專利名稱：使用在功率放大器中的功率檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及監(jiān)控電路，更具體地涉及用于當(dāng)功率放大器、晶體管等使用在特定應(yīng)用諸如無線通信時監(jiān)控由其提供的功率的一種改進(jìn)的技術(shù)。
固態(tài)功率設(shè)備被用在包括無線信號發(fā)生的多種應(yīng)用中。在此類應(yīng)用中，要求和/或希望確定由特定的設(shè)備輸出的功率量。


圖1表示了用于通過電容器102輸入的射頻(RF)信號測量提供給負(fù)載101的功率的一個示范性的現(xiàn)有技術(shù)電路結(jié)構(gòu)。實際的芯片如輪廓103包圍所示，具有電容器102，電路104和“片上”的晶體管Q1和Q2。焊盤110到112代表當(dāng)向片外發(fā)射信號時從實際芯片到管腳的接口。電感器114代表接地電感，并且電感器115和116代表固有的電感諸如由絲焊和芯片封裝的引線框電感引起的電感。
典型地，負(fù)載101通過片外匹配網(wǎng)絡(luò)132由RF信號130驅(qū)動。為了測量被提供給負(fù)載的功率，可以使用多種技術(shù)。一些包括構(gòu)造分壓器電路并且接著測量提供給負(fù)載的信號的一小部分。其它一些技術(shù)使用片外的平均電路，還存在許多其它的技術(shù)。
圖1的結(jié)構(gòu)表示了一種用于測量提供給負(fù)載的功率的現(xiàn)有技術(shù)工藝。更具體地，晶體管Q2被選擇具有比晶體管Q1小得多的值，以便流過晶體管Q2的電流僅僅為流過晶體管Q1的電流的1％或者更少。平均電路包括電阻140和電容器142。
圖2顯示了在圖1的點Vdetect處的電壓作為由設(shè)備提供的功率的函數(shù)的圖。注意，在大約1.8瓦處，圖2中曲線的斜率變正。斜率的這個變化歸因于許多因數(shù)。該斜率變化的一個原因可以通過觀看圖3來理解，晶體管Q2的閉合表示了固有的基極-集電極二極管301和襯底集電極二極管302。這兩個二極管在設(shè)備中是固有的并且是物理制造的結(jié)果。然而，在高功率級上，這些二極管變得正向偏壓并且向Q2的集電極引入了額外的電流通道。因此，被測量的并且被顯示在圖1中的電流i-sense就不再是由設(shè)備提供的功率的精確測量。相反，測量的信號由于高電壓在相對高的功率處變化造成其它的電流路徑流進(jìn)Q2的集電極而遭到改變。此外，電感器115和116之間的耦合造成電流i-sense的進(jìn)一步的誤差。因此，圖1所示的測量系統(tǒng)只能工作在較低的功率信號，而不能正確地工作在較高功率處。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)需要一種用于在高輸出功率水平處在設(shè)備中提供電流和功率測量的改進(jìn)的技術(shù)。這點在使用類似于圖1所示的電路的無線通信設(shè)備中尤其重要。
本發(fā)明的一個目的是以這樣的方式提供此類功率測量，此方式不需要使用大的元件和體積大的有損耗的設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)的上述和其它問題根據(jù)本發(fā)明被克服。測量晶體管Q2與功率晶體管Q1并聯(lián)連接。一個短路設(shè)備與測量晶體管并聯(lián)連接以便將只是與輸入RF信號的頻率基本上相同的信號短路到地。在一個優(yōu)選實施例中，短路設(shè)備是一個電感器/電容器(LC)諧振電路。
根據(jù)本發(fā)明，將顯著地改變電壓并且造成如上所述的額外的電流路徑的高頻信號被短路到地。通過使用一個諧振電路，避免使用大電容，但仍實現(xiàn)了短路設(shè)備中的期望的阻抗。
在另一個優(yōu)選實施例中，用于短路設(shè)備的電容器被構(gòu)造在片上，并且諧振電路的電感部分包括芯片-焊盤上的固有電感。
圖1表示了用于測量提供給負(fù)載的功率的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)；圖2表示了圖1的結(jié)構(gòu)的電壓功率曲線；圖3表示了圖1的結(jié)構(gòu)中使用的晶體管設(shè)備中的固有二極管；圖4表示了本發(fā)明的一個示范實施例；圖5顯示了圖4的結(jié)構(gòu)的功率轉(zhuǎn)換曲線；并且圖6顯示了本發(fā)明的另一可選實施例。
圖4顯示了本發(fā)明的一個示范性實施例。在操作中，RF信號420通過電容器402和晶體管Q1被注入。偏壓電路401以常規(guī)方式工作。由電阻409和電容器410形成的平均電路在Vdetect處提供一個直流電壓，該電壓基本上正比于被提供給負(fù)載電阻411的功率。
然而，由此電壓Vdetect造成的并且因此通過晶體管Q2測量的電流由于先前描述的原因被改變。特別地，電感器408和409之間的耦合，以及晶體管Q2的集電極和襯底2之間的固有二極管和基極-集電極二極管，所有的這些都導(dǎo)致電流改變，將導(dǎo)致不精確的測量。
電容器406和407的存在用于最小化和/或消除Q2的集電極信號中的高頻分量。這些高頻分量是變化的，它們將導(dǎo)致其它的電流成分并且因此改變了提供給負(fù)載411的功率的測量。
優(yōu)選地，電容器406和電感器407被設(shè)置成具有在期望的工作頻率處諧振的值。如所述公知的，LC諧振電路的串聯(lián)連接在關(guān)鍵頻率處表示為一個短路電路，RF信號便是在該關(guān)鍵頻率處提供的。并且，電容器可以以小的成本添加在片上，并且電感器407是一個在系統(tǒng)中固有的絲焊電感。
在優(yōu)選實施例中，通過增加在其上沉積Q1的襯底層和在其上沉積Q2的第二襯底層之間的電阻來實現(xiàn)進(jìn)一步消除Q2的集電極處不希望的外來的信號。一種此類技術(shù)包括將一個襯底抽頭圍繞Q2放置，將它與圍繞Q1放置的襯底抽頭分開。不管使用何種工藝，襯底用一個增加的電阻絕緣以便有效地并且基本上消除由L2和L3的耦合造成的交叉電感。
圖5顯示了Vdetect作為具有圖4的修改的電路的設(shè)備的輸出功率的函數(shù)?？梢詮膱D5中看到，曲線在較高的輸出功率處不再有正斜率的部分。負(fù)斜率的曲線在反饋系統(tǒng)中是很重要的，在曲線的斜率為如前所述的圖2的現(xiàn)有系統(tǒng)中變成正斜率時，反饋系統(tǒng)可能變得不穩(wěn)定。
圖6顯示了本發(fā)明的一個可選實施例。大多數(shù)的元件和前面參照圖4描述的元件大致類似，因此，不再重復(fù)說明。
平均電路601包括電阻602和電容器603。使用了兩組電感器604和605。電感器604(也可以是一個傳輸線)在RF處提供一個大的電感。電感器608和電阻609是安裝的電容器607中固有的寄生成分。電路的其余操作如前述的相同。
電感器605和608與電容器607共同作用作為諧振電路。電感器605代表焊盤606的電感。電容器607和電感器608以及605被選擇以便電路的諧振頻率基本上與輸入RF信號的頻率相同。
在期望的頻率處，到Q2的集電極的路徑被縮短，因此，減小了破壞測量的失真。但是，應(yīng)該注意，圖6的實施例或許不優(yōu)于圖4的實施例。這是由于圖6所示的耦合K23不會通過使用圖6的方式的諧振電路而顯著地減小，然而在圖4的實施例中實際消除了這一耦合。為了使K23耦合最小化，絲焊和引出管腳必需彼此分開。為了進(jìn)一步降低耦合，接地絲焊/接地管腳可將他們分開。
然而，圖6的實施例消除了上述關(guān)于圖3的討論的兩個誤差源，并且具有不需要在片上制造元件的潛在優(yōu)勢，而這在圖4所述的實施例中是需要的。兩種工藝之間的選擇，或者實現(xiàn)與測量晶體管Q2并聯(lián)的短路電路的選擇都是設(shè)計者的選擇。
因該理解，雖然前面描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，各種其它的修改和增加是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括用于為負(fù)載提供功率的第一晶體管(Q1)；與所述第一晶體管并聯(lián)連接的第二晶體管(Q2)；與所述第一和第二晶體管并聯(lián)連接的短路元件(406，407)，所述短路元件被設(shè)置成基本上作為規(guī)定頻率范圍內(nèi)的短路電路。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括與所述第一晶體管連接的輸入信號(420)源，所述輸入信號(420)在所述規(guī)定范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述短路電路包括一個電容器(406)和一個電感器(407)，所述電容器和電感器被設(shè)置成串聯(lián)連接以便在基本上位于規(guī)定范圍內(nèi)的頻率上諧振。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述第一和第二晶體管在不同的襯底上，并且其中每個所述襯底(450，460)被獨立的襯底抽頭包圍。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述第一晶體管位于第一襯底上，并且其中所述電容器和所述第二晶體管位于第二襯底上。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述電感是一個絲焊電感(407)。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述負(fù)載(411)是一個用于無線通信設(shè)備的發(fā)射機。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述第一晶體管被連接到一個匹配網(wǎng)絡(luò)(490)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第一晶體管(Q1)被制造在片上并且其中所述匹配網(wǎng)絡(luò)(490)不被制造在片上。
10.一種裝置，包括用于為特定的負(fù)載(411)提供功率的第一晶體管(Q1)，與所述第一晶體管并聯(lián)連接的第二晶體管(Q2)，所述第二晶體管具有一個集電極(491)，所述集電極被連接到第一電感器(605)、第二電感器(604)和平均電路(602，603)的第一串聯(lián)組合，所述第一和第二電感器(604，605)在一個節(jié)點處連接，所述節(jié)點還被連接到電阻(609)，電容器(607)和電感器(608)的第二串聯(lián)組合。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述第一晶體管被連接到一個射頻(RF)源(650)，并且其中所述第二串聯(lián)組合和所述第一電感器組合具有與所述RF源基本上相同的諧振頻率。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述第一和第二晶體管被制造在不同的襯底上。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，還包括一個匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)(651)不位于所述第一晶體管所在的集成電路上。
14.一種集成電路結(jié)構(gòu)，包括在至少一個襯底上制造的形成一個集成電路的第一和第二晶體管(Q1，Q2)，以及與所述第二晶體管并聯(lián)連接的諧振電路，所述諧振電路(406，407)包括由焊盤(455)形成的電感器。
15.如權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一晶體管位于一個與所述第二晶體管分開的襯底上，并且其中每個所述襯底被一個獨立的襯底抽頭包圍。
16.如權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)，還包括一個與所述第二晶體管連接的平均電路(409，410)。
17.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第二晶體管具有一個集電極(491)，并且其中所述平均電路(409，410)被連接到所述集電極。
18.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一晶體管被設(shè)置成驅(qū)動一個包括無線通信設(shè)備的負(fù)載(411)。
19.如權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一晶體管在其基極被連接到電容器(402)和一組偏壓電路(401)。
全文摘要
一種短路元件，優(yōu)選地為一個諧振電感器－電容器電路，被與感應(yīng)晶體管并聯(lián)地插入，該感應(yīng)晶體管本身與功率晶體管并聯(lián)。與感應(yīng)晶體管結(jié)合使用短路元件，提供一種具有單調(diào)功率檢測技術(shù)，短路元件消除了由感應(yīng)晶體管的固有的集電極－基極和集電極－襯底二極管造成的多余電流，并且還消除了由連接到功率和感應(yīng)晶體管的電感間的互耦造成的感應(yīng)晶體管的多余的集電極電壓擺幅。
文檔編號G01R21/12GK1520518SQ02812744
公開日2004年8月11日 申請日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月26日
發(fā)明者T·S·H·索拉蒂, 羅思奮, T S H 索拉蒂 申請人:皇家菲利浦電子有限公司