專利名稱：單芯片射頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單芯片射頻功率放大器。
技術(shù)背景隨著無線技術(shù)的發(fā)展，用戶傾向于選擇面積更小，價格更便宜的移動設(shè)備，射頻IC的設(shè) 計也向這兩個方向不斷進(jìn)步?，F(xiàn)有的對講機(jī)應(yīng)用中，射頻功率放大器一直都是用分立的元器件在印刷電路板上實現(xiàn)，這 種解決方案主要有以下不足h占用印刷電路板的面積比較大；2:調(diào)試十分麻煩，而且很容易振蕩；3:如果要實現(xiàn) 4W甚至更高的輸出功率，還需要購買昂貴的射頻功率放大器模塊，成本相對較高；4:在商用 的射頻功率放大器芯片市場中，可以用在對講機(jī)頻段的不多，并且增益不高， 一般在25dB到30dB，需要增加額外的增益放大驅(qū)動級才能應(yīng)用在對講機(jī)中。此外，現(xiàn)有采用砷化鎵，鍺硅等較昂貴的工藝實現(xiàn)的功率放大芯片，雖然性能上有一定 優(yōu)勢，但價格限制了應(yīng)用范圍。因此，如何解決現(xiàn)有功率放大器存在的諸多缺點，實現(xiàn)在單一芯片上集成射頻功率放大 器的元器件實已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高增益，高效率的單芯片射頻功率放大器。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的單芯片射頻功率放大器，在單芯片上集成有如下部件: 工作在A類且用于放大輸入信號的輸入級，所述輸入級包含用作電壓偏置的偏置電阻；工作 在AB類且通過耦合電容與所述輸入級相連接、用于將所述輸入級輸出的信號再次放大的推動 級，所述推動級也包含用作電壓偏置的偏置電阻；工作在C類且通過耦合電容與所述推動級 相連接、用于將所述推動級輸出的信號放大輸出的輸出級；與所述輸入級相連接的信號輸入 焊盤、向輸入級的偏置電阻提供電壓的第一柵偏置電壓輸入焊盤及第一接地焊盤；向推動級 的偏置電阻提供電壓的第二柵偏置電壓輸入焊盤及第二接地焊盤；與所述輸出級相連接的信 號輸出焊盤、向輸出級的偏置電阻提供電壓的第三柵偏置電壓輸入焊盤及第三接地焊盤；其 中，所述輸出級包含的放大管的尺寸根據(jù)其連接的負(fù)載所確定，進(jìn)而根據(jù)所述輸出級的飽和輸入功率確定所述推動級所包含的放大管的尺寸。較佳地，所述輸入級、推動級及輸出級各自包含的放大管都為采用LDM0S工藝制作的場 效應(yīng)管。較佳地，在所述單芯片上還集成有電阻電容串聯(lián)的并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路，所述并聯(lián)電壓 反饋電路連接在所述推動級包含的場效應(yīng)管的漏極和柵極之間。較佳地，所述信號輸入焊盤和信號輸出焊盤分別位于所述單芯片的相對兩側(cè)。 較佳地，所述信號輸出焊盤為4個。較佳地，所述第一柵偏置電壓焊盤、第二柵偏置電壓焊盤及第三柵偏置電壓焊盤與地之間分別連接有防靜電保護(hù)二極管。較佳地，在所述芯片上具有單獨的接地焊盤及單獨的電源焊盤的防靜電保護(hù)電路。 較佳地，所述第一接地焊盤、第二接地焊盤及第三接地焊盤都采用Downbond結(jié)構(gòu)。 較佳地，所述單芯片射頻功率放大器為用于對講機(jī)的射頻功率放大器。 綜上所述，本發(fā)明的單芯片射頻功率放大器采用三級放大的結(jié)構(gòu)，且三級放大的功率增益逐級減小，而輸出功率卻逐級增大，如此可有效提高放大器的總體功率增益及穩(wěn)定性，同時其輸出級工作在C類，可有效提高放大器的整體效率。


圖1為本發(fā)明的單芯片射頻功率放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明的單芯片射頻功率放大器的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的單芯片射頻功率放大器可為用于對講機(jī)的射頻功率放大器，其可工作在 130MHz-550MHz頻段，此外，其也可作為對講手機(jī)或數(shù)據(jù)通訊用的射頻功率放大器。請參閱圖1及圖2，所述單芯片射頻功率放大器在單芯片上集成的部件包括輸入級、推 動級、輸出級、與所述輸入級相連接的信號輸入焊盤、第一柵偏置電壓輸入焊盤及第一接地 焊盤、與所述推動級相連接的第二柵偏置電壓輸入焊盤及第二接地焊盤、及與所述輸出級相 連接的信號輸出焊盤、第三柵偏置電壓輸入焊盤及第三接地焊盤，此外，在所述芯片上還具 有單獨的接地焊盤及單獨的電源焊盤的防靜電保護(hù)電路。所述輸入級工作在A類，用于線性地放大輸入信號，其包括采用LDM0S工藝形成的場效應(yīng)管M1、作為電壓偏置電路的電阻R1、及設(shè)置在芯片外的漏級負(fù)載，其中，所述場效應(yīng)管M1 作為線性放大級，其尺寸偏小，且其柵極接有兩個信號輸入焊盤2和3 (RFIN)，其漏柵極之 間接有向偏置電路R1提供電壓的第一柵偏置電壓輸入焊盤1和5(即漏極電壓VDD1和柵極電 壓VGS1)，所述第一接地焊盤4采用Downbond結(jié)構(gòu)，即連接到所述防靜電保護(hù)電路的接地焊 盤上。連接到相應(yīng)芯片防靜電保護(hù)電路圈的地上(GND)，電源焊盤8 (VDDA)連接到防靜電保 護(hù)電路圈的電源上。所述推動級工作在AB類，且通過耦合電容(即電容C1)與所述輸入級相連接，用于將所 述輸入級輸出的信號再次放大，以便為后一級能夠工作在飽和狀態(tài)提供足夠的輸入功率，并 且本身也提供增益，其包括采用LDMOS工藝形成的場效應(yīng)管M2、作為電壓偏置電路的電阻R2、 及設(shè)置在芯片外的漏極負(fù)載，為了提高電路穩(wěn)定性，在所述推動級上還加入有電阻電容串聯(lián) (即R3和C3串聯(lián))的并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路，所述并聯(lián)電壓反饋電路連接在所述推動級包含 的場效應(yīng)管的漏極和柵極之間，可有效抑制振蕩，并使整體性能不受較大影響，且能提高功 率放大電路的穩(wěn)定性。所述場效應(yīng)管M2的柵極設(shè)有向偏置電阻R2提供電壓的的第二柵偏置 電壓輸入焊盤15和16 (即VDD2和VGS2)，其源極設(shè)有第二接地焊盤7 (即GND)。所述輸出級工作在C類，且通過耦合電容(即電容C2)與所述推動級相連接，用于放大 所述推動級輸出的信號，其包括采用LDMOS工藝形成的場效應(yīng)管M3、作為電壓偏置電路的電 阻R4、及設(shè)置在芯片外的漏級負(fù)載，所述場效應(yīng)管M3的尺寸根據(jù)其連接的負(fù)載所確定，由此 根據(jù)所述輸出級的飽和輸入功率即可確定所述推動級所包含的放大管M2的尺寸，且所述場效 應(yīng)管M3的漏極設(shè)有4個信號輸出焊盤9、 10、 11及12 (即RFOUT)，且設(shè)有向柵偏置電路提 供電壓的的第二柵偏置電壓輸入焊盤14 (即VGS3)，其源極設(shè)有第二接地焊盤(即GND),且 其也采用Downbond結(jié)構(gòu)。需注意的是，信號輸出焊盤也可根據(jù)實際需要來設(shè)定，例如，設(shè)定 6個信號輸出焊盤等。此外，為保證射頻功率放大器的高性能，,本實施例中的信號輸入焊盤2和3都設(shè)置在芯 片的左側(cè)，信號輸出焊盤9、 10、 11、及12都設(shè)置在芯片的右側(cè)，使輸入輸出的耦合減小， 提高了穩(wěn)定性，輸出級焊盤需要承受較大電流，本發(fā)明中用了四個焊盤輸出信號。再有，為了 實現(xiàn)較好的防靜電保護(hù)(ESD)性能，所述第一柵偏置電壓輸入焊盤1和5、第二柵偏置電壓 輸入焊盤15和16及第三柵偏置電壓輸入焊盤14與地之間分別連接有靜電放電保護(hù)二極管， 而為了減少了源級寄生電感，所述第一接地焊盤4、第二接地焊盤6及第三接地焊盤7都采用 部分Downbond結(jié)構(gòu)。此外，圖2中所示的焊盤6和13為空置焊盤(即NC焊盤)。綜上所述，本發(fā)明的單芯片射頻功率放大器采用三級放大的結(jié)構(gòu)，且三級放大的功率增6益逐級減小，而輸出功率逐級增大，此種結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點1、 用不同的電路級實現(xiàn)增益和功率輸出，可以同時實現(xiàn)高的功率增益和功率輸出。2、 有助于提高整體穩(wěn)定性,通常輸出功率越大的一級越容易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，在本發(fā)明中， 功率輸出較大的部分增益比較小，有效的抑制了振蕩。3、 功率輸出級可以提供較小的增益，可以工作在C類，提高了整體效率。同時，本發(fā)明的單芯片射頻功率放大器各級之間連接的耦合電容可和設(shè)置在芯片外的電路 形成諧振及濾波電路，進(jìn)而形成一個帶通的特性，使所需要的頻段信號能通過，同時抑制寄 生振蕩，使整個電路在較寬的頻帶上穩(wěn)定工作，并保持高增益高效率的整體性能。此外，本發(fā)明的單芯片射頻功率放大器還設(shè)置有反饋電路，并對信號輸入焊盤和信號輸出 焊盤的布局進(jìn)行了優(yōu)化，同時在直流電壓輸入的焊盤上都加了防靜電保護(hù)二級管，使整個芯 片的偏置電壓和地之間加入箝位電路以實現(xiàn)良好的防靜電保護(hù)性能，且功放的每一級地都采 用Downbond結(jié)構(gòu)，減少了源級寄生電感，如此可有效提高功率放大電路的穩(wěn)定性。再者，本發(fā)明的單芯片射頻功率放大器可滿足從3.0V到7.0V單電源供電，其工作頻域?qū)?在130MHz-550MHz之間，其功率增益可高達(dá)41dB，并有60%的高附加功率功效，其可廣泛應(yīng) 用于雙模對講機(jī),數(shù)據(jù)傳輸，便攜式電池供電裝置，遠(yuǎn)程遙控和其它一些商用以及消費類系 統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種單芯片射頻功率放大器，其特征在于在單芯片上集成有如下部件工作在A類且用于放大輸入信號的輸入級，所述輸入級包含用作電壓偏置的偏置電阻；工作在AB類且通過耦合電容與所述輸入級相連接、用于將所述輸入級輸出的信號再次放大的推動級，所述推動級也包含用作電壓偏置的偏置電阻；工作在C類且通過耦合電容與所述推動級相連接、用于將所述推動級輸出的信號放大輸出的輸出級；與所述輸入級相連接的信號輸入焊盤、向輸入級的偏置電阻提供電壓的第一柵偏置電壓輸入焊盤及第一接地焊盤；向推動級的偏置電阻提供偏置的第二柵偏置電壓輸入焊盤及第二接地焊盤；與所述輸出級相連接的信號輸出焊盤、向輸出級的偏置電阻提供電壓的第三柵偏置電壓輸入焊盤及第三接地焊盤；其中，所述輸出級包含的放大管的尺寸根據(jù)其連接的負(fù)載所確定，進(jìn)而根據(jù)所述輸出級的飽和輸入功率確定所述推動級所包含的放大管的尺寸。
2. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻功率放大器，其特征在于所述輸入級、推動級及輸 出級各自包含的放大管都為采用LDM0S工藝制作的場效應(yīng)管。
3. 如權(quán)利要求2所述的單芯片射頻功率放大器，其特征在于在所述單芯片上還集成有 電阻電容串聯(lián)的并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路，所述并聯(lián)電壓反饋電路連接在所述推動級包含 的場效應(yīng)管的漏極和柵極之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻功率放大器，其特征在于所述信號輸入焊盤和信號 輸出焊盤分別位于所述單芯片的相對兩側(cè)。
5. 如權(quán)利要求1或4所述的單芯片射頻功率放大器，其特征在于所述信號輸出焊盤為 4個。
6. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻功率放大器，其特征在于所述第一柵偏置電壓焊盤、 第二柵偏置電壓焊盤及第三柵偏置電壓焊盤與地之間分別連接有防靜電保護(hù)二極管。
7. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻功率放大器，其特征在于還包括在所述芯片上具有 單獨的接地焊盤及單獨的電源焊盤的防靜電保護(hù)電路。
8. 如權(quán)利要求7所述的單芯片射頻功率放大器，其特征在于所述第一接地焊盤、第二接地焊盤及第三接地焊盤都采用Downbond結(jié)構(gòu)，即各接地焊盤都連接到所述防靜電 保護(hù)電路路的接地焊盤上。
9.如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻功率放大器，其特征在于所述單芯片射頻功率放大 器為用于對講機(jī)、對講手機(jī)或數(shù)據(jù)通訊的射頻功率放大器。
全文摘要
一種單芯片射頻功率放大器，其在單芯片上集成有工作在A類且用于放大輸入信號的輸入級、工作在AB類且通過耦合電容與所述輸入級相連接、用于將所述輸入級輸出的信號再次放大的推動級、及工作在C類且通過耦合電容與所述推動級相連接、用于將所述推動級輸出的信號放大輸出的輸出級，同時還設(shè)置有與所述輸入級相連接的信號輸入焊盤、第一柵偏置電壓輸入焊盤及第一接地焊盤、與所述推動級相連接的第二柵偏置電壓輸入焊盤及第二接地焊盤、與所述輸出級相連接的信號輸出焊盤、第三柵偏置電壓輸入焊盤及第三接地焊盤，如此三級級聯(lián)結(jié)構(gòu)，即可提高放大器的總體功率增益及穩(wěn)定性，又能提高放大器的效率。
文檔編號H01L27/06GK101252342SQ200810034778
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者珅 馮, 俊 周, 施鐘鳴 申請人:上海士康射頻技術(shù)有限公司