一种功率放大器的输出电路的制作方法

本发明涉及一种功率放大器电路，具体地涉及一种功率放大器的输出电路。

背景技术：

射频功率放大器是通信基站系统中发射机末端的关键元件。通信市场的竞争越来越激烈，对关键元件功率放大器提出来新的要求：比如大带宽、高功率、高效率以及小型化。

同时通信基站系统中的射频功率放大器一般来讲功率等级都比较大，比如几瓦到几百瓦。因此这类功率放大器中有源晶体管的物理栅长也都相对比较大，这就导致了晶体管的寄生参数较大，比如漏源电容。由于功率放大器一般要经过匹配输出到50ohm系统中，而较大的漏源电容会给功率放大器的输出匹配带来很大的难度，尤其是大带宽的情况。同时视频带宽也会受到影响。针对这些技术难点，一般有一些两者做法：

1、通常业界会采用键合线电感交叉组合与芯片电容的高通平衡网络来平衡漏源电容，如图1、2所示，芯片电容cb连接在输出网络和有源晶体管芯片d之间，用来平衡有源晶体管的寄生参数，芯片电容cb通过键合线组lb连接有源晶体管芯片d，有源晶体管芯片d通过键合线组ld连接输出网络，输出网络包括阻抗匹配网络im，及偏置网络，偏置网络与阻抗匹配网络im通过传输线tl连接在一起，偏置网络包括电容cd和电容cv，电容cd用于射频退耦，电容cv用于增强视频带宽。图1和图2是两种不同的封装形式，图1为采用无封装裸片装载式模块(chip-on-carrier)的封装形式，图2为传统的封装形式，芯片电容cb和有源晶体管芯片d设置于法兰f上，芯片电容cb和和有源晶体管芯片d封装为一个模块或器件10，键合线组ld的一端连接有源晶体管芯片d，另一端连接引脚p1，通过引脚p1连接其他电路，输出网络一般为pcb板，引脚p1焊接在pcb板上。

2、采用低通匹配网络来吸收漏源电容，如图3、4所示，芯片电容cb连接在输出网络和有源晶体管芯片d之间，用来吸收有源晶体管的寄生参数，芯片电容cb通过键合线组ld1连接有源晶体管芯片d，输出网络通过键合线组ld2连接芯片电容cb的输出端，输出网络的结构与图1中的结构相同。图3和图4是两种不同的封装形式，图3为采用无封装裸片装载式模块(chip-on-carrier)的封装形式，图4为传统的封装形式，芯片电容cb和有源晶体管芯片d设置于法兰f上，芯片电容cb和和有源晶体管芯片d封装为一个模块或器件20，键合线组ld2的一端连接有源晶体管芯片d，另一端连接引脚p1，通过引脚p1连接其他电路，输出网络一般为pcb板，引脚p1焊接在pcb板上。

上述两种实现方式存在一定的局限性，在一些特定的场合无法实现良好的性能，此外，现有上述两种实现方式还存在以下缺陷：

图1、2中采用键合线电感交叉组合与芯片电容的高通平衡网络的方式，受限于物理空间布局以及兼顾键合线功率容量，一般适用于电感量比较小的场合，通常远小于1nh。这就使得其应用范围大大受限。同时由于对地的芯片电容和漏级偏置线上微法(uf)量级的电源滤波电容之间存在较大的电感，导致功率放大器视频带宽变窄。此外，键合线电感交叉组合产生了较大的互感，对功率放大器的带宽及效率都有影响。

图3、4中采用低通匹配网络来吸收漏源电容的方式，本身带宽性能欠佳，提升功率放大器的性能非常有限。同时第一个接地电容和漏级偏置线上微法(uf)量级的电源滤波电容之间一样存在较大的电感，导致功率放大器视频带宽变窄。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明目的在于提供一种功率放大器的输出电路，利用传输线与键合线组，与有源器件的漏源寄生电容形成谐振回路，从而起到平衡有源器件的漏源寄生电容的作用，减少了匹配网络的元件，降低了放大器的尺寸空间和成本。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种功率放大器的输出电路，包括：

与有源器件连接的输出网络，所述输出网络包括阻抗匹配网络，及偏置平衡网络；

所述偏置平衡网络通过第一键合线组连接有源器件芯片的输出端；

所述阻抗匹配网络通过第二键合线组连接有源器件芯片的输出端；

所述偏置平衡网络包括与传输线连接的第一接地电容，所述第一键合线组连接所述传输线的一端；

所述有源器件芯片的输出端到第一接地电容间的等效电感，与有源器件的漏源寄生电容组成第一谐振回路。

优选的技术方案中，所述传输线还连接第二接地电容，所述传输线的另一端连接供电电源。

优选的技术方案中，所述有源器件芯片的输出端到第二接地电容间的等效电感，与有源器件的漏源寄生电容及第一接地电容的等效电容组成第二谐振回路。

优选的技术方案中，所述偏置平衡网络设置有多个，多个偏置平衡网络分别通过不同的键合线组连接有源器件的输出端。

优选的技术方案中，所述第一键合线组和第二键合线组设置于独立的空间。

优选的技术方案中，包括多个有源器件，相邻的两个有源器件共用一个偏置平衡网络。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

1、利用传输线与键合线组，与有源器件的漏源寄生电容形成谐振回路，从而起到平衡有源器件的漏源寄生电容的作用，减少了匹配网络的元件，降低了放大器的尺寸空间和成本。能够提高功率放大器的射频带宽、视频带宽以及效率。

2、该结构中传输线同时也作为漏级供电线，可以直接连接滤波电容，这样进一步拓展了视频带宽，

3、偏置平衡网络和阻抗匹配络从有源晶体管输出端分开连接且连接的键合线组无相互交叉，大大减小了传统键合线电感平衡网络的互感，进一步提高了放大器的射频带宽和效率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为一种封装形式的传统高通平衡网络的功率放大器输出电路架构图；

图2为另一种封装形式的传统高通平衡网络的功率放大器输出电路架构图；

图3为一种封装形式的传统低通吸收网络的功率放大器输出电路架构图；

图4为另一种封装形式的传统低通吸收网络的功率放大器输出电路架构图；

图5为本发明一种封装形式的功率放大器输出电路架构图；

图6为本发明另一种封装形式的功率放大器输出电路架构图；

图7为本发明的另一实施例的一种封装形式的功率放大器输出电路架构图；

图8为本发明的另一实施例的另一种封装形式的功率放大器输出电路架构图；

图9为本发明的另一实施例的功率放大器输出电路架构图；

图10为本发明电路架构最优阻抗匹配s参数幅度模拟结果；

图11为本发明电路架构与原有电路架构视频带宽内s参数幅度模拟结果；

图12为本发明电路架构与原有电路架构视频带宽内s参数相位模拟结果。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

在第一实施例中，如图5、6所示，一种功率放大器的输出电路，包括：

与有源器件连接的输出网络omn，有源器件可以包括电子管、晶体管、集成电路等。本实施例中以有源晶体管为例进行说明。

输出网络omn包括阻抗匹配网络im，及偏置平衡网络bcn1。

偏置平衡网络bcn1包括与传输线bl1连接的第一接地电容cb1，传输线bl1可以为微带线、带状线或共面波导线等，传输线bl1的一端通过第一键合线组lb连接有源晶体管芯片d的输出端。

阻抗匹配网络im的一端通过第二键合线组ld连接有源晶体管芯片d的输出端，阻抗匹配网络im的另一端作为射频输出口rfout。

图5和图6是两种不同的封装形式，图5为采用无封装裸片装载式模块(chip-on-carrier)的封装形式，图6为传统的封装形式，有源晶体管芯片d设置于法兰f上，并封装为一个模块或器件30，第一键合线组lb的一端与有源晶体管芯片d连接，另一端连接到引脚p1，第二键合线组ld的一端与有源晶体管芯片d连接，另一端连接到引脚p2，输出网络omn一般为pcb板，引脚p1焊接在pcb板上的传输线bl1，引脚p2焊接在pcb板上的阻抗匹配网络im的连接端。

另一实施例中，第一键合线组lb与第二键合线组ld处于独立的空间，在物理空间上处于分离状态，键合线组无相互交叉，减小了两组线的互感。

有源晶体管芯片d的输出端到第一接地电容cb1间的等效电感，与有源器件的漏源寄生电容组成第一谐振回路。从而起到平衡有源晶体管漏源寄生电容的作用。有源晶体管芯片d的输出端到第一接地电容cb1间的等效电感包括偏置平衡网络bcn1中的传输线bl1与第一键合线组lb形成的等效电感。

第一个接地电容cb1作为射频接地，同时起到一定的射频退耦作用，第一个接地电容cb1的容值根据具体的应用，一般为1pf-999pf之间。

平衡有源晶体管漏源寄生电容的谐振回路的谐振点由如下公式计算得到：

其中f1为谐振点频率，leb为有源晶体管d输出端到第一对地电容cb1之间的综合等效电感，等效电感为第一键合线组lb和连接到第一对地电容cb1的传输线形成的等效电感，cds为有源晶体管d的漏源寄生电容。

另一实施例中，传输线bl1还连接第二接地电容cv1，传输线bl1的另一端连接供电电源vdd。

第二个接地电容cv1作为视频带宽范围的接地，增强了视频带宽，同时起到电源滤波的作用。第二个接地电容cv1的容值通常选择为uf量级。

有源晶体管芯片d的输出端到第二接地电容cv1间的等效电感，与有源晶体管的漏源寄生电容及第一接地电容cb1的等效电容组成第二谐振回路。

视频带宽范围内的谐振回路的谐振点由如下公式计算得到：

其中f2为谐振点频率，lev为有源晶体管d芯片输出端到第二对地电容cv1之间的综合等效电感，等效电感为第一键合线组lb和连接到第二对地电容cv1的传输线形成的等效电感，ce为有源晶体管的漏源寄生电容与第一接地电容cb1的综合等效电容。

由于本发明架构中采用了键合线组lb和传输线bl1来共同平衡有源晶体管的漏源寄生电容，而该传输线bl1同时也作为漏级供电线，可以直接连接滤波电容cv1，这样既减小了电路尺寸，减少了匹配元件，拓展了视频带宽，同时还克服了传统键合线电感平衡网络在某些场合难以实现的缺点，比如需要大电感和大电流，而面积又受限的应用场景。另外，由于偏置平衡网络和阻抗匹配络从有源晶体管输出端分开连接且连接的键合线组lb和ld无相互交叉，大大减小了传统键合线电感平衡网络的互感。提高放大器的射频带宽和效率。

在第二实施例中，偏置平衡网络可以设置有多个，多个偏置平衡网络分别通过不同的键合线组连接有源器件的输出端。如图7、8所示，包括两个偏置平衡网络bcn1、bcn2。

偏置平衡网络bcn1包括一段传输线bl1和与传输线bl1相连的两个接地电容cb1和cv1。有源晶体管芯片d输出端通过第一键合线组lb1与偏置平衡网络bcn1的一端相连，偏置平衡网络bcn1另一端与供电电源vdd相连。

偏置平衡网络bcn2包括一段传输线bl2和与传输线bl2相连的两个接地电容cb2和cv2。有源晶体管芯片d输出端通过第一键合线组lb2与偏置平衡网络bcn2的一端相连，偏置平衡网络bcn2另一端与供电电源vdd相连。

阻抗匹配网络im的一端通过第二键合线组ld连接有源晶体管芯片d的输出端，阻抗匹配网络im的另一端作为射频输出口rfout。

图7和图8是两种不同的封装形式，图7为采用无封装裸片装载式模块(chip-on-carrier)的封装形式，图8为传统的封装形式，有源晶体管芯片d设置于法兰f上，并封装为一个模块40，第一键合线组lb1一端连接有源晶体管芯片d的输出端，另一端连接到引脚p1，第二键合线组ld一端连接有源晶体管芯片d的输出端，另一端连接到引脚p2，第一键合线组lb2一端连接有源晶体管芯片d的输出端后，另一端连接到引脚p3，输出网络omn一般为pcb板，引脚p1焊接在pcb板上的传输线bl1，引脚p2焊接在pcb板上的阻抗匹配网络im的连接端，引脚p3焊接在pcb板上的传输线bl2。

阻抗匹配网络im设置的位置不限定，可以设置在偏置平衡网络bcn1和偏置平衡网络bcn2之间，也可以设置在最上方位置，或者最下方位置。

另一实施例中，第一键合线组lb1、lb2与第二键合线组ld处于独立的空间，在物理空间上处于分离状态，键合线组无相互交叉，减小了两组线的互感。

偏置平衡网络bcn2的功能原理与bcn1相同，接地电容cb1和cb2的容值可以相等，也可以不相等，接地电容cv2和cv1的容值可以相等，也可以不相等。偏置平衡网络bcn2与bcn1，两者并联可以进一步增强视频带宽提高供电电流的最大容限值。

平衡有源晶体管漏源寄生电容的谐振回路的谐振点由如下公式计算得到：

其中f1为谐振点频率，leb为有源晶体管芯片d输出端到第一对地电容cb1和cb2之间并联后的综合等效电感，综合等效电感包括第一键合线组lb1和lb2的并联电感，连接到第一对地电容cb1的传输线和连接到第一对地电容cb2的传输线的并联电感，cds为有源晶体管的漏源寄生电容。

视频带宽范围内的谐振回路的谐振点由如下公式计算得到：

其中f2为谐振点频率，lev为有源晶体管芯片d输出端到第二对地电容cv1和cv2之间并联后的综合等效电感，综合等效电感包括第一键合线组lb1和lb2的并联电感，连接到第二对地电容cv1的传输线和连接到第二对地电容cv2的传输线的并联电感，ce为有源晶体管的漏源寄生电容与第一对地电容cb1和cb2并联后的综合等效电容。

本发明架构中采用了键合线组lb和传输线bl1/bl2来共同平衡有源晶体管的漏源寄生电容，而该传输线bl1/bl2同时也作为漏级供电线，可以直接连接滤波电容cv1/cv2。

在第三实施例中，当存在多个放大器，比如doherty电路应用中，相邻的两个有源器件可以共用一个偏置平衡网络，下面以两个放大器为例进行说明，具体的如图9所示，在图8的基础上扩展了一个放大器，两个放大器的结构相同，具体包括两个有源器件d1和d2，相邻的有源器件d1和d2共用一个偏置平衡网络bcn2。

有源晶体管芯片d1设置于法兰f1上，并封装为一个模块40，第一键合线组lb1一端连接有源晶体管芯片d1的输出端，另一端连接到引脚p1，第二键合线组ld1一端连接有源晶体管芯片d1的输出端，另一端连接到引脚p2，第一键合线组lb2一端连接有源晶体管芯片d1的输出端后，另一端连接到引脚p3。引脚p1连接偏置平衡网络bcn1，引脚p2连接阻抗匹配网络im1，阻抗匹配网络im1的另一端作为射频输出口rfout1，引脚p3连接偏置平衡网络bcn2。

有源晶体管芯片d2设置于法兰f2上，并封装为一个模块50，第一键合线组lb3一端连接有源晶体管芯片d2的输出端，另一端连接到引脚p4，第二键合线组ld2一端连接有源晶体管芯片d2的输出端，另一端连接到引脚p5，第一键合线组lb4一端连接有源晶体管芯片d2的输出端后，另一端连接到引脚p6。引脚p4连接偏置平衡网络bcn2，引脚p5连接阻抗匹配网络im2，阻抗匹配网络im2的另一端作为射频输出口rfout2，引脚p6连接偏置平衡网络bcn3。偏置平衡网络bcn3包括一段传输线bl3和与传输线bl3相连的两个接地电容cb3和cv3。传输线bl3另一端与供电电源vdd相连。

在另一实施例中，偏置平衡网络bcn2的传输线bl2可以分出另一个连接端连接引脚p4。

偏置平衡网络bcn1、偏置平衡网络bcn2、偏置平衡网络bcn3、阻抗匹配网络im1和阻抗匹配网络im2可以作为一个输出网络omn，输出网络omn一般为pcb板。

对本发明的架构进行仿真测试，图10是以3.5ghz一个功率放大器作为仿真例子，给出了采用本发明架构的最优阻抗匹配s参数幅度模拟结果，从结果上看-25db以下的匹配参数频率范围达到了800mhz。

图11为本发明电路架构与原有电路架构视频带宽内s参数幅度模拟结果。结果表明，本发明架构的幅度最低点的频率点(1.4ghz)远远高于原有电路架构的幅度最低点的频率点(0.7ghz)。

图12为本发明电路架构与原有电路架构视频带宽内s参数相位模拟结果。结果表明，本发明架构的相位变化比原有电路架构平坦很多。因此本发明架构大大拓宽了功率放大器的工作带宽和视频带宽。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。