專利名稱：多路多赫爾蒂放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多路多赫爾蒂(Doherty)放大器的電子電路。
背景技術(shù)：
眾所周知，經(jīng)典多赫爾蒂放大器具有兩個(gè)并行設(shè)置并具有相同功率容量的放大器 件。兩器件中的第一器件(主級(jí))工作于AB類放大器模式，第二器件(峰級(jí))工作于C類 放大器模式。這些器件在其輸入和輸出處被90°相移網(wǎng)絡(luò)分離。輸出相移網(wǎng)絡(luò)具有特定的 特征阻抗Ztl，該特定的特征阻抗Ztl必須等于主級(jí)的最佳負(fù)載阻抗RLm。輸入信號(hào)被分離為驅(qū) 動(dòng)兩個(gè)放大器，并且求和網(wǎng)絡(luò)(被稱為“阻抗反相器”或“多赫爾蒂合并器”)可用于a)合 并兩個(gè)輸出信號(hào)；b)校正兩個(gè)輸出信號(hào)間的相位差；以及c)相對(duì)于從主級(jí)的輸出看到的阻 抗，在多赫爾蒂放大器的輸出端提供反相阻抗。由于阻抗反相的緣故，主級(jí)工作于低輸入信 號(hào)電平時(shí)的負(fù)載，此時(shí)該負(fù)載是最佳負(fù)載的兩倍RLm = ，從而可以使主級(jí)以及多赫爾蒂 放大器實(shí)現(xiàn)較高的功率效率，而峰級(jí)保持為非活動(dòng)的。由于多赫爾蒂放大器的輸出負(fù)載RLd 的適當(dāng)配置，主級(jí)輸出端的負(fù)載加倍是有可能的(對(duì)于經(jīng)典情況，RLd = 1/2Z0 = l/2RLm，并 且被輸出相移網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為RLm = 4RLd)。當(dāng)多赫爾蒂放大器的輸入信號(hào)超過特定電平時(shí)，主 級(jí)的輸出電平達(dá)到最大允許幅度和最大功率效率，并且峰級(jí)被激活并且接管放大操作。在 該電平之上，主級(jí)看到的負(fù)載阻抗隨功率電平的增長(zhǎng)而逐漸下降，直到其達(dá)到最佳值Ztl為 止，最佳值Ztl出現(xiàn)在多赫爾蒂放大器的峰值功率電平處。經(jīng)典多赫爾蒂放大器是具有主級(jí)和峰級(jí)的所謂2路放大器。多路(或N路)多 赫爾蒂放大器具有一個(gè)主器件和多個(gè)并行工作的峰器件。多路多赫爾蒂系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是公 知的，并且歸因于主級(jí)輸出端增加了的負(fù)載線路控制范圍。在2路對(duì)稱多赫爾蒂放大器的 情況下，主級(jí)看到的負(fù)載變化2倍。在經(jīng)典3路多赫爾蒂放大器的情況下，這種改變又變 化2倍，主級(jí)看到的負(fù)載變化4倍。這使得不僅對(duì)于2路多赫爾蒂放大器在6dB回退處，還 在12dB的功率回退處，能夠?qū)崿F(xiàn)類似的效率提高，而這是諸如WiMAX (全球微波接入互操作 性)等新通信系統(tǒng)目前所要求的。經(jīng)典的3路多赫爾蒂在主級(jí)和其第一峰級(jí)的輸出間以及 第一和附加峰級(jí)的輸出間需要1/4波長(zhǎng)線路。這使得這樣的多赫爾蒂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極為復(fù) 雜。此外，這樣的設(shè)計(jì)需要較大的空間以容納多赫爾蒂系統(tǒng)，并且可以預(yù)測(cè)量產(chǎn)樣品將表現(xiàn) 出不一致的性態(tài)。一種實(shí)際實(shí)現(xiàn)是三路多赫爾蒂放大器。例如，以下公開出版物描述了 N路多赫爾蒂 放大器的不例:N. Shrirattana 等，“ Analysis and Design of High Efficiency Multistage Doherty Power Amplifier for WireIessCommunications”， IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 53,No. 3,March 2005 Kim等，“Highly Linear Three-way DohertyAmplifier with Uneven Power Drive for Repeater System，，IEEE Microwaveand Wireless Components Letters，Vol.16，No. 4，April 2006 ；I. Blednov 禾口 J. van der Zanden，"High-power LDMOS Integrated Doherty Amplifier forWCDMA，，，IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium，June，2006。此夕卜，參見例如美國(guó)專利7，078，976 (Blednov)；美國(guó)專利6，853，245以及美國(guó)公開專利申請(qǐng)US 20030141933。

發(fā)明內(nèi)容
同兩路多赫爾蒂放大器相比，三路多赫爾蒂放大器在大約12dB的回退電平處具 有較高的效率和更好的線性特性。例如，參見上述Shrirattana和Kim的公開出版物。然 而，使用分立晶體管設(shè)計(jì)三路多赫爾蒂放大器是一項(xiàng)極耗時(shí)的任務(wù)，并且在量產(chǎn)過程中難 以控制這樣的放大器的質(zhì)量或性能。在實(shí)驗(yàn)室條件下，三路多赫爾蒂放大器在12dB的回退 電平處表現(xiàn)出優(yōu)越的效率，但由于設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需的空間，這些放大器無(wú) 法大規(guī)模使用。由于可以獲得良好的線性特性，非對(duì)稱多赫爾蒂設(shè)計(jì)是有吸引力的。在非 對(duì)稱配置中，N路多赫爾蒂放大器具有多個(gè)峰晶體管器件，每個(gè)峰晶體管器件具有不同的大 小和閾值功率電平。然而，由于在主級(jí)、第一峰級(jí)和第二峰級(jí)間適當(dāng)?shù)胤峙漭斎牍β室约霸?MIMC(單片微波集成電路)環(huán)境下合并多個(gè)不同大小的峰器件的功率輸出中存在的難度， 利用Blednov和van der Zanden的公開出版物中描述的多路非對(duì)稱集成多赫爾蒂放大器 的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。發(fā)明人提出了一種設(shè)計(jì)多路多赫爾蒂放大器的可選方法。因此，發(fā)明人提出了權(quán) 利要求1所述的電路。集成兩路多赫爾蒂放大器是經(jīng)過預(yù)先測(cè)試和優(yōu)化的構(gòu)建模塊，在本 發(fā)明中使用時(shí)就好像它是傳統(tǒng)的分立晶體管。因此，本發(fā)明的多路多赫爾蒂放大器設(shè)計(jì)同 傳統(tǒng)的兩路設(shè)計(jì)具有高度的相似性，并且與采用分立晶體管實(shí)現(xiàn)的兩路多赫爾蒂放大器相 比需要較少的設(shè)計(jì)工作。此外，同采用分立晶體管實(shí)現(xiàn)的兩路多赫爾蒂放大器相比，集成兩 路多赫爾蒂放大器占據(jù)更小的空間。此外，由于在設(shè)計(jì)中使用了較少的組件，集成2路多赫 爾蒂放大器的使用提高了本發(fā)明的量產(chǎn)3路多赫爾蒂放大器的性態(tài)和性能方面的一致性。 此外，由于可以根據(jù)訂戶的需要從商用組件以及從各種傳統(tǒng)技術(shù)(混合、PCB、功率器件等) 中選擇另外的峰級(jí)的類型、品牌和大小，因此可以定制本發(fā)明的電路中的多赫爾蒂放大器 的設(shè)計(jì)。例如，集成在兩路多赫爾蒂放大器半導(dǎo)體器件中的峰級(jí)的大小以及單獨(dú)實(shí)現(xiàn)在另 一半導(dǎo)體器件中的另外的峰級(jí)的大小可以被選擇為各不相同，從而獲得期望的性態(tài)。此外， 同作為單獨(dú)半導(dǎo)體器件相比，集成2路多赫爾蒂放大器中的主級(jí)具有溫度更低的優(yōu)勢(shì)。多 赫爾蒂放大器的主級(jí)比峰級(jí)耗散更多的功率。因此，主級(jí)將比峰級(jí)產(chǎn)生更多的熱量。由于 主級(jí)被集成在與集成多赫爾蒂放大器的峰級(jí)相同的管芯上，主級(jí)可用于(例如向熱沉)耗 散其產(chǎn)生的熱量的面積加倍。因此，集成多赫爾蒂放大器的主級(jí)溫度更低。在集成電路器 件領(lǐng)域眾所周知，將器件的溫度降低10°可以使器件的壽命預(yù)期提高一倍。在本發(fā)明電路的實(shí)施例中，另外的峰級(jí)經(jīng)由具有特定阻抗的λ/4線路連接 至集成兩路多赫爾蒂放大器的輸入，或者可以經(jīng)由商用混合耦合器或其他裝置(例如 Wilkinson分配器、競(jìng)爭(zhēng)(rat-race)環(huán)耦合器、支線耦合器等)合并器件，以在輸入間提供 90°相移。這一般提供了所有端口間的良好隔離。眾所周知，表述“混合耦合器”指在其輸 出端口間平等地分配其輸入端口處的輸入功率的無(wú)源器件。Wilkinson功率分配器是本領(lǐng) 域公知的。對(duì)于與支線耦合器有關(guān)的某些背景，參見例如美國(guó)專利4，928，078，并且其被并 入于此作為參考。對(duì)于與競(jìng)爭(zhēng)(rat-race)環(huán)耦合器有關(guān)的某些背景，參見例如美國(guó)專利 4，904，966，并且其被并入于此作為參考。
在涉及3路多赫爾蒂放大器的本發(fā)明的另一實(shí)施例中，2路集成多赫爾蒂放大器的第一輸出經(jīng)由第一 λ/2線路或?qū)崿F(xiàn)180°相移的另一結(jié)構(gòu)連接至3路多赫爾蒂放大器的輸出節(jié)點(diǎn)，而另外的峰級(jí)的第二輸出經(jīng)由第二 λ/2線路或?qū)崿F(xiàn)180°相移的又一結(jié)構(gòu)連接 至輸出節(jié)點(diǎn)。在該配置中，第一和第二 λ/2線路提供所需的阻抗變換，照顧兩路集成多赫 爾蒂放大器以及另外的峰級(jí)的“同相”操作。同時(shí)，這些線路允許以適當(dāng)?shù)姆绞讲贾迷撛O(shè)計(jì) 以及PCB布局，并且以物理方式將兩個(gè)甚至極大的封裝器件并行組合，而不造成性能損失。如果將集成2路多赫爾蒂放大器和另外的峰級(jí)布置在所謂推挽式封裝(具有四個(gè) RF端子或引線)的同一金屬凸緣(flange)上，可以實(shí)現(xiàn)3路多赫爾蒂放大器設(shè)計(jì)和性能的 又一改進(jìn)。這設(shè)計(jì)進(jìn)一步減小了 3路多赫爾蒂設(shè)計(jì)的總尺寸，并且更重要地，改進(jìn)了量產(chǎn)時(shí) 放大器的性態(tài)和性能的一致性。如果所涉及的所有半導(dǎo)體管芯都是在單個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)在同 一晶片內(nèi)生產(chǎn)的，從而引起極高程度的參數(shù)相似性或相同性，則尤其如此。此外，被布置在 相同凸緣或熱沉上的所有半導(dǎo)體管芯的操作將在本發(fā)明的3路多赫爾蒂系統(tǒng)的所有管芯 間提供極為一致的溫度差，并且還改進(jìn)了量產(chǎn)時(shí)的產(chǎn)品一致性(例如合并信號(hào)的相位和幅 度)。對(duì)于與推挽式封裝有關(guān)的更多背景，參見例如美國(guó)專利申請(qǐng)20070103237，并且其被 并入于此作為參考。


以示例的方式并參照附圖，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明中電路的框圖；以及圖2給出了輸出阻抗匹配的表達(dá)式。
具體實(shí)施例方式圖1是具有多路多赫爾蒂放大器的電子電路100的圖，所述多路多赫爾蒂放大器 包括兩路多赫爾蒂放大器102，具有主級(jí)和第一峰級(jí)并集成在半導(dǎo)體器件中；以及用分立 的功率晶體管實(shí)現(xiàn)的至少一另外的峰級(jí)104。放大器102和另外的峰級(jí)104的輸入經(jīng)由輸 入網(wǎng)絡(luò)108連接至輸入節(jié)點(diǎn)106。例如，輸入網(wǎng)絡(luò)108包括輸入節(jié)點(diǎn)106和放大器102和 104的輸入之間的混合耦合器?？蛇x地，輸入網(wǎng)絡(luò)在放大器102和104的輸入間包括具有 特定阻抗的λ/4線路，以實(shí)現(xiàn)90°相移。集成兩路多赫爾蒂放大器102的輸出經(jīng)由第一 λ /2線路112連接至輸出節(jié)點(diǎn)110。另外的峰級(jí)104的輸出經(jīng)由第二 λ /2線路114連接 至輸出節(jié)點(diǎn)110。輸出節(jié)點(diǎn)110連接至負(fù)載電阻116。線路112和114形成輸出功率組合
ο圖2的表達(dá)式202給出輸出線路112和114的所需阻抗。這里Ztjl和Ζ。2分別是線 路112和線路114的阻抗氓是電阻116的阻性負(fù)載風(fēng)ρ2是另外的峰級(jí)104所承受的電 阻；Rud是集成多赫爾蒂放大器102所承受的的電阻。圖1示出了 3路多赫爾蒂放大器電 路。對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員而言，如何像在已知N路多赫爾蒂放大器中那樣通過添加另外 的峰級(jí)并適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)功率分配組件，以將該電路擴(kuò)展為N路多赫爾蒂放大器(此處N是大 于3的整數(shù))是顯而易見的。采用不同大小(產(chǎn)生非對(duì)稱性)以及不同偏置電平的多個(gè)峰級(jí)使得可以通過調(diào)整 多路多赫爾蒂放大器的總體傳輸特性，來進(jìn)一步改進(jìn)線性特性，但不增加經(jīng)典多路多赫爾 蒂放大器的復(fù)雜度。借助更加平滑的負(fù)載線路控制以及更大的設(shè)計(jì)靈活性，本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了更好的線性特性，在量產(chǎn)過程中提供較高的一致性，并且由于設(shè)計(jì)者所要關(guān)注的問題較少，允許實(shí)現(xiàn)更合理、更簡(jiǎn)單、更緊致的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
一種具有多路多赫爾蒂放大器的電子電路(100)，其中，所述多路多赫爾蒂放大器包括-兩路多赫爾蒂放大器(102)，包括集成在半導(dǎo)體器件中的主級(jí)和第一峰級(jí)；以及-至少一個(gè)另外的峰級(jí)(104)，實(shí)現(xiàn)于單獨(dú)的半導(dǎo)體器件中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述另外的峰級(jí)是用分立的功率晶體管實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路，其中，所述半導(dǎo)體器件和所述單獨(dú)的半導(dǎo)體器件一 起被布置在推挽式封裝的金屬凸緣上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電路，包括實(shí)現(xiàn)于另一單獨(dú)半導(dǎo)體器件中的附加峰級(jí)， 其中所述另外的峰級(jí)以及所述附加峰級(jí)具有不同的大小。
全文摘要
一種具有多路多赫爾蒂放大器的電子電路。所述多路多赫爾蒂放大器包括兩路多赫爾蒂放大器，具有集成在半導(dǎo)體器件中的主級(jí)和第一峰級(jí)；以及以分立的功率晶體管實(shí)現(xiàn)的至少一個(gè)另外的峰級(jí)。
文檔編號(hào)H03F1/08GK101803181SQ200880104946
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者伊戈?duì)枴げ既R德諾夫, 約瑟夫斯·H·B·范德贊登 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司