體管的S帶處，該輸入匹配網(wǎng)絡(luò)將僅需在史密斯圖上將原始的相位角旋轉(zhuǎn)10度。通過RF路徑中由功率感測二極管開啟的開關(guān)將所重配置的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)從第一匹配網(wǎng)絡(luò)斷開。在更高驅(qū)動功率的情況下，功率感測二極管和關(guān)聯(lián)的電路將斷開RF開關(guān)(耗盡型開關(guān)工作)，將第二匹配網(wǎng)絡(luò)連接到第一匹配網(wǎng)絡(luò)，使得旋轉(zhuǎn)到最優(yōu)大信號匹配點(diǎn)。在一設(shè)置的驅(qū)動處將基于放大級FET外圍來選擇二極管的大小和偏置以“導(dǎo)通”。以這種安排，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)具有一種配置，用于在低輸入信號驅(qū)動功率電平處提供阻抗匹配，并且具有一種不同的配置，用于在高輸入信號驅(qū)動功率電平處提供阻抗匹配。
[0022]因此，本發(fā)明包括“智能的”、可調(diào)諧的或可配置的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，來解決復(fù)雜的、現(xiàn)在剛理解的GaN軟壓縮問題。本發(fā)明提供了低和高驅(qū)動穩(wěn)定性以及性能問題的最優(yōu)解決方案。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于針對GaN晶體管器件設(shè)計(jì)輸入網(wǎng)絡(luò)的方法。所述方法包括:通過具有相對大的輸入信號功率電平的輸入網(wǎng)絡(luò)來驅(qū)動所述器件；以所述器件在預(yù)定輸出功率電平處的輸出來改變所述輸入網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；當(dāng)所述輸入網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)被改變時(shí)，測量所述器件的傳輸函數(shù)性能參數(shù)；以及根據(jù)所測量的傳輸函數(shù)性能參數(shù)來選擇所述輸入網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。
[0024]在附圖和以下的描述中闡述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)描述和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的砷化鎵功率放大器的示意圖；
[0026]圖2A是共源配置的晶體管的輸入阻抗的等價(jià)電路，其中，當(dāng)這種放大器被饋送具有相對低的功率電平的輸入信號時(shí)，所述晶體管形成圖1的放大器的輸出級；
[0027]圖2B是共源配置的晶體管的輸入阻抗的等價(jià)電路，其中，當(dāng)這種放大器被饋送具有相對高的功率電平的輸入信號時(shí)，所述晶體管形成圖1的放大器的輸出級；
[0028]圖3A是耦合到共源配置的晶體管的輸入的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的等價(jià)電路，其中，當(dāng)這種放大器被饋送具有相對低的功率電平的輸入信號時(shí)，所述晶體管形成圖1的放大器的輸出級；
[0029]圖3B是耦合到共源配置的晶體管的輸入的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的等價(jià)電路，其中，當(dāng)這種放大器被饋送具有相對高的功率電平的輸入信號時(shí)，所述晶體管形成圖1的放大器的輸出級；
[0030]圖4是具有伽瑪柵極(場板)的GaN晶體管器件的橫截面圖，在晶體管的包圍區(qū)域中放大示出了這種伽瑪柵極；
[0031 ] 圖5是圖1的GaN FET與“理想的”晶體管器件相比的輸出功率(Pout)對輸入功率(Pin)傳輸特性的曲線；
[0032]圖6是用于測試器件并且生成本文要描述的結(jié)果的負(fù)載拉動平臺測試裝置10 ;
[0033]圖7是具有共軛小信號源匹配(虛線)和大信號源匹配(實(shí)線)的2.5mm GaN FET器件的Pout對Pin特性的曲線，該FET在最大功率的負(fù)載中終止；
[0034]圖8是具有共軛小信號源匹配(虛線)和大信號源匹配(實(shí)線)的2.5mm GaN FET器件的Pout對Pin特性的曲線，該FET在最大功率的負(fù)載中終止，該器件在最大效率的負(fù)載中終止；
[0035]圖9示出了用于測試下的設(shè)備的小信號和大信號源匹配在史密斯圖上的位置；
[0036]圖10是圖1的GaN晶體管器件的小信號模型；以及
[0037]圖11是疊加有測試下的設(shè)備的大信號動態(tài)負(fù)載線的Cgs對Vds和Vgs的圖。
[0038]各個(gè)圖中相似的參考符號指示相似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0039]現(xiàn)在參照圖1，示出了功率放大器電路10，其包括:輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12，其具有用于耦合到RF輸入信號的輸入端13 ;輸出級15，其具有晶體管14，這里是具有場板的砷化鎵(GaN)場效應(yīng)管(FET)，耦合到輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12的輸出16。如下文將更詳細(xì)描述的，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12可被配置為輸入信號的功率電平的函數(shù)。更具體地說，當(dāng)將具有相對低功率電平的輸入信號饋送給這種輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12時(shí)，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12被配置為具有第一輸入阻抗，并且當(dāng)這種輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12具有相對高功率電平的輸入信號時(shí)，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12被配置為具有不同于第一輸入阻抗的輸入阻抗。
[0040]更具體地說，放大器電路10包括連接到輸入13的功率電平感測電路18，并因此被饋送有輸入信號。如下文將更詳細(xì)描述的，當(dāng)這種功率電平感測電路18感測到輸入信號具有相對高的功率電平時(shí)，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12具有串聯(lián)地耦合在輸入信號與晶體管14的輸入電極16之間的第一電感L1，并且當(dāng)這種功率電平感測電路18感測到輸入信號具有相對低的功率電平時(shí)，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12具有串聯(lián)地耦合在輸入信號與晶體管14的輸入電極之間的第二電感L2，因此電感L1和L2并聯(lián)。
[0041]在圖2A中示出了晶體管14在相對低的輸入信號功率電平處的輸入阻抗，而在圖2B中示出了晶體管14在相對高的輸入信號功率電平處的輸入阻抗。因此，在這里的該示例中，在相對低的輸入信號功率電平處，晶體管14的輸入阻抗是5.9歐姆電阻串聯(lián)16.8pF(皮法)電容(這里，晶體管14具有2.5mm外圍并且針對3GHz指定串聯(lián)電阻-電容(RC)值)，而工作在相同頻率但是在相對高的輸入信號功率電平處的相同晶體管14具有6.41歐姆電阻串聯(lián)4.33pF電容的輸入阻抗。因此，輸入阻抗電容在輸入信號的高和低功率電平之間改變大約300%。如下文將更詳細(xì)描述的，在相對低的輸入信號功率電平處，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12被配置為如圖3A所示，而對于相對高的輸入信號功率電平，該輸入匹配網(wǎng)絡(luò)被配置為如圖3B所示。注意，如圖3A所示，當(dāng)針對低輸入信號功率電平條件來配置輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12時(shí)，由電感L1和L2的并聯(lián)組合來提供的0.422nH(納亨)電感與晶體管的輸入阻抗串聯(lián)，而如圖3B所示，當(dāng)針對高輸入信號功率電平條件來配置輸入匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由電感L1提供的0.897nH電感與晶體管的輸入阻抗串聯(lián)。
[0042]圖3A中所示或圖3B所示的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12的重配置是通過使用功率電平感測電路18，其感測輸入信號的功率并且在線19上為開關(guān)20、22(這里例如，耗盡型FET Q2和Q3)產(chǎn)生控制信號。
[0043]在該示意圖中，GaN FET( S卩，晶體管14)的柵極阻抗(其對于低輸入信號功率電平來說被表示為圖2A中所示的串聯(lián)RC，而對于高輸入信號功率電平來說被表示為圖2B中所示的串聯(lián)RC)是通過可重配置的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12來轉(zhuǎn)換為看起來類似于(即，被阻抗匹配為)特性系統(tǒng)阻抗；在該情況下為50歐姆(即，放大器10的輸入阻抗)。
[0044]更具體地說，耦合網(wǎng)絡(luò)CN(這里例如作為電容C8示出)將輸入信號的一部分傳遞到功率電平感測電路18。應(yīng)當(dāng)理解，可以用多種可能的配置(電阻、電容、耦合線等)來實(shí)現(xiàn)耦合網(wǎng)絡(luò)CN。取決于耦合系數(shù)，該耦合網(wǎng)絡(luò)CN具有獨(dú)立于檢測器偏置網(wǎng)絡(luò)BN而調(diào)整狀態(tài)改變的閾值的能力，所述檢測器偏置網(wǎng)絡(luò)BN在這里例如為，連接在電壓源(V+)與接點(diǎn)21之間的電阻R6，所述接點(diǎn)21在耦合網(wǎng)絡(luò)CN(這里是電容C8)與功率電平感測電路18的二極管D1之間?？梢杂枚喾N可能的配置(電阻、電感、電阻分壓器等)實(shí)現(xiàn)的偏置網(wǎng)絡(luò)BN也具有獨(dú)立地調(diào)整狀態(tài)改變的閾值的能力，尤其是通過DC偏置電壓的引入，但是，功率電平感測電路18在無源情況下(沒有偏置)將非常良好地工作。功率電平感測電路18還包括電容C1。電容C1通過二極管D1在負(fù)的RF半周期充電，并且傳遞低的波紋，隨著有關(guān)呈現(xiàn)給D1的信號電平的輸出電平，逐漸地向負(fù)載電阻R5增加負(fù)電壓?？鏡5的電勢通過分離的偏置電阻R1和R2在線19上同時(shí)向耗盡型FET(d-FET)Q2和Q3的柵極(即，開關(guān)20、22)提供開關(guān)信號。可以包括偏置電阻R3和R4來確保正確的Q2和Q3晶體管開關(guān)。這導(dǎo)致以下行為:(1)低RF輸入信號功率電平產(chǎn)生低于晶體管Q2和Q3夾斷電壓的絕對值的跨電阻R5的電勢；d-FET漏極和源極被有效地短路，并且電感L1和L2并聯(lián)組合以得到減小的值，來最優(yōu)地匹配晶體管14的輸入阻抗，并由此配置圖3A所示的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)；而(2)RF輸入信號功率的高電平產(chǎn)生高于晶體管Q2和Q3的夾斷電壓的絕對值的跨電阻R5的電勢，d-FET漏極和源極被有效地?cái)嚅_，并且電感L2從輸入匹配網(wǎng)絡(luò)電去耦合，以使得僅電感L1被串聯(lián)到晶體管14的輸入，來提供期望的相位角旋轉(zhuǎn)并通過輸入匹配網(wǎng)絡(luò)12的固定值分量的余項(xiàng)(這里例如，在13處，50歐姆RF輸入)最優(yōu)地匹配晶體管14的輸入。狀態(tài)改變的閾值由輸入信號RF功率電平、耦合網(wǎng)絡(luò)CN的耦合系數(shù)和位置、偏置網(wǎng)絡(luò)配置BN和可選的偏置、二極管D1輸出電壓靈敏度和電阻R5的值來進(jìn)行控制。應(yīng)當(dāng)理解，電感L1和L2可以很容易地替換為電容，這是因?yàn)榭梢允褂酶鞣N電抗和電阻部件配置來實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。在該示意圖中，可重配置的元件可以與RF信號流(13到16)串聯(lián)，但是也可以被配置為與RF信號流并聯(lián)，這仍取決于輸入匹配網(wǎng)絡(luò)配置選擇一一關(guān)鍵在于對于耗