CN1249916C - 内含分布式电容的功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率放大器集成电路，其包括多个内含一基极的晶体管、多个与上述晶体管对应的镇流电阻、以及一电容。其中，每一镇流电阻的一端与其相对应的晶体管的基极连接，另一端则连接至一直流节点。上述电容的一端连接至一射频节点，而该电容的另一端则与上述多个晶体管的基极连接。其中上述电容的电容值大到足以使上述射频节点上的射频输入讯号经由该功率放大器集成电路的讯号流失量非常低。

Description

内含分布式电容的功率放大器
技术领域
本发明涉及一种应用于有线或无线通讯装置中的功率放大器集成电路，尤其涉及一种内含分布式电容(distributed capacitor)的功率放大器集成电路。
背景技术
近年来，功率放大器集成电路已被广泛应用于各种有线或无线通讯装置中，而一些内含异质结双极型晶体管(heterojunction bipolar transistors)的功率放大器集成电路可运行在高结温(junction temperatures)的环境中。然而，高结温会降低功率放大器集成电路的可靠度，进而限制功率放大器集成电路在运行时所能承受的最大电流、当然也同样限制了功率放大器集成电路运行时所能承受的最高功率。
当功率放大器集成电路内的电流相当大时，功率放大器集成电路会因为其内发射极电流或热能的不规则分布引发热失控(thermal runaway)，而使得其内的发射极处所导通的电流不断增加，直到整个功率放大器集成电路被烧坏为止。因此，功率放大器集成电路的寿命(life and mean time to failure，MTTF)将因其内的高功率而缩短。若要功率放大器集成电路能运行在高温环境中，则非加大其体积不可。
请参考图1，图1为现有的异质结双极型晶体管功率放大器10的等效电路图。功率放大器10包括多个手指状的发射极与基极。功率放大器10的等效电路包括多个晶体管12a-12c、多个用来确保晶体管12a-12c在功率放大器10内的电流相当大时仍能稳定运行的镇流电阻(ballastingresistors)14a-14c、以及多个分别与多个镇流电阻14a-14c并联的旁路电容(bypass capacitor)16a-16c。功率放大器10还包括一用来输入射频输入讯号的输入节点18及一直流电压、以及一集电极节点20，功率放大器10的输出讯号则分别由晶体管12a-12c的集电极处、也就是集电极节点20处输出。功率放大器10的更详细说明请参考发明人为Khatibzadeh等人的美国专利第5,321,279号。虽然镇流电阻14a-14c可使功率放大器10内的晶体管12a-12c的运行较为稳定，但不可避免的是，镇流电阻14a-14c降低了功率放大器10的整体增益(overall gain)。
请参考图2，图2为美国专利第5,629,648号中Pratt所公开的功率放大器30的电路图。与功率放大器10相似，功率放大器30也包括多个晶体管32a-32c、多个镇流电阻34a-34c、及多个旁路电容36a-36c。而与功率放大器10不同的是，功率放大器30由不同的节点处、即节点38及节点39处，分别输入射频讯号及直流电压，而功率放大器30相关的输出讯号则由节点40处输出。然而，功率放大器30内旁路电容36a-36c的使用不仅没有效率，旁路电容36a-36c的使用还会增加功率放大器30电路布局的复杂程度。
一般而言，现有的功率放大器以牺牲增益为代价来增加电路运行时的稳定度，然而，如此的作法是非常没有效率的。不仅如此，现有的功率放大器的电路布局也是非常没有效率的。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种能克服上述缺点的内含分布式电容的功率放大器。
为了解决上述问题，本发明的功率放大器集成电路包括多个内含一基极的晶体管、多个与上述晶体管对应的镇流电阻、以及一电容。其中，每一镇流电阻的一端与其相对应的晶体管的基极连接，另一端则连接至一直流节点；上述电容的一端连接至一射频节点，而该电容的另一端则与上述多个晶体管的基极连接。其中上述电容的电容值大到足以使上述射频节点上的射频输入讯号经由该功率放大器集成电路的讯号流失量非常低。
本发明功率放大器集成电路内的多个晶体管是异质结双极型晶体管。本发明的优选实施方式中上述电容的电容值为较大的值，如此才能确保从射频节点处所输入的射频输入讯号的耗损不致太大。
本发明的优点在于上述电容可提供上述射频输入讯号另一不同的传输路径，以使该射频输入讯号的耗损不致太大。
本发明的另一优点在于上述电容所提供的电容量平均分布在上述多个晶体管的基极上。
上述多个镇流电阻被设定成使上述多个晶体管的多个发射极的温度尽可能一致且稳定。
其中该电路用于一移动电话中。
根据本发明的又一方面，提供一种形成于一半导体基底上的功率放大器集成电路，该功率放大器集成电路包括至少一元件组，每一元件组包括：一用于接收一直流电压的直流节点；一用于接收射频输入讯号的射频节点；形成于上述半导体基底上的多个晶体管，每一晶体管皆包括一基极；形成于上述半导体基底上且分别对应于上述多个晶体管的多个电阻，每一电阻皆包括一第一端及一第二端，上述第一端连接在与其相对应的晶体管的基极上，而上述第二端连接在上述直流节点上；以及一形成于上述半导体基底上的电容，该电容包括一第三端及一第四端，上述第三端连接于上述射频节点，上述第四端连接于上述多个基极中至少两个基极；其中上述多个晶体管与上述多个电阻皆设置于上述半导体基底上并位于上述电容的周围。其中上述电容的电容值大到足以使上述射频节点上的射频输入讯号经由该功率放大器集成电路的讯号流失量非常低。
附图说明
图1为现有的异质结双极型晶体管功率放大器的等效电路图；
图2为另一现有的功率放大器的电路图；
图3为本发明优选实施方式的功率放大器电路图；
图4为本发明优选实施方式的功率放大器电路布局图。
附图标号说明
10、30、50、70  功率放大器    12a、12b、12c  晶体管
14a、14b、14c  镇流电阻    16a、16b、16c  旁路电容
18             输入节点    20、60         集电极节点
2a、32b、32c   晶体管      34a、34b、34c  镇流电阻
36a、36b、36c  旁路电容    38、39、40、59 节点
52a、52b、52n  晶体管      54a、54b、54n  镇流电阻
56、86         电容        58             射频节点
72             基极        74             发射极
76             集电极      78             直流路径
80             镇流电阻群  82             节点
84             射频路径    86a、86b       金属薄层
具体实施方式
请参考图3，图3为本发明优选实施方式的功率放大器50的电路图。功率放大器50包括多个异质结双极型晶体管52a-52n，每一晶体管52a、52b、或52n皆分别包括手指状的发射极及手指状的基极。功率放大器50内所包括的晶体管数量并不限于图3中所示的三个，本发明的功率放大器50可包括三个以下或三个以上的异质结双极型晶体管。功率放大器50还包括多个镇流电阻54a-54n，每一镇流电阻54a-54n皆分别对应于一晶体管52a-52n，镇流电阻54a-54n用来确保晶体管52a-52n在功率放大器50内的电流或功率相当大时仍能稳定运行。功率放大器50还包括一电容56用来将一射频讯号从一射频节点58耦合至多个晶体管52a-52n的基极。电容56的电容值相当大，如此才能将从射频节点58处所输入的射频讯号的耗损降至最低。功率放大器50还包括一节点59，直流电压从节点59处并经由镇流电阻54a-54n而输入至晶体管52a-52n的基极。功率放大器50还包括一集电极节点60，功率放大器50的输出讯号从集电极节点60处输出。
当功率放大器50处于运行状态时，直流电压从节点59处并经由各镇流电阻54a-54n输入至每一晶体管52a-52n的基极，而射频讯号则从节点58处并经由电容56耦合至每一晶体管52a-52n的基极。由于电容56的高电容值特性及上述射频讯号并不会经由镇流电阻54a-54n输入至每一晶体管52a-52n的基极，所以大部分的射频讯号皆能输入至每一晶体管52a-52n的基极。经过功率放大器50的放大作用后的射频讯号从集电极节点60处输出。
一般而言，功率放大器50对于其内每一镇流电阻54a-54n的电阻值并没有特别的要求，只要镇流电阻54a-54n能使晶体管52a-52n的发射极温度尽可能一致且稳定即可。但功率放大器50内电容56的电容值则必需相当大，以尽可能地将上述射频讯号的耗损降至最低。
需特别注意的是，与晶体管52a-52n并联的电阻54a-54n在电气特性上虽可视为一电连接于晶体管52a-52n的具有较小电阻值的等效电阻。然而，每一个晶体管52a-52n最好还是各具有一专属的电阻，以用来稳定因每一晶体管52a-52n的不同基极-发射极电压所产生的热。本发明优选实施方式中每一晶体管皆对应一镇流电阻。
在实际应用中，功率放大器50是设置于一集成电路上，多个晶体管52a-52n(异质结双极型晶体管)、多个镇流电阻54a-54n、乃至于电容56皆可依据标准化的集成电路制造程序被设置于该集成电路上。
请参考图4，图4为本发明优选实施方式中一功率放大器70的电路布局图。功率放大器70包括多个异质结双极型晶体管，每一晶体管皆包括一基极72、一发射极74、及一集电极76。图4中，一直流路径78包括多个镇流电阻群80，直流路径78用于将一施加在多个节点82上的直流电压输入至上述多个晶体管的基极72。图4中，一射频路径84用来将射频讯号耦合至一电容86，电容86是由设置于功率放大器70中不同层的两片矩形金属薄层86a、86b组成。图4中的功率放大器70用来显示如何将图3中的功率放大器50具体化。
镇流电阻群80中的每一镇流电阻的阻值皆可依据功率放大器70的特定设计参数而定。同样，矩形金属薄层86a、86b也可依据电容86的实际电路设计需要而定。
图4中所示的功率放大器70的布局图可有效地提高功率放大器的制作效率及显著地改善功率放大器的散热特性。尤其值得注意的是，功率放大器70的布局方式更可使上述多个晶体管的发射极74得以规律地排列。此外，如此的布局方式更可藉由放置多个背面接点(backside vias)之类的散热装置，将功率放大器70运行时所产生的高热量快速地散发出去。因此，本发明的功率放大器集成电路70较现有的功率放大器集成电路能处理更大量的热能。
功率放大器70的运行与功率放大器50的运行完全相同。
与现有的功率放大器相比，本发明的功率放大器内包括一电容，该电容与多个异质结双极型晶体管的基极连接，该电容的电容值相当大，以使输入于功率放大器的射频讯号的耗损减至最低。与上述电容同等重要的是，本发明功率放大器的电路布局方式为本发明功率放大器提供了良好的散热特性。与现有的功率放大器比较，本发明的功率放大器的运行效率更高、制造成本更低、制造时间更短。
以上仅对本发明的优选实施方式作了说明，凡依照本发明的构思作出的等同变化与修饰，皆应落入本发明权利要求书所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种功率放大器集成电路，包括：
多个晶体管，每一晶体管皆包括一基极；
分别对应于上述多个晶体管的多个镇流电阻(ballast resistor)，每一镇流电阻皆包括一第一端及一第二端，上述每一镇流电阻的第一端连接于其相对应的晶体管的基极；
一连接于上述多个镇流电阻的第二端的直流节点；
一用来接收射频输入讯号的射频节点；以及
一电容，其包括一第三端及一第四端，上述第三端与上述射频节点相连，上述第四端与上述多个晶体管中至少两个晶体管的基极直接相连，
其中上述电容的电容值大到足以使上述射频节点上的射频输入讯号经由该功率放大器集成电路的讯号流失量非常低。
2.如权利要求1所述的功率放大器集成电路，其中上述电容的上述第四端连接于上述多个晶体管的多个基极。
3.如权利要求1或2所述的功率放大器集成电路，其中上述多个晶体管均为异质结双极型晶体管(heterojunction bipolar transistor，HBT)。
4.如权利要求1或2所述的功率放大器集成电路，其中上述电容包括二片分别位于一半导体中不同层的金属层区域。
5.如权利要求1或2所述的功率放大器集成电路，其中上述多个镇流电阻被设定成使上述多个晶体管的多个发射极的温度尽可能一致且稳定。
6.如权利要求1或2所述的功率放大器集成电路，其中该电路用于一有线或一无线通讯装置中。
7.如权利要求1或2所述的功率放大器集成电路，其中该电路用于一移动电话中。
8.如权利要求1或2所述的半导体装置，其中，还包括另外的多个晶体管及电阻以及对应的电容，其中由一电容及等量的晶体管及电阻形成一元件组。
9.如权利要求8所述的半导体装置，其中每一元件组皆包括四个晶体管、四个电阻、及一个电容。
10.一种形成于一半导体基底上的功率放大器集成电路，该功率放大器集成电路包括至少一元件组，每一元件组包括：
一用于接收一直流电压的直流节点；
一用于接收射频输入讯号的射频节点；
形成于上述半导体基底上的多个晶体管，每一晶体管皆包括一基极；
形成于上述半导体基底上且分别对应于上述多个晶体管的多个电阻，每一电阻皆包括一第一端及一第二端，上述第一端连接在与其相对应的晶体管的基极上，而上述第二端连接在上述直流节点上；以及
一形成于上述半导体基底上的电容，该电容包括一第三端及一第四端，上述第三端连接于上述射频节点，上述第四端连接于上述多个基极中至少两个基极；
其中上述多个晶体管与上述多个电阻皆设置于上述半导体基底上并位于上述电容的周围，和上述电容的电容值大到足以使上述射频节点上的射频输入讯号经由该功率放大器集成电路的讯号流失量非常低。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6946720B2 (en) * 2003-02-13 2005-09-20 Intersil Americas Inc. Bipolar transistor for an integrated circuit having variable value emitter ballast resistors
US6784747B1 (en) * 2003-03-20 2004-08-31 Analog Devices, Inc. Amplifier circuit
JPWO2005036645A1 (ja) * 2003-10-14 2006-12-28 松下電器産業株式会社 トランジスタ集積回路装置及びその製造方法
US20050092952A1 (en) * 2003-11-03 2005-05-05 Mccarroll Vincent P. Proportional poppet valve
JP4756843B2 (ja) * 2004-10-05 2011-08-24 パナソニック株式会社 トランジスタ回路
JP4155326B2 (ja) * 2004-11-29 2008-09-24 株式会社村田製作所 半導体装置および電力増幅器
DE112005002800B4 (de) * 2004-11-29 2012-06-06 Murata Manufacturing Co., Ltd. Hochfrequenzschaltung und Leistungsverstärker mit derselben
WO2006057077A1 (ja) * 2004-11-29 2006-06-01 Murata Manufacturing Co., Ltd. 半導体装置および電力増幅器
US7795047B1 (en) * 2004-12-17 2010-09-14 National Semiconductor Corporation Current balancing in NPN BJT and BSCR snapback devices
JP4142660B2 (ja) * 2005-03-23 2008-09-03 松下電器産業株式会社 高周波電力増幅器
KR100660118B1 (ko) 2005-04-06 2006-12-21 한국과학기술원 차동증폭장치 및 이의 컴퓨터 시뮬레이션 모델 생성 방법
JP2006325096A (ja) * 2005-05-20 2006-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高周波電力増幅器
US7504879B2 (en) * 2006-08-24 2009-03-17 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Transconductor and filter circuit
US7598809B2 (en) * 2007-11-30 2009-10-06 Silicon Storage Technology, Inc. RF power amplifier
US9515673B2 (en) * 2015-01-19 2016-12-06 Seiko Epson Corporation D/A conversion circuit, oscillator, electronic apparatus, and moving object
JP6521219B2 (ja) * 2015-01-19 2019-05-29 セイコーエプソン株式会社 Ｄ／ａ変換回路、発振器、電子機器及び移動体
US10268688B2 (en) * 2017-05-03 2019-04-23 International Business Machines Corporation Corpus-scoped annotation and analysis
TWI695579B (zh) * 2017-06-08 2020-06-01 日商村田製作所股份有限公司 功率放大電路

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4081759A (en) * 1976-06-24 1978-03-28 Wai Lit Yen Output signal correcting circuit
US5321279A (en) 1992-11-09 1994-06-14 Texas Instruments Incorporated Base ballasting
DE4402884C1 (de) * 1994-02-01 1995-05-18 Daimler Benz Ag Abschaltbares Leistungshalbleiterbauelement
US5608353A (en) 1995-03-29 1997-03-04 Rf Micro Devices, Inc. HBT power amplifier
JPH11251849A (ja) * 1998-03-04 1999-09-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高周波電力増幅器
JP2001274639A (ja) * 2000-03-27 2001-10-05 Toshiba Corp 半導体電力増幅器および多段モノリシック集積回路
JP3641184B2 (ja) * 2000-03-28 2005-04-20 株式会社東芝 バイポーラトランジスタを用いた高周波電力増幅器
US6448858B1 (en) * 2000-09-15 2002-09-10 International Business Machines Corporation Mask layout for sidefed RF power amplifier

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Publication number Publication date
DE10333553A1 (de) 2004-03-11
CN1481073A (zh) 2004-03-10
TWI278179B (en) 2007-04-01
US20040164804A1 (en) 2004-08-26
US20040017259A1 (en) 2004-01-29
JP2004080763A (ja) 2004-03-11
US6828861B2 (en) 2004-12-07
DE10333553B4 (de) 2016-12-15
US6686801B1 (en) 2004-02-03
TW200402188A (en) 2004-02-01

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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

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Termination date: 20160717

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