CN104601117A - 多赫蒂放大器结构 - Google Patents

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Abstract

一种集成的多赫蒂放大器结构，包括：主放大器级；至少一个峰值放大器级；输出组合条，被配置为接收和组合来自主放大器级和/或每个峰值放大器级的输出；主连接，被配置为将主放大器级的输出端连接到组合条，主连接包括，至少部分地，接合线形成第一电感；峰值连接，被配置为将峰值放大器的输出端连接到组合条；其中，主连接在沿着组合条的第一点处连接到组合条和峰值连接在与第一点隔开的沿着组合条的第二点处连接到组合条以及主放大器级比一个以上的峰值放大器级更加远离输出组合条。

Description

多赫蒂放大器结构
技术领域
本发明涉及多赫蒂(Doherty)放大器结构。另外，本发明涉及包含放大器的集成电路封装。本发明还涉及功率放大器和包括所述功率放大器的蜂窝基站。
背景技术
多赫蒂放大器是一种可用于射频放大的放大器。已经发现多赫蒂放大器在移动远程通信领域的特定的应用，并且用于在GSM，WCDMA和LTE移动通信网络中的信号的放大。图1示出了已知的多赫蒂放大器1的示意图，包括被称为主放大器的第一放大器2与被称为峰值放大器的一个或多个第二放大器3(在图1中只示出了一个第二放大器)并联布置。主放大器和峰值放大器典型地由不同偏置的晶体管形成，从而，在低功率处，只有主放大器放大输入信号4，和在较高的功率处，所有的放大器2，3一起工作。多赫蒂放大器1还包括输入分离器5，输入分离器5分离输入信号4用于供应主和峰值放大器2，3。每个主和峰值放大器2，3与输入阻抗匹配元件6，7相关联，来自分离器5的输入信号在由主和峰值放大器2，3接收之前先通过该输入阻抗匹配元件6，7。输入匹配元件6，7包含电容元件和电感元件的网路。主放大器2和峰值放大器3的输出由各自的阻抗匹配元件9和10接收。主和峰值放大器2，3的输出通过阻抗匹配元件9，10后在组合节点11经由阻抗变换器12组合，阻抗变换器12包括四分之一波长传输线。匹配元件9和10和阻抗变换器12的组合提高回退时的效率，回退是指在比完全工作状态的功率水平减低的功率水平，例如只有主放大器工作时。组合的信号通过阻抗匹配元件13，这将放大器布置的阻抗变换到负载14。
多赫蒂放大器的制造简单，但是，由于阻抗变换器8和匹配元件6，7，9，10和四分之一波长的传输线12的电长度，它们可能遭受带宽限制。另外，匹配网络占用多赫蒂放大器的印刷电路板实施的空间以及也需要复杂的调谐。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种集成的多赫蒂放大器结构，包括：
主放大器级；
至少一个峰值放大器级；
输出组合条，被配置为接收和组合来自主放大器级和每个峰值放大器级的输出。
主连接，被配置为将主放大器级的输出端连接到组合条，主连接至少部分地包括接合线形成第一电感；
峰值连接，被配置为将峰值放大器的输出端连接到组合条；
其中，主连接在沿着组合条的第一点处连接到组合条和峰值连接在与第一点隔开的沿着组合条的第二点处连接到组合条以及主放大器级比一个以上的峰值放大器级更加远离输出组合条。
优选地，放置主放大器远离放大器输出信号被组合的点，从而提供在集成电路管芯上的间隔，用于形成放大器级的输出端和选择器条之间的阻抗变换布置。因此，由于主放大器相对于峰值放大器的位置，形成主连接的接合线可以更长并且具有相比于峰值连接更大的电长度。这为在放大器级的输出端处形成阻抗变换布置(即，多尔蒂组合器)提供了便利的基础。
主连接的第一电感和主和峰值放大器级的输出电容相结合可以至少部分地形成阻抗变换布置用于主放大器级。因此，由于使用主放大器级的输出端和组合条之间的接合线产生的电感可以与放大器级的输出电容相结合以形成适当的阻抗变换布置。随着电容和电感的适当选择/调谐，放大器级的输出端和组合条之间的布置引入了负载(在输出引线处)和在工作频率时的主放大器级的电流源之间的90度相移。因此，该布置可以相当于PI滤波器。因此该布置可以提供必要的阻抗变换以实现高增益和高效率。
每个峰值放大器级的输出电容和主放大器级的输出电容可能包含或包括寄生电容，例如在MOSFET被作为放大器级时的漏极-源极电容。可选的，可以在每个放大器级和地之间提供集成电容。输出电容可以包括封装电容，封装电容包括形成在放大器级和封装之间的电容，其中集成的多赫蒂放大器结构被设置在该封装中。
主放大器级和至少一个峰值放大器级可以形成在管芯上。输出组合条可以包含封装的输出引线，其中半导体管芯被设置在该封装中。这种布置是有利的，因为主连接和峰值连接可以由接合线提供到所述输出引线，提供所需要的连接以及形成阻抗变换布置。特别地，提供连接到输出引线的接合线的电长度可以被用于与放大器级的电容Cds一起形成PI网络，该PI网络形成阻抗变换布置。因此，接合线可以连接放大器级的输出端到面对管芯的输出引线的边缘。
可选的，组合条可以包含沿着管芯延伸的条形。组合条可能与管芯的边缘对齐。接合线可能被用于将管芯上的组合条连接到封装的输出引线。
组合条的宽度可以等于或大于形成放大器结构的放大器级的总宽度。因此，如果组合条包括封装的输出引线，多赫蒂放大器结构被设置在该封装中，那么输出引线可以足够宽以接收主和峰值连接。因此，组合条的宽度可以沿着与主和峰值连接延伸的方向垂直的方向延伸。这改善了制造的容易度，因为可以形成主和峰值连接的接合线都在彼此平行的相同的方向上延伸，并沿着它的宽度在定距离间隔的位置与组合条相遇。
集成的多赫蒂放大器结构可以包括第一峰值放大器级和第二峰值放大器级，第一峰值放大器级通过第一峰值连接连接到输出引线，和第二峰值放大器级通过第二峰值连接连接到输出引线。因此，第一和第二峰值连接可以沿着它的宽度在定距离间隔的位置连接到组合条。主放大器级可以位于第一和第二峰值放大器级之间。这可以改善放大器的输出的对称。
阻抗变换布置可以被配置为以相对于峰值连接的长度的主连接的长度的方式调谐。因此，该布置是有利的，因为可以只有单个关键电感(主连接的接合线)用于调谐阻抗变换布置。
主连接可以在主放大器的输出接合焊盘之间延伸和直接连接到组合条。因此，主连接可以只包含接合线，当该接合线延伸到组合条时，不连接经过任何其它相移元件。
峰值连接可以在峰值放大器级的输出接合焊盘之间延伸和直接连接到组合条。因此，峰值连接可以只包含接合线，当该接合线延伸到组合条时，不连接经过任何其它相移元件。优选地，峰值放大器级的输出接合焊盘与管芯的输出边缘毗邻，多赫蒂放大器结构形成在该管芯中，主放大器级的输出接合焊盘与输出边缘相隔开。这是有利的，因为由峰值连接引起的任何相移将是小的，而主连接中的相移，依靠它的位置，可以是更大的，从而在工作频率处在放大器级的输出端和组合条之间可以实现相对于峰值放大器输出的主放大器输出中的90度相移。
输出引线可以连接到负载阻抗匹配网络，该负载阻抗匹配网络形成在所述封装之外用于阻抗匹配到负载。在封装的外部提供负载阻抗匹配网络使能管芯上的间隔的更有效的利用。
主和峰值放大器级可以由场效应晶体管提供和峰值连接将峰值放大器级的漏极直接连接到输出引线和主连接将主放大器级的漏极直接连接到输出引线。
该结构可以包括连接在该结构的输入端和至少一个峰值放大器级之间的相位补偿元件，用于补偿在工作频率处的主放大器的输出和在组合条的每个峰值放大器的输出之间的相位差。
主放大器级的输出端可以包含主输出接合焊盘和主连接，包括接合线，将主输出接合焊盘的主输出直接连接到组合条；以及每个峰值放大器级的输出端可以包含峰值输出接合焊盘和峰值连接，包括接合线，将峰值输出接合焊盘直接连接到组合条。这些直接的连接避免了对放大器级的输出端和输出组合点之间的相移元件(除了接合线本身)的需要。
该结构可以包括集成的输入分离元件，被配置为接收输入信号到多赫蒂放大器结构和分离所述信号到主放大器级和至少一个峰值放大器级。因此，输入分离元件可以和放大器级形成在相同的管芯上。另外，相位补偿网络可以集成在管芯上。可选的，相位补偿网络和/或输入分离元件可以不是集成元件。
主放大器级可以由至少一个AB类偏置的晶体管形成和/或峰值放大器级可以由至少一个C类偏置的晶体管形成。
根据本发明的第二方面，提供一种集成电路封装，包括本发明第一方面的集成的多赫蒂放大器结构。
封装的输出引线可以形成组合条。可以理解的是，本发明第一方面可选的技术特征同样适用于本发明的第二方面。
根据本发明的第三方面，提供一种功率放大器，包括本发明第一方面的多赫蒂放大器结构。
根据本发明的第三方面，提供一种蜂窝基站用于移动通信网络，该移动通信网络包括本发明第一方面的多赫蒂放大器结构。
这里描述的布置具有宽带宽，宽带宽使用主和峰值连接和组合条形成有效的阻抗变换和功率组合布置，从而提供制造上成本节约的结构。阻抗变换布置在回退(即减少的)功率水平处提供宽带功率放大器。换句话说，当在比完全工作状态时的功率水平低的功率水平工作时，不需要包括任何在完全功率水平的带宽。
附图说明
仅作为示例，以下将结合详细说明本发明的实施例，其中：
图1示出了已知的多赫蒂放大器的示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的多赫蒂放大器结构的示意图；
图3示出了与图2的示意图相应的电路图；
图4示出了形成在集成电路封装中的管芯上的结构的示意图；
图5示出了一种包含多赫蒂放大器结构的移动远程通信网路的蜂窝基站。
具体实施方式
图2，3，4示出了多赫蒂放大器结构20，该多赫蒂放大器结构20是形成在管芯21上的集成电路。输入引线22提供输入信号到多赫蒂放大器结构20，输入引线22可能形成封装40(在图4中示出)的部分，管芯21被设置在封装中。在本实施例中，输入信号包括射频(RF)信号，用于被多赫蒂放大器结构20放大。输出引线23包括输出端，用于已被多赫蒂放大器结构20放大的输出信号，输出引线23也可能形成封装40(在图4中示出)的部分，管芯21被设置在封装中。
集成的多赫蒂放大器结构20包括主放大器级24，在本实施例中，主放大器级24与两个峰值放大器级并联连接。两个峰值放大器级包括第一峰值放大器级25和第二峰值放大器级26，被布置为在管芯21上的主放大器级24的两侧。该布置提供对称的功率流过结构。第一和第二峰值放大器级被配置为接收相对于由主放大器级24接收的输入信号相位延迟的输入信号，以下将对此详细描述。主放大器级和峰值放大器级由场效应晶体管提供，因此具有源极，栅极和漏极连接。在本实施例中，主放大器级和峰值放大器级包括级联级放大器，包括驱动器晶体管和输出晶体管。可以理解的是主级和峰值级可能包括或没有包括级联布置的晶体管。
输入分离元件27，被布置为分离从输入引线22的输入信号到主、第一峰值和第二峰值放大器级24，25，26。输入分离元件27包括在管芯上的集成元件和经由接合线44接收输入信号。
主放大器级24接收直接来自输入分离元件27的输入信号。第一集成的相位补偿元件28接收来自输入分离元件27的信号和提供相移的信号到第一峰值放大器级25的栅极29。第二集成的相位补偿元件30接收来自输入分离元件27的信号和提供相移的信号到第二峰值放大器级26的栅极31。相位补偿元件28和30可以以任何已知的方式实现，例如适当的电容和电感的网路。相位补偿元件28，30补偿主放大器级和峰值放大器级的输出之间的相位延迟，该相位延迟是由于阻抗变换布置引起的，以下将详细描述。
输出引线23，被布置为接收来自主放大器级24，第一峰值放大器级25和第二峰值放大器级26的输出。输出引线23形成结构20中的组合条。主放大器级24的输出端通过由接合线形成的主连接33被连接到输出引线23。第一峰值放大器级25的输出端34通过由接合线形成的第一峰值连接35被连接到输出引线23。第二峰值放大器级26的输出端36通过由接合线形成的第二峰值连接37被连接到输出引线23。主连接33的物理长度和电长度大于两个峰值连接35和37的每个的物理长度和电长度。组合条具有宽度和相对于主和峰值放大器级这样定向从而主和峰值连接接合线可以被布置为沿着组合条的隔开的位置彼此平行和组合。特别地，组合条沿着与它附接的接合线垂直的方向延伸。在本实施例中，组合条包括输出引线23的边缘。
与峰值连接35，37相比的主连接33的不同长度与主和峰值放大器级24，25，26的电容一起形成阻抗变换装置。当只有主放大器级工作和主和峰值放大器级的输出可以在输出引线23处有效地接收和组合时，阻抗变换装置被调谐从而主放大器级24的输出可以在输出引线23处有效地接收。
阻抗变换布置在主放大器级24的输出中引入90度相移和因此相位补偿元件28和30适于补偿该相移。因此，当在高功率处一起工作时，主放大器24和峰值放大器25，26的输出在输出引线23处组合相位。优选地峰值连接35，37是短的，因此第一和第二峰值放大器的输出端与管芯边缘相邻从而将来自峰值放大器的输出连接到输出引线的接合线是短的并且引入小的，优选地最小限度的相移。
输入引线22通过一个或多个接合线44被连接到管芯21上的输入分离元件27。可以提供另外的输入引线到其它多赫蒂放大器结构需要的输入端，例如提供栅极偏置和漏极偏置用于主和峰值放大器级24，25，26。这种输入端对于本领域技术人员是已知的。
在本实施例中主放大器级24包括具有AB类偏置的双级联级放大器。在本实施例中，第一和第二峰值放大器级25和26包括具有C类偏置的双级联级放大器。主放大器24经由集成的路径在其输入端38接收来自分离元件27的输入信号。同样，第一和第二峰值放大器25，26各自的输入端29和31经由集成的路径接收来自相位补偿元件28，30的相位延迟的输入信号。
如图2和图4所示，主放大器级比管芯上的第一和第二峰值放大器晶体管离输出引线23的物理位置更远。输出引线23平行于管芯的“输出边缘”39，即，矩形管芯的侧边，在此接收结构20的输出。特别地，主放大器晶体管24的输出端32包括晶体管的漏极。漏极包括漏极接合焊盘45(如图4所示)，漏极接合焊盘45包括输出端32的物理位置。第一峰值放大器晶体管25的输出端34包括晶体管的漏极和漏极包括如图4所示的漏极接合焊盘46。第二峰值放大器晶体管26的输出端36包括晶体管的漏极和漏极包括如图4所示的漏极接合焊盘47。主放大器晶体管24的漏极接合焊盘45比第一和第二峰值放大器晶体管的漏极接合焊盘46和47离管芯边缘39更远，并因此离输出引线23更远。
主连接33由接合线，特别是由如图4所示的一对接合线提供。接合线33直接连接在漏极接合焊盘输出端32和输出引线23之间，而不需要在其中设置分离的阻抗匹配网络。接合线33在管芯表面上延伸到位于管芯边缘39的中间接合焊盘41和42，然后延伸到输出引线23。中间的接合焊盘41和42为接合线33提供支撑而不将接合线连接到另外的部分。从漏极接合焊盘输出端34延伸的一组接合线提供第一峰值连接35，与管芯边缘39毗邻，直接到达输出引线23而没有分离的阻抗匹配网络在其中。同样地，从漏极接合焊盘输出端36延伸的一组接合线提供第二峰值连接37，与管芯边缘39毗邻，直接到达输出引线23而没有分离的阻抗匹配网络在其中。
与峰值放大器级25，26相关的在管芯21中的主晶体管级24的位置，使能更长的接合线33的使用。参考图3，假定中间接合焊盘41，42位于与漏极接合焊盘34和36一致的管芯边缘，在漏极接合焊盘32和中间接合焊盘41，42之间延伸的部分接合线33的长度提供在连接33，37，38中的电感的相对差。
在主放大器级和输出引线处的组合点之间的更长的接合线的使用是有利的，因为更大的主接合线的电感可以被用于部分地形成阻抗变换装置。特别地，在低功率处，当只有主放大器结构24工作而峰值放大器级25，26不工作时，第一和第二峰值放大器级25和26作为电容器连接到输出引线23。因此，通过适当选择主连接33的长度，主放大器24的输出电容43，主连接33的电感，和峰值放大器级25和26提供的输出电容48，49(寄生电容Cds)，放大器级24，25，26和(集总电容和电感的)输出引线23之间的布置作为“PI”滤波器运作，提供所需要的阻抗变换用于有效操作。
主放大器级24和峰值放大器级25，26一起工作时，主连接33的更长的电长度引入90相移到主放大器级的放大的输出。然而，假设通过相位补偿元件28和30引入相位延迟到由第一和第二峰值放大器25和26接收的信号，那么来自主放大器级和峰值放大器级的信号在组合点处是同相的，组合点包括封装的输出引线23。另外，特别是当相位补偿元件是集成的时，主连接33包括多赫蒂放大器结构20的唯一可能需要被调谐的部分。这导致多赫蒂放大器结构20的运作易于使用和制造。
以上描述的实施例实现高水平的集成，因为多赫蒂放大器结构可以在管芯上形成，其中输入分离元件，相位补偿元件和放大器级集成在该管芯中，阻抗变换网络部分地由接合线形成，接合线提供从管芯到输出引线的连接。主放大器级比峰值放大器级的位置更加远离输出引线，这为主连接接合线提供间隔平行于峰值连接接合线，该间隔具有电长度从而实现放大器级和输出引线之间的阻抗变换布置。因为接合线包含阻抗变换布置的唯一的非集成部分，因此多赫蒂放大器结构便于调谐和制造。
输出阻抗匹配网络(未示出)可以提供在印刷电路板(PCB)上，在印刷电路板(PCB)上的封装包含多赫蒂放大器结构20，以将多赫蒂放大器结构20的最佳阻抗转换到用于负载(未示出)的阻抗。
在可选的实施例中，未示出，组合条可以形成在管芯上和接合线可以连接组合条到输出引线23。特别地，组合条可以在峰值放大器级的输出接合焊盘46，47之间线性延伸和主连接33可以连接到在输出接合焊盘46，47之间的点处的组合条。
图5示出了一种包含多赫蒂放大器结构20的移动远程通信网路的蜂窝基站50。多赫蒂放大器结构20被用于放大信号，该信号用于驱动天线51。

Claims (15)

1.一种集成的多赫蒂放大器结构，其特征在于，包括：
主放大器级；
至少一个峰值放大器级；
输出组合条，被配置为接收和组合来自主放大器级和每个峰值放大器级的输出；
主连接，被配置为将主放大器级的输出端连接到组合条，主连接至少部分地包括接合线形成第一电感；
峰值连接，被配置为将峰值放大器级的输出端连接到组合条；
其中，主连接在沿着组合条的第一点处连接到组合条，峰值连接在沿着组合条的与第一点隔开的第二点处连接到组合条，以及主放大器级比一个以上的峰值放大器级更加远离输出组合条。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，主连接的第一电感与主放大器级和峰值放大器级的输出电容结合在一起，至少部分地形成用于主放大器级的阻抗变换装置。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，阻抗变换装置被配置为通过相对于峰值连接的长度的主连接的长度来调谐。
4.根据前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，主放大器级和至少一个峰值放大器级形成在管芯上以及输出组合条包括封装的输出引线，半导体管芯安装在所述封装中。
5.根据前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，组合条的宽度等于或大于形成放大器结构的放大器级的总宽度。
6.根据前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，所述结构包括第一峰值放大器级和第二峰值放大器级，第一峰值放大器级通过第一峰值连接连接到输出引线，第二峰值放大器级通过第二峰值连接连接到输出引线。
7.根据前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，由接合线提供主连接，接合线在主放大器级的输出接合焊盘之间延伸并直接连接到组合条。
8.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，输出引线被连接到输出阻抗匹配网络，所述输出阻抗匹配网络形成在所述封装之外用于阻抗匹配到负载。
9.根据前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，主放大器级和峰值放大器级由场效应晶体管提供，峰值连接将峰值放大器级的漏极直接连接到输出引线，主连接将主放大器级的漏极直接连接到输出引线。
10.根据前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，包括连接在所述结构的输入端和至少一个峰值放大器级之间的相位补偿元件，用于补偿在组合条处的主放大器级的输出和每个峰值放大器的输出之间的相位差。
11.根据前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，
主放大器级的输出端包括主输出接合焊盘和主连接，主连接包括接合线，主连接将主输出接合焊盘直接连接到组合条；和
每个峰值放大器级的输出端包括峰值输出接合焊盘和峰值连接，峰值连接包括接合线，峰值连接将峰值输出接合焊盘直接连接到组合条，主连接接合线的长度大于峰值连接接合线的长度。
12.根据前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，所述结构包括集成的输入分离元件，所述输入分离元件被配置为接收要输入到多赫蒂放大器结构的输入信号，并分离要输入到所述主放大器级和峰值放大器级的所述信号。
13.根据前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，主放大器级由至少一个AB类偏置的晶体管形成，和/或峰值放大器级由至少一个C类偏置的晶体管形成。
14.一种功率放大器，其特征在于，包括根据权利要求1至13中任一项所述的多赫蒂放大器结构。
15.一种蜂窝基站，其特征在于，所述蜂窝基站用于移动通信网络，所述移动通信网络包括根据权利要求14所述的功率放大器。
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