[实用新型]一种基于变容管自适应匹配技术的高效率复合晶体管管芯

说明书

本实用新型公开了一种基于变容管自适应匹配技术的高效率复合晶体管管芯，包括输入奇模电阻、第一欠匹配三堆叠放大网络、第二欠匹配三堆叠放大网络、输出奇模电阻、第一自适应匹配网络、第二自适应匹配网络和二级自偏分压网络。本实用新型所实现的复合晶体管管芯具有效率高、偏置动态范围大、最佳负载阻抗动态范围大、管芯面积小等优势。

技术领域

本实用新型属于射频功率放大器晶体管管芯和集成电路与SiP技术领域，具体涉及一种基于变容管自适应匹配技术的高效率复合晶体管管芯的设计。

背景技术

随着移动通信、软件无线电、无线局域网(WLAN)等无线通信市场的快速发展，射频前端组件也要求随之向高集成、低功耗、结构紧凑、价格低廉的方向发展，与此同时对于满足不同通信系统和不同功率模式的高动态要求也提出了挑战。射频与微波功率放大器作为发射机的重要模块，是整个发射机中耗能最多的电路，主要由功率放大器晶体管管芯和外围匹配电路构成。当采用半导体集成电路工艺设计实现功率放大器管芯，用于满足不同通信系统和不同功率模式的高动态要求时主要体现在以下几个限制因素：

(1)传统单晶体管并联管芯的高频高功率能力受限：受到半导体工艺的发展和晶体管尺寸等比例缩小的影响，当晶体管的栅长越来越短时，晶体管的高频增益特性越好，但是其击穿电压会降低，从而限制了晶体管漏极输出电压摆幅，进而限制了单一晶体管的高频功率容量，如0.5um工艺的GaN管芯，工作电压50V，具有极高的功率容量，但是其典型最高工作频率只能到S波段；而0.1um工艺的GaN管芯，工作电压12V，其典型工作频率可以到Ka波段，但是其功率容量相对较低。目前，为了获得高频高功率特性，典型的解决方案采用大栅宽尺寸的晶体管，在保证漏极电压不变的前提下，利用电流合成的方式增大功率容量。但是，这种解决方案却增加了栅源电容，降低了输入阻抗与最佳负载阻抗，增大了电路阻抗匹配的设计难度。

(2)典型堆叠结构的复合晶体管管芯的高动态适应能力受限：典型堆叠结构是集成了固定栅补偿电容的，由于该栅极补偿电容全部采用固定容值，这限制了该复合晶体管漏压的动态范围，只能针对一种固定偏置状态实现高功率高效率指标；而传统单晶体管管芯虽然具有漏压向下兼容的特性，但是其高频功率特性很差，如0.5um工艺的GaN管芯，典型工作电压50V，可以向下兼容28V供电，但是工作频率低；而采用典型堆叠结构的复合晶体管，如四堆叠0.1um工艺的GaN管芯，可以实现典型工作电压48V，但是受到固定栅补偿电容的影响确无法向下兼容28V供电需求。

由此可以看出，对于满足不同通信系统和不同功率模式的高动态要求的射频与微波功率放大器晶体管管芯设计难点为：(1)高频高功率输出难度较大；(2)高动态适应能力受限。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提出一种基于变容管自适应匹配技术的高效率复合晶体管管芯，具有效率高、偏置动态范围大、最佳负载阻抗动态范围大、管芯面积小等优势。

本实用新型的技术方案为：一种基于变容管自适应匹配技术的高效率复合晶体管管芯，包括输入奇模电阻、第一欠匹配三堆叠放大网络、第二欠匹配三堆叠放大网络、输出奇模电阻、第一自适应匹配网络、第二自适应匹配网络和二级自偏分压网络；第一欠匹配三堆叠放大网络的输入端为整个高效率复合晶体管管芯的第一输入端，其输出端为整个高效率复合晶体管管芯的第一输出端；第二欠匹配三堆叠放大网络的输入端为整个高效率复合晶体管管芯的第二输入端，其输出端为整个高效率复合晶体管管芯的第二输出端；输入奇模电阻分别与第一欠匹配三堆叠放大网络的输入端以及第二欠匹配三堆叠放大网络的输入端连接；第一欠匹配三堆叠放大网络分别与第一自适应匹配网络以及二级自偏分压网络连接，第二欠匹配三堆叠放大网络分别与第二自适应匹配网络以及二级自偏分压网络连接；输出奇模电阻分别与第一欠匹配三堆叠放大网络的输出端、第二欠匹配三堆叠放大网络的输出端、第一自适应匹配网络的输出端、第二自适应匹配网络的输出端以及二级自偏分压网络的输出端连接。