高功率分布式放大器单片微波集成电路MMIC芯片的芯片外分布式漏极偏置制造技术

芯片外分布式漏极偏置增加了高功率分布式放大器MMIC的输出功率和效率。芯片外偏置电路具有用于接收DC偏置电流的公共输入端以及多个并联连接的偏置扼流器，其中DC偏置电流在所述多个并联连接的偏置扼流器之间被划分。扼流器连接到不同的FET放大器级处的相同多个的漏极端子，以在沿着输出传输线的不同位置处提供DC偏置电流。芯片外分布式漏极偏置增加了可供放大器使用的DC偏置电流的水平，并将电感添加到所选的FET放大器级(通常是较早的级)，以修改在漏极端子处看到的负载阻抗，从而更好地匹配放大器级来改进功率和效率。

Off chip distributed drain bias for monolithic microwave integrated circuit MMIC chip with high power distributed amplifier

Off chip distributed drain bias increases the output power and efficiency of the high power distributed amplifier MMIC. An off chip offset circuit has a common input terminal for receiving a DC bias current and a plurality of parallel connection biasing chokes, in which the DC bias current is divided between the plurality of parallel connected biasing chokes. The choke is connected to the same multiple drain terminals at different FET amplifier stages to provide DC bias current at different locations along the output transmission line. The outside chip distributed drain offset increases the level of the DC bias current available for the amplifier and adds the inductor to the selected FET amplifier stage (usually earlier stage) to modify the load impedance at the drain terminal to better match the amplifier stage to improve the power and efficiency.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高功率分布式放大器单片微波集成电路MMIC芯片的芯片外分布式漏极偏置
本专利技术涉及分布式放大器单片微波集成电路(MMIC)的偏置，并且更具体地涉及用于高功率分布式放大器MMIC的分布式漏极偏置的芯片外DC偏置电路。
技术介绍
单片微波集成电路，或MMIC，是一种在微波频率(300MHz至300GHz)操作的集成电路(IC)器件。这些器件通常执行诸如微波混合、功率放大、低噪声放大和高频切换的功能。MMIC器件上的输入端和输出端常常与50欧姆的特征阻抗相匹配。这使得它们更易于使用，因为MMIC的级联就不需要外部匹配网络。此外，大多数微波测试装备被设计为在50欧姆的环境中操作。MMIC尺寸小(从大约1mm2到20mm2)并且可以批量生产，这已经允许了高频设备(诸如蜂窝电话)的普及。MMIC最初使用砷化镓(GaAs)(一种III-V族化合物半导体)制造。它与作为用于IC实现的传统材料的硅(Si)相比具有两个基本优势：器件(晶体管)速度和半绝缘基板。这两个因素都有助于高频电路功能的设计。但是，随着晶体管特征尺寸的减小，基于Si的技术的速度已经逐渐提高，并且现在MMIC也可以用Si技术制造。诸如磷化铟(InP)、硅锗(SiGe)和氮化镓(GaN)的其它技术也是MMIC的选择。最初，MMIC使用金属半导体场效应晶体管(MESFET)作为有源器件。最近，高电子迁移率晶体管(HEMT)、假晶HEMT(PseudomorphicHEMT)和异质结双极型晶体管已经变得普遍。DC偏置电路系统通常占总芯片面积的大约15％至20％。DC偏置电路系统既可以用作到晶体管的DC电源路径又可以用作RF阻隔(“偏置扼流器(biaschoke)”)。在诸如MMIC的高功率应用中，DC偏置电路系统通常采用宽传输线来适应流向晶体管的大电流。芯片上电容器被配置为提供RF扼流器(choke)。高阻抗传输线充当对RF信号的虚拟开路，并且芯片上电容器被配置为将剩余RF信号短路到接地。于2004年9月28日发布的标题为“MonolithicMicrowaveIntegratedCircuitwithBondwireandLandingZoneBias”的美国专利6,798,313公开了一种用于将DC偏置电路系统移到芯片外使得可以减少和/或消除芯片上偏置电路系统的方法。在多级RF功率放大器(其在例如中心频率的10％的窄带上放大RF信号)的实施例中，接合线附连在位于MMIC上的合适位置处以供给偏置电流的着陆(landing)区与芯片外电容器之间。接合线可以被配置为提供RF阻抗，该RF阻抗过去由芯片上偏置电路系统提供。接合线可以被配置为具有任何合适的长度，以创建虚拟开路。然后接合线长度可以适当地依赖于被阻隔的频率。例如，接合线可以被选择为四分之一波接合线。对于30GHz的信号，示例性接合线的长度可以是大约100密耳。在这种情况下，接合线的长度可以具有例如加或减30密耳的容差。因此芯片外偏置馈电系统可以被配置为通过将高RF阻抗接合线与低RF阻抗匹配结构并列放置而不显著影响系统的整体RF阻抗。另一类MMIC放大器是分布式放大器，与多级功率放大器相比，其以较小的增益在宽得多的带宽(例如，中心频率的至少120％)上放大RF信号，以获得更大的增益带宽积。分布式放大器使用传输线暂时拆分信号并分开地放大每个部分，以获得比单个放大器可能实现的带宽更高的带宽。每一级的输出在输出传输线中组合。分布式放大器包括独立连接若干有源器件(例如，FET)的输入端和输出端的具有特征阻抗Z0的一对传输线。RF信号因此被供给到连接到第一器件的输入端的传输线的区段。当输入信号沿着输入线向下传播时，各个器件通过感应输出线上的放大的互补前向行进波来响应前向行进输入波。这假设通过选择两条线的传播常数和长度而使得输入和输出线的延迟相等，并且因此来自每个单独的器件的输出信号同相求和。端接电阻器Zg和Zd被放置成使破坏性反射最小化。每个器件的跨导增益为gm，并且每个晶体管看到的输出阻抗是传输线的特征阻抗的一半。因此总的电压增益是：Av＝n·gm·Z0，其中n是级数。忽略损耗，增益表现出对器件(级)的数量的线性依赖。与常规放大器的级联的倍增本质不同，分布式放大器表现出加性特性。这种架构的协同特性使其能够在超过单独的级的单位增益频率的频率的频率处提供增益。在实践中，级的数量受限于由于输入线路上的衰减导致的输入信号减小。用于MMIC分布式放大器芯片的DC偏置电路系统被配置为在最后一个晶体管(级)的漏极连接处提供DC偏置电流。高功率放大器使用锥形漏极线。第1级FET连接到细线(高阻抗)并且每个随后的级有更宽的线连接它。最后一个FET级具有最宽的线和最低的阻抗，这为放置高阻抗扼流器提供了良好的位置以将DC电流引入放大器。线宽最大，因此线的载流能力最大，并且在此处电路受到扼流器干扰最小。偏置电流根据需要通过输出线供给到所有的晶体管(级)。DC偏置电路系统包括连接到接地的电容器C的串联电感器L。电感器L提供阻隔信号被分流到偏置电路系统的RF开路和允许偏置电流流到芯片的DC短路。电容器提供阻隔DC电流分流到接地的DC开路和允许RF从偏置电路系统流到接地以避免将RF噪声注入放大器的RF短路。对于低功率分布式放大器，DC偏置电路系统可以设置在芯片上，或者对于高功率放大器，DC偏置电路系统可以设置在芯片外。芯片上电感器是关键设计元素并倾向于设置频带边缘处的性能。在带的低端的电感性的线倾向于在高端看起来是电容性的并滚降(rolloff)RF性能。适合带的高端的偏置线损害低端处的性能。由于处理较高DC电流所需的线宽增加，较高功率的放大器倾向于使芯片上偏置扼流器难以或不可能实现。芯片外电感器(例如，线绕电感器)允许物理上较小的MMIC并且可以提供较高功率分布式放大器所需的电感。
技术实现思路
以下是
技术实现思路
，以便提供对本专利技术的一些方面的基本理解。本
技术实现思路
不是要标识本专利技术的关键或重要元素，也不是要描绘本专利技术的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本专利技术的一些概念，作为稍后呈现的更详细的描述和限定的权利要求的序言。本专利技术提供用于高功率分布式放大器MMIC以增加输出功率和放大器效率的分布式漏极偏置。这是用没有芯片上漏极偏置电路系统的分布式放大器MMIC芯片实现的。芯片外偏置电路包括用于接收DC偏置电流的公共输入端和多个并联连接的偏置扼流器，在所述多个并联连接的偏置扼流器之间所供给的DC偏置电流被划分。每个偏置扼流器包括连接到接地的电容器C的串联电感器L。多个连接(例如，接合线或倒装芯片接触件)将多个串联电感器电连接且物理连接到在不同的FET放大器级处的相同多个的漏极端子，以在沿着输出传输线的不同位置处供给DC偏置电流。每个串联电感器L具有足够的阻抗以在整个带宽上阻隔RF能量到达公共输入端。在不同的实施例中，在现有的解决方案中，单个芯片外偏置扼流器能够供给最大DC偏置电流，该最大DC偏置电流受形成线绕串联电感器L的导线的直径的限制。分布式漏极偏置能够提供比单个芯片外偏置扼流器能够提供的更大的总DC偏置电流能力，这是较高功率放大器的必要条件。在不同的实施例中，每个串联电感器L的电感值被配置为将与其连接的FET放大器级的负载阻抗修改为接近目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式放大器，包括：分布式放大器单片微波集成电路(MMIC)芯片，所述芯片包括：被配置为接收沿输入传输线向下传播的RF信号的RF输入端，多个并联连接的FET放大器级，以及连接FET放大器级的漏极端子的输出传输线，所述FET放大器级在最后一个FET放大器级的RF输出端处产生在带宽上的放大的RF信号；芯片外偏置电路，包括用于接收来自DC电源的DC偏置电流的公共输入端以及多个并联连接的偏置扼流器，在所述多个并联连接的偏置扼流器之间所述DC偏置电流被划分，每个偏置扼流器包括连接到接地的电容器C的串联电感器L，所述串联电感器L具有足够的阻抗以在整个带宽上阻隔RF能量到达所述公共输入端；以及多个连接，将所述多个串联电感器L并联地电连接和物理连接到在不同的FET放大器级处的相同多个的漏极端子，以在沿着所述输出传输线的不同位置处供给DC偏置电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.21 US 14/976,4271.一种分布式放大器，包括：分布式放大器单片微波集成电路(MMIC)芯片，所述芯片包括：被配置为接收沿输入传输线向下传播的RF信号的RF输入端，多个并联连接的FET放大器级，以及连接FET放大器级的漏极端子的输出传输线，所述FET放大器级在最后一个FET放大器级的RF输出端处产生在带宽上的放大的RF信号；芯片外偏置电路，包括用于接收来自DC电源的DC偏置电流的公共输入端以及多个并联连接的偏置扼流器，在所述多个并联连接的偏置扼流器之间所述DC偏置电流被划分，每个偏置扼流器包括连接到接地的电容器C的串联电感器L，所述串联电感器L具有足够的阻抗以在整个带宽上阻隔RF能量到达所述公共输入端；以及多个连接，将所述多个串联电感器L并联地电连接和物理连接到在不同的FET放大器级处的相同多个的漏极端子，以在沿着所述输出传输线的不同位置处供给DC偏置电流。2.如权利要求1所述的分布式放大器，其中所述带宽是中心RF频率的至少120％。3.如权利要求1所述的分布式放大器，其中所述输入传输线具有大约50欧姆的特征阻抗Z0。4.如权利要求1所述的分布式放大器，其中单个偏置扼流器能够供给最大DC偏置电流，该最大DC偏置电流受到形成串联电感器L的导线的直径的限制，其中所述多个并联连接的偏置扼流器提供大于单个偏置扼流器的所述最大DC偏置电流的DC偏置电流能力。5.如权利要求1所述的分布式放大器，其中每个所述偏置扼流器供给大致相同量的DC偏置电流。6.如权利要求1所述的分布式放大器，其中每个所述串联电感器L具有至少3nH的电感。7.如权利要求1所述的分布式放大器，其中每个所述串联电感器L是线绕电感器。8.如权利要求1所述的分布式放大器，其中每个所述FET放大器级在其漏极端子处看到负载阻抗，其中每个串联电感器L的电感值被配置为将与其连接的FET放大器级的负载阻抗修改为接近目标电感。9.如权利要求1所述的分布式放大器，其中FET放大器级中的至少一个FET放大器级在其漏极端子处看到在没有芯片外偏置电路的情况下在至少所述带宽的下端上是电容性的负载阻抗，其中所述芯片外偏置电路包括连接到该FET放大器级的漏极端子的一个所述偏置扼流器，所述偏置扼流器的串联电感器L提供足够的电感以修改该FET放大器级的负载阻抗，使得所述负载阻抗在整个带宽上是电感性的。10.如权利要求1所述的分布式放大器，其中多个FET放大器级各自在其漏极端子处看到在没有芯片外偏置电路的情况下在至少所述带宽的下端上是电容性的负载阻抗，其中所述芯片外偏置电路包括连接到那些FET放大器级的漏极端子的多个所述偏置扼流器，所述偏置扼流器的串联电感器L提供足够的电感以修改FET放大器级的负载阻抗，使得所述负载阻抗在整个带宽上是电感性的。11.如权利要求10所述的分布式放大器，其中所有的FET放大器级都看到在整个带宽上是电感性的负载阻抗。12.如权利要求10所述的分布式放大器，其中串联电感器L中的至少两个串联电感器L具有不同的电感值。13.如权利要求1所述的分布式放大器，其中，与扼流器串联电感器L相比，所述连接提供可忽略的电感，在没有芯片外串联电感器L的情况下该电感不足...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·福莱特彻尔，D·D·荷思通，
申请(专利权)人：雷斯昂公司，
类型：发明
国别省市：美国,US