DE102020107692B4 - Hochleistungsverstärker mit variablem verstärkungsfaktor unter verwendung von laminatübertragungsleitungsstrukturen - Google Patents

Hochleistungsverstärker mit variablem verstärkungsfaktor unter verwendung von laminatübertragungsleitungsstrukturen Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (400), aufweisend:einen integrierten Halbleiter-IC-Chip (406) aufweisend mindestens eine aktive Komponente zum Umsetzen einer Verstärkerschaltung (100, 200); undeine Laminatstruktur (401) aufweisend mehrere Metallschichten, wobei die Laminatstruktur ferner mehrere passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen (402, 404A, 404B) aufweist;wobei der Halbleiter-IC-Chip (406) derart mit der Laminatstruktur (401) integriert ist, dass eine obere Metallschicht der Laminatstruktur (401) eine Abschirmung über einer Oberseite des Halbleiter-IC-Chips (406) und den passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung (100, 200) generierten Signalen jenseits der Laminatstruktur (401) aufweist;wobei die passiven Komponenten und übertragungsleitungsbasierten Strukturen (402, 404A, 404B) in die Laminatstruktur (401) integriert sind und der Halbleiter-IC-Chip (406) mit der Laminatstruktur (401) verbunden ist;wobei die mehreren passiven Komponenten ein Symmetrierglied (402) aufweisen, das so geschaltet ist, dass es einen Ausgang eines Hochfrequenz-Digital-Analog-Wandlers empfängt; undwobei die mehreren passiven Komponenten mindestens einen 90°-Richtkoppler (404A) aufweisen, der zwischen einen Ausgang des Symmetrierglieds (402) und einen Eingang des Halbleiter-IC-Chips (406) geschaltet ist.

Description

  • GEBIET DER OFFENBARUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor („VGAs“, Variable Gain Amplifiers) und insbesondere Techniken zum Umsetzen eines Hochleistungs-VGA unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen.
  • HINTERGRUND
  • Eine Verstärkung mit variablem Verstärkungsfaktor („VGA“) kann verwendet werden, um ein größeres oder kleineres Signal an einem Ausgang davon zum Zweck des Ansteuerns eines Leistungsverstärkers zu erzeugen. Insbesondere kann der VGA so ausgelegt werden, dass er eine Schnittstelle zwischen einem Hochfrequenz-Digital-Analog-Wandler („HF-DAC“) und einem Leistungsverstärker bereitstellt, um Verstärkung sowie Leistungssteuerung über Oktaven-Bandbreiten bereitzustellen.
  • In der DE 11 2017 006 442 T5 werden verschiedene Aspekte drahtloser Kommunikationssysteme beschrieben, darunter auch ein Laminat mit einem Massekäfig zum Schutz einer Schaltung vor elektromagnetischer Störung.
  • Die US 2015/0171878 A1 zeigt ein Digital-Analog-Wandler-System mit hoher Ausgangsleistung, das für Hochfrequenzanwendungen geeignet ist.
  • KURZE DARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
  • Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert. Ein Beispiel ist eine Vorrichtung, aufweisend: einen integrierten Halbleiterschaltungs(„IC“)-Chip aufweisend mindestens eine aktive Komponente zum Umsetzen einer Verstärkerschaltung; und eine Laminatstruktur aufweisend mehrere Metallschichten, wobei die Laminatstruktur ferner mehrere passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen aufweist. Der Halbleiter-IC-Chip ist derart mit der Laminatstruktur integriert, dass eine obere Schicht der Laminatstruktur eine Abschirmung über einer Oberseite des Halbleiter-IC-Chips und den passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung generierten Signalen jenseits der Laminatstruktur aufweist. In gewissen Beispielen weist die obere Metallschicht Kupfer auf, die mindestens eine aktive Komponente weist mindestens einen eines Operationsverstärkers, eines digitalen Dämpfungsglieds („DSA“) und eines analogen Dämpfungsglieds („WA“) auf, und die mehreren passiven Komponenten weisen ein Symmetrierglied auf, das so geschaltet ist, dass es einen Ausgang eines Hochfrequenz-Digital-Analog-Wandlers („HF-DAC“) empfängt. Das Symmetrierglied kann ein Übertragungsleitungs-Symmetrierglied aufweisen, und die mehreren passiven Komponenten können mindestens einen 90°-Richtkoppler aufweisen, der zwischen einen Ausgang des Symmetrierglieds und einen Eingang des Halbleiter-IC-Chips geschaltet ist, und mindestens einen 90°-Richtkoppler, der zwischen einen Ausgang des Halbleiter-IC-Chips und einen Eingang eines Leistungsverstärkers geschaltet ist.
  • In gewissen Beispielen kann die Vorrichtung mehrere Masse-Vias aufweisen, die um eine Peripherie der Laminatstruktur von einer oberen Schicht davon zu einer unteren Schicht davon zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung erzeugten Signalen angeordnet sind, und eine Masseschiene einen Stapel von Metallschichten verbunden mit Masse durch die Vorrichtung mit einer Leiterplatte („PCB“), womit die Vorrichtung verbunden ist zum weiteren Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung erzeugten Signalen mit durch eine andere Verstärkerschaltung bei der ersten Verstärkerschaltung erzeugten Signalen, aufweisen. Die die Masseschiene aufweisenden Metallschichten können mit den die Laminatstruktur aufweisenden Metallschichten identisch sein. Außerdem kann der Halbleiter-IC-Chip ein Siliziumgermanium(„SiGe“)-Chip sein und kann Kupfersäulen zum Ermöglichen von Massen mit niedriger Induktivität aufweisen.
  • Eine alternatives Beispiel ist eine Doppelkanal-Verstärkungsvorrichtung, aufweisend: einen ersten integrierten Halbleiterschaltungs(„IC“)-Chip aufweisend mindestens eine erste aktive Komponente zum Umsetzen einer mit einem ersten Kanal assoziierten ersten Verstärkerschaltung; einen zweiten Halbleiter-IC-Chip aufweisend mindestens eine zweite aktive Komponente zum Umsetzen einer mit einem zweiten Kanal assoziierten zweiten Verstärkerschaltung; eine erste Metalllaminatstruktur aufweisend mehrere erste passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen; und eine zweite Metalllaminatstruktur, die parallel zu der ersten Metalllaminatstruktur angeordnet ist, wobei die zweite Metalllaminatstruktur mehrere zweite passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen aufweist. In gewissen Beispielen ist der erste Halbleiter-IC-Chip derart mit der ersten Laminatstruktur integriert, dass eine obere Schicht der ersten Laminatstruktur eine erste Abschirmung über einer Oberseite des ersten Halbleiter-IC-Chips und der ersten passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von den ersten Kanal aufweisenden Signalen mit den zweiten Kanal aufweisenden Signalen aufweist; und der zweite Halbleiter-IC-Chip ist derart mit der zweiten Laminatstruktur integriert, dass eine obere Schicht der zweiten Laminatstruktur eine Abschirmung über einer Oberseite des zweiten Halbleiter-IC-Chips und der zweiten passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von den zweiten Kanal aufweisenden Signalen mit den ersten Kanal aufweisenden Signalen aufweist.
  • Die obere Metallschicht der ersten und zweiten Laminatstruktur kann Kupfer sein. Die Vorrichtung kann ferner mehrere erste Masse-Vias, die um eine Peripherie der ersten Laminatstruktur von einer oberen Schicht davon zu einer unteren Schicht davon angeordnet sind, und mehrere zweite Masse-Vias, die um eine Peripherie der zweiten Laminatstruktur von einer oberen Schicht davon zu einer unteren Schicht davon angeordnet sind, aufweisen, wobei die mehreren ersten und zweiten Masse-Vias zum Trennen des ersten Kanals von dem zweiten Kanal sind. Noch ferner kann die Vorrichtung eine Masseschiene aufweisen, die zwischen der ersten Metalllaminatstruktur und der zweiten Metalllaminatstruktur angeordnet ist, wobei die Masseschiene einen Stapel von mit Masse verbundenen Metallschichten zum weiteren Begrenzen einer magnetischen Kopplung von mit dem ersten Kanal assoziierten Signalen und mit dem zweiten Kanal assoziierten Signalen aufweist. In gewissen Beispielen sind die Metallschichten, die die Masseschiene aufweisen, identisch mit den Metallschichten, die die Laminatstruktur aufweisen.
  • Noch eine weiteres Beispiel ist eine Verstärkerschaltung mit variablem Verstärkungsfaktor („VGA“), aufweisend: einen integrierten Halbleiterschaltungs(„IC“)-Chip aufweisend mindestens eine aktive Komponente zum Umsetzen einer Verstärkerschaltung; und eine Laminatstruktur aufweisend mehrere Metallschichten, wobei die Laminatstruktur ferner mehrere passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen aufweist. Der Halbleiter-IC-Chip ist derart mit der Laminatstruktur integriert, dass eine obere Schicht der Laminatstruktur eine Abschirmung über einer Oberseite des Halbleiter-IC-Chips und den passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung generierten Signalen jenseits der Laminatstruktur aufweist. Außerdem weist die VGA-Schaltung einen Eingang zum Empfangen eines Ausgangs eines Digital-Analog-Wandlers („DAC“) und eines mit einem Eingang eines Leistungsverstärkers verbundenen Ausgangs auf.
  • Die VGA-Schaltung kann weiterhin mehrere Masse-Vias aufweisen, die um eine Peripherie der Laminatstruktur von einer oberen Schicht davon zu einer unteren Schicht davon angeordnet ist, um eine magnetische Kopplung von durch die Verstärkerschaltung erzeugten Signalen zu begrenzen. Außerdem kann die VGA-Schaltung eine Masseschiene aufweisen, aufweisend einen Stapel von Metallschichten verbunden mit Masse durch die Vorrichtung mit einer Leiterplatte („PCB“), womit die Vorrichtung verbunden ist zum weiteren Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung erzeugten Signalen mit durch eine andere Verstärkerschaltung bei der ersten Verstärkerschaltung erzeugten Signalen.
  • Figurenliste
  • Zur Bereitstellung eines umfassenderen Verständnisses der vorliegenden Offenbarung und Merkmalen und Vorteilen davon wird auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszahlen gleiche Teile darstellen. Es zeigen:
    • 1A ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine Schaltung aufweisend einen Hochleistungs-VGA unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen darstellt;
    • 1B ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Beispiel-Ball-Grid-Array(„BGA“)-Package zur Verwendung in Verbindung mit dem Hochleistungs-VGA von 1A;
    • 2A ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine Schaltung aufweisend eine alternatives Beispiel eines Hochleistungs-VGA unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen gemäß hierin beschriebenen Beispiele veranschaulicht;
    • 2B ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Land-Grid-Array („LGA“)-Package zur Verwendung in Verbindung mit dem Hochleistungs-VGA von 2A;
    • 3 ein Beispiellayout einer Metalllaminatstruktur für einen Hochleistungs-VGA unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen gemäß hierin beschriebenen Beispielen;
    • 4 eine weggeschnittene Perspektivansicht eines Wafer-Package aufweisend einen Hochleistungs-VGA unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen gemäß hierin beschriebenen Beispielen;
    • 5A eine obere Draufsicht des VGA von 4;
    • 5B eine Seitendraufsicht des VGA von 4;
    • 5C eine Enddraufsicht des VGA von 4;
    • 5D eine Bodendraufsicht des VGA von 4; und
    • 6 eine weggeschnittene Perspektivansicht eines Package aufweisend ein Doppelkanal-Hochleistungs-VGA-Package unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen gemäß hierin beschriebenen Beispielen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Wie zuvor erwähnt, kann eine Übertragungs-VGA-Schaltung dafür ausgelegt sein, zwischen einem HF-DAC und einem Leistungsverstärker zu koppeln, um Verstärkungs- und Leistungssteuerung über Oktaven-Bandbreiten bereitzustellen. Wie hier unten beschrieben werden wird, können in einigen Beispielen die aktiven Komponenten des Verstärkers als eine monolithische integrierte SiGe-Schaltung realisiert werden, die mit einer organischen laminatbasierten Übertragungsleitungsstruktur kombiniert ist. Die Laminatstruktur kann passive Komponenten wie etwa leitungsbasierte Strukturen sowie konzentrierte Schaltungselementkomponenten wie etwa Widerstände, Kondensatoren und Induktoren aufweisen, und kann auf eine Weise realisiert werden, die eine extrem hohe Trennung zwischen Signalkanälen bereitstellt.
  • Insbesondere ermöglicht eine symmetrische Verstärkerausbildung mit 90°-Richtkoppler-Strukturen am Eingang und Ausgang einen ausgezeichneten Breitband-Rückverlust über Oktaven-Bandbreiten. Eine derartige Ausbildung erhöht auch den OIP3 (Output Third Order Intercept) und den OIP1dB (Output 1 dB Compression Point) um 3 dB aufgrund der sich am Ausgang vereinigenden Leistung. Die 90°-Richtkoppler-Strukturen sowie ein Eingangs-Symmetrierglied werden auf der Laminatstruktur realisiert, und Verstärker, analoge Dämpfungsglieder(„WAs“)- und digitale Dämpfungsglieder(„DSAs“)-Blöcke werden beispielsweise auf einem Halbleiter(z.B. SiGe)-Die realisiert. Ein kundenspezifisches Flip-Chip-On-Laminate-Package wird mit Kupfersäulen verwendet, die Massen mit niedriger Induktanz ermöglichen und ein besseres Wärmemanagement gestatten, wobei die Wärme durch die Kupfersäulen nach unten zu kupfergefüllten Vias in dem Laminat anstatt durch den Die fließt. Insbesondere gestatten die Kupfersäulen auf dem Halbleiter-Die, dass Massen von den Metallschichten zu dem Laminat verbunden werden, nachdem der Die umgeklappt worden ist. Eine Abschirmung wird auf dem Laminat verwendet, um eine anspruchsvolle 65 dB-Kanal-zu-Kanal-Trennanforderung für eine Doppelkanal-Einrichtung zu erfüllen.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 1A wird darin ein vereinfachtes Blockdiagramm dargestellt, das eine Schaltung 100 aufweisend einen Hochleistungs-VGA unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen gemäß hierin beschriebenen Beispielen veranschaulicht. Wie in 1A gezeigt, weist die Schaltung 100 einen Sendeempfänger oder HF-DAC 102, ein Tiefpassfilter („LPF“) 103, der geschaltet ist, um einen Ausgang des HF-DAC 102 zu empfangen, einen Hochleistungs-VGA 104, der so geschaltet ist, dass er einen Ausgang des LPF 103 empfängt, und einen Leistungsverstärker („PA“) 106, der so geschaltet ist, dass er einen Ausgang des VGA 104 empfängt, auf. Der Ausgang des PA 106 kann einen Duplexer 107 ansteuern. Wie ferner in 1A gezeigt ist, weist der VGA 104 ein Symmetrierglied 108, ein Paar von 90°-Richtkopplern 110A, 110B, einen DAC 112, ein Paar von WAs 114A, 114B, mehrere Verstärker 116A-116D und ein Paar von DSAs 118A, 118B auf. Gemäß Merkmalen von hierin beschriebenen Beispielen und wie unten ausführlicher beschrieben, sind die passiven Elemente des VGA 104 (d.h. das Symmetrierglied 108 und die 90°-Richtkoppler 110A, 110B in ein Metalllaminat integriert, das in einem Beispiel sechs Metallschichten aufweist, während die aktiven Komponenten des VGA 104 (z.B. die WAs 114A, 114B, die Verstärker 116A-116D und die DSAs 118A, 118B) in einen einzelnen integrierten Halbleiter(z.B. SiGe)-Schaltungs(„IC“)-Chip, in 1A durch einen gestrichelten Kasten 119 dargestellt, innerhalb des Metalllaminats integriert sind. Insbesondere ist der IC-Chip umgeklappt und die Kupfersäulenmassen und Eingänge und Ausgänge sind mit der oberen Schicht des Laminats verbunden. Der VGA 104 kann einen OIP3 von 42 dBm und einen OP1 von 25 dBm aufweisen. Außerdem kann der VGA 104 einen vollen Oktavenbetrieb mit integrierten 90°-Richtkopplern 110A, 110B ermöglichen und besitzt einen 50-Ohm-Differenzeingang („RFINP“, „RFINN“) und einen 50-Ohm-Eintaktausgang („RFOUT“).
  • Wie in 1A gezeigt, ist der VGA 104 eine Hochleistungslösung mit mehr als 25 dBm von OP1dB über eine volle Oktaven-Bandbreite mit ausgezeichnetem Rückverlust und einem Gesamtverstärkungsfaktor von 32 dB. Die integrierten 90°-Richtkoppler 110A, 110B liefern eine breitbandige Portanpassung. Zu Vorteilen des VGA 104 zählen ein integriertes Symmetrierglied 108, eine Optimierung für breitbandigen Ausgangsrückverlust und eine vereinfachte Schnittstelle ermöglichend eine direkte Verbindung zu einem DAC (z.B. einem HF-DAC 102). Bei einem Beispiel, wie in 1B dargestellt, kann der VGA 104 als ein 9 mm × 4,5 mm-50-Kugel-Ball-Grid-Array(„BGA“)-Package 120 umgesetzt sein.
  • 2A ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine Schaltung 200 aufweisend eine alternative Beispiele eines Hochleistungs-VGA unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen gemäß hierin beschriebenen Beispielen veranschaulicht. Ähnlich der Schaltung 100 weist die Schaltung 200 einen Sendeempfänger oder HF-DAC 202, ein Tiefpassfilter („LPF“) 203, das so geschaltet ist, dass es einen Ausgang des HF-DAC 202 empfängt, einen Hochleistungs-VGA 204, der so geschaltet ist, dass er einen Ausgang des LPF 203 empfängt, und einen Leistungsverstärker („PA“) 206, der so geschaltet ist, dass er einen Ausgang des VGA 204 empfängt, auf. Der Ausgang des PA 206 kann einen Duplexer 207 ansteuern. Wie ferner in 2A gezeigt, weist der VGA 104 ein Symmetrierglied 208, einen DAC 212, einen VVA 214 und ein Paar von Verstärkern 216A, 216B auf. In dem in 2A gezeigten Beispiel ist ein Ausgangsanpassungsnetzwerk („OMN“) 218 am Ausgang des VGA 204 vorgesehen, der mit einem Eingang des PA 206 verbunden ist.
  • Gemäß Merkmalen von Beispielen, die hierin beschrieben werden, und wie unten ausführlicher beschrieben, sind die passiven Elemente des VGA 204 (d.h. das Symmetrierglied 208 und die 90°-Richtkoppler 210) in ein Metalllaminat integriert, das zum Beispiel sechs Metallschichten aufweist, während die aktiven Komponenten des VGA 204 (z.B. das VVA 214 und die Verstärker 216A, 216B) in einen einzelnen Halbleiter(z.B. SiGe)-IC-Chip integriert sind, in 2A durch einen gestrichelten Kasten 119 dargestellt, innerhalb der Metalllaminatstruktur wie oben unter Bezugnahme auf 1A beschrieben. Der VGA 204 ermöglicht einen ½-Oktaven-Betrieb unter Verwendung eines OMN außerhalb des Chips und eines 50-Ohm-Differenzeingangs („RFINP“, „RFINN“) und eines 50-Ohm-Eintaktausgangs („RFOUT“). In einem Beispiel, wie in 2B dargestellt, kann der VGA 204 als ein 5 mm × 5 mm-25-Pin-Land-Grid-Array(„LGA“)-Package 220 umgesetzt werden.
  • Bei bestimmten Beispielen werden das Symmetrierglied 108 und das Symmetrierglied 208 aufgrund ihrer relativ geringen Größe als magnetisch gekoppelte Symmetrierglieder umgesetzt, obwohl andere Arten von Symmetriergliedern, wie etwa ein Übertragungssymmetrierglied, verwendet werden können. Die 90°-Richtkoppler 110A bzw. 110B teilen das VGA-Eingangssignal in zwei 90°-Außer-Phase-Signale auf und kombinieren die beiden Außer-Phase-Signale zurück in ein In-Phase-Signal an dem VGA-Ausgang.
  • 3 veranschaulicht ein Beispiellayout 300 einer Laminatstruktur 301 für einen Hochleistungs-VGA unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen (z.B. VGA 104) gemäß hierin beschriebenen Beispielen. In gewissen Beispielen weist die Laminatstruktur 301 sechs Schichten aus Metall auf, von denen die obere Schicht dafür ausgelegt ist, den VGA abzuschirmen. Insbesondere weisen in einem Beispiel die obere oder Abschirmungsschicht Kupfer auf. Alle der passiven und aktiven Komponenten (z.B. Symmetrierglied, 90°-Richtkoppler, IC-Chip) sind unter der Abschirmungsschicht angeordnet, so dass eine etwaige magnetische Kopplung von diesen Komponenten zur Außenseite des Package minimiert wird, weil die Abschirmung einen Pfad mit niedriger Impedanz zu Masse bereitstellt.
  • Wie in 3 gezeigt, bezeichnet eine Fläche 302 eine Symmetriergliedfläche und die Flächen 304A und 304B bezeichnen zwei 90°-Richtkoppler-Flächen. Eine Fläche 306 ist für die Platzierung eines Die (oder IC-Chips) reserviert, der die aktiven Elemente (z.B. die VVAs, DSAs und Verstärker) des VGA aufweist. Wie hier unten ausführlicher beschrieben werden wird, sind gemäß Merkmalen von hierin beschriebenen Beispielen mehrere Masse-Vias, wie etwa Masse-Vias 308, von der oberen Metallschicht zu der unteren Metallschicht (und durch die dazwischenliegenden Metallschichten) vorgesehen, wodurch ein „Käfig“ zum Beitragen zu der Abschirmung und Trennung der VGA-Schaltung erzeugt wird. Insbesondere wirken die Masse-Vias dahingehend, ein etwaiges magnetisch gekoppeltes Signal durch Bereitstellen eines Pfads mit niedriger Impedanz zu Masse ähnlich zu der Metallabschirmungsschicht bereitzustellen, wodurch die Ausbreitung eines etwaigen Signals außerhalb des Package nicht gestattet wird.
  • 4 veranschaulicht eine weggeschnittene Perspektivansicht eines Wafer-Package aufweisend einen Hochleistungs-VGA 400 unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen gemäß hierin beschriebenen Beispielen. Wie in 4 gezeigt, weist der VGA 400 eine Laminatstruktur 401 auf, die in gewissen Beispielen eine sechsschichtige Metalllaminatstruktur aufweist. Gemäß Merkmalen von hierin beschriebenen Beispielen sind passive Elemente des VGA 400, einschließlich eines Symmetrierglieds 402 und zwei 90°-Richtkoppler 404A, 404B, in die Laminatstruktur 401 integriert. Außerdem ist ein Halbleiter(z.B. SiGe)-Die 406 aufweisend aktive Elemente des VGA 400, wie etwa WAs, DSAs und Verstärker, mit der Laminatstruktur 401 verbunden.
  • Die 5A-5D sind jeweils eine Draufsicht, eine Seitenansicht, eine Stirnansicht bzw. untere Planansicht des VGA 400. Wie am besten in 5A-5C gezeigt, weist der VGA 400 mehrere oberflächenmontierte Widerstände und Kondensatoren auf, kollektiv durch eine Bezugszahl 500 bezeichnet. In gewissen Beispielen liefern oberflächenmontierte Widerstände einen 50-Ohm-Abschluss des Eingangs und Ausgangs und sorgen für eine wünschenswerte Rückflussdämpfung, während oberflächenmontierte Kondensatoren dazu beitragen, eine aktive Filterung und eine adäquate Rückflussdämpfung zu erzielen. Wie am besten in 5D gezeigt, weist der VGA 400 auch mehrere Eingangs- und Ausgangspads, wie die Pads 502, auf.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 6 wird hierin eine perspektivische weggeschnittene Ansicht eines Package 600 dargestellt, das ein Doppelkanal-Hochleistungs-VGA-Produkt unter Verwendung von Laminatübertragungsleitungsstrukturen gemäß hierin beschriebenen Beispielen aufweist. Wie in 6 gezeigt, sind zwei VGAs 602A, 602B, von denen jeder mit dem VGA 400 (4) identisch ist, innerhalb des Package 600 Seite an Seite angeordnet. Insbesondere weist der VGA 602A eine Metalllaminatstruktur auf, in die Übertragungsleitungsstrukturen aufweisend ein Symmetrierglied (nicht gezeigt) und 90°-Richtkoppler (nicht gezeigt) integriert sind, und einen Halbleiter-IC-Chip 605A, in den aktive Komponenten (z.B. DSAs, WAs und Verstärker) integriert sind. Analog weist der VGA 602B eine Metalllaminatstruktur auf, in die Übertragungsleitungsstrukturen aufweisend ein Symmetrierglied (nicht gezeigt) und 90°-Richtkoppler (nicht gezeigt) integriert sind, und einen Halbleiter-IC-Chip 605B, in den aktive Komponenten (z.B. DSAs, VVAs und Verstärker) integriert sind.
  • Gemäß Merkmalen von hierin beschriebenen Beispielen ist jeder der VGAs 602A, 602B individuell „eingesperrt“ durch Masse-Vias, dargestellt durch die Masse-Vias 606A (zum Abschirmen und Trennen eines den VGA 602A aufweisenden Kanals) und die Masse-Vias 606B (zum Abschirmen und Trennen eines Kanals, der den VGA 602B aufweist), wie oben beschrieben. Zusätzlich ist gemäß Merkmalen von hierin beschriebenen Beispielen eine Masseschiene 608 zwischen den VGAs 602A, 602B zum Trennen der entsprechenden Kanäle voneinander vorgesehen. In gewissen Beispielen weist die Masseschiene 608 einen Stapel aus Metallschichten ähnlich oder identisch mit den Schichten der Laminatstruktur mit Via-Schichten zwischen den Metallschichten auf. Die Metallschichten sind mit Masse durch das Package 600 mit einer Leiterplatte verbunden, mit der das Package verbunden ist. Dies liefert effektiv eine Abschirmung zwischen den beiden VGA-Kanälen 602A, 602B, wodurch die magnetische Kopplung von Kanal zu Kanal maximiert und die Trennung zwischen den beiden Kanälen vergrößert wird.
  • In dem in 6 dargestellten Beispiel sind die VGAs 602A, 602B Spiegelbilder voneinander, um eine größere Distanz zwischen den jeweiligen Signaleingängen bereitzustellen und dadurch eine weitere Kanaltrennung beizutragen. Wie zuvor erwähnt, ist die obere Metallschicht jedes VGAs 602A, 602B, jeweils durch die Bezugszahlen 608A, 608B bezeichnet, ausgelegt zum Bereitstellen einer zusätzlichen Signalabschirmung und Kanaltrennung, wie oben beschrieben. Masse-Vias, durch Masse-Vias 612 dargestellt, sind vorgesehen und verlaufen von einer oberen Schicht einer Leiterplatte, auf der das Package 600 angeordnet ist, zu einer unteren Schicht der Leiterplatte.
  • Vorteile und Merkmale von hierin beschriebenen Beispielen weisen eine Trennung von Komponenten zwischen Kanälen auf, um Interferenz zu reduzieren unter Verwendung von Metallabschirmung, durch die obere Metallschicht der Laminatstruktur bereitgestellt, Masse-Via-„Käfige“, innerhalb der Laminatstruktur bereitgestellt, und eine Masseschiene, die zwischen individuellen VGA-Kanälen angeordnet ist, von denen alle eine Mehrkanalstruktur ermöglichen.
  • Man beachte, dass mit den hierin bereitgestellten zahlreichen Beispielen eine Interaktion bezüglich zwei, drei, vier oder mehr elektrischen Komponenten beschrieben werden kann. Dies ist jedoch nur zum Zweck der Übersichtlichkeit und des Beispiels erfolgt. Es versteht sich, dass das System auf beliebige geeignete Weise konsolidiert werden kann. Zusammen mit ähnlichen Designalternativen können beliebige der dargestellten Komponenten, Module und Elementen der Figuren in verschiedenen möglichen Ausbildungen kombiniert werden, die alle deutlich innerhalb des breiten Schutzbereichs dieser Patentschrift liegen. In gewissen Fällen kann es leichter sein, ein oder mehrere der Funktionalitäten eines gegebenen Satzes von Flüssen nur durch Referenzieren einer begrenzten Anzahl von elektrischen Elementen zu beschreiben. Es versteht sich, dass die elektrischen Schaltungen der Figuren und ihre Lehren ohne Weiteres skalierbar sind und eine große Anzahl von Komponenten sowie kompliziertere/ausgefeiltere Anordnungen und Ausbildungen aufnehmen können. Dementsprechend sollten die bereitgestellten Beispiele den Schutzbereich nicht begrenzen oder die breiten Lehren der elektrischen Schaltungen, wie potentiell auf eine Vielzahl von anderen Architekturen angewendet, verhindern.
  • Es sei auch angemerkt, dass in dieser Patentschrift Referenzen auf verschiedene Merkmale (z.B. Elemente, Strukturen, Module, Komponenten, Schritte, Operationen, Charakteristika usw.), die in einem „Beispiel“, „einem anderen Beispiel“, „einigen Beispielen“, „verschiedenen Beispielen“, „anderen Beispielen“, „alternativen Beispielen“ und dergleichen enthalten sind, bedeuten sollen, dass beliebige solche Merkmale in einer oder mehreren Beispiele der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, aber in den gleichen Beispielen kombiniert oder möglicherweise nicht notwendigerweise kombiniert werden können.
  • Man beachte, dass alle optionalen Merkmale der oben beschriebenen Einrichtung und des oben beschriebenen Systems auch bezüglich des Verfahrens oder Prozesses, die hierin beschrieben werden, umgesetzt werden können und spezifische Details in den Beispielen überall in einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet werden können.
  • Gemäß einem Aspekt ist eine Ausführungsform eine Vorrichtung, aufweisend: einen integrierten Halbleiterschaltungs(„IC“)-Chip aufweisend mindestens eine aktive Komponente zum Umsetzen einer Verstärkerschaltung; und eine Laminatstruktur aufweisend mehrere Metallschichten, wobei die Laminatstruktur ferner mehrere passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen aufweist. Der Halbleiter-IC-Chip ist derart mit der Laminatstruktur integriert, dass eine obere Schicht der Laminatstruktur eine Abschirmung über einer Oberseite des Halbleiter-IC-Chips und den passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung generierten Signalen jenseits der Laminatstruktur aufweist.

Claims (18)

  1. Vorrichtung (400), aufweisend: einen integrierten Halbleiter-IC-Chip (406) aufweisend mindestens eine aktive Komponente zum Umsetzen einer Verstärkerschaltung (100, 200); und eine Laminatstruktur (401) aufweisend mehrere Metallschichten, wobei die Laminatstruktur ferner mehrere passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen (402, 404A, 404B) aufweist; wobei der Halbleiter-IC-Chip (406) derart mit der Laminatstruktur (401) integriert ist, dass eine obere Metallschicht der Laminatstruktur (401) eine Abschirmung über einer Oberseite des Halbleiter-IC-Chips (406) und den passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung (100, 200) generierten Signalen jenseits der Laminatstruktur (401) aufweist; wobei die passiven Komponenten und übertragungsleitungsbasierten Strukturen (402, 404A, 404B) in die Laminatstruktur (401) integriert sind und der Halbleiter-IC-Chip (406) mit der Laminatstruktur (401) verbunden ist; wobei die mehreren passiven Komponenten ein Symmetrierglied (402) aufweisen, das so geschaltet ist, dass es einen Ausgang eines Hochfrequenz-Digital-Analog-Wandlers empfängt; und wobei die mehreren passiven Komponenten mindestens einen 90°-Richtkoppler (404A) aufweisen, der zwischen einen Ausgang des Symmetrierglieds (402) und einen Eingang des Halbleiter-IC-Chips (406) geschaltet ist.
  2. Vorrichtung (400) nach Anspruch 1, wobei die obere Metallschicht Kupfer aufweist.
  3. Vorrichtung (400) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine aktive Komponente mindestens einen eines Operationsverstärkers, eines digitalen Dämpfungsglieds und eines analogen Dämpfungsglieds aufweist.
  4. Vorrichtung (400) nach Anspruch 3, wobei das Symmetrierglied ein Übertragungsleitungs-Symmetrierglied (402) aufweist.
  5. Vorrichtung (400) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die mehreren passiven Komponenten mindestens einen 90°-Richtkoppler aufweisen, der zwischen einen Ausgang des Halbleiter-IC-Chips (406) und einen Eingang eines Leistungsverstärkers geschaltet ist.
  6. Vorrichtung (400) nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend mehrere Masse-Vias, die um eine Peripherie der Laminatstruktur (401) von einer oberen Schicht davon zu einer unteren Schicht davon angeordnet ist, um eine magnetische Kopplung von durch die Verstärkerschaltung (100, 200) erzeugten Signalen zu begrenzen.
  7. Vorrichtung (400) nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend eine Masseschiene (608) aufweisend einen Stapel von Metallschichten verbunden mit Masse durch die Vorrichtung mit einer Leiterplatte, womit die Vorrichtung verbunden ist zum weiteren Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung (100, 200) erzeugten Signalen mit durch eine andere Verstärkerschaltung (100, 200) bei der ersten Verstärkerschaltung erzeugten Signalen.
  8. Vorrichtung (400) nach Anspruch 7, wobei die Metallschichten, die die Masseschiene (608) aufweisen, mit den Metallschichten identisch sind, die die Laminatstruktur (401) aufweisen.
  9. Vorrichtung (400) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Halbleiter-IC-Chip (406) einen Siliziumgermanium-Chip aufweist.
  10. Vorrichtung (400) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Halbleiter-IC-Chip (406) Kupfersäulen zum Ermöglichen von Massen mit niedriger Induktivität aufweist.
  11. Doppelkanal-Verstärkungsvorrichtung (600), aufweisend: einen ersten integrierten Halbleiter-IC-Chip (605A) aufweisend mindestens eine erste aktive Komponente zum Umsetzen einer mit einem ersten Kanal assoziierten ersten Verstärkerschaltung; einen zweiten Halbleiter-IC-Chip (605B) aufweisend mindestens eine zweite aktive Komponente zum Umsetzen einer mit einem zweiten Kanal assoziierten zweiten Verstärkerschaltung; eine erste Metalllaminatstruktur (603A) aufweisend mehrere erste passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen; und eine zweite Metalllaminatstruktur (603B), die parallel zu der ersten Metalllaminatstruktur angeordnet ist, wobei die zweite Metalllaminatstruktur mehrere zweite passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen aufweist; wobei der erste Halbleiter-IC-Chip (605A) derart mit der ersten Laminatstruktur (603A) integriert ist, dass eine obere Metallschicht der ersten Laminatstruktur (603A) eine erste Abschirmung über einer Oberseite des ersten Halbleiter-IC-Chips (605A) und der ersten passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von den ersten Kanal aufweisenden Signalen mit den zweiten Kanal aufweisenden Signalen aufweist; wobei der zweite Halbleiter-IC-Chip (605B) derart mit der zweiten Laminatstruktur (603B) integriert ist, dass eine obere Metallschicht der zweiten Laminatstruktur (603B) eine Abschirmung über einer Oberseite des zweiten Halbleiter-IC-Chips (605B) und der zweiten passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von den zweiten Kanal aufweisenden Signalen mit den ersten Kanal aufweisenden Signalen aufweist; wobei die ersten und zweiten passiven Komponenten und übertragungsleitungsbasierten Strukturen (404A, 404B) in die jeweiligen Laminatstrukturen (603A, 603B) integriert sind und die beiden Halbleiter-IC-Chips (605A, 605B) mit den jeweiligen Laminatstrukturen (401) verbunden sind; wobei die ersten passiven Komponenten ein erstes Symmetrierglied (402) aufweisen, das so geschaltet ist, dass es einen Ausgang eines ersten Hochfrequenz-Digital-Analog-Wandlers empfängt, und die zweiten passiven Komponenten ein zweites Symmetrierglied aufweisen, das so geschaltet ist, dass es einen Ausgang eines zweiten Hochfrequenz-Digital-Analog-Wandlers empfängt; und wobei die ersten passiven Komponenten mindestens einen ersten 90°-Richtkoppler (404A) aufweisen, der zwischen einen Ausgang des ersten Symmetrierglieds (402) und einen Eingang des ersten Halbleiter-IC-Chips (605A) geschaltet ist, und die zweiten passiven Komponenten mindestens einen zweiten 90°-Richtkoppler aufweisen, der zwischen einen Ausgang des zweiten Symmetrierglieds (402) und einen Eingang des zweiten Halbleiter-IC-Chips (605A) geschaltet ist.
  12. Vorrichtung (600) nach Anspruch 11, wobei die obere Metallschicht der ersten und zweiten Laminatstruktur Kupfer aufweist.
  13. Vorrichtung (600) nach Anspruch 11 oder 12, weiterhin aufweisend mehrere erste Masse-Vias, die um eine Peripherie der ersten Laminatstruktur (603A) von einer oberen Schicht davon zu einer unteren Schicht davon angeordnet sind, und mehrere zweite Masse-Vias, die um eine Peripherie der zweiten Laminatstruktur (603B) von einer oberen Schicht davon zu einer unteren Schicht davon angeordnet sind, wobei die mehreren ersten und zweiten Masse-Vias zum Trennen des ersten Kanals von dem zweiten Kanal sind.
  14. Vorrichtung (600) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiterhin aufweisend eine Masseschiene (608), die zwischen der ersten Metalllaminatstruktur (603A) und der zweiten Metalllaminatstruktur (603B) angeordnet ist, wobei die Masseschiene (608) einen Stapel von mit Masse verbundenen Metallschichten zum weiteren Begrenzen einer magnetischen Kopplung von mit dem ersten Kanal assoziierten Signalen und mit dem zweiten Kanal assoziierten Signalen aufweist.
  15. Vorrichtung (600) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die die Masseschiene (608) aufweisenden Metallschichten mit den die Laminatstruktur aufweisenden Metallschichten identisch sind.
  16. Verstärkerschaltung (400) mit variablem Verstärkungsfaktor, aufweisend: einen integrierten Halbleiter-IC-Chip (406) aufweisend mindestens eine aktive Komponente zum Umsetzen einer Verstärkerschaltung (100, 200); und eine Laminatstruktur (401) aufweisend mehrere Metallschichten, wobei die Laminatstruktur (301, 401) ferner mehrere passive Komponenten und übertragungsleitungsbasierte Strukturen (402, 404A, 404B) aufweist; wobei der Halbleiter-IC-Chip (406) derart mit der Laminatstruktur (401) integriert ist, dass eine obere Metallschicht der Laminatstruktur eine Abschirmung über einer Oberseite des Halbleiter-IC-Chips (406) und den passiven Komponenten zum Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung (100, 200) generierten Signalen jenseits der Laminatstruktur aufweist; wobei die Verstärkerschaltung einen Eingang zum Empfangen eines Ausgangs eines Digital-Analog-Wandlers und einen mit einem Eingang eines Leistungsverstärkers verbundenen Ausgang aufweist; wobei die passiven Komponenten und übertragungsleitungsbasierten Strukturen (402, 404A, 404B) in die Laminatstruktur (401) integriert sind und der Halbleiter-IC-Chip (406) mit der Laminatstruktur (401) verbunden ist; wobei die mehreren passiven Komponenten ein Symmetrierglied (402) aufweisen, das so geschaltet ist, dass es einen Ausgang eines Hochfrequenz-Digital-Analog-Wandlers empfängt; und wobei die mehreren passiven Komponenten mindestens einen 90°-Richtkoppler (404A) aufweisen, der zwischen einen Ausgang des Symmetrierglieds (402) und einen Eingang des Halbleiter-IC-Chips (406) geschaltet ist.
  17. Verstärkerschaltung (400) nach Anspruch 16, ferner aufweisend mehrere Masse-Vias, die um eine Peripherie der Laminatstruktur von einer oberen Schicht davon zu einer unteren Schicht davon angeordnet ist, um eine magnetische Kopplung von durch die Verstärkerschaltung erzeugten Signale zu begrenzen.
  18. Verstärkerschaltung (400) nach Anspruch 16 oder 17, ferner aufweisend eine Masseschiene (608) aufweisend einen Stapel von Metallschichten verbunden mit Masse durch die Vorrichtung mit einer Leiterplatte, womit die Vorrichtung verbunden ist zum weiteren Begrenzen einer magnetischen Kopplung von durch die Verstärkerschaltung (100, 200) erzeugten Signalen mit durch eine andere Verstärkerschaltung bei der ersten Verstärkerschaltung erzeugten Signalen.
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