TW569521B - Radio frequency power amplifier module integrated with a power control loop - Google Patents

Description

569521

五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種射頻功率放大器模組，尤其關於一 種積合有功率控制迴路的射頻功率放大器模組，具有微小 的尺寸與低的寄生阻抗。 二、【先前 在行動 的射頻功率 排列、（二） Integrated 模組（Power 列型是最早 造者自己必 用具有大面 器達成商品 存在於分離 之彈性。尤 阻抗之效應 針對前 開發出單石 式電晶體排 較小。然而 的’有些匹 單石微波積 技術】 終端機（Mobi le Terminal)之發射器中所使用 放大器通常分為三種型式：（一）分離式電晶體 單石微波積體電路（M〇n〇iithix Microwave Circuit，MMIC)、以及（三）射頻功率放大器

Amplifier Module，PAM)。分離式電晶體排 使用的型式，其主要缺點有：（一）行動電話製 須設計適當的射頻功率放大器以及（二）需要使 積的印刷電路板。此等缺點造成射頻功率放大 化之時間變得冗長。此外，由於許多寄生阻抗 式電晶體排列型中，因而有害於射頻電路設計 其§操作頻率愈高時，例如i GHz以上，寄生 變得更複雜。 述分離式電晶體排列型之寄生阻抗的問題，故 電路型射頻功率放大器。相較於分離 i而單石微波積體電路型中之寄生阻抗 =時候為了配合製程變動以及降低成本之目 ^路，例如輸出匹配電路，並未直接 體電路晶片中。此稱之為部分匹配的單石微波

第5頁 569521

匹配電路之未完成部分則留待行動電話製造者 積體電路 加以努力 从近來，射頻功率放大器模組（p〇wer AmpHfier :=』，PAM)廣泛地應用於行動終端機之發射器中。射頻 :率放大器模組之主要優點在於具有組合各種技術之可能 :二例如頻帶選擇開關與功率控制迴路，#以增強本身的 性旎以符合未來寬頻系統例如碼分割多重存取（c〇de

Division Multiple Access，CDMA)之要求。 圖1係顯示設有習知的射頻功率放大器模組與功率控 制迴路之全球行動通信系統（G1〇bal System f〇r M〇bUe

Communications，GSM)行動終端機之發射器之示意圖。參 照圖1，除了習知的射頻功率放大器模組丨〇以外，全球行 動通信系統行動終端機之發射器更包括有一功率控制迴 路，其由二個陶瓷定向耦合器（Directi〇nal c〇upler)22, 26、二個衰減器（Attenuator)24， 28、三個功率檢測器 (Power Detector)32，34，36、以及一功率控制特殊應用 積體電路（Application Specific Integrated Circuit， AS IC) 60所組合而成。習知的射頻功率放大器模組1〇係由 二個射頻功率放大器1 2， 1 4所形成，分別應用於不同的頻 率帶。 具體而言，一射頻信號RF輸入至習知的射頻功率放大 器模組1 0中之適當的射頻功率放大器丨2或丨4，然後經由功 率合併器40而由天線50輻射出。從天線50輻射出的射頻功 率位準係由基地台與行動終端機間之距離所決定。一旦選

五、發明說明（3) 位準，用以控制射頻功率位準之控制信號以即從 用至射頻功率放大器側 (Federa! Comffiunicati〇ns%為了遵寸美國聯邦電信委員會 須倮用功率控制迴路精確^: = S1〇n，FCC)之規則’必 述。 峪揹確地控制射頻功率位準，如下所 在圖1所示的功率控制 26操取從習知的射頻功 路中:麦疋向輕合器22， 一部分作為功率代表俨梦 ^模，，且10而來的輸出功率之 別輸送至功率檢測由衰減器24, 28分 (〇Pti〇nal)元件，其所4八=从哀減器24， 28係選用的 率代表信號。藉著功率。器j色$於調整所擷取出的功 換成電壓位準信號。此電遷位’ ^力率代表信號被轉 應用積體電路60。再者 ^ 旱七旒施加至功率控制特殊 器32, 34之料，使 溫度㈣ff於功率檢測 制特殊應用積體電路6〇與地卜面二率=;36連接於功率控 功率控制特殊應用積體電 7^輸入一參考信號至 路6 0比較從基頻帶而來的控作^ 特殊應用積體電 34’ 36而來的信號，隨後輸出二=率檢測器32， 大器模組10中之射頻功率放„號至射頻功率放 ，功率放大器12，14之偏 ，=用以重新調整射 率。 件而達到所期望的輸出功 由於習知的射頻喊盘 之各個組成元件分别具有各自的器===迴路t ^馬獨立分离 五、發明說明（4) 的裝置，因而習知的行動終端 法符合尺寸減縮之需求。再者，因尺寸龐大’無 引線交互連接，所以導致例如引線匕=;;;數條 發射器之操作速度與可靠度。伞低^知的行動終端機之 發明内容】 馨於前述問 大器模組， 使寄生阻抗 依據本發明之 組，形成於一印刷 少一射頻功率放大 功率信號； 大器，用以 題，本發明 積合有功率 最小化。 之 目的在於提供一種射頻 控制迴路，藉以達成微小的 輸出一 功率放 該至少 功率代 基板上 表信號 且連接 至 號成一電壓位準信 路，形成於一第二 的功率控制信號與 號與該電壓位準信 至少一射頻功率放 該至少一功率檢測 一態樣，提供一 電路板上且封裝 器，形成於一第 至少一匹配電路 作為輸出匹配； ’用以擷取該功 少一功率檢測器 至少一電容器， 號；以及一功 半導體基板上 该電壓位準信 號之比較結果 大器，其中該 器、以及該功 種射頻功率放 於一模具内， 一半導體基板 ’連接於該至 至少一電容器 率信號之一部 ，形成於該第 用以轉換該功 控制特殊應用 用以接收一從 並且基 於該功 率調整 頻功率 控制特殊應用 出一功 少一射 大器模 包含：至 上，用以 少一射頻 ，連接於 分作為一 一半導體 率代表信 積體電 外界輸入 率控制信 信號至該 放大器、 積體電路 569521 五、發明說明（5) 白以裸露晶粒之形 為了使整體尺 器模組採用具有較 疋向輕合器。除了 路、功率檢測器、 尚未封裝之狀態下 放大器及功率檢測 此’依據本發明之 路，並且具有尺寸 式安裝於該 寸最小化， 小尺寸的電 電容器以外 以及功率控 積合於印刷 器可形成於 射頻功率放 微小與寄生 印刷電路板上。 ，據本發明之射頻功率放大 容器以取代先前技藝之陶瓷 射頻功率放大器、匹配電 制特殊應用積體電路也都在 電路板上。更且，射頻功率 共通的半導體基板上。因 大器模組積合有功率控制迴 阻抗最小化之優點。 四 【實施方式】 特忾下ΐ:之說明與附圖將使本發明之前述與其他目的、 之;;佳更㈣。兹將參照圖示詳細說明依據本發明 也I袖物 上 攸像本發明之積合有功率抑 之射頻功率放大器模組主要包括：第 一羊 Γίί器12與14 ;第—與第二匹配電路21與2; 第2容器25與27 ;第—與第二衰減器；丄： 工檢測器32與34 ; 一溫度補償用功率檢測 ： =控制特殊應用積體電路6〇。依據本發明之積合“ 手=迴路之射頻功率放大器模組係組裝於一印刷. -、’且封裝於-模具（未圖示）中。換言之 成元件皆安裝於共通的印刷電路板3〇上，藉由板上 第9頁 569521 五、發明說明（6) 配線交互連接，並且整體封裝於模具（未圖示）中。 第一與第二射頻功率放大器丨2與丨4係藉由單石微波積 體電路（MM 1C)之技術分別形成於二個半導體基板丨丨與13 上。半導體基板11與1 3得由砷化鎵（GaAs)所形成。舉例而 言’第一與第二射頻功率放大器丨2與丨4分別應用於相對低 頻帶（824至8 4 9 MHz與880至9 15 MHz)與相對高頻帶（171〇 至1 78 5 MHz與1 850至1910 MHz)。所以，第一與第二射頻 功率放大器1 2與1 4得使用於四頻全球行動通信系統行動終 端機中。 ^ 、另:方面，功率控制特殊應用積體電路60係藉由互補 式金屬氧化物半導體（CMOS)技術形成於一半導體基板i 5 上。半導體基板1 5得由矽（s i)所形成。依據本發明，形成 有第一與第二射頻功率放大器12與14之半導體基板丨丨與13 以及形成有功率控制特殊應用積體電路6〇之半導體基板15 係以未封裝之裸露晶粒形式安裝於印刷電路板3 〇上。藉此 方式，本發明可減少不必要的封裴，達成節省空間與降低 尺寸之效果。 - 第一與第二匹配電路21與23係分別連接於第一與第二 射頻功率放大器1 2與1 4之輸出端子，用以作為輸出匹配。 為了使整體尺寸最小化，依據本發明之射頻功率放大 器模組採用第一與第二電容器2 5與2 7以取代圖i所示的陶 瓷定向耦合器22與26，用以擷取從第一與第二射頻功率放 大器12與14的輸出功率之一部分作為功率代表信號。舉例 而言，陶竟定向麵合器22或26之尺寸約為〇8mil χ〇

第10頁 569521 五、發明說明（7) mil，而依據本發明的第一與第二電容器25與2 7之尺寸約 為0 · 4 m i 1 X 0 · 2 m i 1。換言之，依據本發明的電容器之 尺寸僅為陶瓷定向耦合器22或26之尺寸的五分之—小°。 第一與第二衰減器24與28係可選用的元件而非必要的 元件’用以調整由第一與第二電容器25與27所擷取的功率 代表信號。舉例而言，第一與第二衰減器24與28中之每二 個得由具有高阻抗的微帶線（Microstrip Line)所形成。 第一與第二功率檢測器3 2與3 4係由肖特基二極體 (Schottky Diode)所形成。如圖2所示，第一與第二功 檢測器32與34得分別與第一與第二射頻功率放大器12與“ 共通地形成於半導體基板1丨與13上，達成節省空間與降低 尺寸之效果。從第一與第二電容器25與27輸出的功：代表 #號經由第一與第二衰減器24與28傳送至第一與第二 檢器32與34 :藉以轉換功率代表信號成電壓位準信號:、 電壓位準信號隨後施加至功率控制特殊應用積體電路 血電壓位ί 3 一 f率檢測器32與34進行功率代表信號 償= ί ::換時會受到溫度的影響，故溫度補 與地面間1以輸人 制特殊應用積體電路60 體電路60，藉以進行ί 2號至該功率控制特殊應用積 山方认 度補償。如圖2所示，、、田厣鉑禮田 功率檢測器36亦為一肖特美—技触間斤不1度補仞用 上。 、土 一極體，形成於半導體基板13 圖1所不之先别技藝中，射頻功率放大器模組與功 第11頁 569521 五、發明說明（8) 率控制迴路係彼此分離’各有自身的封裝… 制迴路也由具有自身的封裝之各個分離 功率控 成。因此，先前技藝之射頻功率 路之尺寸龐大且存在有額外的寄生阻抗效應:功率控制迴 然而，在圖2所示之依據本發明之 組中，射頻功率放大 二敦大裔Μ 25盥？7 ^ ^ , 匕配電路21與23、電容器 二 哀減益24與28、功率檢測器32、34、與36 '以及 =控制特殊應用積體電路6G皆在尚未 ::刷電路板3。上。更且，射頻功率放大器12與“及：； :’，、’器32、34、與36可形成於共通的半導體基板上。因 依據本發明之射頻功率放大器模組積合有功率控制迴 ’並且具有尺寸微小與寄生阻抗最小化之優點。 庥雖然本發明業已藉由較佳實施例作為例示加以說明， ^ 了解者為：本發明不限於此被揭露的實施例。相反地， 本發明意欲涵蓋對於熟習此項技藝之人士而言係明顯的各 種修改與相似配置。因此，申請專利範圍之範圍應根據最 廣的全釋，以包容所有此類修改與相似配置。

第12頁 569521 圖式簡單說明 '—-— 五、【圖示之簡單說明】 圖1係顯示習知的射頻功率放大器模組盘 路之示意圖；以及 ’、率控制迴 圖2係顯示依據本發明之積合有功 功率放大器模組之示意圖。 I 迴路之射頻 元件符號說 明 • • 10 射頻功 率 放 大 器 模 組 11， 13, 15 半 導 體 基 板 12, 14 射 頻 功 率 放 大 器 21, 23 匹 配 電 路 22, 26 陶 瓷 定 向 麵 合 器 24, 28 衰 減 器 25, 27 電 容 器 30 印刷電 路板 32, 34 功 率 檢 測 器 36 溫度補 償 用 功 率 檢 測器 40 功率合併 器 50 天線 60 功率控 制 特 殊 應 用 積體電路

Claims (1)

1. 569521

   # 種射頻功率放大器模組，形成於一印刷電路板上且 封裝於一模具内，包含： ) 射頻功率放大器，形成於一第一半導體基軛 上，用= ♦體基板 用以i i:匹配電路’連接於該至少一射頻功率放大器， 用以作為輸出匹配； 至夕一電容器，連接於該至少一匹配電路，用α & 該功率：號之：部分作為一功率代表信號；用以擷取 接於iin?測器’形成於該* -半導體基板上且連 位準=;:!谷器1以轉換該功率代表信號成-電壓 一功率控制特殊應用積體電路，形成於一第二丰尊雜 :ίΐ二：ΐ::從外界輸入的功率控制信號與該電壓 較、、，。果輸出-功率調整信號至該至少—射頻功率^ 其中該至少一射頻功率放大器、該至少一功率檢; :、以及該功率控制特殊應用積體電路 ： 式安裝於該印刷電路板上。 休路日日粒之形 ’更包含 功率檢測 一.如申請專利範圍第1項之射頻功率放大器模徂 ^少一衰減器’連接於該至少一電容器與至少一 器間，用以調整該功率代表信號。 3. 如申請專利範圍第2項之射頻功 率放大器模組， 其中該

   六 、申請專利範圍 ^ ^衰減器中之每一個係由一具有高 阻抗的微帶線所形 5第二?:二圍二之成射頻功率放大 器模組，其中 該 斋模組’其中含夕 所形 6;二請 匕:二 7 ·如申請專利範圍第1項之 一溫度補償用功率檢測器， 體電路與地面間，用以輸入 應用積體電路，藉以進行溫 射頻功率放大器模組，更包含 連接於該功率控制特殊應用^ 一參考信號至該功率控制特 度補償。 8·如申請專利範圍第7項 溫度補償用功率檢測器係 9·如申請專利範圍第7項 溫度補償用功率檢測器係 之射頻功率放大器模組，其中該 由一肖特基二極體所形成。 / 之射頻功率放大器模組，其中該 形成於該第一半導體基板上。