TW201509119A - 微波積體電路功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種微波積體電路，其包含一基板及該基板上之一功率放大器。該功率放大器包含一功率分配器電路，其具有：一輸入，其經組態以接收一輸入射頻(RF)信號；一基極放大器，其具有經耦合至該功率分配器電路之一第一輸出之一輸入；及一峰值放大器，其具有經耦合至該功率分配器電路之一第二輸出之一輸入及經耦合至一輸出組合節點之一輸出。該功率放大器進一步包含：一阻抗反轉器電路，其將該基極放大器之該輸出耦合至該輸出組合節點；及一負載匹配電路，其具有經耦合至該輸出組合節點之一輸入及經組態以被耦合至一外部負載之一輸出。
Description
本發明係關於高頻放大器，且更特定言之，本發明係關於功率放大器。
通常於通信、雷達及其他射頻(RF)系統中使用高頻功率放大器。一般期望此等功率放大器具有寬頻寬且以高頻操作。例如，現代寬頻無線協定(諸如LTE(長期演進)及IEEE 802.11ac)通常涉及具有高峰值均值比之寬頻帶調變波形之傳輸。此等應用一般期望在一相對寬輸出功率範圍內之高效率。
多厄悌(Doherty)放大器可非常適用於此等應用。各種多厄悌放大器實施方案描述於Pengelly等人之美國專利第6,700,444號、Pengelly等人之美國專利第6,737,922號、Pengelly等人之美國專利第6,791,417號、Pengelly等人之美國專利第7,193,473號及《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》第61卷第2號(2013年2月)Gustafsson等人之「A Wideband and Compact GaN MMIC Doherty Amplifier for Microwave Link Applications」中。
本發明標的之一些實施例提供一種微波積體電路(MMIC)，其包含一基板及一功率放大器，該功率放大器包含基板上之一功率分配器及具有經組態以接收一輸入射頻(RF)信號之一輸入。該功率放大器亦
包含：一基極放大器，其位於該基板上且具有耦合至該功率分配器電路之一第一輸出之一輸入；及一峰值放大器，其位於該基板上且具有耦合至該功率分配器電路之一第二輸出之一輸入及耦合至一輸出組合節點之一輸出。該功率放大器進一步包含：一阻抗反轉器電路，其位於該基板上，將該基極放大器之輸出耦合至該輸出組合節點；及一負載匹配電路，其位於該基板上且具有耦合至該輸出組合節點之一輸入及經組態以被耦合至一外部負載之一輸出。
該阻抗反轉器電路可排定該基極放大器及該峰值放大器之負載之最佳化優先於該輸出組合節點至該負載之匹配。在一些實施例中，在該輸出組合節點處之一阻抗實質上不同於50歐姆。
在一些實施例中，該阻抗反轉器電路可包含耦合於該基極放大器之該輸出與該輸出組合節點之間之至少一集總式電感器。該至少一集總式電感器可包含一螺旋電感器。該阻抗反轉器電路可進一步包含耦合於該輸出組合節點與一偏壓節點之間之至少一電容器。
在一些實施例中，該阻抗反轉器電路包含：一第一傳輸線段，其具有耦合至該基極放大器之該輸出之一第一終端；一螺旋電感器，其具有耦合至該第一傳輸線之一第二終端之一第一終端；一第二傳輸線段，其具有耦合至該螺旋電感器之一第二終端之一第一終端及耦合至該輸出組合節點之一第二終端；一第三傳輸線段，其具有耦合至螺旋電感器之該第二終端及該第二傳輸線段之該第一終端之一第一終端；及一電容器，其具有耦合至該第三傳輸線段之一第二終端之一第一終端及耦合至一偏壓節點之一第二終端。
在一些實施例中，該基極放大器及峰值放大器可包含各自第一基於III族氮化物之電晶體及第二基於III族氮化物之電晶體。該等第一基於III族氮化物之電晶體及第二基於III族氮化物之電晶體可包含各自第一氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體(HEMT)及第二氮化鎵高電
子遷移率電晶體。該第一GaN HEMT可具有在自約2毫米至約3毫米之一範圍中之一閘極周邊及第二GaN HEMT可具有在自約4毫米至約6毫米之一範圍中之一閘極周邊。該基極放大器之該輸出可包含該第一GaN HEMT之一汲極及峰值放大器之該輸出可包含該第二GaN HEMT之一汲極。
在一些實施例中，該MMIC可經組態以提供在自約2.5GHz至約2.7GHz之一頻率範圍中之至少約10W之一平均輸出功率及至少約15dB之一增益。該基板可具有小於約15平方毫米之一面積且該MMIC可經組態以提供至少約10W之一平均輸出功率。
進一步實施例提供一種單片微波積體電路(MMIC)，其包含：一基板及一功率放大器，該功率放大器包含該基板上之一功率分配器電路，且具有經組態以接收一輸入RF信號之一輸入。該功率放大器亦包含：一基極放大器，其位於該基板上且具有經耦合至該功率分配器電路之一第一輸出之一輸入；及一峰值放大器，其位於該基板上且具有經耦合至該功率分配器電路之一第二輸出之一輸入及經耦合至一輸出組合節點之一輸出。該功率放大器進一步包含一阻抗反轉器電路，其係位於該基板上，將該基極放大器之輸出耦合至該輸出組合節點，且包含經耦合於該基極放大器之該輸出與該輸出組合節點之間之一集總式電感器及經耦合於該輸出組合節點與一偏壓節點之間之一電容器。
該阻抗反轉器電路可進一步包含與該集總式電感器串聯耦合之一傳輸線段。例如，該阻抗反轉器電路可進一步包含：一第一傳輸線段，其將該基極放大器之該輸出耦合至該集總式電感器；及一第二傳輸線段，其將該集總式電感器耦合至該輸出組合節點。該阻抗反轉器電路可進一步包含與該至少一電容器串聯耦合之一傳輸區段。
在一些實施例中，該阻抗反轉器電路可包含：一第一傳輸線
段，其具有經耦合至該基極放大器之該輸出之一第一終端及經耦合至該集總式電感器之一第一終端之第二終端；一第二傳輸線段，其係耦合於該集總式電感器與該輸出組合節點之間；及一第三傳輸線段，其具有經耦合至該集總式電感器之該第二終端之一第一終端及經耦合至該電容器之一第二終端。
在進一步實施例中，電容器包含一第一電容器，該偏壓節點包含一第一偏壓節點，且該功率放大器進一步包含一負載匹配電路，該負載匹配電路包含：一第四傳輸線段，其具有經耦合至該輸出組合節點之一第一終端；一第二電容器，其具有經耦合至該第四傳輸線段之一第二終端之一第一終端及經組態以被耦合至該外部負載之一第二終端；一第五傳輸線段，其具有經耦合至該第二電容器之該第一終端及該第四傳輸線段之該第二終端之一第一終端；及一第三電容器，其係耦合於該第五傳輸線段之一第二終端與偏壓節點之間。
在一些實施例中，該基極放大器及該峰值放大器可包含各自第一基於III族氮化物之電晶體及第二基於III族氮化物之電晶體。該等第一基於III族氮化物之電晶體及第二基於III族氮化物之電晶體可包含各自第一氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體(HEMT)及第二氮化鎵高電子遷移率電晶體。該第一GaN HEMT可具有在自約2毫米至約3毫米之一範圍中之一閘極周邊，且其中該第二GaN HEMT可具有在自約4毫米至約6毫米之一範圍中之一閘極周邊。
進一步實施例提供如所描述之經耦合至一外部負載匹配電路之一種MMIC。
100‧‧‧射頻功率放大器微波積體電路(MMIC)/微波積體電路(MMIC)
110‧‧‧功率分配器電路
110'‧‧‧功率分配器電路/功率分配器
120‧‧‧基極放大器
120'‧‧‧基極放大器
130‧‧‧峰值放大器
130'‧‧‧峰值放大器
140‧‧‧阻抗反轉器電路
140'‧‧‧阻抗反轉器電路
150‧‧‧輸出組合節點
160‧‧‧負載匹配電路
160'‧‧‧負載匹配電路
170‧‧‧輸入驅動器
201‧‧‧輸入節點
202‧‧‧輸出節點
203‧‧‧輸出節點
302‧‧‧輸出節點
303‧‧‧偏壓節點
304‧‧‧偏壓節點
402‧‧‧輸出節點
403‧‧‧偏壓節點
404‧‧‧偏壓節點
503‧‧‧偏壓節點
602‧‧‧輸出節點
603‧‧‧偏壓節點
700‧‧‧微波積體電路(MMIC)
701‧‧‧基板
810‧‧‧平均輸出功率
820‧‧‧效率
830‧‧‧相鄰通道功率(ACP)
900‧‧‧系統
910‧‧‧微波積體電路(MMIC)
920‧‧‧外部負載匹配電路
1000‧‧‧系統/微波積體電路(MMIC)
C1‧‧‧電容器
C2‧‧‧電容器
C3‧‧‧電容器
C4‧‧‧電容器
C5‧‧‧電容器
C6‧‧‧電容器
C7‧‧‧電容器
C8‧‧‧電容器
C9‧‧‧電容器
C10‧‧‧第一電容器
C11‧‧‧第二電容器
C12‧‧‧第三電容器
L1‧‧‧第一集總式電感器
L2‧‧‧第二集總式電感器
L3‧‧‧集總式電感器
L4‧‧‧集總式電感器
L5‧‧‧集總式電感器
R1‧‧‧電阻器
R3‧‧‧電阻器
R5‧‧‧電阻器
R6‧‧‧電阻器
TL1‧‧‧傳輸線段
TL2‧‧‧傳輸線段
TL3‧‧‧傳輸線段
TL4‧‧‧傳輸線段
TL5‧‧‧傳輸線段
TL6‧‧‧傳輸線段
TL7‧‧‧傳輸線段
TL8‧‧‧傳輸線段
TL9‧‧‧傳輸線段
TL10‧‧‧傳輸線段
TL11‧‧‧第一傳輸線段
TL13‧‧‧第三傳輸線段/第一傳輸線段
TL14‧‧‧第二傳輸線段/第一傳輸線段
Q1‧‧‧GaN電晶體/電晶體
Q2‧‧‧GaN電晶體/電晶體
包含附圖以提供本發明之一進一步理解，且將附圖併入本說明書中以使其構成本說明書之一部分，附圖繪示本發明之某些實施例。圖式中：
圖1係繪示根據一些實施例之具有一多厄悌放大器之一單片微波積體電路(MMIC)之一示意圖；圖2係繪示根據一些實施例之一MMIC多厄悌放大器之一功率分配器之一示意圖；圖3係繪示根據一些實施例之一MMIC多厄悌放大器之一基極放大器之一示意圖；圖4係繪示根據一些實施例之一MMIC多厄悌放大器之一峰值放大器之一示意圖；圖5係繪示根據一些實施例之一MMIC多厄悌放大器之一阻抗反轉器電路之一示意圖；圖6係繪示根據一些實施例之一MMIC多厄悌放大器之一負載匹配電路之一示意圖；圖7繪示根據一些實施例之一MMIC多厄悌放大器之一佈局；圖8係根據一些實施例之一MMIC多厄悌放大器之效能特性之一圖表圖解；圖9係根據進一步實施例之包含具有外部匹配電路之一MMIC多厄悌放大器之系統之一示意圖；及圖10係根據進一步實施例之包含具有一積體輸入驅動器電路之一MMIC多厄悌放大器之系統之一示意圖。
現將參考附圖在下文中更完全地描述本發明之實施例，附圖中展示本發明之實施例。然而，可依許多不同形式體現本發明且本發明不應被視為受限於本文中所提出之實施例。而是，提供此等實施例使得本發明將詳盡及完全，且將完全傳達本發明之範疇給熟習此項技術者。全文中相同符號係指相同元件。
應瞭解：儘管術語第一、第二等等可在本文中用於描述各種元
件，但此等元件不應受此等術語之限制。此等術語僅用於區別一元件與另一元件。例如，在不脫離本發明之範疇之情況下，一第一元件可稱為一第二元件，及類似地，一第二元件可稱為一第一元件。如本文所使用，術語「及/或」包含相關列出項目之一或多者之任意組合及所有組合。
本文所使用之術語僅出於描述特定實施例之目的且不意欲限制本發明。如本文所使用，單數形式「一」、「一個」及「該」意欲亦包含複數形式，除非上下文另外明確指示。應進一步瞭解：本文所使用之術語「包括」、「包含」指定存在一定特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或附加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組。
除非另外定義，本文所使用之所有術語(包含技術術語及科學術語)具有相同於本發明所屬之一般技術者所常理解的含義。應進一步瞭解：本文所使用之術語應解譯為具有與本說明書之上下文中的其等之含義及相關技術一致之一含義且不應以一理想化或過度拘泥意義解譯，除非本文如此清楚定義。
III族氮化物係指形成於氮與週期表之III組中之元素(通常為鋁(Al)、鎵(Ca)及/或銦(In))之間之該等半導體化合物。該術語亦指三元及四元化合物，諸如AlGaN及AlInGaN。
本發明標的之一些實施例提供一單片微波積體電路(MMIC)，其包含使用製造於一單個基板上之基極放大器及峰值放大器之一多厄悌放大器，以及一輸入分配器電路及耦合於該基極放大器之一輸出與該基極放大器及該峰值放大器之一輸出組合節點之間之一阻抗反轉器電路。該阻抗反轉器電路可使用集總式及分佈式元件之一組合來限制電路大小及損耗。在一些實施例中，該阻抗反轉器電路可包含耦合於該基極放大器輸出與該組合節點之間之至少一集總式電感器。MMIC可
包含一負載匹配電路，使得放大器可經組態以藉由在輸出組合節點處提供除50歐姆以外之一阻抗而在輸出組合節點處提供一最佳或接近最佳負載，因此提供在放大器設計時之額外自由。在一些實施例中，MMIC可經組態以使用一額外負載匹配電路。
圖1係根據本發明標的之一些實施例之一RF功率放大器MMIC 100之一方塊圖。MMIC 100包含經組態以接收一RF輸入信號之一功率分配器電路110。功率分配器電路110耦合至一基極放大器120及一峰值放大器130之輸入。一阻抗反轉器電路140將基極放大器110之一輸出耦合至一輸出組合節點150。峰值放大器130之一輸出亦耦合至輸出組合節點150。一負載匹配電路160耦合至輸出組合節點150且經組態以提供一RF輸出信號至一負載，該負載可為MMIC之一內部負載(圖中未展示)或一外部負載。
在一些實施例中，功率分配器電路110可為一集總式威爾金森(Wilkinson)功率分配器電路。在一些實施例中，功率分配器電路110可在基極放大器120與峰值放大器130之間提供一實質上均勻功率分配。然而，在一些實施例中，功率分配器電路110可提供一不同功率分配。例如，可改變功率分配器電路110之功率分配及峰值放大器之偏壓，以改變峰值放大器之導通功率及多厄悌放大器之輸出功率/效率曲線(「回退」功率位準)之拐點。
基極放大器120及峰值放大器130可包含各種不同類型之不同複雜性之放大器電路的任一者，自包含未匹配主動裝置(例如，電晶體)至匹配及/或多級電路的電路。在一些實施例中，基極放大器120及峰值放大器130可包含基於III族氮化物之電晶體，諸如GaN HEMT。可用於本發明標的之實施例中的GaN HEMT結構描述於以下公開案中：2005年2月1日發布之標題為「Group-III nitride based high electron mobility transistor(HEMT)with barrier/spacer layer」之美國專利第
6,849,882號；2007年6月12日發佈之標題為「Insulating gate AlGaN/GaN HEMT」之美國專利第7,230,284號；2007年3月15日出版之標題為「Fabrication of single or multiple gate field plates」之美國公開案第2007/0059873號；2009年6月23日發佈之標題為「Wide bandgap HEMTs with source connected field plates」之美國專利第7,550,783號；2006年9月14日出版之標題為「Wide bandgap transistors with gate-source field plates」之美國公開案第2006/0202272號；2009年3月10日發布之標題為「Wide bandgap transistor devices with field plates」之美國專利第7,501,669號；2006年10月24號發布之標題為「Cascode amplifier structures including wide bandgap field effect transistor with field plates」之美國專利第7,126,426號；及2009年8月11日發布之標題為「Wide bandgap transistors with multiple field plates」之美國專利第7,573,078號；2001年9月13日發布之標題為「Nitride based transistors on semi-insulating silicon carbide substrates」之美國專利第6,316,793號；2003年7月1日發布之標題為「Group III nitride based FETs and HEMTs with reduced trapping and method for producing the same」之美國專利第6,586,781號；2003年4月15日發布之標題為「Aluminum gallium nitride/gallium nitride high electron mobility transistors having a gate contact on a gallium nitride based cap segment」之美國專利第6,548,333號；2002年9月14日出版之標題為「Group-III nitride based high electron mobility transistor(HEMT)with barrier/spacer layer」之美國公開案第2002/0167023號；及2003年1月30日出版之標題為「Insulating gate AlGaN/GaN HEMT」之美國公開案第2003/0020092號，該等公開案之各者的內容宛如完全由本文所闡述般以引用方式併入本文中。一些實施例可使用基於GaN之電晶體，諸如一型號G28V3、一型號G50V3、一型號G28V4及/或本
發明標的之受讓人北卡羅來納州之達勒姆之Gree公司之一型號G40V4。應進一步瞭解：根據一些實施例之MMIC多厄悌放大器可使用除GaN HEMT之外之主動裝置，諸如其他類型之異質結電晶體。
在一些實施例中，阻抗反轉器電路140可不與一負載阻抗相匹配(例如，在輸出組合節點處之阻抗實質上可不接近50歐姆)，以容許基極放大器120及峰值放大器130之負載的最佳化。負載匹配電路160可提供對50歐姆或其他負載阻抗之適當匹配。
圖2至圖7繪示根據一些實施例之一MMIC多厄悌放大器之組件電路及佈局。特定言之，圖2至圖5分別繪示一功率分配器電路110'、基極放大器120'、一峰值放大器130'、一阻抗反轉器電路140'及一負載匹配電路160'。
參考圖2，功率分配器110'係一集總式威爾金森(Wilkinson)分配器，其包含耦合於各自輸出節點202、203與一輸入節點201(在其處接收一RF信號)之間之第一集總式電感器L1及第二集總式電感器L2。各自電容器C1、C2耦合於輸出節點202、203與一接地節點之間，及一電阻器R1耦合於輸出節點202、203之間。將瞭解：在一些實施例中，可使用除圖2中所展示之集總式實施方案之外之傳輸線元件來實施此一功率分配器。將瞭解：功率分配器110'可在基極放大器與峰值放大器之間提供相等或不等功率分配。
將瞭解：一般，根據本發明標的之實施例之一MMIC多厄悌放大器中之功率分配器控制基極放大器與峰值放大器之間之驅動比來控制峰值放大器之導通。該功率分配器亦可在基極放大器與峰值放大器之間提供一些相位匹配，以藉由該等放大器控制在輸出組合節點處提供之電流之相位，(例如)使得其等同相。一般期望對峰值放大器提供一近似90度相位移位來補償在基極放大器之輸出處由阻抗反轉器引起之相位移位。圖2中所展示之威爾金森分配器係一同相分配器，然而，
可藉由峰值放大器之分離匹配電路(而非藉由該功率分配器本身)提供此相位移位。然而，在一些實施例中，可使用一正交或其他相位移位功率分配器取代一同相功率分配器，使得峰值放大器電路之匹配電路無需產生此一相位移位。
參考圖3，基極放大器120'包含一GaN電晶體Q1，其具有耦合至一接地節點之一源極端子及充當基極放大器120'之一輸出節點302之一汲極端子。匹配電路(包含電阻器R3、R4，一集總式電感器L3，電容器C3、C4、C5及傳輸線段TL1、TL2、TL3、TL4)將電晶體Q1之一閘極端子耦合至一輸入節點202及偏壓節點303、304。
參考圖4，峰值放大器130'包含一GaN電晶體Q2，其具有耦合至一接地節點之一源極端子及充當一輸出節點402(其亦充當多厄悌組態之一輸出組合節點)之一汲極端子。匹配電路(包含電阻器R5、R6，一集總式電感器L4，電容器C6、C7、C8及傳輸線段TL5、TL6、TL7、TL8、TL9、TL10)將電晶體Q2之一閘極端子耦合至一輸入節點203及偏壓節點403、404。
參考圖5，阻抗反轉器電路140'包含耦合於基極放大器輸出節點302與峰值放大器輸出節點402(輸出組合節點)之間之一集總式電感器L5。特定言之，一第一傳輸線段TL11將基極放大器輸出節點402耦合至集總式電感器L5之一第一終端及一第二傳輸線段TL12將集總式電感器L5之一第二終端耦合至峰值放大器輸出節點402。一電容器C9具有耦合至一偏壓節點503之一第一終端及經由一第三傳輸線段TL13耦合至集總式電感器L5之一第二終端。
參考圖6，負載匹配電路160'包含串聯耦合於輸出組合節點402與在其處連接負載之一輸出節點602之間之一第一傳輸線段TL13及一第一電容器C10。一第二傳輸線段TL14及第二電容器C11及第三電容器C12將第一傳輸線段TL14及第一電容器C10之接面耦合至一偏壓節點
603。
圖7展示一MMIC 700之一佈局，其包含對應於功率分配器110'之電路、基極放大器120'、峰值放大器130'、阻抗反轉器電路140'及上文所描述之負載匹配電路160'以及一輸入分配器電路110'。圖7尤其識別基極放大器120'之選定組件、峰值放大器130'、阻抗反轉器電路140'(分別包含基極放大器120'及峰值放大器130'之GaN電晶體Q1、Q2)及集總式電感器L5(實施為一螺旋電感器)及阻抗反轉器電路140'之電容器C9。基極放大器120'之第一GaN電晶體Q1具有約2.6毫米之一閘極周邊，及峰值放大器130'之第二GaN電晶體Q2具有約5毫米之一閘極周邊。此等組件佈置於一基板701上，基板701可由許多不同材料(諸如各種類型之碳化矽)製成。碳化矽提供與III族氮化物之一相對接近晶格匹配，且可導致相對高之III族氮化物膜。碳化矽亦具有一相對高的導熱性，使得碳化矽上III族氮化物裝置之總輸出功率可不受基板之散熱過渡限制。一碳化矽基板亦可提供裝置絕緣之容量及減少之寄生電容。適當SiC基板可購自北卡羅來納州之達勒姆之Gree公司。
已評估對一SiC基板使用一50伏特0.4微米之閘極程序來產生具有約3.4毫米乘約3.4毫米(約11.6平方毫米)之尺寸之模頭而形成之對應於MMIC 700之裝置。圖8繪示使用具有約7.5之一峰均功率比之一WCDMA輸入信號之一經評估裝置之效能特性，其展示在自約2.5GHz至約2.7GHz之一頻率範圍中之平均輸出功率810(峰值功率應為大約7.5dB以上)、效率820及相鄰通道功率(ACP)830。如圖中所展示，經評估之裝置在處於及高於10W(40dBm)之一平均輸出位準處展現大於45%之效率。放大器之峰值單音功率約為56W。根據一些實施例之MMIC多厄悌放大器可在至少約1GHz之頻率處之峰值約7dB之一平均功率位準處產生至少約10瓦特之峰值輸出功率及至少約35%之效率。
根據進一步實施例，一多厄悌放大器MMIC可經組態以與一外部負載匹配電路一起使用。參考圖9，一系統900可包含一MMIC 910(包含一功率分配器110)、一基極放大器120、一峰值放大器130及一阻抗反轉器電路140(其將基極放大器120之一輸出耦合至一輸出組合節點150)。輸出組合節點150可經組態以被連接至一外部負載匹配電路920。
根據又進一步實施例，一多厄悌放大器MMIC可包含一積體輸入驅動器級。參考圖10，一系統1000可包含一MMIC 1000(包含一功率分配器110)、一基極放大器120、一峰值放大器130、一阻抗反轉器電路140(其將基極放大器120之一輸出耦合至一輸出組合節點150)及一負載匹配電路160。MMIC 1000進一步包含一輸入驅動器170，其經組態以接收一輸入RF信號且具有耦合至功率分配器110之輸入之一輸出。輸入驅動器170可為(例如)一A級或B級放大器且可用於增加總增益。
根據本發明標的之一些實施例之MMIC之應用包含用於無線通信系統(諸如在無線基地台中)之發射器電路。
在圖式及說明書中，已揭示本發明之典型實施例，且儘管採用特定術語，但其等僅以一通用及描述性意義使用且非用於限制之目的，以下隨附申請專利範圍中陳述本發明之範疇。
100‧‧‧射頻功率放大器微波積體電路(MMIC)/微波積體電路(MMIC)
110‧‧‧功率分配器電路
120‧‧‧基極放大器
130‧‧‧峰值放大器
140‧‧‧阻抗反轉器電路
150‧‧‧輸出組合節點
160‧‧‧負載匹配電路
Claims (36)
- 一種微波積體電路(MMIC)，其包括：一基板；及一功率放大器，其包括：一功率分配器電路，其位於該基板上且具有經組態以接收一輸入RF信號之一輸入；一基極放大器，其位於該基板上且具有經耦合至該功率分配器電路之一第一輸出之一輸入；一峰值放大器，其位於該基板上且具有經耦合至該功率分配器電路之一第二輸出之一輸入及經耦合至一輸出組合節點之一輸出；一阻抗反轉器電路，其位於該基板上，將該基極放大器之輸出耦合至該輸出組合節點；及一負載匹配電路，其位於該基板上且具有經耦合至該輸出組合節點之一輸入及經組態以被耦合至一外部負載之一輸出。
- 如請求項1之MMIC，其中該阻抗反轉器電路排定該基極放大器及該峰值放大器之負載的最佳化優先於該輸出組合節點至該負載的匹配。
- 如請求項1之MMIC，其中在該輸出組合節點處之一阻抗實質上不同於50歐姆。
- 如請求項1之MMIC，其中該阻抗反轉器電路包括經耦合於該基極放大器之該輸出與該輸出組合節點之間之至少一集總式電感器。
- 如請求項4之MMIC，其中該至少一集總式電感器包括一螺旋電 感器。
- 如請求項4之MMIC，其中該阻抗反轉器電路包括經耦合於該輸出組合節點與一偏壓節點之間之至少一電容器。
- 如請求項1之MMIC，其中該阻抗反轉器電路包括：一第一傳輸線段，其具有經耦合至該基極放大器之該輸出之一第一終端；一螺旋電感器，其具有經耦合至該第一傳輸線之一第二終端之一第一終端；一第二傳輸線段，其具有經耦合至該螺旋電感器之一第二終端之一第一終端及經耦合至該輸出組合節點之一第二終端；一第三傳輸線段，其具有經耦合至螺旋電感器之該第二終端及該第二傳輸線段之該第一終端之一第一終端；及一電容器，其具有經耦合至該第三傳輸線段之一第二終端之一第一終端及經耦合至一偏壓節點之一第二終端。
- 如請求項1之MMIC：其中該基極放大器包括一第一基於III族氮化物之電晶體；及其中該峰值放大器包括一第二基於II族氮化物之電晶體。
- 如請求項8之MMIC，其中該等第一基於III族氮化物之電晶體及第二基於III族氮化物之電晶體包括各自第一氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體(HEMT)及第二氮化鎵高電子遷移率電晶體。
- 如請求項9之MMIC，其中該第一GaN HEMT具有在自約2毫米至約3毫米之一範圍中之一閘極周邊，且其中該第二GaN HEMT具有在自約4毫米至約6毫米之一範圍中之一閘極周邊。
- 如請求項9之MMIC：其中該基極放大器之該輸出包括該第一GaN HEMT之一汲極；且 其中峰值放大器之該輸出包括該第二GaN HEMT之一汲極；
- 如請求項1之MMIC，其經組態以提供在自約2.5GHz至約2.7GHz之一頻率範圍中之至少約10W之一平均輸出功率及至少約15dB之一增益。
- 如請求項1之MMIC，其中該基板具有小於約15平方毫米之一面積，且其中該MMIC經組態以提供至少約10W之一平均輸出功率。
- 如請求項1之MMIC，進一步包括該基板上之一輸入驅動器電路，且具有經組態以接收一輸入RF信號之一輸入及經耦合至該功率分配器電路之該輸入之一輸出。
- 一種單片微波積體電路(MMIC)，其包括：一基板；及一功率放大器，其包括：一功率分配器電路，其位於該基板上且具有經組態以接收一輸入RF信號之一輸入；一基極放大器，其包括位於該基板上且具有經耦合至該功率分配器電路之一第一輸出之一輸入；一峰值放大器，其包括位於該基板上且具有經耦合至該功率分配器電路之一第二輸出之一輸入及經耦合至一輸出組合節點之一輸出；一阻抗反轉器電路，其位於該基板上，將該基極放大器之輸出耦合至該輸出組合節點；且包括經耦合於該基極放大器之該輸出與該輸出組合節點之間之一集總式電感器，及經耦合於該輸出組合節點與一偏壓節點之間之一電容器。
- 如請求項15之MMIC，其中該阻抗反轉器電路進一步包括與該集總式電感器串聯耦合之一傳輸線段。
- 如請求項15之MMIC，其中該阻抗反轉器電路進一步包括：一第一傳輸線段，其將該基極放大器之該輸出耦合至該集總式電感器；及一第二傳輸線段，其將該集總式電感器耦合至該輸出組合節點。
- 如請求項15之MMIC，其中該阻抗反轉器電路進一步包括與該至少一電容器串聯耦合之一傳輸區段。
- 如請求項15之MMIC，其中該阻抗反轉器電路包括：一第一傳輸線段，其具有經耦合至該基極放大器之該輸出之一第一終端及經耦合至該集總式電感器之一第一終端之第二終端；一第二傳輸線段，其係耦合於該集總式電感器之一第二終端與該輸出組合節點之間；一第三傳輸線段，其具有經耦合至該集總式電感器之該第二終端之一第一終端及經耦合至該電容器之一第二終端。
- 如請求項19之MMIC，其中該電容器包括一第一電容器，其中該偏壓節點包括一第一偏壓節點，且進一步包括一負載匹配電路，該負載匹配電路包括：一第四傳輸線段，其具有經耦合至該輸出組合節點之一第一終端；一第二電容器，其具有經耦合至該第四傳輸線段之一第二終端之一第一終端及經組態以被耦合至該外部負載之一第二終端；一第五傳輸線段，其具有經耦合至該第二電容器之該第一終端及該第四傳輸線段之該第二終端之一第一終端；及一第三電容器，其係耦合於該第五傳輸線段之一第二終端與 偏壓節點之間。
- 如請求項15之MMIC，其中該集總式電感器包括一螺旋電感器。
- 如請求項15之MMIC，進一步包括一負載匹配電路，其位於該基板上且具有經耦合至該輸出組合節點之一輸入及經組態以被耦合至一外部負載之一輸出。
- 如請求項22之MMIC，其中該電容器包括一第一電容器，其中該偏壓節點包括一第一偏壓節點且其中該負載匹配電路包括：一第一傳輸線段，其具有經耦合至該輸出組合節點之一第一終端；一第二電容器，其具有經耦合至該第一傳輸線段之一第一終端及經組態以被耦合至該外部負載之一第二終端；一第二傳輸線段，其具有經耦合至該第一電容器之該第一終端及該第一傳輸線段之該第二終端之一第一終端；及一第三電容器，其係耦合於該第二傳輸線段之一第二終端與一第二偏壓節點之間。
- 如請求項15之MMIC：其中該基極放大器包括一第一基於III族氮化物之電晶體；及其中該峰值放大器包括一第二基於III族氮化物之電晶體。
- 如請求項24之MMIC，其中該第一III族氮化物電晶體及第二III族氮化物電晶體包括各自第一及第二氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體(HEMT)。
- 如請求項25之MMIC，其中該第一GaN HEMT具有在自約2毫米至約3毫米之一範圍中之一閘極周邊，且其中該第二GaN HEMT具有在自約4毫米至約6毫米之一範圍中之一閘極周邊。
- 如請求項25之MMIC：其中該基極放大器之該輸出包括該第一GaN HEMT之一汲極； 及其中峰值放大器之該輸出包括該第二GaN HEMT之一汲極。
- 如請求項15之MMIC，其經組態以提供在自約2.5GHz至約2.7GHz之一頻率範圍中之至少約10W之一平均輸出功率及至少約15dB之一增益。
- 如請求項15之MMIC，其中該基板具有小於約15平方毫米之一面積，且其中該MMIC經組態以提供至少約10W之一平均輸出功率。
- 一種系統，其包括經耦合至一外部負載匹配電路之如請求項15之該MMIC。
- 如請求項15之MMIC，進一步包括該基板上之一輸入驅動器電路，且具有經組態以接收一輸入RF信號之一輸入及經耦合至該功率分配器電路之該輸入之一輸出。
- 一種微波積體電路(MMIC)，其包括：一基板；及一多厄悌(Doherty)放大器，其位於該基板上；及一負載匹配電路，其位於該基板上且具有經耦合至該多厄悌放大器之一輸出組合節點之一輸入及經組態以被耦合至一外部負載之一輸出。
- 如請求項32之MMIC，其中該多厄悌放大器包括一阻抗反轉器電路，該阻抗反轉器電路包括經耦合至該輸出組合節點之至少一集總式電感器。
- 如請求項32之MMIC，其中在該輸出組合節點處之一輸出阻抗實質上不同於50歐姆。
- 如請求項32之MMIC，其經組態以提供在自約2.5GHz至約2.7GHz之一頻率範圍中之至少約10W之一平均輸出功率及至少約15dB 之一增益。
- 如請求項32之MMIC，其中該基板具有小於約15平方毫米之一面積，且其中該MMIC經組態以提供至少約10W之一平均輸出功率。
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