專利名稱：高頻功率放大器的電學(xué)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠有效地應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)比如蜂窩電話中使用的、其中結(jié)合有高頻功率放大器和提供工作電壓的電源電路的電學(xué)部件的技術(shù)。所述功率放大器用于放大和輸出高頻發(fā)射信號(hào)。具體地，本發(fā)明涉及能夠有效地應(yīng)用于配置無(wú)線通信系統(tǒng)的高頻功率放大器的電學(xué)部件的技術(shù)，所述無(wú)線通信系統(tǒng)中，單獨(dú)地執(zhí)行發(fā)射信號(hào)的相位調(diào)制和幅度調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻功率放大器中的幅度調(diào)制的控制。
背景技術(shù)：
一般，放大被調(diào)制的信號(hào)的高頻功率放大器被結(jié)合在無(wú)線通信設(shè)備(移動(dòng)通信設(shè)備)比如蜂窩電話的發(fā)射端的輸出部件中。為了根據(jù)基帶電路或者控制電路比如微處理器所需的發(fā)射水平來(lái)控制高頻功率放大器的增益，提供了檢測(cè)天線的輸出水平的輸出功率檢測(cè)器或者高頻功率放大器，以基于輸出電平指示信號(hào)Vramp和來(lái)自輸出功率檢測(cè)器的檢測(cè)到的輸出來(lái)控制功率放大器的增益(見(jiàn)專利文獻(xiàn)1)。
作為蜂窩電話中最近的通信系統(tǒng)之一，有一種GSM(全球數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng))蜂窩電話，其使用GMSK調(diào)制來(lái)調(diào)制發(fā)射信號(hào)。除了GMSK(高斯最小移動(dòng)鍵控，Gaussian Minimum Shift Keying)調(diào)制模式外，即將投入實(shí)際應(yīng)用的還有稱為EDGE(Enhanced Data Ratesfor GMS Evolution，GSM發(fā)展的增強(qiáng)數(shù)據(jù)率)的系統(tǒng)的蜂窩電話，其具有調(diào)制載波的幅度分量和相位分量的3π/8旋轉(zhuǎn)8-PSK(相移鍵控)調(diào)制模式，并在執(zhí)行通信的多個(gè)模式之間切換。
作為實(shí)現(xiàn)EDGE系統(tǒng)的3π/8旋轉(zhuǎn)8-PSK調(diào)制(此后稱為8PSK調(diào)制)的技術(shù)，有在功率放大器的前一級(jí)執(zhí)行相位調(diào)制、在功率放大器中執(zhí)行幅度調(diào)制的方法(極性環(huán)方法，polar loop method)，以及在功率放大器的前一級(jí)執(zhí)行相位調(diào)制和幅度調(diào)制的方法(Pin控制方法)。與極性環(huán)系統(tǒng)的蜂窩電話相關(guān)的發(fā)明在專利文獻(xiàn)2中有描述。
專利文獻(xiàn)1日本待審專利公開(kāi)No.2000-151310；專利文獻(xiàn)2日本待審專利公開(kāi)No.2004-007443。

發(fā)明內(nèi)容
在蜂窩電話領(lǐng)域，對(duì)于使系統(tǒng)小型化的電學(xué)部件有很高的需求，以降低尺寸。結(jié)合有放大和輸出發(fā)射信號(hào)的高頻功率放大器和提供工作電壓的電源電路的用于高頻功率放大器的電學(xué)部件(此后稱為RF功率模塊)并不特殊。為了使模塊更小，重要的是使IC(半導(dǎo)體集成電路)和部件(比如構(gòu)成模塊的器件)小型化，并減小部件之間的間隔。當(dāng)部件之間的間隔減小時(shí)，模塊中的溫度由于部件產(chǎn)生的熱而變得更高。
在構(gòu)成極性環(huán)系統(tǒng)(本發(fā)明的發(fā)明人試圖對(duì)其加以發(fā)展的系統(tǒng))的蜂窩電話的RF功率模塊中，安裝了產(chǎn)生的熱量較大的電源IC。電源IC中產(chǎn)生的熱被傳遞到構(gòu)成高頻功率放大器的放大晶體管芯片，從而提高了芯片溫度。顯然，從電源IC傳遞來(lái)的熱量加上最后一級(jí)放大晶體管本身所產(chǎn)生的熱，導(dǎo)致芯片溫度可能超過(guò)對(duì)PN結(jié)允許的值(芯片間距最初是根據(jù)所需的模塊尺寸確定的)。
作為防止芯片溫度上升的技術(shù)，可以考慮在模塊封裝組件中提供冷卻風(fēng)扇。提供這樣的風(fēng)扇會(huì)增大模塊的尺寸，妨礙裝有該模塊的蜂窩電話的小型化。提高模塊中的部件的封裝密度是沒(méi)有意義的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供用于高頻功率放大器的電學(xué)部件(RF功率模塊)，其能夠在內(nèi)部溫度高于預(yù)訂溫度時(shí)向外部輸出指示異常的信號(hào)，并降低溫度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于高頻功率放大器的電學(xué)部件(RF功率模塊)，其能夠即刻檢測(cè)出內(nèi)部溫度高于預(yù)定溫度并能在檢測(cè)器由于溫度上升而導(dǎo)致異常之前檢測(cè)到溫度異常，從而向外部發(fā)出指示。
結(jié)合附圖閱讀后面的說(shuō)明可以更加清楚本發(fā)明的上述以及其它目的和新穎特征。
下面描述在本申請(qǐng)中公開(kāi)的發(fā)明的代表性方面。
用于高頻功率放大器的電學(xué)部件(RF功率模塊)結(jié)合有作為包含放大晶體管、放大和輸出發(fā)射信號(hào)的半導(dǎo)體集成電路的高頻功率放大器和向該高頻功率放大器提供工作電壓的電源電路，其中，所述高頻功率放大器的工作電壓由基于幅度信息的控制信號(hào)控制，該電學(xué)部件包括設(shè)置在形成有放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上或者設(shè)置在形成有電源電路的半導(dǎo)體芯片上的溫度檢測(cè)裝置；設(shè)置在形成有所述溫度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體芯片或者不同的半導(dǎo)體芯片上的具有滯后特性的溫度檢測(cè)器，其向所述溫度檢測(cè)裝置施加偏壓，以在兩個(gè)參考電平比較所述裝置的狀態(tài)，當(dāng)判斷形成有所述溫度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體芯片的溫度高于預(yù)定溫度時(shí)向外部輸出指示異常的信號(hào)，并在判斷所述半導(dǎo)體芯片的溫度在低于所述預(yù)定溫度的第二預(yù)定溫度之下時(shí)向外部輸出指示正常的信號(hào)。
根據(jù)上述方案，當(dāng)產(chǎn)生大量熱的半導(dǎo)體芯片中的溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，向外部輸出指示異常的信號(hào)。外部控制器能夠降低該模塊的溫度。當(dāng)半導(dǎo)體芯片中的溫度低于第二預(yù)定溫度時(shí)，向模塊外部輸出指示正常的信號(hào)。外部控制器能夠?qū)⒃撃K返回正常操作。
所述溫度檢測(cè)器具有滯后特性。不會(huì)由于溫度的波動(dòng)而錯(cuò)誤地輸出指示異常/正常的信號(hào)。另外，所述溫度檢測(cè)器被形成在不同于設(shè)有所述溫度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體芯片上，在溫度檢測(cè)裝置指示異常溫度時(shí)，溫度檢測(cè)器的半導(dǎo)體芯片的溫度低于該溫度。溫度檢測(cè)器能夠正常工作。
優(yōu)選應(yīng)用本發(fā)明的RF功率模塊配置極性環(huán)系統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中，在高頻功率放大器的前一級(jí)執(zhí)行相位調(diào)制，在高頻功率放大器中執(zhí)行幅度調(diào)制，從而，基于幅度信息的控制信號(hào)是用于幅度調(diào)制的控制信號(hào)。本發(fā)明應(yīng)用于結(jié)合有向高頻功率放大器提供工作電壓的電源電路的RF功率模塊，其中，電源電路的輸出電壓受基于幅度信息的控制信號(hào)控制，以改變高頻功率放大器的工作電壓。可以獲得更為理想的效果。
最好，當(dāng)高頻功率放大器具有多個(gè)放大晶體管串聯(lián)的結(jié)構(gòu)時(shí)，將溫度檢測(cè)裝置設(shè)置在形成有最后一級(jí)放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上。在最后一級(jí)放大晶體管中流過(guò)的電流最大。芯片是第一個(gè)達(dá)到異常溫度的。指示模塊中的內(nèi)部溫度高于預(yù)定溫度的信號(hào)能夠立即被輸出到外部。
所述溫度檢測(cè)器形成在與形成有最后一級(jí)放大晶體管的半導(dǎo)體芯片不同的半導(dǎo)體芯片上以及形成有其它放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上。這可以減少構(gòu)成RF功率模塊的部件的數(shù)量，以使模塊更小。同樣，在這種情況下，電源電路最好形成在另外的不同的半導(dǎo)體芯片上。電源電路的產(chǎn)熱量低于或者大致等于最后一級(jí)放大晶體管。
下面簡(jiǎn)要描述在本申請(qǐng)中公開(kāi)的本發(fā)明的代表性方面所獲得的效果。
根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)一種用于高頻功率放大器的電學(xué)部件(RF功率模塊)，其能夠在內(nèi)部溫度高于預(yù)定溫度時(shí)向外部輸出指示異常的信號(hào)，并降低溫度。另外，根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)一種用于高頻功率放大器的電學(xué)部件(RF功率模塊)，其能夠即刻檢測(cè)出內(nèi)部溫度高于預(yù)定溫度，并能在溫度檢測(cè)器由于溫度上升而導(dǎo)致異常之前檢測(cè)出溫度異常，從而向外部予以指示。


圖1的框示了根據(jù)本發(fā)明具有溫度檢測(cè)器的RF功率模塊的一個(gè)實(shí)施例；
圖2的框示了根據(jù)該實(shí)施例的RF功率模塊中的控制電路和電源電路的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)；圖3的框示了根據(jù)該實(shí)施例的RF功率模塊中的溫度檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示例；圖4A的曲線示了根據(jù)該實(shí)施例的溫度檢測(cè)器中的溫度T和檢測(cè)電壓Va之間的關(guān)系；圖4B的曲線示了根據(jù)該實(shí)施例的溫度檢測(cè)器輸出的報(bào)警信號(hào)和溫度T之間的關(guān)系；圖5的框示了當(dāng)將本發(fā)明具有溫度檢測(cè)器的RF功率模塊應(yīng)用于EDGE系統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示例；圖6的電路圖示了根據(jù)該實(shí)施例的RF功率模塊的高頻功率放大器的具體電路結(jié)構(gòu)示例；圖7圖示了使用該實(shí)施例的RF功率模塊的GSM和DCS雙頻帶系統(tǒng)的整個(gè)蜂窩電話系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示例。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1圖示了本發(fā)明的具有溫度檢測(cè)器的RF功率模塊的一個(gè)實(shí)施例。在本說(shuō)明書(shū)中，一個(gè)模塊是這樣的電學(xué)部件在絕緣襯底比如陶瓷襯底上安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片和分立元件，所述襯底在其表面上和內(nèi)部設(shè)有印刷線路，從而由所述印刷線路或者焊線將所述元件連接起來(lái)，從而扮演預(yù)定的角色。
在不受特別限制的情況下，根據(jù)本實(shí)施例的RF功率模塊100被構(gòu)造為這樣的模塊其能夠放大GSM和DCS(數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，DigitalCellular System)兩個(gè)通信系統(tǒng)的頻帶中的發(fā)射信號(hào)，也就是，其對(duì)應(yīng)于雙頻帶。在GSM和DCS放大系統(tǒng)中，分別包括放大晶體管的三個(gè)放大級(jí)111、112和113串聯(lián)起來(lái)。RF功率模塊100具有基于從外部提供的輸出控制信號(hào)Vramp控制放大器111、112和113的增益(放大系數(shù))的控制電路120、溫度檢測(cè)器130和用于控制產(chǎn)生放大器111、112和113的工作電壓Vdd的工作電壓的電源電路140。
所述兩個(gè)系統(tǒng)的三個(gè)放大級(jí)111、112和113的前級(jí)一側(cè)的四個(gè)放大級(jí)111和112、控制電路120以及溫度檢測(cè)器130被形成為半導(dǎo)體芯片比如單晶硅上的半導(dǎo)體集成電路IC1。電源電路140形成為與之不同的半導(dǎo)體芯片上的半導(dǎo)體集成電路IC2。構(gòu)成最后放大級(jí)113的放大晶體管被分別形成為不同的半導(dǎo)體芯片上的半導(dǎo)體集成電路IC3和IC4。
盡管圖1沒(méi)有圖示，但是，由分立元件構(gòu)成的用于切斷被放大的高頻發(fā)射信號(hào)的直流分路的電容器器件、用于阻抗匹配的電容器器件以及電感器件可以作為外部元件，連接在RF功率模塊100中的發(fā)射信號(hào)的輸入端子IN1和IN2以及第一放大級(jí)111之間，以及各放大級(jí)之間。使用形成在模塊的絕緣襯底上的微帶線的阻抗匹配電路被設(shè)置在最后放大級(jí)113和輸出端子OUT1和OUT2之間。
圖2圖示了根據(jù)該實(shí)施例的RF功率模塊100中的電源電路140和控制電路120的示意結(jié)構(gòu)。
根據(jù)該實(shí)施例，電源電路140由能夠流過(guò)較大電流的PNP雙極晶體管Qp構(gòu)成。控制電路120由運(yùn)算放大器OP1構(gòu)成，在該運(yùn)算放大器中，輸出控制信號(hào)(輸出電平指示信號(hào))Vramp被輸入到其反相輸入端，通過(guò)按照電阻R1和R2之間的電阻比對(duì)輸出電壓分壓而獲得的電壓被反饋到其非反相輸入端。運(yùn)算放大器OP1的輸出控制流到電源晶體管Qp的電流。提供給高頻功率放大器110的放大級(jí)111、112和113的工作電壓Vdd根據(jù)輸出控制信號(hào)Vramp而被控制。
圖3圖示了在根據(jù)該實(shí)施例的RF功率模塊100中的溫度檢測(cè)器130的結(jié)構(gòu)示例。
圖3所示的溫度檢測(cè)器130包括產(chǎn)生具有較低的溫度相關(guān)性和源電壓相關(guān)性的參考電壓的恒壓電路131比如帶隙參考電路，轉(zhuǎn)換所述恒壓電路131所生成的參考電壓Vref的電壓-電流變換器132，由對(duì)恒壓電路131產(chǎn)生的參考電壓Vref進(jìn)行阻抗變換的電壓跟隨器構(gòu)成的緩沖放大器133，在非反相輸入端接收作為比較電壓V1和V2的電壓的一組比較器134a和134b，以及在重置端子R處接收到比較器134a的輸出或者在設(shè)置端子S處接收到比較器134b的輸出時(shí)工作的RS(復(fù)位置位)觸發(fā)器135，所述一組比較器接收的電壓為按照電阻R11、R12和R13之間的電阻比對(duì)緩沖放大器133的輸出分壓而獲得的電壓。
根據(jù)該實(shí)施例，使用PN結(jié)的二極管D1被形成為形成有GSM放大系統(tǒng)的最后放大級(jí)113的晶體管的半導(dǎo)體芯片IC3上的溫度檢測(cè)裝置。電壓-電流變換器132生成的電流流到二極管D1。二極管D1的陽(yáng)極側(cè)的電壓Va被輸入到比較器134a和134b的反相輸入端。
當(dāng)?shù)谌?jí)放大晶體管是MOS晶體管時(shí)，二極管D1使用PNP雙極晶體管的寄生于P型區(qū)和N型區(qū)以及P型或者N型襯底之間的PN結(jié)，所述寄生的PN結(jié)是用公知的MOS工藝與作為MOS晶體管的源極和漏極區(qū)以及阱區(qū)的擴(kuò)散層一起同時(shí)形成的。
當(dāng)輸入到設(shè)置端子S的信號(hào)從低電平被轉(zhuǎn)換到高電平時(shí)，RS(復(fù)位置位)觸發(fā)器135被操作到設(shè)置狀態(tài)，也就是，輸出Q被改變?yōu)楦唠娖?。?dāng)輸入到重置端子/R的信號(hào)被從高電平轉(zhuǎn)換為低電平時(shí)，RS(復(fù)位置位)觸發(fā)器135被操作為重置狀態(tài)，以使，輸出Q被改變?yōu)榈碗娖健?br> 當(dāng)直流電(例如100微安)在正向流動(dòng)時(shí)，PN結(jié)二極管D1顯示的溫度特性具有負(fù)正向電壓Vf(-1.675mV/deg)。根據(jù)本實(shí)施例的溫度檢測(cè)器130使用PN結(jié)二極管D1的這種溫度特性來(lái)判斷形成有最后放大級(jí)113的晶體管的半導(dǎo)體芯片IC3的芯片溫度是否高于預(yù)定水平。二極管D1的陰極端連接到接地點(diǎn)。陽(yáng)極端由于正向電壓Vf而具有高電壓。它作為輸入電壓Va被輸入到比較器134a和134b的反相輸入端。
設(shè)置了電阻F11到R13之間的電阻比，其對(duì)參考電壓Vref分壓，生成V1和V2，使得二極管D1在第一預(yù)定溫度T1(例如130攝氏度)的正向電壓Vf(＝Va)與比較電壓Vc2匹配，并且二極管D1在第二預(yù)定溫度T2(高于第一預(yù)定溫度，例如140攝氏度)的正向電壓Vf與比較電壓Vc1匹配。
下面結(jié)合圖4描述根據(jù)本實(shí)施例的溫度檢測(cè)器130的工作。在圖4A中，二極管D1的陽(yáng)極側(cè)的電壓Va相對(duì)于溫度的變換特性用實(shí)線A表示。當(dāng)半導(dǎo)體芯片IC3的溫度低于130攝氏度時(shí)，二極管D1的正向電壓Vf較大，陽(yáng)極側(cè)的電壓，也就是比較器134a和134b的輸入電壓Va充分地高于比較電壓V1和V2。觸發(fā)器135的輸出Q在低電平。
當(dāng)半導(dǎo)體芯片IC3的溫度更高時(shí)，二極管D1的陽(yáng)極側(cè)的電壓Va更低。當(dāng)半導(dǎo)體芯片IC3的溫度達(dá)到大約130攝氏度時(shí)，電壓Va低于比較器134a的比較電壓Vc1，從而比較器134a的輸出改變?yōu)楦唠娖健?br> 比較器134a的輸出被輸入到觸發(fā)器135的重置端子。此時(shí)，觸發(fā)器135的輸出Q保持在低電平。當(dāng)半導(dǎo)體芯片IC3的溫度達(dá)到大約140攝氏度時(shí)，二極管D1的陽(yáng)極側(cè)的電壓Va低于比較器134b的比較電壓Vc2，使得比較器134b的輸出改變到高電平。
觸發(fā)器135被改變?yōu)樵O(shè)置狀態(tài)，使得輸出Q被改變?yōu)楦唠娖?。根?jù)該實(shí)施例，觸發(fā)器135的輸出Q被作為信號(hào)ALM輸出，該信號(hào)ALM向模塊的外部指示溫度的異常。接收到報(bào)警信號(hào)ALM的基帶電路使輸出控制信號(hào)Vramp下降。從電源晶體管Qp向功率放大器提供的工作電壓Vdd被降低。所產(chǎn)生的熱量被減少，從而降低芯片的溫度。
當(dāng)半導(dǎo)體芯片IC3的溫度下降時(shí)，二極管D1的陽(yáng)極側(cè)的電壓Va上升。當(dāng)半導(dǎo)體芯片IC3的溫度達(dá)到大約140攝氏度時(shí)，電壓Va高于比較器134b的比較電壓Vc2，從而比較器134b的輸出改變?yōu)榈碗娖?。比較器134b的輸出被輸入到觸發(fā)器135的設(shè)置端子。此時(shí)，觸發(fā)器135的輸出Q保持在高電平。當(dāng)半導(dǎo)體芯片IC3的溫度降低到大約130攝氏度時(shí)，二極管D1的陽(yáng)極側(cè)的電壓Va低于比較器134a的比較電壓Vc1，使得比較器134a的輸出改變到低電平。
觸發(fā)器135被改變?yōu)橹刂脿顟B(tài)，使得輸出Q被改變?yōu)榈碗娖?。輸出到模塊外部的報(bào)警信號(hào)ALM在低電平。接收到報(bào)警信號(hào)ALM的基帶電路使輸出控制信號(hào)Vramp上升。從電源晶體管Qp向功率放大器提供的工作電壓Vdd被升高，以將輸出功率恢復(fù)到所需的水平。根據(jù)該實(shí)施例，設(shè)置觸發(fā)器135的溫度不同于重置觸發(fā)器135的溫度。如圖4B所示，作為檢測(cè)器的輸出的報(bào)警信號(hào)ALM具有滯后特性，因此避免了由于溫度的波動(dòng)而導(dǎo)致報(bào)警信號(hào)ALM的錯(cuò)誤輸出。
圖5圖示了將根據(jù)本發(fā)明的具有溫度檢測(cè)器的RF功率模塊應(yīng)用于具有執(zhí)行8PSK調(diào)制的EDGE模式的無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)的結(jié)構(gòu)示例。圖5所示的器件和電路用與圖1所示相同的附圖標(biāo)記指示，并省略了重復(fù)的說(shuō)明。圖5圖示了GSM信號(hào)放大系統(tǒng)和CDS系統(tǒng)放大系統(tǒng)中的一個(gè)，另一個(gè)的圖面省略了。
圖5圖示了施加對(duì)于構(gòu)成高頻功率放大器110的三個(gè)放大級(jí)111、112和113最優(yōu)的偏置電壓Vb1、Vb2和Vb3的偏置電路121。在圖1中，這些電路被設(shè)置在控制電路120中。
根據(jù)該實(shí)施例，提供了選擇開(kāi)關(guān)SW1，其選擇在執(zhí)行8PSK調(diào)制的模式(以后稱為EDGE模式)下誤差信號(hào)放大器431的輸出LD0，以及在執(zhí)行GMSK調(diào)制的模式(以后稱為GSM模式)下從基帶電路提供的輸出電平指示信號(hào)VPL，從而將被選中的一個(gè)作為輸出控制信號(hào)Vramp提供給電源電路140。該選擇開(kāi)關(guān)SW1由基帶電路提供的模式信號(hào)MODE進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。該開(kāi)關(guān)SW1可以設(shè)置在具有調(diào)制發(fā)射信號(hào)和對(duì)接收信號(hào)解調(diào)制的功能的調(diào)制器/解調(diào)器(調(diào)制/解調(diào)IC)?；鶐щ娐犯鶕?jù)輸出電平產(chǎn)生輸出電平指示信號(hào)VPL，該輸出電平是根據(jù)模塊和基站之間的距離也就是電波的強(qiáng)度決定的。
誤差信號(hào)放大器431比較來(lái)自相位幅度分離器432(其將發(fā)射信號(hào)IN分解為相位信息信號(hào)Pin和幅度信息信號(hào)Vin)的幅度信息信號(hào)Vin與來(lái)自在高頻功率放大器110的輸出側(cè)設(shè)置的用于輸出電平檢測(cè)的耦合器150的檢測(cè)信號(hào)Vdt，以根據(jù)電勢(shì)差輸出一個(gè)信號(hào)。這就進(jìn)行了反饋控制，使得高頻功率放大器110的輸出電平與幅度信息信號(hào)Vin的電平匹配。
耦合器150的輸出由混頻器MIX進(jìn)行頻率變換(下變換)，以通過(guò)濾波器FLT和放大器AMP作為檢測(cè)信號(hào)Vdt提供給誤差信號(hào)放大器431。耦合器150可以被安裝在RF功率模塊100的襯底上，或者可以由形成在襯底上的微帶線構(gòu)成。相位幅度分離器432設(shè)置在具有調(diào)制發(fā)射信號(hào)、解調(diào)接收信號(hào)的功能的調(diào)制/解調(diào)IC中。
圖6圖示了高頻功率放大器110的具體電路結(jié)構(gòu)示例。根據(jù)該實(shí)施例的高頻功率放大器110由多個(gè)放大級(jí)，其中，多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管串聯(lián)而作為放大器件。該高頻功率放大器110有三個(gè)放大級(jí)，其中，第一級(jí)放大晶體管Q1的漏極端子連接到中間級(jí)放大晶體管Q2的柵極端子，中間級(jí)晶體管Q2的漏極端子連接到最后級(jí)放大晶體管Q3的柵極端子。
在圖6的高頻功率放大器110中，高頻信號(hào)Pin通過(guò)電容器器件C1輸入到第一級(jí)放大晶體管Q1的柵極端子，最后級(jí)放大晶體管Q3的漏極端子通過(guò)電容器器件Q4連接到輸出端子Pout。高頻輸入信號(hào)Pin的直流分量被截除，以放大交流分量用以輸出。輸出電平由偏置電路121和電源電路140的工作電壓Vdd控制。工作電壓Vdd通過(guò)微帶線MS7到MS9被施加到放大級(jí)111、112和113中所包括的功率放大晶體管Q1、Q2和Q3的漏極端子。
偏置電路121具有電阻R21、R22和R23。從基帶電路提供的Vbias被通過(guò)電阻R21、R22和R23提供給放大晶體管Q1、Q2和Q3的柵極，然后作為偏置電壓Vb1、Vb2和Vb3被施加。偏置電路121可以由電阻型分壓器構(gòu)成，以產(chǎn)生并施加相互不同的最佳柵極偏置電壓Vb1、Vb2和Vb3。或者，為了抵消放大晶體管的Vth波動(dòng)，可以對(duì)Vbias進(jìn)行電壓-電流變換，以將其由MOS二極管變換為電壓，作為Vb1，Vb2和Vb3。
在圖6中，附圖標(biāo)記MS1到MS6表示用作電感器件的微帶線，用于各級(jí)之間的阻抗匹配。附圖標(biāo)記MS7到MS9表示用于與電源電路140的阻抗匹配的微帶線。電容器C1、C2、C3和C4與微帶線MS1到MS6串聯(lián)，用以切斷直流電壓。
圖7圖示了允許使用本實(shí)施例的RF功率模塊以EDGE模式發(fā)射和接收的DCS和GSM雙頻帶系統(tǒng)的整個(gè)蜂窩電話系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示例。
在圖7中，附圖標(biāo)記ANT表示用于信號(hào)電波發(fā)射和接收的天線，附圖標(biāo)記100表示該實(shí)施例的RF功率模塊，附圖標(biāo)記200表示前端模塊，附圖標(biāo)記300表示根據(jù)發(fā)射數(shù)據(jù)(基帶信號(hào))生成I和Q信號(hào)并生成送給RF功率模塊100中的功率放大器110的頻帶切換信號(hào)BAND和偏置電壓Vbias，以控制RF功率模塊100的基帶電路(基帶LSI)，附圖標(biāo)記400表示對(duì)發(fā)射信號(hào)(I和Q信號(hào))進(jìn)行調(diào)制和上變頻、對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行下變頻和解調(diào)以生成I和Q信號(hào)的調(diào)制器/解調(diào)器，附圖標(biāo)記FLT1和FLT2表示從接收信號(hào)中去除任何噪聲和干擾的濾波器。
濾波器FLT1是900MHz頻帶中的GSM信號(hào)的濾波器。濾波器FLT2是1.8GHz頻帶中的DCS信號(hào)的濾波器?；鶐щ娐?00可以由多個(gè)LSI和IC比如DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)、微處理器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成。
前端模塊200具有連接到RF功率模塊100的發(fā)射輸出端子、用于執(zhí)行阻抗匹配的阻抗匹配電路221和222，衰減諧波的低通濾波器231和232，用于在發(fā)射和接收之間切換的切換電路241和242，從接收信號(hào)截除直流分量的電容器251和252，以及將GSM信號(hào)從DCS信號(hào)中分出的分路濾波器260。這些電路和器件作為一個(gè)模塊安裝在陶瓷襯底上。切換電路241和242的切換信號(hào)CNT1和CNT2用于在發(fā)射和接收之間切換，是從基帶電路300提供的。
調(diào)制器/解調(diào)器400具有調(diào)制發(fā)射信號(hào)(I和Q信號(hào))的交叉調(diào)制器(混頻器)、從調(diào)制信號(hào)中分離相位分量和幅度分量的相位檢測(cè)器和幅度檢測(cè)器、對(duì)發(fā)射信號(hào)上變頻的發(fā)射振蕩器、對(duì)接收信號(hào)下變頻并解調(diào)的混頻器以及將解調(diào)信號(hào)放大為具有預(yù)定幅度的信號(hào)的可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 上面基于實(shí)施具體描述了本發(fā)明。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，可以作出各種變化。根據(jù)所述實(shí)施例，二極管被用作溫度檢測(cè)裝置，可以使用任何具有溫度相關(guān)性的裝置，比如電阻裝置。理想的是使用形成在芯片中并具有顯著的溫度相關(guān)性的裝置。
根據(jù)上述實(shí)施例，作為溫度檢測(cè)裝置的二極管形成在形成有GSM放大系統(tǒng)的最后放大級(jí)113的晶體管的半導(dǎo)體芯片IC3上。取決于芯片的布置和模塊之間的間隔，形成有電源晶體管Qp的半導(dǎo)體芯片IC2的溫度可能更高。所述溫度檢測(cè)裝置可以形成在形成有電源晶體管Qp的半導(dǎo)體芯片IC2上。溫度檢測(cè)裝置也可以同時(shí)形成在形成有GSM放大系統(tǒng)的最后放大級(jí)113的晶體管的半導(dǎo)體芯片IC3上以及形成有DCS放大系統(tǒng)的最后放大級(jí)113的晶體管的半導(dǎo)體芯片IC4上。
溫度檢測(cè)器130工作的溫度不限于140攝氏度和130攝氏度，而可以根據(jù)所使用的IC的特性來(lái)決定。溫度檢測(cè)器130的滯后的溫度差不限于10攝氏度，而可以是15或者20攝氏度。根據(jù)所述實(shí)施例，連接三個(gè)放大晶體管而構(gòu)成功率放大器110?？梢允褂脙蓚€(gè)或者四個(gè)放大晶體管。根據(jù)所述實(shí)施例，最后級(jí)輸出晶體管Q3形成在不同于形成有放大晶體管Q1和Q2的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體芯片上。Q3也可以形成在形成有Q1和Q2的芯片上。根據(jù)所述實(shí)施例，控制電路120和溫度檢測(cè)器130形成在形成有放大晶體管Q1和Q2的芯片上，但是它們也可以形成在不同于形成有Q1和Q2的芯片的芯片上。
上面主要描述了將本發(fā)明應(yīng)用于構(gòu)成無(wú)線通信系統(tǒng)的功率模塊的情況作為背景應(yīng)用領(lǐng)域，該無(wú)線通信系統(tǒng)允許由具有8PSK調(diào)制模式的EDGE系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射和接收。但是本發(fā)明不限于此，可以應(yīng)用于構(gòu)成這樣的無(wú)線通信系統(tǒng)的RF功率模塊比如諸如CDMA(碼分多址)通信系統(tǒng)的蜂窩電話或者移動(dòng)電話，這樣的系統(tǒng)控制高頻功率放大器的工作電壓以控制發(fā)射信號(hào)的幅度。
權(quán)利要求
1.用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其結(jié)合有作為包含放大晶體管、放大和輸出發(fā)射信號(hào)的半導(dǎo)體集成電路的高頻功率放大器和向該高頻功率放大器提供工作電壓的電源電路，其中，所述電源電路產(chǎn)生的工作電壓由基于幅度信息的控制信號(hào)控制，該電學(xué)部件包括設(shè)置在形成有放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上的溫度檢測(cè)裝置；以及設(shè)置在形成有所述溫度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體芯片或者不同的半導(dǎo)體芯片上的溫度檢測(cè)器，其中，所述溫度檢測(cè)裝置根據(jù)所述半導(dǎo)體芯片輸出第一信號(hào)，其中，所述溫度檢測(cè)器接收所述第一信號(hào)，將該第一信號(hào)與基于所述溫度檢測(cè)裝置的狀態(tài)的兩個(gè)不同的比較電平進(jìn)行比較，判斷形成有所述溫度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體芯片的溫度是否高于一預(yù)定溫度，向外部輸出指示高于第一比較電平的異常的信號(hào)，并向外部輸出指示低于第二比較電平的正常的信號(hào)，所述第二比較電平所對(duì)應(yīng)的溫度低于所述第一比較電平對(duì)應(yīng)的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其中，所述高頻功率放大器具有多個(gè)串聯(lián)的放大晶體管，放大晶體管的最后級(jí)形成在不同于形成有其它放大晶體管的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體芯片上，其中，所述溫度檢測(cè)裝置形成在形成有最后級(jí)放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上，所述溫度檢測(cè)器形成在與形成有最后級(jí)放大晶體管的半導(dǎo)體芯片不同的半導(dǎo)體芯片上。
3.如權(quán)利要求2所述的用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其中，所述溫度檢測(cè)器形成在形成有所述最后級(jí)放大晶體管的前一級(jí)中的放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上。
4.如權(quán)利要求2所述的用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其中，所述電源電路形成在不同于形成有所述最后級(jí)放大晶體管的半導(dǎo)體芯片和形成有所述最后級(jí)放大晶體管的前一級(jí)中的放大晶體管的半導(dǎo)體芯片的第三半導(dǎo)體芯片上。
5.用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其結(jié)合有作為包含放大晶體管、放大和輸出發(fā)射信號(hào)的半導(dǎo)體集成電路的高頻功率放大器，該電學(xué)部件包括設(shè)置在形成有所述放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上的溫度檢測(cè)裝置；以及設(shè)置在形成有所述溫度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體芯片或者不同的半導(dǎo)體芯片上的溫度檢測(cè)器，其中，所述溫度檢測(cè)裝置根據(jù)所述半導(dǎo)體芯片輸出第一信號(hào)，其中，所述溫度檢測(cè)器接收所述第一信號(hào)，將該第一信號(hào)與基于所述溫度檢測(cè)裝置的狀態(tài)的兩個(gè)不同的比較電平進(jìn)行比較，判斷形成有所述溫度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體芯片的溫度是否高于一預(yù)定溫度，向外部輸出指示高于第一比較電平的異常的信號(hào)，并向外部輸出指示低于第二比較電平的正常的信號(hào)，所述第二比較電平所對(duì)應(yīng)的溫度低于所述第一比較電平對(duì)應(yīng)的溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其中，所述高頻功率放大器具有多個(gè)串聯(lián)的放大晶體管，放大晶體管的最后級(jí)形成在不同于形成有其它放大晶體管的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體芯片上，其中，所述溫度檢測(cè)裝置形成在形成有最后級(jí)放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上，所述溫度檢測(cè)器形成在與形成有最后級(jí)放大晶體管的半導(dǎo)體芯片不同的半導(dǎo)體芯片上。
7.如權(quán)利要求6所述的用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其中，所述溫度檢測(cè)器形成在形成有所述最后級(jí)放大晶體管的前一級(jí)中的放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上。
8.用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其結(jié)合有作為包含放大晶體管、放大和輸出發(fā)射信號(hào)的半導(dǎo)體集成電路的高頻功率放大器和向該高頻功率放大器提供工作電壓的電源電路，其中，所述電源電路產(chǎn)生的工作電壓可由基于幅度信息的控制信號(hào)控制，該電學(xué)部件包括設(shè)置在形成有放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上的溫度檢測(cè)裝置；以及設(shè)置在形成有所述電源電路的半導(dǎo)體芯片或者不同的半導(dǎo)體芯片上的溫度檢測(cè)器，其在基于所述溫度檢測(cè)裝置的狀態(tài)的兩個(gè)不同的比較電平，判斷形成有所述溫度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體芯片的溫度是否高于一預(yù)定溫度，向外部輸出指示高于第一比較電平的異常的信號(hào)，并向外部輸出指示低于第二比較電平的正常的信號(hào)，所述第二比較電平所對(duì)應(yīng)的溫度低于所述第一比較電平對(duì)應(yīng)的溫度。
9.如權(quán)利要求8所述的用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其中，所述高頻功率放大器具有多個(gè)串聯(lián)的放大晶體管，最后級(jí)放大晶體管形成在不同于形成有其它放大晶體管的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體芯片上，所述電源電路和所述溫度檢測(cè)裝置形成在與形成有最后級(jí)放大晶體管的半導(dǎo)體芯片不同的半導(dǎo)體芯片上。
10.如權(quán)利要求9所述的用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其中，所述溫度檢測(cè)器形成在形成有所述最后級(jí)放大晶體管的前一級(jí)中的放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上。
11.如權(quán)利要求10所述的用于高頻功率放大器的電學(xué)部件，其中，所述電源電路形成在不同于形成有所述最后級(jí)放大晶體管的半導(dǎo)體芯片和形成有所述最后級(jí)放大晶體管的前一級(jí)中的放大晶體管的半導(dǎo)體芯片的第三半導(dǎo)體芯片上。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及高頻功率放大器的電學(xué)部件(RF功率模塊)，其能夠在內(nèi)部溫度高于預(yù)定溫度時(shí)向外部輸出指示異常的信號(hào)，并降低溫度?？捎苫诜刃畔⒌目刂菩盘?hào)控制工作電壓的RF功率模塊包括設(shè)置在形成有放大晶體管的半導(dǎo)體芯片上或者形成有電源電路的半導(dǎo)體芯片上的溫度檢測(cè)裝置；以及設(shè)置在形成有所述裝置的半導(dǎo)體芯片或者不同的半導(dǎo)體芯片上的具有滯后特性的檢測(cè)器，其向所述溫度檢測(cè)裝置施加偏壓，以在兩個(gè)參考電平比較所述裝置的狀態(tài)，當(dāng)判斷出形成有所述溫度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體芯片的溫度高于一預(yù)定溫度時(shí)，向外部輸出指示異常的信號(hào)(ALM)，當(dāng)判斷出所述半導(dǎo)體芯片的溫度在低于所述預(yù)定溫度的第二預(yù)定溫度之下時(shí)，向外部輸出指示正常的信號(hào)。
文檔編號(hào)H03F3/195GK1713518SQ20051007898
公開(kāi)日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者松下孔一, 島本健一, 古鹽和博, 石本一彥, 筒井孝幸 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞薩科技, 日立混合網(wǎng)絡(luò)有限公司