專利名稱：一種高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于射頻功率放大器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路。
背景技術(shù)：
射頻功率放大器作為無線發(fā)射系統(tǒng)前端的關(guān)鍵部件，其性能直接影響到發(fā)射前端的性能。功率放大器的研制不僅要滿足增益、功率、線性度、效率等指標(biāo)要求，而且也要考慮工作的前提條件也即穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)功率放大器單片集成電路(MMIC)時(shí)，為達(dá)到需要的增益和功率，需要采用多級(jí)級(jí)聯(lián)的形式。例如對(duì)于三級(jí)級(jí)聯(lián)來說，三級(jí)分別是驅(qū)動(dòng)級(jí)、增益級(jí)、功率輸出級(jí)。根據(jù)各級(jí)特點(diǎn)，每一級(jí)的功率管的并聯(lián)數(shù)目會(huì)不同，而且是逐漸增加。相應(yīng)地，三級(jí)功率管的輸入阻抗的實(shí)部將越來越小，甚至出現(xiàn)負(fù)實(shí)部，這將會(huì)引起振蕩，使放大器無法正常工作。為了提高電路的穩(wěn)定性，通常在功率管的輸入端串聯(lián)接入一個(gè)小電阻或者采用RC 并聯(lián)的方式來彌補(bǔ)晶體管的負(fù)阻。對(duì)于前一種情況，小阻值比如5歐姆以下的電阻，某些工藝并不能提供此量級(jí)的電阻，可能需要多個(gè)電阻的并聯(lián)，將給版圖布局增加復(fù)雜程度并占用較大的面積。而對(duì)于后一種情況，電阻R和電容C的值需要調(diào)試，且為了盡量降低對(duì)RF 功率的衰減，一般需要較大的電容值，無疑也會(huì)增加版圖面積。如何有效提高電路的穩(wěn)定性一直是射頻功率放大器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一。片內(nèi)平面螺旋電感是目前常用的集成電感。它是在集成電路中用頂層金屬做成的螺旋線，電感中心點(diǎn)由下面一層的金屬線引出。螺旋線的形狀一般是矩形、也可以是六邊形、八邊形或圓形。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型就是針對(duì)上述問題，提供一種版圖布局復(fù)雜程度低的高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，本實(shí)用新型包括射頻功率晶體管，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)射頻功率晶體管的輸入端串接有片內(nèi)平面螺旋電感。作為一種優(yōu)選方案，本實(shí)用新型所述片內(nèi)平面螺旋電感一端與射頻功率晶體管的輸入端相連，另一端與片內(nèi)輸入匹配電路端口相連。作為另一種優(yōu)選方案，本實(shí)用新型所述片內(nèi)平面螺旋電感一端與射頻功率晶體管的輸入端相連，另一端分別與第一電容一端、第二電容一端相連，第一電容另一端接地，第二電容另一端為信號(hào)輸入端。其次，本實(shí)用新型所述片內(nèi)平面螺旋電感的寬度為Sum 12 um。另外，本實(shí)用新型所述片內(nèi)螺旋電感為方形結(jié)構(gòu)或圓形結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型有益效果本實(shí)用新型利用片內(nèi)平面螺旋電感的寄生電阻來替代起穩(wěn)定作用的串聯(lián)電阻，由于片內(nèi)螺旋電感內(nèi)部的寄生電阻也串聯(lián)在信號(hào)通路中，相當(dāng)于增加了功率晶體管的實(shí)部阻抗，減小了阻抗變換比，降低了匹配的難度，在削弱低頻高增益的同時(shí)也提高了電路的穩(wěn)定性。另外，在未設(shè)計(jì)匹配電路時(shí)人為加入的起穩(wěn)定作用的小阻值的串聯(lián)電阻，也可由本實(shí)用新型片內(nèi)平面螺旋電感的寄生電阻替代，減少了器件數(shù)量，簡(jiǎn)化了電路的版圖布局布線。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型保護(hù)范圍不僅局限于以下內(nèi)容的表述。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型片內(nèi)平面螺旋電感等效電路圖。圖3-1是射頻功率放大器未匹配時(shí)未加入穩(wěn)定性串聯(lián)電阻電路圖。圖3-2是射頻功率放大器未匹配時(shí)加入穩(wěn)定性串聯(lián)電阻電路圖。圖4是圖3兩種結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定因子(K因子)比較圖表。圖5-1是對(duì)應(yīng)同一匹配目標(biāo)電感并聯(lián)到地的匹配結(jié)構(gòu)圖。圖5-2是對(duì)應(yīng)同一匹配目標(biāo)電感串聯(lián)匹配結(jié)構(gòu)圖。圖6是本實(shí)用新型片內(nèi)平面螺旋電感不同線寬對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定因子圖表。圖7是本實(shí)用新型片內(nèi)平面螺旋電感不同線寬對(duì)應(yīng)的增益曲線圖表。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型包括射頻功率晶體管102，射頻功率晶體管102的輸入端串接有片內(nèi)平面螺旋電感101。所述片內(nèi)平面螺旋電感101 —端與射頻功率晶體管102的輸入端相連，另一端與片內(nèi)輸入匹配電路端口相連。本實(shí)用新型片內(nèi)平面螺旋電感101串聯(lián)接入射頻功率晶體管 102的輸入端，是匹配電路的一部分，其阻抗值直接影響到射頻功率放大器輸入端的阻抗。如圖2所示，片內(nèi)平面螺旋電感101的電感值為L(zhǎng)s，寄生電阻為Rs，寄生的線間耦合電容Cp，Coxl為片內(nèi)平面螺旋電感101的金屬線與襯底間的氧化層電容，103為以并聯(lián)形式存在的襯底的寄生電容和寄生電阻的組合。圖3為射頻功率放大器未匹配時(shí)加入穩(wěn)定電阻前后的電路結(jié)構(gòu)，電路中的IOuF電容是隔直電容。其穩(wěn)定性情況如圖4所示，未加穩(wěn)定性電阻時(shí)，以2. 4GHz頻點(diǎn)為例，該頻點(diǎn)處的K因子僅為0. 066，而當(dāng)加入2歐姆的穩(wěn)定性電阻后，2. 4GHz處的K因子為2. 5，表明加入串聯(lián)電阻后，電路在2. 4GHz處是穩(wěn)定的，當(dāng)然，電阻越大，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定因子會(huì)增大，但由電阻帶來的損耗也會(huì)增加。而當(dāng)電路穩(wěn)定后，借助仿真軟件，才能得到可用于匹配的電路的輸入、輸出阻抗。如圖5-2所示，所述片內(nèi)平面螺旋電感101 —端與射頻功率晶體管102的輸入端
相連，另一端分別與第一電容一端、第二電容一端相連，第一電容另一端接地，第二電容另一端為信號(hào)輸入端。如圖5所示圖，從信號(hào)源50歐姆到輸入阻抗的兩種匹配形式，對(duì)于圖5-1的匹配形式，加入的穩(wěn)定性電阻是不能省略的；而圖5-2的電感串聯(lián)的形式，則是可以通過設(shè)計(jì)不同線寬的片內(nèi)平面螺旋電感101而得到需要的寄生電阻來抵消并替代原來的穩(wěn)定性串聯(lián)電阻。所述片內(nèi)平面螺旋電感101的寬度為8um 12 um。由于螺旋電感的線寬可調(diào)，線條越寬對(duì)應(yīng)的寄生電阻越小，因此可以根據(jù)具體電路需要合理選擇滿足需求的螺旋電感的線寬。如圖6所示，采用片內(nèi)平面螺旋電感101串聯(lián)的方式的匹配電路完成后，去掉原來的串聯(lián)電阻2歐姆，并調(diào)整片內(nèi)平面螺旋電感101不同線寬時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定因子。當(dāng)調(diào)整片內(nèi)螺旋電感的線寬為8um，此時(shí)的寄生電阻的阻值達(dá)到2歐姆時(shí)，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定因子K值為3. 2， 以2um的步進(jìn)間隔調(diào)整螺旋電感的線寬，得到不同的寄生電阻值，同時(shí)保持電感值不變，使匹配狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，并分別得到相應(yīng)的穩(wěn)定因子?？梢钥闯觯S著線寬的遞增，寄生的串聯(lián)電阻逐漸下降，穩(wěn)定因子也相應(yīng)地減小，但是在2. 4GHz的頻點(diǎn)處，穩(wěn)定因子都大于1， 表明寄生電阻的減小并沒有明顯改變電路的穩(wěn)定性。圖7與圖6所對(duì)應(yīng)的狀況一樣，隨著片內(nèi)平面螺旋電感101線寬的增加，寄生的串聯(lián)電阻逐漸下降，因此對(duì)信號(hào)的衰減減少，相應(yīng)的增益會(huì)有增加的趨勢(shì)。圖7即為此種情況下對(duì)應(yīng)的增益曲線，可以看到，S21從最初螺旋電感Sum線寬時(shí)的10. 03dB，逐漸增加到線寬為12um時(shí)的10. 62dB。因此，可根據(jù)電路性能的需要，通過調(diào)整線寬來減少寄生電阻對(duì)信號(hào)功率的衰減，而從圖6可以看出，增益的上升并不會(huì)明顯影響電路的穩(wěn)定性。因此，可通過調(diào)整螺旋電感的線寬，來降低寄生電阻對(duì)信號(hào)功率的衰減，在不影響匹配狀態(tài)的同時(shí)，靈活設(shè)計(jì)電路的增益水平，而不會(huì)明顯影響電路的穩(wěn)定性。所述片內(nèi)螺旋電感為方形結(jié)構(gòu)或圓形結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所述結(jié)構(gòu)可適用于功率放大器模塊電路中的繞線電感。本實(shí)用新型射頻功率放大器可用于無線通信系統(tǒng)中的前端發(fā)射機(jī)中，將經(jīng)過上變頻后的信號(hào)放大，傳送給天線并發(fā)射出去。可以理解地是，以上關(guān)于本實(shí)用新型的具體描述，僅用于說明本實(shí)用新型而并非受限于本實(shí)用新型實(shí)施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路，包括射頻功率晶體管(102)，其特征在于射頻功率晶體管(102)的輸入端串接有片內(nèi)平面螺旋電感(101)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路，其特征在于所述片內(nèi)平面螺旋電感(101) —端與射頻功率晶體管(102)的輸入端相連，另一端與片內(nèi)輸入匹配電路端口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路，其特征在于所述片內(nèi)平面螺旋電感(101) —端與射頻功率晶體管(102)的輸入端相連，另一端分別與第一電容一端、第二電容一端相連，第一電容另一端接地，第二電容另一端為信號(hào)輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路，其特征在于所述片內(nèi)平面螺旋電感(101)的寬度為8um 12 um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路，其特征在于所述片內(nèi)螺旋電感為方形結(jié)構(gòu)或圓形結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路屬于射頻功率放大器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路。本實(shí)用新型提供一種版圖布局復(fù)雜程度低的高穩(wěn)定性射頻功率放大器單片集成電路。本實(shí)用新型包括射頻功率晶體管，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)射頻功率晶體管的輸入端串接有片內(nèi)平面螺旋電感。
文檔編號(hào)H03F3/189GK202178739SQ20112029116
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者郝明麗 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)中科微電子有限公司