[发明专利]以多种半导体技术实施的多级功率放大器

说明书

一种多级放大器包括驱动级管芯和末级管芯。所述末级管芯包括III‑V半导体基板(例如，GaN基板)和第一晶体管。所述驱动级管芯包括另一类型的半导体基板(例如，硅基板)、第二晶体管，和电耦合到所述第一晶体管的控制端的一个或多个次级电路。连接(例如，焊线阵列或其它DC‑耦合式连接)电耦合于所述驱动级管芯的RF信号输出端和所述末级管芯的RF信号输入端之间。所述驱动级管芯的所述次级电路包括经由各种连接电连接到所述末级管芯的末级偏压电路和/或末级谐波控制电路。

技术领域

本文中描述的主题的实施例大体上涉及多级功率放大器。

背景技术

氮化镓(GaN)功率晶体管越来越多地用于蜂窝式基站和其它系统的高功率放大器电路以提高效率和工作带宽。GaN晶体管已证明为在与其硅基对应物中的一些比较时由于其相对高的功率密度和相对高的单位电流增益频率而提供高的放大器性能。较高的功率密度允许给定电平的输出功率的情况下较小的管芯外围。当与硅装置比较时，这可产生较低的漏极-源极电容C_DS和具有较宽输出带宽的较高输出阻抗。

然而，当与硅基晶体管比较时，GaN晶体管还具有若干缺点。举例来说，GaN的电流成本显著高于硅的电流成本，从而使GaN管芯面积和集成非常珍贵。另外，GaN晶体管压缩特性对数字预失真线性化电路构成挑战。GaN晶体管往往具有相对慢的逐渐振幅压缩，且传输相位在向上驱动期间展现出膨胀。

更进一步，GaN输入特性会显著地限制性能。更具体地说，GaN输入阻抗在高Q因数的情况下往往极低，且栅极-源极电容C_GS在过驱动时显著地变化。在具有GaN主放大器和GaN峰值放大器的多尔蒂功率放大器中，取决于射频(radio frequency，RF)驱动电平和信号包络，GaN 峰值放大器在断开状态与接通状态之间转变。当发生这些转变时，输入阻抗展现出大的变化并会与先前50欧姆增益级很大程度上失配。此失配可能产生相当大的反射和较差输入回程损耗(IRL)。此外，输入上的所得受限带宽可能限制总体放大器带宽。GaN晶体管的这些和其它特性使其在许多常规放大器拓扑中不可行或不适用。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种多级放大器，包括：

第一管芯，其包括III-V半导体基板、第一射频(RF)信号输入端、第一RF信号输出端和第一晶体管，其中所述第一晶体管具有电耦合到所述第一RF信号输入端的控制端，和电耦合到所述第一RF信号输出端的电流承载端；

第二管芯，其包括第二类型的半导体基板、第二RF信号输入端、第二RF信号输出端、第一次级电路，以及所述第二RF信号输入端和所述第二RF信号输出端之间的放大路径，其中所述放大路径包括具有控制端和电流承载端的第二晶体管，所述第二晶体管的所述控制端电耦合到所述第二RF信号输入端，且所述第二晶体管的所述电流承载端电耦合到所述第二RF信号输出端，且其中所述第一次级电路电耦合到所述第一晶体管的所述控制端，且所述第一次级电路是选自末级偏压电路和末级谐波控制电路；以及

第一连接，其电耦合于所述第二RF信号输出端和所述第一RF信号输入端之间。

在一个或多个实施例中，所述第二管芯进一步包括被配置成电耦合到外部偏压电压源的第一次级电路端，且

所述第一次级电路是所述末级偏压电路，其电耦合于所述第一次级电路端和所述第二RF信号输出端之间。

在一个或多个实施例中，所述末级偏压电路包括：

直流电到直流电(DC-DC)电压转换器，其电耦合于所述第一次级电路端和所述第二RF信号输出端之间。

在一个或多个实施例中，所述DC-DC电压转换器被配置成将被提供给所述第一次级电路端的第一DC电压转换为所述第二RF信号输出端处的负DC电压。

在一个或多个实施例中，所述末级偏压电路包括：