專利名稱：具有高功效的集成多赫爾蒂型放大器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成多赫爾蒂(Doherty)型放大器以及一種對(duì)這種多赫爾蒂型放大器裝置的輸入信號(hào)進(jìn)行放大的方法。
背景技術(shù)：
近幾年，強(qiáng)烈地需要提高用于無線通信的功率放大器的效率。該多赫爾蒂技術(shù)的應(yīng)用能夠在寬范圍的輸入功率變化上維持該功率放大器的效率。W.H.Doherty在1936年首先提出該多赫爾蒂放大器，并在一篇名為“A New High Efficiency Power Amplifier For Modulated Waves”的技術(shù)論文中對(duì)其進(jìn)行討論，Proceedings of the Institute of RadioEngineers，Vol.24，No.29，1936年9月。起初設(shè)想將其用在低到中頻幅度調(diào)制的廣播發(fā)射機(jī)中，可以修改和更新所提出的該方案，以增加高頻功率放大器的效率。
在常規(guī)放大器中，效率與輸入驅(qū)動(dòng)級(jí)之間存在直接關(guān)系。因此，只有當(dāng)該高頻輸入功率足夠高，能夠?qū)⒃摲糯笃黩?qū)動(dòng)到飽和時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)高效率。因?yàn)樵诙噍d波通信系統(tǒng)中，為了避免互調(diào)失真，放大器必須盡可能地保持線性，所以該高效率范圍不能使用。
該多赫爾蒂放大器方案通過具有第一放大器(主放大器或載波放大器)來達(dá)到高線性效率，其工作于該輸出開始飽和并且達(dá)到該最高線性效率的點(diǎn)上。另外，使用第二放大器(峰值放大器或輔助放大器)來影響該第一放大器，從而使得當(dāng)其被驅(qū)動(dòng)到該飽和點(diǎn)之外時(shí)能夠維持整體線性。該多赫爾蒂放大器的操作于是可以被分為兩個(gè)主要區(qū)域。在該第一區(qū)域中，該輸入功率低于該峰值放大器的閾值，并且只有該載波放大器向該負(fù)載提供輸出功率，并且效率由其操作模式即AB類、B類、F類或E類決定，其定義該放大器的偏壓工作點(diǎn)的位置。當(dāng)該輸入驅(qū)動(dòng)電壓或功率進(jìn)一步增加到剛好在該載波放大器變?yōu)轱柡椭暗募?jí)別時(shí)，即剛好達(dá)到獲得該峰值效率的點(diǎn)時(shí)，該峰值放大器開始工作，并且該標(biāo)記是該第二區(qū)域的開始。通過連接1/4波長(zhǎng)變換器，該峰值放大器所提供的功率有效地降低了對(duì)該載波放大器的輸出負(fù)載阻抗。這種阻抗降低使得該載波放大器能夠在其電壓保持飽和的同時(shí)向該負(fù)載輸送更多功率。通過這種方式，在該整個(gè)區(qū)域中都可以維持該載波放大器的最大效率，并因此維持該整體多赫爾蒂放大器的最大效率，直到該峰值放大器到達(dá)其飽和。然而，特別是當(dāng)在C類操作模式(其偏壓供給導(dǎo)電角小于180度)中使用時(shí)，對(duì)于該峰值放大器通常是這種情況，該功率裝置的可變輸入阻抗根據(jù)該功率級(jí)別會(huì)導(dǎo)致幅度和相位失真，這對(duì)于多元碼系統(tǒng)是極其有害的，諸如，寬帶碼分多址(WCDMA)通信系統(tǒng)。而且，該可變輸入阻抗會(huì)導(dǎo)致從工作于該峰值和主放大器中的該功率裝置的輸入產(chǎn)生功率反射，并且這樣會(huì)導(dǎo)致不希望的相互影響或者耦合效果。
一方面，該多赫爾蒂技術(shù)需要在該載波(主)放大器和峰值放大器中使用同樣的裝置來提供最佳線性，但是另一方面，兩個(gè)功率裝置都工作于不同的模式，例如該主放大器工作于AB類，而該峰值放大器工作于C類，這就導(dǎo)致功率增益具有較大差異。于是，該多赫爾蒂放大器的特征包括該增益開始降低并從而引入基于輸入幅度調(diào)制而增加的輸出幅度調(diào)制(即AM-AM失真)的功率范圍，這是因?yàn)楣ぷ饔贑類的該峰值放大器具有較低增益，并且該主放大器輸出處的負(fù)載阻抗由于該多赫爾蒂原理而降低。
該多赫爾蒂的另外一個(gè)瓶頸是由于在該多赫爾蒂放大器的輸入和輸出需要90°線，這將造成操作的頻帶限制。
鑒于上述缺點(diǎn)，需要改進(jìn)該多赫爾蒂的性能，在該峰值與主放大器的輸入端口之間以及該普通多赫爾蒂輸入與該峰值和主放大器的各個(gè)輸入之間達(dá)到電氣隔離。而且，希望在應(yīng)用于該主和峰值放大器輸入的兩個(gè)信號(hào)之間具有寬帶90°相位差。
而且，由于該多赫爾蒂放大器技術(shù)特別是針對(duì)于寬帶蜂窩通信系統(tǒng)的，所以最好采用集成方案(MMIC)，其可以用作移動(dòng)電話的輸出放大器，并可以忍受該輸出側(cè)的嚴(yán)重阻抗失配(例如電壓駐波比(VSWR)為1∶10)。
在C.Tongchoi等人的論文“Lumped Element Based Doherty PowerAmplilfier Topology CMOS Process”，IEEE，2003，第I-445頁至I-448頁中，描述了一種CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)微波多赫爾蒂功率放大器，其在較寬的輸出功率范圍上保持效率增加的高功率。該實(shí)施方式是基于AB類與C類CMOS功率放大器的組合，其中使用集總元件LC等同物來實(shí)現(xiàn)該1/4波長(zhǎng)變換器，以得到高效和緊湊設(shè)計(jì)。而且，為了減少該固有的高基材損失并進(jìn)一步增加該集成度，正交3dB的混合電路也被其集總等同物替換，其將該信號(hào)均等但是相位相差90°地分割到該主和峰值放大器。特別地，該1/4波長(zhǎng)變換器和該支線耦合器通過由串聯(lián)電感器和并聯(lián)電容器組成的π型集總元件等同電路表示，其提供的優(yōu)勢(shì)在于與該焊接盤和封裝相關(guān)的不可避免的寄生電容可以被吸收到該并聯(lián)電容中。建議該電容是方型金屬絕緣體金屬(MIM)結(jié)構(gòu)，同時(shí)建議所有電感器是集成平面螺旋電感器。
然而，上述文獻(xiàn)并沒有解決該多赫爾蒂放大器裝置中由于該主和峰值放大器的可變輸入阻抗和可變輸出負(fù)載而出現(xiàn)的相互耦合所產(chǎn)生的上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的多赫爾蒂放大器裝置，通過其可以得到在任意功率劃分的所有端口之間具有高隔離、并且在所劃分的信號(hào)之間具有寬帶90°相移的緊密設(shè)計(jì)。
通過如權(quán)利要求1中所述的一種集成多赫爾蒂型放大器裝置以及如權(quán)利要求12中所述的一種放大輸入信號(hào)的方法來實(shí)現(xiàn)該目的。
相應(yīng)地，通過在輸入提供不等功率分割對(duì)該峰值放大器的低增益進(jìn)行補(bǔ)償。而且，該集總元件混合功率分割器的使用可以改進(jìn)該主和峰值放大器的輸入端口之間的隔離。另外，該混合功率分割器可以在該主和峰值放大器之間提供所要的功率分配，從而針對(duì)效率地優(yōu)化線性度。
該主和峰值放大器級(jí)可以包括至少一個(gè)雙極元件、金屬氧化物半導(dǎo)體、場(chǎng)效應(yīng)管/MOS或LDMOST/和HBT元件。所有這些元件保證了所提出的該多赫爾蒂放大器裝置可以保持尺寸緊湊。
該混合元件集總功率劃分器裝置可以構(gòu)建有焊接線或沉積電感和電容。使用該焊接線的優(yōu)點(diǎn)是避免了該集總元件的功耗。另一方面，使用該沉積電容的優(yōu)點(diǎn)是可以將該寄生電容當(dāng)作或者集成作為該集總元件的一部分。通常，這兩種方案用于減小集成時(shí)該電路的尺寸。
該主放大器和峰值放大器級(jí)可以包括輸出補(bǔ)償電路，用于補(bǔ)償基頻及其奇數(shù)倍頻處的寄生輸出電容，例如該基頻的三倍頻。該措施用于抑制該放大器裝置的輸出處該基頻的諧頻。另外，該輸出補(bǔ)償電路可以用于提供偶數(shù)倍基頻處基本上減少的阻抗。特別地，該輸出補(bǔ)償電路可以包括兩個(gè)電感器和兩個(gè)電容器或其等效物。該輸出補(bǔ)償電路的電感器可以至少部分地由焊接線組成。而且，這樣所提供的優(yōu)勢(shì)是減少了功耗，特別是減少了該基頻的高倍諧波處的功耗。
而且，該主和至少一個(gè)峰值放大器級(jí)可以在它們的輸出端通過用作1/4波長(zhǎng)傳輸線的集總元件仿真線連接起來。該傳輸線的集總元件等同物提供寬范圍的特征阻抗，而不會(huì)影響所需要的面積。具體地，該集總元件仿真線包括兩個(gè)或多個(gè)電感耦合的線和所連接的一個(gè)或多個(gè)電容器，并且其一端與所述該兩個(gè)電感耦合的線的公共點(diǎn)連接，其另一端與參考電勢(shì)連接。
該集總元件混合功率分割器裝置可以被設(shè)置用來在任意功率劃分的所有端口之間提供隔離，并基本上在較寬的頻率范圍上保持該第一與至少一個(gè)第二信號(hào)之間的預(yù)定相移。因而，可以防止該主和峰值放大器級(jí)的輸入端口之間的相互耦合。特別地，該集總元件混合功率分割器在其每一輸入端口包括各自的串聯(lián)電感器和兩個(gè)第一并聯(lián)電容器，該并聯(lián)電容器在其一端通過該串聯(lián)電感器彼此相連并在其另一端與參考電勢(shì)相連、以及分別與該各自的串聯(lián)電感器的各端連接的兩個(gè)第二并聯(lián)電容。


現(xiàn)在將參照附圖根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中圖1所示為根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的多赫爾蒂型放大器裝置的示意方框圖；圖2所示為根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的、具有兩個(gè)并聯(lián)峰值放大器的該多赫爾蒂型放大器裝置的示意電路圖；圖3所示為根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的、具有不等功率劃分的集總元件混合耦合器的電路圖；圖4所示為圖3的該集總元件混合耦合器的實(shí)施范例；圖5所示為用于根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的集成多赫爾蒂型放大器裝置的輸出電路；圖6所示為在根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的輸出電路中所使用的補(bǔ)償電路；圖7所示為該輸出電路的阻抗的實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分的頻譜圖；圖8所示為根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的、λ/4傳輸線的集總元件等同物的第一實(shí)施范例；圖9所示為根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的、λ/4傳輸線的集總元件等同物的第二實(shí)施范例；
圖10所示為該λ/4傳輸線的集總元件等同物的阻抗和相位圖；圖11所示為根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的、具有輸出匹配電路的功率晶體管的一個(gè)單元設(shè)計(jì)的范例；圖12所示為根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的主和峰值放大器裝置的設(shè)計(jì)范例。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將結(jié)合可以在無線系統(tǒng)或任何其它射頻(RF)系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)中使用的MMIC(單片微波集成電路)技術(shù)描述該優(yōu)選實(shí)施例。該MMIC技術(shù)的應(yīng)用能夠縮小微波和毫米波系統(tǒng)，并且性能得到提高。
在諸如在WCDMA、CDMA2000或根據(jù)IEEE802.11(a)/(g)標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)的新興無線系統(tǒng)的移動(dòng)RF收發(fā)機(jī)中，在發(fā)射機(jī)級(jí)使用功率放大器，其中在將該調(diào)制的RF信號(hào)提供到用于無線傳輸?shù)奶炀€之前對(duì)其進(jìn)行放大。這些功率放大器是這些RF收發(fā)機(jī)的最消耗功率的部分。使用多赫爾蒂型放大器裝置可以提供高效率的功率放大器。
在根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的功率放大器裝置中使用多赫爾蒂結(jié)構(gòu)，其中通過使用集總元件來替換諸如功率劃分器和傳輸線的分布電路而減小用于集成的電路尺寸。而且，使用電感耦合來增加電感值，并且使用輸出寄生電容作為集總元件仿真線的一部分。而且，為了避免集總元件中的功耗并提供在包括2fo......nfo基頻信號(hào)的諧波的寬頻帶中的穩(wěn)定特性阻抗，建議使用焊接線作為電感。焊接線提供了非常高、例如高于15GHz的寄生并行共振頻率作為適于構(gòu)建等同于RF傳輸線的寬帶集總元件的集總電感。
圖1所示為多赫爾蒂型放大器裝置的示意方框圖，其中將在輸入端5所接收到的輸入信號(hào)提供給輸入網(wǎng)絡(luò)10，其中提供有集總元件混合功率劃分器，用于將該輸入信號(hào)分割到載波或主放大器20與至少一個(gè)峰值放大器30、40。在圖1的該當(dāng)前范例中，使用兩個(gè)峰值放大器30、40來支持該主放大器20的操作。該主放大器20和兩個(gè)峰值放大器30、40的輸出信號(hào)提供給輸出網(wǎng)絡(luò)，其所包括預(yù)定數(shù)目的集總元件仿真線，該數(shù)目對(duì)應(yīng)于該峰值放大器30、40的數(shù)目。于是，在圖1的該當(dāng)前范例中，該輸出網(wǎng)絡(luò)50中提供有兩個(gè)集總元件仿真線。該輸出網(wǎng)絡(luò)50用于組合該主和峰值放大器的輸出信號(hào)，以產(chǎn)生提供給輸出端15的單個(gè)放大輸出信號(hào)。
為了補(bǔ)償可能工作于C類模式、即處于反向輸入偏置中的該峰值放大器30、40的低增益，在該輸入電路10中執(zhí)行不等功率分割。而且，為了減小該峰值放大器30、40的可變輸入阻抗的影響，在該輸入網(wǎng)絡(luò)10中使用混合電路來在該輸入網(wǎng)絡(luò)10的端口之間提供增強(qiáng)的隔離。
可以通過在該主和峰值放大器20、30、40的輸入端使用相位控制并且通過使用動(dòng)態(tài)偏置電壓控制該峰值放大器30、40來優(yōu)化該多赫爾蒂型放大器配置的線性度與效率特征?？梢酝ㄟ^在該輸入網(wǎng)絡(luò)10的混合電路建立該不等功率劃分來提供所需要的功率分配。
圖2所示為MMIC技術(shù)中上述該二級(jí)集成多赫爾蒂型放大器的電路圖。該輸入網(wǎng)絡(luò)10由兩個(gè)集總元件混合耦合器12組成，其分別具有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口。每一混合耦合器12的上輸入端口通過預(yù)定負(fù)載電阻器接地，其可以對(duì)應(yīng)于該線系統(tǒng)的特征阻抗，例如帶狀線或微帶系統(tǒng)。該輸入端口5的輸入信號(hào)提供給該第一混合耦合器12的下輸入端口，其上輸出端口以0°相移與該主放大器20相連，而其下輸出端口以90°相移與該第二混合耦合器12的下輸入端口相連。該第二混合耦合器12的上輸出端口以90°相移與該第一峰值放大器30相連，而該第二混合耦合器12的下輸出端口以180°相移與該第二峰值放大器40相連。具有兩個(gè)混合耦合器12的該功率分布網(wǎng)絡(luò)可以在該主放大器20與該峰值放大器30、40之間提供任意的功率劃分，這樣就使得能夠靈活地優(yōu)化該多赫爾蒂的性能。
在再次組合該主放大器20與該峰值放大器30、40的輸出信號(hào)之前，通過兩個(gè)串聯(lián)的λ/4傳輸線Z1和Z2對(duì)該主放大器20的輸出信號(hào)進(jìn)行相位上的匹配，在此之后將該峰值放大器30和40的各個(gè)輸出信號(hào)與該主放大器20的適當(dāng)延遲的輸出信號(hào)進(jìn)行組合，以在該輸出端15產(chǎn)生該有效的組合輸出信號(hào)。
該主放大器20和該兩個(gè)峰值放大器30、40的每一個(gè)都可以包括雙極技術(shù)、MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)、LDMOST(橫向擴(kuò)散金屬氧化物晶體管)技術(shù)、FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)技術(shù)、或HBT(異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)技術(shù)的功率裝置。該LDMOST技術(shù)相比于其它半導(dǎo)體技術(shù)可以提供較高的增益和良好的線性度。然而，復(fù)雜的調(diào)制方案、諸如WCDMA使得裝置進(jìn)一步改進(jìn)，并且線性度還非常合適。因此，所提出的該多赫爾蒂型放大器裝置增強(qiáng)了上述該LDMOST技術(shù)或其它RF功率裝置技術(shù)的性能。例如，可以使用HBT MMIC功率裝置，其中該異質(zhì)結(jié)增加了擊穿電壓并縮小了結(jié)之間的漏電流。
圖3所示為圖2的該混合耦合器12的集總元件配置。根據(jù)圖3，該混合耦合器12包括在該兩個(gè)輸入端口與兩個(gè)輸出端口之間連接的并行電容C3和C4，其中一個(gè)該輸入端口(圖3中的下輸入端口和圖2中的上輸入端口)用作與外部負(fù)載連接的終端口。該外部負(fù)載減輕了該功率耗散制約，因?yàn)樗a(chǎn)生的失配功率并非必須內(nèi)部地耗散，正如具有同相劃分器/組合器的情況。分別與該兩個(gè)輸入側(cè)端口和兩個(gè)輸出側(cè)端口并聯(lián)連接的電容器C3和C4在它們的上端通過第一串聯(lián)電感器L1和在它們的下端通過第二串聯(lián)電感器L2連接。每一端口通過第三并聯(lián)電容器C1、C2、C5和C6接地，或與任何其它適當(dāng)?shù)膮⒖茧妱?shì)連接。使用這種配置，就有可能在該第一和第二輸出端口提供任意的、指定不等的功率劃分，同時(shí)該兩個(gè)輸出端口的輸出信號(hào)之間的相移在較寬頻率范圍上保持為常數(shù)90°。而且，兩個(gè)輸出端口之間在較寬的頻率范圍上也可以獲得高度隔離。因而，可以在該主放大器20與該峰值放大器30、40之間提供所需要的功率劃分，同時(shí)保持較低的輸入反射損耗。當(dāng)然，在只具有一個(gè)峰值放大器、例如上峰值放大器30的單級(jí)多赫爾蒂型放大器的情況下也可以獲得該優(yōu)點(diǎn)。
圖4所示為圖3的該集總元件混合配置的MMIC實(shí)施范例。該輸入信號(hào)提供到圖4左側(cè)的終端，其中該板形結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于該電容器C1至C6，并且該黑線對(duì)應(yīng)于焊接電感器L1和L2。該交迭板形結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于連接該焊接電感器L1和L2的各個(gè)端點(diǎn)的電容器C3和C4。上焊接電感器L1將輸入信號(hào)的第一部分提供給與主放大器20的輸入終端連接的0°端口。下焊接電感器L2將輸入信號(hào)的第二部分提供給與第一峰值放大器30的輸入終端連接的90°端口。于是就可以得到緊湊的電路設(shè)計(jì)。
圖5所示為用于該集成多赫爾蒂型放大器的輸出網(wǎng)絡(luò)50的示意電路圖。如從圖5中可以得到，在該主放大器20和該峰值放大器30、40的各個(gè)功率裝置的輸出端提供專用補(bǔ)償電路55和57。該第一補(bǔ)償電路55用于補(bǔ)償具體位于基頻fo及其奇數(shù)倍、例如3fo的功率裝置的輸出端的輸出電容Co。該兩個(gè)集總元件傳輸線Z1和Z2適合于顯示所需要的Zo以及該基頻fo處的λ/4波長(zhǎng)線特征、2fo處的λ/2波長(zhǎng)線特性以及3fo處的3λ/4波長(zhǎng)線性能。結(jié)合這些集總元件傳輸線Z1、Z2以及該輸出處的負(fù)載阻抗ZL，該第一補(bǔ)償電路55用于提供對(duì)應(yīng)于該基頻fo處的特征阻抗Zo的阻抗Z、對(duì)應(yīng)于2fo處短路電路的較小阻抗Z、以及對(duì)應(yīng)于3fo處開路電路的較高阻抗。這在圖5的左下側(cè)表示為該阻抗Z的頻率特性。該第二峰值放大器40的輸出端處的第二補(bǔ)償電路57由串聯(lián)的電感器和電容器組成，并且用于在基頻fo處選擇性地提供負(fù)載阻抗ZL的地方提供特征。
圖6所示的電路圖表示具有該前述各個(gè)放大器電路的寄生輸出電容Co的第一補(bǔ)償電路55。特別地，該第一補(bǔ)償電路55由兩個(gè)串聯(lián)電感器L11和L12以及一個(gè)串聯(lián)電容器C12組成，其中并聯(lián)電容器C11連接在該兩個(gè)串聯(lián)電感器的結(jié)點(diǎn)與地或參考電勢(shì)之間。
圖7所示為圖6中所示的第一補(bǔ)償電路55的阻抗Z的實(shí)數(shù)部分(上方正曲線)和虛數(shù)部分(下方正和負(fù)曲線)的頻率特性。如從圖7中可以得到，選擇性地在基頻fo及三倍基頻3fo處提供負(fù)載阻抗ZL(例如50歐姆)的匹配。在這些頻率點(diǎn)，該阻抗的虛數(shù)部分為零。而且在二倍基頻2fo處，該阻抗的實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分基本上都為零，其對(duì)應(yīng)于短路電路，從而使得二倍基頻2fo被第一補(bǔ)償電路55阻擋。這種設(shè)置提供在該主和峰值放大器的輸出端對(duì)2fo諧波功率的拒絕，這是互調(diào)失真的根本原因。而且，3fo處的主和峰值功率裝置的輸出電容的補(bǔ)償以及λ/4線提供3fo周圍的高阻抗和晶體管集電極或漏極的電壓峰值，進(jìn)一步改進(jìn)該多赫爾蒂放大器的功率效率。
圖8所示為該集總元件λ/4傳輸線Z1或Z2的第一實(shí)施范例，其用來具有與負(fù)載阻抗ZL對(duì)應(yīng)的50Ohm的輸入阻抗。根據(jù)圖8，可以通過MMIC技術(shù)設(shè)置該集總元件傳輸線Z1和Z2具有形成該實(shí)際傳輸線的焊接線和電容器。該焊接線的使用所提供的優(yōu)勢(shì)是仿真線中的功耗更少。
圖9所示為該集總元件λ/4傳輸線Z1或Z2的第二實(shí)施范例，其用來具有與該負(fù)載阻抗ZL對(duì)應(yīng)的50Ohm的輸入阻抗。根據(jù)圖9，修改了該實(shí)施方式，以在該焊接線之間提供更低的或者沒有相互耦合，并且是一種具有更少寄生元件的更容易的實(shí)施方式。其原因在于，輸入和輸出端口都位于該電路的相同端(即左端)。在該第二范例中，需要其它電容和電感值，當(dāng)所需要的電感值變得非常低時(shí)其比較適合。
圖10所示為與圖8的該集總元件λ/4傳輸線對(duì)應(yīng)的特征阻抗和相位圖。在該上圖中，所示為該阻抗的實(shí)數(shù)和虛數(shù)部分，其中該上方的線表示實(shí)數(shù)部分，并且該下方的線表示虛數(shù)部分。根據(jù)該虛數(shù)部分在整個(gè)頻率范圍上基本上為零的事實(shí)，該集總元件傳輸線的輸入阻抗對(duì)應(yīng)于基本上50ohm的歐姆電阻。該下面的相位圖表示例如2GHz的基頻fo處大約90°的相位差，如通過該標(biāo)記m1所示。該相位曲線的斜線表示與頻率變化相關(guān)的該集總元件傳輸線的輸出與輸入之間該相位差的變化，其對(duì)于該具體實(shí)施例而言是非常平坦的。
作為替換形式，可以通過提供兩個(gè)串聯(lián)電感器和一個(gè)并聯(lián)電容器來獲得該集總元件λ/4傳輸線，其連接在該兩個(gè)串聯(lián)電感器的結(jié)點(diǎn)與該參考或地電勢(shì)之間。該串聯(lián)電感器和該并聯(lián)電容器可以被設(shè)計(jì)成要考慮任何寄生電感器和電容器。
圖11所示為具有用于MMIC技術(shù)中該集成多赫爾蒂型放大器的主放大器20的輸出匹配結(jié)構(gòu)的功率晶體管或功率器件的一個(gè)單元設(shè)計(jì)的范例，主放大器20包括補(bǔ)償和λ/4傳輸線電路。該陰影線區(qū)域表示活動(dòng)部分AD，而該黑體直線表示用作電感器L的焊接線，并且該平板區(qū)域表示并聯(lián)電容器C。因此，該單元設(shè)計(jì)的右上部分對(duì)應(yīng)于圖6的補(bǔ)償電路55，而該右下部分對(duì)應(yīng)于與傳輸線Z1或Z2的集總元件等同物。使用這種單元設(shè)計(jì)，可以得到簡(jiǎn)單和緊湊集成的多赫爾蒂型放大器裝置。
圖12所示為具有所提出的輸出匹配電路的集成多赫爾蒂型放大器的主放大器20和上峰值放大器30的設(shè)計(jì)范例。這里，該左上陰影線部分表示該主放大器20的功率器件的活動(dòng)管芯，而該中下陰影線部分表示該第一峰值放大器30的功率器件的活動(dòng)管芯。而且，示出該兩個(gè)集總元件仿真線或傳輸線Z1和Z2與輸出端口15連接。該第一峰值放大器30的補(bǔ)償電路55表示在該右下部分中，并且基本上對(duì)應(yīng)于如該中上部分中所示的主放大器20的各個(gè)補(bǔ)償電路。
相應(yīng)地，結(jié)合所改進(jìn)的功率劃分輸入網(wǎng)絡(luò)和輸出補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可以提供增強(qiáng)的多赫爾蒂型放大器性能，其在峰值和主放大器輸入端口之間具有高度電隔離，在應(yīng)用于主和峰值放大器的兩個(gè)輸入信號(hào)之間寬帶90°相位差，在多赫爾蒂公共輸入端口與峰值和主放大器的輸入端口之間具有高度隔離。在主和多個(gè)峰值放大器的輸入之間可以提供不等的功率劃分，同時(shí)在該整個(gè)頻帶范圍上保持所需要的90°相位差。所改進(jìn)的輸出電路提供寬范圍的特征阻抗，而不會(huì)影響所需要的區(qū)域。因而，可以減少由于多赫爾蒂型放大器的輸出端處可變輸出負(fù)載產(chǎn)生的AM-MA失真。要注意的是，通常在上述優(yōu)選實(shí)施例中所使用的任何電感器可以實(shí)施或?qū)崿F(xiàn)為焊接線元件，從而確保低功耗和尺寸緊湊。
總之，提出一種集成多赫爾蒂型放大器裝置和用于這種裝置的放大方法，其中提供集總元件混合功率劃分器12，用于以預(yù)定相移和不等劃分速率分割主和峰值放大器級(jí)20、30、40的輸入信號(hào)，以及至少一個(gè)結(jié)合有寬帶補(bǔ)償電路的寬帶集總元件仿真線Z1、Z2，用于接收所述第一放大信號(hào)和用于將所述預(yù)定相移應(yīng)用于所述第一放大信號(hào)及其高次諧波。因而，通過在輸入端提供不等功率分割來對(duì)峰值放大器的低增益進(jìn)行補(bǔ)償。而且，集總元件混合功率劃分器的使用使得改進(jìn)了主和峰值放大器的輸入端口之間的隔離，降低了輸出信號(hào)的最終失真。
要注意的是，本發(fā)明并不限于上述該優(yōu)選實(shí)施例，而是可以在任何種類的單級(jí)或多級(jí)多赫爾蒂型放大器裝置中使用。而且，可以使用任何可以用來提供不等或任意功率劃分的其它類型的混合耦合器或功率劃分器來代替圖3中所示的混合耦合器。當(dāng)在高功率RF晶體管封裝中并聯(lián)連接時(shí)，例如用于高于100W的功率級(jí)時(shí)，該優(yōu)選實(shí)施例可以用作用于高功率多赫爾蒂放大器的構(gòu)件塊裝置。
進(jìn)一步要注意的是，本發(fā)明并不限于上述優(yōu)選實(shí)施例，并且可以在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)進(jìn)行變化。特別地，所述附圖僅是示意性而不是限制性的。在該附圖中，為了說明方便，某些元件的尺寸可能被夸大并且沒有按比例繪出。其中在本說明書和權(quán)利要求書中所使用的該術(shù)語“包括”并不排除其它元件或步驟。其中當(dāng)參照單數(shù)名詞所使用的定冠詞或不定冠詞，例如“一個(gè)”包括多個(gè)該名詞，除非具體說明了其它某些事情。該說明書和權(quán)利要求書中的屬于第一、第二、第三等用于在類似元件之間進(jìn)行區(qū)分，并非必須用于描述順序或排列順序。要理解的是，這里所描述的本發(fā)明實(shí)施例可以按照這里所描述或說明之外的其它順序工作。而且，雖然這里已經(jīng)描述了優(yōu)選實(shí)施例、具體結(jié)構(gòu)和配置，但是不脫離所附權(quán)利要求書的范圍可以對(duì)形式和細(xì)節(jié)做出各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種集成多赫爾蒂型放大器裝置，包括a)主放大器級(jí)(20)，用于接收第一信號(hào)并且放大該信號(hào)，以產(chǎn)生第一放大信號(hào)；b)至少一個(gè)峰值放大器級(jí)(30、40)，用于接收一個(gè)各自的第二信號(hào)，所述峰值放大器級(jí)(30、40)被設(shè)置成當(dāng)該各自的第二信號(hào)的電平達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)啟動(dòng)操作；c)至少一個(gè)集總元件混合功率劃分器裝置(12)，用于以預(yù)定相移并以不等劃分率將所述放大器裝置的輸入信號(hào)分割成為所述第一信號(hào)和至少一個(gè)第二信號(hào)；d)至少一個(gè)集總元件仿真線(Z1、Z2)，用于接收所述第一放大信號(hào)并且將所述預(yù)定相移應(yīng)用于所述第一放大信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器裝置，其中所述主和峰值放大器級(jí)(20、30、40)包括雙極元件、金屬氧化物半導(dǎo)體、LDMOST元件、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、和HBT元件的至少其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的放大器裝置，其中所述集總元件混合功率劃分器裝置(12)被構(gòu)建有焊接線或沉積電感和電容。
4.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求的放大器裝置，其中所述主和峰值放大器級(jí)(20、30、40)包括輸出補(bǔ)償電路(55)，用于補(bǔ)償基頻以及至少一個(gè)其奇數(shù)倍頻處的寄生輸出電容(Co)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的放大器裝置，其中所述輸出補(bǔ)償電路(55)用于提供所述基頻的至少一個(gè)偶數(shù)倍頻率處的基本上減少的阻抗。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的放大器裝置，其中所述輸出補(bǔ)償電路(55)包括兩個(gè)電感器和兩個(gè)電容器或其等同物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的放大器裝置，其中所述輸出補(bǔ)償電路(55)的所述電感器由至少部分焊接線組成。
8.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求的放大器裝置，其中所述主和至少一個(gè)峰值放大器級(jí)(20、30、40)在它們的輸出端通過用作四分之一波長(zhǎng)傳輸線的所述集總元件仿真線(Z1、Z2)連接起來。
9.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求的放大器裝置，其中所述集總元件仿真線(Z1、Z2)包括兩個(gè)或多個(gè)電感耦合線和一個(gè)或多個(gè)電容器，該電容器的一端與所述兩個(gè)電感耦合線的公共點(diǎn)連接，并且其另一端與參考電勢(shì)連接。
10.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求的放大器裝置，其中所述集總元件混合功率分割器裝置(12)被設(shè)置用來以任意功率劃分在所有端口之間提供隔離，并且基本上在較寬的頻率范圍上保持在所述第一信號(hào)與至少一個(gè)第二信號(hào)之間的所述預(yù)定相移。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的放大器裝置，其中所述集總元件混合功率分割器裝置(12)在其每一輸入端口包括各自的串聯(lián)電感器(L1、L2)和兩個(gè)第一并聯(lián)電容器(C1、C2、C5、C6)以及兩個(gè)第二并聯(lián)電容器(C3、C4)，所述兩個(gè)第一并聯(lián)電容器在它們的一端通過所述串聯(lián)電感器(L1、L2)彼此相連并且在它們的另一端與參考電勢(shì)相連，所述兩個(gè)第二并聯(lián)電容器分別與所述各自的串聯(lián)電感器(L1、L2)的終端連接。
12.一種用于放大多赫爾蒂型放大器裝置中的輸入信號(hào)的方法，所述方法包括步驟a)將所述輸入信號(hào)分割成為具有預(yù)定相移和不等劃分率的第一信號(hào)和至少一個(gè)第二信號(hào)；b)在第一級(jí)中放大所述第一信號(hào)，以產(chǎn)生第一放大信號(hào)；c)當(dāng)所述第二信號(hào)的電平已經(jīng)達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)，在至少一個(gè)第二級(jí)中啟動(dòng)所述至少一個(gè)第二信號(hào)的放大，以產(chǎn)生第二放大信號(hào)；d)將所述第一放大信號(hào)提供給至少一個(gè)集總元件仿真線，每一個(gè)集總元件仿真線用于將所述預(yù)定相移應(yīng)用于所述第一放大信號(hào)；和e)將所述至少一個(gè)集總元件仿真線的輸出信號(hào)與所述至少一個(gè)第二線的對(duì)應(yīng)一個(gè)組合，以產(chǎn)生所述多赫爾蒂型放大器裝置的輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成多赫爾蒂型放大器裝置以及一種用于這種裝置的放大方法，其中提供集總元件混合功率劃分器(12)，用于以預(yù)定相移和不等劃分率分割主和峰值放大器級(jí)(20、30、40)的輸入信號(hào)；以及結(jié)合有寬帶補(bǔ)償電路的至少一個(gè)寬帶集總元件仿真線(Z1、Z2)，用于接收所述第一放大信號(hào)和將所述預(yù)定相移應(yīng)用于所述第一放大信號(hào)及其高次諧波。因而，通過在輸入端提供不等功率分割對(duì)該峰值放大器的低增益進(jìn)行補(bǔ)償。而且，該集總元件混合功率劃分器的使用使得改進(jìn)了主和峰值放大器的輸入端口之間的隔離，降低了輸出信號(hào)的最終失真。
文檔編號(hào)H03F1/07GK1977447SQ200580022092
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者I·布勒德諾夫 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司