CN112737515A - Doherty放大器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及Doherty放大器装置。该放大器装置包括：衬底，具有底板和输出板的复合封装放大器；在底板上设置的第一放大器和第二放大器；将第一放大器的输出与第二放大器的输出进行组合的组合节点；在底板上设置的输出匹配电路，其具有在第一放大器和组合节点之间设置的第一传输线以及在组合节点和第二放大器之间设置的第二传输线；第三传输线，该第三传输线具有输出板被安装于其上的一条传输线和将该一条传输线连接至外部端口的另一条传输线；以及被连接至输出板的一个端子和组合节点的导线。输出板和另一条传输线的长度等于或小于信号的π/4弧度。

Description

DOHERTY放大器装置
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C.§119而要求于2019年10月28日提交的美国临时申请序列号62/926,720的优先权；其内容通过引用其全文而依据和并入于此。
技术领域
本申请涉及Doherty放大器装置。
背景技术
使用具有相同大小的有源装置的标准Doherty放大器作为示例，特别是如图4中所示的输出λ/4变压器。表1示出了不同变压器配置文件所要求的相关联阻抗匹配的列表。
[表1]
TX1(Ω) TX2(Ω) 主终端 峰值终端
经典方法#1 35.35 35.35 50 50
经典方法#2 35.35 50 100 50
替选方法#1 50 50 50 100
替选方法#2 40 50 78 64
替选方法#3 50 40 32 100
基于设计约束，因此能够关联表1来确定设计复合封装Doherty放大器所必需的最适合的衬底和阻抗。
对于紧凑型放大器设计和传送解决方案的要求使得更加优质而完整的解决方案成为必需。
在图5中的常规放大器设计中，封装晶体管形成有源装置，该有源装置具有形成无源组件的相关联的输入和输出匹配网络。然而，除了更小型化的设计覆盖区之外，随着对于传送功率需求的增加，有必要废除这些元件之间的隔离并且将它们组合为单个实体。
发明内容
本实施例提供了一种放大输入射频(RF)信号的Doherty放大器装置。在其输出中具有从饱和功率小于预设量的回退水平(back-off level)的该Doherty放大器装置包括：衬底；在衬底上具有底板和输出板的复合封装放大器；用于放大输入RF信号的载波放大器，所述载波放大器在该回退水平使该载波放大器的输出功率饱和并且被设置在底板上；被配置为当Doherty放大器在该Doherty放大器的输出小于该回退水平时表现出大量泄漏的峰值放大器，所述峰值放大器在回退水平处开启并且在饱和功率处使该峰值放大器的输出饱和，并且被设置在该底板上；将该载波放大器的输出与该峰值放大器的输出组合的组合节点；具有第一传输线和第二传输线的输出匹配电路；被设置在衬底上的第三传输线，所述第三传输线具有一条传输线和另一条传输线。第一传输线被设置在载波放大器和组合节点之间。第二传输线被设置在组合节点和峰值放大器之间，并且输出板具有一个端子以及经由另一条传输线被连接至外部端口的末端端子，并且被安装在该一条传输线上。对于经历该Doherty放大器装置的信号，输出板和第三传输线具有小于π/4弧度的电气长度。
附图说明
通过以下参考附图对本发明优选实施例的详细描述，前述和其它的用途、方面和优势将更好地被理解，其中：
图1A示出了本发明的复合封装放大器装置的配置；
图1B示出了本发明的复合封装放大器装置的衬底；
图2A示出了复合封装放大器装置的一个实施例的配置；
图2B示出了复合封装放大器装置的另一个实施例的配置；
图3示出了复合封装放大器装置的一个实施例的横截面的配置；
图4示出了Doherty放大器的框图；
图5示出了复合封装的常规放大器装置的配置。
具体实施方式
接下来，将详细描述根据本申请的Doherty放大器装置的一些实施例。在对附图的描述中，彼此相同或相似的数字或符号将指代彼此相同或相似的要素而并不进行重复解释。
Doherty放大器装置的一种实际实施方式是图1A中所示的复合封装放大器。所图示的尺寸是30mm×25mm。
在该绝缘材料中连同0.508mm厚的印刷电路板(PCB)衬底一起使用(表1中所示的)替选方法#2。然后，例如，PCB衬底30由复合环氧树脂等材料制成，并且其介电常数为3.0或更大。
该复合封装放大器装置具有PCB衬底30、复合封装放大器20、输入RF功率分流1、主路径输入匹配网络2、峰值路径输入匹配网络3。
复合封装放大器20、输入RF功率分流1、主路径输入匹配网络2和峰值路径输入匹配网络被设置在PCB衬底30上。
PCB衬底30具有在PCB衬底30的主面上设置的输入主路径5、输入峰值路径6、输出主和峰值路径7、最终变压器8、输出RF路径9、输入RF路径19和接地图案60、以及在PCB衬底30的背面上设置的接地金属65。
最终变压器8诸如是微带(microstrip)线。设置在PCB衬底30上的微带线具有处于PCB衬底30的背面中的接地金属。
诸如3dB混合耦合器组件的输入RF功率分流1被连接至输入RF路径19。主路径输入匹配网络2被部署在输入RF功率分流1和复合封装放大器20之间。主路径输入匹配网络2经由第一电容器C1被连接至输入RF功率分流1，经由图案31b被连接至复合封装放大器20，经由第一电阻器R1被并行连接至输入主路径5。然后，例如，第一电容器C1的电容值大约为6pf，并且第一电阻器R1的电阻值大约为10ohm。
峰值路径输入匹配网络组件3被部署在输入RF功率分流1和复合封装放大器20之间。峰值路径输入匹配网络组件3经由第二电容器C2被连接至输入RF功率分流1，经由图案32b被连接至复合封装放大器20，经由第二电阻器R2被并行连接至输入峰值路径6。因此，例如，第二电容器C2的电容值大约为12pf，并且第二电阻器R2的电阻值大约为50ohm。
最终变压器8经由第三电容器C3被连接在输出RF路径9和复合封装放大器20之间，被并行连接至输出主和峰值路径7。然后，例如，第三电容器C3的电容值大约为6pf。
复合封装放大器20具有用于底板25、包容半导体模具40a、40b、内部输入匹配组件10a、10b、内部输出匹配电路4、输入金属板11a、11b、输出金属板12的封装。包容半导体模具40a、40b、内部输入匹配组件10a、10b、内部输出匹配电路4被设置在底板25上。然后，例如，输入金属板11a、11b、输出金属板12和底板由铜等材料制成。
包容半导体模具40a、40b各自通过导线51a、51b被连接至内部输入匹配组件10a、10b。包容半导体模具40a、40b各自通过导线52a、52b被连接至内部输出匹配电路4。输出金属板12经由导线55被连接至内部输出匹配电路4。复合封装放大器20的底板25和金属板11a、11b、12由树脂模塑。然后，例如，该树脂由环氧树脂、聚酰亚胺树脂等材料制成。
最终变压器8具有第三传输线8a和第四传输线8b。输出金属板12被连接至最终变压器8的第三传输线8a。输入金属板11a、11b各自被连接至第一和第二变压器31b、32b。
图1B示出了图1A的PCB衬底30，并未安装图1A的复合封装放大器。图案31、32具有被设置在PCB衬底30上的图案31a、32a和图案31b、32b。然后，图案31、32的图案31a、32a将各自被连接至复合封装放大器20的输入金属板11b、11a。
最终变压器8的第三传输线8a将被连接至复合封装放大器20的输出金属板12。
接地图案60具有被设置在PCB衬底30上的图案31a、32a和图案31b、32b。然后，接地图案60将被连接至复合封装放大器20的底板25。
本发明的主要目标是提供一种低成本但可量产的表面安装封装的紧凑型放大器解决方案。
之所以优先于常规的“***式(drop-in)”陶瓷封装而选择表面安装封装是因为量产期间的贴装(pick and place)定位的准确性。
然而，在特定的表面安装封装中，在该特定示例中，电气端子已经被设计为提供1.525mm的宽度。等式1a和1b示出了用于基于已知的介电材料信息来确定微带的特性阻抗的经验公式。
[等式1a]
当
Figure BDA0002740258950000051
时，
特性阻抗，
Figure BDA0002740258950000052
[等式1b]
当
Figure BDA0002740258950000061
时，
特性阻抗，
Figure BDA0002740258950000062
其中W表示电介质衬底的宽度且H表示电介质衬底的厚度，并且εeff表示该衬底的有效电介质，前述等式可以被用来近似计算微带的特性阻抗。
使用1.525mm的固定宽度值，表2示出了与具有变化厚度的标准电介质衬底相关联的RF电气阻抗的示例。
[表2]
衬底名称 电介质 电介质厚度 RF电气阻抗
衬底A 2.2 0.508mm 50Ω
衬底B 2.2 0.254mm 30.3Ω
衬底C 3.66 0.508mm 40Ω
衬底D 3.66 0.254mm 24.1Ω
衬底E 6.15 0.508mm 31.6Ω
衬底F 6.15 0.254mm 18.9Ω
λ/4变压器的长度随着频率而不同(长度随着频率越低而增加)。使用Doherty作为相同说明，图2A和2B示出了该封装可以如何进一步被用于不同频率。
在图2A中所示的一个实施例中，电介质(项#4)和最终变压器(项#8)之间的互连的导线接合的位置被圈出。该位置已经被如此选择以便呈现尽可能接近于变压器边缘的RF信号的激励。
在图2B中所示的另一个实施例中，(被圈出的)互连的导线接合的位置位于封装引线框/微带变压器TX1的顶侧边缘。同样地，这是为了确保RF的激励尽可能接近于TX1的边缘。
图2A示出了内部输出匹配电路4具有传输线27、28(第一传输线和第二传输线)，它们各自通过导线52a、52b被连接至包容半导体模具40a、40b。被连接在内部输出匹配电路4的传输线27、28之间的第一区域通过导线55被连接至输出金属板12。该第一区域被部署在传输线28侧。导线55在传输线27和28的第一区域上被集中并接合。对于经历该放大器的信号，输出金属板12和第四传输线8b具有小于π/4弧度的电气长度。例如，对应于20GHz的频率的输出金属板12的长度为5mm。然后，输出金属板12和第四传输线8b的长度是20mm。最终变压器8通过使用输出金属板12作为微带线而被短接，具有第三传输线8a和第四传输线8b。复合封装放大器装置100由小型装置构成。每条传输线和每个图案的示例由铜制成，每条导线由金等制成。
图2B示出了内部输出匹配电路4，其具有各自通过导线52a、52b被连接至包容半导体模具40a、40b的传输线27、28。被连接在内部输出匹配电路4的传输线27和28之间的第二区域通过导线56被连接至输出金属板13而不是输出金属板12。该第二区域部署在传输线27侧。导线56在传输线27、28的第二区域上被集中并接合。对于经历该放大器的信号，输出金属板13和第四传输线8b具有小于π/4弧度的电气长度。例如，对应于10GHz的频率的输出金属板13的长度为20mm，比图2A的输出金属板12的长度更长。然后，输出金属板13和第四传输线8b的长度是40mm。最终变压器8通过使用输出金属板13作为微带线而被短接，具有第三传输线8a和第四传输线8b。复合封装放大器装置100由小型装置构成。每条传输线和每个图案的示例由铜制成，每条导线由金等制成。
图3以图2A中所示的复合封装放大器的横截面示出了Doherty放大器的实际实施方式。复合封装放大器20被设置在PCB衬底30上。PCB衬底30的接地图案60经由通孔90以电和热的方式被连接至衬底30的接地金属65。输出金属板12通过导线55被连接至内部输出匹配组件4的第一传输线28。输出金属板12通过焊接被结合在最终变压器8的第三传输线8a上。底板25通过焊接被结合在PCB衬底30的接地图案60上。每条传输线和每个图案的示例由铜制成，每个焊料由金和锡的化合物制成，每条导线由金等制成。复合封装放大器20的底板25和输入金属板11a以及输出金属板12被树脂模塑。
然而，根据本发明的半导体装置并不局限于此，并且其可以包括各种半导体装置。例如，另一个实施例是一种常规放大器装置，而不是上述实施例的Doherty放大器装置。
虽然本文已经出于说明的目的描述了本发明的特定实施例，但是许多修改和变化对于本领域技术人员而言将会是清楚明白的。因此，所附权利要求意在包含落在本发明实际精神和范围之内的所有这样的修改和变化。

Claims (6)

1.一种放大输入射频(RF)信号的Doherty放大器装置，所述Doherty放大器装置在所述Doherty放大器的输出中具有从饱和功率小于预设量的回退水平，所述Doherty放大器装置包括：
衬底；
复合封装放大器，所述复合封装放大器在所述衬底上具有底板和输出板；
载波放大器，所述载波放大器用于放大所述输入RF信号，所述载波放大器在所述回退水平处使所述载波放大器的输出功率饱和，并且被设置在所述底板上；
峰值放大器，所述峰值放大器被配置为当所述Doherty放大器在所述Doherty放大器的输出中小于所述回退水平时表现出大量泄漏，所述峰值放大器在所述回退水平处开启，并且在所述饱和功率处使所述峰值放大器的输出饱和，并且被设置在所述底板上；
组合节点，所述组合节点将所述载波放大器的输出与所述峰值放大器的输出组合；
输出匹配电路，所述输出匹配电路具有第一传输线和第二传输线；
第三传输线，所述第三传输线被设置在所述衬底上，具有一条传输线和另一条传输线；并且
其中，所述第一传输线被设置在所述载波放大器和所述组合节点之间；
其中，所述第二传输线被设置在所述组合节点和所述峰值放大器之间，
其中，所述输出板具有一个端子以及经由所述另一条传输线连接至外部端口的末端端子，并且被安装在所述一条传输线上，并且
其中，对于经历所述Doherty放大器的信号，所述输出板和所述第三传输线具有等于或小于π/4弧度的电气长度。
2.根据权利要求1所述的Doherty放大器装置，
其中，所述输出板的一个端子通过多条导线被连接至所述组合节点。
3.根据权利要求2所述的Doherty放大器装置，
其中，所述输出板的所述一个端子与连接到所述另一条传输线的点相对。
4.根据权利要求1所述的Doherty放大器装置，
其中，所述载波放大器和所述峰值放大器各自被独立地连接至输入匹配电路。
5.根据权利要求1所述的Doherty放大器装置，进一步包括：
被设置在所述衬底上的端子，所述被设置在所述衬底上的端子经由电容被连接至所述另一条传输线。
6.一种放大输入射频(RF)信号的放大器装置，所述放大器装置包括：
衬底；
复合封装放大器，所述复合封装放大器在所述衬底上具有底板和输出板；
被设置在所述底板上的第一放大器和第二放大器，所述第一放大器和所述第二放大器用于放大所述输入RF信号；
组合节点，所述组合节点将所述第一放大器的输出与所述第二放大器的输出组合；
输出匹配电路，所述输出匹配电路被设置在所述底板上，所述输出匹配电路具有在所述第一放大器和所述组合节点之间设置的第一传输线，以及在所述组合节点和所述第二放大器之间设置的第二传输线；
被设置在所述衬底上的第三传输线，所述第三传输线具有所述输出板被安装于其上的一条传输线和将所述一条传输线连接至外部端口的另一条传输线；以及
多条导线，所述多条导线连接至所述输出板的所述组合节点侧的一个端子和所述组合节点，
其中，对于经历所述放大器装置的信号，所述输出板和所述另一条传输线具有等于或小于π/4弧度的电气长度。
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