專利名稱：射頻功率放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于對射頻信號進行功率放大的射頻功率放大器。
背景技術：
用于諸如移動電話等無線通信裝置的放大器一般采用如下結構其中將用于射頻放大的多個、例如兩個或三個化合物半導體晶體管彼此連接在一起。作為這種化合物半導體晶體管，由于單一正電源操作等原因近年來主要采用異質結雙極性晶體管。通過并聯(lián)連接多個晶體管以組合來自晶體管的輸出，來提供用于輸出功率大約為1至3W的移動電話的最后一級放大器，以便獲得射頻特性和高輸出。圖10示出具有這種結構的常規(guī)射頻功率放大器的例子。例如，參見USP5321279和USP 5608353。
采用圖10所示的常規(guī)射頻功率放大器100，將從偏置電路(Bias)提供的直流偏置電壓(DC)經(jīng)由相應的電阻器Ra101至Ra10n輸送給晶體管TR101至TR10n的基極(B)。將作為AC信號的射頻信號(RF)經(jīng)由相應的電容器C101至C10n輸入到晶體管TR101至TR10n的基極。將偏置電壓(DC)和射頻信號(RF)經(jīng)由不同的路徑輸入到晶體管TR101至TR10n的基極的原因如下。
當進行高輸出操作時，晶體管TR101至TR10n產(chǎn)生熱量，這是因為AC電流的電流密度升高。由于在晶體管TR101至TR10n等之間存在特性差，所以熱量的產(chǎn)生在所有晶體管TR101至TR10n之間不是均勻的。具有高溫的特殊晶體管因為在操作期間產(chǎn)生過多的熱量而可能引起熱流失，并且由于基極電流的增加而破壞器件。根據(jù)可能的用于抑制熱流失的技術，當晶體管TR101至TR10n的基極電壓增加時，電阻器Ra101至Ra10n的電阻值增加，使得從偏置電路(Bias)提供的基極偏置電流減小。
在上述射頻功率放大器100中，抑制了晶體管Ra101至Ra10n的熱流失，并因此通過增加電阻器Rs101至Ra10n的電阻值而實現(xiàn)了其均勻操作。
然而，電阻器Ra101至Ra10n的電阻值不能非常大，因為電阻器Ra101至Ra10n的過大電阻值將使射頻信號的功率增益減小。即，通過增加電阻器Ra101至Ra10n的電阻值而改進的晶體管TR101-TR10n之間的操作均勻性(耐破壞性的改進)與通過減小電阻器Ra101至Ra10n的電阻值而改進的射頻功率增益(射頻特性的改進)相抵觸。使兩者都改進是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種射頻功率放大器，其提供足夠的耐破壞性和極好的射頻特性。
本發(fā)明涉及一種適用于對射頻信號進行功率放大的射頻功率放大器。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器包括并聯(lián)連接的多個晶體管，各自具有接地的發(fā)射極；多個電阻器，共同向每個電阻器中的一端提供直流偏置電壓，而將每個電阻器中的另一端連接到多個晶體管當中的相應晶體管的基極；多個電容器，每個電容器中有一個電極用于共同接收射頻信號，而另一個電極連接到多個晶體管當中的相應晶體管的基極；以及至少一個橋接電阻器，用于將多個電阻器中的每一個的一端和多個電容器中的每一個的一個電極連接起來。
不是絕對必須提供多個電容器。射頻信號可以經(jīng)由一個電容器輸入到多個晶體管的基極。可以將多個橋接電阻器分別設置成與多個電阻器相對應。通常，從采用發(fā)射極跟隨器作為輸出結構的偏置電路提供直流偏置電壓。
優(yōu)選地，多個第二電阻器各自插在多個電阻器當中的相應電阻器的另一端和一個電容器或多個電容器當中的相應電容器的另一個電極的連接點與多個晶體管當中的相應晶體管的基極之間?；蛘撸鄠€第二電阻器各自插在一個電容器或多個電容器當中的相應電容器的另一個電極與多個晶體管當中的相應晶體管的基極之間。又或者，多個第二電阻器各自插在至少一個橋接電阻器的一端與一個電容器或多個電容器當中的相應電容器的一個電極之間，其中將射頻信號輸入到該至少一個橋接電阻器。在這種情況下，第二電阻可以各自包括傳輸線。
根據(jù)本發(fā)明，包括并聯(lián)連接的多個晶體管的射頻功率放大器還包括一個或多個橋接電阻器。因此，提供足夠的耐破壞性和極好的射頻特性。
通過下面結合附圖對本發(fā)明進行的詳細說明，本發(fā)明的這些和其他目的、特征、方案和優(yōu)點將變得更加顯而易見。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的射頻功率放大器1的電路結構；圖2示出偏置電路(Bias)的例子；圖3A示出電阻器Ra1至Ran的電阻值和輸出功率Pout之間的關系；圖3B示出電阻器Ra1至Ran的電阻值和附加功率效率PAE之間的關系；圖3C示出用于圖3A和圖3B所示的模擬的參數(shù)；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的另一射頻功率放大器1’的電路結構；圖5示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的另一射頻功率放大器1”的電路結構；圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的射頻功率放大器2的電路結構；圖7示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的射頻功率放大器3的電路結構；圖8示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的射頻功率放大器4的電路結構；圖9示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的射頻功率放大器5的電路結構；以及圖10示出常規(guī)射頻功率放大器100的電路結構。
優(yōu)選實施例的說明第一實施例圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的射頻功率放大器1的電路結構。如圖1所示，根據(jù)第一實施例的射頻功率放大器1包括晶體管TR1至TRn、電容器C1至Cn、電阻器Ra1至Ran和橋接電阻器R。這里，n是等于或大于2的整數(shù)。作為晶體管TR1至TRn，采用化合物半導體(InGaP)的雙極性晶體管或者采用Si或SiGe的其他類型晶體管是可用的。
作為AC信號的射頻信號(RF)經(jīng)由電容器C1至Cn當中的相應電容器輸入到晶體管TR1至TRn中的每一個的基極(B)，被放大并從晶體管TR1至TRn中的每一個的集電極(C)輸出。晶體管TR1至TRn中的每一個的發(fā)射極(E)接地。將由偏置電路(Bias)提供的直流偏置電壓(DC)經(jīng)由電阻器Ra1至Ran當中的相應電阻器輸送給晶體管TR1至TRn中的每一個的基極。用于偏置電壓(DC)的信號線以直流方式經(jīng)由橋接電阻器R連接到用于射頻信號(RF)的輸入線。偏置電路(Bias)可以具有能提供偏置電壓(DC)的任何結構。
例如，如圖2所示的發(fā)射極跟隨器電路作為偏置電路(Bias)可能是優(yōu)選的。圖2所示的偏置電路(Bias)包括用作發(fā)射極跟隨器的晶體管TRB3、用于補償溫度特性的電阻器RB1、用于校正偏置電路特性的電阻器RB2和RB3、以及晶體管TRB1和TRB2。晶體管TRB1和TRB2分別用作基極和集電極被短路的基極-發(fā)射極二極管，以便補償晶體管TR1至TRn和晶體管TRB3之間的基極-發(fā)射極電壓之和?？梢允÷噪娮杵鱎B2和RB3。
下面將對具有上述結構的根據(jù)第一實施例的射頻功率放大器1的操作進行說明。
由于插入橋接電阻器R，因此射頻信號(RF)經(jīng)由穿過橋接電阻器R和電阻器Ra1至Ran中的每一個的通路以及經(jīng)由穿過電容器C1至Cn中的每一個的常規(guī)通路輸入到晶體管TR1至TRn中的每一個的基極。由于穿過橋接電阻器R和電阻器Ra1至Ran的通路，射頻信號(RF)經(jīng)由橋接電阻器R向偏置電路(Bias)輸入。
由于晶體管TRB3的基極-發(fā)射極二極管的非線性，當晶體管TRB3的基極-發(fā)射極二極管導通時(負幅度)，向偏置電路(Bias)輸入的射頻信號(RF)的電壓幅度被箝位，但是當晶體管TRB3的基極-發(fā)射極二極管截止時(正幅度)其不被箝位。結果，在橋接電阻器R和電阻器Ra1至Ran之間的接點P上產(chǎn)生正直流偏移電壓。隨著射頻信號(RF)的輸入功率變大，正直流偏移電壓的效果更明顯。
參照圖3A和3B，將說明由根據(jù)第一實施例的射頻功率放大器1提供的效果和由常規(guī)射頻功率放大器100(圖10)提供的效果之間的差異。用于圖3A和圖3B中的模擬的參數(shù)如圖3C所示。
圖3A示出當電阻器Ra1至Ran的電阻值是變量時的輸出功率Pout，其中橋接電阻器R的電阻值是25Ω或50Ω。圖3B示出當電阻器Ra1至Ran的電阻值是變量時的附加功率效率PAE，其中橋接電阻器R的電阻值是25Ω或50Ω?？梢詮膱D3A和3B明顯看出所示，采用常規(guī)射頻功率放大器100，當電阻值超過1000Ω時特性明顯惡化。相反，采用根據(jù)第一實施例的射頻功率放大器1，甚至當電阻值大約為2000Ω時特性也不惡化。當電阻值大約為2000Ω時，射頻功率放大器1呈現(xiàn)大約1.5dB的輸出功率Pout和大約10％的附加功率效率PAE。這意味著利用射頻功率放大器1明顯改進了特性。
明顯改進特性的原因在于橋接電阻器R和電阻器Ra1至Ran之間的接點P上的電位增加補償了電阻器Ra1至Ran上的電壓降。此外，應該注意到，在接點P上的電位增加可以用于增加電阻器Ra1至Ran的電阻值，并因此改進晶體管TR1至TRn之間的操作均勻性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的射頻功率放大器1通過插入橋接電阻器可以提供足夠的耐破壞性和極好的射頻特性。
在第一實施例中，插入一個橋接電阻器R?；蛘撸瑘D4所示的射頻功率放大器1’包括分別設置成與晶體管TR1至TRn相對應的橋接電阻器R1至Rn。利用這種結構，也可以提供基本上相同的效果。參見圖5，射頻功率放大器1”包括用作多個電容器C1至Cn的組合件(assembly)的一個電容器C。利用這種結構，基本上可以提供相同效果。
第二實施例圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的射頻功率放大器2的電路結構。如圖6所示，根據(jù)第二實施例的射頻功率放大器2包括晶體管TR1至TRn、電容器C1至Cn、電阻器Ra1至Ran、電阻器Rb1至Rbn、以及橋接電阻器R?？梢詮膱D6明顯看出，除了根據(jù)第一實施例的射頻功率放大器1的結構之外，根據(jù)第二實施例的射頻功率放大器2還包括電阻器Rb1至Rbn。
電阻器Rb1至Rbn各自具有非常小的電阻值，并且分別插入在電容器C1至Cn當中的相應電容器和電阻器Ra1至Ran當中的相應電阻器之間的接點與晶體管TR1至TRn當中的相應晶體管的基極之間。因此，電阻器Rb1至Rbn用作分別用于晶體管TR1至TRn的基極鎮(zhèn)流電阻。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的射頻功率放大器2包括在晶體管TR1至TRn的基極上各自具有非常小的電阻值的電阻器Rb1至Rbn。由于這種結構，除了提供第一實施例中的上述效果之外，射頻功率放大器2還穩(wěn)定晶體管TR1至TRn并且抑制其不必要的振蕩。不必說，第二實施例的結構可適用于圖4所示的包括多個橋接電阻器R1至Rn的結構或者圖5所示的包括單個電容器C的結構。
第三實施例圖7示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的射頻功率放大器3的電路結構。如圖7所示，根據(jù)第三實施例的射頻功率放大器3包括晶體管TR1至TRn、電容器C1至Cn、電阻器Ra1至Ran、電阻器Rc1至Rcn、以及橋接電阻器R?？梢詮膱D7明顯看出，除了根據(jù)第一實施例的射頻功率放大器1的結構之外，根據(jù)第三實施例的射頻功率放大器3還包括電阻器Rc1至Rcn。
電阻器Rc1至Rcn各具有非常小的電阻值，并且插入在電容器C1至Cn當中的相應電容器與電阻器Ra1至Ran當中的相應電阻器和晶體管TR1至TRn當中的相應晶體管的基極之間的接點之間。因此，電阻器Rc1至Rcn用作分別用于晶體管TR1至TRn的基極鎮(zhèn)流電阻器。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的射頻功率放大器3包括在晶體管TR1至TRn的基極上各自具有非常小的電阻值的電阻器Rc1至Rcn。由于這種結構，除了提供第一實施例中的上述效果之外，射頻功率放大器3還穩(wěn)定晶體管TR1至TRn并且抑制其不必要的振蕩。不必說，第三實施例的結構可適用于圖4所示的包括多個橋接電阻器R1至Rn的結構或者圖5所示的包括單個電容器C的結構。
第四實施例圖8示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的射頻功率放大器4電路結構。如圖8所示，根據(jù)第四實施例的射頻功率放大器4包括晶體管TR1至TRn、電容器C1至Cn、電阻器Ra1至Ran、傳輸線TL1至TLn、以及橋接電阻器R。可以從圖8明顯看出，除了根據(jù)第一實施例的射頻功率放大器1的結構之外，根據(jù)第四實施例的射頻功率放大器4還包括傳輸線TL1至TLn。
傳輸線TL1至TLn各自插入在用于射頻信號(RF)的輸入端和電容器C1至Cn當中的相應電容器之間。當將射頻功率放大器實際布圖在半導體芯片上時，傳輸線TL1至TLn是由器件間線路產(chǎn)生的電阻分量。傳輸線TL1至TLn與電容器C1至Cn產(chǎn)生自諧振，并且減小用于射頻信號(RF)的輸入端和晶體管TR1至TRn的基極之間的阻抗。由于射頻信號(RF)更容易通過射頻放大器4，因此改進了包括功率增益的射頻特性。代替?zhèn)鬏斁€TL1至TLn，可以采用一般的電阻器。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第四實施例的射頻功率放大器4通過有效地采用傳輸線TL1至TLn而改進了射頻特性?？梢詼p小電容器C1至Cn的面積尺寸，同時提供相同水平的射頻特性，這歸因于芯片尺寸的減小。不必說，第四實施例的結構可適用于圖4所示的包括多個橋接電阻器R1至Rn的結構或者圖5所示的包括單個電容器C的結構。
第五實施例圖9示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的射頻功率放大器5的電路結構。如圖9所示，根據(jù)第五實施例的射頻功率放大器5包括放大器50至52、多個集電極偏置電路53、多個偏置電路55、輸入匹配電路56、第一級間匹配電路57、第二級間匹配電路58、和輸出匹配電路。
放大器50至52各具有根據(jù)第一至第三實施例的射頻功率放大器1至3中的任何結構。連接到放大器50至52的多個偏置電路55中的每一個例如是第一實施例中所述的偏置電路(Bias)。多個集電極偏置電路53中的每一個包括傳輸線(例如，λ/4線)、電感器或電容器，并向晶體管TR1至TRn的集電極提供偏置電壓。輸入匹配電路56、第一級間匹配電路57、第二級間匹配電路58和輸出匹配電路59是用于匹配晶體管的不同阻抗并提供射頻特性。輸入匹配電路56、第一級間匹配電路57、第二級間匹配電路58和輸出匹配電路59各自包括傳輸線、電感器或電容器。
如上所述的包括多級的射頻功率放大器5通過采用根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器1至3還可以提供足夠的耐破壞性和極好的射頻特性。尤其是，射頻功率放大器5可以使不同級的放大器當中的特性差異最小化。因此，射頻功率放大器5可以通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)輸入電壓和偏置電壓之間的關系而適用于線性度改進的低失真放大器。
盡管已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細說明，但是前面的說明在各個方面都是示例性的，而非限制性的。應該理解的是在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以設計出各種其他修改和變化。
權利要求
1.一種可用于對射頻信號進行功率放大的射頻功率放大器，該射頻功率放大器包括并聯(lián)連接的多個晶體管，各自具有接地的發(fā)射極；多個電阻器，共同向每個電阻器中的一端提供直流偏置電壓，而將每個電阻器中的另一端連接到所述多個晶體管當中的相應晶體管的基極；多個電容器，每個電容器中有一個電極用于共同接收所述射頻信號，而將每個電容器中的另一個電極連接到所述多個晶體管當中的相應晶體管的所述基極；以及至少一個橋接電阻器，用于將所述多個電阻器中的每一個的所述一端和所述多個電容器中的每一個的所述一個電極連接起來。
2.一種可用于對射頻信號進行功率放大的射頻功率放大器，該射頻功率放大器包括并聯(lián)連接的多個晶體管，各自具有接地的發(fā)射極；多個電阻器，共同向每個電阻器中的一端提供直流偏置電壓，而將每個電阻器中的另一端連接到所述多個晶體管當中的相應晶體管的基極；電容器，其有一個電極用于接收所述射頻信號，而將另一個電極連接到所述多個晶體管中的每一個的基極；以及至少一個橋接電阻器，用于將所述多個電阻器中的每一個的所述一端和所述電容器的所述一個電極連接起來。
3.根據(jù)權利要求1所述的射頻功率放大器，還包括多個第二電阻器，各自插入在所述多個電阻器當中的相應電阻器的所述另一端和所述多個電容器當中的相應電容器的所述另一個電極的接點與所述多個晶體管當中的相應晶體管的所述基極之間。
4.根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器，還包括多個第二電阻器，各自插入在所述多個電阻器當中的相應電阻器的所述另一端和所述電容器的所述另一個電極的接點與所述多個晶體管當中的相應晶體管的所述基極之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的射頻功率放大器，還包括多個第二電阻器，各自插入在所述多個電容器當中的相應電容器的所述另一個電極與所述多個電阻器當中的相應電阻器的所述另一端和所述多個晶體管當中的相應晶體管的所述基極的接點之間。
6.根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器，還包括多個第二電阻器，各自插入在所述電容器的所述另一個電極與所述多個電阻器當中的相應電阻器的所述另一端和所述多個晶體管當中的相應晶體管的所述基極的接點之間。
7.根據(jù)權利要求1所述的射頻功率放大器，還包括多個第二電阻器，各自插入在所述至少一個橋接電阻器的輸入射頻信號的一端與所述多個電容器當中的相應電容器的所述一個電極之間。
8.根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器，還包括多個第二電阻器，各自插入在所述至少一個橋接電阻器的輸入射頻信號的一端與所述電容器的所述一個電極之間。
9.根據(jù)權利要求7所述的射頻功率放大器，其中所述多個第二電阻器各自包括傳輸線。
10.根據(jù)權利要求8所述的射頻功率放大器，其中所述多個第二電阻器各自包括傳輸線。
11.根據(jù)權利要求1所述的射頻功率放大器，包括分別設置成與所述多個電阻器相對應的多個橋接電阻器。
12.根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器，包括分別設置成與所述多個電阻器相對應的多個橋接電阻器。
13.根據(jù)權利要求1所述的射頻功率放大器，其中從偏置電路提供所述直流偏置電壓，所述偏置電路采用發(fā)射極跟隨器作為輸出結構。
14.根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器，其中從偏置電路提供所述直流偏置電壓，所述偏置電路采用發(fā)射極跟隨器作為輸出結構。
全文摘要
將射頻信號RF經(jīng)由電容器C1－Cn當中的相應電容器輸入到每個晶體管TR1－TRn的基極被放大，并從每個晶體管TR1－TRn的集電極輸出。每個晶體管TR1－TRn的發(fā)射極接地。將從偏置電路Bias提供的偏置電壓DC經(jīng)由電阻器Ra1－Ran當中的相應電阻器輸送給每個晶體管TR1－TRn的基極。用于偏置電壓DC的信號線以直流方式經(jīng)由橋接電阻器R連接到用于射頻信號RF的輸入線。
文檔編號H03F3/24GK1866729SQ20061008472
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權日2005年5月20日
發(fā)明者榎本真悟, 稻森正彥, 小泉治彥, 立岡一樹, 牧原弘和, 松田慎吾, 川島克彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社