專利名稱：共面振蕩器電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到包含安裝在一個基片上的多個有源器件的集成電路倒裝芯片電路，基片上具有連接到集成電路的金屬化圖形。本發(fā)明具體涉及到毫米波集成振蕩器電路和具體的共面振蕩器電路結(jié)構(gòu)，特別是由包括金屬化圖形的多個相互連接的重復(fù)單元構(gòu)成的共面振蕩器電路結(jié)構(gòu)，能夠減少公共端子上的寄生耦合。
幾乎是所有采用三端有源器件的振蕩器都需要有從輸入到輸出的信號路徑。三端有源器件振蕩器的輸入限定了一個輸入電壓或電流相位，而兩個輸出載流端在低頻也就是直流(DC)時通常具有同相或反相(反相)電流。對于一個微波FET來說，控制輸入是柵極，反相輸出是漏極。對于通常用來提供大輸出功率的大公共源極FET來說，連接到電路的柵極端的返回路徑在轉(zhuǎn)回來連接到漏極(反相)端之前需要延伸很長的距離。與連接到柵極和反相端的電流路徑有關(guān)的任何寄生電感或電容都會限制可以達到的振蕩器頻率響應(yīng)。
現(xiàn)有技術(shù)的振蕩器電路用線路接頭將有源器件連接到基片上的諧振器和反饋電路。在毫米頻段，最短的線路接頭可以達到1／10波長。線路接頭還會形成一個具有比較高的寄生電感的環(huán)，因為它與承載返回電流的導(dǎo)體相距比較遠。這樣的環(huán)會帶來不可接受的發(fā)熱損失。
加引線的器件通常具有600到2500微米中心的引線。這些器件的引線還要通過在微波頻率上有損耗的玻璃至金屬，陶瓷或塑料密封。消除加引線的器件和線路接頭可以有效地減少損耗和寄生電感。倒裝片或碰撞接頭片具有極低并且均勻的寄生電感。
其他現(xiàn)有技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)使用了基片，在基片上面限定了有關(guān)的線條或微帶導(dǎo)體諧振器和需要連接到有源的三個端子器件的反饋電路。微帶電路往往具有額外的介電損耗并且會在基片一側(cè)的信號線和基片另一側(cè)的接地面之間的場中存儲磁能(也就是寄生電感)。對于高頻振蕩器來說，消除微帶電路是有利的。共面電路通常具有低介電損耗，因為場的損耗被耦合到介電體，而場致的低發(fā)熱損耗進一步集中在相鄰導(dǎo)體之間的空隙中。
在高頻電路中常常使用共-漏極電路結(jié)構(gòu)，因為它可以提供改善的增益-頻率特性。在電路中與一個FET振蕩器的公共端有關(guān)的寄生電感和電容會產(chǎn)生大的延遲和與柵極-漏極電路有關(guān)的電感。由于延遲和電感會使頻率受到限制。連接到公共端的電流路徑的損失還會導(dǎo)致過多的相位噪聲。
用小FET器件的陣列構(gòu)成的大FET器件可以在振蕩器中提供比小FET器件本身更低的相位噪聲，因為從一個相關(guān)的FET陣列組合注入鎖定信號同時具有統(tǒng)計學(xué)上的噪聲組合。然而，用小FET器件的陣列裝配大器件會形成往來于器件端子的比較長的信號路徑。較長的路徑具有較高的寄生電感和增加的發(fā)熱損失，這樣會降低較大結(jié)構(gòu)的效果。
在已知的組合電路結(jié)構(gòu)中，集成電路器件陣列的單個器件被各自連接到一或多個調(diào)諧或阻抗匹配電路的子集，組合輸入和／或輸出信號以實現(xiàn)阻抗匹配或功率組合。在本文所參考的授予Mohwinkel等人的美國專利US5623231描述了一例連接在電路中的這種電路子集。
Mohwinkel等人揭示了一種具有許多FET和設(shè)在芯片的一個公共面上選定位置處的許多相關(guān)端子的共-源極微波放大器芯片。在一個基片上形成相關(guān)的電路，它具有對應(yīng)著芯片上的器件端子的許多端子。基片上的輸入信號線和輸出信號線被連接到相關(guān)的端子，將多個輸入和輸出線加以組合。
Mohwinkel等人揭示的共-源極放大器是將來自組合電路的信號輸入連接到多對FET的柵極端。來自FET對的漏極端的信號輸出在輸出信號線上加以組合。如果金屬化圖形從漏極連接到柵極而構(gòu)成這種電路的振蕩器，圖形就會有很長的路徑。
在授予Wade的美國專利US4135168中揭示了一例共-漏極微波電路。Wade揭示的共-漏極FET電路是將源極和柵極連接到近旁的基片上的相關(guān)電路。漏極連接被制成一個大的散熱體，它不是金屬化的源極和柵極電路的一部分，也不與其共面。供電流從柵極到漏極和從源極到漏極的延伸的返回路徑會形成明顯的串聯(lián)電感和并聯(lián)電容。
總之，傳統(tǒng)的大型共-源極器件存在與損耗和將諧振器和反饋電路連接到輸入和輸出端所需要的大型物理布局有關(guān)的寄生電感相關(guān)的問題。在傳統(tǒng)的共漏極電路中，這種物理布局仍然具有從柵極到漏極和從源極到漏極的返回電流需要長信號路徑的特點。
現(xiàn)有技術(shù)的毫米或微波平面電路顯示出與柵極=漏極和源極-漏極電路中的長RF連接的電感和電容有關(guān)的不夠理想的接頭線路和／或微帶發(fā)熱損耗。這對于可以用來構(gòu)成具有較短的連接和低寄生振蕩器的一種低寄生共漏極電路結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)是一個優(yōu)點。
本發(fā)明的共面共漏極振蕩器電路結(jié)構(gòu)可以明顯地減少與柵極-漏極和源極-漏極電路的返回線路有關(guān)的寄生電感和電容。作為一種特殊的三端式器件，本發(fā)明能夠構(gòu)成高頻工作的振蕩器，與現(xiàn)有技術(shù)的振蕩器相比，具有較寬的電壓調(diào)諧范圍和較低的相位噪聲。
本發(fā)明的第一實施例是一個粘結(jié)在平面基片上的基本或單一的三端式倒裝片有源器件。在基片上形成具有第一和第二共面導(dǎo)體的諧振電路(諧振器)。分別由在一個連接區(qū)內(nèi)粘結(jié)到第一和第二最近端上的倒裝片將第一和第二導(dǎo)體耦合到柵極(控制)端和漏極(反相)端。同樣在基片上形成具有第三和第四共面導(dǎo)體的反饋電路。分別用在一個連接區(qū)內(nèi)粘結(jié)到第三和第四最近端上的另一個倒裝片將第三和第四導(dǎo)體連接到源極(非反相)端和公共漏極端。第一導(dǎo)體和第三導(dǎo)體被設(shè)在第二導(dǎo)體的一側(cè)，而第四導(dǎo)體與公共漏極相鄰。
第二實施例的基本振蕩器具有第一(柵極)和第三(源極)共面導(dǎo)體，它們被設(shè)在與公共漏極相鄰的共面的第二和第四導(dǎo)體相反的一側(cè)。
兩個實施例中的第一和第二導(dǎo)體都構(gòu)成耦合到柵極／漏極器件端子上的諧振器的一部分。兩個實施例中的第三和第四導(dǎo)體都構(gòu)成耦合到源極／漏極器件端子上的反饋電路的一部分。在兩個實施例中，與分別耦合到柵極／漏極和源極／漏極端子對的諧振器和反饋電路有關(guān)的寄生電感和電容都是最小的。
可以通過復(fù)制和鏡像基本振蕩器的復(fù)制品并且將相鄰的復(fù)制品結(jié)合到一起而裝配成大型振蕩器。具有大的有源柵極寬度的FET對于增加輸出功率和減少相位噪聲是重要的。在連接到相應(yīng)的三端倒裝片器件陣列上的基片上的共面電路耦合陣列中組合基本諧振器和反饋電路，從而實現(xiàn)阻抗匹配和功率組合。
本發(fā)明的一個實施例是一個粘結(jié)的共-漏極FET倒裝片的陣列，它具有相鄰的成對器件的源極和柵極電極。相鄰對的源極和柵極電極分別被連接到陣列中相反一側(cè)的隔開的公共源極和柵極端。成對連接的漏極的電極被設(shè)在相鄰的對的另一側(cè)。可以將成對的源極和柵極連接的器件布置成一個線性陣列，將具有至少一個漏極電極的每一對連接連接到相鄰一對的漏極電極共用的一個器件端子上。
在一個絕緣基片上形成組合的電路諧振器和反饋(或是柵極／漏極和源極／漏極)共面電路，每個共面電路有多個導(dǎo)體端子?？梢杂迷S多相互連接的相鄰單元構(gòu)成各個組合的諧振器和反饋電路。各單元可以一模一樣地復(fù)制或者是從一個單元到下一個單元有所修改地復(fù)制。從這一點來看，所謂的單元是指許多相互連接的子電路結(jié)構(gòu)中的一個，包括在基片上形成的共面圖形。
每個共面電路中的每個單元在相鄰的信號或共-漏極返回端子之間可以具有一個信號導(dǎo)體端子。這樣，每個共面電路中的每個單元在它和每個相鄰單元之間就有一個共-漏極的返回端子。
器件端子和導(dǎo)體端子是這樣布置的，當?shù)寡b片陣列器件端子被粘結(jié)到基片導(dǎo)體端子上時，諧振器端子被連接到兩個對應(yīng)的柵極／漏極端子。相應(yīng)的反饋單元的反饋端子被連接到各個對中相應(yīng)的源極／漏極端子。諧振器和反饋單元的共-漏極返回端子被連接到各個器件對中各自的公共漏極。
這樣就能為了諧振器或者反饋電路的阻抗匹配或功率組合或分離的目的而布置各個器件對的諧振器和反饋電路單元。將FET分割成按照這種組合電路連接的較小的復(fù)合對可以獲得高頻特性，因為相互連接的器件對的尺寸較小，因而器件一級的寄生電感和電容就比較小。
相鄰單元之間的公共漏極或公共信號返回線路可以作為各個器件對的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分，并且具有減少雜散寄生電容和電感的優(yōu)點。
在本發(fā)明的具體例子中，相鄰對之間的共-漏極端子是獨立的，或者是由作為諧振器和反饋電路的同一個基片上的公共共面接地段來連接。
關(guān)于諧振器和反饋電路還有這樣的例子，可以交替地省略一(或多個)共-漏極端子的連接點，從而形成具有不同數(shù)目的有源對中的諧振器和反饋功能。
本發(fā)明一個實施例的共-漏極振蕩器包括一個具有指狀組合型電容的柵極諧振器單元。本發(fā)明的一個柵極諧振器的具體實施例包括一個可以和三維諧振腔相比的共面框架。本文所說的平面腔或共面腔是在高頻振蕩器技術(shù)中公知的三維腔的一種二維模擬形式。共面框架限定了一個開口(對三維腔的共面模擬)，它可以容納由布置在兩個指狀電容耦合組內(nèi)的隔開的細長導(dǎo)體段構(gòu)成的一個共面電容。一個組的最近端單獨連接到獨立的輸入信號控制端。每個輸入信號控制端連接到FET合成陣列中相鄰一對FET的柵極(控制)電極。每一對這種柵極控制的FET的源極(控制)電極和組合的源極-漏極電路的至少一個反饋端連接。
柵極和源極連接的器件對被布置成陣列，讓對中每一個器件的漏極(受控)電極彼此相對偏移，并且大體上與這一對的源極和柵極端垂直。相鄰一對器件的漏極電極被連接到介于二者之間的一個公共器件漏極端。共面的共-漏極連接段連接所有的共-漏極端。漏極段是共面腔框架的一部分，因此也是振蕩器的諧振器的一部分。
源極端被設(shè)在共-漏極段的一側(cè)，而柵極端設(shè)在另外一側(cè)。源極端被連接到與源極電路的共面源極返回導(dǎo)體平行并且隔開的共面反饋信號導(dǎo)體。源極返回導(dǎo)體被連接到共-漏極段，構(gòu)成在源極電路中寄生最小的阻抗控制功能。
中心共面導(dǎo)體在所要的頻率范圍內(nèi)形成一個電感元件，它被連接在第二組電容段末端的一個節(jié)點和一個調(diào)諧可變電阻的一個電極之間?？勺冸娮璧牧硪粋€電極連接到腔體框架上。
電容，電感元件，可變電阻和FET輸入如此構(gòu)成一個接地的漏極振蕩器電路的諧振器。
這些電容段，F(xiàn)ET和框架的結(jié)構(gòu)提供了一種在選擇頻率上的諧振共面腔，并且進一步在中心導(dǎo)體和柵極電極之間構(gòu)成了相等的信號分流。通過耦合電容段從中心導(dǎo)體上平行地分離信號電流可以改善振蕩器輸出功率和合成陣列的相位噪聲性能。
為了進一步了解本發(fā)明的目的和優(yōu)點，以下要參照附圖詳細解釋本發(fā)明，圖中用相同的符號來表示相同的部件，在附圖中

圖1是按照本發(fā)明的一個基本共面共-漏極振蕩器電路的簡化平面圖。
圖2是一個基本共面共-漏極振蕩器電路的的另一實施例的平面圖。
圖3表示在按照本發(fā)明的一個共-漏極振蕩器共面電路陣列中連接的一對器件的平面圖。
圖4表示按照本發(fā)明的一個組合單元振蕩器電路陣列50的一個實施例。
圖5表示按照本發(fā)明的另外一例共面共-漏極振蕩器陣列。
圖6是按照本發(fā)明的共面共-漏極振蕩器陣列的又一個實施例。
圖7表示按照本發(fā)明的共-漏極振蕩器電路陣列的一個實施例，其中的RF開路電路端接到柵極-漏極諧振器。
圖8表示按照本發(fā)明的共-漏極振蕩器電路陣列的一個實施例，其中的RF短路電路端接到柵極-漏極諧振器。
圖9是用來說明圖10的柵極-漏極諧振器電路的一個等效電路。
圖10是按照本發(fā)明的共-漏極振蕩器的一個實施例中的指狀組合型電容共面腔諧振器的平面圖。
圖11表示按照本發(fā)明的共-漏極指狀組合型電容共面腔諧振振蕩器的一個雙諧振器的實施例。
本發(fā)明提供了一種電路結(jié)構(gòu)，其中的第一導(dǎo)體的一部分連接到一個有源器件的控制輸入，并且與連接到有源器件的反相端的另一個導(dǎo)體相鄰地定位。第一導(dǎo)體的另一部分和連接到有源器件的非反相端的又一個導(dǎo)體相鄰地定位。在圖1中用20來表示這種結(jié)構(gòu)。電路結(jié)構(gòu)20包括一個具有平面22a的絕緣基片22。倒裝片集成電路24(它被畫成了透明的)在虛線表示的電路24的范圍之內(nèi)限定了一個連接區(qū)24a。電路24包括一個由粘結(jié)到表面22a上的倒裝片構(gòu)成的三端有源器件26。
在表面22a上形成三個連續(xù)的共面導(dǎo)體，相互之間各有端子連接。第二導(dǎo)體32被設(shè)在與第一導(dǎo)體30相鄰的一側(cè)并與之隔離。第一導(dǎo)體30從倒裝片器件端子38上最近的倒裝片連接點30a延伸到處在器件26相對兩側(cè)的相對的末端30b和30c。導(dǎo)體32在與第一導(dǎo)體30的末端30b相同的方向上從一個最近端32a延伸到末端32b。
另一個導(dǎo)體34與導(dǎo)體30鄰接。導(dǎo)體34在與導(dǎo)體30的末端30c相同的方向上從與端子30a相鄰并與之隔離的一個最近端34a延伸到末端34b。最近端34a是粘結(jié)到連接區(qū)24a內(nèi)部的器件端子40上的一個倒裝片。導(dǎo)體32和34被設(shè)在與導(dǎo)體30相同的一側(cè)。
器件26包括一個輸入信號控制電極26a，由電極26控制的反相信號傳送電極26b，以及由電極26a上的控制信號來控制的非反相信號傳送電極26c。反相電極26b傳送與電極26a的控制信號具有反相關(guān)系的一個信號。電極26a，26b和26c分別被連接到器件端子36，38和40，這些端子又分別通過倒裝片粘結(jié)到導(dǎo)體端子32a，30a和34a。
器件26可以是一個GaAs FET，雙極結(jié)晶體管，PBT，HBT或是其他器件。如果器件26是一個FET，輸入信號控制端36就是柵極，反相端38是漏極，而非反相端40是源極。以下的說明以一個GaAS FET為例。
本發(fā)明的說明書是以用來控制反相和非反相電極中的電流的控制電極為例。這種形式可以等效地用于電壓控制，而電路可以體現(xiàn)為按照Thevenin的理論(“Prinicples of Circuit Synthesis(電路合成原理)”，Kuh and Pederson，page 51，1959，McGraw-Hill BookCompany，New York)的等效電壓或電流源。
端子36，38和40位于連接區(qū)24a的內(nèi)部。倒裝片器件的外形所限定的區(qū)域內(nèi)可以完成倒裝片對器件的粘結(jié)。
共面導(dǎo)體30，32和34的尺寸，形狀和間隙可以布置成使器件端子對36，38以及38，40分別具有可控的阻抗特性。端子38是由相鄰的成對導(dǎo)體(30a，30b)，(32a，32b)以及(30a，30c)，(34a，34b)構(gòu)成的共面電路的公共端子。因此，和從最近端30a，32a到末端30b，32b以及從30a，34a到末端30c，34b的共面電路路徑有關(guān)的寄生電感和電容是最小的。
在基片22上通過常規(guī)手段例如電鍍，掩模和蝕刻或者是通過淀積和構(gòu)圖而構(gòu)成兩個共面導(dǎo)體電路42，44。第一電路42連接成共面導(dǎo)體端30b和32b的延伸部。第二電路44連接成共面導(dǎo)體端30c和34b的延伸部。
在本發(fā)明實施例的一個共漏極FET振蕩器中，電路42可以是一個諧振器電路，而電路42可以是在端子30a上有一個共漏極連接點的反饋電路。這樣就能通過作為共面電路的一部分的共面連接導(dǎo)體30，32和30，34的布局而使器件26和兩個電路42，44之間的寄生電感和電容最小。
圖中沒有表示偏置連接，但是可以用粘結(jié)導(dǎo)線或架空的橋或是其他導(dǎo)電軌跡來實現(xiàn)，將RF阻塞電路元件介于各個端子和適當?shù)碾娫粗g。
共面導(dǎo)體30，32和30，34可以通過彼此的電磁耦合而構(gòu)成諧振器和反饋電路42，44的一部分。耦合部位30，32和30，34可以包括寬度一致的簡單共面直線導(dǎo)體及其組合。還可以包括額外的部件，例如芯片電容，電阻或電感等等，它們可以安裝在基片22上并且通過粘結(jié)導(dǎo)線或架空的橋或是其他共面倒裝片端子連接點來連接。
漏極端子38在連接點30a上構(gòu)成諧振器42和反饋電路44之間的公共RF連接。對于給定的源極，漏極和柵極端子布局，導(dǎo)體30，32和30，34可以做得足夠短，從而盡量減少諧振器電路42和柵極-漏極連接點以及反饋電路44和源極-漏極連接點之間的寄生電感。
圖中沒有表示有源器件的寄生元件，但是它們是振蕩器等效電路中的一個公知的部分。與集束引線或?qū)Ь€接頭的器件相比，倒裝片有源器件具有很小的寄生電感元件。最重要的寄生元件是諸如柵極-漏極，柵極-源極和漏極-源極端子之間的電容，盡管圖中沒有表示，但這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。
為了在共面電路和小有源部件之間進行連接，隨著CPW的尺寸變化，可以使共面?zhèn)鬏斁€或共面波導(dǎo)(CPW)的阻抗特性保持恒定。這一特性以及將這三個端子分離成具有共同的漏極(反相)端子的諧振器對和反饋對的特點可以在三端倒裝片有源器件的連接點上減少寄生電感和發(fā)熱損失。
參見圖2，在圖中用標號20’表示了本發(fā)明的另一個實施例，圖中相同的元件采用了相同的標號。振蕩器20’包括圖1的振蕩器的所有元件；另外，導(dǎo)體30的一段30d穿過端子36和40之間在導(dǎo)體34相對一側(cè)的末端30’c連接到反饋電路44上。在這種情況下仍可以使導(dǎo)體30，32和30，34的中的寄生電感最小。
諧振器和反饋電路42，44可以從以下的電路組中選擇，這其中包括共面溝線電路，溝槽帶電路，共面波導(dǎo)電路，共面條帶電路，共面?zhèn)鬏斁€電路和其他采用共面導(dǎo)體的電路以及這些電路的組合。
通過復(fù)制和連接圖1和2所示的基本電路中相鄰的鏡像圖像就可以制成較大的電路陣列。下述的圖3表示的例子是通過復(fù)制和連接圖1或2的鏡像圖像復(fù)制圖形組合而成的一對器件。下述的圖4-6是復(fù)制和連接圖1或2的鏡像圖像復(fù)制圖形的一些例子。
參見圖3，在圖中表示了圖1所示的電路結(jié)構(gòu)的另一個實施例20”，圖中相同的元件采用了相同的標號。在倒裝片電路24上限定了一個額外的三端器件28。器件28具有分別連接到同樣的控制端36和非反相端40的柵極電極28a和源極電極28c。器件28的反相或漏極電極28b連接到第二漏極倒裝片端子39。
第四公共導(dǎo)體30’具有在一個公共的最近點30a’接合的相對的末端30c’和30b’。末端30c’連接到反饋電路，而末端30b’連接到諧振器42。導(dǎo)體30’在公共點30a’連接到倒裝片端子39。導(dǎo)體段30d可以在柵極端子36和源極端子40之間的位置上連接兩個公共漏極端子38，39。
共面電路端子，共面導(dǎo)體以及器件電極和端子的拓撲圖可以象圖3所示那樣對稱地布置。對稱的拓撲圖要求分割信號電流，并且在有關(guān)的器件端子和導(dǎo)體上對等地相加。這樣就需要從柵極導(dǎo)體32上將柵極信號電流平等地分割到柵極電極26a和28a，并且分別在漏極和源極導(dǎo)體30，30’和34上使來自漏極和源極電極26b，28b和26c，28c的漏極和源極信號電流平等地相加。
圖3的諧振器42是由包括導(dǎo)體30，32和30’，32的組合電路構(gòu)成的。圖3的反饋電路44也是由包括導(dǎo)體30，34和30’，34的組合電路構(gòu)成的。導(dǎo)體30，32，34，30’以及與電路42，44相組合的器件26和28的電極的尺寸，形狀和間隙可以讓流過各個柵極，漏極和源極電極的直流電流相等。
按照本發(fā)明可以構(gòu)成較大的器件陣列。參見圖4，在圖中表示了用來構(gòu)成按照本發(fā)明的共漏極振蕩器電路50的一種基本電路陣列的實施例。振蕩器50，具有一個連接到FET陣列的柵極-漏極側(cè)的高Q柵極-漏極諧振器電路102。振蕩器50包括一個具有平面56的倒裝片集成電路54。電路54包括一個由J對相鄰的三端有源器件1，2，..，2j-1，2j，...2J構(gòu)成的縱向陣列52。J是一個根據(jù)理想的功率輸出，尺寸，或是與振蕩器50的信號有關(guān)的相位噪聲以及其他設(shè)計因素來選擇的整數(shù)，j是從1到J的范圍內(nèi)的一個數(shù)。
為了便于說明，假設(shè)有源器件是一種GaAs FET。也可以采用其他器件。
為了便于說明，用另一個范圍從1到2J的整數(shù)符號1來表示每一個器件。每一對j對應(yīng)著單個器件52(1)，52(1+1)，其中的1=2j-1。每個器件1包括各自的柵極或電流控制電極57(1)，一個分開的漏極或反相電流傳送電極59(1)，以及各自分開的源極或同相電流傳送電極64(1)。各個器件的柵極，漏極和源極電極被連接到對應(yīng)的柵極端陣列58的柵極端58(j)，漏極端陣列62的漏極端62(j)，以及源極端陣列66的源極端66(j)。柵極，源極和漏極端58，62和66被限定在陣列56的面上，以下要進一步描述。
在下文的說明中，F(xiàn)ET陣列端被限定為共面的，可以利用中間的焊錫或焊球等等將它們安裝到設(shè)在一個相鄰平面上的對應(yīng)的基片導(dǎo)體端上，例如是基片的安裝面。
電路54a的邊界限定了一個容納FET電極和FET端子的連接區(qū)。電路54a大體上是矩形的，具有相對的雙邊和相接的端。
第一對器件52(1)和52(2)各自的柵極電極57(1)和57(2)連接到設(shè)在二者之間的一個電氣共享的柵極端58(1)。第二對器件(未示出)各自的柵極電極57(3)和57(4)連接到設(shè)在二者之間的一個共享的柵極端58(2)。后續(xù)的各對器件52(2j-1)和52(2j)各自的柵極電極57(2j-1)和57(2j)連接到設(shè)在各自器件之間的共享的柵極端58(j)。
柵極端58(j)是這樣排列的，讓柵極端陣列58與FET陣列52的一側(cè)平行。柵極電極57(1)被作為公共的輸入電極，盡管振蕩器的輸出功率可以從柵極側(cè)或是源極側(cè)提取。器件陣列52的一側(cè)具有屬于諧振器一方的柵極端陣列58。
相鄰器件52(2j-1)和52(2j)和源極電極64(2j-1)和64(2j)同樣可以連接到排列成源極端陣列66的共享的源極端66(j)。源極端陣列66與陣列52平行地排列，并且設(shè)在陣列52相對的反饋一側(cè)。
每一對柵極和源極連接器件52(2j-1)和52(2j)的漏極電極59(2j-1)和59(2j)被偏移地設(shè)置在各自的柵極和源極電極之間，并且朝著器件陣列52的相對一端。
第一漏極電極59(1)被設(shè)在陣列52的一端，而最末一個漏極電極59(2J)處在陣列52相對的一端。第一漏極電極59(1)被連接到設(shè)在陣列52一端的第一漏極端62(1)。最末一個漏極電極59(2J)被連接到設(shè)在陣列52相對一端的最末一個漏極端62(J+1)。
相鄰的成對器件j和j+1是分開的，讓第一對j的第二器件52(2j)的漏極電極59(2j)和第二對j+1的第一器件52(2j+1)的漏極電極59(2j+1)相鄰并且連接到相鄰一對j和j+1之間的一個共享的漏極端62(j+1)。
漏極端62(k)，1≤k≤J+1被排列成與陣列52側(cè)面平行的漏極端陣列62。漏極端的陣列62在連接區(qū)54內(nèi)位于柵極端陣列58和源極端陣列66之間。
具有一個平面86的絕緣基片82包括柵極導(dǎo)體段90(j)，漏極導(dǎo)體段92(k)和源極導(dǎo)體段94(j)的三個指狀組合型縱向陣列90，92和94，對應(yīng)著上述J對器件的端子陣列58，62和66，其中的1≤k≤J+1并且1≤j≤J。
每個漏極導(dǎo)體段92(j)包括位于連接區(qū)54a中的一個漏極導(dǎo)體端96(j)，它大致位于相對的末端92a和92b之間的中心。每個柵極和源極導(dǎo)體段90(j)和94(j)具有各自的最近端和末端。每個柵極和源極導(dǎo)體段90(j)和94(j)包括在連接區(qū)54a內(nèi)連接到各自最近端的各自的柵極導(dǎo)體端98(j)和源極導(dǎo)體端100(j)。各個柵極導(dǎo)體端98(j)和源極導(dǎo)體端100(j)被相鄰地設(shè)置在漏極導(dǎo)體端96(j)和漏極導(dǎo)體端96(j+1)之間。一個共-漏極導(dǎo)體段92c(j)可以連接在每一對j共享的漏極端96(j)和96(j+1)之間，形成一個用于所有器件對j=1到J的連續(xù)的構(gòu)架92c。
各個漏極導(dǎo)體端96(j)，柵極導(dǎo)體端98(j)和源極導(dǎo)體端100(j)是這樣安排的，當?shù)寡b片電路54的面56與基片82的面86對齊時，可以通過導(dǎo)體的相互連接而形成各個導(dǎo)體端和芯片端(也就是柵極導(dǎo)體端98(j)到柵極電極端58(j)，漏極導(dǎo)體端96(j)到漏極電極端62(j)和源極導(dǎo)體端100(j)到源極電極端66(j))之間的導(dǎo)電接觸，使導(dǎo)電的凸起或球(未示出)處在中間。
各個柵極導(dǎo)體段90(j)和源極導(dǎo)體94(j)背離各自的柵極導(dǎo)體端98(j)和源極導(dǎo)體端100(j)向末端延伸到各自的末端。
漏極導(dǎo)體92的陣列是這樣排列的，讓導(dǎo)體92(j)的末端92a(j)在遠離中心端96(j)的方向上延伸，與相鄰的柵極導(dǎo)體90(j)和柵極端98(j)分開。導(dǎo)體92(j)的末端92b(j)在遠離中心端96(j)的方向上延伸，與相鄰的源極導(dǎo)體94(j)和源極端66(j)分開。柵極導(dǎo)體陣列90和源極導(dǎo)體陣列94是這樣安排的，讓柵極導(dǎo)體90(j)和源極導(dǎo)體94(j)在漏極導(dǎo)體92(j)和92(j+1)之間分開。
第一共面組合諧振器電路102也是在基片表面82上形成，并且連接到柵極段90(j)的末端和漏極段末端92a(j)。第二共面組合反饋電路104同樣是在基片表面82上形成，并且連接到源極段94(j)的末端和漏極段末端92b(j)。
每個柵極段90(j)和漏極段92(j)組合構(gòu)成組合電路102的一部分。每個柵極段90(j)和漏極段92(j+1)組合構(gòu)成組合電路102的另一部分。
每個源極段94(j)和漏極段92(j)組合構(gòu)成組合電路104的一部分。每個源極段94(j)和漏極段92(j+1)組合構(gòu)成組合電路104的另一部分。
陣列90，92，94的每個導(dǎo)體段的尺寸具有寬度Wi和長度Li。每一對相鄰段l，j之間有一個間隙Sij。陣列90，92，94中各個段的尺寸Wi和Li及其與相鄰段之間的間隙Sij是可以選擇的，提供理想的阻抗變換(匹配)，串聯(lián)自感，耦合電感和電容，以及與相鄰的段和相鄰的共-漏極段的并聯(lián)電容，這些都是各個柵極-漏極102或以及-漏極104電路中的一部分。
柵極端陣列58位于漏極端陣列62的一側(cè)，而源極端陣列66位于漏極端陣列62的相對一側(cè)。這樣，從漏極端陣列62的任何一側(cè)都可以形成沿著基片表面到任何共-漏極端62(j)的導(dǎo)電路徑。這對于減少連通連接到作為用于調(diào)諧的共-漏極連接的一部分的共-漏極端或者是連接到陣列52中的晶體管的柵極-漏極或源極-漏極端的阻抗變換電路上的寄生電感和電容是重要的。
電路102和104可以在以下的電路組及其組合當中選擇，這一電路組包括共面溝線電路，共面溝線條帶電路，共面波導(dǎo)電路，共面條帶傳輸線電路和其他采用共面導(dǎo)體的電路。
電路102和104以及導(dǎo)體段的尺寸和間隙是可以選擇的，為每個柵極電極57(1)提供幅值和相位幾乎相等的電流信號，使共-漏極連接62(j)有效地同相。
在本發(fā)明的振蕩器實施例50中，由柵極諧振器電路102確定頻率，并且可以用來為各個柵極-漏極段對90(j)，92a(j)和90(j)，92a(j+1)提供輸入阻抗變換。源極電路104是一個漏極-源極反饋組合電路，用來提供反饋和各個源極和漏極段對94(j)，92(j)和94(j)，92(j+1)之間的漏極-源極增強電容。
可以通過對一或多個導(dǎo)電段90(j)，92(j)或94(j)的電感和／或電容耦合或者是通過在一或多個段(未示出)上粘結(jié)引線從振蕩器50中提取輸出功率。通過在相鄰對之間增加交叉耦合電阻并且利用Wilkenson合成器等等對相鄰對的輸出功率加以適當組合就可以實現(xiàn)多對器件52(1)的并聯(lián)組合或推挽組合。
具有對稱的源極和漏極結(jié)構(gòu)的FET，也就是在源極和柵極之間的溝道尺寸和摻雜濃度與柵極和漏極之間的尺寸和濃度相同的FET通常被制成具有位于柵極和漏極焊盤之間的作為源極焊盤的中心端焊盤。為了在本發(fā)明的實施例中使用這種FET，必須改變FET的電壓偏置，讓中心焊盤能夠取代共-源極變成共漏極工作方式。
有些FET具有不對稱的源極和漏極結(jié)構(gòu)，也就是修改了橫向幾何形狀或摻雜分布圖，用來增加漏極-源極擊穿電壓而不增加源極電阻。這種不對稱FET的金屬層次可以是這樣布置的，漏極電極相對于需要粘結(jié)到各個基片代替端上的柵極和源極端可以集中布置。
如果需要降低漏極和柵極或漏極和源極之間的耦合電容，可以省略漏極導(dǎo)體段92c(j)。
由連續(xù)連接的段92c(j)構(gòu)成的漏極構(gòu)架為用來抑制不利振蕩模式的柵極電路102和源極電路104提供了一個共享的導(dǎo)體。根據(jù)頻率確定電路102和104的需要也可以去掉一或多個中間漏極導(dǎo)體段92c(j)。
按照現(xiàn)有技術(shù)中公知的方式適當?shù)亟M合反饋源極電路104中的信號就能夠獲得推挽或串聯(lián)輸出。通過連續(xù)復(fù)制這種組合而構(gòu)成具有良好相位噪聲的振蕩器還可以構(gòu)成更大的陣列。
按照本發(fā)明，介于柵極和源極端連接點98(j)，100(j)之間并且連接到漏極導(dǎo)體段92(j)的共-漏極端連接點96(j)和各自的柵極和源極導(dǎo)體段90(j)，94(j)一起向末端延伸，從而使多個單元的共-漏極晶體管能夠連接到源極-漏極和柵極-漏極連接點上的調(diào)諧，組合和匹配電路，使沿著共-漏極導(dǎo)體段的額外電路長度產(chǎn)生的損失和延遲最小。
參見圖5，圖中表示的振蕩器300是圖4的振蕩器50的一種變形。振蕩器300包括一個將相鄰的成對FET布置成線性陣列的集成電路芯片302。陣列302具有限定了柵極-漏極側(cè)的相對端和處在相對端之間并且限定了一個連接區(qū)302a的一個相對的源極-漏極側(cè)。
在具有一個平面301a的基片301上面形成一個共面柵極漏極調(diào)諧電路305和一個源極-漏極反饋電路307。柵極-漏極調(diào)諧電路305是由在連接區(qū)302a內(nèi)連接到共享漏極端306(1)，306(3)和306(5)的共面漏極導(dǎo)體312(1)，312(3)和312(5)構(gòu)成的。相對的末端312(1)a，(2)a，(3)a和312(1)b，(2)b，(3)b在不同方向上從觸點306(1)，(3)，(5)向外延伸。
漏極導(dǎo)體312(1)，312(3)和312(5)分別被柵極導(dǎo)體314(1)和314(2)隔開。柵極導(dǎo)體314(1)和314(2)具有最近端和末端，最近端各自與反方向分支318(1)a，318(1)b和318(2)a，318(2)b的一個共享端接合。分支318(1)a，318(1)b和318(2)a，318(2)b的另一端分別連接到共享的柵極端308(1)，308(2)，308(3)和308(4)。共面調(diào)諧元件T1被設(shè)在導(dǎo)體312(1)，314(1)和312(3)314(1)和312(3)，314(2)以及314(2)和312(5)之間。共面漏極導(dǎo)體312(1)，312(3)，312(5)和柵極導(dǎo)體314(1)和314(2)構(gòu)成多導(dǎo)體共面波導(dǎo)柵極-漏極電路305的一部分。
漏極導(dǎo)體312(1)，312(3)，312(5)朝著源極-漏極電路307延伸到末端312(1)b，312(3)b，312(5)b。兩個額外的漏極導(dǎo)體312(2)和312(4)在最近端被連接到連接區(qū)302a內(nèi)的額外的共享漏極端306(2)和306(4)。導(dǎo)體312(2)和312(4)朝著末端延伸并且構(gòu)成源極電路307的一部分。
具有最近端和末端的共面源極導(dǎo)體316(1，2，3，4)分別被間隔地放置在各對共面漏極導(dǎo)體312(1)，312(2)；312(2)，312(3)；312(3)，312(4)；和312(4)，312(5)之間。分開的調(diào)諧元件T2被設(shè)在共面源極導(dǎo)體316(1，2，3，4)之間。源極導(dǎo)體316(1，2，3，4)的最近端在連接區(qū)302a內(nèi)分別被連接到共享的源極端310(1，2，3，4)。源極導(dǎo)體316的末端被連接到一個共享的場金屬件320。共面漏極導(dǎo)體312(1，2，3，4，5)和源極導(dǎo)體316(1，2，3，4)，場金屬件320，和調(diào)諧元件T2構(gòu)成了多共面波導(dǎo)反饋電路307的一部分。
平面芯片陣列302具有四對FET，每一對具有粘結(jié)到各個共享的柵極-源極端子對308(1)，310(1)；308(2)，310(2)；308(3)，310(3)；308(4)，310(4)上的共享的柵極和共享的源極倒裝片。每一對FET具有各自的漏極倒裝片，粘結(jié)在相鄰的漏極端子對306(1)，306(2)；306(2)，306(3)；306(3)，306(4)；306(4)，306(5)上。
一個共面共-漏極構(gòu)架312連接在共面漏極導(dǎo)體312(1)，312(2)，312(3)，312(4)，312(5)之間。為振蕩器電路300構(gòu)成有效的RF公共端。
可以通過耦合到柵極電路305或源極電路307的印刷軌跡，引線或者是架空橋，一段傳輸線等等耦合輸出功率Po。
為了獲得理想的反饋和所需的調(diào)諧頻率，各個段312，314，316，318和調(diào)諧元件T1，T2的尺寸W，L是可以選擇的。
在本發(fā)明的其他實施例中可以用另一種調(diào)諧電路代替圖5的多共面波導(dǎo)305，例如是單個開路半波或四分之一波傳輸線或者是一個短路四分之一波形狀器(Colpitts-型)。
圖6表示按照本發(fā)明的另外一例共面共-漏極振蕩器400，圖中相同的元件與圖5中所用相同。
柵極代替314的最近端被短路到導(dǎo)電框架320’，柵極形狀器電路305’，F(xiàn)ET陣列302和源極電路307’被圍在框架的內(nèi)部。
縱向外圍漏極導(dǎo)體段312’(1)a，b和312’(3)a，b代替了圖5中原先的外圍漏極段312(1)和312(5)。段312’(1)a和312’(3)a的相對的末端分別連接在垂直端段320’a與漏極端306(1)和306(5)之間。段312’(1)b和312’(3)b的相對的末端分別連接在垂直端段320’b與漏極端306(1)和306(5)之間。這樣就形成了連續(xù)的導(dǎo)電框架320’。
柵極導(dǎo)體314(1)，314(2)的末端短路到端段320a’。中心漏極導(dǎo)體段312(3)的末端也短路到端段320a’，用相鄰的柵極段314(1)，314(2)和外圍漏極段312’(1)a和312’(3)a構(gòu)成一個短路的四分之一波多共面波導(dǎo)諧振器。
源極電路307’被外圍漏極導(dǎo)體段312’(1)b的內(nèi)部包圍，而312’(1)b的末端連接到框架段320’b的相對端。源極端310(1)和310(2)被連接到源極分支322(1)a，322(1)b的最近端，而源極端310(3)和310(4)分別被連接到源極分支322a(2)b，322(2)b的最近端。
分支322(1)a，322(1)b的末端在源極導(dǎo)體316’(1)的最近端被接合到一起。分支322(2)a，322(2)b的末端在源極導(dǎo)體316’(2)的最近端被接合到一起。源極導(dǎo)體316’(1)處在外圍接地漏極段312’(1)b和中心漏極段312’(2)之間間隔相等的中心。源極導(dǎo)體316’(2)處在漏極段312’(3)b和中心漏極段312’(2)之間間隔相等的中心。
源極調(diào)諧元件T2被共線地設(shè)在源極段316’(1)和316’(2)各自的末端與框架段320’b的內(nèi)部之間。這樣就形成了多共面波導(dǎo)增強型源極-漏極電容反饋電路307’。
也可以用短路的共面條帶傳輸線或是短路或開路的并聯(lián)溝線來構(gòu)成源極電路307’，適當?shù)卣{(diào)節(jié)長度就可以在指定的振蕩頻率上提供源極和漏極之間所需的電容。
從上述實施例中可以看出，通過修改柵極和源極電路可以制成各種結(jié)構(gòu)的共-漏極振蕩器電路。還可以看出在FET陣列中可以增加額外的子部分，用相應(yīng)的電路子部分來增加功率輸出和／或改善相位噪聲。
諸如T1和T2等耦合元件可以用來調(diào)諧和消耗振蕩器的功率。本發(fā)明的共-漏極振蕩器可以如所示的耦合那樣按推挽方式工作，或者是按照同相方式工作，按照公知的同相耦合將兩半注入鎖定。
本發(fā)明還包括其他的共面共漏極結(jié)構(gòu)，可以采納電極源極端位于柵極電極和漏極電極端之間的FET陣列。圖7和8表示了兩個這種例子。
圖7表示一個共面共-漏極振蕩器500的一部分，如上所述，有一個粘結(jié)在導(dǎo)電圖形基片503上的FET陣列501。在陣列501上限定了一個連接區(qū)501。振蕩器500包括一個具有上述開路端的共面波導(dǎo)柵極諧振器電路。
FET陣列501的源極，漏極和柵極電極陣列510，512，514連接到對應(yīng)的陣列端子510’，512’，514’(未示出)。用焊錫凸起或焊球?qū)⑦@些陣列端子連接到安裝在基片503上的各自的源極，漏極和柵極導(dǎo)體端子510，512，514。
源極導(dǎo)體端子510(1，2，3)分別被連接到平行的共面源極導(dǎo)體段504(1，2，3)的最近端。段504(1，2，3)的末端在一個方向上從陣列501向外延伸到與開路的末端相等的長度為止。
漏極導(dǎo)體端512(1，2)沿著陣列501的一側(cè)設(shè)置，并且分別連接到平行的共面漏極導(dǎo)體段506(1，2)b的最近端。漏極導(dǎo)體段506(1，2)b分別被對稱地設(shè)在源極端504(1，2)和504(2，3)之間。漏極導(dǎo)體段506(1，2)b的末端在一個方向上從陣列向外延伸。
源極導(dǎo)體段504和漏極導(dǎo)體段506b構(gòu)成了振蕩器500的源極-漏極多共面波導(dǎo)反饋電路。通過延長導(dǎo)體504和506就可以增大漏極-源極電容，或者是采用微波集成電路(MMIC)芯片電容等等。
漏極導(dǎo)體端512(1，2)分別在連接區(qū)501a內(nèi)與y-形的共面導(dǎo)體分支508a，b的最近基座端接合。分支508a，b具有分支臂508(1，2)a和508(1，2)b，它們的末端從基座端508a，b朝著陣列501的另一側(cè)分叉。
分支508(1)a和508(2)a被設(shè)置在柵極端514(1)和各自的源極端510(1)和510(2)之間。分支508(2)a和508(2)b被設(shè)置在柵極端514(2)和各自的源極端510(2)和510(3)之間。分支508(1)的末端在連接區(qū)501a內(nèi)與漏極導(dǎo)體段506(1)的最近端接合。分支508(2)的末端與漏極導(dǎo)體段506(2)a的最近端接合。分支508b(1)的末端同時與漏極導(dǎo)體段506(2)a的最近端接合。分支508b(2)的末端同時與漏極導(dǎo)體段506a(3)的最近端接合。
柵極端514(1，2)分別被連接到平行的柵極導(dǎo)體段502(1，2)的最近端。段502(1，2)從陣列的另外一側(cè)向末端延伸。
導(dǎo)體段506(1，2)被設(shè)置在柵極導(dǎo)體段502(1)的周圍。導(dǎo)體段506(2，3)被設(shè)置在柵極導(dǎo)體段502(2)的周圍。段506(1，2，3)由它們的最近端從陣列501向外延伸到末端。
段506(1，2，3)a和502(1，2)構(gòu)成了共-漏極振蕩器500的一個開路端接的多共面波導(dǎo)柵極調(diào)諧電路的一部分。
連續(xù)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)512，508，506限定了陣列501的FET的共-漏極連接，將柵極和源極端彼此隔開。這樣就能組合由FET陣列501的漏極電極提供的反相RF信號，使返回到各自柵極或源極電路的路徑長度最短，并且使寄生電感和電容最小。
各個柵極-漏極導(dǎo)體對的循環(huán)的柵極-漏極電流使506(1)a，506(2)a和502(1)僅有很短的一段漏極導(dǎo)體508(1)a，b耦合到各個源極-漏極導(dǎo)體對504(1)，512(1)和504(2)的循環(huán)的源極-漏極電流。
參見圖8，在圖中表示了本發(fā)明的共-漏極振蕩器電路600的一個實施例，RF短路端接的柵極調(diào)諧電路中相同的元件與圖7中采用相同的符號。
一個端部導(dǎo)體段522與漏極導(dǎo)體段506(1，2，3)a的末端接合。端部導(dǎo)體段522分別被RF耦合電容520(1，2)連接到柵極導(dǎo)體段502(1，2)的末端。電容520可以是芯片電容，薄膜電容等等，用來在段502(1，2)的末端和導(dǎo)體段522之間提供調(diào)諧元件或是基本為零的RF阻抗。
漏極-源極電路也可以是一個諧振器電路，在漏極-源極諧振器停止諧振時提供源極和漏極之間的電容反饋；對于并聯(lián)式諧振是在諧振以上，而對于串聯(lián)式諧振則是在諧振以下。
共-漏極振蕩器600的變?nèi)菡{(diào)諧可以通過在柵極-源極調(diào)諧電路或源極-漏極調(diào)諧電路中提供變?nèi)萜鞯碾姶篷詈蟻韺崿F(xiàn)。
通過調(diào)諧柵極-漏極電路和源極-漏極電路可以獲得寬廣的調(diào)諧范圍。在本發(fā)明的共-漏極結(jié)構(gòu)中，很容易實現(xiàn)從柵極或源極導(dǎo)體和共-漏極導(dǎo)體到單一或是多矢量的低電感連接。
圖9和10用一種具有指狀組合型電容的諧振器柵極電路的共-漏極振蕩器表示了本發(fā)明的另一個實施例。圖9是圖10的振蕩器700的一個等效電路。等效電路702代表圖10的一個柵極-漏極(輸入)諧振器。等效電路704代表圖10的FET柵極-漏極電路，它連接著一個下文所述的源極-漏極反饋電路。
Cl是下述的一個指狀組合型共面腔諧振器電容，Cg是具有源極-漏極電路連接的FET的等效輸入(柵極-漏極)組合704的等效電容(在圖10中表示了803，825(1-5)，826(1-4)，830(1-4)和845(1-4)的組合)。
振蕩器電路700的條件是由Cv，Leq，re和Cl構(gòu)成的柵極諧振器輸入電路702的等效損耗電阻re的量值必須小于有源器件(在此處也就是FET)的輸入704的等效小信號串聯(lián)負電阻。Cv代表連接在柵極電路和共-漏極之間的調(diào)諧可變電抗器的電容，Leq是輸入電路702的串聯(lián)電感。Cl是下述的指狀組合型共面腔諧振器電容的電容，而是Cg是連接到圖10的源極-漏極電路的FET的等效輸入704上的電容。
如果電容Cl太小，可變電抗器Cv的調(diào)諧范圍就會過小，如果為了擴大調(diào)諧范圍而使Cv變小，可變電抗器增大的串聯(lián)電阻就可能使的量值re大于ri(連接到圖10的源極-漏極電路的FET的等效負輸入電阻)，從而阻止振蕩。
如果電容Cl過大，使諧振器702與FET輸入的耦合太強，噪聲在Cg中感應(yīng)的電抗波動就會給振蕩頻率造成大的波動，產(chǎn)生過度的相位噪聲。
為了高頻操作的需要，輸入電路702的Leq必須足夠低。如果電流循環(huán)在輸入電路中的返回路徑過長，串聯(lián)電感就會太大，當Cl處在其理想范圍時無法實現(xiàn)高調(diào)諧頻率。
在圖10中表示了一個指狀組合型電容“共面腔”諧振振蕩器電路。此處所謂的共面腔是用來模擬慣用的振蕩器中使用的腔。它是規(guī)則的三維腔的一種二維模擬。諧振器的形狀類似于沿著凹角圓筒腔諧振器的一個軸提取的截面，有一個從一個內(nèi)壁上突出的內(nèi)部中心柱(位于軸線上)與相對內(nèi)壁的內(nèi)側(cè)隔開。
一個可變電抗器807將等效的凹角柱連接到共面腔的一個等效的內(nèi)壁。共面指狀組合式電容802和串聯(lián)的FET輸入對應(yīng)著等效柱和等效的相對內(nèi)壁之間的電容間隙。電路800在FET輸入702上提供低串聯(lián)電阻和電感(對照圖9的re，Leq)，同時具有用來實現(xiàn)共漏極振蕩器操作的足夠的串聯(lián)電容Cl。
共面指狀組合式電容共面腔諧振器電路801被連接到一個FET陣列822的一側(cè)。第二共面電路803被連接到FET陣列822的相對一側(cè)。電路801和803的共-漏極連接(參見下文)位于電路801和803之間。電路801和803是通過按照常規(guī)的方法在一個絕緣基片上對導(dǎo)電片進行構(gòu)圖而形成的。
柵極電路801包括位于一個共面導(dǎo)電框架806內(nèi)部的共面指狀組合式電容802，框架具有一個內(nèi)部周長804。源極電路803可以是多種共面電路當中的一種，例如是一個開路電路，近四分之一波長傳輸線等等，適合在有關(guān)FET的源極和漏極之間提供足夠的電容反饋。
框架806是由與漏極端公共導(dǎo)體段812的一對相對端鄰近的兩個相對的外腿808和810構(gòu)成的，并且在相對的一對相對端鄰近一個可變電抗器導(dǎo)體段814。
共面電容802被共面導(dǎo)電框架806的內(nèi)部周長804包圍。周長804限定了一個共面腔段804a和一個可變電抗器插入段804b。共面腔段804a的周長804的一部分的形狀是一個圍繞電容802的稍稍延長的六邊多邊形。圖10中所示的共面腔804a的高寬比是1．3∶1。共面腔段804a的尺寸和高寬比可以在一定的范圍內(nèi)改變。共面腔段804a的尺寸和高寬比被選擇為在適當?shù)念l率產(chǎn)生諧振。
可變電抗器插入段804b可以是由限定在段814內(nèi)的正方形或者矩形，用來接收具有一個陰極807a和一個陽極807b(未示出)的調(diào)諧可變電抗器807。
在本發(fā)明的其他實施例中，諧振器可以是六邊形之外的形狀(例如是圓形，多邊形等等)，并且不需要插入可變電抗器。共面腔段804a的高寬比可以適當改變。不會受到空間的限制，高寬比大約為1∶1被認為損失最小。
共面腔段804a的周長尺寸和周長與電容802的間隙是利用一種商用的電磁模擬軟件包例如Zeland Software的“IE3D”來選擇的，它受到理想調(diào)諧頻率(即高頻比較小)的限制并且有足夠低的損失(對較大尺寸來說比較低)。
共面電容802是由一組隔開的共面柵極導(dǎo)體段820(1∶4)和另一分組隔開的導(dǎo)體分叉840a，b，c(1∶4表示順序的索引編號1，2，3，4)的指狀組合構(gòu)成的。分叉840a，b，c在處于基座導(dǎo)體段840最近端的一個公共中心導(dǎo)體輸入節(jié)點840e上接合。導(dǎo)體840在遠端有一觸點840d。分叉840b位于分叉840a和840c之間。觸點840d的末端延伸進入可變電抗器插入804b之內(nèi)并且連接到可變電抗器的陽極807b(未示出)。導(dǎo)體840和導(dǎo)體分叉840a，b，c沿著一條穿過分叉840b和觸點840d的線A-A對稱地設(shè)置，讓分叉840a的末端在對面相鄰的柵極導(dǎo)體820(1)和820(2)之間延伸到一個長度L1，分叉840b的末端在大體上平行并且等間隔的對面相鄰的柵極導(dǎo)體820(2)和820(3)之間延伸到一個長度L2，而分叉840c的末端在大體上平行并且等間隔的對面相鄰的柵極導(dǎo)體820(3)和820(4)之間延伸到一個長度L3。
節(jié)點840e和觸點840d之間的那一部分導(dǎo)體840構(gòu)成一個感應(yīng)電抗耦合元件，在整個有關(guān)的頻率范圍內(nèi)成為圖10中的電感Leq的一部分。
L1，L2，L3的尺寸范圍和相鄰分叉840與導(dǎo)體820之間的間隔是這樣安排的，使中心導(dǎo)體中的信號電流被電容和電磁耦合平均地分配給獨立的柵極電極832(1，2)a和832(1，2)b?？梢允褂蒙逃玫碾姶拍M工具按照需要的頻率范圍來選擇這種間隔和尺寸。
分開的共面柵極導(dǎo)體端818(1∶4)被限定在共面柵極導(dǎo)體端818(1∶4)各自的最近端上。符號1∶4代表索引編號1，2，3，4的順序。導(dǎo)體端818(1∶4)被粘結(jié)在FET陣列822中各自的FET柵極端818’(1∶4)上。
分開的共-漏極導(dǎo)體端824(1∶5)被限定在共面共-漏極端公共導(dǎo)體端812上。導(dǎo)體端824(1∶5)被粘結(jié)在FET陣列822中對應(yīng)的FET共-漏極端824’(1∶5)(未示出)上。FET共-漏極端824’(1∶5)按照1到1；2到2，3；3到4，5；4到6，7和5到8的順序連接到漏極電極828(1∶8)；其中的第一個索引是漏極端索引編號，而第二個索引是漏極電極索引編號。
FET陣列822包括兩個C-形FET柵極金屬段832a，b，它們的延伸臂832(1，2)a和832(1，2)b連接到分別用來控制漏極電極828(1，2)，828(3，4)，828(5，6)和828(7，8)中的電流的柵極指上。
由通過共-漏極段812的公共連接來組合來自漏極電極828的電流。
分開的共面源極導(dǎo)體826(1∶4)被限定在源極導(dǎo)體段830(1∶4)上，用來粘結(jié)到FET陣列822的FET源極端826(1∶4)上。
可變電抗器電極(陰極或陽極)連接器層842被設(shè)置在插入804b中，并且連接到來自框架806的插入部分804b的最近端的重疊的導(dǎo)體接頭809上。
調(diào)諧電壓由連接到一個可變電源(未示出)上的RF扼流圈844提供給可變電抗器的陽極807a(未示出)。
共面源極電路803被連接到源極端，根據(jù)需要為FET提供適當?shù)脑礃O-漏極反饋。電路803可以是由相鄰漏極段825(1∶5)之間的多個源極導(dǎo)體段845(1∶4)連接到FET上的一個組合電路。
本發(fā)明的指狀組合式電容802增加了適量的輸入串聯(lián)電容，而寄生電感很小，在振蕩器電路的工作頻率上減少了FET中的電容波動的有害影響。這樣就能減少振蕩器輸出信號的相位噪聲。
參見圖9，電容Cv相當于可變電抗器807的電容，re是諧振器中的串聯(lián)電阻(包括電容802，電感840e和可變電抗器807的串聯(lián)電阻)，-ri是諧振的FET輸入端的等效負電阻，而Leq是分叉840a，b，c和觸點840d之間的中心導(dǎo)體腿840的電感分量，包括電容802，可變電抗器807和框架返回腿808，810的自感。
指狀組合式電容802的緊湊特征和縮短的段820(1∶4)以及840a∶c提供了最小的寄生自感，因此，振蕩器特性可達到比較高的調(diào)諧頻率。
從圖中可見，電感腿840被合并入與并聯(lián)的多個導(dǎo)體820(1∶4)耦合的并聯(lián)分叉840a，b，c中，并聯(lián)分叉和這些導(dǎo)體的串聯(lián)電感通常比并聯(lián)分叉和導(dǎo)體與電容耦合的形式構(gòu)成單個并聯(lián)導(dǎo)體對時的總長度的電感要小。
指狀組合式電容802的進一步優(yōu)點是有多個導(dǎo)體端片818，可以和對應(yīng)的多個FET端互連，從而獲得高功率輸出和低相位噪聲。
參見圖11，在圖中表示了按照本發(fā)明的共-漏極指狀組合式電容共面腔諧振振蕩器的一種雙諧振器實施例900。
第一和第二共面腔902a和902b被限定在一個共面導(dǎo)體框架908中。采用前述的常規(guī)工藝在基片910上淀積和構(gòu)圖框架908?？蚣?08可以是圓形或者大致成矩形，限定了連接到垂直的相對兩側(cè)908c，d的兩個相對端908a，b。
第一和第二指狀組合式電容904a和904b繞著一條中心線B對稱地設(shè)置在彼此對稱設(shè)置的腔902a，b中。
腔902a，b分別被圍繞電容904a，b的框架908的內(nèi)部周長912a，b所限定。周長912a，b與電容904a，b相距足夠遠，以減少有害的電容耦合效應(yīng)，但是其間隔又有充分的限制，以便獲得高調(diào)諧頻率。共面腔中心導(dǎo)體914具有圍繞中心線B設(shè)置的相對的邊沿914a，b，其邊沿構(gòu)成了調(diào)諧腔902a，b的周長912a，b的一部分。
指狀組合式電容904a和904b包括與交錯的柵極導(dǎo)體段919a，b，c隔開的交錯的電容導(dǎo)體段917a，b。
第一電容904a的中心電容導(dǎo)體906a在交叉點916a處插入分叉電容導(dǎo)體段917a，b。段917a，b的最近端朝著FET陣列922延伸，而末端分別在交錯的相鄰柵極電容導(dǎo)體段919a，b，c之間平行并且等間隔地朝著可變電抗器陽極連接點924延伸。
柵極電容導(dǎo)體段919a，b，c的最近端朝著FET陣列922延伸，其一端分別連接到柵極導(dǎo)體端918a，b，c。端919的末端在交錯的段917之間延伸，并且端接到開路端。端子918a，b，c被連接到半個倒裝片F(xiàn)ET陣列922中的FET920a，b，c的各自的柵極端918’a，b，c(未示出)上。
從一個連接到一個段919的片上的偏置電源(未示出)可以為FET的柵極提供偏置，例如是連接在段919a的末端。芯片上的柵極偏置交叉連接點921a將三個端918a，b，c連接到一起。也可以單獨連接每一個段，但是需要增加片和粘結(jié)導(dǎo)線。交叉連接點921a還有助于抑制連接的FET之間的奇數(shù)模式的振蕩。
按順序交錯的電容耦合段917和柵極段919在相對的最近端和末端連接，形成一種指狀組合式電容結(jié)構(gòu)。
介于相鄰分支段917的柵極導(dǎo)體段919之間的延伸尺寸和間隔是可以選擇的，讓中心導(dǎo)體906a，b中的信號電流被電容性或電磁性地分割成幅值和相位大體均等的柵極電流進入各自的FET。
第二電容904b是電容904a的鏡像圖像，并且將來自大體906b的信號電流在幅值和相位上均等地分割進入陣列922的FET920b，e，f。
FET源極連接點923被制成上述的源極-漏極指狀組合式電容反饋電路結(jié)構(gòu)(未示出)，增加適量的源極-漏極反饋電容，使調(diào)諧范圍內(nèi)的振蕩得以優(yōu)化。
FET920a，b，c，d，e和f的FET漏極端934a，b，c，d被漏極到框架908的相對一側(cè)908b，在FET的漏極構(gòu)成一個共-漏極RF接地。在柵極端918和源極端923之間設(shè)置共-漏極908b可以控制柵極-漏極和柵極-源極電路共用的信號電流，在公共點上提供最小的寄生電感和電容。
電容導(dǎo)體906a，b的末端延伸并且接合，接觸到倒裝的調(diào)諧可變電抗器陽極924。導(dǎo)體906a，b將電容904a，b電感性耦合通過可變電抗器陽極924，并且通過框架908和914返回到共-漏極導(dǎo)體908b。
為了實現(xiàn)寬調(diào)諧范圍的高諧振Q并且滿足FET陣列922的負電阻限制，諧振器900的電感必須具有最小的分布電容和最小的導(dǎo)體電阻。如果共面腔中心返回導(dǎo)體914過窄，分布電阻re就會過高。如果導(dǎo)體914過寬，分布電容就會過高。為了獲得最佳性能，導(dǎo)體914的寬度必須要優(yōu)化。
在框架908中從一側(cè)908延伸的導(dǎo)電接頭926被連接到可變電抗器935的一個導(dǎo)電電極層930。一個RF扼流圈932連接到另一個可變電抗器電極層924，從一個外部電源(未示出)提供用于調(diào)諧可變電抗器的偏置電壓。
參見圖11，雙諧振器900的工作方式與圖10的單一諧振器相似，只不過是FET的柵極電流在可變電抗器924和FET陣列922之間跨過一部分諧振器900被分割到兩個并聯(lián)的同相路徑，被導(dǎo)體906a，b分離到兩個電容904a，b并且通過共面腔框架908和共面腔中心導(dǎo)體914返回。
測量顯示出本發(fā)明的共面共-漏極指狀組合式電容雙共面腔振蕩器使用人造晶體高電子遷移率晶體管(PHEMT)可以在40GHz左右中心頻率上實現(xiàn)大于2GHz的調(diào)諧范圍，從振蕩的中心頻率起偏移100kHz處的每赫茲相位噪聲優(yōu)于76dBc(低于載波的分貝)。PHEMT的柵極長度大約是0．15微米，總的柵極寬度大約是900微米。PHEMT被劃分成6個單元，每單元有兩個柵極指，每個單元具有自身的柵極片和自身的源極片，源極／漏極具有一串7個片，每一對單元之間有一個源極片，并且在陣列的每一端各有一個源極片。為了倒裝片粘結(jié)，源極，漏極和柵極片的構(gòu)造足夠大，直徑大約有2密爾(千分之一英寸)。
PHEMT和一個由靜電屏蔽可變電抗器調(diào)諧的諧振器組合構(gòu)成在新近提交的專利申請08／555777中所述的振蕩器，可供本文參考。
值得注意的是，如果具備適當?shù)膶?dǎo)體涂層和構(gòu)圖能力，本發(fā)明另一個實施例的共面指狀組合式電容904a，b和共面腔908可以放置在FET陣列922的表面上。將電容904和共面腔908放置在GaAs FET的表面上可以在相同的頻率和／或更高的工作頻率上實現(xiàn)小型振蕩器電路。由于GaAs的高介電常數(shù)而使性能有所改善，并且由于它是在芯片上構(gòu)圖并且消除了FET和電容／平面腔之間的一些粘結(jié)點(例如球或凸起)而降低了寄生電容。
還可以用一種金屬-絕緣-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)代替指狀組合式電路來實現(xiàn)電容904a，b。源極-漏極電容也可以放置在FET芯片的表面上和／或裝配成MIM電容。為了獲得按照本發(fā)明的另一種振蕩器，其他倒裝元件諸如電感，電容，多重二極管等等可以安裝在基片上。
在本發(fā)明的其他實施例中可以使用其他有源器件，例如雙極晶體管，異質(zhì)節(jié)晶體管，場效應(yīng)晶體管，雙極晶體管，諧振隧道晶體管，空間分布變換器件，浸透式基極晶體管，固態(tài)三極管和超導(dǎo)三極管器件。沒有反饋電路的本發(fā)明的實施例還可以適用于二端式器件，例如Gunn二極管，隧道二極管等等。
按照本發(fā)明，上述的說明僅僅是為了解釋而并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制?？梢岳斫獾氖牵景l(fā)明的尺寸，形狀和外觀以及各種元件的制造方法都是可以修改的，或者是在本發(fā)明的原理和范圍之內(nèi)包括或者排除某些元件。本發(fā)明僅僅受到權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求
1．一種毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)包括具有一個連接區(qū)(24a)的絕緣基片表面(22a)；安裝在表面上的第一，第二和第三共面導(dǎo)體(32，34，30)，每個導(dǎo)體具有一個延伸進入連接區(qū)的最近部分(32a，34a，30a)，第一和第二導(dǎo)體(32，34)各自具有從連接區(qū)向不同方向延伸的末端部分(32b，34b)，而第三導(dǎo)體(30)具有延伸到第一導(dǎo)體的末端部分(32b)近旁的第一末端部分(30b)和延伸到第二導(dǎo)體的末端部分(34b)近旁的第二末端部分(30c)，第三導(dǎo)體的第一和第二末端部分與地隔離；以及至少一個有源器件(26)，它具有一個輸入信號控制端(36)，一個反相輸出信號傳送端(38)和一個非反相輸出信號傳送端(40)，輸出信號傳送端上的信號取決于輸入信號控制端的輸入信號，該有源器件被定位在連接區(qū)內(nèi)，將輸入信號控制端耦合到第一導(dǎo)體(32)，非反相輸出信號傳送端(40)耦合到第二導(dǎo)體(34)，而反相輸出信號傳送端(38)耦合到第三導(dǎo)體(30)。
2．按照權(quán)利要求1的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第一導(dǎo)體(32)和第二導(dǎo)體(34)都被設(shè)在第三導(dǎo)體(30)的一側(cè)。
3．按照權(quán)利要求1的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第一導(dǎo)體(32)和第二導(dǎo)體(34)被設(shè)在第三導(dǎo)體(30)的相對的兩側(cè)，讓第三導(dǎo)體從控制端(36)和非反相端(40)之間通過。
4．按照權(quán)利要求1的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是進一步包括安裝在表面(22a)的第四共面導(dǎo)體(30’)，第四導(dǎo)體具有延伸進入連接區(qū)(24a)的一個最近部分(30a’)，第四導(dǎo)體具有各自從連接區(qū)向不同方向延伸的第一和第二末端部分(30b’，30c)，第四導(dǎo)體還具有延伸到第一導(dǎo)體的末端部分(32b)近旁的第一末端部分(30b’)和延伸到第二導(dǎo)體的末端部分(34b)近旁的第二末端部分(30c’)；以及第二有源器件(28)，它具有第二輸入信號控制端(36)，第二反相輸出信號傳送端(39)和第二非反相輸出信號傳送端(40)，第二輸出信號傳送端上的信號取決于第二輸入信號控制端的輸入信號，第二輸入信號控制端(36)被耦合到第一導(dǎo)體(32)，第二非反相輸出信號傳送端(40)耦合到第二導(dǎo)體(34)，而第二反相輸出信號傳送端(39)耦合到第四導(dǎo)體(30’)。
5．按照權(quán)利要求4的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是由穿過第一和第二導(dǎo)體(32，34)之間的另一個共面導(dǎo)體(30d)連接第三和第四共面導(dǎo)體(30，30’)。
6．按照權(quán)利要求4的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第四導(dǎo)體(30’)和第三導(dǎo)體(30)相互連接。
7．按照權(quán)利要求6的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第四導(dǎo)體(30’)和第三導(dǎo)體(30)鄰接。
8．按照權(quán)利要求1的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第一導(dǎo)體的末端部分(32b)和第三導(dǎo)體的一個末端(30b)連接到一個諧振器電路(42)。
9．按照權(quán)利要求8的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第一導(dǎo)體的一部分和第三導(dǎo)體的一個末端是由調(diào)諧電路(42)的一部分構(gòu)成的。
10．按照權(quán)利要求1的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第二導(dǎo)體(34b)的末端和第三導(dǎo)體的一個末端(30c)連接到一個反饋電路(44)。
11．按照權(quán)利要求10的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第二導(dǎo)體(34)的一部分和第三導(dǎo)體的一個末端(30c)是由反饋電路(44)的一部分構(gòu)成的。
12．按照權(quán)利要求1的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第一導(dǎo)體的末端(32b)和第三導(dǎo)體的一個末端(30b)連接到一個調(diào)諧電路(42)，而第二導(dǎo)體的末端(34b)和第三導(dǎo)體的另一個末端(30c)連接到一個反饋電路(44)。
13．按照權(quán)利要求12的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是諧振器電路(42)和反饋電路(44)被布置成一個振蕩器的結(jié)構(gòu)。
14．按照權(quán)利要求10，11，12或13的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是反饋電路(307)包括一個共面電容器(312，316)。
15．按照權(quán)利要求4的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是連接到第一器件(26)的導(dǎo)體(30，32，34)包括第一振蕩器電路的一部分，而連接到第二器件(28)的導(dǎo)體(30’，32，34)包括第二振蕩器電路的一部分。
16．按照權(quán)利要求15的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第一和第二振蕩器的信號被鎖定，使振蕩器的振蕩同相。
17．按照權(quán)利要求15的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是第一和第二振蕩器電路的耦合使得振蕩器推挽地振蕩。
18．按照權(quán)利要求1的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是有源器件(26)是從以下的組中選擇的，在組中包括場效應(yīng)晶體管，雙極晶體管，異質(zhì)結(jié)晶體管，諧振隧道晶體管，空間分布變換器件，浸透式基極晶體管，固態(tài)三極管，真空三極管，可控雪崩三極管器件，以及超導(dǎo)三極管器件。
19．按照權(quán)利要求1的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征在于電路是共漏極振蕩器(20)。
20．按照權(quán)利要求8或10的毫米波和微波電路結(jié)構(gòu)，其特征是諧振器或反饋電路(42，44)是從以下的組中選擇的，在組中包括共面溝線電路，共面波導(dǎo)電路，共面條帶電路，共面?zhèn)鬏斁€電路和共面反饋電路。
全文摘要
一種具有倒裝芯片金屬化圖形和基片金屬化圖形的振蕩器電路(20),利用介于源極(40)和柵極(36)端子之間的公共漏極(38)構(gòu)成一個公共漏極振蕩器,提供一種有效的RF射頻共基準,減少在高頻率下可能會衰減振蕩器功率和相位噪聲的寄生電感元件。
文檔編號H03B5/18GK1294763SQ98813990
公開日2001年5月9日 申請日期1998年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月24日
發(fā)明者C·A·莫文克爾, E·B·斯通哈姆 申請人:恩德威夫公司