專利名稱：放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放大電路。
背景技術(shù)：
已知一種特別是由兩個(gè)雙極性晶體管，例如兩個(gè)npn晶體管或者兩個(gè)pnp晶體管組成的共射-共基放大器(cascode)，其中該兩個(gè)晶體管中的第一個(gè)的集電極與該兩個(gè)晶體管中的第二個(gè)的發(fā)射極連接。
共射-共基放大器多數(shù)在圖2所示的下面描述的標(biāo)準(zhǔn)電路布局中運(yùn)行。第一晶體管Q1′的發(fā)射極接地(發(fā)射極電路)，而同時(shí)輸入信號(hào)出現(xiàn)在基極上。第二晶體管Q2′的基極處于一個(gè)固定的直流電壓UB上(基極電路)，而同時(shí)集電極通過負(fù)載電阻RL′與電源電壓VCC連接。標(biāo)準(zhǔn)電路布局中的共射-共基放大器電路往往用來(lái)代替單個(gè)晶體管。這里的基礎(chǔ)是在固定的控制電流下輸出電流隨著輸出電壓變化而具有突出的恒定性。
用共射-共基放大器電路代替單個(gè)晶體管的另一個(gè)已知的電路拓?fù)涫菆D3的反饋耦合電路。這時(shí)，由電阻R1″和R2″組成的反饋耦合分支電路不僅與負(fù)載電阻RL″而且與第一晶體管Q1″的基極連接，使得該輸出電壓反饋耦合到第一晶體管Q1″的輸入端，而且反饋耦合到第二晶體管Q2″的輸入端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種在應(yīng)用垂直集成共射-共基放大器結(jié)構(gòu)時(shí)盡可能減少交叉調(diào)制失真的放大電路。
該任務(wù)用帶有權(quán)利要求1特征的放大電路解決。本發(fā)明有利的擴(kuò)展是從屬權(quán)項(xiàng)的要點(diǎn)。
據(jù)此設(shè)置一種放大電路，用以放大輸入信號(hào)，特別是無(wú)線電傳輸?shù)母哳l信號(hào)。這個(gè)放大電路有一個(gè)垂直集成的共射-共基放大器，它又具有集電極的集電極半導(dǎo)體區(qū)、第一基極的與該集電極半導(dǎo)體區(qū)交界的第一基極半導(dǎo)體區(qū)、第二基極的第二基極半導(dǎo)體區(qū)、不僅與該第一基極半導(dǎo)體區(qū)而且與該第二基極半導(dǎo)體區(qū)交界的中間基極半導(dǎo)體區(qū)和發(fā)射極的與該第二基極半導(dǎo)體區(qū)交界的發(fā)射極半導(dǎo)體區(qū)。
一個(gè)這樣的垂直集成的共射-共基放大器可以與其他元件集成在一個(gè)半導(dǎo)體晶圓片上。該垂直集成的共射-共基放大器優(yōu)選具有基本上與晶圓片表面平面地取向的和/或基本上彼此平行的pn結(jié)。按照本發(fā)明信號(hào)輸入與第二基極連接。
本發(fā)明的本質(zhì)在于，該第一基極不僅與獨(dú)立于該輸入信號(hào)的電壓源，而且與集電極電耦合。該電耦合優(yōu)選使該第一基極上的電位符號(hào)相同地被所出現(xiàn)的集電極電位連帶。
這時(shí)，電耦合應(yīng)理解為導(dǎo)致第一基極的電位取決于集電極電位的所有耦合。例如電容、電感或者磁耦合都是可能的。然而，特別優(yōu)選的是一個(gè)應(yīng)用分壓器，特別是由電阻形成的分壓器造成的簡(jiǎn)單的電壓耦合。
優(yōu)選將連帶理解為，集電極電位的改變導(dǎo)致第一基極上具有同一符號(hào)的電位的改變。這時(shí)，第一基極上的電位和集電極電位之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可以是對(duì)數(shù)的或者比例的。該關(guān)系優(yōu)選至少通過一個(gè)可用電阻調(diào)整的比例系數(shù)給出。
本發(fā)明一個(gè)有利的進(jìn)一步擴(kuò)展規(guī)定，為了進(jìn)行電耦合，第一基極通過第一電阻與集電極連接，此外該第一基極還通過第二電阻與該電壓源連接。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的配置中，該電壓源是一個(gè)直流電壓源，有利的是一個(gè)對(duì)溫度不敏感的基準(zhǔn)電壓源，其相對(duì)于該電阻和/或該放大電路的其他阻抗，優(yōu)選具有較小的內(nèi)阻。
在本發(fā)明一個(gè)有利的配置中規(guī)定，至少一個(gè)基極半導(dǎo)體區(qū)具有硅-鍺-混晶。特別是本發(fā)明的這個(gè)配置使該放大電路在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，特別是無(wú)線電系統(tǒng)(UMTS)的優(yōu)選的應(yīng)用成為可能。


下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作較詳細(xì)的說(shuō)明。
附圖中圖1是帶有垂直集成的共射-共基放大器的放大電路；圖2是按照先有技術(shù)的共射-共基放大器標(biāo)準(zhǔn)電路布局；圖3是按照先有技術(shù)的帶有反饋耦合分支電路的共射-共基放大器電路布局；圖4是共射-共基放大器的集電極電流相對(duì)于集電極電壓的特性曲線；而圖5是垂直集成共射-共基放大器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖4中虛線表示標(biāo)準(zhǔn)電路布局中垂直集成共射-共基放大器的輸出特性曲線簇。它們表示一個(gè)突出的負(fù)的微分電阻，例如可以對(duì)應(yīng)-20V的初期(Early)電壓。放大的非恒定性，亦稱非線性，表現(xiàn)在其數(shù)值低的初期電壓處，特別會(huì)導(dǎo)致一個(gè)惡劣的交叉調(diào)制特性，亦即，信號(hào)不同的頻率分量彼此強(qiáng)烈干擾。這時(shí)，比較理想的應(yīng)該是輸出電流與輸出電壓無(wú)關(guān)。
為了闡明垂直集成共射-共基放大器，亦稱四極管，的不完善的初期特性，下面根據(jù)兩個(gè)構(gòu)成共射-共基放大器的npn晶體管描述這一點(diǎn)。有源雙極性高頻元件的特征是集電極漂移區(qū)的摻雜物質(zhì)濃度，下文稱作″集電極摻雜度″，和元件瞬態(tài)特性之間的相互關(guān)系。
在npn晶體管的有源前向運(yùn)行中，帶負(fù)電的電子以其飽和速度通過截止的基極-集電極結(jié)的空間電荷區(qū)移動(dòng)。位置固定的帶正電的離子體處于晶體管的基極-集電極-空間電荷區(qū)的集電極一側(cè)部分。若電子的濃度可與位置固定的電荷密度比較，該空間電荷區(qū)向集電極方向移動(dòng)(Kirk-效應(yīng))，則有效的基極變寬，而通過基極的信號(hào)行程時(shí)間延長(zhǎng)。
在發(fā)生Kirk-效應(yīng)時(shí)電流密度與集電極漂移區(qū)中的摻雜度成正比。因此，發(fā)生Kirk-效應(yīng)時(shí)的充電時(shí)間和基極渡越時(shí)間和集電極充電時(shí)間的最小和隨著集電極摻雜度增大而降低。因此，高頻晶體管的特征在于集電極摻雜度高，而且可以以高的電流密度運(yùn)行。
基極-集電極-二極管的擊穿電壓隨著集電極摻雜度上升而下降。有源元件的使用要求可以達(dá)到的一定的電壓偏移，并因而還要求最小的截止能力。
在npn晶體管的發(fā)射極和在集電極中電子構(gòu)成多數(shù)載流子。在中等的電流密度下，基極和基極-集電極-空間電荷區(qū)是電子貧乏區(qū)，使得發(fā)射區(qū)中的電子的熱動(dòng)力學(xué)儲(chǔ)庫(kù)基本上與集電極區(qū)中的分開。通過提高電流密度，在最終的飽和速度下，電子貧乏區(qū)中移動(dòng)載流子的濃度提高，而這兩個(gè)儲(chǔ)庫(kù)的熱動(dòng)力學(xué)絕緣減少。
在與應(yīng)用有關(guān)的截止電壓范圍內(nèi)，在可以達(dá)到的最大過渡頻率下，晶體管中的電流密度這樣低，以致該兩個(gè)儲(chǔ)庫(kù)可以非常近似地看作是彼此無(wú)關(guān)的。在發(fā)射極電路中，電流放大用的晶體管的截止能力在這里由基極-集電極-二極管的擊穿電壓除以2，5至11給出。
圖5中示意地表示垂直集成共射-共基放大器10。它有集電極接點(diǎn)C、第一基極接點(diǎn)B1和第二基極接點(diǎn)B2以及發(fā)射機(jī)結(jié)點(diǎn)E。垂直集成共射-共基放大器10包括集電極C的集電極半導(dǎo)體區(qū)1、第一基極B1的與該集電極半導(dǎo)體區(qū)1交界的第一基極半導(dǎo)體區(qū)2、第二基極B2的第二基極半導(dǎo)體區(qū)4、不僅與該第一基極半導(dǎo)體區(qū)2而且與該第二基極半導(dǎo)體區(qū)4交界的中間基極半導(dǎo)體區(qū)3和發(fā)射極E的與該第二基極半導(dǎo)體區(qū)交界的發(fā)射極半導(dǎo)體區(qū)5。這時(shí)，在所示的實(shí)施例中，該半導(dǎo)體區(qū)1，3和5是n-攙雜的，而同時(shí)半導(dǎo)體區(qū)2和4是p-摻雜的。
這種類型的垂直集成共射-共基放大器10的截止能力由在基極電路運(yùn)行的晶體管Q1’/Q1”的基極-集電極-二極管1，2的擊穿電壓給出。因此，在垂直集成共射-共基放大器10中，集電極摻雜度較之截止能力可比的晶體管的可能高出幾倍。特別是在高頻共射-共基放大器10中，在最大過渡頻率下電流密度足夠高，使得中間基極區(qū)3中和在集電極半導(dǎo)體區(qū)1中的電子儲(chǔ)庫(kù)不再非常近似地彼此分開。因此，集電極電位在中間基極區(qū)3中擊穿(durchgreift)。
在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，不接觸中間基極區(qū)3。在垂直集成共射-共基放大器10的不接觸的中間基極區(qū)3中，電位取決于施加于現(xiàn)有觸點(diǎn)的電壓和電流密度。當(dāng)中間基極區(qū)3中的集電極電位擊穿(durchgreift)時(shí)，中間基極區(qū)3中的電位與集電極電位符號(hào)相同地改變。
因此，在第一基極B1上的固定電位下，晶體管Q1’/Q1”中的基極-發(fā)射機(jī)電壓在集電極電位上升時(shí)降低，以此調(diào)節(jié)晶體管Q1’/Q1”。標(biāo)準(zhǔn)電路布局中垂直集成共射-共基放大器10的負(fù)的微分輸出電阻以此為依據(jù)，正如圖4虛線特性曲線簇中所示。
圖1表示按照本發(fā)明的垂直集成共射-共基放大器10的電路布局。這時(shí)，垂直集成共射-共基放大器10連接得使第一基極B1上的電位隨集電極電位符號(hào)相同地連帶變化。其作用是，輸出電阻的數(shù)量被提高。
本發(fā)明自然不限于圖1的具體電路示例。更確切地說(shuō)，使第一基極B1上的電位隨集電極電位符號(hào)相同地連帶變化的所有的電耦合，正如電流鏡電路、電壓源等都可以使用。這時(shí)，連帶作用優(yōu)選與集電極電位成正比。這導(dǎo)致正如圖4實(shí)線所示的輸出特性曲線簇。還可能使用由相應(yīng)的互補(bǔ)pnp晶體管組成的垂直集成共射-共基放大器，代替由npn晶體管Q1，Q2組成的垂直集成共射-共基放大器10。
附圖符號(hào)清單VCC正的電源電壓RL，R1，R2，RL’，RL″，R1″，R2″電阻Q1，Q2，Q1′，Q2′，Q1″，Q2″在一個(gè)垂直集成共射-共基放大器中形成的晶體管E發(fā)射極C集電極B1，B2基極10垂直集成共射-共基放大器
1集電極半導(dǎo)體區(qū)2，4基極半導(dǎo)體區(qū)3中間基極半導(dǎo)體區(qū)5發(fā)射極半導(dǎo)體區(qū)n n-摻雜的p p-摻雜的IC集電極電流VC集電極電壓Uref電壓源，基準(zhǔn)直流電壓源UB1’直流電壓源IB2’，IB2″信號(hào)電流源
權(quán)利要求
1.用于放大輸入信號(hào)的放大電路，包括垂直集成的共射-共基放大器(10)，它具有-集電極(C)的集電極半導(dǎo)體區(qū)(1)；-第一基極(B1)的與集電極半導(dǎo)體區(qū)(1)交界的第一基極半導(dǎo)體區(qū)(2)；-第二基極(B2)的第二基極半導(dǎo)體區(qū)(4)；-不僅與該第一基極半導(dǎo)體區(qū)(2)而且與該第二基極半導(dǎo)體區(qū)(4)交界的中間基極半導(dǎo)體區(qū)(3)；和-發(fā)射極(E)的與該第二基極半導(dǎo)體區(qū)(4)交界的發(fā)射極半導(dǎo)體區(qū)(5)，其中-信號(hào)輸入與該第二基極(B2)連接，和-該第一基極(B1)不僅與獨(dú)立于輸入信號(hào)的電壓源(Uref)而且與集電極(C)電耦合。
2.按照權(quán)利要求1的放大電路，其特征在于，為了進(jìn)行電耦合，-該第一基極(B1)通過第一電阻(R1)與集電極(C)連接，和-該第一基極(B1)通過第二電阻(R2)與該電壓源(Uref)連接。
3.按照權(quán)利要求1或者2中的之一的放大電路，其特征在于，該基極半導(dǎo)體區(qū)(2，4)中的至少一個(gè)具有硅-鍺-混晶。
4.按照上列權(quán)利要求中之一的放大電路在通信技術(shù)的，特別是移動(dòng)無(wú)線電通信技術(shù)的高頻電路中的應(yīng)用。
全文摘要
以垂直集成的共射－共基放大器(10)放大輸入信號(hào)的放大電路，它具有集電極(C)的集電極半導(dǎo)體區(qū)，第一基極(B1)的與該集電極半導(dǎo)體區(qū)交界的第一基極半導(dǎo)體區(qū)，第二基極(B2)的第二基極半導(dǎo)體區(qū)，不僅與該第一基極半導(dǎo)體區(qū)而且與該第二基極半導(dǎo)體區(qū)交界的中間基極半導(dǎo)體區(qū)，和發(fā)射極(E)的與該第二基極半導(dǎo)體區(qū)交界的發(fā)射極半導(dǎo)體區(qū)，其中，信號(hào)輸入與該第二基極(B2)連接，和該第一基極(B1)不僅與獨(dú)立于輸入信號(hào)的電壓源(Uret)而且與集電極(C)電耦合。
文檔編號(hào)H03F1/32GK101065896SQ200580040813
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者克里斯托夫·布拉姆伯格 申請(qǐng)人:愛特梅爾(德國(guó))有限公司