DE60019808T2 - Kern eines leistungsverstärkers - Google Patents

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    • H03F3/42Amplifiers with two or more amplifying elements having their dc paths in series with the load, the control electrode of each element being excited by at least part of the input signal, e.g. so-called totem-pole amplifiers
    • H03F3/423Amplifiers with two or more amplifying elements having their dc paths in series with the load, the control electrode of each element being excited by at least part of the input signal, e.g. so-called totem-pole amplifiers with MOSFET's

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Leistungsverstärker und insbesondere monolithische Mikrowellen-ICs ("IC = integrated circuit"/integrierte Schaltung), die Feldeffekttransistoren in Leistungsverstärkern einsetzen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Leistungsverstärker sind in verschiedenen Telekommunikationssystemen weit verbreitet, wo sie üblicherweise zur Verstärkung eines HF-Signals vor der Übertragung des Signals von einer Antenne aus eingesetzt werden. Der Leistungsverstärker umfasst ein oder mehrere Halbleiterbauteile, die zum Verstärken des Signals verwendet werden. Konventionelle Systeme stellen typischerweise ein verstärktes HF-Signal zur Verfügung, das eine Ausgangsspannung auf weist, die durch die maximale Spannung begrenzt ist, zu der die Halbleiterbauteile fähig sind. Daher wird, um die Leistungsausgabe des Leistungsverstärkers zu erhöhen, der Ausgangsstrom erhöht. Die Abmessungen der Verkabelung, die den Leistungsverstärker mit der Antenne verbindet, steht in direkter Beziehung zu dem Ausgangsstrom des HF-Signals. Eine größer dimensionierte Verkabelung für höhere Ströme bedingt erhöhte Kosten für die Verkabelung, größere Stecker, eine vergrößerte Kabelmasthalterung und ein erhöhter Volumenbedarf beim Verlegen des Kabels. Deshalb ist es wünschenswert, den Ausgangsstrom eines Leistungsverstärkers zu minimieren.
  • Andere Designziele bei einem Design eines MMIC-Leistungsverstärkers ("MMIC = monolithic microwave integrated circuit"/monolithischer Mikrowellen-IC) umfassen das Minimieren des Versorgungsstroms und das Reduzieren der Impedanzfehlanpassung zwischen dem Leistungsverstärker und anderen Systembauteilen. Der Versorgungsstrom für einen Leistungsverstärker hängt von der abgegebenen Leistung, der Verlustleistung und der Versorgungsspannung ab, bei der der Leistungsverstärker betrieben wird. Zunahmen in der benötigten Ausgangsleistung und der Verlustleistung des Verstärkers verursachen in gleichem Maße Zunahmen beim DC-Versorgungsstrom des Bauteils, was in erhöhten Linienbreiten für die Verbindungen zwischen den Halbleiterbauteilen und in Veränderungen für das Substrat resultiert, um die höheren Versorgungsströme aufzunehmen. Die erhöhten Linienbreiten erniedrigen die Leistungsdichte des Leistungsverstärkers und führen zu einer erhöhten, den verbindenden Leitungen zugeordneten parasitären Kapazität. Deshalb ist es wün schenswert, den Versorgungsstrom des Leistungsverstärkers zu minimieren.
  • Eine Fehlanpassung zwischen dem Leistungsverstärker und anderen Systemkomponenten resultiert in einer erniedrigten Drain-Effizienz und einer schmäleren Bandbreite. Typische Leistungsverstärker zeigen ungefähr 3 Ohm Ausgangskanalimpedanz, die mit einem Mehrfachen der Ausgangsimpedanz kombiniert werden muss. Wenn beispielsweise vier FETs kombiniert werden, resultiert dies in 200 Ohm für eine kombinierte 50-Ohm-Anpassung. Demnach beträgt das Umsetzungsverhältnis 200/3 = 67:1. Deshalb ist es wünschenswert, die Fehlanpassung zwischen dem Leistungsverstärker und anderen Systemkomponenten zu reduzieren.
  • FR-A-2 536 224 offenbart einen Videofrequenzverstärker, der eine Verstärkerschaltung umfasst. Die Verstärkerschaltung umfasst eine FET-Zellreihe, die drei FET-Zellen und ein Vorspannungsnetzwerk umfasst. Es ist ein einzelner Kondensator pro FET-Zellreihe vorhanden. FR-A-2 536 224 offenbart nicht, dass ein Vorspannungskondensator jeder der FET-Zellen in der FET-Zellreihe zugeordnet ist.
  • US 3,424,858 offenbart eine Verstärkerschaltung, die drei Transistoren umfasst, die in Serie mit einem Ausgangsport verbunden sind. US 3,424,858 offenbart nicht, dass lediglich eine der Transistorenausgaben an den Ausgangsport gekoppelt ist.
  • Für ein vollständiges Verständnis der Erfindung, ihrer Ziele und Vorteile kann auf die folgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Leistungsverstärkerkern, wie in Anspruch 1 beansprucht, zur Verfügung.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Leistungsverstärker, wie in Anspruch 6 beansprucht, zur Verfügung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1a ist ein Blockdiagramm eines Leistungsverstärkersystems gemäß dem Stand der Technik;
  • 1b ist ein Blockdiagramm eines Leistungsverstärkersystems, das Kernverstärker gemäß den Prinzipien der Erfindung einsetzt;
  • 2 ist ein detailliertes Schema der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist ein Kernlayoutdiagramm der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 veranschaulicht den Unterschied in den Verstärkungscharakteristiken der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und einem Standard-FET; und
  • 5 ist ein Blockdiagramm einer Leistungsverstärkerschaltung, die Kernverstärker gemäß den Prinzipien der Erfindung einsetzt.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • 1A veranschaulicht ein typisches Leistungsverstärkersystem gemäß dem Stand der Technik, das HF-Signale verstärkt. Ein AC-DC-Wandler 20, der sich innerhalb eines Gebäudes befindet, wandelt Netzstrom wie etwa 115 V AC, 60 Hz zu 45 V DC. Der Ausgang des AC-DC-Wandlers 20 wird zu einem Leistungsverstärker 22 gelegt, der sich auf dem Dach des Gebäudes befindet. Der Leistungsverstärker 22 umfasst einen DC-DC Wandler 24 und einen Kernverstärker 26 zusätzlich zu anderen Systemkomponenten, die dem Fachmann gut bekannt sind. Der DC-DC-Wandler 24 wandelt die Leistung mit 45 V DC auf einen Spannungspegel, der für den Kernverstärker 26 verwendbar ist. Im Allgemeinen wird eine Spannung im Bereich von 9 V DC bis 15 V DC zur Verfügung gestellt, da die in dem Kernverstärker zur Verstärkung eingesetzten FETs einen maximalen Drain-Source-Spannungsdurchbruch innerhalb dieses Bereichs aufweisen.
  • Bezugnehmend auf 1B ist ein Leistungsverstärkersystem 28 veranschaulicht, das einen Kernverstärker 32 gemäß den Prinzipien der Erfindung einsetzt. Das Leistungsverstärkersystem 28 unterscheidet sich von dem System gemäß dem Stand der Technik darin, dass der Ausgang des AC-DC-Wandlers 20 an den Kernverstärker gekoppelt ist, ein DC-DC-Wandler wird nicht benötigt. Der Kernverstärker 32 der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist in der Lage, mit einem Betriebsspannungspegel zu arbeiten, der größer ist als der von Systemen gemäß dem Stand der Technik. Das Entfernen des DC-DC-Wandlers 24 aus dem Leistungsverstärkersystem 28 verbessert die Systemleistungseffizienz, reduziert das Systemvolumen und reduziert die Systemkosten.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist ein N-stufiger, M-fach paralleler Leistungskern 41 gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die bevorzugte Ausführungsform ist ein dreistufiger, 2-fach paralleler Leistungskern. Der M-fach parallele Leistungskern 41 umfasst zwei parallele Verstärkerkerne 40, die eine Verstärkung eines HF-Signals zur Verfügung stellen, das über einen Eingangsport gekoppelt wird. Obwohl lediglich zwei Verstärkerkerne 40 in der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform parallel gekoppelt sind, können die Prinzipien an der Erfindung leicht auf das parallele Koppeln von mehr als zwei Verstärkerkernen 40 ausgedehnt werden. In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich das HF-Signal in einem Bereich von 26 GHz bis 31 GHz, es liegt jedoch im Geltungsbereich der Erfindung, dass sich die HF-Signale innerhalb des Bereichs von 600 MHz bis 50 GHz befinden. Ein PHEMT-Prozess unter Verwendung eines GaAs-Substrats mit 4 mil wird eingesetzt, um die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform aufzubauen. Die Prinzipien der Erfindung jedoch werden weder durch den Prozess noch durch das Substratmaterial, das zum Aufbauen des Bauteils eingesetzt wird, beschränkt. Jeder der Verstärkerkerne 40 umfasst ein Vorspannungsnetzwerk 44, das zwischen den Eingangsport 42 und einer Reihe von drei FET-Zellen 46 gekoppelt ist. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung drei in Serie geschaltete FET-Zellen 46 einsetzt, ist es vorgesehen, dass zwei oder mehr FET-Zellen in Serie gekoppelt werden. Die FET-Zellen 46 erstrecken sich von einem einzelnen Massepunkt 47 zu einem Ausgangsport 48. Dadurch, dass jedem Ende des M-fach parallelen Leistungskerns 41 ein Massepunkt 47 benötigt wird, wird die Leistung verbessert, da die Kerngröße aufgrund von der Kanalseite zuge ordneten Phasenproblemen nicht begrenzt wird. Das Vorspannungsnetzwerk 44 AC-koppelt das HF-Signal an jede der FET-Zellen 46. Das verstärkte HF-Signal wird von jedem der Verstärkerkerne 40 an den einzelnen Ausgangsport 48 gekoppelt. Normalerweise dem Ausgangport zugeordnete Phasenprobleme werden durch den einzelnen, in der bevorzugten Ausführungsform eingesetzten, Ausgangsport 48 minimiert.
  • Das Vorspannungsnetzwerk 44 umfasst eine Reihe von Widerständen, die einen DC-Vorspannungspunkt für jede der FET-Zellen 46 zur Verfügung stellt. Die Reihe von Widerständen umfasst einen oberen Widerstand 56, zwei Vorspannungswiderstände 54 und einen unteren Widerstand 52. Die Reihe von Widerständen wird so gewählt, das eine DC-Vorspannung, Vgs, von –0,2 Volt dem Gate-Source-Übergang jeder FET-Zelle 46 in der Reihe von FET-Zellen zur Verfügung gestellt wird. Zusätzlich werden die Werte für die Reihe von Widerständen so gewählt, das die Impedanz der Widerstandreihe nicht die Last der Gate-Source der FET-Zellen 46 verringert. Eine obere Grenze für die Werte der Widerstände in der Widerstandsreihe wird jedoch dadurch gebildet, dass eine Begrenzung der physikalischen Größe der Widerstände wünschenswert ist. In der bevorzugten Ausführungsform liegt der Realteil der Eingangsimpedanz bei der HF-Betriebsfrequenz für jede FET-Zelle ungefähr bei 10 bis 15 Ω. Deshalb wird der Wert für den Vorspannungswiderstand 54 so gewählt, dass er vorzugsweise in einem Bereich von 5 kΩ bis 15 kΩ liegt, wobei ein Wert von 10 kΩ bevorzugt ist. Die Werte für die oberen und unteren Widerstände 52 und 56 werden auf der Basis des Wertes des Vorspannungswiderstandes 54 gewählt. Die optimalen Werte für den unteren Widerstand 52 und den oberen Widerstand 56 werden aus den folgenden Gleichungen bestimmt: Rlower = Rbias + Vgs*(N+1)*Rbias/(Vdd–Vgg) Rupper = Rbias – Vgs*(N+1)*Rbias/(Vdd–vgg) Setze: Vgg = –1*Vdd/N
  • Dabei ist Vgs die gewünschte DC-Spannung, die an den Gate-Source-Übergang des FET angelegt wird, N die Anzahl an FET-Zellen 46 in der Reihe, Vdd die Spannung am Ausgangsport und Vgg die an den unteren Widerstand 52 angelegte Spannung. In der bevorzugten Ausführungsform ist N gleich 3, Vdd gleich 15 Volt und Vgg wird auf –5 Volt eingestellt. Die sich ergebenden optimalen Werte für die oberen und unteren Widerstände 56 und 52 betragen 10,4 kΩ und 9,6 kΩ. Die Werte für die oberen und unteren Widerstände 56 und 52 werden vorzugsweise so gewählt, das sie gerechnete optimale Werte sind, es liegt jedoch innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung, dass Werte gewählt werden, die von den optimalen Werten um mehr als 30 % abweichen. Das Auswählen von nicht optimalen Werte für die oberen und unteren Widerstände 56 und 52 resultiert in einer ungleichen DC-Vorspannung, die an die Reihe von FET-Zellen 46 angelegt wird. In dem Maße, in dem sich der Fehler in der DC-Vorspannung erhöht, entwickeln sich Hot Spots ("hot spots = heiße Stellen") in den Übergängen der FET-Zellen 46, die möglicherweise zu einer Zerstörung der FET-Zellen 46 führen. Bei sich erhöhenden Ausgangsleistungspegeln entwickeln sich Hot Spots bei einem geringeren Fehler in der DC-Vorspannung, die an die FET-Zellen angelegt wird. Deshalb ist es bei niedrigen Ausgangsleistungspegeln möglich, die Erfindung mit einem signifikanten DC-Vorspannungsfehler zu betreiben, ohne dass sich destruktive Hot Spots entwickeln.
  • Das Vorspannungsnetzwerk 44 enthält auch einen Vorspannungskondensator 50, der jeder FET-Zelle 46 entspricht. Der Vorspannungskondensator 50 filtert die DC-Komponente des HF-Sinals aus und koppelt die sich ergebende AC-Komponente an die Reihe von Widerständen und die entsprechende FET-Zelle 46. Der Wert des Vorspannungskondensators 50 wird vorzugsweise so gewählt, das er ungefähr 2 Ω Reaktanz bei der niedrigsten Übertragungsfrequenz darstellt. Es kann jedoch ein großer Wertebereich für den Vorspannungskondensator 50 verwendet werden. Die obere Grenze für den Kapazitätswert wird dadurch gesetzt, dass eine Begrenzung der physikalischen Größe des Vorspannungskondensators 50 wünschenswert ist. Größere Kapazitätswerte benötigen einen größeren Oberflächenbereich für die Platten des Kondensators 50. Die untere Grenze für den Kapazitätswert wird durch den Dämpfungsbetrag des HF-Signals gebildet, der akzeptierbar ist. In der bevorzugten Ausführungsform wird das HF-Signal um weniger als 0,5 dB gedämpft. Es liegt jedoch im Geltungsbereich der Erfindung, Kapazitätswerte für den Vorspannungskondensator zu wählen, die in höheren Dämpfungswerten in Abhängigkeit von den Designfehlanpassungsanforderungen für das Erreichen der gewünschten Amplituden- und Phasenziele.
  • Bezugnehmend auf 3 wird ein Kernlayout 58 für die bevorzugte Ausführungsform des M-fach parallelen Leistungskerns 41 veranschaulicht. Der Fachmann wird erkennen, das das Kernlayout 58 in einer Form vorliegt, die zur Eingabe in ein Cadence-Computersystem geeignet ist. Das HF- Eingangssignal wird über den Eingangsport 42 an den Vorspannungskondensator 50 gekoppelt, der jedem der FET-Zellen 46 entspricht. Jeder der Vorspannungskondensatoren 50 ist mit dem Gate der entsprechenden FET-Zelle 46 und mit einer Widerstandsreihe verbunden, die den oberen Widerstand 56, einen unteren Widerstand 52 und zwei Vorspannungswiderstände 54 umfasst. Das verstärkte HF-Signal wird von den FET-Zellen 46 an den Ausgangsport 48 gekoppelt.
  • Wiederum unter Bezugnahme auf 2 gestaltet sich der Betrieb der bevorzugten Ausführungsform wie folgt. Eine DC-Vorspannung wird auf jede der FET-Zellen 46 durch das Teilen der Ausgangsspannung über die Widerstandsreihe angelegt, die den oberen Widerstand 56, die zwei Vorspannungswiderstände 54 und den unteren Widerstand 52 umfasst. Die DC-Vorspannung, die an jede der FET-Zellen 46 angelegt wird, ist so, dass der Betriebspunkt jeder FET-Zelle 46 auf ungefähr den gleichen Wert eingestellt wird. Ein HF-Signal, das dem Eingangsport 42 eingegeben wird, wird über jeden der Vorspannungskondensatoren 50 an beide Verstärkerkerne 40 AC-gekoppelt. Die sich ergebende AC-Komponente des HF-Signals wird dann der DC-Vorspannung hinzufügt, die durch die Widerstandreihe zur Verfügung gestellt wird und das vorgespannte HF-Signal wird dann an die FET-Zelle 46 angelegt, die dem Vorspannungskondensator 52 entspricht. Da jede der FET-Zellen 46 in der Reihe von FET-Zellen 46 auf den gleichen Betriebspunkt eingestellt wird, werden sie auf ungefähr den gleichen Grad eingeschaltet und so ein Fließen des Stroms durch die Reihe von FET-Zellen 46 bewirkt. Zusätzlich teilt sich die Lastspannung am Ausgangsport 48 ungefähr gleich auf jede der FET-Zellen 46 auf. Die Leistung, die über jede der FET-Zellen 46 hinweg verloren geht, ist ungefähr gleich, da ein gemeinsamer Strom durch jede der FET-Zellen 46 fließt und die Drain-Source-Spannung jeder der FET-Zellen 46 ungefähr gleich ist. Der Strom fließt von dem Ausgangsport 48 durch die FET-Zellen 46 jedes der Verstärkerkerne 40 zu den entsprechenden Massepunkten 47.
  • Werden die FET-Zellen 46 seriell verbunden und Mittel zur Verfügung gestellt, um die Drain-Source-Spannung ungefähr gleich über jede FET-Zellen 46 hinweg zu teilen, kann eine Betriebsspannung von ungefähr einem N-fachen (wobei N die Anzahl an FET-Zellen 46 darstellt, die seriell verbunden sind) der konventionellen Betriebsspannung erhalten werden. Die Verwendung einer höheren Betriebsspannung führt zu einer proportionalen Abnahme des FET-Zellkanalstroms für Leistungskerne, die die gleiche Leistungsabgabe aufweisen. Der niedrigere Kanalstrom ermöglicht die Verwendung von proportional kleineren Linienbreiten für die Pfade, die die FET-Zellen 46 verbinden. Die Reduzierung der Linienbreiten erlaubt eine dichtere Packung der Verstärkerkerne und reduziert die mit den Pfaden verbundenen parasitären Kapazitäten. Zusätzlich erhöht sich die reale Kanalimpedanz um einen Faktor von N2, wenn sich die Betriebsspannung um einen Faktor von N erhöht und der Kanalstrom erniedrigt sich um einen Faktor N. Außerdem erniedrigt sich die parasitäre Ausgangskapazität jedes Leistungsverstärkerkerns um einen Faktor 1/N aufgrund des Stapeln der FET-Zellen, wodurch Phasenanpassungsprobleme minimiert werden, die mit dem Ausgang des M-fach parallelen Leistungskerns 41 verbunden sind.
  • Bezugnehmend auf 4 ist ein Graph gezeigt, der die Kleinsignalverstärkung und die Stabilitätscharakteristiken der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform in Bezug auf einen konventionell konfigurierten Leistungskern veranschaulicht. Der konventionelle Leistungskern setzt 6 parallel verbundene FET-Zellen ein, wohingegen die bevorzugte Ausführungsform eine doppelte dreistufige FET-Zellkonfiguration ist. Die Verstärkungscharakteristik 60 des konventionellen Leistungskerns erniedrigt sich langsam von 22 dB bei 1 GHz auf 10,5 dB bei 15 GHz. Die Verstärkungscharakteristik 64 der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist ungefähr 1,5 dB niedriger als die konventionelle Leistungskernverstärkung über den Frequenzbereich, der sich von 1 GHz bis 15 GHz erstreckt. Obwohl eine geringfügige Abnahme der Kleinsignalverstärkung vorhanden ist, veranschaulicht ein Vergleich der Stabilitätscharakteristik 66 der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform mit der Stabilitätscharakteristik 62 des konventionellen Leistungskerns die erhöhte Stabilität der bevorzugten Ausführungsform.
  • 5 veranschaulicht einen Leistungsverstärker 70, der einen M-fach parallelen Leistungskern 41 gemäß den Lehren der Erfindung umfasst. Ein PA-Eingang 72 für den Leistungsverstärker 70 koppelt ein HF-Signal an einen Eingangsteiler 74. Der Eingangsteiler 74 teilt das HF-Signal in sechs HF-Eingangssignale, die an die Eingänge der entsprechenden Eingangsanpassungsschaltungen 76 gekoppelt sind. Die Ausgänge der Eingangsanpassungsschaltungen 76 sind mit den Eingangsports 42 von vier entsprechenden Leistungskernen 41 verbunden. Obwohl getrennte Eingangsanpassungsschaltungen 76 in der Ausführungsform verwendet werden, ist es innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung, wohl bekannte Designtechniken zu verwenden, um jede Eingangsanpassungsschaltung 76 mit dem Vorspannungsnetzwerk zugeordneten Leistungskern 41 zu kombinieren. Zweifache Dreistufenleistungskerne werden für die Ausführungsform eingesetzt, obwohl die Prinzipien der Erfindung auf andere Leistungskernkonfigurationen, wie etwa zweifache fünfstufige Leistungskerne ausgedehnt werden können. Jeder der Leistungskerne 41 verstärkt das entsprechende HF-Eingangssignal. Die verstärkten HF-Signale werden dann über Ausgangsanpassungsschaltungen 70 und einen Ausgangskombinierer 80 kombiniert. Die sich ergebende PA-Ausgabe 82 wird an die Leistungsverstärkerlast (nicht abgebildet) gekoppelt.
  • Der Leistungsverstärker 70 stellt ein Mittel zum Kombinieren mehrfacher Leistungskerne 41 zur Verfügung, um einen skalierbaren Verstärkungspegel für das HF-Signal zur Verfügung zu stellen. Die erhöhte Impedanz des Leistungskerns 41 stellt eine erhöhte Drain-Effizienz und eine erhöhte Bandbreite aufgrund der verbesserten Impedanzanpassung der Leistungskernausgänge zur Verfügung. Zusätzlich führt die Abnahme des Betriebsstroms, die durch die Verwendung einer höheren Betriebspannung bewirkt wird, zu einer Reduzierung in den Abmessungen der Verbindungskabel und den zugeordneten Komponenten zwischen dem Leistungsverstärker und der DC-Versorgung.
  • Demnach sollte es aus dem Obenstehenden klar sein, dass als Ergebnis der vorliegenden Erfindung ein Kernverstärker zur Verfügung gestellt wird, durch den unter anderem die prinzipiellen Ziele vollständig erreicht werden. Es ist gleichermaßen offensichtlich und vorgesehen, dass eine Modifizierung und/oder Veränderungen der dargestellten Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist es ausdrücklich beabsichtigt, dass die vorangehende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen lediglich bevorzugte Ausführungsfor men veranschaulichen und nicht beschränken und dass der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung durch Bezug auf die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Entsprechungen bestimmt wird.

Claims (8)

  1. Leistungsverstärkerkern (40) mit einem Eingangsport (42) und einem Ausgangsport (48) zum Verstärken eines HF-Signals, umfassend: eine erste FET-Zellreihe zum Verstärken des HF-Signals, die mindestens zwei in Reihe geschaltete FET-Zellen (48) umfasst, wobei jede FET-Zelle mindestens einen Ausgangsanschluss aufweist, wobei nur einer der Ausgangsanschlüsse der FET-Zellen an den Ausgangsanschluss gekoppelt ist; ein Vorspannungsnetzwerk (44), das zwischen den Eingangsport (42) und die mindestens zwei FET-Zellen (46) gekoppelt ist, um das HF-Signal an die mindestens zwei FET-Zellen (46) zu koppeln, wobei das Vorspannungsnetzwerk (44) den mindestens zwei FET-Zellen (46) eine DC-Vorspannung zur Verfügung stellt und das HF-Signal an die mindestens zwei FET-Zellen (46) AC-koppelt und die DC-Vorspannung so zur Verfügung stellt, dass die erste FET-Zellreihe das HF-Signal verstärkt; wobei das Vorspannungsnetzwerk (44) umfasst: einen Vorspannungskondensator (50), der jedem der mindestens zwei FET-Zellen (46) zugeordnet ist, wobei jeder Vorspannungskondensator (50) an den Eingangsport (42) ge koppelt ist, um das HF-Signal mit seiner zugeordneten FET-Zelle (46) AC zu koppeln; ein Widerstandsnetzwerk, das von dem Vorspannungskondensator (50) an die zugeordnete FET-Zelle (46) gekoppelt ist, um die DC-Vorspannung der zugeordneten FET-Zelle (46) zur Verfügung zu stellen, wobei die DC-Vorspannung so gewählt ist, dass die zugeordnete FET-Zelle (46) das HF-Signal verstärkt, das über den Vorspannungskondensator (50) gekoppelt ist; und wobei das Widerstandsnetzwerk einen von dem Ausgangsport (48) zu einer Vorspannungswiderstandsreihe (54) verbundenen oberen Widerstand (56) und einen von der Vorspannungswiderstandsreihe (54) zu einem Vorspannungsspannungsanschluss verbundenen unteren Widerstand (52) umfasst, wobei die Vorspannungswiderstandsreihe (54) einen Vorspannungswiderstand umfasst, der jeder der mindestens zwei FET-Zellen (46) zugeordnet ist.
  2. Leistungsverstärkerkern (40) nach Anspruch 1, wobei das Vorspannungsnetzwerk so gewählt ist, dass jede der mindestens zwei FET-Zellen (46) das HF-Signal um im Wesentlichen den gleichen Betrag verstärkt.
  3. Leistungsverstärkerkern (40) nach Anspruch 1, wobei jede der mindestens zwei FET-Zellen (46) eine Eingangsimpedanz und das Widerstandsnetzwerk eine Ausgangsimpedanz aufweist, die so gewählt ist, dass das Widerstandsnetzwerk die Eingangsimpedanz der zugeordneten FET-Zelle (46) um weniger als zehn Prozent verringert.
  4. Leistungsverstärkerkern (40) nach Anspruch 1, der weiterhin eine niedrigste Übertragungsfrequenz aufweist, wobei die Kapazität des Vorspannungskondensators (50) so gewählt ist, dass die Reaktanz des Vorspannungskondensators (50) bei einer niedrigsten Übertragungsfrequenz in einem Bereich von 0,2 bis 20 Ohm liegt.
  5. Leistungsverstärkerkern (40) nach Anspruch 1, wobei die Kapazität des Vorspannungskondensators (50) so gewählt ist, dass die Reaktanz des Vorspannungskondensators (50) bei einer niedrigsten Übertragungsfrequenz vorzugsweise ungefähr 2 Ohm beträgt.
  6. Leistungsverstärker zum Verstärken eines HF-Signals, der mindestens einen Kernverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
  7. Leistungsverstärker zum Verstärken eines HF-Signals nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: einen Eingangsteiler, um das HF-Signal in Phase dem mindestens einen Kernverstärker zur Verfügung zu stellen; und einen Ausgangskombinierer, um die Ausgaben des mindestens einen Kernverstärkers zu kombinieren.
  8. Leistungsverstärker zum Verstärken eines HF-Signals nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: eine Eingangsanpassungsschaltung, die an den Eingangsteiler gekoppelt ist; und ein Ausgangsanpassungsnetzwerk, das von dem Ausgangsanschluss an den Ausgangskombinierer gekoppelt ist.
DE60019808T 1999-12-10 2000-10-17 Kern eines leistungsverstärkers Expired - Lifetime DE60019808T2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/458,286 US6300835B1 (en) 1999-12-10 1999-12-10 Power amplifier core
US458286 1999-12-10
PCT/US2000/028714 WO2001043280A1 (en) 1999-12-10 2000-10-17 Power amplifier core

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60019808D1 DE60019808D1 (de) 2005-06-02
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Country Status (8)

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US (1) US6300835B1 (de)
EP (1) EP1247337B1 (de)
JP (1) JP2003516690A (de)
CN (1) CN1391724A (de)
AT (1) ATE294462T1 (de)
AU (1) AU1092701A (de)
DE (1) DE60019808T2 (de)
WO (1) WO2001043280A1 (de)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6657491B2 (en) 2001-08-15 2003-12-02 Broadcom Corporation System and method for activating gain stages in an amplification module
US7034619B2 (en) * 2003-09-17 2006-04-25 Raytheon Company Monolithic array amplifier with periodic bias-line bypassing structure and method
US20080291973A1 (en) * 2004-11-16 2008-11-27 Acco Integrated Ultra-Wideband (Uwb) Pulse Generator
JP4821214B2 (ja) * 2005-08-26 2011-11-24 三菱電機株式会社 カスコード接続回路
US8008731B2 (en) * 2005-10-12 2011-08-30 Acco IGFET device having a RF capability
CN100429869C (zh) * 2006-03-20 2008-10-29 哈尔滨工业大学 超宽带微波单片集成放大器
US7471154B2 (en) * 2006-08-08 2008-12-30 Skyworks Solutions, Inc. Bias circuit for maintaining high linearity at cutback power conditions
US7609115B2 (en) * 2007-09-07 2009-10-27 Raytheon Company Input circuitry for transistor power amplifier and method for designing such circuitry
US7863645B2 (en) * 2008-02-13 2011-01-04 ACCO Semiconductor Inc. High breakdown voltage double-gate semiconductor device
US9240402B2 (en) 2008-02-13 2016-01-19 Acco Semiconductor, Inc. Electronic circuits including a MOSFET and a dual-gate JFET
US8928410B2 (en) 2008-02-13 2015-01-06 Acco Semiconductor, Inc. Electronic circuits including a MOSFET and a dual-gate JFET
US7969243B2 (en) * 2009-04-22 2011-06-28 Acco Semiconductor, Inc. Electronic circuits including a MOSFET and a dual-gate JFET
JP2009260929A (ja) * 2008-03-28 2009-11-05 Nec Electronics Corp スプリッタ回路
US7808415B1 (en) * 2009-03-25 2010-10-05 Acco Semiconductor, Inc. Sigma-delta modulator including truncation and applications thereof
US7952431B2 (en) * 2009-08-28 2011-05-31 Acco Semiconductor, Inc. Linearization circuits and methods for power amplification
GB2479182B (en) 2010-03-31 2015-04-01 Sony Europe Ltd Power amplifier
US8532584B2 (en) 2010-04-30 2013-09-10 Acco Semiconductor, Inc. RF switches
US9491821B2 (en) * 2014-02-17 2016-11-08 Peter W. Shackle AC-powered LED light engine
US9438223B2 (en) * 2014-05-20 2016-09-06 Qualcomm Incorporated Transistor based switch stack having filters for preserving AC equipotential nodes
EP3411950A1 (de) 2016-02-04 2018-12-12 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung E.V. Matrixleistungsverstärker
TWI727034B (zh) * 2016-06-24 2021-05-11 日商東京計器股份有限公司 增幅裝置
US10680605B2 (en) * 2018-02-28 2020-06-09 Infineon Technologies Ag Bias circuit and method for a high-voltage RF switch

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1054134A (de) * 1964-02-28
US3603892A (en) * 1969-10-10 1971-09-07 John E Guisinger High voltage transistor amplifier with constant current load
US4241316A (en) * 1979-01-18 1980-12-23 Lawrence Kavanau Field effect transconductance amplifiers
FR2536224A1 (fr) * 1982-11-17 1984-05-18 Sodern Amplificateur videofrequence
US5324682A (en) 1993-04-29 1994-06-28 Texas Instruments Incorporated Method of making an integrated circuit capable of low-noise and high-power microwave operation
JP2581452B2 (ja) 1994-06-06 1997-02-12 日本電気株式会社 電界効果トランジスタ
FR2727570B1 (fr) 1994-11-25 1997-01-24 Thomson Csf Amplificateur hyperfrequence monolithique haute integration, a topologie distribuee arborescente
US5568086A (en) 1995-05-25 1996-10-22 Motorola, Inc. Linear power amplifier for high efficiency multi-carrier performance
US5659267A (en) 1995-11-03 1997-08-19 Motorola, Inc. High gain K-band power amplifier with unconditionally stable MMIC FET cells
US5739723A (en) 1995-12-04 1998-04-14 Motorola, Inc. Linear power amplifier using active bias for high efficiency and method thereof
US5712593A (en) 1996-02-05 1998-01-27 Motorola, Inc. Linear power amplifier with distortion detection
FR2744578B1 (fr) 1996-02-06 1998-04-30 Motorola Semiconducteurs Amlificateur hautes frequences
US5694498A (en) 1996-08-16 1997-12-02 Waveband Corporation Optically controlled phase shifter and phased array antenna for use therewith
US5859567A (en) 1996-09-24 1999-01-12 Motorola, Inc. Power amplifier circuit with temperature compensating level shifter
US5834975A (en) 1997-03-12 1998-11-10 Rockwell Science Center, Llc Integrated variable gain power amplifier and method
US5880633A (en) 1997-05-08 1999-03-09 Motorola, Inc. High efficiency power amplifier
US5952886A (en) 1998-01-20 1999-09-14 Motorola, Inc. MMIC power amplifier with diagonal circuitry

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