo)體之終端。
微帶導(dǎo)體之進一步終端系較佳被連接至輸出晶體管之輸入。進一步電容系具有優(yōu)點地被提供于電容及微帶導(dǎo)體之連接點及參考電位終端之間。
參考電位終端可為襯底終端或接地終端或例如經(jīng)由被稱為沉片之所謂用于接地鍍通之裝置被連接至參考電位節(jié)點，其系經(jīng)由電阻器被連接至襯底及經(jīng)由進一步電阻器被連接至實際接地終端。
可替代是，參考電位之并聯(lián)電容及微帶導(dǎo)體亦可以匹配濾波器之串聯(lián)電路包含兩個被連接于輸入晶體管之輸出端及輸出晶體管之輸入端間之電容之方式被交換。此例中，微帶導(dǎo)體系被連接至兩串聯(lián)電容間之連接點。此例中，微帶導(dǎo)體之進一步終端可被連接至參考電位或形成一自由端或開口端。
本原理可特別具有優(yōu)點地被運用于被預(yù)期產(chǎn)生低電阻匹配之該匹配濾波器中。此類低電阻匹配系較佳被提供于輸出晶體管之輸入電阻小于或等于50歐姆時。
上述匹配濾波器特別較佳被連接至輸入電阻小于或等于20歐姆之放大裝置之輸出晶體管之輸入。
例如，被提供于放大裝置之輸出階中之二極功率晶體管通常具有一特別低電阻基底終端，使輸入階之驅(qū)動器功率可具有優(yōu)點地藉由該匹配濾波器被轉(zhuǎn)換為非常低電阻基底。
微帶導(dǎo)體系較佳藉由集成半導(dǎo)體電路之集成半導(dǎo)體主體上或中之復(fù)數(shù)金屬化平面來具體化。例如，實際帶線系被具體化于一金屬化平面，形成參考電位平面之進一步金屬化平面中。
進一步金屬化平面系較佳經(jīng)由所謂沉片或所謂接地鍍通以大面積方式被連接至襯底，由于相當好之電導(dǎo)特性，該襯底依序以大面積方式與該半導(dǎo)體主體后側(cè)金屬化接觸。結(jié)果，與進一步金屬化平面接觸不需接引線。再者，由于大面積及低電阻接觸，可進一步降低襯底損失。損失僅因微帶導(dǎo)體之金屬板間之絕緣及表皮效應(yīng)而產(chǎn)生。
微帶導(dǎo)體之金屬平板或金屬帶本質(zhì)系較佳為平面外延且被彼此并聯(lián)安置，且亦被并聯(lián)至半導(dǎo)體主體主平面。金屬帶系較佳被具體化使其彼此重疊。如氧化層之絕緣體或介電質(zhì)系較佳被安置于金屬帶之間。
上述匹配濾波器中之具有微帶導(dǎo)體之放大裝置，系較佳可被運用于被提供于2.44或5.3GHz載體頻率之傳送裝置之放大裝置輸出階中之該功率放大裝置。
依據(jù)上述原理中之功率放大裝置可具有優(yōu)點地以雙極電路技術(shù)及金屬絕緣體半導(dǎo)體電路技術(shù)，也就是單極電路技術(shù)被集成。
權(quán)利要求子項系有關(guān)進一步細節(jié)及上述原理之具有優(yōu)點改進。


本發(fā)明系參考附圖使用復(fù)數(shù)實施例被較詳細解釋如下，其中第1圖以電路圖為基礎(chǔ)顯示依據(jù)上述原理中之集成功率放大裝置第一實施例，第2圖以電路圖為基礎(chǔ)顯示依據(jù)上述原理中之集成功率放大裝置第二實施例，第3圖顯示依據(jù)上述原理當作電感之微帶導(dǎo)體之結(jié)構(gòu)例，第4圖以圖標為基礎(chǔ)顯示依據(jù)本發(fā)明之功率放大裝置之效率，第5圖以圖標為基礎(chǔ)顯示之集成功率放大裝置之壓縮表現(xiàn)，第6圖以圖標為基礎(chǔ)顯示無微帶導(dǎo)體之功率放大裝置之效率，
第7圖以圖標為基礎(chǔ)顯示無微帶導(dǎo)體之功率放大裝置之壓縮表現(xiàn)。
具體實施例方式
第1圖顯示具有被并聯(lián)之一輸入晶體管1及兩輸出晶體管2，3之集成功率放大裝置。輸入及輸出晶體管1，2，3系被具體化為NPN雙極晶體管。輸入晶體管1之基底終端系形成多級放大裝置之輸入。輸出晶體管2，3之共同收集器輸出系形成放大裝置之信號輸出。輸入晶體管1之收集器終端系經(jīng)由電感4被連接至供電電位終端。輸入晶體管1之發(fā)射終端系經(jīng)由鍍通裝置5被連接至參考電位終端。再者，匹配濾波器6系被連接至輸入晶體管1之收集器終端，其形成輸入晶體管1之輸出。匹配濾波器6之輸出系被連接至電路節(jié)點K，其形成輸出晶體管2，3之輸入終端。電路節(jié)點K系經(jīng)由個別寄生電感7，8被連接至輸出晶體管2，3之個別基底終端。輸出晶體管2，3之發(fā)射終端系經(jīng)由進一步鍍通裝置9被彼此相連至參考電位終端GND。
匹配濾波器6包含藉由串聯(lián)電容10，11形成之一串聯(lián)電路，及可形成串聯(lián)電感之被下游連接之集成微帶導(dǎo)體12。串聯(lián)電容10，11及串聯(lián)電感12間之連接點系經(jīng)由并聯(lián)電容13及鍍通裝置9被連接至參考電位終端GND。串聯(lián)電容10，11本身包含由兩部分電容10，11形成用于增加該串聯(lián)電容10，11之介電強度之一串聯(lián)電路。為了設(shè)定輸出晶體管2，3之操作點，電路節(jié)點K系經(jīng)由偏壓電流源BIAS被連接至供電電位終端VCC。
實施匹配濾波器之電感12用于阻抗轉(zhuǎn)換作為微帶導(dǎo)體，也就是集成波導(dǎo)系產(chǎn)生電感12之高品質(zhì)因子及匹配濾波器6之特別高品質(zhì)因子。此依序促成放大裝置高效率及特別良好線性及改良飽和特性。
第2圖顯示放大裝置之輸入晶體管1及輸出晶體管2間之匹配濾波器6′之替代實施例。本例中，并聯(lián)電容13及電感12已被交換，且被設(shè)計為第2圖中之并聯(lián)電感12及進一步并聯(lián)電容13′。因此，包含一第一串聯(lián)電容10′及一第二串聯(lián)電容13′之串聯(lián)電路系被連接于輸入晶體管1之收集器終端及輸出晶體管2之基底終端之間。兩串聯(lián)電容10′，13′間之連接點系被連接至微帶導(dǎo)體12′之一終端。微帶導(dǎo)體12′之進一步終端系形成一開口端。
考慮具有做為電感之微帶導(dǎo)體之匹配濾波器特性，第2圖之集成功率放大裝置之功能及具優(yōu)點模式系對應(yīng)第1圖者而不重復(fù)于此點。
例如，第3圖顯示被運用于依據(jù)第一及第2圖之電路中之集成微帶導(dǎo)體12′之結(jié)構(gòu)。本例中，微帶導(dǎo)體12系以二極電路技術(shù)被建構(gòu)具有三個金屬化平面14，15，16。所有金屬化平面14，15，16系被彼此并聯(lián)及平行于整個半導(dǎo)體主體之主平面來安置。
第一金屬化平面14系被具體化為鋁，且經(jīng)由接地鍍通17以大區(qū)域方式被連接至最下層基底。中間金屬化平面15不被用于本微帶導(dǎo)體例中。第三金屬化平面16系包含被安置于一平面且被氧化物區(qū)域20彼此分隔之兩金屬帶18，19。鈍化層21系被施加于第三金屬化平面16，也就是金屬帶18，19之上，而氧化物區(qū)域20位于其間。進一步氧化物區(qū)域系被提供于個別金屬化層14，15，16之間。微帶導(dǎo)體12之實際傳導(dǎo)系藉由金屬帶18，19被實施于第三金屬化平面16中。帶導(dǎo)體之接地平面系被具體化于第一金屬化平面14中，且額外包含被提供于第一金屬化平面14下之非常低電阻沉片觸墊17。集成微帶導(dǎo)體之損失襯底部份系因使用具有被置于下層作為反導(dǎo)體之沉片觸墊17之第一金屬化平面14而被避免。導(dǎo)體12之線圈品質(zhì)因子甚至因此被進一步改良。假設(shè)相同電感值，產(chǎn)生較可比較繞線或螺線集成線圈明顯為高之微帶線品質(zhì)因子。
第4圖以圖標為基礎(chǔ)顯示百分比對范圍-30至+5dBm以dBmW表示之輸入功率所繪制之第1圖放大裝置之全部效率。從曲線A可知全部效率系介于范圍10及50％相對輸入功率之間。第4圖中之進一步曲線B系顯示放大裝置之電流消耗，其上升至些微高于400mA作為輸入功率函數(shù)。
第5圖顯示以dBmW表示之輸出功率對以dBmW表示之輸入功率所繪制之依據(jù)本發(fā)明之放大裝置功率曲線C。當輸出功率被以范圍0至30dBm繪制時，輸入功率再次被指定于-30至+5dBm。輔助線D系被附帶描繪來決定功率特性曲線C之1dB壓縮點。
為了比較，第6圖顯示百分比對范圍-30至+5dBm以dBmW表示之輸入功率所繪制之效率特性曲線E。此外，電流消耗曲線F再次被描繪于從0至500mA標度。第6圖之特性曲線E，F(xiàn)系應(yīng)用于集成繞線圈被提供于替代依據(jù)本發(fā)明之微帶導(dǎo)體之匹配濾波器之放大裝置。效率特性曲線E及電流消耗曲線F之直接比較系顯示依據(jù)所述微帶導(dǎo)體原理，電路之明顯較高效率可跨越整個輸入功率范圍被記錄。
第7圖顯示以dBmW表示之輸出功率對以dBmW表示之輸入功率所繪制圖為基礎(chǔ)，依據(jù)本發(fā)明具有替代微帶導(dǎo)體之集成繞線電感之放大裝置功率曲線G。輸出功率被以范圍0至30而輸入功率被以范圍-30至+5繪制。直線H同樣地再次被描繪為可決定1dB壓縮點之輔助線。當?shù)?及7圖被彼此相較時，假設(shè)操作點大約相同，則可清楚了解2.44及5.3GHz之頻率系大于1dB飽和功率，并達到1dB壓縮點之1.8dB之放大裝置改良。依據(jù)第4及7圖之圖標系使用5.3GHz頻率之集成放大裝置例以仿真為基礎(chǔ)來決定。
不用說若其位于本發(fā)明范圍內(nèi)，則亦可將上述原理轉(zhuǎn)換為如MOS(金屬氧化半導(dǎo)體)，或GaAs(砷化鎵)之其它集成技術(shù)。
參考符號表1輸入晶體管2輸出晶體管3輸出晶體管4電感5接地鍍通6匹配濾波器6’ 匹配濾波器7寄生電感8寄生電感9接地鍍通10 串聯(lián)電容10’ 電容11 串聯(lián)電容12 微帶導(dǎo)體電感12’ 微帶導(dǎo)體電感13 并聯(lián)電容13’ 串聯(lián)電容
14 金屬化平面15 金屬化平面16 金屬化平面17 接地鍍通18 金屬帶19 金屬帶20 氧化物21 鈍化層A 效率特性曲線B 電流消耗BIAS 偏壓電流源C 功率特性曲線D 輔助線E 效率特性曲線F 電流消耗G 功率特性曲線H 輔助線IN 信號輸入K 電路節(jié)點OUT信號輸出
權(quán)利要求
1.一種具有多級結(jié)構(gòu)之集成功率放大裝置，包含-具有可饋送一輸入信號(IN)之一終端之一輸入晶體管(1)，-具有可提供一輸出信號(OUT)之一終端之一輸出晶體管(2)，-具有至少一電容(13)及被設(shè)計用于阻抗轉(zhuǎn)換之一電感(12)之一匹配濾波器(6)，其可耦合該輸入晶體管(1)至該輸出晶體管(2)，其中該至少一電感(12)系被形成為微帶導(dǎo)體。
2.如權(quán)利要求第1項之該集成功率放大裝置，其中該匹配濾波器(6)系包含藉由一串聯(lián)電容(10，11)及該微帶導(dǎo)體(12)所形成之一串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路系被連接于該輸入晶體管(1)之一輸出終端及該輸出晶體管(2)之一輸入終端之間，及提供一并聯(lián)電容(13)，其可耦合該串聯(lián)電容(10，11)間之該連接點(K)及該微帶導(dǎo)體(12)至參考電位終端(GND)。
3.如權(quán)利要求第1項之該集成功率放大裝置，其中該匹配濾波器(6)系包含藉由一第一串聯(lián)電容(10’)及一第二串聯(lián)電容(13’)所形成之一串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路系被連接于該輸入晶體管(1)之一輸出終端及該輸出晶體管(2)之一輸入終端之間，且該微帶導(dǎo)體(12’)系被連接于該第一串聯(lián)電容(10’)及該第二串聯(lián)電容(13’)間之該連接點。
4.如權(quán)利要求第1至3項之一之該集成功率放大裝置，其中該輸出晶體管(2)之輸入電阻系小于或等于50歐姆。
5.如權(quán)利要求第1至4項之一之該集成功率放大裝置，其中該輸出晶體管(2)之輸入電阻系小于或等于20歐姆。
6.如權(quán)利要求第1至5項之一之該集成功率放大裝置，其中該微帶導(dǎo)體(12)系以集成方式被具體化為具有平面外延之兩金屬帶(14，16)。
7.如權(quán)利要求第6項之該集成功率放大裝置，其中該微帶導(dǎo)體(12)之該金屬帶(14)系藉由接地鍍通(17)以大面積方式被連接至一襯底終端。
全文摘要
一種具有多級結(jié)構(gòu)之集成功率放大裝置系被提供，其中具有集成電容(10，13)及用于阻抗轉(zhuǎn)換之電感(12)之一匹配濾波器(6)系被提供于一輸入晶體管(1)及一輸出晶體管(2)之間。該集成功率放大裝置系依據(jù)所述原理來發(fā)展，其中該匹配濾波器之電感(12)系被形成為微帶導(dǎo)體。此產(chǎn)生電感(12)之明顯較高品質(zhì)因子及該集成功率放大裝置之改良線性及改良效率。所述原理可具有優(yōu)點地特別被運用于集成傳送裝置。
文檔編號H03F3/60GK1604462SQ20041008520
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者G·多尼格, W·巴卡斯基, H·-D·沃穆斯, K·基特林斯基 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司