[发明专利]高功率分布式放大器单片微波集成电路MMIC芯片的芯片外分布式漏极偏置

说明书

芯片外分布式漏极偏置增加了高功率分布式放大器MMIC的输出功率和效率。芯片外偏置电路具有用于接收DC偏置电流的公共输入端以及多个并联连接的偏置扼流器，其中DC偏置电流在所述多个并联连接的偏置扼流器之间被划分。扼流器连接到不同的FET放大器级处的相同多个的漏极端子，以在沿着输出传输线的不同位置处提供DC偏置电流。芯片外分布式漏极偏置增加了可供放大器使用的DC偏置电流的水平，并将电感添加到所选的FET放大器级(通常是较早的级)，以修改在漏极端子处看到的负载阻抗，从而更好地匹配放大器级来改进功率和效率。

技术领域

本发明涉及分布式放大器单片微波集成电路(MMIC)的偏置，并且更具体地涉及用于高功率分布式放大器MMIC的分布式漏极偏置的芯片外DC偏置电路。

背景技术

单片微波集成电路，或MMIC，是一种在微波频率(300MHz至300GHz)操作的集成电路(IC)器件。这些器件通常执行诸如微波混合、功率放大、低噪声放大和高频切换的功能。MMIC器件上的输入端和输出端常常与50欧姆的特征阻抗相匹配。这使得它们更易于使用，因为MMIC的级联就不需要外部匹配网络。此外，大多数微波测试装备被设计为在50欧姆的环境中操作。

MMIC尺寸小(从大约1mm²到20mm²)并且可以批量生产，这已经允许了高频设备(诸如蜂窝电话)的普及。MMIC最初使用砷化镓(GaAs)(一种III-V族化合物半导体)制造。它与作为用于IC实现的传统材料的硅(Si)相比具有两个基本优势：器件(晶体管)速度和半绝缘基板。这两个因素都有助于高频电路功能的设计。但是，随着晶体管特征尺寸的减小，基于Si的技术的速度已经逐渐提高，并且现在MMIC也可以用Si技术制造。诸如磷化铟(InP)、硅锗(SiGe)和氮化镓(GaN)的其它技术也是MMIC的选择。最初，MMIC使用金属半导体场效应晶体管(MESFET)作为有源器件。最近，高电子迁移率晶体管(HEMT)、假晶HEMT(PseudomorphicHEMT)和异质结双极型晶体管已经变得普遍。

DC偏置电路系统通常占总芯片面积的大约15％至20％。DC偏置电路系统既可以用作到晶体管的DC电源路径又可以用作RF阻隔(“偏置扼流器(bias choke)”)。在诸如MMIC的高功率应用中，DC偏置电路系统通常采用宽传输线来适应流向晶体管的大电流。芯片上电容器被配置为提供RF扼流器(choke)。高阻抗传输线充当对RF信号的虚拟开路，并且芯片上电容器被配置为将剩余RF信号短路到接地。

于2004年9月28日发布的标题为“Monolithic Microwave Integrated Circuitwith Bondwire and Landing Zone Bias”的美国专利6,798,313公开了一种用于将DC偏置电路系统移到芯片外使得可以减少和/或消除芯片上偏置电路系统的方法。在多级RF功率放大器(其在例如中心频率的10％的窄带上放大RF信号)的实施例中，接合线附连在位于MMIC上的合适位置处以供给偏置电流的着陆(landing)区与芯片外电容器之间。接合线可以被配置为提供RF阻抗，该RF阻抗过去由芯片上偏置电路系统提供。接合线可以被配置为具有任何合适的长度，以创建虚拟开路。然后接合线长度可以适当地依赖于被阻隔的频率。例如，接合线可以被选择为四分之一波接合线。对于30GHz的信号，示例性接合线的长度可以是大约100密耳。在这种情况下，接合线的长度可以具有例如加或减30密耳的容差。因此芯片外偏置馈电系统可以被配置为通过将高RF阻抗接合线与低RF阻抗匹配结构并列放置而不显著影响系统的整体RF阻抗。