TWI462472B - 具備電晶體輸入失配之功率放大器 - Google Patents

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Description

具備電晶體輸入失配之功率放大器
本申請案主張美國臨時申請案申請號NO. 61/381,284號,於2010年9月9日申請。上述申請案之揭露係完全併入後文參考。
本揭露係有關於射頻(RF)功率放大器的穩定性及有關於一種射頻功率放大器之結構。


此部分提供與本揭露相關的背景訊息。此部分不需為先前技術。
不同的產業利用射頻功率放大器以放大訊號驅動電壓長駐波比(VSWR)負載。經由非限制性範例,射頻產生器可包含數個射頻功率放大器。射頻功率放大器可用於驅動一負載,例如電漿腔體。源自射頻功率放大器所結合的功率驅動電漿腔體以製造各種不同的元件,例如:積體電路、太陽能板、光碟(CDs)、數位多功能(或語音)光碟(DVDs)等等。
功率放大器可具有穩定性操作需求。穩定性需求可包含未引進衍生頻率時提供基本頻率輸出訊號。基本頻率可參照由功率放大器及/或功率放大器的操作頻率所接收的輸入訊號的頻率。此穩定性需求亦可於具有開放性電路及/或短路的負載存在時提供基本頻率輸出訊號。
各種不同的技術係用於提供功率放大器的穩定性。此技術包含串連、分流及反饋技術。當操作於基本頻率時(例如:40兆赫(MHz)),這些技術在為某些負載及輸入訊號時期提供功率放大器穩定性是無效的。當功率放大器變得不穩定時,除了輸入訊號的各種不同頻率訊號係於功率放大器的輸出產生。各種不同的頻率訊號的頻率包含(i)於大約基本頻率一半的訊號,及(ii)鄰近於旁頻帶頻率將近基本頻率的其它訊號(例如:1千赫(KHz)-2MHz)。

係提供功率放大器,且功率放大器包含輸入模組。輸入模組包含變壓器,且係供以接收射頻訊號並產生輸出訊號。阻抗轉換模組的每一個具有輸出阻抗且係供以自變壓器接收輸出訊號之個別之一。開關模組之每一個包含電晶體且連接至阻抗轉換模組之一的輸出端。電晶體具有輸入阻抗並輸出放大訊號。輸出阻抗的每一個係相對於輸入阻抗之個別之一而失配。
於其他特徵中,係提供功率放大器,且功率放大器包含輸入模組。輸入模組包含變壓器且係供以接收第一射頻訊號。變壓器包含第一端點及第二端點。第一端點係基於第一射頻訊號供以輸出第一輸出訊號。第二端點係基於第一射頻訊號供以輸出第二輸出訊號。第一電容係與第一端點串連且具有第一輸出阻抗。第二電容係與第二端點串連且具有第二輸出阻抗。第一電晶體包含連接至第一電容的控制終端,具有第一輸入阻抗,及輸出第一放大訊號。第一輸入阻抗與第一輸出阻抗不匹配。第二電晶體包含連接至第二電容的控制終端,具有第二輸入阻抗,並輸出第二放大訊號。第二輸入阻抗與第二輸出阻抗不匹配。
本揭露更多領域的應用將自詳細敘述、申請專利範圍及圖式變得更加明顯。詳細敘述與特別範例的目的僅為例證而非意欲限制本揭露之範圍。


範例實施例現將參照附圖做更詳細的描述。
本揭露將因範例之實施例被提供而完整,且將其範圍完全地傳達給該領域具有通常知識者。許多範例之具體元件、裝置、以及方法之具體細節被闡述,以提供本揭露中之實施例完整的了解。對於該領域具有通常知識者,其將變得明瞭因此具體細節不需要使用,範例之實施例可被以許多不同形式具體化且不應因被理解為限制本揭露之範圍。在一些範例之實施例中,習知製程、習知裝置結構、以及習知技術將不詳細描述。
以下使用之術語只用於描述特定的範例之實施例,而不因此而使其受限。如以下之使用,除非該文字清楚地指出,單數形式“一(a)”、“一(an)”、以及“該”也可包含複數形式。措辭“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包含(including)”、以及“具有(having)”係範圍廣闊的,因此具體說明標準特性、整數、步驟、操作、元素、及/或元件之存在,但不排除存在或附加一或多個其他標準特性、整數、步驟、操作、元素、元件及/或其群組。此所敘述之方法步驟、程序、以及操作不應被理解為必然需要其在所敘述或所說明的特定順序下執行,除非特別地定義其執行順序。額外的或替代的步驟亦可採用及理解。
當一元件或層視作“在…之上”、“接合(engaged)”、“連接”、或“耦接”另一元素或層,其可視為直接在其之上、接合、連接、或耦接於另一元件或層,或中介元件或層亦可存在。相對的,當一元件視作“直接在…之上”、“直接接合”、“直接連接”、或“直接耦接”另一元件或層,其中間不可有中介元件或層存在。用於描述元件間關係的其他文字應以類似方式作解釋(例如,“在…間”相較“直接在…間”、“毗鄰”相較“直接毗鄰”等)。如以下使用,措辭“及/或”包含任何及一或多個相關所列物件的所有結合。
雖然術語第一、第二、第三…等可用於後文中敘述各種不同的元件、構件、區域、層及/或部分,這些元件、構件、區域、層及/或部分不應被這些術語所限制。這些術語僅用於將一元件、構件、區域、層或部分與另一區域、層、或部分區分。當用於後文時,例如”第一”、”第二”及其它數個術語並不隱含著順序或次序,除非藉由內容清楚地指出。因此,於後文敘述的第一元件、構件、區域、層或部分在未脫離範例實施例的教示下可被叫做第二元件、構件、區域、層或部分。
為了便於描述一元件或特徵與其他元件或特徵之關係,可在以下使用例如“內(inner)”、“外(outer)”、“在…下方(beneath)”、“在下面(below)”、“低於(lower)”、“在…之上(above)”、“高於(upper)”及其相關的空間相關措辭,如圖式中所示。空間相關措詞除了圖中所示之方向,亦可意指包括裝置在使用或操作上的不同方向。舉例來說,若翻轉圖中之裝置,描述為“在另一元件或特徵下面(below)”或“在另一元件或特徵下方(beneath)”之元件可意指為“在另一元件或特徵之上”。因此,範例之措辭“在…之下”可包括在其之上或在其之下之兩者方向。裝置可形容為其他方向(旋轉90度或在其他方向)及從而使用以下所解釋之空間相關描述。
第1圖中,係顯示功率產生器系統10。功率產生器系統10包含放大器輸入模組12、驅動器模組14、功率放大器(PA)模組(或單純的PA)16及負載18。放大器輸入模組12接收及支配射頻(RF)訊號20以產生支配訊號22。舉例來說,放大器輸入模組12可包含前置放大器。支配訊號22係提供至驅動器模組14。驅動器模組14的輸出係透過功率放大器模組16接收,此功率放大器模組16可為高功率射頻功率放大器模組。經由非限制之範例,功率放大器模組16可提供大於或等於2.5千瓦(kW)的功率輸出。功率放大器模組16的輸出驅動負載18。
負載18可包含由射頻訊號驅動的任何數目的元件或裝置,經由非限制之範例,負載18包含電漿腔體。負載18可包含寬頻帶失配負載(即具備失配電阻器終止的電纜)、窄頻帶失配負載(即2-元件匹配網路)及共振器負載。
請同時參閱第2圖,係顯示功率放大器模組16(標示為16’)之範例。功率放大器模組16’可包含前端模組50、結合器模組52以及輸出模組54。前端模組50可包含輸入功率放大器模組56、阻抗轉換模組58、60以及開關模組62、64。輸入功率放大器模組56接收震盪輸入訊號(例如:輸入訊號20),其可在不同的頻率且具有不同的相。輸入功率放大器模組56提供輸入訊號至阻抗轉換模組58、60之每一個。輸入功率放大器模組56介於輸入功率放大器模組56的輸入66及阻抗轉換模組58、60之間提供阻抗轉換。輸入功率放大器模組56及阻抗轉換模組58、60自功率放大器模組16’(例如:驅動模組14)係相對於驅動器模組的輸出阻抗(例如:50歐姆(Ω))或裝置上游提供阻抗匹配。
阻抗轉換模組58、60提供輸入訊號至開關模組62、64且執行多種作業。此作業包含:介於輸入功率放大器模組56及開關模組62、64之間的阻抗轉換;於開關模組62、64的輸入端68、70增加的輸入阻抗;貢獻所提供功率放大器模組16’的輸入阻抗匹配;消耗自開關模組62、64接收的反射功率等。開關模組62、64自阻抗轉換模組58、60接收個別的輸出訊號且產生放大訊號72、74。結合器模組52結合放大訊號72、74且產生結合的輸出訊號76,其經由輸出模組54提供至負載18。範例結合器模組係揭露於美國申請案,案號為12/763,640,其係完全併入後文參考。輸出模組54接收結合的輸出訊號76且提供過濾及支配以產生功率放大器輸出訊號78。功率放大器輸出訊號78係施加至負載18。範例輸出模組係揭露於美國申請案,案號為12/763,640,其係完全併入後文參考。
現請參閱第3圖,係顯示前端模組50(標示為50’)。前端模組50’包含輸入功率放大器模組56’,阻抗轉換模組58’、60’以及開關模組62’、64’。
輸入功率放大器模組56’可包含電感L1、電容C1及變壓器T1。電感L1接收輸入訊號(例如:輸入訊號 20)。電感L1及電容C1形成LC電路,其自輸入功率放大器模組56’(例如:驅動器模組14)提供阻抗轉換以匹配裝置上游的輸出阻抗(例如:50Ω)。變壓器T1於初級線圈100接收輸入訊號且穿過中心至變壓器T1的次級線圈102轉換輸入訊號。於不同的實施例中,變壓器T1係為具備浮動型中心分接頭的單端型平衡變壓器。變壓器T1的次級線圈102的端點係連接至阻抗轉換模組58’、60’的個別之一。
第一阻抗轉換模組58’包含電感L2、電阻R1、電容C2及含有電阻R2及電壓源V1的第一偏壓電路103。電感L2及電容C2係介於次級線圈102的第一端點104及第一開關模組62’的開關元件Q1(例如:金氧半導體場效電晶體(MOSFET))的閘極輸入端106之間串連。電阻R1係為分流電阻且包含第一端點108及第二端點110。電阻R1的第一端點108係連接至電感L2的輸出端112且連接至電容112的輸入端114。電阻R1的第二端點110係連接至接地116。電容C2的輸出端118係連接至閘極輸入端106。電阻R2係介於閘極輸入端106及電壓源V1之間連接。電壓源V1係介於電阻R2及接地116之間連接。電阻R2及電壓源V1提供第一偏電壓至閘極輸入端106。
第二阻抗轉換模組60’包含電感L3、電阻R3、電容C3及含有電阻R4及電壓源V2的第二偏壓電路119。電感L3及電容C3係介於次級線圈102的第二端點120與第二開關模組64’的開關元件Q2(如:MOSFET)的閘極輸入端122之間串連。電阻R3係為分流電阻且包含第一端點124及第二端點126。電阻R3的第一端點124係連接至電感L3的輸出端128且連接至電容C3的輸出端130。電阻R3的第二端點126係連接至接地116。電容C3的輸出端132係連接至閘極輸入端122。電阻R4係介於閘極輸入端122及電壓源V2之間連接。電壓源V2係介於電阻R4及接地116之間連接。電阻R4及電壓源V2提供第二偏電壓至閘極輸入端122。第二偏電壓可與第一偏電壓相同或不同。
電感L1、L2、L3,電容C1、C2、C3,電阻R1、R2、R3、R4以及電壓源V1及V2具有個別的輸入端點及輸出端點(或終端),其可連接如後文及/或第3圖所示。輸入端點及輸出端點具有相對應的輸入端、輸入阻抗、輸出端及輸出阻抗。
電容C2及C3增加開關元件Q1及Q2的閘極輸入端106、122的輸入阻抗及電抗。經由非限制性之範例,每一電容C2及C3的電容值可少於1000皮法(pF)。於一範例的實現中,每一電容值約為560pF±10pF且每一電容C2、C3具有電抗約為7.5Ω。舉例來說,電容C2、C3的電容值可基於操作頻率不同而異。電阻C2及C3相對於開關元件Q1及Q2的輸入阻抗並不提供共軛阻抗匹配,但提供阻抗失配。
電容C2、C3的執行係不同於直流(DC)耦接電容。直流耦接電容於高頻執行短路(即具有可忽略的阻抗)。舉例來說,直流耦接電容可具有5000pF的電容值及0.75Ω的電抗值。直流耦接電容並不提供已增加的阻抗及電容C2、C3的電抗,因此無法提供如電容C2、C3穩定的功率產生器系統。
當電容C2及C3單獨使用(即未使用電阻R1及R3)時,由於電容C2及C3的高阻抗及電抗,前端模組50’的輸入阻抗匹配是困難的。電阻R1及R3係用於提供輸入阻抗,其可於電感L2、L3的輸出端112、128及/或前端模組50’的輸入端(例如:輸入端66)輕易地匹配。
於一範例的實施中,電阻R1、R3的每一個係少於約50Ω。於另一象徵性的範例實施中,當操作於40MHz的頻率時,每一電阻係約等於12Ω±1Ω。若想要較高的阻抗匹配值,可利用較高的電阻值。但是於另一象徵性的範例實施中,當操作於60MHz的頻率時,電阻R1、R3的每一個係約等於47Ω±1Ω。舉例來說,電阻R1及R3的電阻值可基於操作頻率而異。電阻R1及R3的電阻值可基於介於二或多個功率放大器輸入回流損失 (S11)、功率放大器增益(S21)及功率放大器穩定性之間而交互損益。S21為散射參數且為50Ω 終止輸出的正向穿透係數。
電阻R1及R3於電容C2及C3的輸入端114、130減少阻抗。電阻R1及R3亦自開關模組62’、64’分散已反射的功率。此防止已反射功率透過驅動器模組(例如:驅動器模組14)接收。已反射的功率可消極地影響驅動器模組的表現及/或操作平行於前端模組(例如:功率放大器模組16)的其它功率放大器的表現。於某操作頻率(例如:大於60MHz ,其中電晶體增益是低的),電阻R1及R3可不被包含:(i)當穩定性的需求被滿足時,及(ii)以單純化功率放大器模組的結構。
第一開關模組62’包含開關Q1。第二開關模組64’包含開關Q2。開關Q1及Q2包含個別的汲極、閘極及源極。汲極包含開關元件Q1及Q2的輸出訊號。閘極係連接至電容C2及C3的輸出端118、132。源極係連接至接地116。
舉例來說,電阻R2及R4可具有較100Ω大的電阻值。於一範例實現中,電阻R2及R4係大於1000Ω。於另一範例實現中,電阻R1及R4各約為10千歐姆(KOhms)。已增加的電阻值用於電阻R2及R4係提供增加的穩定性。
電容C1、C2、C3,變壓器T1,電感L1、L2、L3及電阻R1、R3係用於提供阻抗轉換以及相對於自前端模組50’(驅動器模組14)裝置上游提供輸入阻抗匹配。
介於前端模組50’的輸入端66與開關元件Q1及Q2之間的電路元件可共同地參照”功率放大器輸入網路”。功率放大器輸入網路可包含電感L1至L3,電容L1至L3,變壓器T1,電阻R1至R4以及電壓源V1至V2。介於前端模組50’(或開關元件Q1、Q2)的輸出端140、142與功率放大器模組16或16’的輸出端144的電路元件可共同地參照”功率放大器輸入網路”。功率放大器可包含結合器模組52及輸出模組54的元件。
每一開關元件Q1、Q2的閘極輸入端106、122係失配。閘極輸入端106、122是由於電容C2、C3的使用而失配。提供電容使得開關元件Q1、Q2於基本操作頻率的增益不超過15dB。電容C2、C3降低除了基本操作頻率之外的頻率增益。電容C2、C3提供低頻滾離,其更在少於等於基本操作頻率的一半降低功率放大器增益。於一半的基本操作頻率,開關元件Q1、Q2可各具有最大(或波峰)增益是由於電路元件及電路元件的構型在功率放大器網路中。電容C2、C3提供足夠的穩定邊界,致使當驅動不同的電壓長駐波比(VSWR)負載及在不同相操作時,包含功率放大器16或16’及驅動器模組14的功率產生器10維持穩定。
除了提供低頻增益滾離外,當操作於基本操作頻率時,電容C2、C3提供改善的穩定性。電容C2、C3透過開關元件Q1、Q2的閘極輸入端106、122增加阻抗,其在從高VSWR負載接收高反射的射頻功率期間變得不穩定而降低開關元件Q1、Q2的敏感性。
提供失配的閘極輸入端(或降低電晶體輸入阻抗匹配)係與傳統的由射頻設計者所採取的方式相反。提供失配的閘極輸入端可降低增益。第3圖的實現不包含共軛阻抗匹配,但提供失配的閘極輸入阻抗。此增加閘極輸入的阻抗及電抗。
如後文所述失配的閘極輸入端可難以阻抗轉換至預定的阻抗(例如:50Ω)。為此理由,係並入分流電阻器(例如:電阻R1、R3),其允許功率放大器模組16或16’的輸入阻抗(S11)變為預定的阻抗。S11係為與2-埠(輸入端/輸出端)裝置相關的散射參數且係作為50Ω終止輸出的輸入反射係數。因此,舉例來說,雖然閘極輸入端106、122為阻抗失配,功率放大器模組16或16’的輸入端66係與驅動器模組14的輸出阻抗匹配。
電阻R1及R3允許從失配負載(例如:第1圖的負載)以消散反射的射頻功率,此失配負載透過反向隔離S12機制穿過功率放大器16或16’。S12指的是離散參數並且50Ω終端輸入的為反向傳輸係數。此反射功率係經由電阻R1、R3消散以接地,而非傳遞至功率放大器輸入網路。此更改善穩定性。藉由消散此反向功率至電阻R1、R3,較少的反向功率出現於驅動器模組14,其改善驅動器的穩定性。將反向能量消散於開關元件Q1、Q2的輸入側上,而非於開關元件Q1、Q2的輸出側上以最小化功率放大器模組16或16’及/或驅動器模組14的功率損耗,其防止負面地影響射頻板效率。將分流電阻合併於輸出側上係消散向前及反向的能量,其導致浪費的功率(或消耗的功率)及降低效率。
不論操作頻率,將如上所述的電容C2、C3及電阻R1、R3,允許功率電晶體於推挽式技術(例如:開關元件Q1、Q2)穩定的併入不同相的VSWR負載。當操作於低頻操作而其中電晶體增益增加時(當操作頻率減少而開關元件增益增加時),係提供穩定性。當用來平行於增加的輸出功率時,後文揭露的成就允許多個推挽式功率放大器是穩定的。穩定性對於操作於增加的輸出功率標準的需求而言是迫切的。此成就可用來滿足這些穩定性的需求。
雖然前端模組50’係主要地敘述關於拉挽式的技術實現,前端模組50’的特徵可應用於單一端的功率放大器的實現。舉例來說,不論操作頻率,包含低頻操作,其中功率放大器電晶體的增益係增加,電容C2、C3的合併及電阻R1、R3可併入單一端實現以提供功率放大器穩定的併入不同相的VSWR負載。
前端模組50’可用於驅動器模組14。驅動器模組14及功率放大器模組16的內部構型可為相同。當功率放大器模組16驅動高VSWR的暫態負載時,將前端模組50’併入驅動器模組14允許拉挽式驅動階段穩定;或於不同相操作時,頻帶能量之外消散負載。電容C2、C3的合併及電阻R1、R3於驅動器模組14的前端模組協助在驅動器模組14移除不穩定性,此驅動器模組14增加功率產生器系統10於不同相的穩定性。
第3圖的實現提供寬頻帶及包圍旁頻帶的穩定性,其作為不同的功率放大器輸入電壓、功率放大器負載、操作相及操作頻率。此實現允許功率放大器的阻抗輸入以精確地與預定的阻抗(例如:50Ω)匹配。再者,正常的功率放大器開關元件(電晶體)特性(例如:電晶體增益的變異,輸入電阻等)變異存在時,係提供穩定性。
10...功率產生器系統
12...輸入模組
14...驅動器模組
16、16’...功率放大器模組
18...負載
100...初級線圈
102...次級線圈
103...第一偏壓電路
104、108、124...第一端點
106、122...閘極輸入端
110、120、126...第二端點
114、130、66、68、70...輸入端
116...接地
112、118、128、130、132、140、142、144...輸出端
119...第二偏壓電路
20...輸入訊號
22...支配訊號
50、50’...前端模組
52...結合器模組
54...輸出模組
56、56’...功率放大器模組
58、58’、60、60’...阻抗轉換模組
62、62’...第一開關模組
64、64’...第二開關模組
72、74...放大訊號
76...結合的輸出訊號
78...功率放大器輸出訊號
L1、L2、L3...電感
C1、C2、C3...電容
R1、R2、R3、R4...電阻
V1、V2...電壓源
Q1、Q2...開關元件
T1...變壓器
描述於後文的圖式目的僅用於作為所選擇的實施例及非所有可能實現的繪示說明,且並不意欲限制本揭露的申請專利範圍。
第1圖係根據本揭露之功率產生器系統併入功率放大器模組的方塊圖;
第2圖係根據本揭露之功率放大器模組的方塊圖;以及
第3圖係根據本揭露之功率放大器模組之前端模組的示意圖;
圖式中數個視圖從頭到尾所對應的元件符號指的是其所對應部分。

10...功率產生器系統
12...輸入模組
14...驅動器模組
16...功率放大器模組
18...負載
20...輸入訊號
22...支配訊號

Claims (20)

  1. 一種功率放大器,其包含:
    一包含一變壓器之第一輸入模組,係供以接收一第一射頻訊號及產生輸出訊號;
    阻抗轉換模組,該阻抗轉換模組之每一個具有一輸出阻抗且該阻抗轉換模組係供以自該變壓器接收該輸出訊號之個別之一;以及
    開關模組,該開關模組之每一個包含一電晶體且該開關模組連接至該阻抗轉換模組之一的一輸出端,其中該電晶體具有一輸入阻抗並輸出一放大訊號,以及
    其中該輸出阻抗之每一個係相對於該輸入阻抗之個別之一而失配。
  2. 如申請專利範圍1項所述之功率放大器,其中該輸入功率放大器包含:
    一電感,其具有一輸入端及一輸出端,其中該電感之該輸入端係供以接收該第一射頻訊號;以及
    一電容,其具有一第一終端,其連接至該電感之該輸出端及至該變壓器之一輸入端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器,其中該阻抗轉換模組之每一個係供以消散自該開關模組所接收的反射功率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器,其中:
    該阻抗轉換模組的每一個包含一電容,
    該電容係與該變壓器之一個別輸出端串連且係連接至該電晶體的一個別之一的一控制輸入端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之功率放大器,其中該輸出阻抗為該電容之輸出阻抗。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之功率放大器,其中該阻抗轉換模組之每一個更包含一與該電容的個別一個串連的電感,且該電感介於該變壓器及該電容的該個別之一的一輸入端之間。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之功率放大器,其中該阻抗轉換模組之該電容於該電晶體的控制終端增加輸入阻抗及電抗。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之功率放大器,其中該阻抗轉換模組之該電容於除了該功率放大器之一基本操作頻率的頻率之外降低增益。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之功率放大器,其中該阻抗轉換模組之每一個更包含一電阻,其介於該阻抗轉換模組之該電容之一的一輸入端及一電壓參考終端之間連接。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之功率放大器,其中該電阻於該電容的輸入端降低阻抗且消散由該開關模組所接收的反射功率。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之功率放大器,其中:
    該阻抗轉換模組之每一個更包含一電感;以及
    該電阻補償該電晶體及該電容的阻抗失配以阻抗匹配該電感的輸出端。
  12. 如申請專利範圍第4項所述之功率放大器,其中:
    該阻抗轉換模組之每一個更包含一偏壓電路;以及
    該偏壓電路係連接至該電容之一的一輸出端且係供以產生一偏電壓。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器,更包含:
    一結合器模組,係供以結合該電晶體的輸出以產生一已結合的輸出訊號;以及
    一輸出模組,係供以過濾該已結合的輸出訊號以產生一功率放大器輸出訊號。
  14. 一種功率產生器系統,其包含:
    一第二輸入模組,係供以接收一第二射頻訊號並產生一支配訊號;
    一驅動器模組,係供以接收該支配訊號並產生該第一射頻訊號;
    如申請專利範圍第13項所述之功率放大器;以及
    一負載,係供以接收該功率放大器輸出訊號。
  15. 一種功率放大器,其包含:
    一輸入模組,係包含一變壓器且係供以接收一第一射頻訊號,其中該變壓器包含:
    一第一端點,係基於該第一射頻訊號供以輸出一第一輸出訊號;以及
    一第二端點,係基於該第一射頻訊號供以輸出一第二輸出訊號;
    一第一電容,係與該第一端點串連且具有一第一輸出阻抗;
    一第二電容,係與該第二端點串連且具有一第二輸出阻抗;
    一第一電晶體,係包含一連接至該第一電容之控制終端,具有一第一輸入阻抗,以及輸出一第一放大訊號,其中該第一輸入阻抗不匹配該第一輸出阻抗;以及
    一第二電晶體,包含一連接至該第二電容之控制終端,具有一第二輸入阻抗,以及輸出一第二放大訊號,其中該第二輸入阻抗不匹配該第二輸出阻抗。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器,其中該輸入功率放大器包含:
    一電感,具有一輸入端及一輸出端,其中該電感之該輸入端係供以接收該第一射頻訊號;以及
    一電容,具有一第一終端,其連接至該電感之該輸出端以及至該變壓器之一輸入端。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器,更包含:
    一第一電感,係介於該第一端點與該第一電容之間串連;
    一第一電阻,具有一第一終端及一第二終端,其中該第一電阻之該第一終端係連接至該第一電感及至該第一電容之一輸入端,且其中該第一電阻之該第二終端接收一參考電壓;
    一第二電感,係介於該第二端點與該第二電容之間串連;以及
    一第二電阻,具有一第一終端及一第二終端,其中該第二電阻之該第一終端係連接至該第二電感及至該第二電容之一輸入端,且其中該第二電阻之該第二終端接收該參考電壓。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之功率放大器,其中:
    該第一電阻於該第一電容之一輸入端降低一阻抗且消散由該第一電晶體接收的一第一反射功率訊號,以及補償該第一電晶體的一輸入端及該第一電容之一輸出端的阻抗失配以阻抗匹配該第一電感之一輸出端;以及
    該第二電阻於該第二電容之一輸入端降低一阻抗且消散由該第二電晶體接收的一第二反射功率訊號,以及補償該第二電晶體之一輸入端及該第二電容之一輸出端的阻抗失配以阻抗匹配該第二電感之一輸出端。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器,更包含:
    一第一偏壓電路,係供以產生一第一偏電壓,其中該第一電容之一輸出端及該第一電晶體之該控制終端接收該第一偏電壓;以及
    一第二偏壓電路,係供以產生一第二偏電壓,其中該第二電容之一輸出端及該第二電晶體之該控制終端接收該第一偏電壓。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器,其中該電容:
    於該第一電晶體及該第二電晶體之該控制終端增加輸入阻抗及電抗;以及
    於除了該功率放大器之一基本操作頻率之外的頻率降低增益。
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Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011006269A1 (de) * 2011-02-28 2012-08-30 Infineon Technologies Ag Hochfrequenzumschaltanordnung, Sender und Verfahren
US9143093B2 (en) * 2013-10-24 2015-09-22 Dsp Group Ltd. Impedance matching system that has a transformer and method for tuning a system using a transformer
US9865432B1 (en) 2014-01-10 2018-01-09 Reno Technologies, Inc. RF impedance matching network
US9844127B2 (en) 2014-01-10 2017-12-12 Reno Technologies, Inc. High voltage switching circuit
US10431428B2 (en) 2014-01-10 2019-10-01 Reno Technologies, Inc. System for providing variable capacitance
US10455729B2 (en) 2014-01-10 2019-10-22 Reno Technologies, Inc. Enclosure cooling system
US9697991B2 (en) 2014-01-10 2017-07-04 Reno Technologies, Inc. RF impedance matching network
US9755641B1 (en) 2014-01-10 2017-09-05 Reno Technologies, Inc. High speed high voltage switching circuit
US9196459B2 (en) 2014-01-10 2015-11-24 Reno Technologies, Inc. RF impedance matching network
US9496122B1 (en) 2014-01-10 2016-11-15 Reno Technologies, Inc. Electronically variable capacitor and RF matching network incorporating same
US10224184B2 (en) * 2014-03-24 2019-03-05 Aes Global Holdings, Pte. Ltd System and method for control of high efficiency generator source impedance
US11017983B2 (en) 2015-02-18 2021-05-25 Reno Technologies, Inc. RF power amplifier
US9729122B2 (en) 2015-02-18 2017-08-08 Reno Technologies, Inc. Switching circuit
US9525412B2 (en) 2015-02-18 2016-12-20 Reno Technologies, Inc. Switching circuit
US9306533B1 (en) 2015-02-20 2016-04-05 Reno Technologies, Inc. RF impedance matching network
US10340879B2 (en) 2015-02-18 2019-07-02 Reno Technologies, Inc. Switching circuit
US11335540B2 (en) 2015-06-29 2022-05-17 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US11081316B2 (en) 2015-06-29 2021-08-03 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US11150283B2 (en) 2015-06-29 2021-10-19 Reno Technologies, Inc. Amplitude and phase detection circuit
US11342161B2 (en) 2015-06-29 2022-05-24 Reno Technologies, Inc. Switching circuit with voltage bias
US10984986B2 (en) 2015-06-29 2021-04-20 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US10692699B2 (en) 2015-06-29 2020-06-23 Reno Technologies, Inc. Impedance matching with restricted capacitor switching
US11342160B2 (en) 2015-06-29 2022-05-24 Reno Technologies, Inc. Filter for impedance matching
DE102015212247A1 (de) 2015-06-30 2017-01-05 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Hochfrequenzverstärkeranordnung
DE102015212152B4 (de) 2015-06-30 2018-03-15 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Nicht lineare Hochfrequenzverstärkeranordnung
WO2017074297A1 (en) * 2015-10-26 2017-05-04 Hewlett-Packard Enterprise Development LP Negative feedback gain transimpedance amplifier (tia) systems
FR3045979B1 (fr) * 2015-12-18 2018-10-26 Thales Amplificateur de puissance rf a double transistors et poste rf utilisant un tel amplificateurs
CN107040226B (zh) * 2017-06-08 2021-02-19 钢研纳克检测技术股份有限公司 一种全差分驱动的射频发生器
US10483090B2 (en) 2017-07-10 2019-11-19 Reno Technologies, Inc. Restricted capacitor switching
US11315758B2 (en) 2017-07-10 2022-04-26 Reno Technologies, Inc. Impedance matching using electronically variable capacitance and frequency considerations
US10727029B2 (en) 2017-07-10 2020-07-28 Reno Technologies, Inc Impedance matching using independent capacitance and frequency control
US11114280B2 (en) 2017-07-10 2021-09-07 Reno Technologies, Inc. Impedance matching with multi-level power setpoint
US11476091B2 (en) 2017-07-10 2022-10-18 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network for diagnosing plasma chamber
US11101110B2 (en) 2017-07-10 2021-08-24 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US11521833B2 (en) 2017-07-10 2022-12-06 Reno Technologies, Inc. Combined RF generator and RF solid-state matching network
US11289307B2 (en) 2017-07-10 2022-03-29 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US11398370B2 (en) 2017-07-10 2022-07-26 Reno Technologies, Inc. Semiconductor manufacturing using artificial intelligence
US10714314B1 (en) 2017-07-10 2020-07-14 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US11393659B2 (en) 2017-07-10 2022-07-19 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
EP3682550A4 (en) * 2017-09-14 2021-04-14 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) DIRECTIONAL COUPLER AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING AND RADIO TRANSMITTER AND RADIO DEVICE
CN108336975B (zh) * 2018-01-05 2022-02-22 中兴通讯股份有限公司 异相功率放大器及其实现输出匹配的方法和装置、功放支路
US11521831B2 (en) 2019-05-21 2022-12-06 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method with reduced memory requirements
CN110868160B (zh) * 2019-11-27 2023-06-06 电子科技大学 一种互补型功率合成的功率放大器结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6949978B2 (en) * 2003-10-17 2005-09-27 Raytheon Company Efficient broadband switching-mode amplifier
US20060261887A1 (en) * 2003-01-03 2006-11-23 Avago Technologies High efficiency power amplifier
US20070018729A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-25 Grigory Itkin Amplifier arrangement and method of signal amplification
US20090045877A1 (en) * 2007-08-16 2009-02-19 Industrial Technology Research Institute Power amplifier circuit for multi-frequencies and multi-modes and method for operating the same
US7630220B2 (en) * 2004-12-27 2009-12-08 Daihen Corporation High frequency power supply

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04578Y2 (zh) * 1985-07-15 1992-01-09
JPH03211904A (ja) * 1990-01-16 1991-09-17 Fujitsu Ltd 高周波増幅器
JPH0690118A (ja) * 1992-09-07 1994-03-29 Yukihiro Toyoda 電力増幅器
US6750711B2 (en) 2001-04-13 2004-06-15 Eni Technology, Inc. RF power amplifier stability
JP2003347870A (ja) * 2002-05-22 2003-12-05 Mitsubishi Electric Corp 電力増幅器
KR100518938B1 (ko) * 2003-01-03 2005-10-05 주식회사 웨이브아이씨스 고효율 다중 모드 전력 증폭 장치
JP4311104B2 (ja) * 2003-07-24 2009-08-12 株式会社村田製作所 低雑音増幅回路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060261887A1 (en) * 2003-01-03 2006-11-23 Avago Technologies High efficiency power amplifier
US6949978B2 (en) * 2003-10-17 2005-09-27 Raytheon Company Efficient broadband switching-mode amplifier
US7630220B2 (en) * 2004-12-27 2009-12-08 Daihen Corporation High frequency power supply
US20070018729A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-25 Grigory Itkin Amplifier arrangement and method of signal amplification
US20090045877A1 (en) * 2007-08-16 2009-02-19 Industrial Technology Research Institute Power amplifier circuit for multi-frequencies and multi-modes and method for operating the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Engelbrecht, R.S.; Kurokawa, K., "A wide-band low noise L-band balanced transistor amplifier," Proceedings of the IEEE , vol.53, no.3, pp.237,247, March 1965. *

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