專利名稱：具有rf旁路/輸出匹配網(wǎng)絡的封裝rf功率晶體管的制作方法
背景技術：
本發(fā)明通常涉及RF功率晶體管，并且更特別地，本發(fā)明涉及將輸出匹配和RF及視頻旁路電路組合到一個封裝RF功率晶體管中。
如在圖1A中通常以10以及在圖1B中示意性所示，提供10瓦特或更大功率的RF功率晶體管被典型地封裝為分立器件。該封裝的晶體管(FET或雙極性)通常包括一個連接輸入引線14至FET柵極(或雙極性晶體管的基極)的輸入匹配電路12，和一個連接輸出引線18至FET漏極(或雙極性晶體管的集電極或發(fā)射極)的輸出匹配電路16。通常該FET的源極接地。
如圖2所示，該封裝的晶體管典型地被安裝在印刷電路板20上。而且，匹配電路22、24和偏置/RF雙工器26也安裝在該印刷電路板上，它們將晶體管輸出連接到RF輸出。DC電源通過偏置線路RF和視頻旁路電路28、雙工器26和匹配電路22連接到晶體管輸出引線。印刷電路板電路的該雙重功能提供了在載波頻率處想要的阻抗變換，并提供了一種通過該雙工器將DC偏置電流注入到所述設備中的方法。該電路還必須正確地旁路在RF和視頻頻率處的電源連接。該電路與封裝晶體管的距離在該傳統(tǒng)解決方法中是一種限制。這種分離引入了嚴重的電延遲，并且在印刷電路板電路中使用的電容器的內在特性也導致了偏置電路視頻帶寬中不可避免的限制。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，輸出匹配電路和雙工器與RF和視頻旁路網(wǎng)絡一起與該功率晶體管集成到晶體管管殼中。這將該電路放置更接近于該晶體管，并增加了電源旁路視頻帶寬。而且，相對用于寬帶信號的傳統(tǒng)設備，提高了功率晶體管電路的線性度(保真度)。
在實現(xiàn)本發(fā)明中，RF和視頻旁路網(wǎng)絡的離散多層電容器能夠與輸出匹配電路的電容器(在載波頻率處具有最佳特性)并聯(lián)成與具有提供該電路的感性元件的引線接合(wire bonding)的一種完整的裝置。典型地，設置引線接合(wirebond)以提供和晶體管寄生輸出電容的電抗相同和相反的旁路感抗。還能夠提供用于RF輸出的附加電容與提供偏置輸入或者具有單獨偏置輸入機能的RF輸出。
從以下結合附圖詳細描述的說明書和獨立權利要求中，本發(fā)明及其目的和特征將會更加顯而易見。


圖1A是封裝RF功率晶體管的透視圖，以及圖1B是封裝RF功率晶體管的功能方框圖。
圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術的圖1中封裝RF晶體管的功能方框圖，該晶體管與用于DC電源的匹配電路和偏置線路RF旁路電路一起安裝在印刷電路板上。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例具有匹配和旁路電路的封裝RF功率晶體管的功能方框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例具有匹配和旁路電路的封裝RF功率晶體管的功能方框圖。
圖5A、5B是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的RF功率晶體管的物理和電氣示意圖。
圖6A、6B是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的RF功率晶體管的物理和電氣示意圖。
圖7A、7B是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的RF功率晶體管的物理和電氣示意圖。
圖8A、8B是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的RF功率晶體管的物理和電氣示意圖。
圖9是用于傳統(tǒng)RF功率晶體管和根據(jù)本發(fā)明一個實施例的RF功率晶體管的阻抗相對頻率的曲線。
圖10針對在圖9中所使用的晶體管在史密斯圓圖(Smith Chart)上示例了復數(shù)阻抗。
圖11是針對傳統(tǒng)RF功率晶體管和根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的RF功率晶體管的阻抗相對頻率的曲線。
圖12針對在圖11中所使用的晶體管在史密斯圓圖上示例了復數(shù)阻抗。
具體實施例方式
圖3和4是根據(jù)本發(fā)明兩個實施例的具有匹配和旁路電路的封裝RF功率晶體管的功能方框圖。兩個圖中類似的元件都是相同的。在圖3中，RF功率晶體管30被安裝在管殼31中。示例了FET晶體管，但是如上所述，該功率晶體管能夠是雙極性的。而且，能夠在管殼中安裝不止一個晶體管，并且它們能夠并聯(lián)。如在現(xiàn)有技術中，F(xiàn)ET 30的柵極通過輸入匹配電路32與輸入引線34連接，但是漏極通過輸出匹配電路加上集成的偏置/RF雙工器36與輸出引線38和給該晶體管提供DC偏置電流的偏置引線42連接。在現(xiàn)有技術的電路(如圖2所示例)中，電路36和40以與該晶體管一定的距離被安裝在印刷電路板上的管殼的外部。如上所述，在該管殼內部提供輸出匹配電路、偏置/RF雙工器、和RF及視頻旁路網(wǎng)絡增加了電源旁路視頻帶寬并且增加了用于寬帶信號的功率晶體管電路的線性度。除了輸出引線38同時用作偏置引線之外，圖4的功能方框圖類似于圖3的電路。
圖5A、5B分別是本發(fā)明的其中一個實施例的物理和電氣示意圖，其中將引線接合應用為感性元件，以及在輸出匹配和旁路網(wǎng)絡中應用離散的多層電容器。在圖5A中，圖3的輸入匹配電路32包括通過引線接合46與RF輸入34連接以及通過引線接合48與晶體管30的基極連接的旁路電容器44。輸出匹配和旁路網(wǎng)絡包括與電容器50(該電容器50在載波RF頻率處擁有最佳的特性)并聯(lián)的離散的多層電容器54、56，并且這些電容器通過引線接合52、58和60的方式與晶體管30的漏極和偏置輸入引線42連接。在一個典型的實施例中，引線接合52包括特定值的電感，該值為與晶體管寄生輸出電容諧振所需的值。該小值支持了最佳的視頻旁路。同理，RF輸出引線38借助引線接合62與該漏極連接。
圖5B是圖5A電路的電氣示意圖，其中引線接合在集總元件示意圖中示例為感性元件。
圖6A、6B是與圖5A、5B的實施例相類似的本發(fā)明另一個實施例的物理和電氣示意圖，除了旁路RF輸出引線38和晶體管30的漏極以使其接地的離散的電容器64和在輸出匹配網(wǎng)絡中用作感性元件的引線接合62、66以外。
圖7A、7B是與圖5A、5B的實施例相類似的物理和電氣示意圖，但是其中不應用單獨的偏置輸入引線42。RF輸出引線38還用作該偏置輸入。同理，圖8A、8B對應于圖6A、6B的實施例，但是仍不提供單獨的偏置輸入并且RF輸出38用作該偏置輸入。
圖9是針對以70所示的傳統(tǒng)設備和以72所示的根據(jù)本發(fā)明的設備在晶體管漏極之處所看的低頻相對工作頻率的阻抗曲線。在利用數(shù)字通信信號的正常功率放大器應用期間，從該晶體管流動的電流包含RF(或微波)頻率分量以及視頻頻率分量。在理想的情況下，將給漏極提供一種理想的電源，或理想的RF旁路電源，其在視頻頻率范圍內具有零阻抗。普通的連接高電流電源到漏極的方法是使用導體或高阻抗傳輸線，有時在載波頻率處選擇1/4波長，其在電源端或連接具有電容旁路陣列。電容器的這種陣列旨在用于近似理想的電容，但是，實際的物理旁路電容器具有固有的內電阻和內電感。因此，該典型的旁路電容器陣列在最接近該晶體管的載波頻率處插入具有極佳特性的小電容器，并且(在低的視頻頻率處具有最佳性能的)較大的電容器較為接近于該電源。
在旁路電容之間必須存在有限的距離，短的電氣連接還具有電感特性。利用實際的物理電容，在RF旁路電容器陣列中不可避免地存在諧振。盡管希望低的視頻頻率阻抗(典型為1歐姆)，但是在諧振頻率處它常常增加到幾十歐姆。本發(fā)明增加了第一重要諧振的頻率，同時不會惡化該電路的載波頻率特性，如圖9所示例。這里，用于傳統(tǒng)電路的第一諧振大約是50MHz，而根據(jù)本發(fā)明的電路卻將該第一諧振增加到接近于125MHz。由于功率放大器應用到現(xiàn)代數(shù)字通信需要非常低的幾十MHz的偏置電路阻抗，這些電路中的諧振必須為100MHz的頻率或更高，因為這些電路的阻抗顯示出在1/4第一諧振頻率處的顯著增加。
圖10在史密斯圓圖上示出傳統(tǒng)電路與根據(jù)本發(fā)明電路的復數(shù)阻抗?？梢郧宄闯?，對于傳統(tǒng)的電路來說，具有全部的顯著寄生效應的電路模型的第一諧振是52MHz，而對于根據(jù)本發(fā)明電路的第一諧振是127MHz。在因子二之上的這種改進對于正在出現(xiàn)的和未來的數(shù)字通信應用特別的重要，其中傳統(tǒng)電路的低諧振將在所述輸出信號中引入AM/PM失真和AM/AM失真。這些有害的影響損害了對于這些新系統(tǒng)關鍵的放大器線性增強技術諸如預失真的能力。但是，本發(fā)明將在這些新技術中實踐RF功率放大器。
圖11是用于RF功率放大器實施例的阻抗相對頻率的曲線，其中偏置引線不是單獨的引線，而是包括有RF輸出引線。這里，存在兩個能夠引入不想要的額外諧振的RF旁路電容器網(wǎng)絡(管殼的內部及其外部)。正如圖11所示，附加的諧振74在阻抗曲線72中被引入為弓起，在圖12中為以史密斯圓圖表示的額外的圓。從圖12可以看出，該額外諧振被引入超過100MHz，但是該單個引線替換優(yōu)于在52MHz處有諧振的傳統(tǒng)設計。而且，在較低頻率處減少了阻抗大小，這是因為存在更大的組合旁路電容。
已經(jīng)示出了RF功率放大器的若干實施例，在這些實施例中電源視頻旁路電容器網(wǎng)絡與傳統(tǒng)功率晶體管輸出匹配電路中存在的現(xiàn)有RF旁路電容相集成。因此，通過使用在RF和視頻頻率處工作的多個電容器網(wǎng)絡，則相對于現(xiàn)有技術而言使旁路諧振元件的總電容增加了至少為10的系數(shù)。正如所述，本發(fā)明可以應用于都是硅和III-V材料的FET和雙極性晶體管，以及本發(fā)明還可應用于單個晶體管或在單個管殼內并行工作的多個晶體管。
盡管已經(jīng)參考具體實施例描述了本發(fā)明，但是該說明僅僅是本發(fā)明的示例，并不作為對本發(fā)明的限制。對于本領域的普通技術人員來說可以進行各種其他應用和修改，而不偏離附屬權利要求所定義的本發(fā)明的真正的精神和范圍。
權利要求
1.一種封裝的RF功率設備，包括a)至少一個晶體管，b)與所述晶體管耦合的RF信號輸入引線，c)與所述晶體管耦合的接地端，d)與所述晶體管耦合的RF信號輸出引線，e)與所述RF信號輸出線耦合的輸出匹配電路和RF及視頻旁路電路，和f)用于容納元件a)和e)的管殼，其中元件b)、c)和d)自該管殼延伸。
2.根據(jù)權利要求1所述的封裝RF功率設備，還包括g)偏置引線，用于通過所述RF及視頻旁路電路給所述晶體管施加DC偏置電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述的封裝RF功率設備，其中，所述RF及視頻旁路電路包括至少一個離散的電容器和將該離散電容器耦合至所述晶體管的引線接合，所述引線接合提供RF旁路電路中的電感。
4.根據(jù)權利要求3所述的封裝RF功率設備，其中，所述輸出匹配電路包括串聯(lián)接地的一個感性元件和一個容性元件，其中至少一個離散的電容器通過引線接合與第一容性元件并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的封裝RF功率設備，其中，所述至少一個離散的電容器包括多個電容器。
6.根據(jù)權利要求1所述的封裝RF功率設備，其中，所述RF及視頻旁路電路包括至少一個離散的電容器和將該離散的電容器耦合至所述晶體管的引線接合，所述引線接合包含RF旁路電路中的電感。
7.根據(jù)權利要求6所述的封裝RF功率設備，其中，所述輸出匹配電路包括串聯(lián)接地的一個感性元件和一個容性元件，其中至少一個離散的電容器通過引線接合與所述容性元件并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的封裝RF功率設備，其中，所述至少一個離散的電容器包括多個電容器。
9.根據(jù)權利要求1所述的封裝RF功率設備，其中，所述至少一個晶體管包括一個FET。
10.根據(jù)權利要求1所述的封裝RF功率設備，其中，所述至少一個晶體管包括一個雙極性晶體管。
11.根據(jù)權利要求1所述的封裝RF功率設備，其中，所述至少一個晶體管包括多個晶體管。
12.一種提高寬帶RF功率晶體管設備中的線性度的方法，包括以下步驟a)在外殼中提供至少一個RF功率晶體管，b)提供延伸通過所述外殼并電氣耦合至所述晶體管的一個輸入引線和一個輸出引線，c)在所述外殼中提供與所述輸出引線耦合的輸出匹配電路，和d)在所述外殼中提供與所述輸出匹配電路連接的RF及視頻旁路電路，所述RF及視頻旁路電路防止了當給所述晶體管提供DC功率時RF及視頻電流流向DC電源。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括以下步驟e)為給所述晶體管提供DC功率，提供延伸通過所述外殼的偏置引線，所述RF及視頻旁路電路與所述偏置引線相連接。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中步驟d)的所述RF及視頻旁路電路包括至少一個離散的電容器和將該離散的電容器耦合至所述晶體管的引線接合，所述引線接合提供RF旁路電路中的電感。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，步驟c)的輸出匹配電路包括串聯(lián)接地的一個感性元件和一個容性元件，其中至少一個離散的電容器通過引線接合與所述第一容性元件并聯(lián)連接。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，步驟d)的所述至少一個離散的電容器包括多個電容器。
17.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，步驟d)的所述RF旁路電路包括至少一個離散的電容器和將該離散的電容器耦合至所述晶體管的引線接合，所述引線接合提供RF旁路電路中的電感。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，步驟c)的所述輸出匹配電路包括串聯(lián)接地的一個感性元件和一個容性元件，其中至少一個離散的電容器通過引線接合與所述容性元件并聯(lián)連接。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，步驟d)的所述至少一個離散的電容器包括多個離散的電容器。
全文摘要
通過在晶體管管殼中包括并直接連接到該晶體管的輸出匹配電路和集成的偏置/RF雙工器以及RF和視頻旁路電容器網(wǎng)絡，提高了寬帶RF功率晶體管放大器的線性度。通過在該管殼內放置RF和視頻旁路電源電路并接近于該晶體管，能夠將輸入阻抗諧振從接近50MHz增加到超出125MHz，從而減少了輸出信號中的AM/PM失真。
文檔編號H03F1/56GK1701613SQ03825365
公開日2005年11月23日 申請日期2003年9月17日 優(yōu)先權日2002年9月30日
發(fā)明者E·J·小克雷斯恩茲 申請人:克里微波公司