變壓器輸入匹配的晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及RF功率晶體管，并且更具體地涉及針對(duì)RF功率晶體管的輸入匹配。
【背景技術(shù)】
[0002] 諸如LDM0S (橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體）晶體管的高功率RF晶體管具有顯著低 于50歐姆的輸入和輸出阻抗（高Q值阻抗），然而正常RF電路必須匹配到50歐姆。為了 實(shí)現(xiàn)阻抗匹配到50歐姆，通常將RF晶體管設(shè)計(jì)為在晶體管的輸入和輸出具有集成在封裝 后的晶體管中的匹配電路。匹配網(wǎng)絡(luò)有助于減少封裝后的晶體管的Q值，使得其更容易匹 配到50歐姆。典型地，阻抗的改善只能在狹窄的頻率范圍內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)。另外，匹配網(wǎng)絡(luò)有助 于塑造晶體管和放大器的頻率響應(yīng)，從而使得在期望的操作頻率處具有高增益而抑制在該 頻率范圍之外的增益。典型地，在低頻率處的增益沒有充分地得到抑制，并且在低頻率處能 夠具有高的正向電壓增益沖擊（bump)，該正向電壓增益沖擊導(dǎo)致放大器的不穩(wěn)定性、耐用 性和線性校正的問題。除了晶體管的增益響應(yīng)，放大器在低頻率處的最大可用增益（Gmax) 在沒有恰當(dāng)?shù)氐玫揭种茣r(shí)也可以導(dǎo)致穩(wěn)定性、耐用性和校正問題。這對(duì)于其中輸入到晶體 管的信號(hào)為數(shù)個(gè)高頻率調(diào)（例如2. 0GHz和2. 1GHz調(diào)）的復(fù)合調(diào)制的RF晶體管應(yīng)用來說 尤其成問題，該數(shù)個(gè)高頻率調(diào)的混合導(dǎo)致在低頻率（在該實(shí)例中為100MHz)處由低頻率正 向電壓增益沖擊所放大的信號(hào)。
[0003] 在一個(gè)常規(guī)的實(shí)施方式中，RF晶體管在輸入處與低通LCL網(wǎng)絡(luò)匹配。這一網(wǎng)絡(luò)在 具體頻率范圍上將晶體管的輸入阻抗匹配到較低的Q值。然而，低通網(wǎng)絡(luò)并不抑制晶體管 的低頻響應(yīng)，并且因而最大可用增益在低頻率處保持為高，這導(dǎo)致穩(wěn)定性、耐用性和線性校 正的問題。晶體管的增益響應(yīng)還表現(xiàn)出低頻率處的高正向電壓增益沖擊。
[0004] 在另一個(gè)常規(guī)的實(shí)施方式中，晶體管輸入與低通LCL網(wǎng)絡(luò)匹配并且輸出與端接在 阻隔電容器上的高通分流L網(wǎng)絡(luò)匹配，該阻隔電容器具有通過LR網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接的低頻旁路 電容器。低頻旁路電容器對(duì)于源和負(fù)載匹配到50歐姆的情況降低在低頻率處的正向電壓 增益沖擊。然而，這一實(shí)施方式并不抑制低頻率處的最大可用增益，因此當(dāng)源和/或負(fù)載與 50歐姆失去匹配時(shí)，低頻處的高增益導(dǎo)致穩(wěn)定性、耐用性和線性校正的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明的RF功率晶體管封裝的一個(gè)實(shí)施例，RF功率晶體管封裝包括輸入引 線、輸出引線、和RF功率晶體管，該RF功率晶體管具有柵極、漏極和在RF功率晶體管被配 置為針對(duì)其操作的RF頻率范圍之上的限定的增益。RF功率晶體管封裝還包括變壓器，該變 壓器將RF功率晶體管的柵極與輸入引線電隔離并且感應(yīng)耦合。變壓器被配置為阻斷RF功 率晶體管的RF頻率范圍之下的信號(hào)并且使RF功率晶體管的RF頻率范圍之內(nèi)的信號(hào)通過。 RF功率晶體管封裝還包括DC饋電端子，以用于向RF功率晶體管的柵極提供DC偏壓。
[0006] 根據(jù)RF功率晶體管封裝的另一個(gè)實(shí)施例，RF功率晶體管封裝包括輸入引線、輸出 引線、和RF功率晶體管，該RF功率晶體管具有輸入、輸出、輸入阻抗、輸出阻抗、和在RF功 率晶體管被配置為針對(duì)其操作的RF頻率范圍之上的限定的增益。RF功率晶體管封裝還包 括輸出匹配電路、變壓器和DC饋電端子。輸出匹配電路將RF功率晶體管的輸出電耦合到 輸出引線，并且被配置為使RF功率晶體管的輸出阻抗匹配到在輸出引線處在RF功率晶體 管的RF頻率范圍之上看過去的阻抗。輸出匹配電路使得RF功率晶體管的增益響應(yīng)在RF 功率晶體管的RF頻率范圍之下的頻率處具有低頻正向電壓增益沖擊。變壓器將RF功率晶 體管的輸入與輸入引線電隔離并且感應(yīng)耦合，并且被配置為具有RF功率晶體管的RF頻率 范圍之下的頻率的信號(hào)，使得低頻信號(hào)不被低頻正向電壓增益沖擊所放大。DC饋電端子向 RF功率晶體管的輸入提供DC偏壓。
[0007] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將通過閱讀下面的詳細(xì)描述以及查看附圖而認(rèn)識(shí)到附加特征和 優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0008] 附圖中的元件不一定是相對(duì)于彼此按比例繪制。相同的標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的相似部 分。示出的各種實(shí)施例的特征可以相互結(jié)合，除非它們彼此排除。實(shí)施例在附圖中描繪并 在下面的描述中詳述。
[0009] 圖1示出了在晶體管的輸入處具有變壓器的封裝后的RF功率晶體管的實(shí)施例的 示意圖。
[0010] 圖2和圖3示出了接線的感應(yīng)耦合行為。
[0011] 圖4,其包括圖4A和圖4B，示出了在晶體管的輸入處具有從鍵合接線形成的變壓 器的RF功率晶體管封裝的實(shí)施例的不同視圖。
[0012] 圖5為示出作為鍵合接線間隔的函數(shù)的、圖4中的變壓器的互感耦合系數(shù)的曲線 圖。
[0013] 圖6為示出作為鍵合接線間隔的函數(shù)的、圖4中的變壓器的最小插入損耗的曲線 圖。
[0014] 圖7,其包括圖7A和圖7B，示出了在晶體管的輸入處具有從鍵合接線形成的變壓 器的RF功率晶體管封裝的另一個(gè)實(shí)施例的不同視圖。
[0015] 圖8,其包括圖8A和圖8B，示出了在晶體管的輸入處具有從鍵合接線形成的變壓 器的RF功率晶體管封裝的又一個(gè)實(shí)施例的不同視圖。
[0016] 圖9,其包括圖9A和圖9B，示出了在晶體管的輸入處具有從鍵合接線形成的變壓 器的RF功率晶體管封裝的再一個(gè)實(shí)施例的不同視圖。
[0017] 圖10為示出在晶體管的輸入處具有變壓器的相比于在輸入處不具有變壓器的RF 功率晶體管的正向電壓增益的曲線圖。
[0018] 圖11為示出在晶體管的輸入處具有變壓器的相比于在輸入處不具有變壓器的RF 功率晶體管的最大可用增益的曲線圖。
[0019] 圖12示出了具有在晶體管的輸入處的從鍵合接線形成的變壓器并且具有用于向 晶體管的柵極提供DC偏置的DC饋電端子的RF功率晶體管封裝的一個(gè)實(shí)施例的從上向下 的平面視圖。
[0020] 圖13示出了具有在晶體管的輸入處的從鍵合接線形成的變壓器并且具有用于向 晶體管的柵極提供DC偏置的DC饋電端子的RF功率晶體管封裝的另一個(gè)實(shí)施例的從上向 下的平面視圖。
[0021] 圖14至圖16示出了與RF功率晶體管封裝的輸入變壓器的鍵合接線一起使用的 分段的輸入電容器的不同實(shí)施例的從上而下的平面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 根據(jù)本文描述的實(shí)施例，變壓器原理被用在RF功率晶體管的輸入處以匹配輸入 阻抗，并創(chuàng)建抑制低頻增益的高通頻率響應(yīng)。在變壓器中，在初級(jí)（P)繞組中的變化的交流 電流產(chǎn)生變化的磁通量，該磁通量在次級(jí)（S)繞組中感應(yīng)出變化的電壓。在低頻和DC情況 下，封裝的輸入引線通過僅在高頻下有效地工作的變壓器，與RF功率晶體管的輸入（柵極） 隔離，從而該變壓器形成高通網(wǎng)絡(luò)。這一配置有效地降低并抑制了低頻處的最大可用增益 和正向電壓（S21)增益沖擊兩者。在封裝的輸入引線處的阻抗不再依賴于RF功率晶體管 的輸入阻抗，而是依賴于初級(jí)繞組的電特性。
[0023] 通過有效地抑制低頻處的最大可用增益，封裝后的RF功率晶體管展示出低頻處 的低增益，即使是在源或負(fù)載阻抗隨機(jī)地與50歐姆不匹配時(shí)。這改善了晶體管的高失配 (高VSWR-電壓駐波比（Voltage Standing Wave Ratio))耐用性測(cè)試上的耐用性。典型 地，耐用性測(cè)試在高VSWR(例如10:1VSR)時(shí)進(jìn)行。另外，在一些放大器架構(gòu)諸如Doherty 放大器中，由放大器看到的負(fù)載阻抗可能變化顯著遠(yuǎn)離50歐姆。本文描述的變壓器實(shí)施例 能夠提高放大器的耐用性、穩(wěn)定性和線性化能力，即使在源和負(fù)載阻抗在例如Doherty應(yīng) 用的情形中高度失配時(shí)。
[0024] 圖1示出了封裝后的RF功率晶體管（PT)的電路原理圖，該P(yáng)T諸如為具有柵極 (G)、源極⑶和漏極⑶的LDM0S晶體管。柵極是RF功率晶體管的輸入，并且漏極是晶體 管的輸出。RF功率晶體管具有限定的增益響應(yīng)，諸如在RF功率晶體管被配置的操作RF頻 率范圍之上的最大可用增益或S21增益。"S21增益"是對(duì)應(yīng)于響應(yīng)于通過電信號(hào)的穩(wěn)態(tài)刺 激的RF功率晶體管的正向電壓增益的散射或S-參數(shù)。針對(duì)雙端口設(shè)備的其他典型的散射 或S-參數(shù)包括S11 (輸入端口電壓反射系數(shù)）、S12 (反向電壓增益）、和S22 (輸出端口電 壓反射系數(shù)）。
[0025] RF功率晶體管的低頻截止限定了 RF功率晶體管被配置的操作RF頻率范圍的低轉(zhuǎn) 角。例如，RF功率晶體管可以具有為1. 5GHz、l. 6GHz、2. 0GHz、2. 6GHz、3. 5GHz等的低頻截 止，取決于晶體管被設(shè)計(jì)的應(yīng)用類型。RF功率晶體管的低頻截止可以向下延伸至1.0GHz， 甚至低到700MHz，這取決于應(yīng)用。
[0026] 在每一種情況下，變壓器（Tfmr)將RF功率晶體管的柵極與封裝的輸入引線（IN) 電隔離并且感應(yīng)耦合。變壓器阻斷低于RF功率晶體管的RF頻率范圍的信號(hào)，并且使得RF 功率晶體管的RF頻率范圍之內(nèi)的信號(hào)通過。因此，變壓器形成了 RF功率晶體管的輸入處 的高通網(wǎng)絡(luò)。這一由變壓器形成的高通網(wǎng)絡(luò)可以用來匹配輸入阻抗，并創(chuàng)建抑制低頻增益 的高通頻率響應(yīng)。因?yàn)樽儔浩鞒洚?dāng)高通濾波器，從而提供了寬帶范圍之上的輸入匹配。這 一感應(yīng)耦合配置對(duì)于這樣的應(yīng)用而言尤其有用：其中輸入到RF功率晶體管的信號(hào)是如同 幾個(gè)高頻音調(diào)（例如，2. 0GHz和2. 1GHz音調(diào)）的復(fù)合調(diào)制，該幾個(gè)高頻音調(diào)的混合導(dǎo)致低 頻信號(hào)（例如，在本示例中為100MHz)。變壓器阻斷這些低頻信號(hào)使其不輸入到RF功率晶 體管，防止不希望的低