專利名稱：具有多個峰值放大器并具有合成傳遞特性的多爾蒂放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括載波放大器、第一峰值放大器以及第二峰值放大器或更多峰值放 大器的組合放大器。具體地，本發(fā)明涉及包括載波放大器、第一峰值放大器以及第二峰值放 大器的多爾蒂放大器，其中與傳統(tǒng)多爾蒂放大器相比，該多爾蒂放大器表現(xiàn)出提高的線性度。
背景技術(shù)：
多爾蒂放大器可以用作功率放大器，用于放大RF信號以通過發(fā)射機(jī)發(fā)送。為了精 確且節(jié)省成本地發(fā)送RF信號，希望多爾蒂放大器具有高效率(有用輸出功率除以總消耗功 率)、高線性度(輸出信號相對輸入信號的比例度)和低失真，例如三階互調(diào)(IM3)。在 Frederik H. Raab 發(fā)表的"Efficiency of Doherty RF poweramplifier systems”，IEEE Transaction on Broadcasting, Volume BC-33，no. 3，September 1987 中 公開了一種多爾蒂系統(tǒng)，其中，在低輸出電平，第一功率放大器用作線性B類放大器，切斷 對第二功率放大器的驅(qū)動。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)多爾蒂放大器可以不具有足夠的線性度和足夠的效率。可以需要一種放大器，具體地需要一種用于放大RF信號的功率放大器，其與傳統(tǒng) 放大器相比可以表現(xiàn)出提高的線性度并且還可以表現(xiàn)出提高的效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一方面，提供了一種組合放大器，包括組合放大器輸入端子；組合放大器輸 出端子；載波放大器，具有載波放大器輸入端子和載波放大器輸出端子；第一峰值放大器， 具有第一峰值放大器輸入端子和第一峰值放大器輸出端子；第二峰值放大器，具有第二峰 值放大器輸入端子和第二峰值放大器輸出端子；輸入阻抗變換器；以及輸出阻抗變換器； 其中，輸入阻抗變換器的一端連接至載波放大器輸入端子并且還連接至組合放大器輸入端 子，輸入阻抗變換器的另一端連接至與第一峰值放大器輸入端子和第二峰值放大器輸入端 子相連的輸入中點(diǎn)；輸出阻抗變換器的一端連接至載波放大器輸出端子，輸出阻抗變換器 的另一端連接至與第一峰值放大器輸出端子和第二峰值放大器輸出端子相連的輸出中點(diǎn)， 并且還連接至組合放大器輸出端子。因此，組合放大器可以適于對提供給組合放大器輸入端子的輸入信號進(jìn)行放大， 以產(chǎn)生提供給組合放大器輸出端子的輸出信號。在示例實(shí)施例中，可以將輸入信號作為輸 入電壓提供給組合放大器，組合放大器產(chǎn)生的輸出信號可以用作輸出電流。在這種情況下， 組合放大器的輸入阻抗可以非常高，而組合放大器的輸出阻抗可以相對較低。載波放大器可以適于放大提供給載波放大器輸入端子的載波放大器輸入信號，以 產(chǎn)生在載波放大器輸出端子上提供的載波放大器輸出信號。根據(jù)實(shí)施例，第一峰值放大器 可以適于對提供給第一峰值放大器輸入端子的第一峰值放大器輸入信號進(jìn)行放大，以產(chǎn)生 在第一峰值放大器輸出端子上提供的第一峰值放大器輸出信號。根據(jù)實(shí)施例，第二峰值放
4大器可以適于對提供給第二峰值放大器輸入端子的第二峰值放大器輸入信號進(jìn)行放大，以 產(chǎn)生在第二峰值放大器輸出端子上提供的第二峰值放大器輸出信號。載波放大器輸入信號、第一峰值放大器輸入信號以及第二峰值放大器輸入信號可 以是電壓信號或電流信號。此外，載波放大器輸出信號、第一峰值放大器輸出信號以及第二 峰值放大器輸出信號可以是電壓信號或電流信號。因此載波放大器、第一峰值放大器以及 第二峰值放大器的輸入阻抗和輸出阻抗可以根據(jù)應(yīng)用而變化。輸入阻抗變換器和/或輸出阻抗變換器可以適于提供阻抗變換。此外，變換器可 以是或包括四分之一波長傳輸線。因此，變換器可以為提供給阻抗變換器一端的信號提供 相移。輸入阻抗變換器和/或輸出阻抗變換器的有效長度可以至少近似等于(amount to)提供給組合放大器輸入端子的組合放大器輸入信號的波長的四分之一。因此，組合放大 器輸入信號可以具有高至幾GHz的頻率。根據(jù)組合放大器輸入信號的頻率，可以考慮信號 傳輸所通過的介質(zhì)的介電常數(shù)來計(jì)算波長。因此，輸入阻抗轉(zhuǎn)換器和輸出阻抗轉(zhuǎn)換器可以 提供信號傳輸所通過的特定材料。根據(jù)實(shí)施例，輸入阻抗轉(zhuǎn)換器和/或輸出阻抗轉(zhuǎn)換器可 以是或可以包括四分之一波長傳輸線耦合器或阻抗變換網(wǎng)絡(luò)，例如允許特定所需特征阻抗 和90度相移的L或T網(wǎng)絡(luò)。載波放大器、第一峰值放大器以及第二峰值放大器可以具有不同的傳遞函數(shù)，傳 遞函數(shù)描述了提供給放大器的相應(yīng)輸入端子的輸入信號與提供給該放大器的相應(yīng)輸出端 子的輸出信號之間的函數(shù)關(guān)系。具體地，在放大器器件用作諸如FET等電壓控制電流源的 情況下，輸入信號可以是輸入電壓信號，輸出信號可以是輸出電流信號。具體地，相應(yīng)的傳 遞函數(shù)可以將相應(yīng)的輸出電流信號描述為相應(yīng)的輸入電壓信號的按冪展開。因此，除了其 他因素外，載波放大器、第一峰值放大器以及第二峰值放大器的線性度可以取決于相應(yīng)的 傳遞函數(shù)。此外，根據(jù)實(shí)施例，可以作為載波放大器、第一峰值放大器以及第二峰值放大器 的傳遞函數(shù)的合成(composition)，來導(dǎo)出允許組合放大器的高度線性操作的傳遞函數(shù)。載波放大器可以工作在與第一峰值放大器和第二峰值放大器都不同的級中。具體 地，可以通過向包括在放大器中的晶體管柵極施加不同的偏置電壓將放大器設(shè)置到不同的 工作類(operation class)。具體地，載波放大器可以工作在A類、AB類或B類，而第一峰 值放大器和/或第二峰值放大器可以工作在C類。此外，載波放大器具體由于其不同的工 作類而可以具有比第一峰值放大器和第二而峰值放大器都高的線性度。此外，載波放大器 可以具有比第一峰值放大器和第二而峰值放大器都低的效率?？梢詫⑹┘釉诮M合放大器輸入端子上的輸入信號無相移地提供給載波放大器輸 入端子，而可以將提供給組合放大器輸入端子的輸入信號有相移(具體地90°相移)地提 供給第一峰值放大器輸入端子和第二峰值放大器輸入端子。根據(jù)實(shí)施例，多爾蒂放大器可以具有并聯(lián)的載波放大器、第一峰值放大器和第二 峰值放大器。因此，與傳統(tǒng)多爾蒂放大器相比，該多爾蒂放大器的線性度和/或效率可以提 高。此外，可以更靈活地配置有機(jī)會對第一峰值放大器和第二峰值放大器的相應(yīng)傳遞函數(shù) 進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)的組合放大器的特性。此外，提供兩個獨(dú)立的峰值放大器允許獨(dú)立地控制獨(dú) 立峰值放大器的參數(shù)(偏置電壓、包括在放大器中的晶體管的柵極寬度等)，從而使組合放 大器的設(shè)計(jì)更靈活。
根據(jù)實(shí)施例，向第一峰值放大器輸入端子施加第一偏置電壓，向第二峰值放大器 輸入端子施加第二偏置電壓，其中第二偏置輸入電壓與第一偏置輸入電壓不同，具體地第 二偏置輸入電壓比第一偏置輸入電壓高。為第一峰值放大器和第二峰值放大器設(shè)置不同的 偏置電壓可以允許調(diào)節(jié)輸入信號的第一轉(zhuǎn)換點(diǎn)以及可以允許調(diào)節(jié)輸入信號的第二轉(zhuǎn)換點(diǎn)， 在第一轉(zhuǎn)換點(diǎn)以上第一峰值放大器導(dǎo)通，在第二轉(zhuǎn)換點(diǎn)以上第二峰值放大器導(dǎo)通。因此，可 以合適地限定組合放大器的合成傳遞函數(shù)(composed transfer function) 0因此，可以提 高組合放大器的線性度和/或效率。根據(jù)實(shí)施例，組合放大器集成在公共半導(dǎo)體襯底或任何其他襯底上。襯底可以包 括半導(dǎo)體管芯，如，硅管芯。可以為襯底摻雜不同元素以提供電子給體和/或受體。因此， 可以減小組合放大器的尺寸。此外，可以減少功率消耗。此外，可以使得能夠?qū)⒔M合放大器 集成入諸如蜂窩電話之類的手持設(shè)備。根據(jù)實(shí)施例，輸入阻抗變換器或輸出阻抗變換器中的至少一個包括任何互連； 或傳輸線/微帶線、共面線或任何其他線；或接合線；或這些的組合。接合線可以由高電導(dǎo) 率材料制成，如金屬(例如銅、銀等)。接合線可以具有(物理和電學(xué))長度，該長度允許與 有源器件的寄生輸出電容、或位于襯底上的電容、或兩者相組合，以在預(yù)定頻率下提供所需 的特征阻抗值和相移值。因此，可以提供非常緊湊的節(jié)省成本的輸入阻抗變換器和/或輸 出阻抗變換器。根據(jù)實(shí)施例，包括有源管芯的襯底的橫向尺寸等于或小于施加給組合放大器輸入 端子的信號在給定襯底中的波長的1/8。在此，可以考慮信號傳輸所通過的組合放大器的 組件的介質(zhì)或媒質(zhì)的介電特性，基于信號頻率來導(dǎo)出信號的波長。具體地，載波放大器或峰 值放大器的有源區(qū)的X維和Y維應(yīng)當(dāng)至多是施加給有源器件結(jié)構(gòu)(如輸入端子和輸出端子 處的指狀物和功率分布/功率組合金屬帶)并傳播通過該有源器件結(jié)構(gòu)的信號的電波長的 1/12。具體地，根據(jù)所使用的半導(dǎo)體襯底或其他襯底的頻率和電特性，橫向尺寸可以小于 10cm、2cm、lcm、0. Icm0根據(jù)第一實(shí)施例，第一峰值放大器輸出端子和第二峰值放大器輸出端子通過公共 金屬條(metal bar)而連接或連接至公共金屬條。因此，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)組合放大器的尺 寸減小和包含成本減少的簡化。具體地，公共金屬條可以被布置在公共襯底處。根據(jù)第二實(shí)施例，第一峰值放大器位于載波放大器/器件的一側(cè)，第二峰值放大 器位于載波放大器/器件的另一側(cè)，其中它們的輸出端子在由公共金屬條連接或封裝輸出 端子/引線的另一管芯處相結(jié)合。根據(jù)實(shí)施例，載波放大器、第一峰值放大器以及第二峰值放大器分別都包括由 FETJP / 或 JFETJP / 或 MOSFETdP / 或 LDMOS、和 / 或 feiN HEMTjP / 或雙極結(jié)晶體管、和 /或HBT構(gòu)成的組中的至少一個晶體管。因此，可以提供非常節(jié)省成本、緊湊并且簡單的組 合放大器。根據(jù)實(shí)施例，多爾蒂放大器可以由相同或若干不同工藝類型的器件/晶體管構(gòu) 成。載波放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器的至少一個晶體管是相互不同類型的 晶體管。根據(jù)另一實(shí)施例，第一峰值放大器和第二峰值放大器的至少一個晶體管可以是相 同類型的晶體管，而與載波放大器的至少一個晶體管的類型不同。此外，所有三個晶體管可 以是相同類型的晶體管，具體地是FET。根據(jù)實(shí)施例，第一峰值放大器的至少一個晶體管和第二峰值放大器的至少一個晶體管是相同類型的晶體管，如FET。因此，可以實(shí)現(xiàn)組合放大器的簡化。此外，由于第一峰值 放大器和第二峰值放大器可以工作在C類但被不同地偏置，并因此具有不同的傳遞特性， 所以使用第一峰值放大器和第二峰值放大器的相同類型的至少一個晶體管可以簡化組合 放大器的結(jié)構(gòu)而不妨礙其性能。根據(jù)實(shí)施例，第一峰值放大器的至少一個晶體管的柵極寬度與第二峰值放大器的 至少一個晶體管的柵極寬度不同。因此，可以為第一峰值放大器和第二峰值放大器提供具 體地關(guān)于相應(yīng)傳遞函數(shù)的不同放大特性。給定的晶體管的柵極寬度可以是晶體管的柵極導(dǎo) 體電極的幾何寬度。峰值放大器的傳遞函數(shù)(具體地，跨導(dǎo))可以取決于若干參數(shù)的組合， 所述參數(shù)例如是柵極的偏置電壓和閾值電壓、溝道長度、摻雜水平、柵極氧化物厚度等，以 及包括在峰值放大器中的晶體管的寬度。因此，可以實(shí)現(xiàn)第一峰值放大器和第二峰值放大 器的不同傳遞特性，以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)整個組合放大器的合成傳遞函數(shù)。因此，可以改善組合放 大器的傳遞特性。根據(jù)實(shí)施例，第一峰值放大器的至少一個晶體管和第二峰值放大器的至少一個晶 體管具有不同的閾值電壓，在閾值電壓以上第一峰值放大器的所述至少一個晶體管和第二 峰值放大器的所述至少一個晶體管的柵極導(dǎo)通。因此，可以調(diào)節(jié)第一轉(zhuǎn)換點(diǎn)和第二轉(zhuǎn)換點(diǎn) 以控制組合放大器的傳遞函數(shù)。根據(jù)另一實(shí)施例，第一峰值放大器可以具有與第二峰值放 大器的閾值電壓至少近似相同的閾值電壓。根據(jù)實(shí)施例，第一峰值放大器的至少一個晶體管被適配為具有第一跨導(dǎo)，第二峰 值放大器的至少一個晶體管被適配為具有第二跨導(dǎo)，其中第二跨導(dǎo)比第一跨導(dǎo)大。放大器 的傳遞特性可以是該放大器輸出端子處的電流信號與輸入端子處的電壓信號之比。具體 地，對于FET，跨導(dǎo)可以是根據(jù)施加在FET輸入端子處的輸入電壓信號，輸出端子處的輸 出電流信號的導(dǎo)數(shù)(通過相對于在特定輸入電壓下得到的輸入電壓對輸出電流求導(dǎo)來獲 得)。此外，跨導(dǎo)可以是傳遞函數(shù)中的線性輸入電壓項(xiàng)的系數(shù)，傳遞函數(shù)將輸出電流信號描 述為輸入電壓的冪級數(shù)。可以以國際單位西門子(IS = 1A/V)來度量跨導(dǎo)。為第一峰值放大器和第二峰值放大器提供不同的跨導(dǎo)和形狀可以允許有利地適 配組合放大器的合成傳遞函數(shù)，以提高組合放大器的線性度和/或效率。根據(jù)實(shí)施例，載波放大器的至少一個晶體管被適配為具有與第一峰值放大器或第 二峰值放大器的跨導(dǎo)不同的跨導(dǎo)，具體地，比第一峰值放大器或第二峰值放大器的跨導(dǎo)小 的跨導(dǎo)。因此，使得能夠進(jìn)一步調(diào)節(jié)組合放大器的合成傳遞函數(shù)，從而允許關(guān)于線性度和/ 或效率的進(jìn)一步提高。根據(jù)實(shí)施例，載波跨導(dǎo)、第一跨導(dǎo)、第二跨導(dǎo)、第一偏置電壓，以及第二偏置電壓使 得提供給組合放大器輸出端子的輸出電流至少近似地取決于施加給組合放大器輸入端子 的輸入電壓的平方。因此，輸出電流不需要精確地取決于輸入電壓的平方，而輸出電流可以 與輸入電壓的平方有偏差，其中偏差可以總計(jì)達(dá)到某水平，該水平可以適合于給定的應(yīng)用 線性度要求。具體地，平方相關(guān)性(square dependence)可以由具有不同斜率(gradient) 和交叉點(diǎn)的多條直線來近似。根據(jù)實(shí)施例，第一峰值放大器輸入端子和第二峰值放大器輸入端子(具體地，各 自都具有連接在柵極和源極之間的具有特定值的LC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò))經(jīng)由具有特定值的電容 器連接至輸入中點(diǎn)。因此，使得能夠?qū)蓚€峰值放大器進(jìn)行有利的不相等的輸入功率分配
7(division)，從而允許進(jìn)一步改善組合放大器的性能。根據(jù)實(shí)施例，輸入中點(diǎn)、輸出中點(diǎn)以及載波輸入端子中的至少一個連接至LC補(bǔ)償 網(wǎng)絡(luò)。具體地，LC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以包括電感和電容器的串聯(lián)，具體地該電感和電容器連接至 地電勢。因此，可以實(shí)現(xiàn)輸入信號和/或輸出信號的有利分配。必須注意，已經(jīng)參考不同的主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。具體地，已經(jīng)參考方法描 述了 一些實(shí)施例，而已經(jīng)參考設(shè)備類型權(quán)利要求描述了其他實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員 將從上述和以下描述中了解到，除非另外通知，否則認(rèn)為除了屬于同一類主題的特征的任 何組合外，關(guān)于不同主題的特征之間的任何組合，具體地是方法類型權(quán)利要求的特征與設(shè) 備類型權(quán)利要求的特征之間的任何組合，也是與本文件一起公開的。通過以下描述的實(shí)施 例的示例，本發(fā)明的上述方面和其他方面是明顯的，參考實(shí)施例的示例來說明本發(fā)明的上 述方面和其他方面。以下將參考實(shí)施例的示例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，但本發(fā)明不限 制于實(shí)施例的示例。


現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限制于所描述的或示出的實(shí) 施例。圖Ia和Ib示意性地示出了根據(jù)實(shí)施例的晶體管的等效電路；圖2示意性地示出了傳統(tǒng)多爾蒂放大器的電路圖；圖3示意性地示出了根據(jù)實(shí)施例的組合放大器的電路圖；圖4示出了說明根據(jù)實(shí)施例的組合放大器的特性的圖表；圖5示出了說明設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)施例的組合放大器的方法的圖表；圖6示意性地示出了根據(jù)實(shí)施例的集成組合放大器。
具體實(shí)施例方式圖Ia示出了晶體管70的等效電路，根據(jù)實(shí)施例，晶體管70可以用在組合放大器 中。晶體管70包括第一輸入端子71和第二輸入端子72。此外，晶體管70包括第一輸出端 子73和第二輸出端子74。第二輸入端子72通過導(dǎo)體連接至第二輸出端子74，沒有任何其 他電子組件連接在兩個端子之間。第一輸入端子71經(jīng)由電阻器Rg和輸入電容Cgs連接至 將第二輸入端子72與第二輸出端子74相連的導(dǎo)體。輸入電容Cgs連接至跨導(dǎo)元件gm，跨 導(dǎo)元件gm的輸出連接至第一輸出端子73。此外，第一輸出端子73經(jīng)由輸出電容Cgs連接 至第二輸出端子74。圖Ib以簡化方式示出了晶體管70的常用符號圖，其中省略了連接至地電勢75的 第二輸入端子72和第二輸出端子74。因此，晶體管70包括單一輸入端子71和單一輸出端 子73，其中，顯然輸入端子71連接至晶體管70的柵極，輸出端子73連接至晶體管70的漏 極。圖2示意性地示出了傳統(tǒng)多爾蒂放大器60的電路圖。使用根據(jù)圖Ib的晶體管的 簡化示圖，傳統(tǒng)多爾蒂放大器60包括主(或載波)放大器61和峰值放大器62。傳統(tǒng)多爾 蒂放大器包括輸入端子63，可以將輸入信號施加給輸入端子63，輸入信號將被放大為提供 給輸出端子65的輸出信號。輸入端子63連接至電感Lc與電容器C的串聯(lián)，還連接至電容器Cd，電容器Cd連接至主晶體管61的柵極gc。輸入端子63還連接至電感Li，電感Li提 供四分之一波長傳輸線以將相移90°的輸入信號提供給峰值晶體管62的柵極gp。柵極gp 還連接至電感Lc與電容器C的串聯(lián)，該串聯(lián)連接至地電勢75。載波晶體管61的漏極dc連 接至電感Lo，電感Lo提供四分之一波長傳輸線，從而與提供給峰值晶體管62的漏極dp的 信號相組合，其中組合信號提供給輸出端子65。圖3示意性地示出了根據(jù)實(shí)施例的多爾蒂放大器1的電路實(shí)現(xiàn)的示例?？梢哉J(rèn)為 多爾蒂放大器是包括并聯(lián)的若干放大器的組合放大器。多爾蒂放大器1包括多爾蒂放大器 輸入端子3和多爾蒂放大器輸出端子5。多爾蒂放大器1將放大提供給多爾蒂輸入端子3 的輸入信號，以在多爾蒂放大器輸出端子5處產(chǎn)生輸出信號。因此，輸入信號可以是例如電 壓信號，輸出信號可以是例如電流信號，該電流信號可以被描述為電壓輸入信號的函數(shù)。多 爾蒂放大器1包括載波放大器7、第一峰值放大器9和第二峰值放大器11。這三個放大器 是根據(jù)圖Ia的晶體管的簡化示圖來示出的，但可以包括其他電子組件。載波放大器7包括 載波放大器輸入端子13和載波放大器輸出端子15。第一峰值放大器9包括第一峰值放大 器輸入端子17和第一峰值放大器輸出端子19。第二峰值放大器11包括第二峰值放大器 輸入端子21和第二峰值放大器輸出端子23。載波放大器7、第一峰值放大器9以及第二峰 值放大器11可以例如是相同類型或相互不同類型的晶體管。這三個放大器可以包括例如 FET、JFET、MOSFET、LDMOS和/或feiN HEMT。這三個放大器可以包括相同或不同的輸入電 阻Rg，此外這三個放大器可以包括相同或不同的輸入電容器Cgs_c、Cgs_pl和Cgs_p2。此 外，這三個放大器可以包括相同或不同的輸出電容器Cds_c、Cds_pl、Cds_p2。這三個放大 器的相應(yīng)輸入端子處的電阻和電容器可以適于提供合適的輸入匹配?？梢酝ㄟ^應(yīng)用并聯(lián)電 感Lcl來實(shí)現(xiàn)功率FET的寬帶和簡單的輸入匹配，并聯(lián)電感Lcl在施加給多爾蒂放大器輸 入端子3的輸入信號的工作頻率下，提供與Cgs_c的并聯(lián)諧振。載波放大器7、第一峰值放大器9和第二峰值放大器11可以具有不同特性，具體地 是關(guān)于其跨導(dǎo)的不同特性。多爾蒂放大器輸入端子3與三個放大器的輸入端子13、17和21之間的電路提供 了輸入功率分配網(wǎng)絡(luò)，這還允許調(diào)節(jié)多爾蒂放大器1的輸入阻抗。多爾蒂放大器輸入端子3 經(jīng)由電容器C和電容器Cl連接至載波放大器輸入端子13。電感Lcl與另一電容器C的串 聯(lián)連接在電容器C和電容器Cl之間。此外，多爾蒂放大器輸入端子3連接至電感Lin的一 端，電感Lin的另一端連接至輸入中點(diǎn)25。電感Lin提供了四分之一波長傳輸線，以將施加 在多爾蒂放大器輸入端子3處的相移90°的輸入信號提供給中點(diǎn)25。中點(diǎn)25經(jīng)由電容器 C2連接至第一峰值放大器輸入端子17，中點(diǎn)25經(jīng)由放大器C3連接至第二峰值放大器輸入 端子21。此外，中點(diǎn)25連接至電感Lc2與電容器C的串聯(lián)。對RF設(shè)計(jì)有經(jīng)驗(yàn)的人員應(yīng)該清楚，可以使用連接在地與放大器輸入端子13、17和 21之間的相似的LC網(wǎng)絡(luò)而不是C、Lcl和C、Lc2，來調(diào)諧每個器件的輸入阻抗，允許對這三 個端子之間的輸入阻抗、功率分配和相移進(jìn)行額外控制。如果LC的電容器C連接至地，則 LC的電容器C也可以用于將DC偏置連接至器件柵極，而不干擾它們的RF匹配。載波放大器輸出端子15連接至電感Lo的一端，電感Lo的另一端連接至輸出中點(diǎn) 27，輸出中點(diǎn)27直接連接至多爾蒂放大器輸出端子5。此外，第一峰值放大器輸出端子19 和第二峰值放大器輸出端子23連接至中點(diǎn)27。此外，電感Li與電容器Ci的串聯(lián)連接至中點(diǎn)27。Ci和Li的互連點(diǎn)便于提供用于輸入的DC電壓。多爾蒂放大器的特性可以由傳遞特性來描述，其中可以將提供給多爾蒂放大器輸 出端子5的輸出電流Iout描述為施加給多爾蒂放大器輸入端子3的輸入電壓Vin的函數(shù)。 具體地，輸出電流可以由輸入電壓的冪級數(shù)來近似lout = glVin+g2Vin2+g3Vin3+g4Vin4,其中第三階互調(diào)水平(IM3)由以下公式給出IM3 = 3/4g3Vin3。根據(jù)實(shí)施例，載波放大器7、第一峰值放大器9和第二峰值放大器11的特性被選擇 為使得第三階互調(diào)水平最小化。具體地，第一峰值放大器9和第二峰值放大器11可以具有 不同的外圍(periphery)、閾值柵極電壓、柵極偏置或驅(qū)動信號。有利地，所有這些參數(shù)都可 以被獨(dú)立控制以改善多爾蒂放大器1的性能。根據(jù)實(shí)施例，圖3中示意性地示出的多爾蒂 放大器1的傳遞特性由獨(dú)立的放大器7、9和11的傳遞特性合成。因此，可以通過合適地選 擇獨(dú)立放大器7、9和11的傳遞特性來提高組合放大器1的線性度和/或效率。使用至少 兩個峰值放大器9和11允許更靈活地調(diào)節(jié)線性度和效率。根據(jù)另一實(shí)施例，可以提供多于兩個的(例如三個、四個、五個或甚至更多的)峰 值放大器，以允許進(jìn)一步改進(jìn)合成傳遞函數(shù)。根據(jù)實(shí)施例，為圖3中示出的多爾蒂放大器1的優(yōu)化設(shè)計(jì)采用了 AB類放大器的 線性度的理論。具體地,在 Mark P. van der Heijden, Henk deGraaff, Leo de Vreede, John Gajadharsing 以及 Joachim Burghartz 的"Theory and design of an ultra-linear square-law approximated LDMOSpower amplifier in class-AB operation，，，IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques,Volume 50, No. 9,Septermber 2002 中已經(jīng)發(fā)，現(xiàn)漏極電流對柵極電壓關(guān)系的平方律特性可以提高AB類放大器的線性度。根據(jù) 實(shí)施例，以多爾蒂放大器1的輸出電流-輸入電壓關(guān)系來近似該平方律特性。圖4示出了圖3所示的多爾蒂放大器1的示例設(shè)計(jì)的輸出電流-輸入電壓關(guān)系的 圖表。沿χ軸標(biāo)出了施加給多爾蒂放大器輸入端子3的輸入電壓Vin，沿y軸標(biāo)出了提供 給多爾蒂放大器輸出端子5的輸出電流lout。標(biāo)記為Id-c的曲線描述了載波放大器輸出 端子15處的漏極電流，該漏極電流依賴于提供給載波放大器輸入端子13的柵極電壓。曲 線Id-c是具有與載波放大器7的跨導(dǎo)gm_c相關(guān)聯(lián)的斜率的直線，在該情況下載波放大器 7的跨導(dǎo)gm_c是0. 25A/V。標(biāo)記為Id_pl的曲線表示在第一峰值放大器輸入端子17處提 供的輸入電壓與提供給第一峰值放大器輸出端子19的漏極電流之間的關(guān)系。曲線Id_pl 是在第一轉(zhuǎn)換點(diǎn)四處與χ軸相交的直線，第一轉(zhuǎn)換點(diǎn)四在所示示例中位于最大輸入電壓 Vin的0. 25處。第一轉(zhuǎn)換點(diǎn)四的位置可以取決于施加給第一峰值放大器柵極的偏置電壓。 標(biāo)記為Id_p2的曲線示出了提供給第二峰值放大器輸出端子23的漏極電流，該漏極電流依 賴于提供給第二峰值放大器輸入端子21的柵極電壓。很明顯，曲線Id_p2是在第二轉(zhuǎn)換點(diǎn) 31處與χ軸相交的直線，第二轉(zhuǎn)換點(diǎn)31在所示示例中位于最大輸入電壓Vin的0. 5倍處。 很明顯，曲線Id_p2的斜率比曲線Id_pl的斜率大，而曲線Id_pl的斜率比曲線Id_c的斜 率大?？梢酝ㄟ^將曲線Id_c、Id_pl和Id_p2合成來獲得提供給多爾蒂放大器輸出端子
105的輸出電流Iout依賴于施加給多爾蒂放大器輸入端子3的輸入電壓Vin的依賴性，以獲 得合成曲線33。合成曲線33由三個直線部分合成，第一部分位于0與第一轉(zhuǎn)換點(diǎn)四之間， 第二部分位于第一轉(zhuǎn)換點(diǎn)四與第二轉(zhuǎn)換點(diǎn)31之間，第三部分位于第二轉(zhuǎn)換點(diǎn)31與最大輸 入電壓Vin之間。因此，合成曲線33近似針對AB類所找到的平方律特性以提高線性度。具體地，曲線Id_c的斜率可以表示載波放大器7的跨導(dǎo)，曲線Id_pl的斜率可以 表示第一峰值放大器9的跨導(dǎo)，曲線Id_p2的斜率可以表示第二峰值放大器11的跨導(dǎo)。具 體地，根據(jù)示例實(shí)施例，載波放大器的跨導(dǎo)可以是0. 25A/V，第一峰值放大器9的跨導(dǎo)可以 是0.33A/V，第二峰值放大器11的跨導(dǎo)可以是1.0A/V。在其他實(shí)施例中，可以分別改變?nèi)?個放大器的跨導(dǎo)以及第一峰值放大器9和第二峰值放大器11的轉(zhuǎn)換點(diǎn)四和31以合適地 調(diào)節(jié)多爾蒂放大器1的傳遞特性。圖5顯示了示出設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)施例的組合放大器的方法的圖表。沿χ軸標(biāo)出了施加 給放大器輸入端子13、17的以伏特為單位的輸入電壓Vin，沿y軸標(biāo)出了分別向載波放大 器7(曲線80)和第一峰值放大器9 (曲線81)的放大器輸出端子15、19提供的以安培為單 位的輸出電流lout。曲線82表示載波放大器和第一峰值放大器的組合的輸出電流，即，曲 線80和81的和。因此，曲線82可以表示僅具有一個峰值放大器的傳統(tǒng)多爾蒂放大器的特 性。標(biāo)示為曲線83的是用于近似以實(shí)現(xiàn)高線性度的理想平方律特性。通過將曲線83從曲 線82中減去，可以導(dǎo)出如曲線84所描繪的第二峰值放大器11的期望傳遞特性。因此可以 通過合適地選擇第二峰值放大器11的放大器類型、偏置電壓、柵極寬度等來實(shí)現(xiàn)第二峰值 放大器11的導(dǎo)出的目標(biāo)傳遞特性，從而最終獲得包括兩個峰值放大器并近似如曲線83所 表示的理想平方律特性的多爾蒂放大器。圖6示意性地示出了根據(jù)實(shí)施例的組合放大器la。組合放大器Ia包括輸入部分 35、放大器部分37和輸出部分39。輸入部分35包括組合放大器輸入端子3a，可以將輸入 信號提供給組合放大器輸入端子3a以供組合放大器Ia進(jìn)行放大，從而在輸出部分39中包 含的組合放大器輸出端子如處產(chǎn)生輸出信號。放大器部分37包括半導(dǎo)體襯底41，主放大 器7、第一放大器9和第二放大器11集成在該半導(dǎo)體襯底41上。將提供給輸入端子3a的 輸入信號經(jīng)由電容器C和接合線45提供給載波放大器輸入端子13a，載波放大器13a由通 過C連接在端子13a和接地層之間的串聯(lián)L(線4 來合適地調(diào)諧。此外，接合線47和49 將來自組合放大器輸入端子3a的輸入信號提供給第一峰值放大器輸入端子17a和第二峰 值放大器輸入端子21a。因此，接合線47和49形成四分之一波長傳輸線以將輸入信號的 相移90°。載波放大器7包括載波放大器輸出端子15a，載波放大器輸出端子1 經(jīng)由接 合線51連接至支撐接合焊盤52，支撐接合焊盤52經(jīng)由接合線53連接至第一峰值放大器9 的端子，在第一峰值放大器9的該端子處，線51和53與載波和峰值器件的輸出電容一起作 為輸出阻抗變換器(或所謂的多爾蒂組合器)的電感。為了圖示而將該多爾蒂組合器描述 為最簡單的解決方案，但可以通過任何其他已知的合適方式來實(shí)施該多爾蒂組合器。從圖6明顯可知，第一峰值放大器輸出端子19a和第二峰值放大器輸出端子23a 被布置在公共金屬條陽處。接合線51和53 —起形成傳輸線的集總元件CLC模擬的電感， 以對載波放大器7的輸出信號進(jìn)行阻抗變換。此為，第一峰值放大器輸出端子19a和第二 峰值放大器輸出端子23a通過接合線59和57連接至區(qū)域Ci，區(qū)域Ci與接合線59和57 — 起形成電感Li與電容器Ci之間的串聯(lián)，如圖3中以模擬方式所示。最終，將合成的輸出信號提供給組合放大器輸出端子如。 應(yīng)注意，術(shù)語“包括”并不排除其他元件或步驟。此外，結(jié)合不同實(shí)施例所描述的 元件可以相組合。還應(yīng)注意，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解為限制權(quán)利要求的范圍。
參考標(biāo)記
1，Ia
3, 3a
5, 5a
7,7a
9,9a
11，Ila
13，13a
15，15a
17，17a
19，19a
21,21a
23,23a
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43,45,47, 49,51,53, 57，59 55
70
71
72
73
74 60 61 62 63 65
組合放大器 組合放大器輸入端子 組合放大器輸出端子 載波放大器 第一峰值放大器 第二峰值放大器 載波放大器輸入端子 載波放大器輸出端子 第一峰值放大器輸入端子 第一峰值放大器輸出端子 第二峰值放大器輸入端子 第二峰值放大器輸出端子 輸入中點(diǎn) 輸出中點(diǎn) 第一轉(zhuǎn)換點(diǎn) 第二轉(zhuǎn)換點(diǎn) 合成曲線 輸入部分 放大部分 輸出部分 公共襯底
接合線
襯底上的金屬條 晶體管
晶體管的第一輸入端子 晶體管的第二輸入端子 晶體管的第一輸出端子 晶體管的第二輸出端子 傳統(tǒng)多爾蒂放大器 載波放大器 峰值放大器
傳統(tǒng)多爾蒂放大器輸入端子 傳統(tǒng)多爾蒂放大器輸出端子載波放大器的柵極 載波放大器的漏極 峰值放大器的柵極 峰值放大器的漏極
權(quán)利要求
1.一種組合放大器，包括組合放大器輸入端子(3，3a)；組合放大器輸出端子(5，5a)；載波放大器(7，7a)，具有載波放大器輸入端子(13，13a)和載波放大器輸出端子(15， 15a)；第一峰值放大器(9，9a)，具有第一峰值放大器輸入端子(17，17a)和第一峰值放大器 輸出端子(19，19a)；第二峰值放大器(11，11a)，具有第二峰值放大器輸入端子01，21a)和第二峰值放大 器輸出端子(23,23a)；輸入阻抗變換器(Lin)；以及輸出阻抗變換器(Lo)；其中，輸入阻抗變換器的一端連接至載波放大器輸入端子并且還連接至組合放大器輸 入端子，輸入阻抗變換器的另一端連接至與第一峰值放大器輸入端子和第二峰值放大器輸 入端子相連的輸入中點(diǎn)；輸出阻抗變換器的一端連接至載波放大器輸出端子，輸出阻抗變換器的另一端連接至 與第一峰值放大器輸出端子和第二峰值放大器輸出端子相連的輸出中點(diǎn)，并且還連接至組 合放大器輸出端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合放大器，其中向第一峰值放大器輸入端子施加第一偏置 電壓，向第二峰值放大器輸入端子施加第二偏置電壓，其中第二偏置輸入電壓比第一偏置 輸入電壓大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合放大器，其中載波放大器、第一峰值放大器以及第二 峰值放大器集成在公共半導(dǎo)體襯底Gl)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合放大器，其中輸入阻抗變換器和輸出阻抗變換器中的至 少一個包括接合線(47，49，51，53)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的組合放大器，其中襯底的橫向尺寸比施加給組合放大器 輸入端子的信號的波長小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組合放大器，其中第一峰值放大器輸 出端子和第二峰值放大器輸出端子連接至公共金屬條(55)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組合放大器，其中載波放大器、第一峰 值放大器和第二峰值放大器分別都包括由FET、JFET、MOSFET、LDMOS、GaN HEMT以及雙極結(jié) 晶體管構(gòu)成的組中的至少一個晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合放大器，其中第一峰值放大器的所述至少一個晶體管和 第二峰值放大器的所述至少一個晶體管是相同類型的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的組合放大器，其中第一峰值放大器的所述至少一個晶體 管的柵極寬度與第二峰值放大器的所述至少一個晶體管的柵極寬度不相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組合放大器，其中第一峰值放大器的 所述至少一個晶體管和第二峰值放大器的所述至少一個晶體管具有不同的閾值電壓，其中 第一峰值放大器的所述至少一個晶體管和第二峰值放大器的所述至少一個晶體管的柵極 在閾值電壓以上導(dǎo)通。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組合放大器，其中第一峰值放大器 的所述至少一個晶體管被適配為具有第一跨導(dǎo)，第二峰值放大器的所述至少一個晶體管被 適配為具有第二跨導(dǎo)，其中第二跨導(dǎo)比第一跨導(dǎo)大。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組合放大器，其中載波放大器的所述至少一個晶體管被適 配為具有載波跨導(dǎo)，其中載波跨導(dǎo)比第一跨導(dǎo)小。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的組合放大器，其中載波跨導(dǎo)、第一跨導(dǎo)、第二跨導(dǎo)、第一偏 置電壓以及第二偏置電壓使得提供給組合放大器輸出端子的輸出電流(Iout)取決于施加 給組合放大器輸入端子的輸入電壓(Vin)的平方。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組合放大器，其中第一峰值放大器輸 入端子和第二峰值放大器輸入端子經(jīng)由電容器(C2，C;3)連接至輸入中點(diǎn)05)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組合放大器，其中輸入中點(diǎn)、輸出中點(diǎn) 和載波輸出端子中的至少一個連接至LC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
提供了一種組合放大器(1，1a)，包括載波放大器(7，7a)以及第一峰值放大器(9，9a)和第二峰值放大器(11，11a)的串聯(lián)，該串聯(lián)具有與提供給載波放大器的輸入信號有關(guān)的相移輸入信號，其中可以通過獨(dú)立地調(diào)節(jié)載波放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器的傳遞特性來優(yōu)化組合放大器的傳遞特性。因此，與傳統(tǒng)多爾蒂放大器相比，組合放大器的線性度和/或效率可以提高。
文檔編號H03F1/32GK102098008SQ20101059316
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
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