CN105897193A - 用于增强热耐久性的共射共基放大器分段 - Google Patents

用于增强热耐久性的共射共基放大器分段 Download PDF

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Abstract

根据一些实施方式，一种功率放大器包括：多个晶体管对，每个晶体管对包括以共射共基配置排列的共发射极晶体管和共基极晶体管。所述功率放大器还包括：多个电连接，被实现为在输入节点和输出节点之间以并联配置来连接所述多个晶体管对。根据一些实现方式，所述电连接被配置为将集电极电流分布到所有的共基极晶体管，以由此减小在热失控事件期间损坏一个或多个共基极晶体管的可能性。

Description

用于增强热耐久性的共射共基放大器分段
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年2月15日提交的发明名称为“CASCODEAMPLIFIER SEGMENTATION FOR ENHANCED THERMALRUGGEDNESS(用于增强热耐久性的共射共基放大器分段)”的美国临时申请第62/116,508号、和2015年9月22日提交的发明名称为“CASCODEAMPLIFIER SEGMENTATION FOR ENHANCED THERMALRUGGEDNESS(用于增强热耐久性的共射共基放大器分段)”的美国申请第14/860,971号的优先权，特此通过引用而将其每一个的公开内容明确地全部合并于此。
技术领域
本申请涉及射频(RF)应用中的功率放大器。
背景技术
诸如无线装置之类的许多装置需要或利用共射共基(cascode，或共源共栅)放大器结构来将使性能劣化的热保护解决方案从高性能的射频(RF)功率列阵元件中解脱(decouple)。
在一些应用中，可以通过增大功率阵列(power array)中器件之间的距离，并且通过利用镇流(ballasting)技术来将热耐久性(thermal ruggedness)构建到阵列中。这种技术可以在功率阵列内的每个器件处引入本地反馈。
阵列的分散可以减小相邻阵列元件的加热，并且可以有效地减小阵列对于散热(sinking)结构的热阻。这种技术会导致增加的阵列面积，并且还会增加对应晶片(die)的尺寸和成本。
镇流技术经常为发射极负反馈(emitter degeneration)或基极负反馈的形式。这些解决方案可以在RF信号路径中引入损耗，其可能使得增益、效率和饱和功率劣化，由此降低表现(performing)。利用共射共基结构的其它解决方案可以包括共射共基发射极的公共连接，其典型地涉及对共射共基器件进行镇流，以防止热失控(thermal run-away)。
发明内容
根据多种实施方式，本申请涉及一种功率放大器，包括：多个晶体管对，每个晶体管对包括以共射共基配置排列的共发射极晶体管和共基极晶体管。所述功率放大器还包括：多个电连接，被实现为在输入节点和输出节点之间以并联配置来连接所述多个晶体管对，所述电连接被配置为将集电极电流分布到所有的共基极晶体管，以由此减小在热失控事件期间损坏一个或多个共基极晶体管的可能性。
在一些实施方式中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的发射极通过旁路电容而耦合到所述共基极晶体管的基极。
在一些实施方式中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的基极耦接到输入偏压电路。在一些实施方式中，所述输入偏压电路包括射频(RF)镇流电阻。在一些实施方式中，所述多个晶体管对的各输入偏压电路耦接到公共RF输入。
在一些实施方式中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的发射极耦接到地电势。
在一些实施方式中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共基极晶体管的基极耦接到共射共基偏压电路。在一些实施方式中，所述共射共基偏压电路包括共射共基镇流电阻。
在一些实施方式中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共基极晶体管的集电极耦接到供电电压。
在一些实施方式中，所述多个晶体管对的各共基极晶体管的集电极被耦接，以产生公共RF输出。
在一些实施方式中，本申请涉及一种射频(RF)模块，包括封装衬底，被配置为容纳多个部件。所述RF模块还包括：功率放大系统，实现在所述封装衬底上，所述功率放大系统包括功率放大器(PA)，所述PA被配置为接收和放大RF信号。所述PA包括：多个晶体管对，每个晶体管对包括以共射共基配置排列的共发射极晶体管和共基极晶体管。所述PA还包括：多个电连接，被实现为在输入节点和输出节点之间以并联配置来连接所述多个晶体管对，所述电连接被配置为将集电极电流分布到所有的共基极晶体管，以由此减小在热失控事件期间损坏一个或多个共基极晶体管的可能性。
根据一些实施方式，所述RF模块的PA包括在这里描述的各PA和/或放大系统中的任何的功能和/或特征。
根据一些教导，本申请涉及一种射频(RF)装置，包括：收发机，被配置为生成RF信号。所述RF装置还包括：前端模块(FEM)，与所述收发机进行通信，所述FEM包括封装衬底，所述封装衬底被配置为容纳多个部件。所述FEM还包括功率放大器(PA)，所述PA被配置为接收和放大所述RF信号。所述PA包括多个晶体管对，每个晶体管对包括以共射共基配置排列的共发射极晶体管和共基极晶体管。所述PA还包括多个电连接，所述电连接被实现为在输入节点和输出节点之间以并联配置来连接所述多个晶体管对，所述电连接被配置为将集电极电流分布到所有的共基极晶体管，以由此减小在热失控事件期间损坏一个或多个共基极晶体管的可能性。所述RF装置还包括：天线，与所述FEM进行通信，所述天线被配置为发射放大后的RF信号。
在一些实施方式中，所述RF装置包括无线装置。在一些实施方式中，所述无线装置是蜂窝电话。
根据一些实施方式，所述FEM模块的PA包括在这里描述的各PA和/或放大系统中的任何的功能和/或特征。
出于概述本公开的目的，已经在这里描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据本发明的任何具体实施例，不一定要实现所有这些优点。因而，可以按照实现或优化如在这里教导的一个优点或一组优点的方式来实施或实现本发明，而不需要实现如在这里可以教导或建议的其它优点。
附图说明
为了能够更加详细地理解本申请，可以通过参考各种实施方式的特征来进行更加具体的描述，在附图中图示了所述各种实施方式中的一些实施方式。然而，附图仅仅图示了本申请的更加相关的特征，并因此，不应该被认为是限制性的，这是因为该描述可以导向其它有效特征。
图1是根据一些实施方式的无线系统或结构的框图。
图2是根据一些实施方式的放大系统的框图。
图3A-3E示出了根据一些实施方式的各功率放大器的示意图。
图4是根据一些实施方式的放大系统的框图。
图5A是根据一些实施方式的共射共基器件的阵列的示意图。
图5B示出了根据一些实施方式的通过图5A中的共射共基器件阵列的示例集电极电流路径。
图6是根据一些实施方式的隔离的共射共基阵列的示意图。
图7是根据一些实施方式的共射共基器件的示意图。
图8是根据一些实施方式的两个共射共基器件的阵列的示意图。
图9是根据一些实施方式的形成共射共基器件的共发射极(CE)/共基极(CB)对和相关连接的示例布局。
图10是根据一些实施方式的形成各共射共基器件的两个CE/CB对和相关连接的示例布局。
图11是根据一些实施方式的二维阵列中的CE/CB对的示例布局。
图12示出了根据一些实施方式的作为器件间距的函数的温度上升曲线。
图13示出了根据一些实施方式的各种操作条件下的幅度对幅度(AM-AM)失真性能图。
图14示出了根据一些实施方式的各种操作条件下的幅度对相位(AM-PM)失真性能图。
图15示出了根据一些实施方式的各种操作条件下的集电极效率对输出功率和功率附加效率对输出功率的性能图。
图16示出了根据一些实施方式的图15中的性能图的放大图。
图17示出了根据一些实施方式的作为输出功率的函数的相邻信道泄漏比(adjacent channel leakage ratio)(ACLR1)曲线的性能图。
图18示出了根据一些实施方式的图17中的性能图的放大图。
图19示出了根据一些实施方式的作为输出功率的函数的ACLR2曲线的性能图。
图20是根据一些实施方式的示例射频(RF)模块的示意图。
图21是根据一些实施方式的示例RF装置的示意图。
根据惯例，在附图中图示的各个特征可以不是按比例绘制的。相应地，为了清楚起见，各个特征的尺寸可以任意地扩大或缩小。另外，一些附图可能并没有描绘出给定系统、方法或装置的所有部件。最后，贯穿说明书和附图，同样的附图标记可以用于表示同样的特征。
具体实施方式
如果有的话，在这里提供的标题仅仅为了方便起见，而不应影响要求保护的发明的范围或含义。
参考图1，本申请的一个或多个特征一般地涉及具有放大系统52的无线系统或结构50。在一些实施例中，可以将放大系统52实现为一个或多个器件，并且这种器件可以用于无线系统/结构50中。在一些实施例中，例如可以将无线系统/结构50实现在便携式无线装置中。在这里描述了这种无线装置的示例。
图2示出了图1的放大系统52典型地包括射频(RF)放大器组件54，其具有一个或多个功率放大器(PA)。在图2的示例中，将三个PA 60a-60c描绘为形成RF放大器组件54。将理解，也可以实现其它数目的PA。还将理解，也可以在具有其它类型的RF放大器的RF放大器组件中实现本申请的一个或多个特征。
在一些实施例中，可以在一个或多个半导体晶片上实现RF放大器组件54，并且可以将这种晶片包括在诸如功率放大器模块(PAM)或前端模块(FEM)之类的封装模块中。这种封装模块典型地安装在例如与便携式无线装置相关联的电路板上。
典型地，通过偏压系统56来对放大系统52中的各PA(例如，60a-60c)施加偏压。此外，典型地由供电系统58来向各PA提供供电电压。在一些实施例中，偏压系统56和供电系统58中的任一个或两者可以包括在具有RF放大器组件54的前述封装模块中。
在一些实施例中，放大系统52可以包括匹配网络62。这种匹配网络可以被配置为向RF放大器组件54提供输入匹配和/或输出匹配功能。
出于描述的目的，将理解，可以以多种方式来实现图2的每个PA(60)。图3A-3E示出了可以如何配置这种PA的非限制性示例。图3A示出了具有放大晶体管64的示例PA，其中向晶体管64的基极提供输入的RF信号(RF_in)，并且通过晶体管64的集电极来输出放大后的RF信号(RF_out)。
图3B示出了具有在各级中排列的多个放大晶体管(例如，64a、64b)的示例PA。输入的RF信号(RF_in)提供到第一晶体管64a的基极，并且来自第一晶体管64a的放大后的RF信号通过其集电极来输出。来自第一晶体管64a的放大后的RF信号提供到第二晶体管64b的基极，并且来自第二晶体管64b的放大后的RF信号通过其集电极来输出，以由此产生PA的输出RF信号(RF_out)。
在一些实施例中，可以将图3B的前述示例PA配置描绘为两级或更多级，如图3C所示的。第一级64a可以例如被配置为驱动级；并且第二级64b可以例如被配置为输出级。
图3D示出了在一些实施例中，PA可以被配置为多尔蒂(Doherty)PA。这种多尔蒂PA可以包括放大晶体管64a、64b，被配置为提供输入RF信号(RF_in)的载波放大和峰值放大，以产生放大后的输出RF信号(RF_out)。分离器(splitter)可以将输入RF信号分离为载波部分和峰值部分。组合器(combiner)可以组合放大后的载波和峰值信号，以产生输出RF信号。
图3E示出了在一些实施例中，可以以共射共基配置来实现PA。可以向操作为共发射极器件的第一放大晶体管64a提供输入RF信号(RF_in)。第一放大晶体管64a的输出可以通过其集电极来提供并且提供到操作为共基极器件的第二放大晶体管64b的发射极。第二放大晶体管64b的输出可以通过其集电极来提供，从而产生PA的放大后的输出RF信号(RF_out)。
在图3A-3E的各个示例中，将放大晶体管描述为诸如异质结双极型晶体管(HBT)之类的双极结型晶体管(BJT)。将理解，也可以以或利用诸如场效应晶体管(FET)之类的其它类型的晶体管来实现本申请的一个或多个特征。
图4示出了在一些实施例中，可以将图2的放大系统52实现为高压(HV)功率放大系统70。这种系统可以包括HV功率放大器组件54，被配置为包括一些或所有PA(例如，60a-60c)的HV放大操作。如在这里所描述的，可以通过偏压系统56来对这种PA施加偏压。在一些实施例中，可以通过HV供电系统58来促成前述的HV放大操作。在一些实施例中，可以实现接口系统72，以提供HV功率放大器组件54与偏压系统56和HV供电系统58中任一个或两者之间的接口功能。
功率放大器(PA)经常包括输出功率阵列，具有并联操作的多个半导体器件。尽管期望使得各个器件中的每一个在完全相同的条件下进行操作，但是器件之间的瑕疵(imperfection)、以及跨越阵列的温度梯度可能导致它们操作点上的变化。在极端条件下，这些器件之一可能热失控，其使得功率阵列崩溃(collapse)，并由此导致永久失效。这种问题在以高供电电压进行操作时变得更加复杂，这是由于在阵列中引入了更多的功率耗散。
在这里描述的是与使用共射共基放大器结构来将使性能劣化的热保护解决方案从高性能的射频(RF)功率列阵元件中解脱相关的示例。
在一些应用中，可以通过增大功率阵列中器件之间的距离，并且通过利用镇流技术来将热耐久性构建到阵列中。这种技术可以在功率阵列内的每个器件处引入本地反馈。
阵列的分散可以减小相邻阵列元件的加热，并且可以有效地减小阵列对于散热结构的热阻。这种技术会导致增加的阵列面积，并且还会增加对应晶片的尺寸和成本。
镇流技术经常处于发射极负反馈或基极负反馈的形式中。这些解决方案可以在RF信号路径中引入损耗，其可能使得增益、效率和饱和功率劣化，由此降低表现。利用共射共基结构的其它解决方案可以包括共射共基发射极的公共连接，其典型地涉及对共射共基器件进行镇流，以防止热失控(thermalrun-away)。
在这里描述的是与可以以较高供电电压进行操作的共射共基PA结构相关的一个或多个特征。由于每单位面积的功率趋向于随着增加的电压而增加，所以这种较高供电电压的操作可以调和(compound)热问题。利用较高的供电电压，可以对共射共基PA结构进行分段，使得每个单独功率阵列元件具有到其相关联的共射共基元件的隔离连接。所得到的结构可以跨越共射共基元件而施加大部分的供电电压和功率耗散，并且可以将跨越RF功率器件的最大电压例如减小为小于1V。跨越RF器件的低电压可以减小或消除对于镇流的需求，同时，共射共基器件的各个连接可以向共射共基阵列提供自镇流功能，以由此防止或减小热失控。
在一些实施例中，可以实现具有如在这里描述的一个或多个特征的共射共基PA结构，从而在维持高增益的同时减小功率阵列的占用面积(footprint)。因为跨越由于各个连接而自镇流的共射共基器件而布置了高功率耗散，所以可以将这些器件布置为与其它配置相比彼此更加靠近，但是需要RF阵列器件的更少镇流。
图5A示出了示例阵列90，其中多个共射共基器件92并联地排列，并且具有共射共基分段的镇流和RF阵列的增加镇流，以防止电流拥塞和热失控。这种配置导致如94所表示地耦接各共射共基器件。
图5B示出了图5A的相同示例阵列90。在图5B中，描绘了示例集电极电流路径96。在热失控事件期间可以经历这种集电极电流。在这种事件中，基本上所有的集电极电流会经过单个共基极晶体管(例如，右上的晶体管)，由此损坏该晶体管。
图6示出了隔离的共射共基阵列100的示例，其可以被配置为跨越所有的共基极晶体管而施加更加均匀分布的集电极电流。相应地，可以减小或消除在热失控事件期间损坏的可能性。
在图6中，将每个共射共基器件表示为102。图7示出了这种共射共基器件的更加详细的示例，并且图8示出了可以如何排列多个这种共射共基器件，从而形成阵列。
在图7的示例中，将共射共基器件102示出为包括共发射极(CE)器件110(在这里也称为RF晶体管)，其耦接到共基极(CB)器件112(在这里也称为共射共基晶体管)。将RF晶体管110的发射极示出为通过共射共基旁路电容C2而耦合到共射共基晶体管112的基极。
将RF晶体管110的基极示出为耦接到RF镇流电阻R2。继而，RF镇流电阻R2耦接到节点126。与节点126并联地耦接偏压输入120、RF输入122、和第二谐波输入124。如图7所示，偏压输入120通过DC镇流电阻R1而耦接到节点126，RF输入122通过DC隔离(block)电容C1而耦合到节点126，并且第二谐波输入124通过电容C3而耦合到节点126。为了易于参考，将R1、C1、C3、节点126、R2、和输入120、122、124统称为输入偏压电路140。
将共射共基晶体管112的基极示出为与共射共基镇流电阻148串联地耦接到偏压输入130，为了易于参考，将其统称为共射共基偏压电路150。RF晶体管110的发射极可以耦接到地，并且共射共基晶体管112的集电极可以耦接到供电电压节点132。
图8示出了具有两个共射共基器件102、102'的阵列100的示例，该两个共射共基器件102、102'被排列以提供隔离属性。每个共射共基器件相似于图7的示例。将理解，可以以相似的方式来排列多于两个共射共基器件。
在图8的示例阵列100中，每个共射共基器件可以包括用于RF晶体管和共射共基晶体管的其自身的偏压电路。更具体地，将第一共射共基器件102的RF晶体管110示出为具有耦接到其基极的输入偏压电路140，并且将共射共基晶体管112示出为具有耦接到其基极的共射共基偏压电路150。相似地，将第二共射共基器件102'的RF晶体管110'示出为具有耦接到其基极的输入偏压电路140'，并且将共射共基晶体管112'示出为具有耦接到其基极的共射共基偏压电路150'。
在图8的示例中，可以对输入偏压电路140、140'的至少一些部分进行耦接，以例如促成公共的RF输入。相似地，可以对共射共基晶体管112、112'的集电极132、132'耦接，以产生公共的RF输入，并且接收公共的供电电压。
在一些实施例中，可以实现图8的共射共基器件的阵列，从而产生并联元件之间的隔离连接。例如，可以利用多个CE(110)/CB(112)对来构建阵列，而不是构建单独的CE阵列和单独的CB阵列。
图9示出了用于形成共射共基器件的CE/CB对和相关连接的示例布局200。示例布局200相似于图7中的共射共基器件102的示例，并且从该示例改造而来。这样的对在与其它对进行组合时可以产生前述的隔离功能。在图9中示出和/或表示了各个对和连接。将理解，布局200仅仅是一示例；并且可以实现其它布局。
图10示出了用于形成与图8的示例相似的各共射共基器件的两个CE/CB对和相关连接的示例布局210。示例布局210相似于图8中的两个共射共基器件102、102'的阵列100的示例，并且从该示例改造而来。如图10所示，与图8中的共射共基器件相似的，并联地组合两个CE/CB。在图10中示出和/或表示了各个对和连接。将理解，布局210仅仅是一示例；并且可以实现其它布局。
图11示出了示例布局220，其中18个CE/CB对以二维阵列进行排列，并且并联地电连接。在所示的示例中，对CE晶体管(110)和作为较高功率器件的一些CB晶体管(112)进行了高亮。如图11所示，在区域130中将包括CB 112和CE 110的第一CE/CB并联地组合到包括CB 112'和CE 110'的第二CE/CB对。相似地，在区域130'中将包括CB 112”和CE 110”的第三CE/CB并联地组合到包括CB 112”'和CE 110”'的第四CE/CB对。
在图11的示例中，CB晶体管112所占据的面积是160μm2，而CE晶体管110所占据的面积是40μm2。在图11的示例中，区域130中CB 112与CB 112'的中心之间的距离是55μm，而区域130'中CB 112'与CB 112”的中心之间的距离是70μm。在图11的示例中，CB 112与CB 112””的中心之间的距离是155μm。将理解，各个值仅仅是示例；并且可以实现其它值。还将理解，可以实现其它数目的对和其它的二维组合。
图12示出了作为器件间距的函数的温度上升曲线。在(图11中的)大约55μm的最近器件间距处，温度增加被示出为大约4℃。图12中的曲线假设共射共基器件中3000μW/μm2的功率耗散密度。共射共基器件中实际的功率耗散密度大约为200μW/μm2；相应地，期望温度增加为甚至更少。
图13和14示出了共射共基器件的阵列的各种操作条件下的幅度对幅度(AM-AM)失真和幅度对相位(AM-PM)失真的性能图。图15示出了共射共基器件的阵列的各相似操作条件下的作为输出功率的函数的集电极效率和功率附加效率(PAE)的性能图。图16示出了图15的性能图的放大图。图17示出了共射共基器件的阵列的各相似操作条件下的作为输出功率的函数的相邻信道泄漏比1(ACLR1)的性能图。图18示出了图17的性能图的放大图。图19示出了共射共基器件的阵列的各相似操作条件下的作为输出功率的函数的ACLR2的性能图。对于图13-19中的前述图，利用近似10V的供电电压来操作共射共基器件的示例阵列。
图20示出了在一些实施例中，可以在射频(RF)模块中实现与如在这里描述的共射共基结构(例如，图6、8、10、和11中的阵列100)相关联的一个或多个特征。这种模块例如可以是前端模块(FEM)。在图21的示例中，模块300可以包括封装衬底302，并且多个部件可以安装在这种封装衬底上。例如，前端功率管理集成电路(FE-PMIC)部件304、功率放大器组件306、匹配部件308、和双工器组件310可以安装和/或实现在封装衬底302上和/或该封装衬底302内。诸如多个表面安装技术(SMT)器件314和天线开关模块(ASM)312之类的其它部件也可以安装在封装衬底302上。在一些实施方式中，功率放大器组件306包括图6、8、10、和11所示的阵列100。尽管将所有的各个部件都描绘为部署在封装衬底302上，但是将理解，可以在一些部件上实现其它部件。
在一些实施方式中，具有在这里描述的一个或多个特征的器件和/或电路可以包括在诸如无线装置之类的RF装置中。可以直接地在无线装置、如在这里描述的模块形式、或其一些组合中实现这种器件和/或电路。在一些实施例中，这种无线装置例如可以包括蜂窝电话、智能电话、具有或没有电话功能的手持无线装置、无线平板电脑等。
图21描绘了具有在这里描述的一个或多个有利特征的示例射频(RF)装置400。在具有如在这里描述的一个或多个特征的模块的上下文中，可以通过虚线框300来一般地描绘这种模块，并且例如可以将这种模块实现为前端模块(FEM)。这种模块可以包括如在这里描述的共射共基器件的阵列100。
参考图21，功率放大器阵列100可以从收发机410接收它们相应的RF信号，该收发机410可以按照已知的方式进行配置和操作，以生成要放大和发射的RF信号，并且处理所接收的信号。在一些实施方式中，功率放大器阵列100相似于图6、8、10、和11所示的阵列100，并且从该阵列100改造而来。将收发机410示出为与基带子系统408进行交互，该基带子系统408被配置为提供合适于用户的数据和/或话音信号与合适于收发机410的RF信号之间的转换。收发机410还可以与功率管理部件406进行通信，该功率管理部件406被配置为管理用于操作RF装置400的功率。在一些实施方式中，功率管理部件406还可以控制基带子系统408和模块300的操作。
将基带子系统408示出为连接到用户接口402，以进行向用户提供和从用户接收的语音和/或数据的各种输入和输出。基带子系统408还可以连接到存储器404，该存储器404被配置为存储数据和/或指令，以促进无线装置的操作，和/或向用户提供信息的存储。
在示例RF装置400中，将PA阵列100的输出示出为(经由相应的匹配电路422)进行匹配，并且路由到它们相应的双工器424。可以通过天线开关414将这种放大且滤波后的信号路由到天线416，以用于发射。在一些实施例中，双工器424可以允许使用公共天线(例如，416)来同时地执行发射和接收操作。在图21中，将所接收的信号示出为路由到例如可以包括低噪声放大器(LNA)的“接收(Rx)”路径(未示出)。
在一些实现方式中，RF装置400是诸如蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、可穿戴计算装置等的无线装置。多个其它无线装置配置可以利用在这里所描述的一个或多个特征。例如，无线装置不必是多频带装置。在另一示例中，无线装置可以包括诸如分集天线之类的附加天线、和诸如Wi-Fi、蓝牙、和GPS之类的附加连接特征。
除非上下文清楚地另有要求，否则贯穿说明书和权利要求书，要按照与排他性或穷尽性的意义相反的包括性的意义，也就是说，按照“包括但不限于”的意义来阐释术语“包括(comprise)”、“包含(comprising)”等。如在这里一般使用的词语“耦接”是指两个或更多元件可以直接地连接、或者借助于一个或多个中间元件来连接。另外，当在本申请中使用时，术语“在这里”、“上面”、“下面”和相似含义的术语应该是指作为整体的本申请，而不是本申请的任何具体部分。在上下文允许时，使用单数或复数的以上描述中的术语也可以分别包括复数或单数。提及两个或更多项目的列表时的术语“或”，这个术语涵盖该术语的以下解释中的全部：列表中的任何项目、列表中的所有项目、和列表中项目的任何组合。
本发明实施例的以上详细描述不意欲是穷尽性的，或是将本发明限于上面所公开的精确形式。尽管上面出于说明的目的描述了本发明的具体实施例和用于本发明的示例，但是如本领域技术人员将认识到的，在本发明范围内的各种等效修改是可能的。例如，尽管按照给定顺序呈现了处理或块，但是替换的实施例可以执行具有不同顺序的步骤的处理，或采用具有不同顺序的块的系统，并且一些处理或块可以被删除、移动、添加、减去、组合和/或修改。可以按照各种不同的方式来实现这些处理或块中的每一个。同样地，尽管有时将处理或块示出为串行地执行，但是相反地，这些处理或块也可以并行地执行，或者可以在不同时间进行执行。
可以将在这里提供的本发明的教导应用于其他系统，而不必是上述的系统。可以对上述的各个实施例的元素和动作进行组合，以提供进一步的实施例。
尽管已经描述了本发明的一些实施例，但是已经仅仅借助于示例呈现了这些实施例，并且所述实施例不意欲限制本申请的范围。其实，可以按照多种其他形式来实施在这里描述的新颖方法和系统；此外，可以做出在这里描述的方法和系统的形式上的各种省略、替换和改变，而没有脱离本申请的精神。附图和它们的等效物意欲涵盖如将落入本申请的范围和精神内的这种形式或修改。

Claims (20)

1.一种功率放大器，包括：
多个晶体管对，每个晶体管对包括以共射共基配置排列的共发射极晶体管和共基极晶体管；以及
多个电连接，被实现为在输入节点和输出节点之间以并联配置来连接所述多个晶体管对，所述电连接被配置为将集电极电流分布到所有的共基极晶体管，以由此减小在热失控事件期间损坏一个或多个共基极晶体管的可能性。
2.根据权利要求1的功率放大器，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的发射极通过旁路电容而耦合到所述共基极晶体管的基极。
3.根据权利要求1的功率放大器，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的基极耦接到输入偏压电路。
4.根据权利要求3的功率放大器，其中，所述输入偏压电路包括射频RF镇流电阻。
5.根据权利要求3的功率放大器，其中，所述多个晶体管对的各输入偏压电路耦接到公共RF输入。
6.根据权利要求1的功率放大器，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的发射极耦接到地电势。
7.根据权利要求1的功率放大器，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共基极晶体管的基极耦接到共射共基偏压电路。
8.根据权利要求7的功率放大器，其中，所述共射共基偏压电路包括共射共基镇流电阻。
9.根据权利要求1的功率放大器，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共基极晶体管的集电极耦接到供电电压。
10.根据权利要求1的功率放大器，其中，所述多个晶体管对的各共基极晶体管的集电极被耦接，以产生公共RF输出。
11.一种射频RF模块，包括：
封装衬底，被配置为容纳多个部件；以及
功率放大系统，实现在所述封装衬底上，所述功率放大系统包括功率放大器PA，所述PA被配置为接收和放大RF信号，所述PA包括多个晶体管对，每个晶体管对包括以共射共基配置排列的共发射极晶体管和共基极晶体管；所述PA还包括多个电连接，所述电连接被实现为在输入节点和输出节点之间以并联配置来连接所述多个晶体管对，所述电连接被配置为将集电极电流分布到所有的共基极晶体管，以由此减小在热失控事件期间损坏一个或多个共基极晶体管的可能性。
12.根据权利要求11的RF模块，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的发射极通过旁路电容而耦合到所述共基极晶体管的基极。
13.根据权利要求11的RF模块，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的基极耦接到输入偏压电路。
14.根据权利要求11的RF模块，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共基极晶体管的基极耦接到共射共基偏压电路。
15.一种射频RF装置，包括：
收发机，被配置为生成RF信号；
前端模块FEM，与所述收发机进行通信，所述FEM包括封装衬底，所述封装衬底被配置为容纳多个部件，所述FEM还包括功率放大器PA，所述PA被配置为接收和放大所述RF信号，所述PA包括多个晶体管对，每个晶体管对包括以共射共基配置排列的共发射极晶体管和共基极晶体管；所述PA还包括多个电连接，所述电连接被实现为在输入节点和输出节点之间以并联配置来连接所述多个晶体管对，所述电连接被配置为将集电极电流分布到所有的共基极晶体管，以由此减小在热失控事件期间损坏一个或多个共基极晶体管的可能性；以及
天线，与所述FEM进行通信，所述天线被配置为发射放大后的RF信号。
16.根据权利要求15的RF装置，其中，所述RF装置包括无线装置。
17.根据权利要求16的RF装置，其中，所述无线装置包括蜂窝电话。
18.根据权利要求15的RF装置，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的发射极通过旁路电容而耦合到所述共基极晶体管的基极。
19.根据权利要求15的RF装置，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共发射极晶体管的基极耦接到输入偏压电路。
20.根据权利要求15的RF装置，其中，对于所述多个晶体管对中的每个晶体管对，所述共基极晶体管的基极耦接到共射共基偏压电路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111277227A (zh) * 2020-03-18 2020-06-12 锐石创芯（深圳）科技有限公司 一种改善相位特性的共射共基放大电路及信号处理系统
CN114442720A (zh) * 2022-01-20 2022-05-06 王仲季 一种共基电流传输无大环路负反馈i/v电路

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9654155B2 (en) 2015-02-15 2017-05-16 Skyworks Solutions, Inc. Cascode amplifier segmentation for enhanced thermal ruggedness
WO2019103899A1 (en) 2017-11-27 2019-05-31 Skyworks Solutions, Inc. Wideband power combiner and splitter
US10554177B2 (en) 2017-11-27 2020-02-04 Skyworks Solutions, Inc. Quadrature combined doherty amplifiers
US10879854B2 (en) 2018-01-26 2020-12-29 Skyworks Solutions, Inc. Universal memory-based model for nonlinear power amplifier behaviors
US10594276B2 (en) 2018-07-03 2020-03-17 Nxp Usa, Inc. Multi-path amplifier circuit or system and methods of implementation thereof
US11916517B2 (en) 2019-04-23 2024-02-27 Skyworks Solutions, Inc. Saturation detection of power amplifiers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5066926A (en) * 1990-06-26 1991-11-19 Pacific Monolithics Segmented cascode HBT for microwave-frequency power amplifiers
WO1994007304A1 (en) * 1992-09-15 1994-03-31 Analogic Corporation High power solid state r.f. amplifier
US6844783B2 (en) * 2002-03-04 2005-01-18 Araftek, Inc. Radio frequency monolithic power amplifier layout techniques
CN103999227A (zh) * 2011-11-09 2014-08-20 天工方案公司 场效应晶体管结构以及相关的射频开关
JP2014222836A (ja) * 2013-05-14 2014-11-27 三菱電機株式会社 電力増幅器

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5274342A (en) 1992-02-28 1993-12-28 Hughes Aircraft Company Microwave monolithic integrated circuit (MMIC) including distributed cascode bipolar transistor amplifier unit
JPH1079629A (ja) * 1996-09-04 1998-03-24 Mitsubishi Electric Corp 半導体集積回路装置
US6529063B1 (en) 1997-06-06 2003-03-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Thermally stable cascode
US5923217A (en) * 1997-06-27 1999-07-13 Motorola, Inc. Amplifier circuit and method for generating a bias voltage
US6515547B2 (en) * 2001-06-26 2003-02-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Self-biased cascode RF power amplifier in sub-micron technical field
US6888411B2 (en) 2003-06-06 2005-05-03 Broadcom Corporation Radio frequency variable gain amplifier with linearity insensitive to gain
US7961052B2 (en) * 2009-10-28 2011-06-14 Peregrine Semiconductor Corporation RF power amplifier integrated circuit and unit cell
US8853860B2 (en) * 2012-03-23 2014-10-07 Teledyne Scientific & Imaging, Llc Method and apparatus for reduced parasitics and improved multi-finger transistor thermal impedance
US9755295B2 (en) 2012-05-01 2017-09-05 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Antenna configured for use in a wireless transceiver
KR20160006257A (ko) * 2012-06-14 2016-01-18 스카이워크스 솔루션즈, 인코포레이티드 Bifet 및 고조파 종단 및 관련된 시스템, 장치, 및 방법을 갖는 전력 증폭기 모듈
US9035697B2 (en) * 2013-03-15 2015-05-19 Qualcomm Incorporated Split amplifiers with improved linearity
JP6326904B2 (ja) 2014-03-27 2018-05-23 新日鐵住金株式会社 りん酸肥料原料及びその製造方法
KR102093645B1 (ko) 2014-05-26 2020-03-27 주식회사 제우스 셀 이송장치 및 그 제어방법
US9654155B2 (en) * 2015-02-15 2017-05-16 Skyworks Solutions, Inc. Cascode amplifier segmentation for enhanced thermal ruggedness
TWM530380U (zh) 2016-07-26 2016-10-11 Alder Optomechanical Corp 多角度照明裝置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5066926A (en) * 1990-06-26 1991-11-19 Pacific Monolithics Segmented cascode HBT for microwave-frequency power amplifiers
WO1994007304A1 (en) * 1992-09-15 1994-03-31 Analogic Corporation High power solid state r.f. amplifier
US6844783B2 (en) * 2002-03-04 2005-01-18 Araftek, Inc. Radio frequency monolithic power amplifier layout techniques
CN103999227A (zh) * 2011-11-09 2014-08-20 天工方案公司 场效应晶体管结构以及相关的射频开关
JP2014222836A (ja) * 2013-05-14 2014-11-27 三菱電機株式会社 電力増幅器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111277227A (zh) * 2020-03-18 2020-06-12 锐石创芯（深圳）科技有限公司 一种改善相位特性的共射共基放大电路及信号处理系统
CN114442720A (zh) * 2022-01-20 2022-05-06 王仲季 一种共基电流传输无大环路负反馈i/v电路
CN114442720B (zh) * 2022-01-20 2024-05-17 王仲季 一种共基电流传输无大环路负反馈i/v电路

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