TWI383584B - 補償在相同封裝中之rf或微波電晶體之間之寄生耦接的方法、封裝電子裝置、rf放大器及微波放大器 - Google Patents

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Description

補償在相同封裝中之RF或微波電晶體之間之寄生耦接的方法、封裝電子裝置、RF放大器及微波放大器
本發明係關於放大器之領域，尤其係關於射頻(RF)與微波放大器，特別關於使用於電信系統之類型。
在本文中，表述"RF電晶體"具有其通常意義，且詳言之，其指示一具有一等於或大於約1 GHz且小於或等於約20 GHz之電流增益頻寬乘積(fT )的電晶體，且表述"微波電晶體"具有其通常意義，且詳言之，其指示一具有一等於或大於約5 GHz且小於或等於約50 GHz之電流增益頻寬乘積(fT )的電晶體。
在習知平衡放大器或較新的Doherty放大器中，必須正交使用兩個電晶體，即以90°的相位差處理訊號之兩個電晶體。若兩個電晶體具有匹配效能(在增益、輸出功率等方面)，則可改良此等放大器之效率。
對於匹配效能之一類似需要存在於電晶體處理具有180°相位差之個別訊號(在一所謂"推挽"組態中)之情況中，且存在於解決方法包括將電晶體之兩者提供於一共同封裝中(以避免可歸因於製造方法之差異而引起之效能變化)之情況中。然而，迄今此解決方法對於正交操作之RF及微波電晶體不可用，以下解釋原因。
當兩個RF電晶體(或兩個微波電晶體)提供於一共同封裝中時，在其之間將通常存在一寄生耦接，例如與電晶體密切關聯在其之連接引線之間、在元件(諸如調整網路)之間之耦接等。
若兩個RF(或微波)電晶體係在一平行組合組態(0°相位)中，則耦接係與流經電晶體之訊號同相故幾乎不具有效應(若寄生耦接確實存在於引線之間，則其將導致在線接合之電感值中的一小變化)。若兩個RF(或微波)電晶體以180°組合(推挽組態)，則此寄生耦接係與流經電晶體之訊號反相且其在推挽之兩側上具有相同效應(在一電晶體處在＋180°處之寄生耦接效應等同於在另一電晶體處在－180°處之寄生耦接效應)。
然而，在兩個RF(或微波)電晶體以90°(正交)組合之情況中，一電晶體將看見在＋90°處之寄生耦接之效應，而另一電晶體將看見在－90°處之效應，導致在兩個電晶體上的不同效應。結果，兩個RF(或微波)電晶體具有不同增益、不同輸出功率、不同效率等且在散熱方面不對稱。
以上描述之問題由圖1A之圖表說明，其展示對於以90°組合且提供於一共同封裝中之兩個電晶體而言，RF或微波電晶體增益如何隨兩個電晶體之每一者之輸出功率而變化。自圖1A可見，在在兩個電晶體之間存在一實質的增益差異。
以上問題在一習知平衡放大器中(例如在一普通AB類放大器中)在正交操作之RF或微波電晶體對之情況中已經很明顯。然而，較新的Doherty放大器對於在放大器之兩側之間的變化與不平衡具有增加的靈敏度。因而，在Doherty放大器中具有匹配的RF或微波電晶體對特別重要。
鑒於以上描述的問題，習知正交操作的RF電晶體(及微波電晶體)提供於單獨封裝中。然而，此係不利的，因為其增加了總體裝置(電晶體使用於其中)之大小及成本且使得設計該裝置之方法更加複雜。此外，用於形成兩個單獨封裝之製造方法的變化可導致兩個電晶體之效能差異，不利影響總體裝置之效率且導致不良結果。舉例而言，在一RF放大器用於一行動電信網路之基地台中之情況中，RF放大器之效率的此損耗導致該放大器之電流消耗增加且導致需要更強冷卻(導致使用實體較大的冷卻系統)。
本發明提供一補償在一相同封裝中之一對RF或微波電晶體間的寄生耦接之方法，如在隨附申請專利範圍中所定義。
本發明進一步提供一如在隨附申請專利範圍中定義之封裝電子裝置。
本發明更進一步提供一如在隨附申請專利範圍中定義之放大器裝置。
因為本發明之較佳實施例提供一補償發生在提供於一共同封裝中且正交操作的一對RF電晶體(或一對微波電晶體)間之寄生耦接之方法，故在一共同封裝中提供此等電晶體變為可行。此方式使得設計總體裝置更加簡單，且導致電路之大小與成本減少且導致電晶體效能之改良的匹配。
電晶體效能之改良的匹配導致操作效率增加。在一用於一行動電信系統之基地台中的RF放大器中，此效率的增加導致基地台之裝配成本及操作成本之減少：因為具有使用一較小的冷卻系統之能力，故減少裝配成本且因為放大器之較低的電流消耗，故減少操作成本。此外，因為基地台設備可在一較低溫度下運行，故設備之壽命可延長。
在廣泛研究之後，本發明者已確定當RF電晶體(及微波電晶體)提供於一共同封裝中時存在於其之間的主要寄生耦接係一在電晶體之引線區域之間的磁性耦接，特別係一感應耦接(互感)。一RF或微波電晶體之引線區域之精確組態可例如視與電晶體相關聯之元件(諸如調整網路、或輸入/輸出預匹配單元)而定而變化。因而，互感本身出現之精確位置可變化。
根據本發明之較佳實施例，以上提及之寄生耦接藉由在RF電晶體(或微波電晶體)之間增加一小的電容而補償。在感應耦接正發生之位置處提供補償電容係有利的，從而提供一寬帶解決方法。
在圖2中圖解說明寄生耦接，其展示包括一對電晶體之典型的電路配置之一實例，該對電晶體可為一對RF電晶體或一對微波電晶體。
圖2說明提供於一單一封裝P中的兩個電晶體TR1與TR2。電晶體TR1與TR2以90°組合作為RF放大器、多路放大器(multi－way amplifier)或微波放大器之部件。如以上提及，在電晶體TR1與TR2之間的主要寄生耦接係一歸因於電晶體之配線區域而發生之互感。在說明於圖2中之情況中，在電晶體TR1與TR2之間的主要耦接係在輸入與輸出接合線(其係用於將RF電晶體接合至外部導線之引線)之間。在圖2中，藉由指向概念電感器Lw (每一者表示一個別接合線之電感)來表示此互感。每一接合線之電感可為1 nH之數量級，引起在輸入接合線之間及在輸出接合線之間100 pH左右之互感。
圖3說明根據本發明之一較佳實施例之耦接補償方法。圖3說明在一基於圖2之電路配置中正補償寄生耦接之情況，該電路配置包括一對RF電晶體或一對微波電晶體。
在展示於圖3之實例中，一第一補償電容器CC1連接在第一電晶體TR1之輸入接合線與第二電晶體TR2之輸入接合線之間。一第二補償電容器CC2連接在第一電晶體TR1之輸出接合線與第二電晶體TR2之輸出接合線之間。補償電容器CC1防止在輸入接合線之間的寄生耦接引起一流入至輸入接合線中的不當電流。補償電容器CC2防止在輸出接合線之間的寄生耦接引起一流入至輸出接合線中的不當電流。對於一具有以上參看圖2給出的電感及互感值之電路，適於使用每一者具有若干pF之一電容的補償電容器。
因為在電晶體TR1與TR2之間的寄生耦接被補償，故電晶體之效能變為更好的匹配：例如，兩個電晶體之個別增益變為更加接近地等於彼此。於圖1B中說明此效應。
根據本發明之較佳實施例之寄生耦接補償技術係實施上簡單且不昂貴。此外，因為補償電晶體CC1與CC2提供於互感施加影響之位置處，故其有效補償較寬範圍頻率之寄生耦接。
應注意，根據本發明之較佳實施例之補償技術之採用不排除在一平行組態中(0°相位差)或在一推挽組態中(180°相位差)圖3的電晶體對的使用。因而，一實施根據較佳實施例之補償技術之封裝電子組件係通用的，即使其已經特別設計以允許電晶體90°操作。
在本發明之較佳實施例之一特別有利的實施例中，正交操作的RF或微波電晶體形成在一共同半導體基板上以及形成於一共同封裝中。此方式使得使用整合電容器用以補償寄生耦接成為可能。則在設計與最佳化階段設定電容之適當值，或(例如若需要藉由電容器之鐳射修整)調節補償電容器之精確值係特別簡單的問題。
一具有根據本發明之寄生耦接補償的電晶體配置(諸如圖3之電晶體佈置)可用於RF或微波放大器中使得電晶體正交工作。電晶體之改良匹配導致總體放大器之效率的增加。
雖然已參考本發明之特定較佳實施例而描述本發明，但應瞭解本發明非受限於參考以上描述的實施例之特定性。更特定言之，熟悉此項技術者將容易瞭解，在不脫離隨附申請專利範圍界定的本發明之範疇的情況下，可對該較佳實施例進行修改與改進。
舉例而言，在以上描述的本發明之較佳實施例中，一補償技術用於補償本身作為一互感出現在一對RF或微波電晶體之輸入接合線之間及輸出接合線之間的寄生耦接。然而，所提議之技術可用以補償發生在相關聯於RF及微波電晶體的其他引線區域之間的互感，特別是發生在來自匹配網路之電路元件與相關聯於電晶體之類似物之間的互感。此要點藉由以下兩個實例說明－－熟習此項技術者將(基於其自身常識)容易想到更多實例：．所描述的補償技術可用於補償出現在一提供於第一電晶體之輸出端(為補償第一電晶體之輸出電容)之第一平行電感與一提供於第二電晶體之輸出端(為補償彼第二電晶體之輸出電容)之第二平行電感之間的互感。在此情形下，補償技術可用於較佳藉由在第一與第二平行電感之間連接一小的補償電容(以具有一寬帶解決方法)來取消此不當效應。
．所描述的補償技術可用於補償出現在一提供於第一電晶體之輸入端之一LC預匹配單元的第一電感(其可由一引線構成)與一提供於第二電晶體之輸入端之一預匹配單元的一LC電路的第二電感(其再次可由一引線構成)之間的互感。在此情況下，該補償技術可用於較佳藉由在第一與第二電感之間連接一小的補償電容來取消此不當效應。
此外，以上給出之實例係關於寄生耦接歸因於在第一與第二電晶體本身的元件之間的互感(電晶體－電晶體耦接)，或歸因於發生在與個別電晶體相關聯的電路元件之間的互感(相關聯之元件－相關聯之元件耦接)而發生之情況。然而，一第二寄生耦接可出現在一電晶體之一部分與一與另一電晶體相關聯之電路元件之間(電晶體－相關聯之元件耦接)。本發明之技術(若須要)可用以補償此第二級耦接。
此外，在以上描述的本發明之較佳實施例中，補償出現在一對RF或微波電晶體之輸入側及輸出側之兩者處的寄生耦接。然而，應瞭解，即使寄生耦接僅在一個位置處被補償(例如在該對電晶體之輸入側或輸出側之僅一者處)仍可獲得優勢。
此外，在以上描述的本發明之較佳實施例中，為了具有一寬帶解決方法，補償電容器在互感本身出現之位置處連接，特別是在該對RF或微波電晶體之輸入接合線及輸出接合線之間。然而，熟習此項技術者將再次容易瞭解，即使補償電容器不在互感本身出現之精確位置處仍可獲得優勢。因而，舉例而言，一製造者當然可決定以在提供於一共同封裝中之一對RF或微波電晶體之輸入接合線(及/或輸出接合線)之間提供一補償電容器，而不需要確定在電晶體之間寄生耦接出現之精確位置。此方法可用於不需要寬帶解決方法之應用中。
CC1．．．電容器
CC2．．．電容器
Lw ．．．電感器
P．．．共同封裝
TR1．．．電晶體
TR2．．．電晶體
圖1展示以90°組合和位於一共同封裝中之RF或微波電晶體之增益如何隨電晶體之輸出功率而變化其中：圖1A說明RF或微波電晶體經受寄生耦接之情況，及圖1B說明根據本發明之一較佳實施例對於RF或微波電晶體寄生耦接被補償之情況；圖2為一說明在正交(以90°組合)操作之兩個RF或微波電晶體之間之寄生耦接之一實例之簡圖；及圖3為一說明根據本發明之一較佳實施例之一技術之簡圖，該技術用於補償存在於圖2之實例中之兩個RF或微波電晶體之間之寄生耦接。
CC1．．．電容器
CC2．．．電容器
P．．．共同封裝
TR1．．．電晶體
TR2．．．電晶體

Claims (10)

  1. 一種補償在提供於一共同封裝中之一對RF或微波電晶體之間之寄生耦接的方法，該方法包含以下步驟：確定當該對RF或微波電晶體正被正交使用時在該等電晶體之間寄生耦接起作用之一個或多個位置；及在該一個或多個位置之至少一者處在該等電晶體之間連接一電容器。
  2. 如請求項1之方法，其中該等RF或微波電晶體係形成在一共同半導體基板上，至少一電容器連接在該對RF或微波電晶體之間，且該至少一電容器包含一提供在該半導體基板上之整合電容器。
  3. 如請求項1或2之方法，其中：該寄生耦接出現在該對電晶體之引線區域之間，且該連接步驟包含在該對電晶體之一者之一個別引線區域與該對電晶體之另一者之一引線區域之間連接至少一電容器。
  4. 如請求項3之方法，其中：該等RF或微波電晶體包含相關聯之電路元件，該寄生耦接包括在一對應於與該對電晶體之一者相關聯之一電路元件的第一引線區域與一對應於與該對電晶體之另一者相關聯之一電路元件的第二引線區域之間之一耦接，且該連接步驟包含在該第一與該第二引線區域之間連接一電容器。
  5. 如請求項1或2之方法，其中該連接步驟包含：在該對RF或微波電晶體之輸入端之間連接一第一電容器，及在該對RF或微波電晶體之輸出端之間連接一第二電容器。
  6. 一種封裝電子裝置，其包含：一對RF或微波電晶體；及至少一電容器，其連接在該對電晶體之間；其中該至少一電容器包含連接在該等電晶體之間在當該兩個電晶體正在被正交使用時在該兩個電晶體之間寄生耦接起作用之至少一位置處之一電容器。
  7. 如請求項6之封裝電子裝置，其中該等RF或微波電晶體係形成在一共同半導體基板上，且該至少一電容器包含一提供在該半導體基板上之整合電容器。
  8. 如請求項6或7之封裝電子裝置，其包含：一連接於該對RF或微波電晶體之輸入端之間之第一電容器，及一連接於該對RF或微波電晶體之輸出端之間之第二電容器。
  9. 一種RF放大器，其包含一如請求項6至8中任一項之封裝電子裝置。
  10. 一種微波放大器，其包含一如請求項6至8中任一項之封裝電子裝置。
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