CN110581690A - 具有短截线电路的放大器和放大器模块 - Google Patents

具有短截线电路的放大器和放大器模块 Download PDF

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Abstract

提供一种放大器模块。所述放大器模块包括多层印刷电路板(PCB)。第一功率晶体管管芯安装于所述多层PCB的顶部表面处。第二功率晶体管管芯安装于所述多层PCB的所述顶部表面处。阻抗逆变元件耦合于所述第一功率晶体管管芯的输出与所述第二功率晶体管管芯的输出之间。组合节点形成于所述第二功率晶体管管芯的所述输出处。包括传输线元件的短截线电路耦合于所述组合节点处。

Description

具有短截线电路的放大器和放大器模块
技术领域
本公开大体上涉及射频(radio frequency，RF)电子组件，且更具体来说，涉及具有短截线(stub)电路的RF放大器和放大器模块。
背景技术
现今，使用射频(radio frequency，RF)系统提供用于例如蜂窝电话、无线数据网络和无线电系统的无线通信。在无线通信系统中，功率放大器形成传输链中的在将放大的信号提供到天线以经由空中接口进行辐射之前的最后一个放大阶段的一部分。此类无线通信系统中的所期望的放大器的特性是高增益、高线性度、稳定性以及高水平的功率加效率。然而，在达成这些特性上对无线通信系统的架构提出挑战。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种放大器模块，包括：
多层印刷电路板(PCB)；
第一功率晶体管管芯，其安装于所述多层PCB的顶部表面处；
第二功率晶体管管芯，其安装于所述多层PCB的所述顶部表面处；
阻抗逆变元件，其耦合于所述第一功率晶体管管芯的输出与所述第二功率晶体管管芯的输出之间，在所述第二功率晶体管管芯的所述输出处形成组合节点；和
第一短截线电路，其耦合在所述组合节点处，所述第一短截线电路包括具有耦合到所述组合节点的第一端部的第一传输线元件。
在一个或多个实施例中，所述第一传输线元件形成为第一带状线，所述第一带状线由所述多层PCB的第一内传导层形成。
在一个或多个实施例中，所述阻抗逆变元件包括由所述多层PCB的顶部传导层形成的微带，所述微带的至少一部分与所述第一带状线的至少一部分重叠。
在一个或多个实施例中，所述第一短截线电路被配置成充当基频(F0)下的断开电路并且充当二次谐波频率(2*F0)下的接地参考电压的分路。
在一个或多个实施例中，所述第一短截线电路进一步包括第一电容器，所述第一电容器的第一端耦合到所述第一带状线的第二端部。
在一个或多个实施例中，所述第一电容器包括安装于所述多层PCB的所述顶部表面处的表面安装电容器。
在一个或多个实施例中，所述表面安装电容器包括金属-绝缘体-金属(MIM)电容器。
在一个或多个实施例中，所述第一短截线电路进一步包括耦合到所述MIM电容器的电感器。
在一个或多个实施例中，所述模块进一步包括与所述第一短截线电路并联耦合于所述组合节点处的第二短截线电路，所述第二短截线电路包括第二带状线，所述第二带状线由所述多层PCB的不同于形成所述第一带状线的内传导层的内传导层形成。
在一个或多个实施例中，所述第二短截线电路被配置成在三次谐波频率(3*F0)下充当所述第二功率晶体管管芯的所述输出处的接地参考电压分路并且充当所述第一功率晶体管管芯的所述输出处的断开电路。
在一个或多个实施例中，所述第一功率晶体管管芯被配置成在AB类模式中操作且所述第二功率晶体管管芯被配置成在C类模式中操作。
根据本发明的第二方面，提供一种放大器模块，包括：
多层印刷电路板(PCB)；
第一功率晶体管管芯，其安装于所述多层PCB的顶部表面处，所述第一功率晶体管管芯被配置为载波放大器；
第二功率晶体管管芯，其安装于所述多层PCB的所述顶部表面处，所述第二功率晶体管管芯被配置为峰化放大器；
阻抗逆变元件，其耦合于所述第一功率晶体管管芯的输出与所述第二功率晶体管管芯的输出之间，在所述第二功率晶体管管芯的所述输出处形成组合节点；和
第一短截线电路，其耦合于所述组合节点处，所述第一短截线电路包括具有耦合于所述组合节点处的第一端部的第一带状线。
在一个或多个实施例中，所述第二功率晶体管管芯与所述第一功率晶体管管芯在不同方向上朝向。
在一个或多个实施例中，所述模块进一步包括与所述第一短截线电路并联耦合于所述组合节点处的第二短截线电路，所述第二短截线电路包括具有耦合于所述组合节点处的第一端部的第二带状线。
在一个或多个实施例中，所述第一带状线由所述多层PCB的第一内传导层形成且所述第二带状线由所述多层PCB的第二内传导层形成。
在一个或多个实施例中，所述阻抗逆变元件包括由所述多层PCB的顶部传导层形成的微带，所述微带的至少一部分与所述第一带状线的至少一部分和所述第二带状线的至少一部分重叠。
在一个或多个实施例中，所述第一短截线电路被配置成具有大约90度的电长度且所述第二短截线电路被配置成具有大约60度的电长度。
根据本发明的第三方面，提供一种多尔蒂放大器，包括：
多层印刷电路板(PCB)；
载波放大器管芯，其安装于所述多层PCB的顶部表面处；
峰化放大器管芯，其安装于所述多层PCB的所述顶部表面处；
阻抗逆变元件，其耦合于所述载波放大器管芯的漏极端与所述峰化放大器管芯的漏极端之间，在所述峰化放大器管芯的所述漏极端处形成组合节点；和
第一短截线电路，其耦合于所述组合节点处，所述第一短截线电路包括由所述PCB的第一传导层形成的第一带状线。
在一个或多个实施例中，所述第一短截线电路被配置成充当基频(F0)下的断开电路并且充当二次谐波频率(2*F0)下的接地参考电压的分路。
在一个或多个实施例中，所述放大器进一步包括与所述第一短截线电路并联耦合于所述组合节点处的第二短截线电路，所述第二短截线电路包括由所述PCB的第二传导层形成的第二带状线，所述第二传导层不同于所述第一传导层。
本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
本发明借助于例子示出并且不受附图的限制，在附图中的类似标记指示类似元件。图式中的元件为简单和清楚起见被示出并且不必按比例绘制。
图1以示意图形式示出根据一实施例的示例性多尔蒂(Doherty)放大器。
图2以示意图形式示出根据例子实施例的短截线电路。
图3以平面视图示出根据例子实施例的包括短截线电路多尔蒂放大器模块实施方案的一部分。
图4以横截面图示出沿着截面线A-A的图3的多尔蒂放大器模块的部分。
具体实施方式
在其中从载波装置和峰化(peaking)装置到组合/共同节点的相位分别为90度和0度的90/0多尔蒂放大器的设计中，可通过在组合/共同节点处的加载确定到载波装置的谐波加载。对于90/0多尔蒂放大器，组合/共同节点是峰化放大器的输出/漏极。具有高寄生漏极-源极电容Cds的峰值放大器将高谐波频率自终止为短路。这在载波装置处产生F类条件并且增强多尔蒂效率。然而，对于具有低Cds的峰化放大器，例如低外围氮化镓(galliumnitride，GaN)功率晶体管装置，将由输出变换器控管组合节点谐波阻抗，该输出变换器将组合节点基本阻抗变换成50欧姆系统负载。在没有适当关注组合节点谐波加载的情况下，可能发生不当或次优的谐波加载，因此使多尔蒂放大器的功率和效率降低或低于最优水平。
一般来说，本文提供了控制二次谐波和三次谐波以达最优性能、效率和功率的90/0多尔蒂放大器实施方案。放大器包括并联耦合于放大器的组合/共同节点处的第一短路短截线电路和第二短路短截线电路。第一短截线电路被配置成具有大约90度的电长度，并且充当基频F0下的断开电路且充当接地参考电压的二次谐波频率2*F0分路(短路)。同样地，第二短截线电路被配置成具有大约60度的电长度。第二短截线电路充当通往峰化放大器管芯的输出的接地参考电压的三次谐波频率3*F0分路并且充当通往多尔蒂放大器的载波放大器管芯的输出的断开电路。耦合于峰化放大器的输出与载波放大器的输出之间的吸收Cds的阻抗逆变器用以旋转F0、2*F0和3*F0组合/共同节点阻抗以终止载波放大器谐波。
图1以示意图形式示出根据例子实施例的多尔蒂放大器100。如图1中用虚线框110所指示，多尔蒂放大器100的一些或所有组件可实施于单个装置封装或模块中。根据各种实施例，将各个放大器组件朝向以产生载波大器信号路径与峰化放大器信号路径(例如，路径130、140)的部分之间的角度偏移可具有减小封装或模块大小以及在沿着载波路径和峰化路径承载的信号之间进行耦合的有利作用。
在一实施例中，多尔蒂放大器100包括标记为IN的RF输入端、标记为OUT的RF输出端、功率分离器120、载波放大器路径130、峰化放大器路径140、逆变元件152、组合节点150、第一短截线电路154和第二短截线电路156以及输出变换器158。另外，包括分路电感元件160、164和分路电容元件162、166的分路电路耦合到载波放大器路径130和峰值放大器路径140，以实现在逆变元件152的物理长度和电长度的设计灵活性。
当并入到RF系统中时，RF输入端IN耦合到RF信号源(未示出)，且RF输出端OUT耦合到负载170(例如，天线或其它负载)。RF信号源提供输入RF信号，该输入RF信号为模拟信号，其包括通常以一或多个载波频率为中心的光谱能量。基本上，多尔蒂放大器100被配置成放大输入RF信号，并且在RF输出节点OUT处提供放大的RF信号。
在一实施例中，功率分离器120具有输入122和两个输出124、126。功率分离器输入122耦合到RF输入端IN以接收输入RF信号。功率分离器120被配置成将在输入122处接收的RF输入信号划分成第一RF信号和第二RF信号(或载波信号和峰化信号)，该第一RF信号和第二RF信号分别通过输出124、126提供给载波放大器路径130和峰值放大器路径140。根据实施例，功率分离器120包括第一相移元件，其被配置成将第一相移(例如，约90度相移)施加到峰化信号，随后提供给输出126。因此，在输出124和126处，载波信号和峰化可与彼此相位差约90度。
当多尔蒂放大器100具有对称配置(即，其中载波放大器功率晶体管与峰化放大器功率晶体管具有基本相同的大小的配置)时，功率分离器120可将在输入122处接收的输入RF信号划分或拆分成具有非常相似的功率且在一些实施例中具有相等的功率的两个信号。相反地，当多尔蒂放大器100具有不对称配置(即，其中放大器功率晶体管中的一个放大器功率晶体管(通常为峰值放大器晶体管)明显更大的配置)时，功率分配器120可输出具有不相等功率的信号。
在一些实施例中，功率分离器120可用定值无源组件实施。在其它实施例中，功率分离器120可用一或多个可控可变衰减器和/或可变移相器实施，这使功率分离器120能够基于外部提供的控制信号来衰减和/或相移载波信号和峰化信号。
载波放大器路径130被配置成放大来自功率分配器120的载波信号，且将放大的载波信号提供到组合节点150。类似地，峰值放大器路径140被配置成放大来自功率分离器120的峰化信号，且将放大的峰化信号提供到组合节点150，其中路径130、140被设计成使得放大的载波信号和峰化信号彼此同相地到达组合节点150。
根据实施例，载波放大器路径130包括输入电路138(例如，包括阻抗匹配电路)、载波放大器管芯132和逆变元件152。另外，且根据实施例，载波放大器路径130包括耦合于载波放大器管芯132的输出与被配置成用于与接地参考电压耦合的终端114之间的第一分路电路。
在各种实施例中，载波放大器管芯132包括RF输入端134、RF输出端136以及耦合于输入端134与输出端136之间的一或多个放大级。RF输入端134通过输入电路138耦合到功率分离器120的第一输出124，且因此RF输入端134接收由功率分离器120产生的载波信号。
载波放大器管芯132的每一个放大级包括功率晶体管。载波放大器管芯132的每一个功率晶体管可形成为半导体衬底上的场效应晶体管(field effect transistor，FET)(例如金属氧化物半导体FET(metal oxide semiconductor FET，MOSFET)、侧向扩散的MOSFET(laterally diffused MOSFET，LDMOS FET)、高电子迁移率晶体管(high electronmobility transistor，HEMT)等等)。可替换的是，功率晶体管中的每一个功率晶体管可为双极结晶体管(bipolar junction transistor，BJT)。本文中对常用于描述FET的“栅极”、“漏极”和“源极”的提及并不意图为限制性的，因为这些名称中的每一个名称具有用于BJT实施方案的类似特征。在一实施例中，形成包括氮化镓(gallium nitride，GaN)衬底的载波放大器管芯132。在其它实施例中，可使用其它合适的衬底材料形成载波放大器管芯132。
更具体地，每一功率晶体管包括控制电极(例如，栅极端)以及第一电流电极和第二电流电极(例如，漏极端和源极端)。在包括单个功率晶体管的单级装置中，控制电极电连接到RF输入端134，电流电极中的一个电流电极(例如，漏极端或源极端)电连接到RF输出端136，且另一电流电极(例如，源极端或漏极端)电连接到接地参考电压(或另一参考电压)。在包括串联耦合的两个功率晶体管的二级装置中，第一晶体管的控制电极电连接到RF输入端134，第一晶体管的电流电极中的一个电流电极(例如，漏极端或源极端)电连接到第二晶体管的控制电极，且第二晶体管的电流电极中的一个电流电极(例如，漏极端或源极端)电连接到RF输出端136。
除了功率晶体管之外，输入和输出阻抗匹配网络以及偏压电路(未示出)的部分还可整体形成为载波放大器管芯132的部分和/或电耦合到载波放大器管芯132。此外，在其中载波放大器管芯132是二级装置的实施例中，级间匹配网络(未示出)还可整体形成为载波放大器管芯132的一部分。
载波放大器管芯132的RF输出端136耦合到第一分路电路。第一分路电路包括与分路电容元件162(例如，DC阻隔电容器)串联耦合的分路电感元件160(例如，电感器)。更具体地，选择分路电容器162的电容以在终端112处提供用于RF电信号的虚拟接地参考电压，使得电感器160充当RF接地电压的分路电感。在一些实施例中，终端112可耦合到偏压电路以将DC漏极偏压电压提供到载波放大器管芯132的漏极。电感器160与电容器162的串联组合被配置成至少部分地谐振出载波放大器管芯132的晶体管的寄生漏极-源极电容Cds的效应。这使得逆变元件152的物理长度和电长度能够比所需要的长度更长，以完全吸收晶体管漏极电容引入的所有相。
在一实施例中，载波放大器管芯132的RF输出端136(例如，漏极端)在峰化放大器管芯142的输出端146处借助于逆变元件152耦合到组合节点150。根据实施例，逆变元件152充当传输线相移元件(例如，阻抗逆变器)，其在载波放大器管芯132进行放大之后施加相对于载波信号的90度相移。逆变元件152的第一端部(end)耦合到载波放大器管芯132的RF输出端136，且逆变元件152的第二端部耦合到组合节点150。在一实施例中，逆变元件152形成为具有形成于接地平面上方的电介质层上的信号导体的微带传输线。在其它实施例中，逆变元件152可形成为具有形成于上覆接地平面与下伏接地平面之间的信号导体的带状线传输线。
现在参考峰化放大器路径140，其在一实施例中包括峰化放大器管芯142和输入电路148(例如，包括阻抗匹配电路)。另外且根据实施例，峰化放大器路径140包括耦合于峰化放大器管芯142的输出与被配置成用于与接地参考电压耦合的终端118之间的第二分路电路。
在各种实施例中，峰化放大器管芯142包括RF输入端(terminal)144、RF输出端146以及耦合于输入端144与输出端146之间的一或多个放大级。RF输入端144耦合到功率分离器120的第二输出126，且因此RF输入端144接收功率分离器120产生的峰化信号。
如同载波放大器管芯132一样，峰化放大器管芯142的每一放大级包括具有控制电极以及第一电流电极和第二电流电极的功率晶体管。峰化放大器管芯142的功率晶体管可以与上文结合载波放大器管芯132的描述所描述的方式类似的方式电耦合于RF输入端144与RF输出端146之间。结合载波放大器管芯132的描述论述的额外其它细节还适用于峰化放大器管芯142，且为简洁起见在此处不重复该等额外细节。
峰化放大器管芯142的RF输出端146(例如，漏极端)耦合到组合节点150。根据实施例，峰化放大器管芯142的RF输出端146和组合节点150以共同元件予以实施。更具体地，在一实施例中，峰化放大器管芯142的RF输出端146被配置成充当组合节点150并且充当峰化放大器管芯142的输出端146。RF输出端146另外被配置成实现相移和逆变元件152的第二端部与峰化放大器管芯142之间的连接(例如，借助于引线接合阵列)。同样地，第一短截线电路154和第二短截线电路156的第一端部在组合节点150处耦合(例如，借助于引线接合阵列)。
峰化放大器管芯142的RF输出端146耦合到第二分路电路。类似于第一分路电路，第二分路电路还包括与分路电容元件166(例如，DC阻隔电容器)串联耦合的分路电感元件164(例如，电感器)。此外，选择分路电容器166的电容以在终端116处提供用于RF电信号的虚拟接地参考电压，使得电感器164充当通往RF接地电压的分路电感。在一些实施例中，终端116可耦合到偏压电路以用于将DC偏压电压提供到峰化放大器管芯142的漏极。
再次，电感器164与电容器166的串联组合被配置成至少部分地谐振出峰化放大器管芯142的晶体管的寄生漏极-源极电容Cds的效应。如同耦合到载波放大器路径130的分路电感器142一样，耦合到峰化放大器路径140的分路电感器164还使得相移和逆变元件152的物理长度和电长度能够比所需要的长度更长，以完全吸收晶体管漏极电容引入的所有相。
虽然在一实施例中，第一分路电路和第二分路电路可包括在放大器100中，但在其它实施例中，可从放大器100排除该的分路电路中的任一个分路电路。举例来说，放大器100的一个可替换的实施例可包括第一分路电路并且可排除第二分路电路，而放大器100的另一可替换的实施例可包括第二分路电路并且和可排除第一分路电路。
现在参考输出变换器158。放大的载波和峰值RF信号在组合节点150处在相位上进行组合。组合节点150电耦合到RF输出端OUT以将放大且组合的RF输出信号提供到RF输出端OUT。输出变换器158耦合于组合节点150与RF输出端OUT之间，并且用以将恰当负载阻抗呈递给峰化放大器管芯132、142和载波中的每一个。在一实施例中，输出变换器158是将组合节点150基本阻抗变换成50欧姆系统负载的输出阻抗匹配网络。在RF输出端OUT处产生所得的被放大RF输出信号，输出负载170(例如，天线)连接到该RF输出端OUT。
现在参考第一短截线电路154和第二短截线电路156。第一短截线电路154和第二短截线电路156在放大器100的组合节点150处耦合。第一短截线电路154的第一端部在组合节点150处耦合，且第一短截线电路154的第二端部在接地参考电压供应端耦合。同样地，第二短截线电路156的第一端部在组合节点150处耦合，且第二短截线电路156的第二端部在接地参考电压供应端处耦合。根据实施例，第一短截线电路154的特征可为90度短路短截线(例如，被配置成具有大约90度的电长度)，且第二短截线电路156的特征可为60度短路短截线(例如，被配置成具有大约60度的电长度)。90度短路短截线154充当基频F0处的开路，并且充当通往峰化放大器管芯142和载波放大器管芯132两者的输出的接地参考电压供应端的2*F0谐波频率分路。60度短路短截线156充当通往峰化放大器管芯142的输出的接地参考电压供应端的3*F0谐波频率分路，并且充当通往载波放大器管芯132的输出的开路。
虽然在一实施例中，第一短截线电路154和第二短截线电路156可包括在放大器100中，但在其它实施例中，可从放大器100排除该等短截线电路中的任一个短截线电路。举例来说，放大器100的一个可替换的实施例可包括第一短截线电路154并且可排除第二短截线电路156，而放大器100的另一可替换的实施例可包括第二短截线电路156并且可排除第一短截线电路154。将结合图2更详细地解释第一短截线电路154和第二短截线电路156。
放大器100被配置成使得载波放大器路径130提供主动相对低水平输入信号的放大，并且放大路径130、140两者组合操作以提供针对相对高水平输入信号的放大。这可通过例如施加偏压于载波放大器管芯132上以使得载波放大器管芯132在AB类模式中操作并且施加偏压于峰化放大器管芯142上以使得峰化放大器管芯142在C类模式中操作来完成。
根据实施例，载波路径130和峰化路径140的物理组件相对于彼此取向，以使得载波放大路径130和峰化放大路径140的相对应部分在彼此显著不同的方向上延伸。如本文所使用，术语“信号路径”是指RF信号穿过电路所依循的路径。举例来说，穿过载波放大器管芯132的第一信号路径的一部分在RF输入端134与RF输出端136之间沿第一方向(用箭头130指示)延伸。类似地，穿过峰化放大器管芯142的第二信号路径的一部分在RF输入端144与RF输出端146之间沿第二方向(由箭头140所指示)延伸，其中该第一方向与第二方向彼此显著不同。在所示出的实施例中，第一方向与第二方向彼此垂直(即，有角度地隔开90度)。在其它实施例中，第一方向和第二方向可有角度地隔开小于或大于90度。如本文所使用，当提及在第一信号路径和第二信号路径的对应部分的方向之间的角度间隔时，术语“显著不同”是指该等路径部分之间的角度间隔至少为+/-45度。
图2以示意图形式示出根据例子实施例的短截线电路154、156的更详细描述。第一短截线电路154和第二短截线电路156耦合于组合节点150与接地参考电压供应端之间。第一短截线电路154包括传输线元件(例如，带状线)202、电容元件206(例如，DC阻隔电容器)和电感元件208(例如，电感器)。传输线元件202的第一端部耦合到组合节点150，且传输线元件202的第二端部耦合到电容器206的第一端。电容器206的第二端耦合到电感器208的第一端且电感器208的第二端耦合到接地参考电压供应端。虽然在一实施例中，传输线元件202、电容器206和电感器208可包括在第一短截线电路154中，但在其它实施例中，可从第一短截线电路154排除电感器208。举例来说，第一短截线电路154的一个可替换的实施例可包括传输线元件202和电容器206并且可排除电感器208。在一实施例中，传输线元件202形成为具有形成于上覆接地平面与下伏接地平面之间的信号导体的带状线传输线。在其它实施例中，传输线元件202可形成为具有形成于接地平面上方的电介质层上的信号导体的微带传输线。
根据各个实施例，电容器206选择为相对高Q表面安装电容器，例如金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal，MIM)电容器、集成于集成无源装置(integrated passivedevice，IPD)内的电容器、集成于低温共烧陶瓷(1ow-temperature，co-fired ceramic，LTCC)装置内的电容器，或具有相对高Q的另一类型的表面安装电容器。电感器208可与电容器206一起形成于表面安装结构204中，例如上文所提及。可替换的是，电感器208可实施为与表面安装结构204分离的电感元件。
第二短截线电路156包括传输线元件(例如，带状线)212、电容元件216(例如，DC阻隔电容器)和电感元件218(例如，电感器)。传输线元件212的第一端部耦合到组合节点150，且传输线元件212的第二端部耦合到电容器216的第一端。电容器216的第二端耦合到电感器218的第一端，且电感器218的第二端耦合到接地参考电压供应端。虽然在一实施例中，传输线元件212、电容器216和电感器218可包括在第二短截线电路156中，但在其它实施例中，如针对短截线电路154所描述，可从第二短截线电路156排除电感器218。在一实施例中，传输线元件212形成为具有形成于上覆接地平面与下伏接地平面之间的信号导体的带状线传输线。在其它实施例中，传输线元件212可形成为具有形成于接地平面上方的电介质层上的信号导体的微带传输线。
如同短截线电路154一样，电容器216选择为相对高Q表面安装电容器，例如MIM电容器、集成于IPD内的电容器、集成于LTCC装置内的电容器，或另一类型的表面安装电容器。电感器218可与电容器216一起形成于表面安装结构214中，例如上文所提及。可替换的是，电感器218可实施为与表面安装结构214分离的电感元件。
根据实施例，第一短截线电路154的特征可为90度短路短截线。传输线元件202的尺寸(例如，带状线长度、宽度、厚度)、电容器206的电容值和电感器208的电感值被选择为使得第一短截线电路154具有大约90度的电长度，并且充当基频F0下的断开电路且充当接地参考电压的二次谐波频率2*F0分路。同样地，第二短截线电路156的特征可为60度短路短截线。传输线元件212的尺寸(例如，带状线长度、宽度、厚度)、电容器216的电容值和电感器218的电感值被选择为使得第二短截线电路156具有大约60度的电长度并且充当通往峰化放大器管芯142的输出的接地参考电压的三次谐波频率3*F0分路且充当通往载波放大器管芯132的输出的断开电路。在一实施例中，电容器206和216可各自具有在5.0pF到15.0pF的范围内的电容值，且电感器208和218可各自具有在0.8nH到2.4nH的范围内的电感值。在其它实施例中，电容器206和216可具有小于5.0pF或大于15.0pF的电容值，且电感器208和218可具有小于0.8nH或大于2.4nH的电感值。
图3和图4以平面视图和对应横截面图示出多尔蒂放大器100的物理实施方案的实施例。图3以平面视图示出根据例子实施例的多尔蒂放大器模块部分300。应与同时观察图3和图4，图4以横截面图示出沿着截面线A-A的图3的多尔蒂放大器模块部分300。多尔蒂放大器模块部分300包括衬底310、载波放大器管芯332(例如，图1的载波放大器管芯132)、峰化放大器管芯342(例如，图1的峰化放大器管芯142)、微带阻抗逆变器352(例如，图1的逆变元件152)、在峰化放大器管芯342的输出处耦合到组合节点350(例如，共同节点)的第一短截线电路的第一带状线302(例如，图2的短截线电路154的传输线元件202)、耦合到组合节点的第二短截线电路的第二带状线312(例如，图2的短截线电路156的传输线元件212)，以及其它模块特征。
根据实施例，衬底310是由具有通过电介质材料(例如，特氟龙(Teflon)FR-4)分隔开的多个传导层(例如，金属)402-414的印刷电路板(printed circuit board，PCB)材料形成的多层有机衬底。衬底310包括用于安装多尔蒂放大器的组件的顶部安装表面320和底部表面422。图案化传导(例如，金属)层402形成于安装表面320处，以促进电连接到管芯(例如，载波放大器管芯332、峰化放大器管芯342)以及可安装到安装表面320的其它组件。传导层414形成于底部表面422上方以促进例如对载波放大器管芯332和峰化放大器管芯342以及传导层404、408、412的接地平面部分的接地参考接入。用于将载波放大器管芯332和峰化放大器管芯342电耦合到安装表面320的传导管芯附接垫(例如，垫418)由图案化顶部金属层402的一部分形成。在一实施例中，微带352形成为来自传导层404的接地平面部分上方的图案化金属层402的一部分的信号线。信号线部分与接地平面部分通过电介质材料间隔开。在其它实施例中，微带352可形成为衬底310的其它传导层(例如，层404-412)上的带状线。提供导通孔(例如，通孔416)用于金属层402-414之间的电连接。
在一实施例中，衬底310还包括载波放大器管芯332和峰化放大器管芯342耦合到(例如，通过焊料、钎焊材料、银烧结物或其它管芯附接材料)的多个导电导热沟槽420。沟槽420延伸穿过衬底厚度以提供热沉和对载波放大器管芯332和峰化放大器管芯342的接地参考接入(例如，借助于传导层414)。举例来说，传导性沟槽420可填充有铜或另一导热导电材料。在可替换的实施例中，沟槽420可置换为传导性段塞(例如，铜段塞)或置换为热通孔。
根据实施例，载波放大器管芯332的RF输出端336(例如，漏极)借助于第一引线接合阵列322耦合到微带352的第一端部。载波放大器管芯332在RF输出端336处产生放大的RF载波信号。因此，穿过载波放大器管芯332的信号路径处于从RF输入端(未示出)朝向RF输出端336延伸的方向上，该方向由箭头330指示。同样地，峰化放大器管芯342的RF输出端346(例如，漏极)借助于第二引线接合阵列324(例如，图4的引线接合424)耦合到微带352的第二端部。峰化放大器管芯342在RF输出端346产生放大的RF峰化信号。穿过峰化放大器管芯342的信号路径处于从RF输入端(未示出)朝向RF输出端346延伸的方向上，该方向由箭头340指示。载波放大器管芯332和峰化放大器管芯342相对于彼此朝向成使得载波信号路径330和峰化信号路径340的对应部分在彼此显著不同的方向上延伸。RF输出端346充当组合节点350(例如，图1的组合节点150)，放大的峰化信号与延迟的载波放大器信号在该组合节点350处在相位上进行组合。
第一短截线电路(例如，图2的短截线电路154)包括第一带状线302(例如，图2的短截线电路154的传输线元件202)和第一片状电容器304(例如，包括电容元件206和电感元件208的片状电容器204)。根据实施例，带状线302形成于第一内传导层(例如，金属层410)上。带状线302形成为具有形成于传导层408的上覆接地平面部分与传导层412的下伏接地平面部分之间的传导层410上的信号导体部分的带状线传输线。电介质材料安置于信号导体部分与接地平面部分之间。带状线302的第一端部借助于导通孔360耦合到组合节点350，且带状线302的第二端部在第一表面接合垫308处耦合到第一片状电容器304的第一端。第一表面接合垫308可借助于另一导通孔耦合到带状线302的第二端部。第一片状电容器304的第二端在第二表面接合垫308处耦合到接地参考电压供应。虽然在一实施例中，片状电容器304可包括电容元件(例如，图2的206)和电感元件(例如，图2的208)，但在其它实施例中，可从片状电容器304排除电感元件。举例来说，片状电容器304的一个可替换的实施例可包括电容元件(例如，图2的206)且可在无电感元件(例如，图2的208)的情况下形成。在一实施例中，微带352的至少一部分与第一带状线302的至少一部分重叠。
根据各个实施例，片状电容器304的电容元件(例如，图2的206)选择为相对高Q表面安装电容器，例如MIM电容器、集成于IPD内的电容器、集成于LTCC装置内的电容器，或具有相对高Q的另一类型的表面安装电容器。片状电容器304的电感元件(例如，图2的208)可与电容元件一起形成于片状电容器304中。可替换的是，电感元件可与片状电容器304分离实施。
第二短截线电路(例如，图2的短截线电路156)包括第二带状线312(例如，图2的短截线电路156的传输线元件212)和第二片状电容器314(例如，包括电容元件216和电感元件218的片状电容器214)。根据实施例，第二带状线312形成于不同于第一内传导层的第二内传导层(例如，金属层406)上。带状线312形成为具有形成于传导层404的上覆接地平面部分与传导层408的下伏接地平面部分之间的传导层406上的信号导体部分的带状线传输线。电介质材料安置于信号导体部分与接地平面部分之间。在组合节点350处借助于导通孔360耦合带状线312的第一端部，且带状线312的第二端部在第一表面接合垫318处耦合到第二片状电容器314的第一端。第二表面接合垫318可借助于另一导通孔耦合到带状线312的第二端部。第二片状电容器314的第二端在第二表面接合垫318处耦合到接地参考电压供应。虽然在一实施例中，片状电容器314可包括电容元件(例如，图2的216)和电感元件(例如，图2的218)，但在其它实施例中，可从片状电容器314排除电感元件。举例来说，片状电容器314的一个可替换的实施例可包括电容元件(例如，图2的216)并且可在无电感元件(例如，图2的218)的情况下形成。在一实施例中，微带352的至少一部分与第二带状线312的至少一部分重叠。在一实施例中，微带352的至少一部分与第一带状线302的至少一部分和第二带状线312的至少一部分重叠。
如同片状电容器304一样，片状电容器314的电容元件(例如，图2的216)选择为相对高Q表面安装电容器，例如MIM电容器、集成于IPD内的电容器、集成于LTCC装置内的电容器，或另一类型的表面安装电容器。片状电容器314的电感元件(例如，图2的218)可与电容元件一起形成于片状电容器314中。可替换的是，电感元件可与片状电容器314分离实施。
根据实施例，第一短截线电路(例如，图2的短截线电路154)的特征可为90度短路短截线。传输线元件302的尺寸(例如，长度、宽度、厚度)以及片状电容器304的电容值和电感值被选择为使得第一短截线电路具有大约90度的电长度，并且充当基频F0下的断开电路且充当接地参考电压的二次谐波频率2*F0分路。同样地，第二短截线电路(例如，图2的短截线电路156)的特征可为60度短路短截线。传输线312的尺寸(例如，长度、宽度、厚度)以及片状电容器314的电容值和电感值被选择为使得第二短截线电路具有大约60度的电长度并且充当通往峰化放大器管芯342的输出的接地参考电压的三次谐波频率3*F0分路且充当通往载波放大器管芯332的输出的断开电路。
一般来说，提供一种放大器模块，其包括多层印刷电路板(PCB)；第一功率晶体管管芯，其安装于所述多层PCB的顶部表面处；第二功率晶体管管芯，其安装于多层PCB的顶部表面处；阻抗逆变元件，其耦合于第一功率晶体管管芯的输出与第二功率晶体管管芯的输出之间，在第二功率晶体管管芯的输出处形成组合节点；和第一短截线电路，其耦合在组合节点处，第一短截线电路包括具有耦合到组合节点的第一端部的第一传输线元件。该第一传输线元件可形成为第一带状线，该第一带状线由多层PCB的第一内传导层形成。阻抗逆变元件可包括由多层PCB的顶部传导层形成的微带，微带的至少一部分与第一带状线的至少一部分重叠。第一短截线电路可被配置成充当基频(F0)下的断开电路并且充当二次谐波频率(2*F0)下的接地参考电压的分路。第一短截线电路可另外包括第一电容器，该第一电容器的第一端耦合到第一带状线的第二端部。该第一电容器可包括安装于多层PCB的顶部表面处的表面安装电容器。表面安装电容器可包括金属-绝缘体-金属(MIM)电容器。第一短截线电路可另外包括耦合到MIM电容器的电感器。该模块可另外包括与第一短截线电路并联耦合于组合节点处的第二短截线电路，该第二短截线电路包括第二带状线，该第二带状线由多层PCB的不同于形成的第一带状线的内传导层的内传导层形成的。该第二短截线电路可被配置成在三次谐波频率(3*F0)下充当第二功率晶体管管芯的输出处的接地参考电压分路并且充当第一功率晶体管管芯的输出处的断开电路。第一功率晶体管管芯可被配置成在AB类模式中操作且第二功率晶体管管芯可被配置成在C类模式中操作。
在另一实施例中，提供一种放大器模块，其包括多层印刷电路板(PCB)；第一功率晶体管管芯，其安装于多层PCB的顶部表面处，该第一功率晶体管管芯被配置为载波放大器；第二功率晶体管管芯，其安装于多层PCB的顶部表面处，该第二功率晶体管管芯被配置为峰化放大器；阻抗逆变元件，其耦合于第一功率晶体管管芯的输出与第二功率晶体管管芯的输出之间，在第二功率晶体管管芯的输出处形成组合节点；和第一短截线电路，其耦合于组合节点处，该第一短截线电路包括具有耦合于组合节点处的第一端部的第一带状线。第二功率晶体管管芯可与第一功率晶体管管芯朝向于不同方向上。该模块可另外包括与第一短截线电路并联耦合于组合节点处的第二短截线电路，该第二短截线电路包括具有耦合于组合节点处的第一端部的第二带状线。第一带状线可由多层PCB的第一内传导层形成且第二带状线可由多层PCB的第二内传导层形成。阻抗逆变元件可包括由多层PCB的顶部传导层形成的微带，该微带的至少一部分与第一带状线的至少一部分和第二带状线的至少一部分重叠。第一短截线电路可被配置成具有大约90度的电长度且第二短截线电路可被配置成具有大约60度的电长度。
在又一实施例中，提供一种多尔蒂放大器，其包括多层印刷电路板(PCB)；载波放大器管芯，其安装于多层PCB的顶部表面处；峰化放大器管芯，其安装于多层PCB的顶部表面处；阻抗逆变元件，其耦合于载波放大器管芯的漏极端与峰化放大器管芯的漏极端之间，在峰化放大器管芯的漏极端处形成组合节点；和第一短截线电路，其耦合于组合节点处，该第一短截线电路包括由PCB的第一传导层形成的第一带状线。第一短截线电路可被配置成充当基频(F0)下的断开电路并且充当二次谐波频率(2*F0)下的接地参考电压的分路。该放大器可另外包括与第一短截线电路并联耦合于组合节点处的第二短截线电路，该第二短截线电路包括由PCB的第二传导层形成的第二带状线，该第二传导层不同于第一传导层。
现在应了解，本文提供了控制二次谐波和三次谐波以达最优性能、效率和功率的90/0多尔蒂放大器实施方案。放大器包括并联耦合于放大器的组合/共同节点处的第一短路短截线电路和第二短路短截线电路。第一短截线电路被配置成具有大约90度的电长度，并且充当基频F0下的断开电路且充当接地参考电压的二次谐波频率2*F0分路(短路)。同样地，第二短截线电路被配置成具有大约60度的电长度。第二短截线电路充当通往峰化放大器管芯的输出的接地参考电压的三次谐波频率3*F0分路并且充当通往多尔蒂放大器的载波放大器管芯的输出的断开电路。耦合于峰化放大器的输出与载波放大器的输出之间的吸收Cds的阻抗逆变器用以旋转F0、2*F0和3*F0组合/共同节点阻抗以终止载波放大器谐波。
由于实施本发明的设备大部分由本领域的技术人员已知的电子组件和电路组成，因此为了理解和了解本发明的基本概念并且为了不混淆或偏离本发明的教示，将不会以比上文所示出的认为必要的任何更大程度阐述电路细节。
虽然本发明已关于特定传导类型或电势的极性进行描述，但本领域的技术人员会了解到，可颠倒传导类型或电势的极性。
此外，在说明书和权利要求书中的术语“正面”、“背面”、“顶部”、“底部”、“在......上方”、“在......下方”等等(如果存在的话)用于描述性目的，且未必用于描述永久性相对位置。应理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，使得本文中所描述的实施例例如能够相比本文中所示出或以其它方式描述的那些朝向以其它朝向进行操作。
虽然本文中参考具体实施例描述了本发明，但是可以在不脱离如所附权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下进行各种修改和改变。因此，说明书和图式应视为说明性而不是限制性意义，并且预期所有这些修改都包括在本发明的范围内。并不意图将本文中相对于具体实施例描述的任何优势、优点或针对问题的解决方案理解为任何或所有权利要求的关键、必需或必不可少的特征或元件。
此外，如本文中所使用，术语“一”被定义为一个或大于一个。另外，权利要求书中对例如“至少一个”和“一或多个”等引导性短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一”引导的另一权利要求要素将含有此类引导的权利要求要素的任何特定权利要求限制于仅含有一个此类要素的发明，即使是当同一权利要求包括引导性短语“一或多个”或“至少一个”和例如“一”等不定冠词时也如此。定冠词的使用也是如此。
除非另有陈述，否则例如“第一”和“第二”等术语用于任意地区别此类术语所描述的元件。因此，这些术语未必意图指示此些元件的时间上的优先级或其它优先级。

Claims (10)

1.一种放大器模块，其特征在于，包括：
多层印刷电路板(PCB)；
第一功率晶体管管芯，其安装于所述多层PCB的顶部表面处；
第二功率晶体管管芯，其安装于所述多层PCB的所述顶部表面处；
阻抗逆变元件，其耦合于所述第一功率晶体管管芯的输出与所述第二功率晶体管管芯的输出之间，在所述第二功率晶体管管芯的所述输出处形成组合节点；和
第一短截线电路，其耦合在所述组合节点处，所述第一短截线电路包括具有耦合到所述组合节点的第一端部的第一传输线元件。
2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第一传输线元件形成为第一带状线，所述第一带状线由所述多层PCB的第一内传导层形成。
3.根据权利要求2所述的模块，其特征在于，所述阻抗逆变元件包括由所述多层PCB的顶部传导层形成的微带，所述微带的至少一部分与所述第一带状线的至少一部分重叠。
4.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第一短截线电路被配置成充当基频(F0)下的断开电路并且充当二次谐波频率(2*F0)下的接地参考电压的分路。
5.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第一短截线电路进一步包括第一电容器，所述第一电容器的第一端耦合到所述第一带状线的第二端部。
6.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，所述第一电容器包括安装于所述多层PCB的所述顶部表面处的表面安装电容器。
7.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，进一步包括与所述第一短截线电路并联耦合于所述组合节点处的第二短截线电路，所述第二短截线电路包括第二带状线，所述第二带状线由所述多层PCB的不同于形成所述第一带状线的内传导层的内传导层形成。
8.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第一功率晶体管管芯被配置成在AB类模式中操作且所述第二功率晶体管管芯被配置成在C类模式中操作。
9.一种放大器模块，其特征在于，包括：
多层印刷电路板(PCB)；
第一功率晶体管管芯，其安装于所述多层PCB的顶部表面处，所述第一功率晶体管管芯被配置为载波放大器；
第二功率晶体管管芯，其安装于所述多层PCB的所述顶部表面处，所述第二功率晶体管管芯被配置为峰化放大器；
阻抗逆变元件，其耦合于所述第一功率晶体管管芯的输出与所述第二功率晶体管管芯的输出之间，在所述第二功率晶体管管芯的所述输出处形成组合节点；和
第一短截线电路，其耦合于所述组合节点处，所述第一短截线电路包括具有耦合于所述组合节点处的第一端部的第一带状线。
10.一种多尔蒂放大器，其特征在于，包括：
多层印刷电路板(PCB)；
载波放大器管芯，其安装于所述多层PCB的顶部表面处；
峰化放大器管芯，其安装于所述多层PCB的所述顶部表面处；
阻抗逆变元件，其耦合于所述载波放大器管芯的漏极端与所述峰化放大器管芯的漏极端之间，在所述峰化放大器管芯的所述漏极端处形成组合节点；和
第一短截线电路，其耦合于所述组合节点处，所述第一短截线电路包括由所述PCB的第一传导层形成的第一带状线。
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