專利名稱：內(nèi)含分布式電容的功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于有線或無(wú)線通訊裝置中的功率放大器集成電路，尤其涉及一種內(nèi)含分布式電容(distributed capacitor)的功率放大器集成電路。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，功率放大器集成電路已被廣泛應(yīng)用于各種有線或無(wú)線通訊裝置中，而一些內(nèi)含異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(heterojunction bipolar transistors)的功率放大器集成電路可運(yùn)行在高結(jié)溫(junction temperatures)的環(huán)境中。然而，高結(jié)溫會(huì)降低功率放大器集成電路的可靠度，進(jìn)而限制功率放大器集成電路在運(yùn)行時(shí)所能承受的最大電流、當(dāng)然也同樣限制了功率放大器集成電路運(yùn)行時(shí)所能承受的最高功率。
當(dāng)功率放大器集成電路內(nèi)的電流相當(dāng)大時(shí)，功率放大器集成電路會(huì)因?yàn)槠鋬?nèi)發(fā)射極電流或熱能的不規(guī)則分布引發(fā)熱失控(thermal runaway)，而使得其內(nèi)的發(fā)射極處所導(dǎo)通的電流不斷增加，直到整個(gè)功率放大器集成電路被燒壞為止。因此，功率放大器集成電路的壽命(life and mean time to failure，MTTF)將因其內(nèi)的高功率而縮短。若要功率放大器集成電路能運(yùn)行在高溫環(huán)境中，則非加大其體積不可。
請(qǐng)參考圖1，圖1為現(xiàn)有的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管功率放大器10的等效電路圖。功率放大器10包括多個(gè)手指狀的發(fā)射極與基極。功率放大器10的等效電路包括多個(gè)晶體管12a-12c、多個(gè)用來(lái)確保晶體管12a-12c在功率放大器10內(nèi)的電流相當(dāng)大時(shí)仍能穩(wěn)定運(yùn)行的鎮(zhèn)流電阻(ballastingresistors)14a-14c、以及多個(gè)分別與多個(gè)鎮(zhèn)流電阻14a-14c并聯(lián)的旁路電容(bypass capacitor)16a-16c。功率放大器10還包括一用來(lái)輸入射頻輸入訊號(hào)的輸入節(jié)點(diǎn)18及一直流電壓、以及一集電極節(jié)點(diǎn)20，功率放大器10的輸出訊號(hào)則分別由晶體管12a-12c的集電極處、也就是集電極節(jié)點(diǎn)20處輸出。功率放大器10的更詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參考發(fā)明人為Khatibzadeh等人的美國(guó)專利第5,321,279號(hào)。雖然鎮(zhèn)流電阻14a-14c可使功率放大器10內(nèi)的晶體管12a-12c的運(yùn)行較為穩(wěn)定，但不可避免的是，鎮(zhèn)流電阻14a-14c降低了功率放大器10的整體增益(overall gain)。
請(qǐng)參考圖2，圖2為美國(guó)專利第5,629,648號(hào)中Pratt所公開(kāi)的功率放大器30的電路圖。與功率放大器10相似，功率放大器30也包括多個(gè)晶體管32a-32c、多個(gè)鎮(zhèn)流電阻34a-34c、及多個(gè)旁路電容36a-36c。而與功率放大器10不同的是，功率放大器30由不同的節(jié)點(diǎn)處、即節(jié)點(diǎn)38及節(jié)點(diǎn)39處，分別輸入射頻訊號(hào)及直流電壓，而功率放大器30相關(guān)的輸出訊號(hào)則由節(jié)點(diǎn)40處輸出。然而，功率放大器30內(nèi)旁路電容36a-36c的使用不僅沒(méi)有效率，旁路電容36a-36c的使用還會(huì)增加功率放大器30電路布局的復(fù)雜程度。
一般而言，現(xiàn)有的功率放大器以犧牲增益為代價(jià)來(lái)增加電路運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定度，然而，如此的作法是非常沒(méi)有效率的。不僅如此，現(xiàn)有的功率放大器的電路布局也是非常沒(méi)有效率的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能克服上述缺點(diǎn)的內(nèi)含分布式電容的功率放大器。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的功率放大器集成電路包括多個(gè)內(nèi)含一基極的晶體管、多個(gè)與上述晶體管對(duì)應(yīng)的鎮(zhèn)流電阻、以及一電容。其中，每一鎮(zhèn)流電阻的一端與其相對(duì)應(yīng)的晶體管的基極連接，另一端則連接至一直流節(jié)點(diǎn)；上述電容的一端連接至一射頻節(jié)點(diǎn)，而該電容的另一端則與上述多個(gè)晶體管的基極連接。
本發(fā)明功率放大器集成電路內(nèi)的多個(gè)晶體管是異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中上述電容的電容值為較大的值，如此才能確保從射頻節(jié)點(diǎn)處所輸入的射頻輸入訊號(hào)的耗損不致太大。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于上述電容可提供上述射頻輸入訊號(hào)另一不同的傳輸路徑，以使該射頻輸入訊號(hào)的耗損不致太大。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于上述電容所提供的電容量平均分布在上述多個(gè)晶體管的基極上。


圖1為現(xiàn)有的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管功率放大器的等效電路圖；圖2為另一現(xiàn)有的功率放大器的電路圖；圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的功率放大器電路圖；圖4為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的功率放大器電路布局圖。
附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明10、30、50、70 功率放大器12a、12b、12c 晶體管14a、14b、14c 穩(wěn)流電阻 16a、16b、16c 旁路電容18 輸入節(jié)點(diǎn) 20、60 集電極節(jié)點(diǎn)2a、32b、32c晶體管34a、34b、34c 穩(wěn)流電阻36a、36b、36c 旁路電容 38、39、40、59 節(jié)點(diǎn)52a、52b、52n 晶體管54a、54b、54n 穩(wěn)流電阻56、86 電容 58 射頻節(jié)點(diǎn)72 基極 74 發(fā)射極76 集電極78 直流路徑80 穩(wěn)流電阻群82 節(jié)點(diǎn)84 射頻路徑 86a、86b 金屬薄層具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖3，圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的功率放大器50的電路圖。功率放大器50包括多個(gè)異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管52a-52n，每一晶體管52a、52b、或52n皆分別包括手指狀的發(fā)射極及手指狀的基極。功率放大器50內(nèi)所包括的晶體管數(shù)量并不限于圖3中所示的三個(gè)，本發(fā)明的功率放大器50可包括三個(gè)以下或三個(gè)以上的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管。功率放大器50還包括多個(gè)鎮(zhèn)流電阻54a-54n，每一鎮(zhèn)流電阻54a-54n皆分別對(duì)應(yīng)于一晶體管52a-52n，鎮(zhèn)流電阻54a-54n用來(lái)確保晶體管52a-52n在功率放大器50內(nèi)的電流或功率相當(dāng)大時(shí)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。功率放大器50還包括一電容56用來(lái)將一射頻訊號(hào)從一射頻節(jié)點(diǎn)58耦合至多個(gè)晶體管52a-52n的基極。電容56的電容值相當(dāng)大，如此才能將從射頻節(jié)點(diǎn)58處所輸入的射頻訊號(hào)的耗損降至最低。功率放大器50還包括一節(jié)點(diǎn)59，直流電壓從節(jié)點(diǎn)59處并經(jīng)由鎮(zhèn)流電阻54a-54n而輸入至晶體管52a-52n的基極。功率放大器50還包括一集電極節(jié)點(diǎn)60，功率放大器50的輸出訊號(hào)從集電極節(jié)點(diǎn)60處輸出。
當(dāng)功率放大器50處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，直流電壓從節(jié)點(diǎn)59處并經(jīng)由各鎮(zhèn)流電阻54a-54n輸入至每一晶體管52a-52n的基極，而射頻訊號(hào)則從節(jié)點(diǎn)58處并經(jīng)由電容56耦合至每一晶體管52a-52n的基極。由于電容56的高電容值特性及上述射頻訊號(hào)并不會(huì)經(jīng)由鎮(zhèn)流電阻54a-54n輸入至每一晶體管52a-52n的基極，所以大部分的射頻訊號(hào)皆能輸入至每一晶體管52a-52n的基極。經(jīng)過(guò)功率放大器50的放大作用后的射頻訊號(hào)從集電極節(jié)點(diǎn)60處輸出。
一般而言，功率放大器50對(duì)于其內(nèi)每一鎮(zhèn)流電阻54a-54n的電阻值并沒(méi)有特別的要求，只要鎮(zhèn)流電阻54a-54n能使晶體管52a-52n的發(fā)射極溫度盡可能一致且穩(wěn)定即可。但功率放大器50內(nèi)電容56的電容值則必需相當(dāng)大，以盡可能地將上述射頻訊號(hào)的耗損降至最低。
需特別注意的是，與晶體管52a-52n并聯(lián)的電阻54a-54n在電氣特性上雖可視為一電連接于晶體管52a-52n的具有較小電阻值的等效電阻。然而，每一個(gè)晶體管52a-52n最好還是各具有一專屬的電阻，以用來(lái)穩(wěn)定因每一晶體管52a-52n的不同基極-發(fā)射極電壓所產(chǎn)生的熱。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中每一晶體管皆對(duì)應(yīng)一鎮(zhèn)流電阻。
在實(shí)際應(yīng)用中，功率放大器50是設(shè)置于一集成電路上，多個(gè)晶體管52a-52n(異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管)、多個(gè)鎮(zhèn)流電阻54a-54n、乃至于電容56皆可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的集成電路制造程序被設(shè)置于該集成電路上。
請(qǐng)參考圖4，圖4為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中一功率放大器70的電路布局圖。功率放大器70包括多個(gè)異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，每一晶體管皆包括一基極72、一發(fā)射極74、及一集電極76。圖4中，一直流路徑78包括多個(gè)鎮(zhèn)流電阻群80，直流路徑78用于將一施加在多個(gè)節(jié)點(diǎn)82上的直流電壓輸入至上述多個(gè)晶體管的基極72。圖4中，一射頻路徑84用來(lái)將射頻訊號(hào)耦合至一電容86，電容86是由設(shè)置于功率放大器70中不同層的兩片矩形金屬薄層86a、86b組成。圖4中的功率放大器70用來(lái)顯示如何將圖3中的功率放大器50具體化。
鎮(zhèn)流電阻群80中的每一鎮(zhèn)流電阻的阻值皆可依據(jù)功率放大器70的特定設(shè)計(jì)參數(shù)而定。同樣，矩形金屬薄層86a、86b也可依據(jù)電容86的實(shí)際電路設(shè)計(jì)需要而定。
圖4中所示的功率放大器70的布局圖可有效地提高功率放大器的制作效率及顯著地改善功率放大器的散熱特性。尤其值得注意的是，功率放大器70的布局方式更可使上述多個(gè)晶體管的發(fā)射極74得以規(guī)律地排列。此外，如此的布局方式更可藉由放置多個(gè)背面接點(diǎn)(backside vias)之類的散熱裝置，將功率放大器70運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的高熱量快速地散發(fā)出去。因此，本發(fā)明的功率放大器集成電路70較現(xiàn)有的功率放大器集成電路能處理更大量的熱能。
功率放大器70的運(yùn)行與功率放大器50的運(yùn)行完全相同。
與現(xiàn)有的功率放大器相比，本發(fā)明的功率放大器內(nèi)包括一電容，該電容與多個(gè)異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基極連接，該電容的電容值相當(dāng)大，以使輸入于功率放大器的射頻訊號(hào)的耗損減至最低。與上述電容同等重要的是，本發(fā)明功率放大器的電路布局方式為本發(fā)明功率放大器提供了良好的散熱特性。與現(xiàn)有的功率放大器比較，本發(fā)明的功率放大器的運(yùn)行效率更高、制造成本更低、制造時(shí)間更短。
以上僅對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式作了說(shuō)明，凡依照本發(fā)明的構(gòu)思作出的等同變化與修飾，皆應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器集成電路，包括多個(gè)晶體管，每一晶體管皆包括一基極；分別對(duì)應(yīng)于上述多個(gè)晶體管的多個(gè)鎮(zhèn)流電阻(ballast resistor)，每一鎮(zhèn)流電阻皆包括一第一端及一第二端，上述第一端連接于其相對(duì)應(yīng)的晶體管的基極；一連接于上述多個(gè)鎮(zhèn)流電阻的第二端的直流節(jié)點(diǎn)；一用來(lái)接收射頻輸入訊號(hào)的射頻節(jié)點(diǎn)；以及一電容，其包括一第三端及一第四端，上述第三端與上述射頻節(jié)點(diǎn)相連，上述第四端與上述多個(gè)晶體管中至少兩個(gè)晶體管的基極相連。
2.如權(quán)利要求1所述的功率放大器集成電路，其中上述多個(gè)晶體管均為異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(heterojunction bipolar transistor，HBT)。
3.如權(quán)利要求1所述的功率放大器集成電路，其中上述電容的電容值大到足以使上述射頻節(jié)點(diǎn)上的射頻輸入訊號(hào)經(jīng)由該功率放大器集成電路的訊號(hào)流失量非常低。
4.如權(quán)利要求1所述的功率放大器集成電路，其中上述電容包括二片分別位于一半導(dǎo)體中不同層的金屬層區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的功率放大器集成電路，其中上述多個(gè)鎮(zhèn)流電阻被設(shè)定成使上述多個(gè)晶體管的多個(gè)發(fā)射極的溫度盡可能一致且穩(wěn)定。
6.如權(quán)利要求1所述的功率放大器集成電路，其中該電路用于一有線或一無(wú)線裝置中。
7.如權(quán)利要求1所述的功率放大器集成電路，其中該電路用于一移動(dòng)電話中。
8.一種功率放大器集成電路，其包括多個(gè)晶體管，每一晶體管皆包括一基極；分別對(duì)應(yīng)于上述多個(gè)晶體管的多個(gè)鎮(zhèn)流電阻，每一鎮(zhèn)流電阻皆包括一第一端及一第二端，上述第一端連接于與其相對(duì)應(yīng)的晶體管的基極；一與上述多個(gè)鎮(zhèn)流電阻的第二端相連的直流節(jié)點(diǎn)；一用來(lái)提供射頻輸入訊號(hào)的射頻節(jié)點(diǎn)；以及一電容，其包括一第三端及一第四端，上述第三端連接于上述射頻節(jié)點(diǎn)，上述第四端連接于上述多個(gè)晶體管的多個(gè)基極。
9.如權(quán)利要求8所述的功率放大器集成電路，其中上述多個(gè)晶體管均為異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管。
10.如權(quán)利要求8所述的功率放大器集成電路，其中上述電容的電容值大到足以使上述射頻節(jié)點(diǎn)上的射頻輸入訊號(hào)經(jīng)由該功率放大器集成電路的訊號(hào)流失量非常低。
11.如權(quán)利要求8所述的功率放大器集成電路，其中上述電容包括二片分別位于一半導(dǎo)體中不同層的金屬區(qū)域。
12.如權(quán)利要求8所述的功率放大器集成電路，其中上述多個(gè)鎮(zhèn)流電阻被設(shè)定成使上述多個(gè)晶體管的多個(gè)發(fā)射極的溫度盡可能一致且穩(wěn)定。
13.如權(quán)利要求1所述的功率放大器集成電路，其中該電路用于一有線或一無(wú)線裝置中。
14.如權(quán)利要求1所述的功率放大器集成電路，其中該電路用于一移動(dòng)電話中。
15.一種半導(dǎo)體裝置，包括一半導(dǎo)體基底；一用來(lái)接收一直流電壓的直流節(jié)點(diǎn)；一用來(lái)接收一射頻輸入訊號(hào)的射頻節(jié)點(diǎn)；形成于上述半導(dǎo)體基底上的多個(gè)晶體管，每一晶體管皆包括一基極；形成于上述半導(dǎo)體基底上且分別對(duì)應(yīng)于上述多個(gè)晶體管的多個(gè)鎮(zhèn)流電阻，每一鎮(zhèn)流電阻皆包括一第一端及一第二端，上述第一端連接在與其相對(duì)應(yīng)的晶體管的基極上，而上述第二端連接在上述直流節(jié)點(diǎn)上；以及一形成于上述半導(dǎo)體基底上的電容，該電容包括一第三端及一第四端，上述第三端連接于上述射頻節(jié)點(diǎn)，上述第四端連接于上述多個(gè)基極中至少兩個(gè)基極。
16.如權(quán)利要求15所述的功率放大器集成電路，其中上述多個(gè)晶體管皆是異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管。
17.如權(quán)利要求15所述的功率放大器集成電路，其中上述電容包括二片分別位于上述半導(dǎo)體裝置中不同層的金屬層區(qū)域。
18.如權(quán)利要求15所述的功率放大器集成電路，其中上述電容包括一設(shè)置于一第一層的第一金屬層、及一設(shè)置于一第二層的第二金屬層，上述第二層相異于上述第一層，上述鎮(zhèn)流電阻的第一端在上述第一金屬層處連接于對(duì)應(yīng)的晶體管的基極，而上述電容的第四端在上述第二金屬層處連接于上述多個(gè)基極中至少兩個(gè)基極。
19.如權(quán)利要求15所述的功率放大器集成電路，該電路還包括另外的多個(gè)晶體管及鎮(zhèn)流電阻、以及對(duì)應(yīng)的電容，其中多組由一電容及等量的晶體管及鎮(zhèn)流電阻所形成的元件組構(gòu)成一功率放大器集成電路。
20.如權(quán)利要求15所述的功率放大器集成電路，其中每一元件組皆包括四個(gè)晶體管、四個(gè)鎮(zhèn)流電阻、及一個(gè)電容。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種功率放大器集成電路，其包括多個(gè)內(nèi)含一基極的晶體管、多個(gè)與上述晶體管對(duì)應(yīng)的鎮(zhèn)流電阻、以及一電容。其中，每一鎮(zhèn)流電阻的一端與其相對(duì)應(yīng)的晶體管的基極連接，另一端則連接至一直流節(jié)點(diǎn)。上述電容的一端連接至一射頻節(jié)點(diǎn)，而該電容的另一端則與上述多個(gè)晶體管的基極連接。
文檔編號(hào)H03F3/68GK1481073SQ03145879
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月23日
發(fā)明者趙鎮(zhèn)旭, 薛紅喜 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司