在功率放大器中提供集成定向耦合器制造技术

本发明专利技术涉及在功率放大器中提供集成定向耦合器。一种功率放大器包含：功率放大器核心，其包含多个增益级以接收射频RF信号以及输出经放大的RF信号；输出网络，其耦合到所述功率放大器核心以接收所述经放大的RF信号且输出发射输出功率信号；以及定向耦合器，其耦合到所述输出网络以获得与所述发射输出功率信号成比例的经耦合信号。在一项实施例中，这些组件中的每一者都可配置于单个半导体裸片上。

【技术实现步骤摘要】


技术介绍
在无线通信装置中，通常使用射频(RF)功率放大器(PA)来在通信系统内的操作所需的增加的功率电平下提供发射信号。举例来说，蜂窝电话装置使用PA来在与蜂窝基站有效地通信所需的功率电平下发射信号。另外，这些发射功率电平通常由通信装置进行调整。在许多通信装置中，使用定向耦合器来分裂出发射输出信号的一定比例的部分，使得所述装置可以监视发射输出功率。
技术实现思路
根据一个方面，一种功率放大器包含：功率放大器核心，其包含多个增益级以接收射频(RF)信号以及输出经放大的RF信号；输出网络，其耦合到所述功率放大器核心以接收所述经放大的RF信号且输出发射输出功率信号；以及定向耦合器，其耦合到所述输出网络以获得与所述发射输出功率信号成比例的经耦合信号。这些组件中的每一者都可配置于单个半导体裸片上。反过来，第一接合线耦合到与所述输出网络耦合的第一焊盘以及与所述定向耦合器的输入端口耦合的第二焊盘。并且，第二接合线耦合到与所述定向耦合器的耦合端口耦合的第三焊盘以及与静电放电(ESD)电路的输入端耦合的第四焊盘。第三接合线可耦合到与所述ESD电路的输出端耦合的第五焊盘且耦合到半导体封装的输出焊盘。在一实施例中，所述定向耦合器包含：第一传输线，其形成于第一金属层上且耦合在所述第二焊盘与所述单个半导体裸片上的第六焊盘之间；以及第二传输线，其形成于第二金属层上且耦合在所述单个半导体裸片上的第七焊盘与第八焊盘之间。所述定向耦>合器可进一步包含：第一电容器，其耦合在所述第一传输线与所述第二传输线之间；以及第二电容器，其耦合在所述第一传输线与参考电压节点之间。另外，所述定向耦合器可包含：第三电容器，其耦合在所述第二传输线与所述参考电压节点之间；以及第四电容器，其耦合在所述第二传输线与所述参考电压节点之间。在一实施例中，所述输出网络包含：第一变压器，其具有耦合到所述多个增益级中的最后一级的第一电感器以及耦合到所述第一焊盘的第二电感器；以及第二变压器，其具有耦合到所述多个增益级中的所述最后一级的第三电感器以及耦合到所述第一焊盘的第四电感器。反过来，所述第一焊盘可位于所述第一变压器与所述第二变压器之间。本专利技术的另一方面是针对一种功率放大器，其具有：多个增益级，其用以接收RF信号以及输出经放大的RF信号；输出网络，其耦合到所述增益级以接收所述经放大的RF信号且经由所述输出网络的输出焊盘输出发射功率信号；以及定向耦合器，其具有输入端口、输出端口、耦合端口和隔离端口。此耦合器经由接合线耦合到所述输出网络，所述接合线耦合到所述输出网络的所述输出焊盘且耦合到所述定向耦合器的所述输入端口。所述输出网络与所述定向耦合器可配置于单个半导体裸片上。本专利技术的另一方面是针对一种方法，其包含如上所述在单个半导体裸片上形成PA和RF耦合器。所述方法包含：将第一接合线附接在所述输出网络与所述RF耦合器的所述输入端口之间；以及将第二接合线附接在所述RF耦合器的所述输出端口与半导体封装的第一裸片外焊盘之间。请注意，这些附接操作可按照任何次序执行。所述方法可进一步包含：将第三接合线附接在所述RF耦合器的所述耦合端口与所述单个半导体裸片的ESD电路的输入端之间；以及将第四接合线附接在所述ESD电路的输出端与所述半导体封装的第二裸片外焊盘之间。附图说明图1是根据本专利技术的实施例的功率放大器的示意图。图2是关于根据本专利技术的实施例的定向耦合器的更多细节的示意图。图3是根据本专利技术的实施例的定向耦合器的电气示意图。图4是根据本专利技术的实施例的PA裸片的俯视图。图5是根据本专利技术的实施例的半导体封装的截面图。图5A是图5的截面的另一近视图。图6是根据本专利技术的实施例的多个PA的框图。图7是根据本专利技术的实施例的用于制作功率放大器的方法的流程图。图8是根据本专利技术的实施例的无线装置的框图。具体实施方式在各种实施例中，例如配置于单个半导体裸片上的功率放大器(PA)可包含裸片上定向耦合器，以从所述PA分裂出输出信号的一定比例部分。此一定比例的信号可用于监视PA的输出功率。通过提供裸片上定向耦合器，可以避免单独耦合器(作为单独芯片或作为多芯片模块内的单独裸片)的大小和花费。虽然在一些实施方案中，此裸片上定向耦合器可直接耦合到PA的输出网络，但是在许多情况下，所述定向耦合器可位于裸片上与所述输出网络实际上不同的位置中以提供隔离措施。因此，为了将输出信号耦合到定向耦合器，提供互连构件。在许多实施例中，此互连构件是用以将输出网络耦合到定向耦合器的接合线。因此，此接合线为将单个半导体裸片上的两个点耦合到一起的裸片内(即，同一裸片到同一裸片)接合线。以此方式，输出网络与定向耦合器可在裸片上物理上隔离，但又物理上连接以实现对发射输出功率的成比例测量，所述发射输出功率将从主功率输出信号分裂出且提供到监视电路，所述监视电路在PA自身内或在耦合到PA的装置(例如收发器或基带处理器)内。现在参考图1，所示为根据本专利技术的实施例的功率放大器的示意图。如图1所示，PA100是互补金属氧化物半导体(CMOS)功率放大器，其集成在单个半导体裸片110上且实施于封装内。虽然可提供不同种类的半导体封装，但是在一实施例中，裸片110可配置于特定半导体封装内，例如双排扁平无引线(DFN)、焊盘网格阵列(LGA)，或在封装的外围包含多个焊盘以通过所述封装提供与芯片外装置的互连的另一封装类型，所述芯片外装置例如为无线系统的其它组件，包含输入侧上的收发器以及输出侧上的天线或其它辐射构件。如所见，进入的RF信号经由封装的输入焊盘105(即，RF输入(RFI)焊盘)耦合到PA的输入。经由将此裸片外焊盘耦合到裸片上焊盘115的接合线108，因此形成到PA的连接。在所示实施例中，PA核心120包含预驱动器级125，所述预驱动器级125接收此进入的RF信号(其可为单端的)且将其调节为差分且预驱动的信号。反过来，此信号被提供到驱动器级130，其包含并行路径130a和130b。在一些实施例中，这些不同路径可对应于低功率路径和高功率路径。取决于通信协议的特定要求，可启用这些路径中的仅一者。在驱动器级130中进行放大之后，经放大的RF信号被提供到最后一级140，所述级140包含并行路径140a和140b，用于将RF信号进一步放大到所需的发射输出功率电平。请注意，虽然PA核心120在简化视图中展示为具有三个级，但是应理解，本专利技术的范围在此方面是不受限制的且可以存在更多或更少的级。在一实施例中，这些级中的...

【技术保护点】
一种功率放大器，其包括：功率放大器核心，其包含多个增益级以接收射频RF信号以及输出经放大的RF信号；输出网络，其耦合到所述功率放大器核心以接收所述经放大的RF信号且输出发射输出功率信号；以及定向耦合器，其耦合到所述输出网络以获得与所述发射输出功率信号成比例的经耦合信号，其中所述功率放大器核心、所述输出网络以及所述定向耦合器配置于单个半导体裸片上。

【技术特征摘要】
2012.11.12 US 13/674,4141.一种功率放大器，其包括：
功率放大器核心，其包含多个增益级以接收射频RF信号以及输出经放大的RF
信号；
输出网络，其耦合到所述功率放大器核心以接收所述经放大的RF信号且输出发
射输出功率信号；以及
定向耦合器，其耦合到所述输出网络以获得与所述发射输出功率信号成比例的经
耦合信号，其中所述功率放大器核心、所述输出网络以及所述定向耦合器配置于单
个半导体裸片上。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其进一步包括第一接合线，所述第一接合线耦
合到所述单个半导体裸片上的耦合到所述输出网络的第一焊盘且耦合到所述单个
半导体裸片上的耦合到所述定向耦合器的输入端口的第二焊盘。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，其进一步包括第二接合线，所述第二接合线耦
合到所述单个半导体裸片上的耦合到所述定向耦合器的耦合端口的第三焊盘且耦
合到所述单个半导体裸片上的耦合到静电放电ESD电路的输入端的第四焊盘。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其进一步包括第三接合线，所述第三接合线耦
合到所述单个半导体裸片上的耦合到所述ESD电路的输出端的第五焊盘且耦合到
包含所述单个半导体裸片的半导体封装的输出焊盘。
5.根据权利要求2所述的功率放大器，其中所述定向耦合器包括：
第一传输线，其形成于第一金属层上且耦合在所述第二焊盘与所述单个半导体裸
片上的第六焊盘之间；以及
第二传输线，其形成于第二金属层上且耦合在所述单个半导体裸片上的第七焊盘
与第八焊盘之间。
6.根据权利要求5所述的功率放大器，其进一步包括：
第一电容器，其耦合在所述第一传输线与所述第二传输线之间；以及
第二电容器，其耦合在所述第一传输线与参考电压节点之间。
7.根据权利要求6所述的功率放大器，其进一步包括：
第三电容器，其耦合在所述第二传输线与所述参考电压节点之间；以及
第四电容器，其耦合在所述第二传输线与所述参考电压节点之间。
8.根据权利要求5所述的功率放大器，其中所述第二传输线的第一末端耦合到配置于
所述单个半导体裸片上的静电放电ESD电路，且所述第二传输线的第二末端耦合
到包含所述单个半导体裸片的半导体封装的隔离焊盘。
9.根据权利要求2所述的功率放大器，其中所述定向耦合器经由所述第一接合线而物
理上与所述输出网络隔离。
10.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述定向耦合器包括RF耦合器。
11.根据权利要求2所述的功率放大器，其中所述第一接合线的第一末端包括经熔化附
接到所述第一焊盘上的球，且所述第一接合线的第二末端包括用以耦合到所述第二
焊盘的缝线。
12.根据权利要求2所述的功率放大器，其中所述输出网络包括：
第一变压器，其具有耦合到所述多个增益级中的最后一级的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·杜普伊斯，
申请(专利权)人：安华高科技通用IP新加坡公司，
类型：发明
国别省市：