CN107231135A - 功率放大器 - Google Patents
功率放大器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107231135A CN107231135A CN201710178869.9A CN201710178869A CN107231135A CN 107231135 A CN107231135 A CN 107231135A CN 201710178869 A CN201710178869 A CN 201710178869A CN 107231135 A CN107231135 A CN 107231135A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- inductor
- conductive coil
- transistor
- power
- mosfet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 60
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
- H03F1/565—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for using inductive elements
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
- H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/193—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/24—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
- H03F3/245—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages with semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
- H03F2200/391—Indexing scheme relating to amplifiers the output circuit of an amplifying stage comprising an LC-network
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
- H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本发明实施例公开一种连接至输入信号源的功率放大器(PA)单元，其包括连接至负载的晶体管；连接至晶体管栅极的第一感应器；连接至晶体管源极的第二感应器，其中，第一感应器和第二感应器的每个均包括第一导电线圈和第二导电线圈，第一导电线圈和第二导电线圈分别具有第一电感值和第二电感值，从而使得PA单元包括晶体管栅极和输入信号源之间的终端，且终端与输入信号源阻抗匹配。本发明实施例涉及功率放大器。
Description
技术领域
本发明实施例涉及功率放大器。
背景技术
射频(RF)功率放大器(PA)是一种电子放大器，用于将低功率射频信号转换为功率较大的信号。的RF功率放大器通常包括多个功率单元。每个功率单元包括一个或多个功率晶体管，旨在改进功率放大器的效率、线性、输出和成本。
RF功率放大器的一种常用应用是驱动通信设备的发射器或收发器发射天线进行数据通信。随着低功率应用(例如，移动通信设备、蓝牙低能耗设备、能量收集设备/传感器等)的使用不断增加，在将RF功率放大器集成为此类低功率应用的同时管理RF放大器的功耗和性能变得十分重要。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种连接至输入信号源的功率放大器(PA)单元，包括：晶体管；第一感应器，连接至所述晶体管的栅极；以及第二感应器，连接至所述晶体管的源极，其中，所述第一感应器和所述第二感应器的每个均包括第一导电线圈和第二导电线圈，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈分别有第一电感值和第二电感值，从而使得所述功率放大器单元包括位于所述晶体管的所述栅极和所述输入信号源之间的终端，并且所述终端与所述输入信号源阻抗匹配。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种连接至输入信号源的功率放大器(PA)单元，包括：晶体管；第一感应器，连接至所述晶体管的栅极；以及第二感应器，连接至所述晶体管的源极，其中，所述第一感应器和所述第二感应器的每个均包括第一导电线圈和第二导电线圈，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈分别具有第一电感值和第二电感值，其中，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈彼此磁力连接从而形成互感器，使得所述功率放大器单元包括位于所述晶体管的所述栅极和所述输入信号源之间的终端，以及所述终端与所述输入信号源阻抗匹配。
根据本发明的又一实施例，还提供了一种连接至输入信号源的功率放大器(PA)单元，包括：晶体管；第一感应器，连接至所述晶体管的栅极；以及第二感应器，连接至所述晶体管的源极，其中，所述第一感应器和所述第二感应器的每个均包括第一导电线圈和第二导电线圈，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈分别具有第一电感值和第二电感值，其中，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈彼此磁力分离，从而使得所述功率放大器单元包括位于所述晶体管的所述栅极和所述输入信号源之间的终端，并且所述终端与所述输入信号源阻抗匹配。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本发明的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意增加或减少。
图1示出了功率放大器的示例示意图。
图2示出了根据一些实施例的功率放大器的示例示意图。
图3A示出了根据一些实施例的图2的功率单元的感应器的示例布局设计。
图3B示出了根据一些实施例的图2的功率单元的感应器的示例布局设计。
图3C示出了根据一些实施例的图2的功率单元的两个连接感应器的示例布局设计。
图4示出了根据一些实施例的示出了图2的MOSFET的特征的示例图表。
图5示出了根据各种实施例的示例图表，该示例图表示出了图2所示的MOSFET的功率附加效率(PAE)相对于应用于图2的MOSFET的漏极的不同电压所发生的变化。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现主题提供的不同特征。下面描述部件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件，使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。
此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括在使用或操作过程中器件的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。此外，要了解当一元件被提及为“连接至”或“连接至”另一元件时，其可直接连接或连接至其他元件，或者也可存在一个或多个居间元件。
图1示出了RF功率放大器100的示例框图，该功率放大器包括功率单元102、匹配电路106和天线108。功率单元102接收输入RF信号104并将输入RF信号104转换为更高功率的信号以通过匹配电路106驱动天线108。在图1所示功率放大器100的具体实施例中，包括电容器C1和C2及感应器L2的匹配电路106配置为用于匹配功率单元102的输出阻抗103和天线108的输入阻抗107。为了将功率从源(例如，功率单元102)高效传输到载荷(例如，天线108)，如图1所示，在RF功率放大器设计中此类阻抗匹配电路通常连接于功率单元和载荷之间。
同样地，RF输入信号104的源输出(例如，振荡器)和功率单元102的输入之间可以需要另一个阻抗匹配电路，来匹配源的输出阻抗和功率单元102的输入阻抗。此类阻抗匹配电路通常被称为功率放大器100的输入匹配电路。但是，RF功率放大器中包括有一个或多个阻抗匹配电路通常会引发各种问题，特别是当RF功率放大器用在低功率应用中时。例如，需要相对较高的电压源(VDD)来驱动功率放大器和匹配电路，而匹配电路本身通常会消耗附加功率(例如，RF功率放大器的静态功率)。此外，在集成电路上加入匹配电路需要在集成电路上付出极高代价。
本发明通过采用新颖性功率放大器实施例提供上述功率放大器不具备的多种有点，新颖性功率放大器不需要阻抗匹配电路来将功率放大器的功率单元连接至载荷。即使没有连接于功率单元和载荷之间的阻抗匹配电路，通过使用根据一些实施例的纳米级功率单元，功率放大器/功率单元仍能够提供预期输出阻抗(例如，约50欧姆(Ω))。此外，通过将感应器分别连接至功率单元的源极和栅极，根据一些实施例，在没有输入匹配电路时功率单元仍能够提供约50欧姆(Ω)的输入阻抗。换句话说，根据一些实施例，在不需要连接功率单元102输出处匹配电路和功率单元输入处输入匹配电路的情况下，功率单元仍能够提供约50Ω的输入阻抗和输出阻抗。功率单元约50Ω的输入阻抗/输出阻抗能够在现代RF功率放大器应用中传输最大的功率(例如，从输入源到功率单元，及从功率单元到载荷)。本发明的一些实施例涉及以约2.4GHz的频率操作新颖性功率单元，但是依据本发明的功率单元工作频率不限于任何特定频率，并且可以在，例如，从约2.4GHz至约10GHz的范围，而仍在本发明的范围之内，尽管在目前的实施例中，功率单元的输入阻抗/输出阻抗大约为50Ω，但是输入阻抗值和/或输出阻抗值可以进行调整以适应任何可取的应用，而仍在本发明的范围之内。例如，虽然公开的功率单元用于连接在同轴电缆之间，但是输入阻抗值/输出阻抗值可以调整为约75Ω。
图2示出了根据各种实施例的新颖性功率放大器/功率单元200的示例图表。在图2所示的实施例中，功率单元200包括晶体管202、连接于晶体管202栅极和输入信号源210之间的第一感应器204，连接于晶体管202源极和接地之间的第二感应器206以及连接于晶体管202漏极和供电电压VDD之间的第三感应器208如图所示，功率单元200通过感应器204连接至输入信号源210并在晶体管202的漏极处连接至载荷220。在该具体实施例中，功率单元200不使用匹配电路连接至输入信号源210和载荷220。在一些实施例中，功率单元200在终端205处与输入信号源210具有阻抗匹配。在一些实施例中，功率单元200在晶体管202的漏极处与载荷220具有阻抗匹配。在一些实施例中，晶体管202为MOSFET，而在另一些实施例中，晶体管202可以为，例如，
绝缘体上硅(SOI)衬底、高电子迁移率场效应晶体管(HEMFET)、纳米线晶体管、垂直沟道晶体管、鳍式晶体管或其他合适类型的晶体管。如本案下文所指，MOSFET一词指一种金属氧化物半导体场效应晶体管，用于放大或转换电子信号。
如图2实例所示，MOSFET 202有源极、一个栅极和一个漏极(终端/节点)作为其与其他晶体管或器件(例如，电源电压、输入信号源、载荷等)连接的触点。在一些实施例中，MOSFET 202为n型MOSFET。但是，在一些实施例中，MOSFET 202还可以包括p型MOSFET和/或MOSFET 202还可以包括多个晶体管(例如，互补MOSFET)，而仍在本发明的范围之内。
在一些实施例中，MOSFET 202可以为纳米级晶体管。通过利用纳米级晶体管作为MOSFET 202(例如，节长约为16纳米)，无需使用输出阻抗匹配电路来实现约50Ω的输出阻抗(203)，这与上述功率放大器不同。更具体而言，MOSFET 202包括横跨MOSFET 202漏极和源极的寄生电容，此寄生电容与第三感应器208产生共振，同时MOSFET 202以约0.1GHz至约100GHz的频率工作，如此产生50Ω输出阻抗。因此，通过使用此类纳米级MOSFET202，由于不存在匹配电路，可以显著降低电源电压(即，VDD)。例如，在一些实施例中，驱动功率单元200的电源电压VDD可以降低约100毫伏(mV)，同时功率单元200仍能够提供大约为-8dBm的功率输出，而消耗的静态功率低至213微瓦(μW)，如下表所示：
在上表中，依据本发明实施例的功率单元的各种性能特性与另外三种功率单元进行了比较。在该表中，“PAE”指功率单元的功率附加效率；“增益”是功率单元的功率增益；“Pout”指功率单元的输出功率；“PDC”指功率单元的静态功率消耗；“类”表示功率单元使用的功率放大器的类型(例如，A类、B类、D类、AB类等)；“技术”指功率单元中晶体管的节长。
再次参考图2，根据一些实施例，感应器204的包含物(连接至MOSFET 202的栅极和感应器206(感应器206连接至功率单元200中的MOSFET 202的源极))提供大约为50Ω的功率单元200的输入阻抗值(201)。功率单元200的大约50Ω的输入阻抗可以实现众多优点，例如能够使最大功率从输入信号源210传输至功率单元200。在一些其他实施例中，感应器204和感应器206可以彼此磁力连接，从而形成连接比(k)在约0至约1之间的互感器。而在一些其他实施例中，感应器204和感应器206可以各自形成为设置在MOSFET 202上方彼此分开的导电线圈(即，感应器204和感应器206不通过磁力彼此磁力连接)，或者感应器204和感应器206形成为设置在MOSFET 202上方的两个彼此重叠的导电线圈(即，感应器204和感应器206通过彼此磁力连接并形成互感器)。也就是说，在一些实施例中，不管感应器204和感应器206是彼此磁力连接，还是通过磁力相互分离，感应器204和感应器206都会在MOSFET 202上方形成一个或多个叠加层，此类叠加层与MOSFET 202属于不同的层。感应器204和感应器206的导电线圈的详细信息，将根据各种实施例结合图3A、3B和3C的示例布局在下文更详细地说明。
在一些实施例中，感应器204和感应器206可以各有电感值Lg和Ls。当感应器204和感应器206不彼此磁力连接时，输入阻抗201可以表达为：Ls×Gm/Cgs+jω×(Lg+Ls-Cgs)，其中Gm为MOSFET 202的跨导，Cgs为MOSFET 202的栅极至源极电容，ω为MOSFET 202的工作频率。当感应器204和感应器206彼此磁力连接时，输入阻抗201可以表达为：(Ls+k√(Lg×Ls)×Gm/Cgs)+jω×((Lg+Ls+2k√(Lg×Ls))-Cgs)，其中k为上文提及的感应器204和感应器206之间的连接系数。如同所示，不管感应器204和感应器206是连接在一起，还是相互分离，输入阻抗都包括实数部分(即，不含“j”的部分)和虚数部分(即，含“j”的部分)。通过选择电感值(即，Lg和Ls)，输入阻抗的虚数部分可以约去(即，“零”虚数部分)，以匹配或约去上方提供的方程式中虚数部分的Cgs。
图3A示出了根据各种实施例的感应器204的示例布局设计。在一些实施例中，感应器204包括导电线圈300，其中导电线圈300由金属材料和/或多晶(硅)材料制成，其他材料在各种实施例的范围内。在具体实施例中，导电线圈300可以通过在一个或多个环状物或由具有导电圈的线圈内布导线来形成，如图3A所示，或者导电线圈300可以通过在环状物内布置导电材料(例如，金属材料和/或多晶硅材料)以及向上或向下穿过多个集成电路层而形成部分重叠的终端连接。在一个实施例中，多个螺旋成圈的部分以不同的层叠加在一起。
如图3A所示，导电线圈300包括两个部分302(实线)和304(虚线)，其中第一部分302置于第一层，第二部分304置于第二层，第二层叠加在第一层上方或下方，第一部分302和第二部分304通过层间连接件(未显示)连接在一起，例如硅通孔。在一些实施例中，导电线圈300置于MOSFET 202上方(即，第一层和第二层置于MOSFET 202上方，并且每一层与其中形成有MOSFET 202的层均不同)。
在一些实施例中，导电线圈300提供的感应器204可以包括两个终端205和207，如图2和3A所示。第一终端205可以连接至输入信号源210的节点，第二终端207可以连接至MOSFET 202的栅极。使用图3A所示导电线圈300的实施例，第一终端205可以包含在第一部分302中。更具体而言，第一终端205形成于导电线路306的一端处和导电支腿307(导电线路306的一部分)的一端处，其中导电支腿307不是一个或多个环状物或具有导电圈的线圈的一部分。在一些实施例中，第一终端205可以通过通孔连接至输入信号源210的节点。仍使用图3A所示导电线圈300的实施例，第二终端207可以包含在第二部分304中。更具体而言，第二终端207形成于导电线路306的另一端和导电支腿309(导电线路306的一部分)的一端处，其中导电支腿309不是一个或多个环状物或具有导电圈的线圈的一部分。在一些实施例中，第二终端207可以通过通孔连接至MOSFET 202的栅极。
仍然参考图3A，在一些实施例中，导电线圈300的导电线路306有一个范围在约1μm至约10μm之间的线宽301。在一些实施例中，从顶部看，如图3A所示，导电线圈300具有约100μm的宽度303和约100μm的长度305。在一些实施例中，根据一些实施例，导电线圈300可以提供在0.1纳亨至5纳亨范围内的电感值“Lg”，例如，至感应器204。
图3B示出了根据各种实施例的感应器206的示例布局设计。在一些实施例中，感应器206包括导电线圈310，其中导电线圈300由金属材料和/或多晶(硅)材料制成，其他材料在各种实施例的范围内。与导电线圈300类似，图3B的实施例提供了一个实例，在该实例中，导电线圈310成形为包括一个或多个成圈导电线路316的环状物/线圈。如图3B所示，导电线圈310包括两个部分312(实线)和314(虚线)，其中第一部分312置于第三层，第二部分314置于第四层，第四层叠加在第三层上方或下方，第一部分312和第二部分314通过层间连接件(例如硅通孔)连接在一起。在一些实施例中，导电线圈310置于MOSFET 202上方(即，第三层和第四层置于MOSFET 202上方，并且每一层与其中形成有MOSFET 202的层均不同)，并且第一层、第二层、第三层和第四层也彼此不同。
在一些实施例中，导电线圈310提供的感应器206可以包括两个终端209和211，如图2所示。第一终端209可以连接至输入信号源202的源极，第二终端211可以连接至接地。使用图3B所示导电线圈310的实施例，第一终端209可以包含在第二部分314中。更具体而言，第一终端209形成于导电线路316的一端处和导电支腿317(导电线路316的一部分)的一端处，其中导电支腿317不是一个或多个环状物或具有导电圈的线圈的一部分。在一些实施例中，第一终端209可以通过通孔连接至MOSFET 202的源极。
仍使用图3B所示导电线圈310的实施例，第二终端211可以也包含在第二部分314中。更具体而言，第二终端211形成于导电线路316的另一端处和导电支腿319(导电线路316的一部分)的一端，其中导电支腿319不是一个或多个环状物或具有导电圈的线圈的一部分。在一些实施例中，第二终端211可以通过通孔连接至接地。
在一些实施例中，导电线圈310的导电线路316具有在约1μm至约10μm之间的范围的线宽301；从顶部看，如图3B所示，导电线圈310具约100μm的宽度313和约100μm的长度315，其他值在各种实施例的范围内。在一些实施例中，根据一些实施例，导电线圈310可以向感应器206提供在约0.1纳亨至约5纳亨范围内的电感值“Ls”。如上，通过选择Lg和Ls的电感值，输入阻抗的虚数部分可以约去(即，“零”虚数部分)，以匹配或约去上方提供的非连接方程式中虚数部分的Cgs。另外，通过选择Lg和Ls的电感值，功率单元200的输入阻抗的实数部分(即，Ls×Gm/Cgs)可以调为，例如，约50Ω。同样地，不在功率单元200的输入和输入信号源210的输出之间连接输入阻抗匹配电路，功率单元200的输入阻抗仍可以调为，例如，约50Ω。
图3C示出了根据各种实施例的感应器204和感应器206的示例布局设计。如图3C所示，感应器204的导电线圈300和感应器206的导电线圈310相互重叠而形成互感器320。在该具体实施例中，导电线圈300和导电线圈310可以占据重叠的内腔(lumen)330。出于说明目的，导电线圈300以加粗线显示，以与导电线圈310区分开来。由于各导电线圈可以包括多个位于不同层的部分(例如，302、304、312和314)，这样的互感器320可以在MOSFET 202上方跨越多层(例如，集成电路层)。例如，导电线圈300的第一部分302(粗线和实线)可以位于第一层，导电线圈300的第二部分304(粗线和虚线)可以位于第二层，导电线圈310的第一部分312(细线和实线)可以与导电线圈300的第一部分302一样位于第一层，导电线圈310的第二部分314(细线和虚线)可以与导电线圈300的第二部分304一样位于第二层，其中第一层不同于第二层并且叠加在第二层上方或下方。在一些实施例中，感应器204的导电线圈300的终端205和终端207分别在图3C中进行了图示，感应器206的导电线圈310的终端209和终端211分别在图3C中进行了图示。在图3C所示的实施例中，终端205可以形成于上述第一层中，而终端207、终端209和终端211形成于和第一层不同且叠加在第一层上方或下方的第二层中。
如上，通过选择Lg和Ls的电感值，输入阻抗的虚数部分可以约去(即，“零”虚数部分)，以匹配上方提供的连接方程式中虚数部分的Cgs。例如，通过选择Lg和Ls的电感值和连接系数k，功率单元200的输入阻抗实数部分(即，Ls+k√(Lg×Ls)×Gm/Cgs)可以调为约50Ω，输入阻抗虚数部分(即，(Lg+Ls+2k√(Lg×Ls))-Cgs)约为零。同样地，不在功率单元200的输入和输入信号源210的输出之间连接输入阻抗匹配电路，功率单元200的输入阻抗仍可以调为，例如，约50Ω。
图4示出了示例图表400，示出了根据各种实施例的MOSFET 202的各种改进特性。图表400的x轴代表应用于MOSFET 202栅极的电压，图表400的y轴代表MOSFET 202的改进功率效率的百分比(定义为，给定栅极电压时MOSFET 202的归一化跨导除以给定栅极电压时的静态功率)。在图表400中，线401、线403、线405和线407各代表了当分别在以下四个不同漏极电压(0.1伏、0.2伏、0.3伏和0.8伏)处偏置MOSFET 202时,改进功率效率的百分比对应不同栅极电压(从0.1伏至0.8伏)时的趋势。如图所示，当在0.8伏(线401)偏置MOSFET 202的漏极时，从0.8伏至0.15伏递减栅极电压可以使功率效率从约1％提高至约12％。当在0.3伏(线403)偏置MOSFET 202的漏极时，从0.8伏至0.15伏递减栅极电压可以使功率效率从约1％提高至约30％。当在0.2伏(线405)偏置MOSFET 202的漏极时，从0.8伏至0.15伏递减栅极电压可以使功率效率从约1％提高至约50％。当在0.1伏(线407)偏置MOSFET 202的漏极时，从0.8伏至0.15伏递减栅极电压可以使功率效率从约1％提高至约100％。另外，当栅极电压在0.15伏(图示为线409)偏置且固定MOSFET 202时，从0.8伏至0.1伏(即，从交叉点411至交叉点413)递减漏极电压可以使功率效率约从12％提高至约100％。
图5示出了示例图表500，根据各种实施例的示出了PAE相对于应用于MOSFET 202的漏极的不同电压所发生的变化。图表500的x轴代表应用于MOSFET 202的漏极的电压；图表500的左侧y轴代表MOSFET 202的源极至栅极电流电平；图表500的右侧y轴代表MOSFET202的PAE。每个不连续的方形点501代表当在不同漏极电压下偏置MOSFET 202时的MOSFET202的PAE；线503代表源极至栅极电流电平随MOSFET 202漏极电压(0至0.8伏)的趋势。点501示出了PAE分别在漏极电压为0.6伏和0.1伏时达到最大值和最小值。更具体而言，MOSFET 202代表随漏极电压从0.6伏递减至0.1伏时从约76％递减至约66％(即，PAE降低约10％)的PAE，如图5虚线所示。一般来说，PA单元(例如，200)中的PAE百分比降低约等同于在PA单元的晶体管(例如，202)中观察到的PAE降低的百分比，PA单元的PAE低于PA单元的晶体管的PAE。也就是说，如果MOSFET 202用作在传统PA单元中的晶体管(即，PA单元包括输出/输入阻抗匹配电路)，则传统PA单元的PAE将从约40％～50％降至约30％，同时MOSFET的漏极供电电压会从约0.6伏降至约0.1伏。但是，如上方提供的表所示，当MOSFET的电压为0.1伏时，公开的将MOSFET 202用作晶体管的PA单元200提供约为39％的PAE。当功率单元在低工作电压下时，功率单元的显著较高的PAE提供了许多其他优于传统功率单元的优点，特别是当功率单元设计用于低功率应用中时。
在一个实施例中，公开了一种功率放大器(PA)单元。PA单元连接至输入信号源，包括连接至载荷的晶体管；第一感应器连接至该晶体管的栅极；第二感应器连接至该晶体管的源极，其中第一感应器和第二感应器各包括第一导电线圈和第二导电线圈，第一导电线圈和第二导电线圈分别具有第一电感值和第二电感值，如此PA单元包括位于晶体管栅极和输入信号源之间的终端，终端与输入信号源阻抗匹配。
在另一个实施例中，公开了一种功率放大器(PA)单元。PA单元连接至输入信号源，包括晶体管；第一感应器连接至该晶体管的栅极；第二感应器连接至该晶体管的源极，其中第一感应器和第二感应器各包括第一导电线圈和第二导电线圈，第一导电线圈和第二导电线圈分别具有第一电感值和第二电感值，其中第一导电线圈和第二导电线圈彼此磁力连接而形成互感器，如此PA单元包括在晶体管的栅极和输入信号源之间的终端，终端与输入信号源阻抗匹配。
在又一个实施例中，公开了一种功率放大器(PA)单元。PA单元连接至一个输入信号源，包括一个晶体管；第一感应器连接至该晶体管的栅极；第二感应器连接至该晶体管的源极，其中第一感应器和第二感应器各包括一个第一导电线圈和一个第二导电线圈，各有第一电感值和第二电感值，其中第一导电线圈和第二导电线圈通过磁力相互分离，如此PA单元包括一个在晶体管栅极和输入信号源之间的终端，终端与输入信号源阻抗匹配。
根据本发明的一个实施例，提供了一种连接至输入信号源的功率放大器(PA)单元，包括：晶体管；第一感应器，连接至所述晶体管的栅极；以及第二感应器，连接至所述晶体管的源极，其中，所述第一感应器和所述第二感应器的每个均包括第一导电线圈和第二导电线圈，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈分别有第一电感值和第二电感值，从而使得所述功率放大器单元包括位于所述晶体管的所述栅极和所述输入信号源之间的终端，并且所述终端与所述输入信号源阻抗匹配。
在上述功率放大器单元中，进一步包括：第三感应器，连接在所述晶体管的漏极和供电电压之间。
在上述功率放大器单元中，所述第一导电线圈包括设置在所述晶体管上方的第一层中的第一部分和设置在所述晶体管上方的第二层中的第二部分，所述第一层与所述第二层不同。
在上述功率放大器单元中，所述第二导电线圈包括设置在所述晶体管上方的第一层中的第一部分和设置在所述晶体管上方第二层中的第二部分，所述第一层与所述第二层不同。
在上述功率放大器单元中，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈彼此磁力连接以形成互感器。
在上述功率放大器单元中，所述第一导电线圈包括第一部分以及所述第二导电线圈包括第一部分，其中，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈的所述第一部分设置在所述晶体管上方的第一层中。
在上述功率放大器单元中，所述第一导电线圈包括第二部分以及所述第二导电线圈包括第二部分，其中，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈的所述第二部分设置在所述晶体管上方的第二层中，所述第一层与所述第二层不同。
在上述功率放大器单元中，所述第一感应器和所述第二感应器的电感值提供50欧姆的功率单元的输入阻抗。
在上述功率放大器单元中，所述第一感应器的电感值为0.1纳亨至5纳亨，所述第二感应器的电感值为0.1纳亨至5纳亨。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种连接至输入信号源的功率放大器(PA)单元，包括：晶体管；第一感应器，连接至所述晶体管的栅极；以及第二感应器，连接至所述晶体管的源极，其中，所述第一感应器和所述第二感应器的每个均包括第一导电线圈和第二导电线圈，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈分别具有第一电感值和第二电感值，其中，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈彼此磁力连接从而形成互感器，使得所述功率放大器单元包括位于所述晶体管的所述栅极和所述输入信号源之间的终端，以及所述终端与所述输入信号源阻抗匹配。
在上述功率放大器单元中，进一步包括：第三感应器，连接在所述晶体管的漏极和供电电压之间。
在上述功率放大器单元中，所述第一导电线圈包括设置在所述晶体管上方的第一层中的第一部分和设置在所述晶体管上方的第二层中的第二部分，所述第一层与所述第二层不同。
在上述功率放大器单元中，所述第二导电线圈包括设置在所述晶体管上方的所述第一层中的第一部分和设置在所述晶体管上方的所述第二层中的第二部分。
在上述功率放大器单元中，从顶视图看，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈占有重叠的内腔。
在上述功率放大器单元中，所述第一感应器和所述第二感应器的电感值提供50欧姆的功率单元的输入阻抗。
在上述功率放大器单元中，所述第一感应器的电感值为0.1纳亨至5纳亨，以及所述第二感应器的电感值为0.1纳亨至5纳亨。
根据本发明的又一实施例，还提供了一种连接至输入信号源的功率放大器(PA)单元，包括：晶体管；第一感应器，连接至所述晶体管的栅极；以及第二感应器，连接至所述晶体管的源极，其中，所述第一感应器和所述第二感应器的每个均包括第一导电线圈和第二导电线圈，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈分别具有第一电感值和第二电感值，其中，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈彼此磁力分离，从而使得所述功率放大器单元包括位于所述晶体管的所述栅极和所述输入信号源之间的终端，并且所述终端与所述输入信号源阻抗匹配。
在上述功率放大器单元中，进一步包括：第三感应器，连接在所述晶体管的漏极和供电电压之间。
在上述功率放大器单元中，所述第一导电线圈包括设置在所述晶体管上方的第一层中的第一部分和设置在所述晶体管上方的第二层中的第二部份，所述第一层与所述第二层不同。
在上述功率放大器单元中，所述第二导电线圈包括设置在所述晶体管上方的第一层中的第一部分和设置在所述晶体管上方的第二层中的第二部分，所述第一层与所述第二层不同。
前述内容概述了多个实施例的特征，从而使得本领域的普通技术人员能更好地理解本发明的各方面。本领域的技术人员应理解，他们可以容易地将本发明作为基础，用于设计或修改其他工艺或结构，从而达成与本案所介绍实施例的相同目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员还应认识到，这种等效结构并不背离本发明的精神和范围，并且其可以进行各种更改、替换和变更而不背离本发明的精神和范围。
Claims (1)
1.一种连接至输入信号源的功率放大器(PA)单元，包括：
晶体管；
第一感应器，连接至所述晶体管的栅极；以及
第二感应器，连接至所述晶体管的源极，
其中，所述第一感应器和所述第二感应器的每个均包括第一导电线圈和第二导电线圈，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈分别有第一电感值和第二电感值，从而使得所述功率放大器单元包括位于所述晶体管的所述栅极和所述输入信号源之间的终端，并且所述终端与所述输入信号源阻抗匹配。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662313022P | 2016-03-24 | 2016-03-24 | |
| US62/313,022 | 2016-03-24 | ||
| US15/204,734 US10050590B2 (en) | 2016-03-24 | 2016-07-07 | Power amplifier |
| US15/204,734 | 2016-07-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107231135A true CN107231135A (zh) | 2017-10-03 |
Family
ID=59896668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710178869.9A Pending CN107231135A (zh) | 2016-03-24 | 2017-03-23 | 功率放大器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US10050590B2 (zh) |
| CN (1) | CN107231135A (zh) |
| TW (1) | TW201735530A (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112671357B (zh) * | 2020-12-31 | 2021-09-17 | 锐石创芯（深圳）科技有限公司 | 低噪声放大电路 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6553216B1 (en) * | 1995-12-14 | 2003-04-22 | Thomson Licensing, S.A. | RF tunable filter arrangement with tunable image trap |
| JPH11298295A (ja) * | 1998-04-10 | 1999-10-29 | Mitsubishi Electric Corp | 不平衡−平衡変換器及びバランス形ミクサ |
| US7113744B1 (en) * | 1999-10-21 | 2006-09-26 | Broadcom Corporation | Adaptive radio transceiver with a power amplifier |
| US6549077B1 (en) * | 2002-02-20 | 2003-04-15 | United Microelectronics Corp. | Integrated inductor for RF transistor |
| US8558622B2 (en) * | 2009-07-14 | 2013-10-15 | Panasonic Corporation | Radio frequency power amplifier |
| US8427240B2 (en) | 2010-08-06 | 2013-04-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Low-noise amplifier with gain enhancement |
| US8279008B2 (en) | 2010-08-06 | 2012-10-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | CMOS millimeter-wave variable-gain low-noise amplifier |
| US9209521B2 (en) | 2010-10-14 | 2015-12-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | On-chip helix antenna |
| US8450827B2 (en) | 2011-01-25 | 2013-05-28 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | MOS varactor structure and methods |
| US8593206B2 (en) | 2011-04-12 | 2013-11-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Up-conversion mixer having a reduced third order harmonic |
| US8618631B2 (en) | 2012-02-14 | 2013-12-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | On-chip ferrite bead inductor |
| US8912581B2 (en) | 2012-03-09 | 2014-12-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | 3D transmission lines for semiconductors |
| US8610494B1 (en) | 2012-06-12 | 2013-12-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Low power active filter |
| US20140015614A1 (en) * | 2012-07-10 | 2014-01-16 | Infineon Technologies Ag | System and Method for a Low Noise Amplifier |
| US9374086B2 (en) | 2012-11-09 | 2016-06-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Switch circuit and method of operating the switch circuit |
| US8941212B2 (en) | 2013-02-06 | 2015-01-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Helical spiral inductor between stacking die |
| US9362613B2 (en) | 2013-03-07 | 2016-06-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Bond wire antenna |
| US9391350B2 (en) | 2013-03-07 | 2016-07-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | RF choke device for integrated circuits |
| US10163779B2 (en) | 2014-06-12 | 2018-12-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Integrated circuit with guard ring |
-
2016
- 2016-07-07 US US15/204,734 patent/US10050590B2/en active Active
- 2016-12-09 TW TW105140932A patent/TW201735530A/zh unknown
-
2017
- 2017-03-23 CN CN201710178869.9A patent/CN107231135A/zh active Pending
-
2018
- 2018-07-20 US US16/041,346 patent/US10673394B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10050590B2 (en) | 2018-08-14 |
| TW201735530A (zh) | 2017-10-01 |
| US20170279418A1 (en) | 2017-09-28 |
| US10673394B2 (en) | 2020-06-02 |
| US20180331663A1 (en) | 2018-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2422447B1 (en) | Electronic circuits including a mosfet and a dual-gate jfet | |
| US9082543B2 (en) | Inductor | |
| CN103916090B (zh) | 多绕组变压器耦合的放大器 | |
| CN103635995B (zh) | 保护电路 | |
| TWI703812B (zh) | 放大器及其操作方法 | |
| US20220385251A1 (en) | Wireless receiver | |
| JP5704051B2 (ja) | 増幅回路 | |
| US10985618B2 (en) | Wireless transmitter with switchable mode | |
| TW201141089A (en) | Wireless communication transceiver | |
| CN104378072A (zh) | 放大器电路 | |
| US7812671B2 (en) | Transformer and structure thereof and power amplifier | |
| CN106449764B (zh) | 一种柔性薄膜底栅双沟道晶体管 | |
| CN108292907A (zh) | 功率放大器 | |
| CN107231135A (zh) | 功率放大器 | |
| CN103888083B (zh) | 宽带低噪声放大器 | |
| CN106208989B (zh) | 一种射频功率放大器版图及射频功率放大器 | |
| Sunitha et al. | Co-design of on-chip loop antenna and differential class-E power amplifier at 2.4 GHz for biotelemetry applications | |
| CN109831166A (zh) | 一种基于抽头电感的分布式放大器电路 | |
| CN213783249U (zh) | 基于射频识别应用的cmos放大器电路及包含电路的集成电路 | |
| Zito et al. | A novel LNA topology with transformer-based input integrated matching and its 60-GHz millimeter-wave CMOS 65-nm design | |
| CN112636698A (zh) | 一种cmos放大器电路及在射频识别的应用及包含该电路的集成电路 | |
| CN108880481A (zh) | 低噪放大器、用于低噪放大器的接收器和方法 | |
| CN108962872A (zh) | 一种电感的片上实现结构及放置方法 | |
| CN104009718B (zh) | 一种宽带低失调的有源Balun电路 | |
| US20230125874A1 (en) | Power amplifiers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20171003 |