陶瓷管壳封装功率放大器的内匹配电路的制作方法

1.本技术涉及集成电路技术领域，特别涉及一种陶瓷管壳封装功率放大器的内匹配电路。


背景技术：

2.在无线通信设备中，作为核心部件的射频功率放大器尤为重要。在功放的实际应用中，功放的输出效率和记忆效应是两个重要的指标。
3.功放的输出效率除了取决于功率管芯本身的性能，还和匹配电路有关。通常陶瓷封装管壳大功率功放内匹配电路只做基波阻抗预匹配，谐波阻抗匹配电路通常放置在外匹配电路，如图1所示，功放的外匹配电路通常包括基波阻抗匹配、偏置电路等功能，加上管壳等的寄生效应，谐波阻抗匹配通常无法达到最优状态，特别是大规模生产时，由于离散效应，通过这种方式进行谐波阻抗匹配从而实现输出效率提升效果有限，通常仅2-3％。
4.功率放大器的记忆效应和工作带宽息息相关，表征着射频功率放大器工作带宽的视频带宽(vbw)以及影响着功放线性度的记忆效应是衡量射频放大器性能的两个重要因素。从频域角度，功放的记忆效应被定义为功放的幅度和相位特性随着输入信号包络频率的变化而变化的现象。功放的记忆效应通常分为两类，一类是电记忆效应，与功放的器件和电路设计有关；另一类是热记忆效应，与晶体管沟道温度周期有关。由于功放的热记忆效应在器件出厂前已经经过器件厂商的优化，因此在实际设计功放电路时所优化的记忆效应通常是指功放的电记忆效应。
5.电记忆效应产生的主要原因是在放大器的工作带宽内，放大器源阻抗和负载阻抗随输入宽带调制信号的频率发生变化，表现出频率相关特性，最终导致放大器输出互调分量的幅度和相位随输入信号的频率变化，具体体现为放大器输出频谱分量上下边带的不对称现象。为了减小记忆效应，大多数文章都是在偏置电路上添加辅助电路使包络信号和二次谐波短路，如图1所示，但由于传输线的离散作用，该方法难以实现宽带短路，并且通过降低偏置处微带线的等效电感量也很难较大幅度提高功放的vbw，且偏置电路通常具备馈电网络的功能，较难实现降低包络阻抗的功能。


技术实现要素：

6.本技术各示例性实施例提供一种陶瓷管壳封装功率放大器的内匹配电路，以至少实现降低功放记忆效应、提升功放vbw和功放输出效率的技术效果。
7.本技术各示例性实施例提供一种陶瓷管壳封装功率放大器的内匹配电路，包括谐波阻抗、包络阻抗控制网络，所述谐波阻抗、包络阻抗控制网络与所述内匹配功率放大器一同封装在陶瓷管壳内；所述谐波阻抗、包络阻抗控制网络包括第一电感l1、第一电容c1，第二电感l2，第一电阻r1、第三电感l3、第二电容c2；其中，所述第一电感l1的一端连接到所述内匹配功率放大器的输出内匹配电容或管壳上，所述第一电感l1的另一端与所述第一电容c1的一端连接，所述第一电容c1的另一端接地，所述第二电感l2的一端连接第一电容c1，另
一端连接所述第一电阻r1，所述第一电阻r1的另一端与所述第三电感l3的一端连接，所述第三电感l3的另一端连接所述第二电容c2，所述第二电容c2的另一端接地。
8.在一实施例中，所述第一电感l1、所述第二电感l2和所述第三电感l3通过金丝键合引线连接。
9.在一实施例中，所述第一电阻r1、所述第二电容c2和所述第三电容c3分别采用薄膜电阻和陶瓷电容，并通过键合金丝互连。
10.在一实施例中，所述第一电感l1、所述第二电感l2和所述第三电感l3的等效电感l与所述内匹配功率放大器的寄生电容cg并联谐振，谐振频率为fr，等效电感l＝l1+l2+l3，所述功率放大器的视频带宽由谐振频率fr决定，通过调节第二电感l2和第三电感l3的金丝参数来控制视频带宽。
11.在一实施例中，所述谐波阻抗、包络阻抗控制网络包括一个或多个。
12.本技术具有如下有益效果：
13.1、本发明通过第一电感l1和第一电容，实现功放的二次谐波阻优化，达到提升功放效率的目的。相比在外匹配电容实现二次谐波阻抗匹配，该电路提升效率明显，将近5-6％，且在功放器件出厂前，进行自动化测试，保证了器件性能的一致性，便于通信设备商规模化生产和使用。
14.2、本发明通过包络网络的的第一电阻r实现降低包络阻抗的目的。相比通过外匹配偏置电路提升vbw带宽的方法，传统方法包络频率谐振时，阻抗通常在高阻区。本发明不仅提升包络的谐振频率，又降低了包络阻抗，使得包络阻抗更为平坦，降低记忆效应效果更为明显。
15.3、本发明控制网络的等效电感和功率管芯本身的寄生电容将产生谐振，通过控制第二电感l2和第三电感l3，实现电感量的优化和降低，提升包络的谐振频率，从而拓宽功放的视频带宽。相比减小供电臂上的电感及寄生电感，功放的视频带宽约为100mhz-200mhz；本发明通过调节键合金丝参数减小电感量，vbw可以提升至500mhz左右。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
17.图1现有技术功放降低记忆效应和优化谐波阻抗电路结构示意图；
18.图2本技术陶瓷管壳封装率放大器的内匹配电路结构框图；
19.图3本技术优化包络阻抗的仿真结果；
20.图4本技术谐波阻抗、包络阻抗控制网络的其中一种实施例结构示意图；
21.图5本技术谐波阻抗、包络阻抗控制网络的其中一种实施例结构示意图；
22.图6本技术谐波阻抗、包络阻抗控制网络的其中一种实施例结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本技术较佳实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有
其它实施例，都属于本技术保护的范围。
24.根据5g通信系统对线性化技术的需求，并针对现有技术存在的缺陷，本技术提出了一种在陶瓷管壳封装的内匹配功率放大器内添加内匹配电路，该电路具备包络阻抗控和谐波阻抗控制功能，其既能拓宽功率放大器的视频带宽和灵活的控制包络阻抗，又能控制谐波阻抗，使其在不影响功率放大器基波工作频带的情况下，减小包络阻抗和优化谐波阻抗，降低功放记忆效应和提升功放输出效率。
25.如图2所示，一种陶瓷管壳封装功率放大器的内匹配电路，包括谐波阻抗、包络阻抗控制网络，所述谐波阻抗、包络阻抗控制网络与所述内匹配功率放大器一同封装在陶瓷管壳内，起到提升功放输出效率和提高内匹配功率放大器线性化性能的作用。
26.所述谐波阻抗、包络阻抗控制网络包括第一电感l1、第一电容c1，第二电感l2，第一电阻r1、第三电感l3、第二电容c2；其中，所述第一电感l1的一端连接到所述内匹配功率放大器的输出内匹配电容或管壳上，所述第一电感l1的另一端与所述第一电容c1的一端连接，所述第一电容c1的另一端接地，所述第二电感l2的一端连接第一电容c1，另一端连接所述第一电阻r1，所述第一电阻r1的另一端与所述第三电感l3的一端连接，所述第三电感l3的另一端连接所述第二电容c2，所述第二电容c2的另一端接地。所述第一电感l1、所述第二电感l2和所述第三电感l3通过金丝键合引线连接，即调节键合金丝的弧高、跨度和金丝根数等变量来控制电感量的大小。
27.所述第一电阻r1、所述第二电容c2和所述第三电容c3分别采用薄膜电阻和陶瓷电容，并通过键合金丝互连，所述第一电感l1、所述第二电感l2和所述第三电感l3的等效电感l与所述内匹配功率放大器的寄生电容cg并联谐振，谐振频率为fr，等效电感l＝l1+l2+l3，通过调节第二电感l2和第三电感l3的金丝参数来控制视频带宽。谐振频率越高，功放的视频带宽越宽。所谓功率放大器的视频带宽，可直接反映该功放可处理的宽带信号的能力，其通常由并联谐振频率fr决定，谐振频率越高，则视频带宽越宽。相关公式如下：
[0028][0029]
由于管芯本身的寄生电容cg已是定值，因此可通过调节第二电感l2和第三电感l3的金丝参数来控制功放的视频带宽。
[0030]
需要说明的是，目前常规的功率放大器都是基于外匹配电路改进偏置电路来降低记忆效应和二次谐波匹配，比如漏极采用双偏置网络形式、更短更宽的漏极偏置网络、采用多级旁路去耦，这些方法主要是为了减小漏极偏置网络等效电感，提升谐振频率，拓宽视频带宽。但这些方法拓宽vbw是有限的，且更短更宽的偏置网络会造成低频性能恶化，且通常包络阻抗值在高阻区，不利于降低宽带信号的记忆效应。
[0031]
如图2所示的该陶瓷管壳内封装有gan hemt管芯、输入输出匹配电路以及谐波阻抗和包络阻抗控制网络。cg为管芯输出电容，由管芯的栅宽决定。输出匹配电路采用“t”型lcl低通滤波网络实现阻抗转换，其中l通过金丝键合引线来实现。键合引线电感在满足电路匹配的同时，实现器件和微带电路的电气互连。c为陶瓷电容，通过金丝键合引线和陶瓷电容的调节，使电路有更好的阻抗变换比。
[0032]
第一电感l1和第一电容c1用于优化谐波阻抗，提升功放效率。第一电容容值得选取取决于二次谐波的频率，对于700mhz-4000mhz频段的功放，该处电容容值电容范围通常
为0.5pf-3pf左右，第一电感l1通过调节金丝来实现电感量的变化，从而使功放的谐波阻抗工作在较高的效率区域。目前实现的效率提升将近5％，优于传统方法。
[0033]
第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3的等效电感将对基波呈现高阻状态，即对基波性能不会有影响，即保证功放在基波工作频带内不受影响。由于第一电感l1主要用于调节谐波阻抗，通常通过第二和第三电感l3的调节来实现基波性能不受影响。滤波电容和电阻起降低包络阻抗的作用，同时提供良好的射频到地性能。
[0034]
通过附加电路滤除由包络控制的三阶交调分量。本发明中滤波电容的作用是引入谐振电路对基带阻抗进行控制，降低基带阻抗，使其造成的三阶交调失真尽量小。基带阻抗也称为包络阻抗，指放大器在基带频带内响应的阻抗，基带频带包括调制信号(包络)频带以及多载波情况下各载波的差频。引入第一电阻r1是为了避免包络频段出现纯lc网络谐振使信号的包络频带内出现极大的阻抗值。
[0035]
如图3所示，曲线s(2，2)为传统方法提升vbw带宽时实现的包络阻抗，在谐振点处，包络阻抗处于高阻区；曲线s(4，4)为本发明通过同时引入第一电阻r1提升vbw带宽时实现的包络阻抗，在谐振点处，包络阻抗以处于低阻区，且整个带内(dc-500mhz)包络阻抗更为平坦。
[0036]
在一实施例中，所述谐波阻抗、包络阻抗控制网络包括一个或多个。
[0037]
如图4所示，在本实施例中，针对doherty技术的高效率、小体积应用的功放管，此类器件在一个封装中集成了两个独立的功放管(分别作为doherty放大器的carrier放大器和peak放大器使用)。本发明对两个独立的功放分别添加谐波阻抗和包络阻抗控制网络，提升功放效率和降低功放记忆效应，提高器件的线性化性能。
[0038]
如图5所示，包络阻抗控制网络也可以直接通过金丝连接到管壳上，实现降低功放记忆效应的作用。
[0039]
如图6所示，在本实施例中，本发明降低记忆效应的电路可以应用于不同类型陶瓷管壳封装的内匹配功率放大器中。
[0040]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括1个或者更多个数该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少2个，例如2个，3个等，除非另有明确具体的限定。
[0041]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可根据这些实施例子做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0042]
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例的技术方案的精神和范围。