多级功率放大器的效率提高制造技术

描述了多级功率放大器的效率提高。在一个示例中，功率放大器包括：驱动放大器，使用第一半导体制造工艺形成在第一半导体裸片上；输出放大器，使用第二半导体制造工艺形成在第二半导体裸片上；以及级间匹配网络，形成在驱动放大器与输出放大器之间。第一半导体制造工艺是较低电压工艺，而第二半导体制造工艺是较高电压工艺。使用两个不同的制造工艺产生许多优点，包括简化级间匹配网络、增大射频带宽、以及提高功率放大器各级间的阵容效率。提高功率放大器各级间的阵容效率。提高功率放大器各级间的阵容效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多级功率放大器的效率提高

技术介绍

[0001]半导体行业继续考虑对具有较低成本、尺寸和功耗的集成电路(IC)器件的需求，特别是对单片微波集成电路(MMIC)器件的需求。MMIC器件包括设计用于在微波频率上(例如，在300MHz到300GHz频率范围中)工作的IC。可以依赖MMIC器件进行混频、功率放大、低噪声放大和高频切换操作等。
[0002]功率放大器的效率受各种因素驱动，这些因素例如是使用的半导体材料的固有能力、放大器的类别和拓扑结构、放大器的谐波调谐，等等。一些功率放大器依赖放大器的若干级联的级来实现期望的增益水平和射频(RF)功率。在级联的各级中，功率放大器的一个或多个驱动级可以向功率放大器的输出级提供输入信号。

技术实现思路

[0003]本文描述了多级功率放大器的效率提高。在一个示例中，功率放大器包括：驱动放大器，使用第一半导体制造工艺形成在第一半导体裸片(die)上；输出放大器，使用第二半导体制造工艺形成在第二半导体裸片上；以及级间匹配网络，形成在驱动放大器与输出放大器之间。在一种情况下，第一半导体制造工艺是较低电压工艺，而第二半导体制造工艺是较高电压工艺。将两个不同的制造工艺和不同的偏压用于第一半导体裸片和第二半导体裸片产生许多优点。优点包括简化功率放大器中的一个或多个级间匹配网络、增大射频带宽、提高功率放大器各级间的阵容效率(line
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up efficiency)、提高整体效率和降低成本。
[0004]根据实施例的一个方面，可以基于第一半导体制造工艺和第二半导体制造工艺的选择来减小驱动放大器与输出放大器之间的阻抗转换比以提高功率放大器装置的效率。在另一方面，与将第二半导体制造工艺用于驱动放大器相比，可以增大使用第一半导体制造工艺形成的驱动放大器的栅极宽度以减小阻抗转换比。在又一方面，基于第一半导体制造工艺和第二半导体制造工艺的选择和使用，可以减小驱动放大器的功率裕度以提高功率放大器装置的阵容效率。
[0005]在一个示例中，第一半导体制造工艺包括第一III
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V族半导体技术工艺，第二半导体制造工艺包括第二不同的III
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V族半导体技术工艺。更具体地，第一半导体制造工艺可以包括砷化镓(GaAs)假晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)半导体制造工艺、GaAs异质结双极晶体管(HBT)半导体制造工艺或互补金属氧化物半导体(CMOS)半导体制造工艺中的一个。第二半导体制造工艺可以包括碳化硅(SiC)基氮化镓(GaN)半导体制造工艺、硅(Si)基GaN半导体制造工艺或横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)半导体制造工艺中的一个。在其他情况下，可以使用其他半导体制造工艺。
[0006]在实施例的其他方面，驱动放大器与输出放大器之间的级间匹配网络可以包括第一半导体裸片上的驱动放大器与第二半导体裸片上的输出放大器之间的至少一个键合线。在一个示例情况下，功率放大器装置可以体现为多尔蒂(Doherty)放大器，输出放大器可以包括主输出端和峰值输出端，并且至少一个键合线可以包括用于主输出端的多个键合线和用于峰值输出端的多个键合线。
[0007]可以依赖第一电源来为驱动放大器提供第一电压，并且可以依赖第二电源来为输出放大器提供第二电压，其中，第二电压大于第一电压。因此，驱动放大器可以在较低的电压下工作，而输出放大器可以在较高的电压下工作，以提高驱动放大器与输出放大器之间的阵容效率。
附图说明
[0008]参考以下附图可以更好地理解本公开的各方面。要注意的是，附图中的元素不一定按比例绘制，而是把重点放在清楚地示出实施例的原理上。在附图中，贯穿若干视图，相同的附图标记表示相同或对应但不一定相同的元素。
[0009]图1示出了根据本文描述的各种实施例的示例多级功率放大器。
[0010]图2A和图2B示出了根据本文描述的各种实施例的示例多级功率放大器布局。
[0011]图3示出了根据本文描述的各种实施例的另一个示例多级功率放大器。
[0012]图4示出了根据本文描述的各种实施例的用于图3中所示的多级功率放大器的两个半导体裸片之间的互连。
[0013]图5示出了根据本文描述的各种实施例的图1和图3中所示的多级功率放大器中的代表性功率损耗。
具体实施方式
[0014]如上所述，功率放大器，特别是用于射频(RF)信号的功率放大器的效率受使用的半导体材料的固有能力、放大器的类别和拓扑结构、放大器的谐波调谐和其他因素所驱动。在级联式功率放大器中，一个或多个驱动级可以向功率放大器的输出级提供输入信号。最后的输出级通常是提高功率放大器的效率的重点。然而，驱动级会显著地导致功率放大器整体效率低下。归因于驱动级对功率放大器的效率的影响部分取决于上面讨论的相同因素，但也取决于放大器的频带和工作带宽等。
[0015]本文描述了用于多级功率放大器的效率提高的新想法。这些想法可以使得多级功率放大器中的RF带宽增大、阵容效率更好、功耗降低。在一个示例中，功率放大器包括：驱动放大器，使用第一半导体制造工艺形成在第一半导体裸片上；输出放大器，使用第二半导体制造工艺形成在第二半导体裸片上；以及级间匹配网络，形成在驱动放大器与输出放大器之间。在一个示例中，第一半导体制造工艺是较低电压工艺，而第二半导体制造工艺是较高电压工艺。使用两个不同的制造工艺产生许多优点，包括简化级间匹配网络、增大射频带宽、提高功率放大器各级间的阵容效率、降低成本等。
[0016]转向附图，图1示出了根据本文描述的各种实施例的示例多级功率放大器10。多级功率放大器10包括输入端20、输出端22、输出匹配网络24和多个放大级Q1
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Q3。放大级Q1包括输入匹配网络30和输入放大器32。放大级Q2包括第一级间匹配网络40和驱动放大器42。放大级Q3包括第二级间匹配网络50和输出放大器52。在图1中示出了具有三个放大级Q1
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Q3的多级功率放大器10，但是可以用附加的或更少的放大级来实现该多级功率放大器10。
[0017]多级功率放大器10可以被设计成用于放大提供给输入端20的输入信号。输入信号可以是例如在3.0
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5.0Ghz范围或其他微波频率范围中的RF信号。输入信号依次由放大级Q1
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Q3中的每一个放大。在其他设计参数中，多级功率放大器10的工作带宽和效率是特别受
关注的。由多级功率放大器10提供的放大在工作带宽上将理想地是线性的(或尽可能是线性的)并且具有可能的最高效率。
[0018]输入放大器32可以体现为一个或多个功率晶体管。作为示例，输入放大器32可以包括以AB类放大器配置、多尔蒂(Doherty)放大器配置或另一个相关的配置布置的功率晶体管。类似地，驱动放大器42和输出放大器52中的每一个可以体现为一个或多个功率晶体管。驱动放大器42和输出放大器52可以包括以AB类放大器配置、多尔蒂放大器配置或另一个相关的配置的功率晶体管。因此，输出放大器52的输出端可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率放大器装置，包括：驱动放大器，使用第一半导体制造工艺形成在第一半导体裸片上；输出放大器，使用第二半导体制造工艺形成在第二半导体裸片上；以及级间匹配网络，形成在所述第一半导体裸片上的驱动放大器与所述第二半导体裸片上的输出放大器之间。2.根据权利要求1所述的功率放大器装置，其中，所述驱动放大器与所述输出放大器之间的阻抗转换比基于所述第一半导体制造工艺和所述第二半导体制造工艺的选择而减小以提高所述功率放大器装置的效率。3.根据权利要求2所述的功率放大器装置，其中，与将所述第二半导体制造工艺用于所述驱动放大器相比，使用所述第一半导体制造工艺形成的驱动放大器的栅极宽度增大以减小所述阻抗转换比。4.根据权利要求1到3中任一项所述的功率放大器装置，其中，所述驱动放大器的功率裕度基于所述第一半导体制造工艺和所述第二半导体制造工艺的选择而减小以提高所述功率放大器装置的效率。5.根据权利要求1到4中任一项所述的功率放大器装置，其中：所述第一半导体制造工艺包括第一III
‑
V族半导体技术工艺；并且所述第二半导体制造工艺包括第二III
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V族半导体技术工艺。6.根据权利要求1到5中任一项所述的功率放大器装置，其中：所述第一半导体制造工艺包括砷化镓(GaAs)假晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)半导体制造工艺、砷化镓(GaAs)异质结双极晶体管(HBT)半导体制造工艺或互补金属氧化物半导体(CMOS)半导体制造工艺中的一个；并且所述第二半导体制造工艺包括碳化硅(SiC)基氮化镓(GaN)半导体制造工艺、硅(Si)基氮化镓(GaN)半导体制造工艺或横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)半导体制造工艺中的一个。7.根据权利要求1到6中任一项所述的功率放大器装置，还包括：输入放大器，使用所述第一半导体制造工艺形成在所述第一半导体裸片上；以及第二级间匹配网络，形成在所述第一半导体裸片上的输入放大器与驱动放大器之间。8.根据权利要求1到7中任一项所述的功率放大器装置，其中，所述级间匹配网络包括至少一个键合线，所述至少一个键合线在所述第一半导体裸片上的驱动放大器与所述第二半导体裸片上的输出放大器之间。9.根据权利要求1到8中任一项所述的功率放大器装置，其中：所述功率放大器装置包括多尔蒂放大器；所述输出放大器包括主输出端和峰值输出端；以及所述级间匹配网络包括用于所述主输出端的第一多个键合线和用于所述峰值输出端的第二多个键合线。10.根据权利要求1到9中任一项所述的功率放大器装置，还包括：第一电源，处于第一电压且用于所述驱动放大器；以及第二电源，处于第二电压且用于所述输出放大器，其中，所述第二电压大于所述第一电压。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的功率放大器装置，其中，所述驱动放大器在较低的电压下工作，所述输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：玛科姆技术方案控股有限公司，
类型：发明
国别省市：