CN108768316A - 一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯 - Google Patents

一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯，包括输入奇模电阻网络、第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络、第四内匹配四堆叠放大网络、三级自偏分压网络和输出奇模电阻网络。本发明所实现的高频高功率高效率复合晶体管管芯，具有输出功率高、最佳负载阻抗高、管芯面积小等优势。

Description

一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯
技术领域
本发明属于射频功率放大器晶体管管芯和集成电路与SiP技术领域，具体涉及一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯的设计。
背景技术
随着移动通信、软件无线电、无线局域网(WLAN)等无线通信市场的快速发展，射频前端组件也要求随之向高集成、低功耗、结构紧凑、价格低廉的方向发展。射频与微波功率放大器作为发射机的重要模块，是整个发射机中耗能最多的电路，主要由功率放大器晶体管管芯和外围匹配电路构成。当采用半导体集成电路工艺设计实现功率放大器管芯时，其性能和成本受到了一定制约，主要体现在以下几方面：
(1)高频高功率能力受限：受到半导体工艺的发展和晶体管尺寸等比例缩小的影响，当晶体管的栅长越来越短时，晶体管的高频增益特性越好，但是其击穿电压会降低，从而限制了晶体管漏极输出电压摆幅，进而限制了单一晶体管的高频功率容量。目前，为了获得高频高功率特性，典型的解决方案采用大栅宽尺寸的晶体管，在保证漏极电压不变的前提下，利用电流合成的方式增大功率容量。但是，这种解决方案却增加了栅源电容，降低了输入阻抗与最佳负载阻抗，增大了电路阻抗匹配的设计难度。
(2)高频宽带高效率能力受限：在保证高频的高功率输出的条件下，由于传统解决方案导致晶体管阻抗大大降低，电路设计者必须要在很宽的频带内实现50欧姆阻抗到极低阻抗的阻抗变换，并且尽可能小的引入带内插损，这给宽带高效率指标带来了严峻的设计考验。
(3)高频高功率增益受限：收到晶体管寄生参数的影响，射频与微波功率放大器晶体管管芯工作频率越低，其功率增益越低，为了获得良好的高增益特性，往往需要选用击穿电压低的晶体管类型，这样是以牺牲功率容量的代价来获得高增益特性的。
目前，常见的高频高功率放大器管芯的结构比较单一，往往都是采用单一晶体管多路纵向合成的结构，或者直接采用大栅宽尺寸的晶体管，要想同时满足各项高功率高效率的要求十分困难，通常，其阻抗匹配的实现是以降低效率，或者降低工作带宽等为代价来获得的。
由此可以看出，射频与微波功率放大器晶体管管芯设计难点为：(1)高频高功率输出难度较大；(2)高频宽带高效率难度较大；(3)高频高功率增益受限。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯，具有高功率输出能力、高功率增益、高最佳负载阻抗、芯片面积小且成本低等优点。
本发明的技术方案为：一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯，包括输入奇模电阻网络、第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络、第四内匹配四堆叠放大网络、三级自偏分压网络和输出奇模电阻网络；第一内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第一输入端，其输出端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第一输出端；第二内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第二输入端，其输出端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第二输出端；第三内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第三输入端，其输出端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第三输出端；第四内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第四输入端，其输出端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第四输出端；输入奇模电阻网络分别与第一内匹配四堆叠放大网络的输入端、第二内匹配四堆叠放大网络的输入端、第三内匹配四堆叠放大网络的输入端以及第四内匹配四堆叠放大网络的输入端连接；三级自偏分压网络分别与第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络以及第四内匹配四堆叠放大网络连接；输出奇模电阻网络分别与第一内匹配四堆叠放大网络的输出端、第二内匹配四堆叠放大网络的输出端、第三内匹配四堆叠放大网络的输出端、第四内匹配四堆叠放大网络的输出端以及三级自偏分压网络的输出端连接。
本发明的有益效果是：本发明所实现的高频高功率高效率复合晶体管管芯，具有输出功率高、最佳负载阻抗高、管芯面积小等优势。
进一步地，第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络和第四内匹配四堆叠放大网络结构均相同，均包括按照源极-漏极依次相连堆叠构成的顶层晶体管、第一中间层晶体管、第二中间层晶体管以及底层晶体管；底层晶体管的源极均接地，其栅极为其所在内匹配四堆叠放大网络的输入端；顶层晶体管、第一中间层晶体管和第二中间层晶体管的栅极均连接两路栅极补偿电路，并通过电阻与三级自偏分压网络连接；栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻和补偿接地电容；顶层晶体管的漏极为其所在内匹配四堆叠放大网络的输出端；底层晶体管的漏极和第二中间层晶体管的源极之间，以及第二中间层晶体管的漏极和第一中间层晶体管的源极之间均连接有L型匹配枝节；L型匹配枝节包括串联在两个相邻晶体管的漏极和源极之间微带线以及并联在该微带线和晶体管漏极之间的开路微带线；第一中间层晶体管的漏极和顶层晶体管的源极之间均连接有微带线，且该微带线和第一中间层晶体管的漏极之间连接有CL谐振枝节；CL谐振枝节包括串联的微带线和接地电容。
上述进一步方案的有益效果是：本发明的核心架构采用了内匹配四堆叠放大网络，节省了芯片的面积，同时实现了良好的高频功率输出能力和功率增益能力，避免了集成电路工艺的低击穿电压特性，提高电路的稳定性与可靠性。
进一步地，三级自偏分压网络包括依次串联的电阻R31、电阻R28、电阻R25和接地电阻R22，电阻R31的一端连接电阻R28，其另一端为三级自偏分压网络的输出端；电阻R31和电阻R28的连接节点还分别与电阻R29的一端和电阻R30的一端连接，电阻R29的另一端分别通过电阻与第一内匹配四堆叠放大网络以及第二内匹配四堆叠放大网络中顶层晶体管的栅极连接，电阻R30的另一端分别通过电阻与第三内匹配四堆叠放大网络以及第四内匹配四堆叠放大网络中顶层晶体管的栅极连接；电阻R28和电阻R25的连接节点还分别与电阻R26的一端和电阻R27的一端连接，电阻R26的另一端分别通过电阻与第一内匹配四堆叠放大网络以及第二内匹配四堆叠放大网络中第一中间层晶体管的栅极连接，电阻R27的另一端分别通过电阻与第三内匹配四堆叠放大网络以及第四内匹配四堆叠放大网络中第一中间层晶体管的栅极连接；电阻R25和接地电阻R22的连接节点还分别与电阻R23的一端和电阻R24的一端连接，电阻R23的另一端分别通过电阻与第一内匹配四堆叠放大网络以及第二内匹配四堆叠放大网络中第二中间层晶体管的栅极连接，电阻R24的另一端分别通过电阻与第三内匹配四堆叠放大网络以及第四内匹配四堆叠放大网络中第二中间层晶体管的栅极连接。
上述进一步方案的有益效果是：本发明采用了三级自偏分压网络，该网络在四个内匹配四堆叠放大网络之间共用，使得堆叠结构中除最底层晶体管外的堆叠晶体管的栅极供电实现了电压自偏，大大简化了外围供电结构；而常规堆叠放大网络采用的是外围分压网络，对多路堆叠网络实现分别独立供电，复杂度相对较高。
进一步地，输入奇模电阻网络包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；电阻R1连接于第一内匹配四堆叠放大网络的输入端和第二内匹配四堆叠放大网络的输入端之间，电阻R2连接于第二内匹配四堆叠放大网络的输入端和第三内匹配四堆叠放大网络的输入端之间，电阻R3连接于第三内匹配四堆叠放大网络的输入端和第四内匹配四堆叠放大网络的输入端之间。
输出奇模电阻网络包括电阻R50、电阻R51、电阻R52和电阻R53；电阻R50连接于第一内匹配四堆叠放大网络的输出端和第二内匹配四堆叠放大网络的输出端之间，电阻R51连接于第二内匹配四堆叠放大网络的输出端和三级自偏分压网络的输出端之间，电阻R52连接于三级自偏分压网络的输出端和第三内匹配四堆叠放大网络的输出端之间，电阻R53连接于第三内匹配四堆叠放大网络的输出端和第四内匹配四堆叠放大网络的输出端之间。
上述进一步方案的有益效果是：本发明采用输入奇模电阻网络和输出奇模电阻网络来抑制晶体管管芯的奇模震荡。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯原理框图。
图2所示为本发明实施例提供的一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯电路图。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
本发明实施例提供了一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯，如图1所示，包括输入奇模电阻网络、第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络、第四内匹配四堆叠放大网络、三级自偏分压网络和输出奇模电阻网络。
第一内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第一输入端，其输出端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第一输出端；第二内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第二输入端，其输出端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第二输出端；第三内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第三输入端，其输出端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第三输出端；第四内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第四输入端，其输出端为整个高频高功率高效率复合晶体管管芯的第四输出端。
输入奇模电阻网络分别与第一内匹配四堆叠放大网络的输入端、第二内匹配四堆叠放大网络的输入端、第三内匹配四堆叠放大网络的输入端以及第四内匹配四堆叠放大网络的输入端连接；三级自偏分压网络分别与第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络以及第四内匹配四堆叠放大网络连接；输出奇模电阻网络分别与第一内匹配四堆叠放大网络的输出端、第二内匹配四堆叠放大网络的输出端、第三内匹配四堆叠放大网络的输出端、第四内匹配四堆叠放大网络的输出端以及三级自偏分压网络的输出端连接。
如图2所示，第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络和第四内匹配四堆叠放大网络结构均相同。
本发明实施例中，第一内匹配四堆叠放大网络包括按照源极-漏极依次相连堆叠构成的顶层晶体管M4、第一中间层晶体管M3、第二中间层晶体管M2以及底层晶体管M1。
底层晶体管M1的源极接地，其栅极为第一内匹配四堆叠放大网络的输入端。
第二中间层晶体管M2的栅极连接第一栅极补偿电路和第二栅极补偿电路，并通过电阻R6与三级自偏分压网络连接；第一栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R4和补偿接地电容C1，第二栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R5和补偿接地电容C2。
第一中间层晶体管M3的栅极连接第三栅极补偿电路和第四栅极补偿电路，并通过电阻R7与三级自偏分压网络连接；第三栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R8和补偿接地电容C3，第四栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R9和补偿接地电容C4。
顶层晶体管M4的漏极为第一内匹配四堆叠放大网络的输出端，其栅极连接第五栅极补偿电路和第六栅极补偿电路，并通过电阻R10与三级自偏分压网络连接；第五栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R11和补偿接地电容C5，第六栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R12和补偿接地电容C6。
底层晶体管M1的漏极和第二中间层晶体管M2的源极之间连接有第一L型匹配枝节；第一L型匹配枝节包括串联在底层晶体管M1的漏极和第二中间层晶体管M2的源极之间微带线TL2以及并联在微带线TL2和底层晶体管M1的漏极之间的开路微带线TL1。
第二中间层晶体管M2的漏极和第一中间层晶体管M3的源极之间连接有第二L型匹配枝节；第二L型匹配枝节包括串联在第二中间层晶体管M2的漏极和第一中间层晶体管M3的源极之间微带线TL4以及并联在微带线TL4和第二中间层晶体管M2的漏极之间的开路微带线TL3。
第一中间层晶体管M3的漏极和顶层晶体管M4的源极之间连接有微带线TL6，且微带线TL6和第一中间层晶体管M3的漏极之间连接有第一CL谐振枝节；第一CL谐振枝节包括串联的微带线TL5和接地电容C28。
第二内匹配四堆叠放大网络包括按照源极-漏极依次相连堆叠构成的顶层晶体管M8、第一中间层晶体管M7、第二中间层晶体管M6以及底层晶体管M5。
底层晶体管M5的源极接地，其栅极为第二内匹配四堆叠放大网络的输入端。
第二中间层晶体管M6的栅极连接第七栅极补偿电路和第八栅极补偿电路，并通过电阻R13与三级自偏分压网络连接；第七栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R14和补偿接地电容C7，第八栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R15和补偿接地电容C8。
第一中间层晶体管M7的栅极连接第九栅极补偿电路和第十栅极补偿电路，并通过电阻R16与三级自偏分压网络连接；第九栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R17和补偿接地电容C9，第十栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R18和补偿接地电容C10。
顶层晶体管M8的漏极为第二内匹配四堆叠放大网络的输出端，其栅极连接第十一栅极补偿电路和第十二栅极补偿电路，并通过电阻R19与三级自偏分压网络连接；第十一栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R20和补偿接地电容C11，第十二栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R21和补偿接地电容C12。
底层晶体管M5的漏极和第二中间层晶体管M6的源极之间连接有第三L型匹配枝节；第三L型匹配枝节包括串联在底层晶体管M5的漏极和第二中间层晶体管M6的源极之间微带线TL8以及并联在微带线TL8和底层晶体管M5的漏极之间的开路微带线TL7。
第二中间层晶体管M6的漏极和第一中间层晶体管M7的源极之间连接有第四L型匹配枝节；第四L型匹配枝节包括串联在第二中间层晶体管M6的漏极和第一中间层晶体管M7的源极之间微带线TL10以及并联在微带线TL10和第二中间层晶体管M6的漏极之间的开路微带线TL9。
第一中间层晶体管M7的漏极和顶层晶体管M8的源极之间连接有微带线TL12，且微带线TL12和第一中间层晶体管M7的漏极之间连接有第二CL谐振枝节；第二CL谐振枝节包括串联的微带线TL11和接地电容C17。
第三内匹配四堆叠放大网络包括按照源极-漏极依次相连堆叠构成的顶层晶体管M12、第一中间层晶体管M11、第二中间层晶体管M10以及底层晶体管M9。
底层晶体管M9的源极接地，其栅极为第三内匹配四堆叠放大网络的输入端。
第二中间层晶体管M10的栅极连接第十三栅极补偿电路和第十四栅极补偿电路，并通过电阻R32与三级自偏分压网络连接；第十三栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R33和补偿接地电容C13，第十四栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R34和补偿接地电容C14。
第一中间层晶体管M11的栅极连接第十五栅极补偿电路和第十六栅极补偿电路，并通过电阻R35与三级自偏分压网络连接；第十五栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R36和补偿接地电容C15，第十六栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R37和补偿接地电容C16。
顶层晶体管M12的漏极为第三内匹配四堆叠放大网络的输出端，其栅极连接第十七栅极补偿电路和第十八栅极补偿电路，并通过电阻R38与三级自偏分压网络连接；第十七栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R39和补偿接地电容C19，第十八栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R40和补偿接地电容C20。
底层晶体管M9的漏极和第二中间层晶体管M10的源极之间连接有第五L型匹配枝节；第五L型匹配枝节包括串联在底层晶体管M9的漏极和第二中间层晶体管M10的源极之间微带线TL14以及并联在微带线TL14和底层晶体管M9的漏极之间的开路微带线TL13。
第二中间层晶体管M10的漏极和第一中间层晶体管M11的源极之间连接有第六L型匹配枝节；第六L型匹配枝节包括串联在第二中间层晶体管M10的漏极和第一中间层晶体管M11的源极之间微带线TL16以及并联在微带线TL16和第二中间层晶体管M10的漏极之间的开路微带线TL15。
第一中间层晶体管M11的漏极和顶层晶体管M12的源极之间连接有微带线TL18，且微带线TL18和第一中间层晶体管M11的漏极之间连接有第三CL谐振枝节；第三CL谐振枝节包括串联的微带线TL17和接地电容C18。
第四内匹配四堆叠放大网络包括按照源极-漏极依次相连堆叠构成的顶层晶体管M16、第一中间层晶体管M15、第二中间层晶体管M14以及底层晶体管M13。
底层晶体管M13的源极接地，其栅极为第四内匹配四堆叠放大网络的输入端。
第二中间层晶体管M14的栅极连接第十九栅极补偿电路和第二十栅极补偿电路，并通过电阻R41与三级自偏分压网络连接；第十九栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R42和补偿接地电容C21，第二十栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R43和补偿接地电容C22。
第一中间层晶体管M15的栅极连接第二十一栅极补偿电路和第二十二栅极补偿电路，并通过电阻R44与三级自偏分压网络连接；第二十一栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R45和补偿接地电容C23，第二十二栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R46和补偿接地电容C24。
顶层晶体管M16的漏极为第四内匹配四堆叠放大网络的输出端，其栅极连接第二十三栅极补偿电路和第二十四栅极补偿电路，并通过电阻R47与三级自偏分压网络连接；第二十三栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R48和补偿接地电容C26，第二十四栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R49和补偿接地电容C27。
底层晶体管M13的漏极和第二中间层晶体管M14的源极之间连接有第七L型匹配枝节；第七L型匹配枝节包括串联在底层晶体管M13的漏极和第二中间层晶体管M14的源极之间微带线TL20以及并联在微带线TL20和底层晶体管M13的漏极之间的开路微带线TL19。
第二中间层晶体管M14的漏极和第一中间层晶体管M15的源极之间连接有第八L型匹配枝节；第八L型匹配枝节包括串联在第二中间层晶体管M14的漏极和第一中间层晶体管M15的源极之间微带线TL22以及并联在微带线TL22和第二中间层晶体管M14的漏极之间的开路微带线TL21。
第一中间层晶体管M15的漏极和顶层晶体管M16的源极之间连接有微带线TL24，且微带线TL24和第一中间层晶体管M15的漏极之间连接有第四CL谐振枝节；第四CL谐振枝节包括串联的微带线TL23和接地电容C25。
本发明实施例中，三级自偏分压网络包括依次串联的电阻R31、电阻R28、电阻R25和接地电阻R22，电阻R31的一端连接电阻R28，其另一端为三级自偏分压网络的输出端。电阻R31和电阻R28的连接节点还分别与电阻R29的一端和电阻R30的一端连接，电阻R29的另一端分别连接电阻R10和电阻R19，电阻R30的另一端分别连接电阻R38和电阻R47。电阻R28和电阻R25的连接节点还分别与电阻R26的一端和电阻R27的一端连接，电阻R26的另一端分别连接电阻R7和电阻R16，电阻R27的另一端分别连接电阻R35和电阻R44。电阻R25和接地电阻R22的连接节点还分别与电阻R23的一端和电阻R24的一端连接，电阻R23的另一端分别连接电阻R6和电阻R13，电阻R24的另一端分别连接电阻R32和电阻R41。
输入奇模电阻网络包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；电阻R1连接于第一内匹配四堆叠放大网络的输入端和第二内匹配四堆叠放大网络的输入端之间，电阻R2连接于第二内匹配四堆叠放大网络的输入端和第三内匹配四堆叠放大网络的输入端之间，电阻R3连接于第三内匹配四堆叠放大网络的输入端和第四内匹配四堆叠放大网络的输入端之间。
输出奇模电阻网络包括电阻R50、电阻R51、电阻R52和电阻R53；电阻R50连接于第一内匹配四堆叠放大网络的输出端和第二内匹配四堆叠放大网络的输出端之间，电阻R51连接于第二内匹配四堆叠放大网络的输出端和三级自偏分压网络的输出端之间，电阻R52连接于三级自偏分压网络的输出端和第三内匹配四堆叠放大网络的输出端之间，电阻R53连接于第三内匹配四堆叠放大网络的输出端和第四内匹配四堆叠放大网络的输出端之间。
下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：
本发明的核心架构采用四个结构相同的内匹配四堆叠放大网络，分别对由四个输入端IN1～IN4输入的射频信号进行放大，得到四路射频输出信号，分别由四个输出端OUT1～OUT4输出。
本发明采用的内匹配四堆叠放大网络节省了芯片的面积，同时实现了良好的高频功率输出能力和功率增益能力，避免了集成电路工艺的低击穿电压特性，提高电路的稳定性与可靠性。每个内匹配四堆叠放大网络中，底层晶体管的漏极和第二中间层晶体管的源极之间，以及第二中间层晶体管的漏极和第一中间层晶体管的源极之间均连接有L型匹配枝节，强化了堆叠结构在堆叠晶体管间的阻抗匹配。同时，第一中间层晶体管的漏极和顶层晶体管的源极之间均连接有CL谐振枝节，对顶层晶体管的源极起到谐振稳定作用。
本发明采用了三级自偏分压网络，该网络在四个内匹配四堆叠放大网络之间共用，使得堆叠结构中除最底层晶体管外的堆叠晶体管的栅极供电实现了电压自偏，大大简化了外围供电结构。
此外，本发明采用输入奇模电阻网络和输出奇模电阻网络来抑制晶体管管芯的奇模震荡。
本发明实施例中，晶体管的尺寸和其他直流馈电电阻、补偿电容的大小是综合考虑整个电路的增益、带宽和输出功率等各项指标后决定的，通过后期的版图设计与合理布局，可以更好地实现所要求的各项指标，实现在高频条件下的高功率输出能力、高功率增益、高最佳负载阻抗、芯片面积小且成本低。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于四堆叠技术的高频高功率高效率复合晶体管管芯，其特征在于，包括输入奇模电阻网络、第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络、第四内匹配四堆叠放大网络、三级自偏分压网络和输出奇模电阻网络；
所述第一内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个所述高频高功率高效率复合晶体管管芯的第一输入端，其输出端为整个所述高频高功率高效率复合晶体管管芯的第一输出端；所述第二内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个所述高频高功率高效率复合晶体管管芯的第二输入端，其输出端为整个所述高频高功率高效率复合晶体管管芯的第二输出端；所述第三内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个所述高频高功率高效率复合晶体管管芯的第三输入端，其输出端为整个所述高频高功率高效率复合晶体管管芯的第三输出端；所述第四内匹配四堆叠放大网络的输入端为整个所述高频高功率高效率复合晶体管管芯的第四输入端，其输出端为整个所述高频高功率高效率复合晶体管管芯的第四输出端；
所述输入奇模电阻网络分别与第一内匹配四堆叠放大网络的输入端、第二内匹配四堆叠放大网络的输入端、第三内匹配四堆叠放大网络的输入端以及第四内匹配四堆叠放大网络的输入端连接；
所述三级自偏分压网络分别与第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络以及第四内匹配四堆叠放大网络连接；
所述输出奇模电阻网络分别与第一内匹配四堆叠放大网络的输出端、第二内匹配四堆叠放大网络的输出端、第三内匹配四堆叠放大网络的输出端、第四内匹配四堆叠放大网络的输出端以及三级自偏分压网络的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的高频高功率高效率复合晶体管管芯，其特征在于，所述第一内匹配四堆叠放大网络、第二内匹配四堆叠放大网络、第三内匹配四堆叠放大网络和第四内匹配四堆叠放大网络结构均相同，均包括按照源极-漏极依次相连堆叠构成的顶层晶体管、第一中间层晶体管、第二中间层晶体管以及底层晶体管；
所述底层晶体管的源极均接地，其栅极为其所在内匹配四堆叠放大网络的输入端；
所述顶层晶体管、第一中间层晶体管和第二中间层晶体管的栅极均连接两路栅极补偿电路，并通过电阻与三级自偏分压网络连接；所述栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻和补偿接地电容；
所述顶层晶体管的漏极为其所在内匹配四堆叠放大网络的输出端；
所述底层晶体管的漏极和第二中间层晶体管的源极之间，以及第二中间层晶体管的漏极和第一中间层晶体管的源极之间均连接有L型匹配枝节；所述L型匹配枝节包括串联在两个相邻晶体管的漏极和源极之间微带线以及并联在该微带线和晶体管漏极之间的开路微带线；
所述第一中间层晶体管的漏极和顶层晶体管的源极之间均连接有微带线，且该微带线和第一中间层晶体管的漏极之间连接有CL谐振枝节；所述CL谐振枝节包括串联的微带线和接地电容。
3.根据权利要求2所述的高频高功率高效率复合晶体管管芯，其特征在于，所述三级自偏分压网络包括依次串联的电阻R31、电阻R28、电阻R25和接地电阻R22，所述电阻R31的一端连接电阻R28，其另一端为三级自偏分压网络的输出端；
所述电阻R31和电阻R28的连接节点还分别与电阻R29的一端和电阻R30的一端连接，所述电阻R29的另一端分别通过电阻与第一内匹配四堆叠放大网络以及第二内匹配四堆叠放大网络中顶层晶体管的栅极连接，所述电阻R30的另一端分别通过电阻与第三内匹配四堆叠放大网络以及第四内匹配四堆叠放大网络中顶层晶体管的栅极连接；
所述电阻R28和电阻R25的连接节点还分别与电阻R26的一端和电阻R27的一端连接，所述电阻R26的另一端分别通过电阻与第一内匹配四堆叠放大网络以及第二内匹配四堆叠放大网络中第一中间层晶体管的栅极连接，所述电阻R27的另一端分别通过电阻与第三内匹配四堆叠放大网络以及第四内匹配四堆叠放大网络中第一中间层晶体管的栅极连接；
所述电阻R25和接地电阻R22的连接节点还分别与电阻R23的一端和电阻R24的一端连接，所述电阻R23的另一端分别通过电阻与第一内匹配四堆叠放大网络以及第二内匹配四堆叠放大网络中第二中间层晶体管的栅极连接，所述电阻R24的另一端分别通过电阻与第三内匹配四堆叠放大网络以及第四内匹配四堆叠放大网络中第二中间层晶体管的栅极连接。
4.根据权利要求1所述的高频高功率高效率复合晶体管管芯，其特征在于，所述输入奇模电阻网络包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述电阻R1连接于第一内匹配四堆叠放大网络的输入端和第二内匹配四堆叠放大网络的输入端之间，所述电阻R2连接于第二内匹配四堆叠放大网络的输入端和第三内匹配四堆叠放大网络的输入端之间，所述电阻R3连接于第三内匹配四堆叠放大网络的输入端和第四内匹配四堆叠放大网络的输入端之间。
5.根据权利要求1所述的高频高功率高效率复合晶体管管芯，其特征在于，所述输出奇模电阻网络包括电阻R50、电阻R51、电阻R52和电阻R53；所述电阻R50连接于第一内匹配四堆叠放大网络的输出端和第二内匹配四堆叠放大网络的输出端之间，所述电阻R51连接于第二内匹配四堆叠放大网络的输出端和三级自偏分压网络的输出端之间，所述电阻R52连接于三级自偏分压网络的输出端和第三内匹配四堆叠放大网络的输出端之间，所述电阻R53连接于第三内匹配四堆叠放大网络的输出端和第四内匹配四堆叠放大网络的输出端之间。
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