DE10297355T5 - Mehrstufiger Hochfrequenz- und Hochleistungssignalverstärker - Google Patents
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Abstract
Ein
Breitbandhochfrequenz (HF)-Signalverstärker, der umfasst:
eine Mehrzahl von Transistoren, die auf einer Oberfläche eines Sockels angebracht sind, wobei jeder Transistor einen Eingang und einen Ausgang aufweist, und der Sockel eine Stützstruktur, eine Referenzmasse und eine Wärmesenke für die Transistoren umfasst;
einen HF-Eingangspfad, der elektrisch mit den Transistoreingängen verbunden ist, wobei der Eingangspfad einen Verteiler aufweist, der gestaltet ist, um ein HF-Eingangssignal in eine Mehrzahl von Komponenteneingangssignale aufzuteilen, wobei eine Mehrzahl von Eingangsanpassungsnetzwerken gestaltet sind, um die jeweiligen Komponenteneingangssignale mit den Transistoreingängen bei einer Eingangsimpedanz zu koppeln, und eine Mehrzahl von Eingangsgleichstrom-(dc)-Vorspannungsnetzwerken, die gestaltet sind, um die Transistoreingänge auf einen Eingangsarbeitspunkt vorzuspannen, wobei der Verteiler, die Eingangsanpassungsnetzwerke und die Eingangsvorspannungsnetzwerke mindestens teilweise in einer mehrlagigen Leiterplatte realisiert sind; und
einen HF-Ausgangspfad, der elektrisch mit den Transistorausgängen verbunden ist, wobei der Ausgangspfad aufweist: einen Kombinator, der gestaltet ist, um die Komponentenausgangssignale, die an den Transistorausgängen empfangen werden, in ein...
eine Mehrzahl von Transistoren, die auf einer Oberfläche eines Sockels angebracht sind, wobei jeder Transistor einen Eingang und einen Ausgang aufweist, und der Sockel eine Stützstruktur, eine Referenzmasse und eine Wärmesenke für die Transistoren umfasst;
einen HF-Eingangspfad, der elektrisch mit den Transistoreingängen verbunden ist, wobei der Eingangspfad einen Verteiler aufweist, der gestaltet ist, um ein HF-Eingangssignal in eine Mehrzahl von Komponenteneingangssignale aufzuteilen, wobei eine Mehrzahl von Eingangsanpassungsnetzwerken gestaltet sind, um die jeweiligen Komponenteneingangssignale mit den Transistoreingängen bei einer Eingangsimpedanz zu koppeln, und eine Mehrzahl von Eingangsgleichstrom-(dc)-Vorspannungsnetzwerken, die gestaltet sind, um die Transistoreingänge auf einen Eingangsarbeitspunkt vorzuspannen, wobei der Verteiler, die Eingangsanpassungsnetzwerke und die Eingangsvorspannungsnetzwerke mindestens teilweise in einer mehrlagigen Leiterplatte realisiert sind; und
einen HF-Ausgangspfad, der elektrisch mit den Transistorausgängen verbunden ist, wobei der Ausgangspfad aufweist: einen Kombinator, der gestaltet ist, um die Komponentenausgangssignale, die an den Transistorausgängen empfangen werden, in ein...
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Hochfrequenz-(HF)-Leistungstransistorbauteile und insbesondere Hochfrequenz-, Hochleistungssignalverstärker, die in drahtlosen Kommunikationsanwendungen benutzt werden.
- Hintergrund
- Der Gebrauch von Hochfrequenz-Leistungstransistorbauteilen als Signalverstärker in drahtlosen Kommunikationsanwendungen ist allgemein bekannt. Mit dem neuen Wachstum in der Nachfrage für drahtlose Dienste, wie persönliche Kommunikationsdienste, ist die Betriebsfrequenz für drahtlose Netzwerke dramatisch angestiegen und befindet sich nun weit im Gigahertzbereich. Zum Beispiel werden Hochfrequenzleistungstransistoren allgemein in Verstärkerstufen für Radiobasisstationsverstärker in drahtlosen Kommunikationsnetzwerken verwendet. Derartige Leistungstransistoren sind auch in anderen hochfrequenzbezogenen Anwendungen weit verbreitet, wie in zellularen Telefonen, Paging-Systemen, Navigationssystemen, Fernsehen, Avionik und militärischen Anwendungen.
- Eine Herstellung von Hochfrequenzleistungstransistoren auf einer großvolumigen Basis ist traditionell problematisch, wegen der natürlichen Variablen, welche die individuellen Transistorelemente besitzen. Zum Beispiel weisen Transistorbauteile natürliche Varianzen in der Eingangskapazität, dem Verstärkungsfaktor und der Phasenverschiebung auf. In kommer ziellen Anwendungen wird ein signifikanter Zeitaufwand und eine Anstrengung benötigt, um erstens ein besonderes Transistorbauteil zu charakterisieren über einem Bereich von erwarteten Betriebsfrequenzen und Spannungen, und dann zu versuchen, weitere Bauteile zu bauen, indem ähnliches Material verwendet werden, welche eine ähnlich erwünschte Qualität liefern. Aufgrund der Variation der Transistoren und unterschiedlicher anderer Elemente bei identischen Betriebsfrequenzen und Spannungen ist jedoch die Befähigung, erfolgreich Transistorbauteile auf einer Herstellungsbasis in großem Maßstab abzustimmen, begrenzt.
- Derartige Probleme mit einer Herstellung in großem Maßstab von Leistungstransitorbauteilen und Verstärkern in Hochfrequenzanwendungen sind verbunden mit ständig sich erweiternden Betriebsleistungsbereichen und sehr breiten Bandbreiten der sich entwickelnden drahtlosen Anwendungen, wie derartige, die in einer dritten Generation ("3G") eines drahtlosen Netzwerks gefordert werden. Insbesondere wird die Impedanzanpassung von Eingang und Ausgang sehr schwierig über derart weite Leistungsbereiche und hohe Frequenzen und selbst kleine Änderungen in der Bauteilkonstruktion können Instabilität und Fehlfunktion verursachen.
- Zusammenfassung der Erfindungen
- Gemäß einem allgemeinen Aspekt richten sich die Erfindungen, die hier offenbart und beschrieben werden, auf Hochfrequenz-, Hochleistungs- (hiernach "Breitband")-Hochfrequenzsignalverstärker, die entworfen und konstruiert sind, um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden und eine leichtere Herstellung in großem Maßstab und eine gleichbleibende Qualität zu ermöglichen.
- In einer Ausführungsform umfasst der Breitbandhochfrequenzverstärker mehrere Leistungstransistoren, die auf einer Oberfläche eines Sockels angebracht sind, wobei jeder Transistor einen Eingang und einen Ausgang aufweist. Ein Hochfrequenzeingangspfad, der elektrisch mit den jeweiligen Transistoreingängen verbunden ist, schließt einen passiven Verteiler ein, der in einer mehrschichtigen Leiterplatte ("PCB") verwirklicht und konfiguriert ist, um ein Hochfrequenzeingangssignal in mehrere Komponenteneingangssignale aufzuteilen. Eine entsprechende Mehrzahl von Eingangsanpassungsnetzwerken, die ¼-Wellenlänge-Übertragungsleitungen verwenden, die in der PCB realisiert sind, koppeln die entsprechenden Komponenteneingangssignale mit den Transistoreingängen bei einer Eingangsimpedanz. Ein Hochfrequenzausgangspfad, der elektrisch mit den jeweiligen Transistorausgängen verbunden, umfasst einen passiven Kombinator, der in der PCB realisiert und konfiguriert ist, um die Komponentenausgangssignale an den Transistorausgängen in ein Hochfrequenzausgangssignal zusammen zu setzen. Eine entsprechende Mehrzahl von Ausgangsanpassungsnetzwerken, die ein ¼-Wellenlänge-Übertragungsleitungen, die in der PCB realisiert sind, verwenden, koppeln die jeweiligen Komponentenausgangssignale an den Transistorausgängen mit einer Ausgangsimpedanz.
- In einer Ausführungsform der Erfindung weist die PCB eine Öffnung auf, die bemessen ist, um den Sockel unterzubringen, so dass entsprechende Eingangs- und Ausgangsreferenzmasseansätze, die in der PCB realisiert sind, benachbart zu einer Sockeloberfläche angeordnet sind, auf der die Leistungstransistoren angebracht sind. Entsprechende Bonddrahtsätze ver- binden elektrisch die Eingangs- und Ausgangsreferenzmasseansätze mit der Sockeloberfläche, wobei die Eingangs- und Aus gangsreferenzmasseansätze und die Sockeloberfläche ausreichend nahe beieinander angeordnet sind, so dass die Bonddrähte eine relativ niedrige Induktivität der Übertragungspfade bereitstellen.
- Durch Verteilen des Hochfrequenzeingangssignals in individuelle verstärkende Komponenten, die dann zusammengeführt werden, kann der Betriebspunkt von jedem Transistor relativ niedrig sein, was für die Eingangsimpedanz an jedem Transistor ermöglicht, relativ hoch zu sein. Dieses wiederum stellt eine größere Stabilität über den vollen Betriebsbereich des Breitbandverstärkers bereit, was weiterhin die notwendigen Funktionscharakteristiken bereitstellt. Eine bevorzugte Ausführungsform des Breitbandverstärkers wird wirkungsvoll durch ein Realisieren der Eingangs- und Ausgangsanpassung und der Gleichstromvorspannungsnetzwerke in einem mehrlagigen PCB-Modul erreicht. Übertragungsleitungen von entsprechender Anpassung und Vorspannungsnetzwerke werden mit den Leistungstransistoren gekoppelt, die auf einem separaten Sockel angeordnet sind und eine gemeinsame Bezugsmasse mit der PCB teilen.
- Andere Aspekte und Merkmale der Erfindung, die hierin offenbart werden, werden hiernach sichtbar.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die Zeichnungen stellen sowohl den Entwurf als auch einen Gebrauch der bevorzugten Ausführungsformen der offenbarten Erfindungen dar, bei denen auf ähnliche Elemente in unterschiedlichen Ausführungsformen durch die gleichen Bezugsnummern zum vereinfachen der Darstellung Bezug genommen wird, und wobei:
-
1 ein kombiniertes funktionales/physisches Layout eines Breitbandverstärkers darstellt; -
2 ein Querschnitt des Verstärkers der1 ist, der mit einer Wärmesenke gekoppelt gezeigt wird; -
3 eine schematische Darstellung eines Vorverstärkerabschnitts des Verstärkers der1 ist; -
4 eine Draufsicht ist, die eine detailliertere Darstellung des physischen Layouts und der Bonddrahtverbindungen des Verstärkerabschnitts des3 ist; -
5 eine schematische Darstellung eines alternativen Vorverstärkerabschnitts ist. -
6 eine Draufsicht ist, die eine detailliertere Darstellung des physischen Layouts und der Bonddrahtverbindungen des Verstärkerabschnitts der5 ist. -
7 eine physische/funktionale schematische Darstellung des Verstärkers derl ist. - Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
1 zeigt ein kombiniertes funktionales/physisches Layout eines Hochfrequenz-, Hochleistungs-("Breitband")- Breitbandverstärkers90 , der gemäß einem Aspekt der Erfindung konstruiert ist. Der Verstärker90 umfasst im Allgemeinen eine Leiterplatte (PCB)180 und einen Leistungstransistorsockel190 . Die PCB180 weist einen HF-Leistungseingang171 für den Empfang eines HF-Eingangssignals auf und einen HF-Leistungsausgang172 für ein Ausgeben eines verstärkten HF-Ausgangssignals. Der Sockel190 weist eine Oberfläche199 mit einer Mehrzahl von Leistungstransistorschaltungen ("Leistungstransistoren")101–106 auf, die darauf angeordnet sind. Die Leistungstransistoren101–106 verstärken jeder ein Phasenkomponentensignal des HF-Eingangssignals, um dadurch den Leistungspegel des HF-Leistungseingangs171 zu dem HF-Leistungsausgang172 zu verstärken. - Der Sockel
190 stellt eine Unterstützung für die Schaltungskomponenten der jeweiligen Leistungstransistoren101–106 bereit; er stellt eine hohe elektrische Leitfähigkeit für ein Leiten der gemeinsamen Ströme bereit, und er stellt eine hohe thermische Leitfähigkeit für ein Kühlen bereit. Ein bevorzugtes Material für den Sockel119 ist Kupfer oder eine Kupferlegierung mit Eigenschaften, die für eine thermische Leitfähigkeit und eine elektrische Leitfähigkeit bei den Betriebsfrequenzen des Verstärkers90 optimiert sind. - Wie in größerem Detail hierin beschrieben wird, umfassen die Leistungstransistoren
101–106 vorzugsweise Feldeffekttransistoren, die einen Eingang (gate), einen Ausgang (drain) und einen gemeinsamen Element-(source) -Anschluss aufweisen, die auf einem Halbleiterchip, der auf der Sockeloberfläche199 angebracht ist, gebildet werden. In einer Ausführungsform sind die Transistoren vorzugsweise lateral diffundierte Metalloxidhalbleiter (LDMOS)-Transistoren, wobei der Source-Anschluss auf einer Rückseite des Chips gebildet ist, das heißt direkt auf der Sockeloberfläche199 angebracht ist. Jede der Leistungstransistorschaltungen101–106 weist weiterhin einen oder mehrere Eingangs- und Ausgangsanpassungskondensa toren (nicht in1 gezeigt) auf, die auf der Sockeloberfläche199 angebracht sind. - Die PCB
180 ist vorzugsweise ein mehrschichtiges Modul, wie es in dem US-Patent 6,099,677 von Logothetis et al. gelehrt wird, wobei die Offenbarung vollständig hierin eingeschlossen ist, und Komponenten umfasst, die unterschiedliche elektrische Funktionen durchführen. Diese Komponenten umfassen einen passiven Verteiler120 , eine Mehrzahl von Eingangsanpassungs- (d.h. Impedanzübertragungs-)Netzwerken131–136 , eine Mehrzahl von Eingangsgleichstrom-(dc)-Vorspannungsnetzwerken71–76 , einen passiven Kombinator150 , eine Mehrzahl von Ausgangsanpassungsnetzwerken141–146 , eine Mehrzahl von Ausgangs-dc-Vorspannungsnetzwerken81–86 , einen Eingangsmasseansatz181 und einen Ausgangsmasseansatz182 . - In der gezeigten Ausführungsform weist die PCB
180 eine Öffnung198 unmittelbar an einem Mittelpunkt auf und bemessen, um den Sockel190 unterzubringen, mit einem ersten Abschnitt der PCB180 benachbart zu einer Eingangsseite des Sockels190 , die verwendet wird, um einen Eingangspfad für eine Schaltungsanordnung zu realisieren und mit einem zweiten Abschnitt der PCB180 , die benachbart zu einer Ausgangsseite des Sockels190 ist, die verwendet wird, um einen Ausgangspfad für eine Schaltungsanordnung zu realisieren. Wie mit der gegebenen vorliegenden Offenbarung anzuerkennen ist, sind in alternativen Ausführungsformen unterschiedliche PCB-Sockelanordnungen möglich und sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung zu betrachten. - Der Verteiler
120 , der die Koppler121–125 und die Endwiderstände111–115 einschließt, teilt ein HF-Eingangssignal, das an dem HF-Leistungseingang171 empfangen wird, in mehrere Phasenkomponenteneingangssignale auf, so dass die Leistung, die jeden der Leistungstransistoren101–106 treibt, ausgeglichen ist. Der Verteiler120 teilt das HF-Eingangssignal in sechs separate Komponenteneingangssignale von gleicher Phase auf. Durch Teilen des HF-Eingangssignals in entsprechende Komponenteneingangssignale, ist der Betriebspunkt (am Eingang) von jedem Leistungstransistor101–106 relativ niedrig, und somit die Eingangsimpedanz relativ hoch, verglichen mit einem Verstärker mit einem einzelnen Leistungstransistor, der zum Verstärken des gesamten HF-Eingangssignals verwendet wird. Der Verteiler120 ist in die PCB mit Mikrostreifen und Streifenleiterbahnen realisiert, was in der Technik gut bekannt sind. In alternativen Ausführungsformen können Verteilerkonfigurationen und eine sich ergebende Anzahl von Komponenteneingangssignalen verwendet werden. - Die Eingangsanpassungsnetzwerke
131–136 koppeln wirkungsvoll die jeweiligen Komponenteneingangssignale von dem Verteiler120 mit den entsprechenden Transistoreingängen (gates) in den entsprechenden Leistungstransistoren101–106 . Die Eingangsvorspannungsnetzwerke71–76 stellen eine Gleichstromgatevorspannung zur Verfügung, um den Arbeitspunkt des jeweiligen Leistungstransistors101–106 einzustellen. Die Eingangsanpassungs- und Gleichstromvorspannungsnetzwerke131–136 und71–76 werden in dem Eingangsabschnitt der PCB180 unter Verwendung von Mikrostreifen und Streifenleiterbahnen realisiert. - Der Kombinator
150 , der die Koppler152–156 und die Endwiderstände162–166 einschließt, kombiniert die verstärkten Signale der jeweiligen Transistorausgänge in den jeweiligen Leistungstransistoren101–106 in Kooperation mit den jeweiligen Ausgangsanpassungsnetzwerken141–146 . Die Ausgangsanpassungsnetzwerke141–146 liefern eine wirkungsvolle Übertragung der HF-Leistung von den jeweiligen Transistorausgängen der Leistungstransistoren101–106 zu dem Kombinator150 . Die Ausgangsgleichstrom Vorspannungsnetzwerke81–86 liefern die Gleichstromvorspannungsleistung zu den jeweiligen Transistorausgängen der Leistungstransistoren101–106 . Der Kombinator150 , die Ausgangsanpassungsnetzwerke141–146 und die Ausgangsgleichstrom Vorspannungsnetzwerke81–86 sind jeweils in dem Ausgangspfadabschnitt der PCB180 unter Verwendung von Mikrostreifen und Streifenleiterbahnen realisiert. - Mit Bezugnahme auch auf
2 wirkt eine interne leitende Schicht183 innerhalb des Eingangspfadabschnitts der PCB180 als eine Referenzmasse für unterschiedliche Übertragungsleitungen (die in größerem Detail hier beschrieben werden) in den Eingangsanpassungs- und den Eingangsgleichstrom-Vorspannungsnetzwerken131–136 und71–76 . Ein freiliegender Abschnitt der leitenden Schicht183 bildet einen Eingangsmasseansatz181 nahe bei dem Sockel190 , welche eine Anzahl Bondkontaktflächenstellen für eine Vielzahl von Bonddrähten bereitstellt, welche die Eingangsreferenzmasse (die leitende Schicht183 ) mit dem Sockel190 elektrisch verbinden. - Auf ähnliche Weise wirkt eine leitende Schicht
184 in dem Ausgangspfadabschnitt der PCB180 als Referenzmasse für unterschiedliche Übertragungsleitungen (die in größerem Detail später hier beschrieben werden) in der Ausgangsanpassung und in den Ausgangsgleichstrom-Vorspannungsnetzwerken141–146 und81–86 . Ein freiliegender Abschnitt der leitenden Schicht148 bildet einen Ausgangsmasseansatz182 nahe die dem Sockel190 , die zahlreiche Bondkontaktflächenstellen für eine Vielzahl von Bonddrähten bereitstellt, welche die Ausgangsreferenzmasse (die leitende Schicht184 ) mit dem Sockel190 elektrisch verbinden. Bemerkenswerterweise kann die Eingangsreferenzmas se (die leitende Schicht183 ) elektrisch mit der Ausgangsreferenzmasse (leitende Schicht184 ) elektrisch gekoppelt sein und tatsächlich kann die gleiche leitende Schicht in der PCB180 vorhanden sein. - Wie in
2 zu sehen ist, umfasst der Sockel190 im Allgemeinen einen angehobenen Flanschabschnitt193 , der sich von einem Ausbreitungsabschnitt194 erstreckt. Wie durch eine gestrichelte Linie196 gezeigt, können der angehobene Flansch und die Ausbreitungsabschnitte193 und194 ein einziges Stück, nämlich ein integrales Stück, sein oder können zwei oder mehrere zusammengestellte Stücke umfassen. Der Ausbreitungsabschnitt194 ist mit einer Wärmesenke192 über eine thermische Grenzschicht191 für eine wirkungsvolle Übertragung von Wärme von den jeweiligen Leistungstransistoren101–106 zu der Umgebung thermisch gekoppelt. Obgleich die Wärmesenke192 als ein geripptes Teil gezeigt wird, ist die Wärmeübertragung an die Umgebung durch zahlreiche anderer Mittel, die in der Technik gut bekannt sind, möglich. - Der Sockel
190 stellt eine gemeinsame Tragstruktur und eine gemeinsame Referenzmasse sowohl für die PCB180 als auch für die Leistungstransistoren101–106 (die als typische Leistungstransistoren100 in2 gezeigt sind) bereit. Eine elektrische Leitung der gemeinsamen Ströme fließt von den Transistoren über den Flanschabschnitt193 und durch die leitenden Pfade (nicht gezeigt) in die PCB180 zu Bodenleitungsschichten186 und187 und in den Ausbreitungsabschnitt194 . Die leitenden Schichten186 und187 umfassen vorzugsweise eine Metallfolie oder ein Kupferband, und befinden sich vorzugsweise in elektrischem Festkörperkontakt mit dem Ausbreitungsabschnitt194 des Sockels190 . - Der Eingangsmasseabsatz
181 ist in der Nähe der Eingangsanpassungsnetzwerke131–136 und der Eingangsgleichstrom-Vorspannungsnetzwerke71–76 (die als typisches Eingangsanpassungsnetzwerk130 und Vorspannungsnetzwerk70 in2 gezeigt werden) in dem Eingangspfadabschnitt der PCB180 angeordnet. Die PCB180 und der Sockel190 sind vorzugsweise mit Bezug aufeinander so angeordnet, dass der Eingangsmasseansatz181 annähernd koplanar mit der Montageoberfläche199 des Sockels190 ist. Der Ansatz181 weist eine Metallisierung auf, die freiliegend von der Eingangspfadmasseebene (nämlich der leitenden Schicht183 ) zum Anbringen der Mehrzahl der Bonddrähte221 an dem Eingangsmasseabsatz zu der Sockeloberfläche199 ist. Der Eingangsmasseansatz181 und die Sockeloberfläche199 sind vorzugsweise ausreichend nahe beieinander, so dass die Bonddrähte221 einen niedrigen Induktivitätspfad zwischen der Eingangspfadmasseebene (der leitenden Schicht183 ) und dem Sockel190 bereitstellen. - In ähnlicher Weise ist der Ausgangsmasseansatz
181 in der Nähe der Ausgangsanpassungsnetzwerke141 bis146 und der Ausgangsgleichstrom-Vorspannungsnetzwerke81–86 (die als typische Ausgangsanpassungsnetzwerke140 und Vorspannungsnetzwerk80 in2 gezeigt werden) in dem Ausgangspfadabschnitt der PCB180 angeordnet. Die PCB180 und der Sockel190 sind vorzugsweise mit Bezug aufeinander so angeordnet, dass der Ausgangsmasseansatz182 ungefähr koplanar mit der Montageoberfläche199 des Sockels190 ist. Der Ansatz182 weist eine Metallisierung auf, die von der Eingangspfadmasseebene (nämlich der leitenden Schicht184 ) zum Anbringen der Vielzahl von Bonddrähten222 des Ausgangsmasseansatzes zu dem Sockel199 frei liegt. Der Ausgangsmasseansatz182 und die Sockeloberfläche199 sind vorzugsweise ausreichend nahe, dass die Bonddrähte222 einen niedrigen Induktivitätspfad zwischen der Ausgangspfadmasseebene (der leitenden Schicht184 ) und dem Sockel190 bereitstellen. -
3 ist ein Schema eines typischen "Verstärkungsabschnitts" des Verstärkers90 , der zum Zwecke der Erörterung hierin ein entsprechendes Eingangsanpassungsnetzwerk130 , ein Gatevorspannungsnetzwerk70 , einen Leistungstransistor100 , ein Ausgangsanpassungsnetzwerk180 und Drainvorspannungsnetzwerk80 umfasst. Zum Beispiel umfasst bei dieser Konvention der erste Verstärkerabschnitt ein Eingangsanpassungsnetzwerk131 , ein Gatevorspannungsnetzwerk71 , einen Leistungstransistor101 , ein Ausgangsanpassungsnetzwerk141 und ein Drainvorspannungsnetzwerk81 . Während der dargestellte Verstärker90 mit sechs Verstärkerabschnitten realisiert wird, kann ein Fachmann erkennen, dass eine alternative Ausführungsform mit zwei oder mehr Verstärkerabschnitten gemäß den erfinderischen Aspekten, die hierin gelehrt und beschrieben werden realisiert werden kann. - In dem Verstärkerabschnitt der
3 empfängt das Eingangsanpassungsnetzwerk130 Hochfrequenzleistung in Form von einem Komponenteneingangssignal von einem entsprechenden Ausgang des Verteilers120 (der als "HF-Versorgung" bezeichnet ist), um das Gate eines entsprechenden Transistorbauteils219 in dem Leistungstransistor100 anzuregen. Das Gatevorspannungsnetzwerk70 empfängt eine Gleichstromvorspannung von einer Eingangsvorspannungsquelle (die als "Gatevorspannungsversorgung" bezeichnet ist), welche verwendet wird, um den Arbeitspunkt des Transistorbauteils219 einzustellen. Der Leistungstransistor100 empfängt eine HF-Leistung (nämlich als entsprechendes Komponenteneingangssignal) von dem Eingangsanpassungsnetzwerk130 und die Gleichstromvorspannung von dem Gatevorspannungsnetzwerk70 und erzeugt ein Hochleistungs-HF- Ausgangskomponentensignal, welches das Ausgangsanpassungsnetzwerk140 ansteuert. Der entsprechende Eingang zu dem Kombinator150 (der als "HF-Treiber" gekennzeichnet ist) empfängt das Hochleistungsausgangs-Komponentensignal von dem Ausgangsanpassungsnetzwerk140 . Die Leistungsversorgung für das Hochleistungsausgangs-Komponentensignal wird von dem Drainvorspannungsnetzwerk80 (das als "Drainvorspannungsversorgung" bezeichnet ist) geliefert. - Das Eingangsanpassungsnetzwerk
130 umfasst einen Eingangssperrkondensator236 , eine erste Eingangsübertragungsleitung231 und eine zweite Eingangsübertragungsleitung232 . Der Eingangssperrkondensator236 verhindert einen Eingang der Gleichspannung von dem Gatevorspannungsnetzwerk in den Verteiler120 . Er verhindert auch, dass Streuquellen der Gleichstromspannung das Gate erreichen. Die erste Eingangsübertragungsleitung231 kooperiert mit der zweiten Eingangsübertragungsleitung232 , um wirkungsvoll ein Koppeln der HF-Leistung von dem Verteiler120 zu dem Leistungstransistoreingang210 durch Anpassung von Quellen- und Lastimpedanz bereitzustellen. Die Quellenimpedanz des Verteilers120 ist vorzugsweise 50 Ohm. Um eine wirkungsvolle Kopplung dieser Quelle der HF-Leistung in die erste Eingangsübertragungsleitung231 zu erhalten, muss die Impedanz, welche in die Leitung231 sieht, auch 50 Ohm sein. - Die zweite Eingangsübertragungsleitung
232 ist vorzugsweise 6,25 Ohm zum Ankoppeln an den Leistungsverstärkereingang210 , und deshalb stellt sie eine Lastimpedanz von 6,25 Ohm dar. Die Übertragungsleitungstheorie sagt voraus, dass eine verlustfreie Impedanzübertragung stattfindet mit einer ¼-Wellenlängen-Übertragungsleitung. Wenn die Impedanz der Übertragungsleitung ZO ist, die Lastimpedanz ZL ist und die Quel lenimpedanz ZS ist, dann ist ZO = SQRT(ZL·ZS), wobei SQRT eine Quadratwurzelberechnung bezeichnet. Unter Verwendung der bevorzugten Werte für ZL (50 Ohm) und ZS (6,25 Ohm) ergibt die Berechnung den Wert für ZO = 17,7 Ohm. Deshalb wird die erste Eingangsübertragungsleitung231 gebildet, um 17,7 Ohm und ¼ der Wellenlänge der Betriebsfrequenz des Verstärkers zu sein und führt die Impedanztransformation von 50 Ohm auf 6,25 Ohm durch. - Das Gatevorspannungsnetzwerk umfasst einen Gatevorspannungsentkopplungskondensator
235 , eine Gatevorspannungsübertragungsleitung233 und einen Gatevorspannungsbonddraht234 . Eine Quelle der Gleichstromspannung stellt die Gatevorspannungsversorgung bereit und betreibt den Kondensator235 . Ein Bonddraht (oder Bonddrähte)234 koppelt die Leitung233 mit der Schaltung, die eine Gleichstromvorspannung an dem Gate des Bauteils219 bereitstellt. - Die Übertragungsleitungstheorie sagt voraus, dass die Eingangsimpedanz einer ¼-Wellenlängen-Übertragungsleitung, die mit einem Kurzschlussschaltkreis abgeschlossen wird, ein offener Schaltkreis ist. Als ein praktischer Gegenstand stellt eine ¼-Wellenlängen-Übertragungsleitung, die mit einer relativ niedrigen Impedanz abgeschlossen ist, eine hohe Impedanz für die Quelle dar. Der Entkopplungskondensator
235 ist mit der Gleichstromquelle, welche die Gatevorspannungsversorgung bereitstellt, parallel geschaltet und stellt eine sehr niedrige Impedanz am Ende der Leitung233 bereit, wo sie gekoppelt werden. Die Impedanz, die in die Leitung233 am Ende sieht, das mit dem Bonddraht (oder Bonddrähten)234 gekoppelt ist, ist eine relativ hohe Impedanz, die einem offenen Schaltkreis nahe kommt. Dieses verhindert, dass eine HF-Leistung, die auf das Gate gerichtet ist, einen Kriechstrom in das Gatevorspannungsnetzwerk, und stellt ein Verfahren zum Koppeln einer Gleichstromspannung zu dem aktiven Bauteil bereit, ohne die Impedanzanspassungsstrukturen zu stören. - Der Leistungstransistor
100 umfasst ein HF-Leistungstransistorbauteil219 in einer gemeinsamen Source-Konfiguration, die mit dem Sockel190 gekoppelt ist. Der Leistungstransistor100 weist einen Eingang210 , einen Ausgang220 , ein Gateanpassungsnetzwerk223 und ein Drainanpassungsnetzwerk224 auf. Der Leistungstransistoreingang210 empfängt HF-Eingangsleistung von dem Eingangsanpassungsnetzwerk130 , um den Leistungstransistor100 anzuregen. Die HF-Ausgangsleistung, die durch den Leistungstransistor100 entwickelt wird, wird an das Ausgangsanpassungsnetzwerk140 von dem Leistungstransistorausgang220 geliefert. - Die Bonddrähte, die verwendet werden, um den Leistungstransistor
100 mit externen Knoten auf der PCB180 zu verbinden, und um die Komponenten des Leistungstransistors100 , die auf dem Sockel190 angeordnet sind, untereinander zu verbinden, haben eine Selbstinduktivität, die nicht bei den typischen Betriebsfrequenzen vernachlässigt werden kann. Verschiedene Impedanztransformations- und Abstimmungsnetzwerke sind erforderlich, um wirkungsvoll die HF-Leistung, die von dem Verteiler120 kommt, mit dem Gate des Transistorbauteils219 zu koppeln. Sämtliche Impedanztransformationen und Abstimmungsnetzwerke sind auch erforderlich, um wirkungsvoll HF-Leistung, die von dem Drain des Transistorbauteils21 9 kommt, mit dem Kombinator150 zu koppeln. - Gegen Ende stellt ein Gateabstimmungsnetzwerk
223 eine Kompensation für die Bonddrahtinduktionen sowie für die Eingangskapazitäten, die mit dem Gate des Transistorbauteils219 verbunden sind, bereit. Das Gateanpassungsnetzwerk223 schließt ein "T-Netzwerk" und ein "Nebenschlußnetzwerk" ein. Das T-Netzwerk umfasst eine erste Bonddrahtinduktivität211 , die mit dem Leistungstransistoreingang210 gekoppelt ist, eine zweite Bonddrahtinduktivität212 , die mit dem Gate des Transistorbauteils219 gekoppelt ist, und einen ersten Anpassungskondensator216 , der mit der Masse des Sockels190 gekoppelt ist, wobei jedes mit einem zentralen Knoten verbunden ist. Das T-Netzwerk transformiert die Impedanz, die in dem Transistoreingangsanschluss bei der Grundfrequenz in die 6,25 Ohm "hineinschaut". - Das Nebenschlußnetzwerk bzw. "Shunt-Netzwerk" schließt eine dritte Bonddrahtinduktivität
213 ein, die mit einer Sperrkapazität217 gekoppelt ist, welche die Induktivität213 vom Kurzschließen des Transistorgates auf Masse verhindert. Weil die Kapazität217 einen Wert aufweisen muss, ist sie ein Teil des Eingangsanpassungsnetzwerks130 und wird hier als ein zweiter Eingangsanpassungskondensator bezeichnet. Die dritte Bonddrahtinduktivität313 ist mit dem Gate des Transistorbauteils219 gekoppelt und der zweite Eingangskondensator217 ist mit der Masse des Sockels190 gekoppelt. Das Nebenschlussnetzwerk stellt eine Resonanz bei der Grundsignalfrequenz bereit, während es die Gateimpedanzen negiert. - Ein Drainabstimmungsnetzwerk
224 umfasst sowohl eine Kompensation für die Bonddrahtinduktionen, als auch für die Kapazität, die mit dem Drain des Transistorbauteils219 assoziiert ist. Das Drainabstimmungsnetzwerk224 umfasst ein Nebenschlussnetzwerk und eine serielle Induktivität. Die serielle Induktivität ist ein Ergebnis eines fünften Bonddrahtes215 , der die Drain des Bauteils219 mit dem Ausgangsanpassungsnetzwerk140 verbindet. Das Nebenschlussnetzwerk umfasst eine vierte Bonddrahtinduktivität214 , die mit einem Ausgangsanpassungskondensator218 gekoppelt ist. Die vierte Bonddrahtinduktivität214 ist mit dem Drain des Transistorbauteils219 gekoppelt und der Ausgangsanpassungskondensator218 , der Teil des Ausgangsanpassungsnetzwerks140 ist, ist mit der Masse des Sockels190 verbunden. Diese Komponenten stellen eine Breitbandanpassung bei einer bestimmten Lastimpedanz bereit, um einen gewünschten Leistungspegel für einen optimalen Verstärkungswirkungsgrad bereitzustellen. - Das Ausgangsanpassungsnetzwerk
140 umfasst eine erste Ausgangsübertragungsleitung241 , eine zweite Ausgangsübertragungsleitung242 und einen Ausgangssperrkondensator246 . Das Ausgangsanpassungsnetzwerk140 funktioniert im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie das Eingangsanpassungsnetzwerk130 , aber mit Funktionen, die in umgekehrter Reihenfolge angewandt werden. Die Impedanz der ersten Ausgangsübertragungsleitung242 ist vorzugsweise 6,25 Ohm für ein Koppeln mit dem Leistungsverstärkerausgang220 und ergibt deshalb eine Lastimpedanz von 6,25 Ohm für den Transistorausgangsanschluss. - Die zweite Ausgangsübertragungsleitung
241 kooperiert mit der ersten Übertragungsleitung242 , um ein wirkungsvolles Koppeln der HF-Leistung von dem Leistungsverstärkerausgang220 zu dem entsprechenden Eingang des Kombinators150 durch Anpassen der Quellen- und Lastimpedanz bereitzustellen. - Die Lastimpedanz, die den Kombinator
150 sieht, ist vorzugsweise 50 Ohm. Die Quellenimpedanz der Leitung242 ist vorzugsweise 6,25 Ohm. Um ein wirkungsvolles Koppeln dieser Quelle der HF-Leistung in die zweite Ausgangsübertragungsleitung241 zu erhalten, muss die Impedanz, welche die Leitung241 sieht, auch 6,25 Ohm sein. - Unter Verwendung der Gleichung für verlustlose Impedanztransformation einer ¼-Wellenlängen-Übertragungsleitung mit bevorzugten Werten für ZS (6,25 Ohm) und ZL (50 Ohm) ergibt sich eine Transmissionsleitungsimpedanz ZO von 17,7 Ohm. Deshalb wird die erste Übertragungsleitung
241 für 17,7 Ohm und für -Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz des Verstärkers ausgelegt und führt die Impedanztransformation von 50 Ohm auf 6,25 Ohm durch. Der Ausgangskondensator246 hindert die Gleichstromspannung daran, von dem Drainvorspannungsnetzwerk in den Kombinator150 zu gelangen. Auch hindert er Streuquellen der Gleichstromspannung in die Drainschaltung einzudringen. - Das Drainvorspannungsnetzwerk
80 umfasst einen Drainvorspannungsentkopplungskondensator245 , eine Drainvorspannungsübertragungsleitung243 und einen Drainvorspannungsbonddraht (Bonddrähte)244 . Eine Quelle der Gleichstromspannung stellt die Drainvorspannungsversorgung und den Treiberkondensator245 bereit. Der Bonddraht (die Bonddrähte)244 koppelt die Leitung243 mit dem Schaltkreis, der eine Gleichstromspannung zu dem Drain des Bauteils219 bereitstellt. Ähnlich dem Gatevorspannungsnetzwerk70 ist die Drainvorspannungsübertragungsleitung243 eine ¼-Wellenlängenleitung. Der Drainentkopplungskondensator254 parallel mit der Gleichstromquelle, die die Drainvorspannungsversorgung bereitstellt, stellt eine sehr niedrige Impedanz am Ende der Leitung243 , wo sie eingekoppelt werden, dar. Die Impedanz, die in die Leitung243 am Ende hineinsieht, das mit dem Bonddraht244 gekoppelt ist, ist eine sehr hohe Impedanz, die näherungsweise ein offener Schaltkreis ist. Dieses verhindert, dass HF-Leistung, die in Richtung auf das Drain gerichtet ist, in das Drainvorspannungsnetzwerk einstreut und lokalisiert das HF-Signal. Obgleich der dargestellte Leistungsverstärker100 mit nominalen Komponentenwerten realisiert ist, wird ein geschulter Praktiker anerkennen, dass der Wert der Komponenten211 bis219 eingestellt werden kann, um eine Abstimmung für eine optimale Güte für den Verstärker100 zu erreichen. -
4 ist eine Draufsicht, die eine detailliertere Darstellung des physischen Layouts und der Bonddrahtverbindungen211 ,212 ,213 ,214 ,215 ,221 und222 des Verstärkerabschnitts der3 bereitstellt. Obgleich die Bonddrähte211 ,212 ,213 ,214 ,215 als einzelne Leitungen von minimaler Länge gezeigt werden, wird ein Fachmann erkennen, dass jeder Leitungspfad mit einem oder mehreren Bonddrähten gebildet werden kann. Die Auswahl der Anzahl der Bonddrähte, die parallel eingesetzt werden können und die Länge der Bonddrähte ermöglichen, die Induktivität des Leitungspfades zu steuern und auf zufriedenstellende Werte einzustellen. -
5 ist ein Schema eines alternativen Vorverstärkungsabschnitts100 mit alternierender Gatevorspannung und Drain-Vorspannungsnetzwerkrealisierung. In dieser Ausführungsform sind die Gatevorspannungsbonddrähte234 direkt mit dem Eingangsnebenschlussnetzwerk eher verbunden als mit der zweiten Eingangsübertragungsleitung232 , so dass die Gatevorspannung an den Übergang der Induktivität213 und des Kondensators217 angeschlossen ist. Auf ähnliche Weise sind die Drainvorspannungsbonddrähte244 direkt mit dem Ausgangsnebenschlussnetzwerk eher verbunden als die erste Ausgangsübertragungsleitung242 . Die Drainvorspannung wird an den Übergang der Induktivität214 und des Kondensators218 in dieser alternierenden Ausführungsform angeschlossen. Einen Vorteil des alternierenden Gate- und Drainvorspannungsnetzwerkes zeigt5 , indem durch direktes Koppeln des Gates und der Drainvorspannung mit den jeweiligen Eingangs- und Ausgangsnebenschlusskonden satoren die ¼-Wellenlängen-Übertragungsleitung in den jeweiligen Netzwerken eliminiert werden kann, und somit ein wesentlicher Raum auf der PCB180 eingespart wird. -
6 ist eine Draufsicht, die eine detailliertere Darstellung des physischen Layouts und der Bondverbindungen211 ,212 ,213 ,214 ,215 ,221 und222 des Verstärkungsabschnitts der5 bereitstellt. Wieder wird ein Fachmann, während die Bonddrähte211 ,212 ,213 ,214 ,215 als einzelne Leitungen von minimaler Länge gezeigt werden, erkennen, dass jeder Leitungspfad mit einem oder mehreren Bonddrähten gebildet sein kann. Eine Auswahl der Anzahl der Bonddrähte, die parallel verwendet werden, und der Länge der Bonddrähte ermöglicht es, die Selbstinduktivität der Leitungspfade zu steuern und auf zufriedenstellende Werte einzustellen. -
7 ist eine physisch/funktionale schematische Darstellung des Verstärkers90 , welche die Vielzahl der Verstärkungsabschnitte, die parallel arbeiten, zeigt. Jeder Leistungstransistor101–106 hat ein entsprechendes Anpassungsnetzwerk131–136 , ein Gatevorspannungsnetzwerk71–76 , ein Ausgangsanpassungsnetzwerk141–146 und ein Drainvorspannungsnetzwerk81–86 . Jedes Eingangsanpassungsnetzwerk131–136 umfasst einen Eingangssperrkondensator236 , eine erste Eingangsübertragungsleitung231 und eine zweite Eingangsübertragungsleitung232 . Die Gatevorspannungsnetzwerke umfassen jeweils einen Gatevorspannungsentkopplungskondensator235 , eine Gatevorspannungsübertragungsleitung233 und einen Gatebonddraht234 . Das Ausgangsanpassungsnetzwerk umfasst eine erste Ausgangsübertragungsleitung241 , eine zweite Ausgangsübertragungsleitung242 und einen Ausgangssperrkondensator246 . Das Drainvorspannungsnetzwerk umfasst einen Drain vorspannungsentkopplungskondensator245 , eine Vorspannungsübertragungsleitung243 und einen Vorspannungsbonddraht244 . - Die Verstärkerabschnitte kooperieren parallel, um den Leistungspegel des HF-Leistungseingangs
171 zu dem HF-Leistungsausgang172 zu verstärken. Die Eingangsleistung, die von dem HF-Eingang171 kommt, wird durch den Verteiler in annähernd gleiche Phasenkomponenteneingangssignale geteilt, welche die jeweiligen Verstärkungsabschnitte versorgen. Jeder Verstärkungsabschnitt weist eine Leistungsverstärkung auf und stellt zusätzlich einen HF-Treiber bereit. Der HF-Treiber von jedem Verstärkungsabschnitt wird kombiniert, um den HF-Ausgang172 bereitzustellen, der eine Summe des Beitrags von jedem Verstärkungsabschnitt ist. - Der Verteiler
120 , der die Koppler121–125 einschließt, die Verteilereingangsübertragungsleitung129 und die Endwiderstände111–151 teilt die HF-Eingangsleistung ungefähr gleichmäßig unter den Leistungstransistoren101–106 auf. Wenn die HF-Eingangsleistung entlang der Verteilungsübertragungsleitung129 läuft, verteilen die Koppler121–125 ungefähr gleiche Abschnitte der Eingangsleistung an die entsprechenden Verstärkungsabschnitte. Es ist anzumerken, dass kein Koppler für den Endverstärkungsabschnitt am Ende der Übertragungsleitung129 erforderlich ist, weil an diesem Punkt 5/6 der Leistung, die am Hochfrequenzeingang171 eingegangen sind, bereits abgezogen wurden und 1/6 der Leistung für eine direkte Ansteuerung des letzten Verstärkerabschnitts übrig bleiben. - Eine HF-Leistung, die über einen Sperrkondensator
236 in einen Verstärkungsabschnitt eintritt, wird durch den Verstärkungsabschnitt verstärkt, der eine erhöhte HF-Leistung erzeugt, die über den Ausgangssperrkondensator246 austritt. - Der HF-Treiber von jedem Verstärkungsabschnitt wird durch den Kombinator
150 kombiniert, der in im Wesentlichen auf gleiche Weise wie der Verteiler120 , jedoch umgekehrt arbeitet. Die HF-Ausgangsleistung von jedem Verstärkungsabschnitt geht in eine Kombinatorübertragungsleitung159 über. Die Koppler152–156 liefern etwa gleiche Abschnitte der Ausgangsleitung von jedem entsprechenden Verstärkungsabschnitt. Wiederum ist kein Koppler notwendig für den ersten Verstärkungsabschnitt an dem Eingangsende der Übertragungsleitung159 , mit dem Leistungstransistor101 , der 1/6 der gesamten Ausgangsleistung beiträgt. Die Koppler152–156 liefern die verbleibenden 5/6 der gesamten Ausgangsleistung, die an den HF-Ausgang172 geliefert wird. - Obgleich spezielle Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen begrenzt und es ist naheliegend für den Fachmann, dass unterschiedliche Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne sich von dem Schutzbereich der Erfindung zu entfernen, der nur durch die anliegenden Ansprüche und ihre Äquivalenten definiert wird.
- Zusammenfassung
- Ein Breitband-Hochfrequenz-(HF)-Signalverstärker schließt eine Mehrzahl von Transistoren ein, die auf einer Oberseite eines Sockels angebracht sind, wobei jeder Transistor einen Eingang und einen Ausgang aufweist. Ein HF-Eingangspfad, der elektrisch mit den Transistoreingängen verbunden ist, umfasst einen passiven Verteiler, der in einer mehrlagigen Leiterplatte realisiert ist und der gestaltet ist, um ein HF-Eingangssignal in eine Vielzahl von Komponenteneingangssignale aufzuteilen. Eine Mehrzahl von entsprechenden Eingangsanpassungsnetzwerken, die ¼-Wellenlängen-Übertragungsleitungen einschließen, und die in der Leiterplatte realisiert sind, koppeln entsprechende Komponenteneungangssignale mit Transistoreingängen bei einer Eingangsimpedanz, wobei die Eingangsanpassungsnetzwerke weiterhin entsprechende Eingangsanpassungskondensatoren aufweisen, die auf dem Sockel angebracht sind. Ein HF-Ausgangspfad, der elektrisch mit den Transistorausgängen verbunden ist, umfasst einen passiven Kombinator, der in der Leiterplatte realisiert und gestaltet ist, um die Komponentenausgangssignale, die an den Transistorausgängen empfangen werden, in ein HF-Ausgangssignal zu übersetzen. Eine Mehrzahl von entsprechenden Ausgangsanpassungsnetzwerken, die ¼-Wellenlängen-Übertragungsleitungen umfassen, und die in der Leiterplatte realisiert sind, koppeln die entsprechenden Komponentenausgangssignale an den Transistorausgängen mit einer Ausgangsimpedanz.
Claims (27)
- Ein Breitbandhochfrequenz (HF)-Signalverstärker, der umfasst: eine Mehrzahl von Transistoren, die auf einer Oberfläche eines Sockels angebracht sind, wobei jeder Transistor einen Eingang und einen Ausgang aufweist, und der Sockel eine Stützstruktur, eine Referenzmasse und eine Wärmesenke für die Transistoren umfasst; einen HF-Eingangspfad, der elektrisch mit den Transistoreingängen verbunden ist, wobei der Eingangspfad einen Verteiler aufweist, der gestaltet ist, um ein HF-Eingangssignal in eine Mehrzahl von Komponenteneingangssignale aufzuteilen, wobei eine Mehrzahl von Eingangsanpassungsnetzwerken gestaltet sind, um die jeweiligen Komponenteneingangssignale mit den Transistoreingängen bei einer Eingangsimpedanz zu koppeln, und eine Mehrzahl von Eingangsgleichstrom-(dc)-Vorspannungsnetzwerken, die gestaltet sind, um die Transistoreingänge auf einen Eingangsarbeitspunkt vorzuspannen, wobei der Verteiler, die Eingangsanpassungsnetzwerke und die Eingangsvorspannungsnetzwerke mindestens teilweise in einer mehrlagigen Leiterplatte realisiert sind; und einen HF-Ausgangspfad, der elektrisch mit den Transistorausgängen verbunden ist, wobei der Ausgangspfad aufweist: einen Kombinator, der gestaltet ist, um die Komponentenausgangssignale, die an den Transistorausgängen empfangen werden, in ein HF-Ausgangssignal zu kombinieren, eine Mehrzahl von Ausgangsanpassungsnetzwerken, die gestaltet sind, um die entsprechenden Komponentenaus gangssignale mit den Transistorausgängen bei einer Ausgangsimpedanz zu koppeln, und eine Mehrzahl von Ausgangsgleichstromvorspannungsnetzwerken, die gestaltet sind, um die Transistorausgänge auf einen Ausgangsarbeitspunkt vorzuspannen, wobei der Kombinator, die Ausgangsanpassungsnetzwerke und die Ausgangsvorspannungsnetzwerke mindestens teilweise in der Leiterplatte realisiert sind.
- Der Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte eine Öffnung aufweist, die zum Unterbringen des Sockels dimensioniert ist.
- Der Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Eingangs- und Ausgangspfade jeweils Eingangs- und Ausgangsreferenzmassenansätze aufweisen, die in der Leiterplatte realisiert sind, wobei der Sockel und die Leiterplatte derart angeordnet sind, dass die Eingangs- und Ausgangsreferenzansätze benachbart zu der Sockeloberfläche sind.
- Der Verstärker nach Anspruch 3, der weiterhin entsprechende Leitungen aufweist, die elektrisch die Eingangs- und Ausgangsreferenzmassenansätze mit der Sockeloberfläche verbinden.
- Der Verstärker nach Anspruch 4, wobei die Leitungen jeweils Sätze von Bonddrähten umfassen, und wobei die Leiterplatte und der Sockel ausreichend nahe beieinander angeordnet sind, so dass die Bonddrähte eine relativ niedrige Impedanz der Übertragungspfade bereitstellen.
- Der Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Eingangsanpassungsnetzwerke Übertragungsleitungen umfassen, die in der Leiterplatte realisiert sind und elektrisch die Komponenteneingangssignale mit den jeweiligen Transistoreingängen verbinden, und wobei die Übertragungsleitungen eine Länge von ungefähr ¼ einer Wellenlänge einer Grundfrequenz des HF-Eingangssignals aufweisen.
- Der Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsanpassungsnetzwerke Übertragungsleitungen umfassen, die in der Leiterplatte realisiert sind und die Komponentenausgangssignale mit dem Kombinator elektrisch verbinden, wobei die Übertragungsleitungen Längen von ungefähr einer Wellenlänge einer Grundfrequenz des HF-Eingangssignals aufweisen.
- Der Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Eingangsanpassungsnetzwerke entsprechende Eingangsanpassungskondensatoren, die an dem Sockel angebracht sind, umfassen, wobei die jeweiligen Eingangsvorspannungsnetzwerke mit einer Eingangsgleichspannungsquelle über einen entsprechenden Eingangsanpassungskondensator elektrisch verbunden sind und wobei die Ausgangsanpassungsnetzwerke jeweils Ausgangsanpassungskondensatoren aufweisen, die an dem Sockel angebracht sind, und wobei die entsprechenden Ausgangsvorspannungsnetzwerke mit einer Ausgangsgleichstromvorspannungsquelle über einen jeweiligen Ausgangsanpassungskondensator elektrisch verbunden sind.
- Der Verstärker nach Anspruch 8, wobei die Eingangsgleichstromvorspannungsquelle mit den Eingangsanpassungskondensatoren über entsprechende Eingangsübertragungsleitungen verbunden sind, die in der Leiterplatte realisiert sind und wobei die Ausgangsgleichstromvorspannungsquelle mit den Ausgangsanpassungskondensatoren über entsprechende Ausgangsübertragungsleitungen verbunden ist, die in der Leiterplatte realisiert sind, und wobei die jeweiligen Eingangs- und Ausgangsübertragungsleitungen jeweils eine Länge von ungefähr ¼ einer Wellenlänge einer Grundfrequenz des HF-Eingangssignals aufweisen.
- Der Verstärker nach Anspruch 8, wobei die Eingangsgleichstromvorspannungsquelle mit den Eingangsanpassungskondensatoren verbunden ist und die Ausgangsgleichstromvorspannungsquelle mit den Ausgangsanpassungskondensatoren verbunden ist, ohne dass weder die Eingangs- noch die Ausgangsgleichstromvorspannungsquelle über eine Übertragungsleitung übertragen wird, die eine Länge von ungefähr ¼ einer Wellenlänge einer Grundfrequenz des HF-Eingangssignals aufweisen.
- Der Verstärker nach Anspruch 1, wobei der Verteiler und der Kombinator passive Elemente sind.
- Der Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Eingangsimpedanz relativ hoch ist und der Eingangsarbeitspunkt relativ niedrig ist.
- Der Verstärker nach Anspruch 1, der weiterhin umfasst eine erste Mehrzahl von Leitungen, die mit den jeweiligen Eingangspfadübertragungsleitungen elektrisch verbunden sind, die in der Leiterplatte realisiert sind mit entsprechenden Transistoreingängen, und eine zweite Mehrzahl von Leitungen, die entsprechende Eingangspfadenübertragungsleitungen, welche in der Lei terplatte realisiert sind, mit entsprechenden Transistorausgängen elektrisch verbinden.
- Der Verstärker nach Anspruch 13, wobei die erste und zweite Mehrzahl von Leitungen entsprechende Sätze von Bonddrähten umfassen, die sich zwischen der Leiterplatte und dem Sockel erstrecken.
- Der Verstärker nach Anspruch 1, wobei der Sockel und die Leiterplatte an einer gemeinsamen Referenzmasse und Wärmesenke angebracht sind.
- Der Verstärker nach Anspruch 15, wobei die Eingangs- und Ausgangspfade jeweils Eingangs- und Ausgangsreferenzmassenansätze aufweisen, die in der Leiterplatte realisiert sind, und wobei die Eingangs- und Ausgangsmasseansätze elektrisch mit dem Sockel durch eine entsprechende Vielzahl von Bonddrähten verbunden sind, die niedrige Induktivitätspfade bereitstellen.
- Ein Breitbandhochfrequenz (HF)-Signalverstärker, der aufweist: eine Mehrzahl von Transistoren, die auf einer Oberfläche eines Sockels angeordnet sind, wobei jeder Transistor einen Eingang und einen Ausgang aufweist, und wobei der Sockel eine Stützstruktur, eine Referenzmasse und eine Wärmesenke für die Transistoren umfasst; einen HF-Eingangspfad, der elektrisch mit den Transistoreingängen verbunden ist, wobei der Eingangspfad einen Verteiler aufweist, der gestaltet ist, um ein HF-Eingangssignal in eine Mehrzahl von Komponenteneingangs- Signalen aufzuteilen, wobei eine Mehrzahl von Eingangsanpassungsnetzwerken gestaltet ist, um die jeweiligen Komponenteneingangssignale mit den Transistoreingängen bei einer Eingangsimpedanz zu koppeln, und eine Mehrzahl von Eingangsgleichstrom-(dc)-Vorspannungsnetzwerken, die gestaltet sind, um die Transistoreingänge auf einen Eingangsarbeitspunkt vorzuspannen, wobei der Verteiler, die Eingangsanpassungsnetzwerke und die Eingangsvorspannungsnetzwerke mindestens teilweise in einer mehrschichtigen Leiterplatte realisiert sind, und wobei die Eingangsanpassungsnetzwerke entsprechende Eingangsanpassungskondensatoren aufweisen, die an dem Sockel angebracht sind; und einen HF-Ausgangspfad, der elektrisch mit den Transistorausgängen verbunden ist, wobei der Ausgangspfad einschließt: einen Kombinator, der gestaltet ist, um die Komponentenausgangssignale an den Transistorausgängen zu einem HF-Ausgangssignal zu kombinieren, eine Mehrzahl von Ausgangsanpassungsnetzwerken, die gestaltet sind, um die jeweiligen Komponentenausgangssignale mit den Transistorsausgängen bei einer Ausgangsimpedanz zu koppeln und eine Mehrzahl von Ausgangsgleichstromvorspannungsnetzwerken, die gestaltet sind, um die Transistorausgänge auf einen Ausgangsarbeitspunkt vorzuspannen, wobei der Kombinator, die Ausgangsanpassungsnetzwerke und die Ausgangsvorspannungsnetzwerke mindestens teilweise in der Leiterplatte realisiert sind und wobei die Ausgangsanpassungsnetzwerke, die entsprechende Ausgangsanpassungskondensatoren aufweisen, an dem Sockel angebracht sind.
- Verstärker nach Anspruch 17, wobei die Eingangsgleichstromvorspannungsnetzwerke elektrisch eine Eingangsgleichstrom-Vorspannungsquelle mit den entsprechenden Eingangsanpassungskondensatoren verbinden und wobei die Ausgangsgleichstrom-Vorspannungsnetzwerke elektrisch mit einer Ausgangsgleichstrom-Vorspannungsquelle an entsprechenden Ausgangsanpassungskondensatoren verbunden sind, ohne sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsgleichstrom-Vorspannungsquelle über eine Übertragungsleitung zu übertragen, die eine Länge von ungefähr ¼ einer Wellenlänge einer Grundfrequenz des HF-Eingangssignals aufweist.
- Der Verstärker nach Anspruch 17, wobei die Leiterplatte eine Öffnung aufweist, die zum Unterbringen des Sockels dimensioniert ist.
- Der Verstärker nach Anspruch 17, wobei die Eingangs- und Ausgangspfade jeweils Eingangs- und Ausgangsreferenzmasseansätze aufweisen, die in der Leiterplatte realisiert sind und wobei der Sockel und die Leiterplatte so angeordnet sind, dass die Eingangs- und Ausgangsreferenzmasseansätze benachbart zu der Sockeloberseite sind.
- Der Verstärker nach Anspruch 20, der weiterhin entsprechende Bonddrahtleitungen aufweist, die elektrisch die Eingangs- und Ausgangsreferenzmassenansätze mit der Sockeloberfläche verbinden, wobei die Eingangs- und Ausgangsreferenzmassenansätze und die Sockeloberfläche ausreichend nahe beieinander sind, so dass die Bonddrähte eine relativ niedrige Induktivität der Übertragungspfade bilden.
- Ein Breitbandhochfrequenz-(HF)-Signalverstärker, der umfasst: eine Mehrzahl von Transistoren, die auf einer Oberfläche eines Sockels angebracht sind, wobei jeder Transistor einen Eingang und einen Ausgang aufweist; einen HF-Eingangspfad, der elektrisch mit den Transistoreingängen verbunden ist, wobei der Eingangspfad einen Verteiler aufweist, der gestaltet ist, um ein HF-Eingangssignal in eine Mehrzahl von Komponenteneingangssignalen aufzuteilen, wobei eine Mehrzahl von Eingangsanpassungsnetzwerken gestaltet ist, um die jeweiligen Komponenteneingangssignale mit entsprechenden Transistoreingängen bei einer Eingangsimpedanz zu koppeln, wobei der Verteiler und die Eingangsanpassungsnetzwerke mindestens teilweise in einer mehrschichtigen Leiterplatte realisiert sind, und wobei die Eingangsanpassungsnetzwerke entsprechende Eingangsanpassungskondensatoren, die auf dem Sockel angeordnet sind, umfassen; und einen HF-Ausgangspfad, der elektrisch mit den Transistorausgängen verbunden ist, wobei der Ausgangspfad umfasst: einen Kombinator, der gestaltet ist, um die Komponentenausgangssignale an den Transistorausgängen in ein HF-Ausgangssignal zu kombinieren und eine Mehrzahl von Ausgangsanpassungsnetzwerken, die gestaltet sind, um die jeweiligen Komponentenausgangssignale mit den Transistorausgängen bei einer Ausgangsimpedanz zu koppeln, wobei der Kombinator und die Ausgangsanpassungsnetzwerke zumindest teilweise in der Leiterplatte realisiert sind, und wobei die Ausgangsanpassungsnetzwerke jeweils Aus gangsanpassungskondensatoren umfassen, die an dem Sockel angebracht sind.
- Der Verstärker nach Anspruch 22, wobei die Leiterplatte eine Öffnung aufweist, die zur Unterbringung des Sockels dimensioniert ist.
- Der Verstärker nach Anspruch 22, wobei Eingangs- und Ausgangspfade jeweils Eingangs- und Ausgangsreferenzmasseansätze aufweisen, die in der Leiterplatte realisiert sind und wobei der Sockel und die Leiterplatte derart angeordnet sind, dass die Eingangs- und Ausgangsreferenzmassenansätze benachbart zu der Sockeloberfläche angeordnet sind, wobei entsprechende Bonddrahtleitungen elektrisch die Eingangs- und Ausgangsreferenzmasseansätze mit der Sockeloberfläche verbinden, und die Eingangs- und Ausgangsreferenzmasseansätze und die Sockeloberfläche ausreichend nahe beieinander sind, so dass die Bonddrähte eine relativ niedrige Induktivität der Transmissionspfade bereitstellen.
- Der Verstärker nach Anspruch 22, wobei der Eingangspfad weiterhin eine Mehrzahl von Eingangsvorspannungsnetzwerken umfasst, die elektrisch mit einer Eingangsgleichstromvorspannungsquelle über die Eingangskondensatoren verbunden sind und wobei die Ausgangspfade weiterhin eine Mehrzahl von Eingangsvorspannungsnetzwerken umfassen, die elektrisch mit einer Ausgangsgleichstrom-Vorspannungsquelle über die Ausgangsanpassungskondensatoren verbunden sind.
- Der Verstärker nach Anspruch 25, wobei die Eingangsgleichstrom-Vorspannungsquelle mit Eingangsanpassungskondensatoren über entsprechende Übertragungsleitungen, die in der Leiterplatte realisiert sind, verbunden ist, und wobei jede eine Länge von ungefähr einer Wellenlänge einer Grundfrequenz des HF-Eingangssignals aufweist, und wobei die Ausgangsgleichstrom-Vorspannungsquelle mit den Ausgangsanpassungskondensatoren über entsprechende Übertragungsleitungen, die in der Leiterplatte realisiert sind, verbunden ist, wobei jede eine Länge von ungefähr einer Wellenlänge einer Grundfrequenz des HF-Eingangssignals aufweist.
- Der Verstärker nach Anspruch 25, wobei die Eingangsgleichstrom-Vorspannungsquelle mit den Eingangsanpassungskondensatoren verbunden ist und wobei die Ausgangsgleichstrom-Vorspannungsquelle mit Ausgangsanpassungskondensatoren verbunden ist, ohne weder die Eingangs- noch die Ausgangsgleichstrom-Vorspannungsquelle über eine ¼-Wellenlängen-Übertragungsleitung zu übertragen.
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