用于放大器的阻抗匹配布置及放大器制造技术

用于放大器的阻抗匹配布置包括设置在地平面上的第一和第二金属传输线，该第一金属传输线与放大器的第一功率放大级连接，该第二金属传输线与该放大器的第二功率放大级连接；其中第一和第二金属传输线被电耦合,用于传送被第一功率放大级放大的RF信号到第二功率放大级。

Impedance matching arrangement and amplifier for amplifier

Amplifier for impedance matching arrangement includes first and second transmission lines arranged on the ground plane, the first power of the first metal transmission line and the amplifier stage connecting second power transmission line and the metal of the second amplifier stages are connected; wherein the first and second transmission lines are electrically coupled to the transfer was the first power amplifier amplifies the RF signal to the second power amplifier.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于放大器的阻抗匹配布置和结合该结构的放大器。更具体地，但不是限制性的，本专利技术涉及具有用于放大器中两个功率放大级之间的阻抗匹配的多段耦合传输线的阻抗匹配布置。
技术介绍
在例如移动电子设备的消费产品中,对高数据率短程无线通信的需求越来越大。目前，无线通信的操作频率的趋势是从相对拥挤的较低频带转到例如60GHz的更高毫米波范围。这种趋势已经驱使开发高性能60GHz放大器系统，或更一般的毫米波MMIC电路和设备。高增益和宽带放大器对实施毫米波MMIC电路和设备是理想的。为了实现高增益和宽带，放大器需要有一个或多个用于匹配源和负载阻抗(例如，在不同的放大级之间)以实现最大功率传输或放大的阻抗匹配布置。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了用于放大器的阻抗匹配布置，包括：被设置在地平面的第一和第二金属传输线，该第一金属传输线与放大器的第一功率放大级连接，该第二金属传输线与该放大器的第二功率放大级连接；其中该第一和第二金属传输线被电耦合用于传送由第一功率放大级放大的RF信号到第二功率放大级。在该第一个方面的一个实施方式中，第一和第二金属传输线一起限定在其一端处的第一耦合段、在其另一端处的第二耦合段以及该第一耦合段和第二耦合段之间的未耦合段。在该第一个方面的一个实施方式中，RF信号通过该第一耦合段和/或该第二耦合段从该第一金属传输线被传送到该第二金属传输线。在该第一个方面的一个实施方式中，该阻抗匹配布置是至少部分RF短路的,由此基本上没有RF信号从该第二传输线传送到该第一传输线。在该第一个方面的一个实施方式中，第一和第二耦合段中第一和第二金属传输线之间的间隔小于未耦合段中的第一与第二金属传输线之间的间隔。在该第一个方面的一个实施方式中，该第一和第二金属传输线被对称设置在该地平面上。在该第一个方面的一个实施方式中，该第一金属传输线限定第一端口和第二端口，该第二金属传输线限定第三端口和第四端口，该第一和第三端口被设置在该第一耦合段，该第二和第四端口被设置在该第二耦合段；其中该第一金属传输线的第一端口与第一功率放大级连接，且该第二金属传输线的第四端口与第二功率放大级连接。在该第一个方面的一个实施方式中，该第二端口和该第三端口被RF短路由此基本上没有RF信号在该第二端口和该第三端口之间传送。在该第一个方面的一个实施方式中，该第一和第二功率放大级的每个包括共源共栅放大器电路。在该第一个方面的一个实施方式中，该放大器是用于在60GHz操作的CMOS放大器。根据本专利技术的第二个方面，提供了一种放大器，包括：用于接收要被放大的RF信号的RF输入；用于输出该放大的RF信号的RF输出；设置在该RF输入和RF输出之间用于放大该RF信号的第一和第二功率放大级，该第一和第二功率放大级的每一个具有两个输入端口和两个输出端口；其中两个阻抗匹配布置被设置在该第一和第二功率放大级之间，每个阻抗匹配布置包括：设置在地平面上的第一和第二金属传输线，该第一金属传输线与第一功率放大级的输出端口连接，第二金属传输线与该第二功率放大级的输入端口连接；其中该第一和第二金属传输线被电耦合用于从该第一功率放大级传送该RF信号到该第二功率放大级；以及其中两个阻抗匹配布置被电连接，每个阻抗结构第一功率放大级的对应输出端口和第二功率放大级的对应输入端口连接。在该第二个方面的一个实施方式中，对于每个单独阻抗匹配布置，该第一和第二金属传输线一起限定在其一端处的第一耦合段、在其另一端处的第二耦合段以及该第一和第二耦合段之间的未耦合段。在该第二个方面的一个实施方式中，对于每个单独阻抗匹配布置，该RF信号通过该第一耦合段和/或该第二耦合段从该第一金属传输线传送到该第二金属传输线。在该第二个方面的一个实施方式中，对于每个单独阻抗匹配布置，该阻抗匹配布置至少部分RF短路，由此基本上没有RF信号从该第二传输线传送到该第一传输线。在该第二个方面的一个实施方式中，这两个阻抗匹配布置的该第一金属传输线被连接。在该第二个方面的一个实施方式中，对于每个单独阻抗匹配布置，该第一金属传输线限定第一端口和第二端口，该第二金属传输线限定第三端口和第四端口，该第一和第三端口被设置在该第一耦合段，以及该第二和第四端口被设置在该第二耦合段；其中该第一金属传输线的该第一端口与该第一功率放大级的输出端口连接，以及该第二金属传输线的该第四端口与该第二功率放大级的输入端口连接。在该第二个方面的一个实施方式中，对于每个单独阻抗匹配布置，该第二端口和该第三端口被RF短路,由此基本上没有RF信号在该第二端口和该第三端口之间传送。在该第二个方面的一个实施方式中，这两个阻抗匹配布置的该第二端口被电连接。在该第二个方面的一个实施方式中，这两个阻抗匹配布置的第三端口在相同的参考电压。在该第二个方面的一个实施方式中，该第一和第二功率放大级的每一个包括共源共栅放大器电路。在该第二个方面的一个实施方式中，该共源共栅放大器电路包括两个共源共栅配置的晶体管。在该第二个方面的一个实施方式中，该放大器包括另外的功率放大级和设置在任意两个功率放大器之间的另外的阻抗匹配布置。在该第二个方面的一个实施方式中，该放大器是差分放大器。在该第二个方面的一个实施方式中，该放大器是用于在60GHz操作的CMOS放大器。本专利技术的目的是解决上述的需要，以克服或基本上改善以上的缺点，或更一般地提供用于放大器(尤其是60GHzCMOS放大器)的改进的阻抗匹配布置。附图说明现在将通过示例的方式结合附图描述本专利技术的实施方式，其中：图1是根据本专利技术的一个实施方式的具有设置在两个功率放大级之间的两个阻抗匹配布置的放大器的简化电路图；图2是示出对于不同阻抗传输比的图1的阻抗匹配布置的频率响应的曲线图；图3是对于两个功率放大级之间的不同的级间匹配技术比较在不同频率的散射参数(S11、S21)的模拟结果的曲线图，该级间匹配技术包括图1的阻抗匹配布置和变压器匹配网络；图4是示出从基于图1的电路图制造的放大器测量的散射参数(S11、S21和S22)的曲线图；图5是示出从基于图1的电路图制造的放大器在不同频率测量的增益压缩的曲线图；以及图6是示出从基于图1的电路图制造的放大器测量的增益失衡和隔离度量的曲线图。具体实施方式本专利技术的专利技术人通过实验和尝试推测了用于60GHz应用的高增益和宽带阻抗匹配难以实现(尤其是在CMOS技术中)，因为在电路中存在复杂的寄生组件。本专利技术的专利技术人通过实验和尝试还推测了能够在60GHz放大器或MMIC电路的设计中使用的阻抗匹配网络包括传输线匹配，电感和电容匹配，以及变压器匹配。通过实验和尝试，专利技术人认识到使用特定长度和特性阻抗的单个传输的传输线匹配能够执行共轭匹配，但是尺寸相对大而导致芯片面积方面的高成本。另一方面，专利技术人认识到电感和电容匹配以及变压器匹配尺寸相对小；且变压器匹配具有内在的DC阻断功能，这能够分离放大器中的功率放大级的DC路径。通过实验和尝试，专利技术人认识到电感和电容匹配以及变压器匹配的一些问题。首先，在电感和电容匹配中使用的芯片上的电感和在变压匹配中使用的变压器由螺旋线或线圈制成，具有促进相互磁耦合的缺陷地极。而该缺陷接地在地平面中产生更高电阻和电感，因此损害高频集成电路的性能。其次，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于放大器的阻抗匹配布置，包括：设置在地平面上的第一金属传输线和第二金属传输线，该第一金属传输线与该放大器的第一功率放大级连接，该第二金属传输线与该放大器的第二功率放大级连接；其中该第一金属传输线和该第二金属传输线被电耦合，用于传送被该第一功率放大级放大的RF信号到该第二功率放大级。

【技术特征摘要】
2015.07.20 US 14/803,2961.一种用于放大器的阻抗匹配布置，包括：设置在地平面上的第一金属传输线和第二金属传输线，该第一金属传输线与该放大器的第一功率放大级连接，该第二金属传输线与该放大器的第二功率放大级连接；其中该第一金属传输线和该第二金属传输线被电耦合，用于传送被该第一功率放大级放大的RF信号到该第二功率放大级。2.根据权利要求1所述的阻抗匹配布置，其中所述第一金属传输线和所述第二金属传输线一起限定在其一端处的第一耦合段、在另一端处的第二耦合段和在该第一耦合段与该第二耦合段之间的未耦合段。3.根据权利要求2所述的阻抗匹配布置，其中所述RF信号通过所述第一耦合段和/或所述第二耦合段从所述第一金属传输线被传送到所述第二金属传输线。4.根据权利要求3所述的阻抗匹配布置，其中所述阻抗匹配布置被至少部分RF短路，由此基本上没有RF信号从所述第二传输线被传送到所述第一传输线。5.根据权利要求2所述的阻抗匹配布置，其中所述第一耦合段和所述第二耦合段中的所述第一金属传输线和所述第二金属传输线之间的间隔小于所述未耦合段中的该第一金属传输线和该第二金属传输线之间的间隔。6.根据权利要求2所述的阻抗匹配布置，其中所述第一金属传输线和所述第二金属传输线被对称设置在所述地平面上。7.根据权利要求2所述的阻抗匹配布置，其中所述第一金属传输线限定第一端口和第二端口，所述第二金属传输线限定第三端口和第四端口，该第一端口和该第三端口被设置在所述第一耦合段处，该第二端口和该第四端口被设置在该第二耦合段处；其中该第一金属传输线的该第一端口与第一功率放大级连接，以及该第二金属传输线的该第四端口与第二功率放大级连接。8.根据权利要求7所述的阻抗匹配布置，其中所述第二端口和所述第三端口被RF短路，由此基本上没有RF信号在所述第二端口和所述第三端口之间传送。9.根据权利要求1所述的阻抗匹配布置，其中所述第一功率放大级和所述第二功率放大级的每一个包括共源共栅放大器电路。10.根据权利要求1所述的阻抗匹配布置，其中该放大器是用于在60GHz操作的CMOS放大器。11.一种放大器，包括：RF输入，用于接收要被放大的RF信号；RF输出，用于输出该放大的RF信号；设置在该RF输入与该RF输出之间的第一功率放大级和第二功率放大级，用于放大该RF信号，该第一功率放大级和该第二功率放大级的每一个具有两个输入端口和两个输出端口；其中，两个阻抗匹配布置被设置在所述第一功率放大级和所述第二功率放大级之间，每个阻抗匹配布置包括：设置在地平面上的第一金属传输线...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛泉，张海伟，岑鉴文，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81