本發(fā)明實(shí)施例涉及功率放大器。

背景技術(shù)：

射頻(rf)功率放大器(pa)是一種電子放大器，用于將低功率射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為功率較大的信號(hào)。的rf功率放大器通常包括多個(gè)功率單元。每個(gè)功率單元包括一個(gè)或多個(gè)功率晶體管，旨在改進(jìn)功率放大器的效率、線性、輸出和成本。

rf功率放大器的一種常用應(yīng)用是驅(qū)動(dòng)通信設(shè)備的發(fā)射器或收發(fā)器發(fā)射天線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。隨著低功率應(yīng)用(例如，移動(dòng)通信設(shè)備、藍(lán)牙低能耗設(shè)備、能量收集設(shè)備/傳感器等)的使用不斷增加，在將rf功率放大器集成為此類低功率應(yīng)用的同時(shí)管理rf放大器的功耗和性能變得十分重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種連接至輸入信號(hào)源的功率放大器(pa)單元，包括：晶體管；第一感應(yīng)器，連接至所述晶體管的柵極；以及第二感應(yīng)器，連接至所述晶體管的源極，其中，所述第一感應(yīng)器和所述第二感應(yīng)器的每個(gè)均包括第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈分別有第一電感值和第二電感值，從而使得所述功率放大器單元包括位于所述晶體管的所述柵極和所述輸入信號(hào)源之間的終端，并且所述終端與所述輸入信號(hào)源阻抗匹配。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種連接至輸入信號(hào)源的功率放大器(pa)單元，包括：晶體管；第一感應(yīng)器，連接至所述晶體管的柵極；以及第二感應(yīng)器，連接至所述晶體管的源極，其中，所述第一感應(yīng)器和所述第二感應(yīng)器的每個(gè)均包括第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈分別具有第一電感值和第二電感值，其中，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈彼此磁力連接從而形成互感器，使得所述功率放大器單元包括位于所述晶體管的所述柵極和所述輸入信號(hào)源之間的終端，以及所述終端與所述輸入信號(hào)源阻抗匹配。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種連接至輸入信號(hào)源的功率放大器(pa)單元，包括：晶體管；第一感應(yīng)器，連接至所述晶體管的柵極；以及第二感應(yīng)器，連接至所述晶體管的源極，其中，所述第一感應(yīng)器和所述第二感應(yīng)器的每個(gè)均包括第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈分別具有第一電感值和第二電感值，其中，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈彼此磁力分離，從而使得所述功率放大器單元包括位于所述晶體管的所述柵極和所述輸入信號(hào)源之間的終端，并且所述終端與所述輸入信號(hào)源阻抗匹配。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以最佳地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件沒(méi)有按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意增加或減少。

圖1示出了功率放大器的示例示意圖。

圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施例的功率放大器的示例示意圖。

圖3a示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖2的功率單元的感應(yīng)器的示例布局設(shè)計(jì)。

圖3b示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖2的功率單元的感應(yīng)器的示例布局設(shè)計(jì)。

圖3c示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖2的功率單元的兩個(gè)連接感應(yīng)器的示例布局設(shè)計(jì)。

圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施例的示出了圖2的mosfet的特征的示例圖表。

圖5示出了根據(jù)各種實(shí)施例的示例圖表，該示例圖表示出了圖2所示的mosfet的功率附加效率(pae)相對(duì)于應(yīng)用于圖2的mosfet的漏極的不同電壓所發(fā)生的變化。

具體實(shí)施方式

以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)主題提供的不同特征。下面描述部件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件，使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。

此外，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)，以描述如圖中所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)旨在包括在使用或操作過(guò)程中器件的不同方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空間關(guān)系描述符可以同樣地作相應(yīng)地解釋。此外，要了解當(dāng)一元件被提及為“連接至”或“連接至”另一元件時(shí)，其可直接連接或連接至其他元件，或者也可存在一個(gè)或多個(gè)居間元件。

圖1示出了rf功率放大器100的示例框圖，該功率放大器包括功率單元102、匹配電路106和天線108。功率單元102接收輸入rf信號(hào)104并將輸入rf信號(hào)104轉(zhuǎn)換為更高功率的信號(hào)以通過(guò)匹配電路106驅(qū)動(dòng)天線108。在圖1所示功率放大器100的具體實(shí)施例中，包括電容器c1和c2及感應(yīng)器l2的匹配電路106配置為用于匹配功率單元102的輸出阻抗103和天線108的輸入阻抗107。為了將功率從源(例如，功率單元102)高效傳輸?shù)捷d荷(例如，天線108)，如圖1所示，在rf功率放大器設(shè)計(jì)中此類阻抗匹配電路通常連接于功率單元和載荷之間。

同樣地，rf輸入信號(hào)104的源輸出(例如，振蕩器)和功率單元102的輸入之間可以需要另一個(gè)阻抗匹配電路，來(lái)匹配源的輸出阻抗和功率單元102的輸入阻抗。此類阻抗匹配電路通常被稱為功率放大器100的輸入匹配電路。但是，rf功率放大器中包括有一個(gè)或多個(gè)阻抗匹配電路通常會(huì)引發(fā)各種問(wèn)題，特別是當(dāng)rf功率放大器用在低功率應(yīng)用中時(shí)。例如，需要相對(duì)較高的電壓源(vdd)來(lái)驅(qū)動(dòng)功率放大器和匹配電路，而匹配電路本身通常會(huì)消耗附加功率(例如，rf功率放大器的靜態(tài)功率)。此外，在集成電路上加入匹配電路需要在集成電路上付出極高代價(jià)。

本發(fā)明通過(guò)采用新穎性功率放大器實(shí)施例提供上述功率放大器不具備的多種有點(diǎn)，新穎性功率放大器不需要阻抗匹配電路來(lái)將功率放大器的功率單元連接至載荷。即使沒(méi)有連接于功率單元和載荷之間的阻抗匹配電路，通過(guò)使用根據(jù)一些實(shí)施例的納米級(jí)功率單元，功率放大器/功率單元仍能夠提供預(yù)期輸出阻抗(例如，約50歐姆(ω))。此外，通過(guò)將感應(yīng)器分別連接至功率單元的源極和柵極，根據(jù)一些實(shí)施例，在沒(méi)有輸入匹配電路時(shí)功率單元仍能夠提供約50歐姆(ω)的輸入阻抗。換句話說(shuō)，根據(jù)一些實(shí)施例，在不需要連接功率單元102輸出處匹配電路和功率單元輸入處輸入匹配電路的情況下，功率單元仍能夠提供約50ω的輸入阻抗和輸出阻抗。功率單元約50ω的輸入阻抗/輸出阻抗能夠在現(xiàn)代rf功率放大器應(yīng)用中傳輸最大的功率(例如，從輸入源到功率單元，及從功率單元到載荷)。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及以約2.4ghz的頻率操作新穎性功率單元，但是依據(jù)本發(fā)明的功率單元工作頻率不限于任何特定頻率，并且可以在，例如，從約2.4ghz至約10ghz的范圍，而仍在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，盡管在目前的實(shí)施例中，功率單元的輸入阻抗/輸出阻抗大約為50ω，但是輸入阻抗值和/或輸出阻抗值可以進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)任何可取的應(yīng)用，而仍在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，雖然公開(kāi)的功率單元用于連接在同軸電纜之間，但是輸入阻抗值/輸出阻抗值可以調(diào)整為約75ω。

圖2示出了根據(jù)各種實(shí)施例的新穎性功率放大器/功率單元200的示例圖表。在圖2所示的實(shí)施例中，功率單元200包括晶體管202、連接于晶體管202柵極和輸入信號(hào)源210之間的第一感應(yīng)器204，連接于晶體管202源極和接地之間的第二感應(yīng)器206以及連接于晶體管202漏極和供電電壓vdd之間的第三感應(yīng)器208如圖所示，功率單元200通過(guò)感應(yīng)器204連接至輸入信號(hào)源210并在晶體管202的漏極處連接至載荷220。在該具體實(shí)施例中，功率單元200不使用匹配電路連接至輸入信號(hào)源210和載荷220。在一些實(shí)施例中，功率單元200在終端205處與輸入信號(hào)源210具有阻抗匹配。在一些實(shí)施例中，功率單元200在晶體管202的漏極處與載荷220具有阻抗匹配。在一些實(shí)施例中，晶體管202為mosfet，而在另一些實(shí)施例中，晶體管202可以為，例如，

絕緣體上硅(soi)襯底、高電子遷移率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(hemfet)、納米線晶體管、垂直溝道晶體管、鰭式晶體管或其他合適類型的晶體管。如本案下文所指，mosfet一詞指一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，用于放大或轉(zhuǎn)換電子信號(hào)。

如圖2實(shí)例所示，mosfet202有源極、一個(gè)柵極和一個(gè)漏極(終端/節(jié)點(diǎn))作為其與其他晶體管或器件(例如，電源電壓、輸入信號(hào)源、載荷等)連接的觸點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，mosfet202為n型mosfet。但是，在一些實(shí)施例中，mosfet202還可以包括p型mosfet和/或mosfet202還可以包括多個(gè)晶體管(例如，互補(bǔ)mosfet)，而仍在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，mosfet202可以為納米級(jí)晶體管。通過(guò)利用納米級(jí)晶體管作為mosfet202(例如，節(jié)長(zhǎng)約為16納米)，無(wú)需使用輸出阻抗匹配電路來(lái)實(shí)現(xiàn)約50ω的輸出阻抗(203)，這與上述功率放大器不同。更具體而言，mosfet202包括橫跨mosfet202漏極和源極的寄生電容，此寄生電容與第三感應(yīng)器208產(chǎn)生共振，同時(shí)mosfet202以約0.1ghz至約100ghz的頻率工作，如此產(chǎn)生50ω輸出阻抗。因此，通過(guò)使用此類納米級(jí)mosfet202，由于不存在匹配電路，可以顯著降低電源電壓(即，vdd)。例如，在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)功率單元200的電源電壓vdd可以降低約100毫伏(mv)，同時(shí)功率單元200仍能夠提供大約為-8dbm的功率輸出，而消耗的靜態(tài)功率低至213微瓦(μw)，如下表所示：

在上表中，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率單元的各種性能特性與另外三種功率單元進(jìn)行了比較。在該表中，“pae”指功率單元的功率附加效率；“增益”是功率單元的功率增益；“pout”指功率單元的輸出功率；“pdc”指功率單元的靜態(tài)功率消耗；“類”表示功率單元使用的功率放大器的類型(例如，a類、b類、d類、ab類等)；“技術(shù)”指功率單元中晶體管的節(jié)長(zhǎng)。

再次參考圖2，根據(jù)一些實(shí)施例，感應(yīng)器204的包含物(連接至mosfet202的柵極和感應(yīng)器206(感應(yīng)器206連接至功率單元200中的mosfet202的源極))提供大約為50ω的功率單元200的輸入阻抗值(201)。功率單元200的大約50ω的輸入阻抗可以實(shí)現(xiàn)眾多優(yōu)點(diǎn)，例如能夠使最大功率從輸入信號(hào)源210傳輸至功率單元200。在一些其他實(shí)施例中，感應(yīng)器204和感應(yīng)器206可以彼此磁力連接，從而形成連接比(k)在約0至約1之間的互感器。而在一些其他實(shí)施例中，感應(yīng)器204和感應(yīng)器206可以各自形成為設(shè)置在mosfet202上方彼此分開(kāi)的導(dǎo)電線圈(即，感應(yīng)器204和感應(yīng)器206不通過(guò)磁力彼此磁力連接)，或者感應(yīng)器204和感應(yīng)器206形成為設(shè)置在mosfet202上方的兩個(gè)彼此重疊的導(dǎo)電線圈(即，感應(yīng)器204和感應(yīng)器206通過(guò)彼此磁力連接并形成互感器)。也就是說(shuō)，在一些實(shí)施例中，不管感應(yīng)器204和感應(yīng)器206是彼此磁力連接，還是通過(guò)磁力相互分離，感應(yīng)器204和感應(yīng)器206都會(huì)在mosfet202上方形成一個(gè)或多個(gè)疊加層，此類疊加層與mosfet202屬于不同的層。感應(yīng)器204和感應(yīng)器206的導(dǎo)電線圈的詳細(xì)信息，將根據(jù)各種實(shí)施例結(jié)合圖3a、3b和3c的示例布局在下文更詳細(xì)地說(shuō)明。

在一些實(shí)施例中，感應(yīng)器204和感應(yīng)器206可以各有電感值lg和ls。當(dāng)感應(yīng)器204和感應(yīng)器206不彼此磁力連接時(shí)，輸入阻抗201可以表達(dá)為：ls×gm/cgs+jω×(lg+ls-cgs)，其中g(shù)m為mosfet202的跨導(dǎo)，cgs為mosfet202的柵極至源極電容，ω為mosfet202的工作頻率。當(dāng)感應(yīng)器204和感應(yīng)器206彼此磁力連接時(shí)，輸入阻抗201可以表達(dá)為：(ls+k√(lg×ls)×gm/cgs)+jω×((lg+ls+2k√(lg×ls))-cgs)，其中k為上文提及的感應(yīng)器204和感應(yīng)器206之間的連接系數(shù)。如同所示，不管感應(yīng)器204和感應(yīng)器206是連接在一起，還是相互分離，輸入阻抗都包括實(shí)數(shù)部分(即，不含“j”的部分)和虛數(shù)部分(即，含“j”的部分)。通過(guò)選擇電感值(即，lg和ls)，輸入阻抗的虛數(shù)部分可以約去(即，“零”虛數(shù)部分)，以匹配或約去上方提供的方程式中虛數(shù)部分的cgs。

圖3a示出了根據(jù)各種實(shí)施例的感應(yīng)器204的示例布局設(shè)計(jì)。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)器204包括導(dǎo)電線圈300，其中導(dǎo)電線圈300由金屬材料和/或多晶(硅)材料制成，其他材料在各種實(shí)施例的范圍內(nèi)。在具體實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈300可以通過(guò)在一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀物或由具有導(dǎo)電圈的線圈內(nèi)布導(dǎo)線來(lái)形成，如圖3a所示，或者導(dǎo)電線圈300可以通過(guò)在環(huán)狀物內(nèi)布置導(dǎo)電材料(例如，金屬材料和/或多晶硅材料)以及向上或向下穿過(guò)多個(gè)集成電路層而形成部分重疊的終端連接。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)螺旋成圈的部分以不同的層疊加在一起。

如圖3a所示，導(dǎo)電線圈300包括兩個(gè)部分302(實(shí)線)和304(虛線)，其中第一部分302置于第一層，第二部分304置于第二層，第二層疊加在第一層上方或下方，第一部分302和第二部分304通過(guò)層間連接件(未顯示)連接在一起，例如硅通孔。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈300置于mosfet202上方(即，第一層和第二層置于mosfet202上方，并且每一層與其中形成有mosfet202的層均不同)。

在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈300提供的感應(yīng)器204可以包括兩個(gè)終端205和207，如圖2和3a所示。第一終端205可以連接至輸入信號(hào)源210的節(jié)點(diǎn)，第二終端207可以連接至mosfet202的柵極。使用圖3a所示導(dǎo)電線圈300的實(shí)施例，第一終端205可以包含在第一部分302中。更具體而言，第一終端205形成于導(dǎo)電線路306的一端處和導(dǎo)電支腿307(導(dǎo)電線路306的一部分)的一端處，其中導(dǎo)電支腿307不是一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀物或具有導(dǎo)電圈的線圈的一部分。在一些實(shí)施例中，第一終端205可以通過(guò)通孔連接至輸入信號(hào)源210的節(jié)點(diǎn)。仍使用圖3a所示導(dǎo)電線圈300的實(shí)施例，第二終端207可以包含在第二部分304中。更具體而言，第二終端207形成于導(dǎo)電線路306的另一端和導(dǎo)電支腿309(導(dǎo)電線路306的一部分)的一端處，其中導(dǎo)電支腿309不是一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀物或具有導(dǎo)電圈的線圈的一部分。在一些實(shí)施例中，第二終端207可以通過(guò)通孔連接至mosfet202的柵極。

仍然參考圖3a，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈300的導(dǎo)電線路306有一個(gè)范圍在約1μm至約10μm之間的線寬301。在一些實(shí)施例中，從頂部看，如圖3a所示，導(dǎo)電線圈300具有約100μm的寬度303和約100μm的長(zhǎng)度305。在一些實(shí)施例中，根據(jù)一些實(shí)施例，導(dǎo)電線圈300可以提供在0.1納亨至5納亨范圍內(nèi)的電感值“l(fā)g”，例如，至感應(yīng)器204。

圖3b示出了根據(jù)各種實(shí)施例的感應(yīng)器206的示例布局設(shè)計(jì)。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)器206包括導(dǎo)電線圈310，其中導(dǎo)電線圈300由金屬材料和/或多晶(硅)材料制成，其他材料在各種實(shí)施例的范圍內(nèi)。與導(dǎo)電線圈300類似，圖3b的實(shí)施例提供了一個(gè)實(shí)例，在該實(shí)例中，導(dǎo)電線圈310成形為包括一個(gè)或多個(gè)成圈導(dǎo)電線路316的環(huán)狀物/線圈。如圖3b所示，導(dǎo)電線圈310包括兩個(gè)部分312(實(shí)線)和314(虛線)，其中第一部分312置于第三層，第二部分314置于第四層，第四層疊加在第三層上方或下方，第一部分312和第二部分314通過(guò)層間連接件(例如硅通孔)連接在一起。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈310置于mosfet202上方(即，第三層和第四層置于mosfet202上方，并且每一層與其中形成有mosfet202的層均不同)，并且第一層、第二層、第三層和第四層也彼此不同。

在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈310提供的感應(yīng)器206可以包括兩個(gè)終端209和211，如圖2所示。第一終端209可以連接至輸入信號(hào)源202的源極，第二終端211可以連接至接地。使用圖3b所示導(dǎo)電線圈310的實(shí)施例，第一終端209可以包含在第二部分314中。更具體而言，第一終端209形成于導(dǎo)電線路316的一端處和導(dǎo)電支腿317(導(dǎo)電線路316的一部分)的一端處，其中導(dǎo)電支腿317不是一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀物或具有導(dǎo)電圈的線圈的一部分。在一些實(shí)施例中，第一終端209可以通過(guò)通孔連接至mosfet202的源極。

仍使用圖3b所示導(dǎo)電線圈310的實(shí)施例，第二終端211可以也包含在第二部分314中。更具體而言，第二終端211形成于導(dǎo)電線路316的另一端處和導(dǎo)電支腿319(導(dǎo)電線路316的一部分)的一端，其中導(dǎo)電支腿319不是一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀物或具有導(dǎo)電圈的線圈的一部分。在一些實(shí)施例中，第二終端211可以通過(guò)通孔連接至接地。

在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈310的導(dǎo)電線路316具有在約1μm至約10μm之間的范圍的線寬301；從頂部看，如圖3b所示，導(dǎo)電線圈310具約100μm的寬度313和約100μm的長(zhǎng)度315，其他值在各種實(shí)施例的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，根據(jù)一些實(shí)施例，導(dǎo)電線圈310可以向感應(yīng)器206提供在約0.1納亨至約5納亨范圍內(nèi)的電感值“l(fā)s”。如上，通過(guò)選擇lg和ls的電感值，輸入阻抗的虛數(shù)部分可以約去(即，“零”虛數(shù)部分)，以匹配或約去上方提供的非連接方程式中虛數(shù)部分的cgs。另外，通過(guò)選擇lg和ls的電感值，功率單元200的輸入阻抗的實(shí)數(shù)部分(即，ls×gm/cgs)可以調(diào)為，例如，約50ω。同樣地，不在功率單元200的輸入和輸入信號(hào)源210的輸出之間連接輸入阻抗匹配電路，功率單元200的輸入阻抗仍可以調(diào)為，例如，約50ω。

圖3c示出了根據(jù)各種實(shí)施例的感應(yīng)器204和感應(yīng)器206的示例布局設(shè)計(jì)。如圖3c所示，感應(yīng)器204的導(dǎo)電線圈300和感應(yīng)器206的導(dǎo)電線圈310相互重疊而形成互感器320。在該具體實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈300和導(dǎo)電線圈310可以占據(jù)重疊的內(nèi)腔(lumen)330。出于說(shuō)明目的，導(dǎo)電線圈300以加粗線顯示，以與導(dǎo)電線圈310區(qū)分開(kāi)來(lái)。由于各導(dǎo)電線圈可以包括多個(gè)位于不同層的部分(例如，302、304、312和314)，這樣的互感器320可以在mosfet202上方跨越多層(例如，集成電路層)。例如，導(dǎo)電線圈300的第一部分302(粗線和實(shí)線)可以位于第一層，導(dǎo)電線圈300的第二部分304(粗線和虛線)可以位于第二層，導(dǎo)電線圈310的第一部分312(細(xì)線和實(shí)線)可以與導(dǎo)電線圈300的第一部分302一樣位于第一層，導(dǎo)電線圈310的第二部分314(細(xì)線和虛線)可以與導(dǎo)電線圈300的第二部分304一樣位于第二層，其中第一層不同于第二層并且疊加在第二層上方或下方。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)器204的導(dǎo)電線圈300的終端205和終端207分別在圖3c中進(jìn)行了圖示，感應(yīng)器206的導(dǎo)電線圈310的終端209和終端211分別在圖3c中進(jìn)行了圖示。在圖3c所示的實(shí)施例中，終端205可以形成于上述第一層中，而終端207、終端209和終端211形成于和第一層不同且疊加在第一層上方或下方的第二層中。

如上，通過(guò)選擇lg和ls的電感值，輸入阻抗的虛數(shù)部分可以約去(即，“零”虛數(shù)部分)，以匹配上方提供的連接方程式中虛數(shù)部分的cgs。例如，通過(guò)選擇lg和ls的電感值和連接系數(shù)k，功率單元200的輸入阻抗實(shí)數(shù)部分(即，ls+k√(lg×ls)×gm/cgs)可以調(diào)為約50ω，輸入阻抗虛數(shù)部分(即，(lg+ls+2k√(lg×ls))-cgs)約為零。同樣地，不在功率單元200的輸入和輸入信號(hào)源210的輸出之間連接輸入阻抗匹配電路，功率單元200的輸入阻抗仍可以調(diào)為，例如，約50ω。

圖4示出了示例圖表400，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的mosfet202的各種改進(jìn)特性。圖表400的x軸代表應(yīng)用于mosfet202柵極的電壓，圖表400的y軸代表mosfet202的改進(jìn)功率效率的百分比(定義為，給定柵極電壓時(shí)mosfet202的歸一化跨導(dǎo)除以給定柵極電壓時(shí)的靜態(tài)功率)。在圖表400中，線401、線403、線405和線407各代表了當(dāng)分別在以下四個(gè)不同漏極電壓(0.1伏、0.2伏、0.3伏和0.8伏)處偏置mosfet202時(shí),改進(jìn)功率效率的百分比對(duì)應(yīng)不同柵極電壓(從0.1伏至0.8伏)時(shí)的趨勢(shì)。如圖所示，當(dāng)在0.8伏(線401)偏置mosfet202的漏極時(shí)，從0.8伏至0.15伏遞減柵極電壓可以使功率效率從約1％提高至約12％。當(dāng)在0.3伏(線403)偏置mosfet202的漏極時(shí)，從0.8伏至0.15伏遞減柵極電壓可以使功率效率從約1％提高至約30％。當(dāng)在0.2伏(線405)偏置mosfet202的漏極時(shí)，從0.8伏至0.15伏遞減柵極電壓可以使功率效率從約1％提高至約50％。當(dāng)在0.1伏(線407)偏置mosfet202的漏極時(shí)，從0.8伏至0.15伏遞減柵極電壓可以使功率效率從約1％提高至約100％。另外，當(dāng)柵極電壓在0.15伏(圖示為線409)偏置且固定mosfet202時(shí)，從0.8伏至0.1伏(即，從交叉點(diǎn)411至交叉點(diǎn)413)遞減漏極電壓可以使功率效率約從12％提高至約100％。

圖5示出了示例圖表500，根據(jù)各種實(shí)施例的示出了pae相對(duì)于應(yīng)用于mosfet202的漏極的不同電壓所發(fā)生的變化。圖表500的x軸代表應(yīng)用于mosfet202的漏極的電壓；圖表500的左側(cè)y軸代表mosfet202的源極至柵極電流電平；圖表500的右側(cè)y軸代表mosfet202的pae。每個(gè)不連續(xù)的方形點(diǎn)501代表當(dāng)在不同漏極電壓下偏置mosfet202時(shí)的mosfet202的pae；線503代表源極至柵極電流電平隨mosfet202漏極電壓(0至0.8伏)的趨勢(shì)。點(diǎn)501示出了pae分別在漏極電壓為0.6伏和0.1伏時(shí)達(dá)到最大值和最小值。更具體而言，mosfet202代表隨漏極電壓從0.6伏遞減至0.1伏時(shí)從約76％遞減至約66％(即，pae降低約10％)的pae，如圖5虛線所示。一般來(lái)說(shuō)，pa單元(例如，200)中的pae百分比降低約等同于在pa單元的晶體管(例如，202)中觀察到的pae降低的百分比，pa單元的pae低于pa單元的晶體管的pae。也就是說(shuō)，如果mosfet202用作在傳統(tǒng)pa單元中的晶體管(即，pa單元包括輸出/輸入阻抗匹配電路)，則傳統(tǒng)pa單元的pae將從約40％～50％降至約30％，同時(shí)mosfet的漏極供電電壓會(huì)從約0.6伏降至約0.1伏。但是，如上方提供的表所示，當(dāng)mosfet的電壓為0.1伏時(shí)，公開(kāi)的將mosfet202用作晶體管的pa單元200提供約為39％的pae。當(dāng)功率單元在低工作電壓下時(shí)，功率單元的顯著較高的pae提供了許多其他優(yōu)于傳統(tǒng)功率單元的優(yōu)點(diǎn)，特別是當(dāng)功率單元設(shè)計(jì)用于低功率應(yīng)用中時(shí)。

在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種功率放大器(pa)單元。pa單元連接至輸入信號(hào)源，包括連接至載荷的晶體管；第一感應(yīng)器連接至該晶體管的柵極；第二感應(yīng)器連接至該晶體管的源極，其中第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器各包括第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈，第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈分別具有第一電感值和第二電感值，如此pa單元包括位于晶體管柵極和輸入信號(hào)源之間的終端，終端與輸入信號(hào)源阻抗匹配。

在另一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種功率放大器(pa)單元。pa單元連接至輸入信號(hào)源，包括晶體管；第一感應(yīng)器連接至該晶體管的柵極；第二感應(yīng)器連接至該晶體管的源極，其中第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器各包括第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈，第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈分別具有第一電感值和第二電感值，其中第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈彼此磁力連接而形成互感器，如此pa單元包括在晶體管的柵極和輸入信號(hào)源之間的終端，終端與輸入信號(hào)源阻抗匹配。

在又一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種功率放大器(pa)單元。pa單元連接至一個(gè)輸入信號(hào)源，包括一個(gè)晶體管；第一感應(yīng)器連接至該晶體管的柵極；第二感應(yīng)器連接至該晶體管的源極，其中第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器各包括一個(gè)第一導(dǎo)電線圈和一個(gè)第二導(dǎo)電線圈，各有第一電感值和第二電感值，其中第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈通過(guò)磁力相互分離，如此pa單元包括一個(gè)在晶體管柵極和輸入信號(hào)源之間的終端，終端與輸入信號(hào)源阻抗匹配。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種連接至輸入信號(hào)源的功率放大器(pa)單元，包括：晶體管；第一感應(yīng)器，連接至所述晶體管的柵極；以及第二感應(yīng)器，連接至所述晶體管的源極，其中，所述第一感應(yīng)器和所述第二感應(yīng)器的每個(gè)均包括第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈分別有第一電感值和第二電感值，從而使得所述功率放大器單元包括位于所述晶體管的所述柵極和所述輸入信號(hào)源之間的終端，并且所述終端與所述輸入信號(hào)源阻抗匹配。

在上述功率放大器單元中，進(jìn)一步包括：第三感應(yīng)器，連接在所述晶體管的漏極和供電電壓之間。

在上述功率放大器單元中，所述第一導(dǎo)電線圈包括設(shè)置在所述晶體管上方的第一層中的第一部分和設(shè)置在所述晶體管上方的第二層中的第二部分，所述第一層與所述第二層不同。

在上述功率放大器單元中，所述第二導(dǎo)電線圈包括設(shè)置在所述晶體管上方的第一層中的第一部分和設(shè)置在所述晶體管上方第二層中的第二部分，所述第一層與所述第二層不同。

在上述功率放大器單元中，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈彼此磁力連接以形成互感器。

在上述功率放大器單元中，所述第一導(dǎo)電線圈包括第一部分以及所述第二導(dǎo)電線圈包括第一部分，其中，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈的所述第一部分設(shè)置在所述晶體管上方的第一層中。

在上述功率放大器單元中，所述第一導(dǎo)電線圈包括第二部分以及所述第二導(dǎo)電線圈包括第二部分，其中，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈的所述第二部分設(shè)置在所述晶體管上方的第二層中，所述第一層與所述第二層不同。

在上述功率放大器單元中，所述第一感應(yīng)器和所述第二感應(yīng)器的電感值提供50歐姆的功率單元的輸入阻抗。

在上述功率放大器單元中，所述第一感應(yīng)器的電感值為0.1納亨至5納亨，所述第二感應(yīng)器的電感值為0.1納亨至5納亨。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種連接至輸入信號(hào)源的功率放大器(pa)單元，包括：晶體管；第一感應(yīng)器，連接至所述晶體管的柵極；以及第二感應(yīng)器，連接至所述晶體管的源極，其中，所述第一感應(yīng)器和所述第二感應(yīng)器的每個(gè)均包括第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈分別具有第一電感值和第二電感值，其中，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈彼此磁力連接從而形成互感器，使得所述功率放大器單元包括位于所述晶體管的所述柵極和所述輸入信號(hào)源之間的終端，以及所述終端與所述輸入信號(hào)源阻抗匹配。

在上述功率放大器單元中，進(jìn)一步包括：第三感應(yīng)器，連接在所述晶體管的漏極和供電電壓之間。

在上述功率放大器單元中，所述第一導(dǎo)電線圈包括設(shè)置在所述晶體管上方的第一層中的第一部分和設(shè)置在所述晶體管上方的第二層中的第二部分，所述第一層與所述第二層不同。

在上述功率放大器單元中，所述第二導(dǎo)電線圈包括設(shè)置在所述晶體管上方的所述第一層中的第一部分和設(shè)置在所述晶體管上方的所述第二層中的第二部分。

在上述功率放大器單元中，從頂視圖看，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈占有重疊的內(nèi)腔。

在上述功率放大器單元中，所述第一感應(yīng)器和所述第二感應(yīng)器的電感值提供50歐姆的功率單元的輸入阻抗。

在上述功率放大器單元中，所述第一感應(yīng)器的電感值為0.1納亨至5納亨，以及所述第二感應(yīng)器的電感值為0.1納亨至5納亨。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種連接至輸入信號(hào)源的功率放大器(pa)單元，包括：晶體管；第一感應(yīng)器，連接至所述晶體管的柵極；以及第二感應(yīng)器，連接至所述晶體管的源極，其中，所述第一感應(yīng)器和所述第二感應(yīng)器的每個(gè)均包括第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈分別具有第一電感值和第二電感值，其中，所述第一導(dǎo)電線圈和所述第二導(dǎo)電線圈彼此磁力分離，從而使得所述功率放大器單元包括位于所述晶體管的所述柵極和所述輸入信號(hào)源之間的終端，并且所述終端與所述輸入信號(hào)源阻抗匹配。

在上述功率放大器單元中，進(jìn)一步包括：第三感應(yīng)器，連接在所述晶體管的漏極和供電電壓之間。

在上述功率放大器單元中，所述第一導(dǎo)電線圈包括設(shè)置在所述晶體管上方的第一層中的第一部分和設(shè)置在所述晶體管上方的第二層中的第二部份，所述第一層與所述第二層不同。

在上述功率放大器單元中，所述第二導(dǎo)電線圈包括設(shè)置在所述晶體管上方的第一層中的第一部分和設(shè)置在所述晶體管上方的第二層中的第二部分，所述第一層與所述第二層不同。

前述內(nèi)容概述了多個(gè)實(shí)施例的特征，從而使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能更好地理解本發(fā)明的各方面。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，他們可以容易地將本發(fā)明作為基礎(chǔ)，用于設(shè)計(jì)或修改其他工藝或結(jié)構(gòu)，從而達(dá)成與本案所介紹實(shí)施例的相同目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這種等效結(jié)構(gòu)并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且其可以進(jìn)行各種更改、替換和變更而不背離本發(fā)明的精神和范圍。