專利名稱：調(diào)諧集成多級放大器級間匹配網(wǎng)絡(luò)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及多級放大器電路，具體地說，本發(fā)明涉及調(diào)諧多級放大器中所包含的級間匹配網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。
網(wǎng)絡(luò)匹配是射頻(RF)電路設(shè)計的重要部分。在多級RF放大器，即具有多于一個級聯(lián)在一起的放大器的放大電路時，通常必需提供輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，以及多級電路中所包含的放大器之間的級間匹配網(wǎng)絡(luò)。
多級RF放大器的輸入和輸出匹配一般可使用常規(guī)源拉(source-pull)和負載拉(load-pull)技術(shù)完成。許多情況下，輸入和輸出匹配可使用連接到印刷電路板(PCB)的分離電路(即非集成)分立元件方便地實現(xiàn)。
然而，多級放大器實現(xiàn)為單個集成電路(IC)時，由于對級間匹配網(wǎng)絡(luò)的受限訪問和其元件值中的制造偏差，級間匹配會難以實現(xiàn)。
集成電路RF功率放大器通常使用的級間匹配網(wǎng)絡(luò)包括高通電感電容(LC)部分，即串聯(lián)電容和并聯(lián)電感，后者也用作連接到電路的直流(DC)電壓饋送的上拉電感。高通LC部分通常制作成RF放大器集成電路(IC)的一部分。IC一旦制作后，IC上的元件值無法或難以更改。
由于IC中芯片上元件的預制模擬模型并不是始終精確，因此制作的級間匹配網(wǎng)絡(luò)的性能可能偏離其模擬設(shè)計。此外，芯片上RF元件的模擬模型經(jīng)常使用小的基本單元得到。許多基本單元放在一起以形成更大的IC或元件時，這可導致模擬結(jié)果與測量結(jié)果之間的不一致。這是一般所說的RF電路設(shè)計中的常見現(xiàn)象，具體地說，是RF功率放大器設(shè)計中的常見現(xiàn)象。
在級間匹配網(wǎng)絡(luò)中，電感值和電容值與期望值之間的小偏差經(jīng)常導致失配。此類失配會大大降低多級放大器的性能。具體而言，多級放大器的功率增加效能(PAE)、增益和輸出功率均取決于級間匹配網(wǎng)絡(luò)的電感值和電容值。因此，級間匹配網(wǎng)絡(luò)的電感值和電容值稍有偏差，PAE、增益和輸出功率都會大大降低。
因此，需要一種改進的方法和裝置，用于調(diào)諧集成多級放大器的級間匹配網(wǎng)絡(luò)以提高放大器性能。
鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種電路拓樸結(jié)構(gòu)，以調(diào)諧集成多級RF放大器中所包括的級間匹配網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的優(yōu)點在于它大大改善了多級RF功率放大器(PA)的性能，特別是用于無線應(yīng)用中的那些功率放大器的性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，調(diào)諧電路包括并聯(lián)在地與集成多級放大器第一級的電壓饋送之間的一個或多個芯片外電容?？梢赃@樣選擇電容，使其有效地調(diào)諧或補償級間匹配網(wǎng)絡(luò)所包含的上拉電感的電感值，從而在由于寄生現(xiàn)象和/或諸如放大器的輸入級和輸出級晶體管等其它元件偏離其預制模擬模型而導致級間匹配網(wǎng)絡(luò)的電感值和電容值偏離其期望值時提供改善的級間匹配。
結(jié)合附圖閱讀下面對當前優(yōu)選實施例的詳細說明，可進一步理解本發(fā)明的上述及其它特性和優(yōu)點。詳細的說明和附圖只是為了說明而不是限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書及其等效物定義。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的例示性多級放大器電路的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的例示性多級放大器電路的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的例示性多級放大器電路的示意圖；以及圖4A-C顯示圖3所示多級放大器電路的例示性性能曲線圖。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，具體參照圖1，該圖顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的多級放大器電路20。放大器電路20包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)Mi24、多級放大器集成電路(IC)22、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)M026及調(diào)諧電路28。多級放大器22包括第一級放大器A134、第二級放大A236和級間匹配網(wǎng)絡(luò)Mis38。級間匹配網(wǎng)絡(luò)38包括具有電感40和電容42的高通LC部分。
調(diào)諧電路28包括第一電容C130和第二電容C232，兩者均連接在供電電壓Vcc與地之間?？蛇x擇這樣的電容30、32，使其有效地調(diào)諧或補償級間匹配網(wǎng)絡(luò)38所包括的上拉電感40的電感值，從而在由于寄生現(xiàn)象和/或諸如放大器的輸入級和輸出級晶體管等其它元件偏離其預制模擬模型而導致級間匹配網(wǎng)絡(luò)38的電感值和電容值偏離其期望值時提供改善的級間匹配。
電容30、32最好是芯片外分立表面安裝電容?；蛘撸娙?0、32可以是具有特定寬度和長度、提供所需工作電容值的開路傳輸線，或者是開路傳輸線和分立電容的組合。
雖然圖1的例示性電路20顯示了并聯(lián)電容30、32對，但是只要元件不形成到地的DC路徑，調(diào)諧電路28就可利用單個電容、多個電容或者是電容與電阻和/或電感的組合實現(xiàn)。此外，多級放大器22可具有兩個或更多個級，并且在具有三個或更多放大器級的多級電路中，多個調(diào)諧電路可分別連接到除最后一級外每級的電壓饋送。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的多級放大器電路50的示意圖。放大器電路50包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)Mi54、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)M056、多級放大器IC52及調(diào)諧電路67。多級放大器52包括第一級放大器A158、第二級放大器A260和級間匹配網(wǎng)絡(luò)Mis62。級間匹配網(wǎng)絡(luò)Mis62可以包括如圖1所示的高通LC部分。
調(diào)諧電路67包括印刷電路板(PCB)跡線70、第一電容電阻對72、76及第二電容電阻對74，78。PCB跡線70具有預定的長度Lt和寬度W。分別與調(diào)諧電容C172與C274串聯(lián)連接的電阻R176和R278可用于降低電容的Q。
多級放大器IC52通過焊線64連接到外部焊盤66。芯片外電感Loc68將焊盤66連接到PCB跡線70以向放大器IC52的第一級58供電。
去耦電容對Cd1、Cd280并聯(lián)在電壓電源VCC與地之間。
圖2顯示了從電源VCC通過PCB跡線70到放大器IC52供電終端的連接。PCB跡線70可以視為長度Lt和寬度W的傳輸線。圖2所示為兩個去耦電容Cd1、Cd280和芯片外上拉電感Loc68。如果Loc68未使用，則其值可設(shè)為零。這種情況下，焊盤66和跡線70可組合成單個跡線。
視跡線70的長度和寬度而定，Loc68處出現(xiàn)的跡線的阻抗可高可低。阻抗很低時，調(diào)諧電容電阻對C1，R172，76和C2，R274，78對級間匹配的影響很小。然而，在Loc68的阻抗高于C1、R1和C2、R2的阻抗時，C1、R1和C2、R2的阻抗值會大大影響級間匹配。這是因為每個調(diào)諧對C1、R1和C2、R2中電阻和電容的組合阻抗為焊線64和芯片外電感Loc68提供了有效的低阻抗路徑，并有效地調(diào)諧級間匹配網(wǎng)絡(luò)62的總電感值。
圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的多級放大器電路100的示意圖。放大器電路100包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)104、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)108和多級放大器IC102。調(diào)諧電路106連接到多級放大器102。IC102以BiCMOS工藝實現(xiàn)，其中峰值ft為30GHz。
輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)104、108與調(diào)諧電路106均由分立的芯片外元件組成。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)104包括取值如圖所示連接在一起的兩個電容和一個電感。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)108包括以圖3所示拓樸結(jié)構(gòu)連接的兩個電感、三個電容、一個電阻和一條PCB跡線。調(diào)諧電路106包括取值如圖示且連接到PCB跡線的三個調(diào)諧電容。調(diào)諧電路106中也包括去耦電容Cd1、Cd2對。
圖4A-C顯示了與專門設(shè)計用于1.9GHz無線應(yīng)用的二級RF放大器電路100相對應(yīng)的小信號測量。在此類應(yīng)用中，電路100可用作無線聽筒和便攜式裝置的功率放大器。測量是對電路100進行的，用1.9GHz左右所需頻帶的等效調(diào)諧器電路(未顯示)替代輸出匹配網(wǎng)絡(luò)108的1.5pF、1.8pF和PCB跡線。
圖4A是電路100的增益曲線。在1.9GHz的增益(圖中標為“1”)大約為21.5dB。這與沒有調(diào)諧電路106的同一多級RF放大器電路相比具有很大的增益改善。
從圖4A可以看到，在1.9GHz峰值左右的增益斜率非常陡。換而言之，在1.9GHz左右的有用帶寬較窄。這是因為所用電容高的品質(zhì)(Q)因數(shù)。如圖2所示與調(diào)諧電容串聯(lián)連接的電阻可用于減少Q(mào)值，從而增加帶寬。
圖4B顯示圖3所示電路100的輸入回程損耗。在1.9GHz，輸入回程損耗大約為-7.1dB。
圖4C顯示圖3所示電路100的輸出回程損耗。在1.9GHz，輸出回程損耗大約為-8.6dB。
雖然本文公開的本發(fā)明實施例在目前視為是優(yōu)選實施例，但在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種變化和修改。本發(fā)明的范圍在所附權(quán)利要求書中指明，并且在等效的意義和范圍內(nèi)的所有變化均應(yīng)包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)諧電路，用于具有級間匹配網(wǎng)絡(luò)和電壓饋送輸入端的集成多級射頻(RF)放大器，其特征在于印刷電路板(PCB)跡線，用于將DC電壓電源連接到所述電壓饋送輸入端；以及第一分立電容和第二分立電容，兩者均并聯(lián)在所述PCB跡線與地之間，用于調(diào)諧所述電壓饋送輸入端上的電感值，從而改善所述集成多級RF放大器中的所述級間匹配網(wǎng)絡(luò)的性能。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)諧電路，其特征在于還包括連接在所述電壓饋送輸入端與所述PCB跡線之間的上拉電感。
3.如權(quán)利要求1所述的調(diào)諧電路，其特征在于還包括分別與所述第一和第二電容串聯(lián)連接的第一電阻和第二電阻。
4.如權(quán)利要求1所述的調(diào)諧電路，其特征在于所述PCB跡線具有預定的寬度和長度，以定義所述PCB跡線的阻抗。
5.如權(quán)利要求1所述的調(diào)諧電路，其特征在于還包括連接到所述PCB跡線的至少一個去耦電容。
6.一種電子電路，其特征在于第一級放大器，具有電壓饋送輸入端；第二級放大器，工作時連接到所述第一級放大器；級間匹配網(wǎng)絡(luò)，連接到所述第一和第二級放大器；以及電容，連接在所述電壓饋送輸入端和地之間，所述電容具有選定的電容值，以補償所述電壓饋送輸入端上的電感值，從而改善所述級間匹配網(wǎng)絡(luò)的性能。
7.如權(quán)利要求6所述的電子電路，其特征在于還包括連接在所述電壓饋送輸入端和地之間的第二電容。
8.如權(quán)利要求6所述的電子電路，其特征在于還包括連接在所述電壓饋送輸入端和所述電容之間的電感。
9.如權(quán)利要求6所述的電子電路，其特征在于還包括印刷電路板(PCB)跡線，用于將DC電壓電源連接到所述電壓饋送輸入端，其中所述電容連接到所述PCB跡線。
10.如權(quán)利要求6所述的電子電路，其特征在于還包括與所述電容串聯(lián)的電阻。
11.如權(quán)利要求6所述的電子電路，其特征在于還包括在工作時連接到所述電壓饋送輸入端的至少一個去耦電容。
12.如權(quán)利要求6所述的電子電路，用于射頻(RF)操作。
13.如權(quán)利要求6所述的電子電路，其特征在于所述電容是開路傳輸線或開路傳輸線與分立電容的組合。
14.一種調(diào)諧具有電壓饋送輸入端的多級放大器中所包括的級間匹配網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于提供包含所述多級放大器的集成電路芯片；將所述電壓饋送輸入端連接到印刷電路板(PCB)跡線以提供DC供電電壓；以及在所述PCB跡線與地之間并聯(lián)一個分立電容，其中所述分立電容具有選定的電容值，以調(diào)諧所述多級放大器的所述級間匹配網(wǎng)絡(luò)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于還包括在所述PCB跡線與地之間并聯(lián)第二分立電容，其中所述第二分立電容具有選定的電容值，以調(diào)諧所述多級放大器的所述級間匹配網(wǎng)絡(luò)。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于還包括提供連接在所述電壓饋送輸入端和所述PCB跡線之間的上拉電感。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于還包括提供與所述電容串聯(lián)的電阻。
全文摘要
用于補償集成多級射頻(RF)放大器(22)中所包括的級間匹配網(wǎng)絡(luò)(38)的調(diào)諧電路(28)，它包括一個或多個電容(30、32)，這些電容并聯(lián)在地和放大器(22)的電壓饋送之間。電容(30、32)具有選定值，以有效地補償級間匹配網(wǎng)絡(luò)(38)中所包含的上拉電感(42)的電感值，從而在由于寄生現(xiàn)象和/或諸如放大器的輸入級和輸出級晶體管等其它元件偏離其預制模擬模型而導致級間匹配網(wǎng)絡(luò)的電感值和電容值偏離其期望值時提供改善的級間匹配。
文檔編號H03J3/20GK1515071SQ02802220
公開日2004年7月21日 申請日期2002年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月1日
發(fā)明者S·羅, S 羅 申請人:皇家菲利浦電子有限公司