專利名稱：集成有功率控制回路的射頻功率放大器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻功率放大器模塊，尤其涉及一種集成有功率控制回路的射頻功率放大器模塊，具有微小的尺寸與低的寄生阻抗。
背景技術(shù)：
在移動終端機(jī)(Mobile Terminal)的發(fā)射器中所使用的射頻功率放大器通常分為三種型式(一)分離式晶體管排列、(二)單片微波集成電路(Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC)、以及(三)射頻功率放大器模塊(Power Amplifier Module，PAM)。分離式晶體管排列型是最早使用的型式，其主要缺點(diǎn)有(一)移動電話制造者自己必須設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)纳漕l功率放大器以及(二)需要使用具有大面積的印刷電路板。此等缺點(diǎn)造成射頻功率放大器達(dá)成商品化的時(shí)間變得冗長。此外，由于許多寄生阻抗存在于分離式晶體管排列型中，因而有害于射頻電路設(shè)計(jì)的彈性。尤其當(dāng)操作頻率愈高時(shí)，例如1 GHz以上，寄生阻抗的效應(yīng)變得更復(fù)雜。
針對前述分離式晶體管排列型的寄生阻抗的問題，故開發(fā)出單片微波集成電路型射頻功率放大器。相較于分離式晶體管排列型而言，單片微波集成電路型中的寄生阻抗較小。然而，有時(shí)候?yàn)榱伺浜现瞥套儎右约敖档统杀镜哪康?，有些匹配電路，例如輸出匹配電路，并未直接集成至單片微波集成電路芯片中。此稱之為部分匹配的單片微波集成電路。匹配電路的未完成部分則留待移動電話制造者加以努力。
近來，射頻功率放大器模塊(Power Amplifier Module，PAM)廣泛地應(yīng)用于移動終端機(jī)的發(fā)射器中。射頻功率放大器模塊的主要優(yōu)點(diǎn)在于具有組合各種技術(shù)的可能性，例如頻帶選擇開關(guān)與功率控制回路，藉以增強(qiáng)本身的性能以符合未來寬頻系統(tǒng)例如碼分多址(Code DivisionMultiple Access，CDMA)的要求。
圖1顯示設(shè)有現(xiàn)有的射頻功率放大器模塊與功率控制回路的全球移動通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communications，GSM)移動終端機(jī)的發(fā)射器的示意圖。參照圖1，除了現(xiàn)有的射頻功率放大器模塊10以外，全球移動通信系統(tǒng)移動終端機(jī)的發(fā)射器還包括有一功率控制回路，其由二個(gè)陶瓷定向耦合器(Directional Coupler)22，26、二個(gè)衰減器(Attenuator)24，28、三個(gè)功率檢測器(Power Detector)32，34，36、以及一功率控制專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)60所組合而成?，F(xiàn)有的射頻功率放大器模塊10是由二個(gè)射頻功率放大器12，14所形成，分別應(yīng)用于不同的頻率帶。
具體而言，一射頻信號RF輸入至現(xiàn)有的射頻功率放大器模塊10中的適當(dāng)?shù)纳漕l功率放大器12或14，然后經(jīng)由功率合并器40而由天線50輻射出。從天線50輻射出的射頻功率電平是由基地臺與移動終端機(jī)間的距離所決定。一旦選定了功率電平，用以控制射頻功率電平的控制信號CS即從基頻帶(Base Band)側(cè)輸送出。雖然此控制信號可直接應(yīng)用至射頻功率放大器側(cè)，但為了遵守美國聯(lián)邦電信委員會(FederalCommunications Commission，F(xiàn)CC)的規(guī)則，必須使用功率控制回路精確地控制射頻功率電平，如下所述。
在圖1所示的功率控制回路中，陶瓷定向耦合器22，26擷取從現(xiàn)有的射頻功率放大器模塊10而來的輸出功率的一部分作為功率代表信號，然后將的經(jīng)由衰減器24，28分別輸送至功率檢測器32，34。衰減器24，28是選用的(Optional)元件，其所扮演的角色在于調(diào)整所擷取出的功率代表信號。借著功率檢測器32，34，功率代表信號被轉(zhuǎn)換成電壓電平信號。此電壓電平信號施加至功率控制專用集成電路60。再者，為了消除溫度變動對于功率檢測器32，34的影響，使用額外的功率檢測器36連接于功率控制專用集成電路60與地面間，用以輸入一參考信號至功率控制專用集成電路60。功率控制專用集成電路60比較從基頻帶而來的控制信號CS與從功率檢測器32，34，36而來的信號，隨后輸出功率調(diào)整信號至射頻功率放大器模塊10中的射頻功率放大器12，14，用以重新調(diào)整射頻功率放大器12，14的偏壓條件而達(dá)到所期望的輸出功率。
由于現(xiàn)有的射頻功率放大器模塊10與功率控制回路中的各個(gè)組成元件分別具有各自的封裝而彼此互為獨(dú)立分離的裝置，因而現(xiàn)有的移動終端機(jī)的發(fā)射器的尺寸龐大，無法符合尺寸減縮的需求。再者，因?yàn)楦鞣庋b間需要多條引線交互連接，所以導(dǎo)致例如引線電感以及在接合墊下方的電容等的寄生阻抗產(chǎn)生，進(jìn)而降低現(xiàn)有的移動終端機(jī)的發(fā)射器的操作速度與可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于前述問題，本發(fā)明之一目的在于提供一種射頻功率放大器模塊，集成有功率控制回路，藉以達(dá)成微小的尺寸且使寄生阻抗最小化。
依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提供一種射頻功率放大器模塊，形成于一印刷電路板上且封裝于一模具內(nèi)，包含至少一射頻功率放大器，形成于一第一半導(dǎo)體基板上，用以輸出一功率信號；至少一匹配電路，連接于該至少一射頻功率放大器，用以作為輸出匹配；至少一電容器，連接于該至少一匹配電路，用以擷取該功率信號的一部分作為一功率代表信號；至少一功率檢測器，形成于該第一半導(dǎo)體基板上且連接于該至少一電容器，用以轉(zhuǎn)換該功率代表信號成一電壓電平信號；以及一功率控制專用集成電路，形成于一第二半導(dǎo)體基板上，用以接收一從外界輸入的功率控制信號與該電壓電平信號并且基于該功率控制信號與該電壓電平信號的比較結(jié)果輸出一功率調(diào)整信號至該至少一射頻功率放大器，其中該至少一射頻功率放大器、該至少一功率檢測器、以及該功率控制專用集成電路皆以裸露晶粒的形式安裝于該印刷電路板上。
為了使整體尺寸最小化，依據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器模塊采用具有較小尺寸的電容器以取代現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷定向耦合器。除了電容器以外，射頻功率放大器、匹配電路、功率檢測器、以及功率控制專用集成電路也都在尚未封裝的狀態(tài)下集成于印刷電路板上。而且，射頻功率放大器及功率檢測器可形成于共通的半導(dǎo)體基板上。因此，依據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器模塊集成有功率控制回路，并且具有尺寸微小與寄生阻抗最小化的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是顯示現(xiàn)有的射頻功率放大器模塊與功率控制回路的示意圖；以及圖2是顯示依據(jù)本發(fā)明的集成有功率控制回路的射頻功率放大器模塊的示意圖。
圖中元件符號說明10 射頻功率放大器模塊11，13，15 半導(dǎo)體基板12，14 射頻功率放大器21，23 匹配電路22，26 陶瓷定向耦合器24，28 衰減器25，27 電容器30 印刷電路板32，34 功率檢測器36 溫度補(bǔ)償用功率檢測器40 功率合并器50 天線60 功率控制專用集成電路具體實(shí)施方式
下文中的說明與附圖將使本發(fā)明的前述與其它目的、特征、與優(yōu)點(diǎn)更明顯。茲將參照圖標(biāo)詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
圖2是顯示依據(jù)本發(fā)明的集成有功率控制回路的射頻功率放大器模塊。參照圖2，依據(jù)本發(fā)明的集成有功率控制回路的射頻功率放大器模塊主要包括第一與第二射頻功率放大器12與14；第一與第二匹配電路21與23；第一與第二電容器25與27；第一與第二衰減器24與28；第一與第二功率檢測器32與34；一溫度補(bǔ)償用功率檢測器36；以及一功率控制專用集成電路60。依據(jù)本發(fā)明的集成有功率控制回路的射頻功率放大器模塊組裝于一印刷電路板30上并且封裝于一模具(未圖標(biāo))中。換言之，前述所有組成元件皆安裝于共通的印刷電路板30上，通過板上所設(shè)的配線交互連接，并且整體封裝于模具(未圖標(biāo))中。
第一與第二射頻功率放大器12與14是通過單片微波集成電路(MMIC)的技術(shù)分別形成于二個(gè)半導(dǎo)體基板11與13上。半導(dǎo)體基板11與13可由砷化鎵(GaAs)所形成。舉例而言，第一與第二射頻功率放大器12與14分別應(yīng)用于相對低頻帶(824至849MHz與880至915MHz)與相對高頻帶(1710至1785MHz與1850至1910MHz)。所以，第一與第二射頻功率放大器12與14可使用于四頻全球移動通信系統(tǒng)移動終端機(jī)中。
另一方面，功率控制專用集成電路60是通過互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)形成于一半導(dǎo)體基板15上。半導(dǎo)體基板15可由硅(Si)所形成。依據(jù)本發(fā)明，形成有第一與第二射頻功率放大器12與14的半導(dǎo)體基板11與13以及形成有功率控制專用集成電路60的半導(dǎo)體基板15是以未封裝的裸露晶粒形式安裝于印刷電路板30上。藉此方式，本發(fā)明可減少不必要的封裝，達(dá)成節(jié)省空間與降低尺寸的效果。
第一與第二匹配電路21與23系分別連接于第一與第二射頻功率放大器12與14的輸出端子，用以作為輸出匹配。
為了使整體尺寸最小化，依據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器模塊采用第一與第二電容器25與27以取代圖1所示的陶瓷定向耦合器22與26，用以擷取從第一與第二射頻功率放大器12與14的輸出功率的一部分作為功率代表信號。舉例而言，陶瓷定向耦合器22或26的尺寸約為0.8mil×0.5mil，而依據(jù)本發(fā)明的第一與第二電容器25與27的尺寸約為0.4mil×0.2mil。換言之，依據(jù)本發(fā)明的電容器的尺寸僅為陶瓷定向耦合器22或26尺寸的五分之一小。
第一與第二衰減器24與28可選用的元件而非必要的元件，用以調(diào)整由第一與第二電容器25與27所擷取的功率代表信號。舉例而言，第一與第二衰減器24與28中的每一個(gè)可由具有高阻抗的微帶傳輸線(Microstrip Line)所形成。
第一與第二功率檢測器32與34是由肖特基二極管(Schottky Diode)所形成。如圖2所示，第一與第二功率檢測器32與34可分別與第一與第二射頻功率放大器12與14共通地形成于半導(dǎo)體基板11與13上，達(dá)成節(jié)省空間與降低尺寸的效果。從第一與第二電容器25與27輸出的功率代表信號經(jīng)由第一與第二衰減器24與28傳送至第一與第二功率檢測器32與34，藉以轉(zhuǎn)換功率代表信號成電壓電平信號。此等電壓電平信號隨后施加至功率控制專用集成電路60。
由于第一與第二功率檢測器32與34進(jìn)行功率代表信號與電壓電平信號間的轉(zhuǎn)換時(shí)會受到溫度的影響，故溫度補(bǔ)償用功率檢測器36連接于該功率控制專用集成電路60與地面間，用以輸入一參考信號至該功率控制專用集成電路60，藉以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。如圖2所示，溫度補(bǔ)償用功率檢測器36亦為一肖特基二極管，形成于半導(dǎo)體基板13上。
在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中，射頻功率放大器模塊與功率控制回路彼此分離，各有自身的封裝。再者，功率控制回路也由具有自身的封裝的各個(gè)分離式組成元件所形成。因此，現(xiàn)有技術(shù)的射頻功率放大器模塊與功率控制回路的尺寸龐大且存在有額外的寄生阻抗效應(yīng)。
然而，在圖2所示的依據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器模塊中，射頻功率放大器12與14、匹配電路21與23、電容器25與27、衰減器24與28、功率檢測器32、34、與36、以及功率控制專用集成電路60皆在尚未封裝的狀態(tài)下集成于印刷電路板30上。而且，射頻功率放大器12與14及功率檢測器32、34、與36可形成于共通的半導(dǎo)體基板上。因此，依據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器模塊集成有功率控制回路，并且具有尺寸微小與寄生阻抗最小化的優(yōu)點(diǎn)。
雖然本發(fā)明業(yè)已通過較佳實(shí)施例作為例示加以說明，應(yīng)了解者為本發(fā)明不限于此被揭露的實(shí)施例。相反地，本發(fā)明意欲涵蓋對于熟習(xí)此項(xiàng)技藝的人士而言系明顯的各種修改與相似配置。因此，申請專利范圍的范圍應(yīng)根據(jù)最廣的詮釋，以包容所有此類修改與相似配置。
權(quán)利要求
1.一種射頻功率放大器模塊，形成于一印刷電路板上且封裝于一模具內(nèi)，包含至少一射頻功率放大器，形成于一第一半導(dǎo)體基板上，用以輸出一功率信號；至少一匹配電路，連接于該至少一射頻功率放大器，用以作為輸出匹配；至少一電容器，連接于該至少一匹配電路，用以擷取該功率信號的一部分作為一功率代表信號；至少一功率檢測器，形成于該第一半導(dǎo)體基板上且連接于該至少一電容器，用以轉(zhuǎn)換該功率代表信號成一電壓電平信號；以及一功率控制專用集成電路，形成于一第二半導(dǎo)體基板上，用以接收一從外界輸入的功率控制信號與該電壓電平信號并且基于該功率控制信號與該電壓電平信號的比較結(jié)果輸出一功率調(diào)整信號至該至少一射頻功率放大器，其中該至少一射頻功率放大器、該至少一功率檢測器、以及該功率控制專用集成電路皆以裸露晶粒的形式安裝于該印刷電路板上。
2.如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器模塊，其特征在于，還包含至少一衰減器，連接于該至少一電容器與至少一功率檢測器間，用以調(diào)整該功率代表信號。
3.如權(quán)利要求2所述的射頻功率放大器模塊，其特征在于，該至少一衰減器中的每一個(gè)是由一具有高阻抗的微帶傳輸線所形成。
4.如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器模塊，其特征在于，該第一半導(dǎo)體基板是由砷化鎵所形成。
5.如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器模塊，其特征在于，該第二半導(dǎo)體基板是由硅所形成。
6.如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器模塊，其特征在于，該至少一功率檢測器中的每一個(gè)是由一肖特基二極管所形成。
7.如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器模塊，其特征在于，還包含一溫度補(bǔ)償用功率檢測器，連接于該功率控制專用集成電路與地面間，用以輸入一參考信號至該功率控制專用集成電路，藉以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
8.如權(quán)利要求7所述的射頻功率放大器模塊，其特征在于該溫度補(bǔ)償用功率檢測器是由一肖特基二極管所形成。
9.如權(quán)利要求7所述的射頻功率放大器模塊，其特征在于，該溫度補(bǔ)償用功率檢測器形成于該第一半導(dǎo)體基板上。
全文摘要
一種集成有功率控制回路的射頻功率放大器模塊，形成于一印刷電路板上且封裝于一模具內(nèi)。為了使射頻功率放大器模塊的整體尺寸最小化，采用具有較小尺寸的電容器以取代現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷定向耦合器。除了電容器以外，射頻功率放大器、匹配電路、功率檢測器、以及功率控制專用集成電路也都在尚未封裝的狀態(tài)下集成于印刷電路板上。而且，射頻功率放大器及功率檢測器可形成于共通的半導(dǎo)體基板上。因此，射頻功率放大器模塊具有尺寸微小與寄生阻抗最小化的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H03F3/189GK1509106SQ0215666
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者吳建華, 胡政吉, 施盈舟 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司