变压器输入匹配的晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及RF功率晶体管，并且更具体地涉及针对RF功率晶体管的输入匹配。
【背景技术】
[0002] 诸如LDM0S (横向扩散金属氧化物半导体）晶体管的高功率RF晶体管具有显著低 于50欧姆的输入和输出阻抗（高Q值阻抗），然而正常RF电路必须匹配到50欧姆。为了 实现阻抗匹配到50欧姆，通常将RF晶体管设计为在晶体管的输入和输出具有集成在封装 后的晶体管中的匹配电路。匹配网络有助于减少封装后的晶体管的Q值，使得其更容易匹 配到50欧姆。典型地，阻抗的改善只能在狭窄的频率范围内得以实现。另外，匹配网络有助 于塑造晶体管和放大器的频率响应，从而使得在期望的操作频率处具有高增益而抑制在该 频率范围之外的增益。典型地，在低频率处的增益没有充分地得到抑制，并且在低频率处能 够具有高的正向电压增益冲击（bump)，该正向电压增益冲击导致放大器的不稳定性、耐用 性和线性校正的问题。除了晶体管的增益响应，放大器在低频率处的最大可用增益（Gmax) 在没有恰当地得到抑制时也可以导致稳定性、耐用性和校正问题。这对于其中输入到晶体 管的信号为数个高频率调（例如2. 0GHz和2. 1GHz调）的复合调制的RF晶体管应用来说 尤其成问题，该数个高频率调的混合导致在低频率（在该实例中为100MHz)处由低频率正 向电压增益冲击所放大的信号。
[0003] 在一个常规的实施方式中，RF晶体管在输入处与低通LCL网络匹配。这一网络在 具体频率范围上将晶体管的输入阻抗匹配到较低的Q值。然而，低通网络并不抑制晶体管 的低频响应，并且因而最大可用增益在低频率处保持为高，这导致稳定性、耐用性和线性校 正的问题。晶体管的增益响应还表现出低频率处的高正向电压增益冲击。
[0004] 在另一个常规的实施方式中，晶体管输入与低通LCL网络匹配并且输出与端接在 阻隔电容器上的高通分流L网络匹配，该阻隔电容器具有通过LR网络并联连接的低频旁路 电容器。低频旁路电容器对于源和负载匹配到50欧姆的情况降低在低频率处的正向电压 增益冲击。然而，这一实施方式并不抑制低频率处的最大可用增益，因此当源和/或负载与 50欧姆失去匹配时，低频处的高增益导致稳定性、耐用性和线性校正的问题。
【发明内容】
[0005] 根据本发明的RF功率晶体管封装的一个实施例，RF功率晶体管封装包括输入引 线、输出引线、和RF功率晶体管，该RF功率晶体管具有栅极、漏极和在RF功率晶体管被配 置为针对其操作的RF频率范围之上的限定的增益。RF功率晶体管封装还包括变压器，该变 压器将RF功率晶体管的栅极与输入引线电隔离并且感应耦合。变压器被配置为阻断RF功 率晶体管的RF频率范围之下的信号并且使RF功率晶体管的RF频率范围之内的信号通过。 RF功率晶体管封装还包括DC馈电端子，以用于向RF功率晶体管的栅极提供DC偏压。
[0006] 根据RF功率晶体管封装的另一个实施例，RF功率晶体管封装包括输入引线、输出 引线、和RF功率晶体管，该RF功率晶体管具有输入、输出、输入阻抗、输出阻抗、和在RF功 率晶体管被配置为针对其操作的RF频率范围之上的限定的增益。RF功率晶体管封装还包 括输出匹配电路、变压器和DC馈电端子。输出匹配电路将RF功率晶体管的输出电耦合到 输出引线，并且被配置为使RF功率晶体管的输出阻抗匹配到在输出引线处在RF功率晶体 管的RF频率范围之上看过去的阻抗。输出匹配电路使得RF功率晶体管的增益响应在RF 功率晶体管的RF频率范围之下的频率处具有低频正向电压增益冲击。变压器将RF功率晶 体管的输入与输入引线电隔离并且感应耦合，并且被配置为具有RF功率晶体管的RF频率 范围之下的频率的信号，使得低频信号不被低频正向电压增益冲击所放大。DC馈电端子向 RF功率晶体管的输入提供DC偏压。
[0007] 本领域技术人员将通过阅读下面的详细描述以及查看附图而认识到附加特征和 优点。
【附图说明】
[0008] 附图中的元件不一定是相对于彼此按比例绘制。相同的标记表示对应的相似部 分。示出的各种实施例的特征可以相互结合，除非它们彼此排除。实施例在附图中描绘并 在下面的描述中详述。
[0009] 图1示出了在晶体管的输入处具有变压器的封装后的RF功率晶体管的实施例的 示意图。
[0010] 图2和图3示出了接线的感应耦合行为。
[0011] 图4,其包括图4A和图4B，示出了在晶体管的输入处具有从键合接线形成的变压 器的RF功率晶体管封装的实施例的不同视图。
[0012] 图5为示出作为键合接线间隔的函数的、图4中的变压器的互感耦合系数的曲线 图。
[0013] 图6为示出作为键合接线间隔的函数的、图4中的变压器的最小插入损耗的曲线 图。
[0014] 图7,其包括图7A和图7B，示出了在晶体管的输入处具有从键合接线形成的变压 器的RF功率晶体管封装的另一个实施例的不同视图。
[0015] 图8,其包括图8A和图8B，示出了在晶体管的输入处具有从键合接线形成的变压 器的RF功率晶体管封装的又一个实施例的不同视图。
[0016] 图9,其包括图9A和图9B，示出了在晶体管的输入处具有从键合接线形成的变压 器的RF功率晶体管封装的再一个实施例的不同视图。
[0017] 图10为示出在晶体管的输入处具有变压器的相比于在输入处不具有变压器的RF 功率晶体管的正向电压增益的曲线图。
[0018] 图11为示出在晶体管的输入处具有变压器的相比于在输入处不具有变压器的RF 功率晶体管的最大可用增益的曲线图。
[0019] 图12示出了具有在晶体管的输入处的从键合接线形成的变压器并且具有用于向 晶体管的栅极提供DC偏置的DC馈电端子的RF功率晶体管封装的一个实施例的从上向下 的平面视图。
[0020] 图13示出了具有在晶体管的输入处的从键合接线形成的变压器并且具有用于向 晶体管的栅极提供DC偏置的DC馈电端子的RF功率晶体管封装的另一个实施例的从上向 下的平面视图。
[0021] 图14至图16示出了与RF功率晶体管封装的输入变压器的键合接线一起使用的 分段的输入电容器的不同实施例的从上而下的平面视图。
【具体实施方式】
[0022] 根据本文描述的实施例，变压器原理被用在RF功率晶体管的输入处以匹配输入 阻抗，并创建抑制低频增益的高通频率响应。在变压器中，在初级（P)绕组中的变化的交流 电流产生变化的磁通量，该磁通量在次级（S)绕组中感应出变化的电压。在低频和DC情况 下，封装的输入引线通过仅在高频下有效地工作的变压器，与RF功率晶体管的输入（栅极） 隔离，从而该变压器形成高通网络。这一配置有效地降低并抑制了低频处的最大可用增益 和正向电压（S21)增益冲击两者。在封装的输入引线处的阻抗不再依赖于RF功率晶体管 的输入阻抗，而是依赖于初级绕组的电特性。
[0023] 通过有效地抑制低频处的最大可用增益，封装后的RF功率晶体管展示出低频处 的低增益，即使是在源或负载阻抗随机地与50欧姆不匹配时。这改善了晶体管的高失配 (高VSWR-电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio))耐用性测试上的耐用性。典型 地，耐用性测试在高VSWR(例如10:1VSR)时进行。另外，在一些放大器架构诸如Doherty 放大器中，由放大器看到的负载阻抗可能变化显著远离50欧姆。本文描述的变压器实施例 能够提高放大器的耐用性、稳定性和线性化能力，即使在源和负载阻抗在例如Doherty应 用的情形中高度失配时。
[0024] 图1示出了封装后的RF功率晶体管（PT)的电路原理图，该PT诸如为具有栅极 (G)、源极⑶和漏极⑶的LDM0S晶体管。栅极是RF功率晶体管的输入，并且漏极是晶体 管的输出。RF功率晶体管具有限定的增益响应，诸如在RF功率晶体管被配置的操作RF频 率范围之上的最大可用增益或S21增益。"S21增益"是对应于响应于通过电信号的稳态刺 激的RF功率晶体管的正向电压增益的散射或S-参数。针对双端口设备的其他典型的散射 或S-参数包括S11 (输入端口电压反射系数）、S12 (反向电压增益）、和S22 (输出端口电 压反射系数）。
[0025] RF功率晶体管的低频截止限定了 RF功率晶体管被配置的操作RF频率范围的低转 角。例如，RF功率晶体管可以具有为1. 5GHz、l. 6GHz、2. 0GHz、2. 6GHz、3. 5GHz等的低频截 止，取决于晶体管被设计的应用类型。RF功率晶体管的低频截止可以向下延伸至1.0GHz， 甚至低到700MHz，这取决于应用。
[0026] 在每一种情况下，变压器（Tfmr)将RF功率晶体管的栅极与封装的输入引线（IN) 电隔离并且感应耦合。变压器阻断低于RF功率晶体管的RF频率范围的信号，并且使得RF 功率晶体管的RF频率范围之内的信号通过。因此，变压器形成了 RF功率晶体管的输入处 的高通网络。这一由变压器形成的高通网络可以用来匹配输入阻抗，并创建抑制低频增益 的高通频率响应。因为变压器充当高通滤波器，从而提供了宽带范围之上的输入匹配。这 一感应耦合配置对于这样的应用而言尤其有用：其中输入到RF功率晶体管的信号是如同 几个高频音调（例如，2. 0GHz和2. 1GHz音调）的复合调制，该几个高频音调的混合导致低 频信号（例如，在本示例中为100MHz)。变压器阻断这些低频信号使其不输入到RF功率晶 体管，防止不希望的低