[发明专利]通过两个功率晶体管的交织结构来改善放大器电路内的散热

说明书

技术领域

本发明涉及一种适合于放大至少两个不同信号，例如两个不同波长段信号的放大器电路。

在与移动台通信的过程中，现今需要使用不同的标准，这些标准可能要求适用于相应放大方法的调制方法，因此要求不同的放大器设计。在不同的标准中还使用不同的波长段。在双波段移动台内该台可以在两个不同波长段内接收和发射信号，例如GSM使用1800MHz的波长，而AMPS使用800MHz的波长。

在如移动电话机的移动台内，功率放大器被用在从该台发射信号的最后级。在该功率放大器内，功率晶体管用于放大信号。这些晶体管通常包括各种设计的FET(场效应晶体管)。不同标准所要求的输出功率对相应的波长段可能是不同的，因此必须驱动输出FET产生对每个波段不同的输出功率。例如，对900MHz可能要求3.5W的输出功率，对1800MHz可能要求1.6W的输出功率。现在有着使用不同波长段的多个标准，如AMPS如上面提到的那样用800MHz，GSM用900和1800MHz，而PCS用1900MHz。而且由于使用要求特别选定的工作点等的不同调制方法，所以针对不同标准，其输出晶体管的设计必须有别。

用作输出放大器的FET只能被设计成对一个具体的小范围输出功率产生最佳的功率输出。图1中，在例如包括恒定漏-源电压，恒定负载电阻，仅有平均栅-源变化的某些特殊假设之下，给出了一只FET的效率η随输出功率的变化关系图。在图1中，画出了二条曲线图，一条曲线是按照某种标准对在900MHz发射的输出功率优化的FET效率，而另一条曲线则是按照某一类似的但要求较低输出功率的标准对在1800MHz发射的输出功率优化的另一个FET的效率。这些相应的晶体管只能用于低于阴影区的区域。适合的工作点由虚线表示。在该图中，观察到被设计成最佳工作以提供900MHz所要求的功率的FET，当在这些假设之下用于在如1800MHz的较同频率下提供较低的输出功率时，其效率变低。因此，通常很难对多模功率放大器设计出优化的单一输出FET。在图1的实例中，应该使用不同的FET，这些FET被设计成在两个频率下能最好地提供所需的输出功率。因此这两只FET，例如每只可以有适合于提供相应输出功率的尽可能小的面积。

但是，还必须考虑FET的功率消耗和冷却。总的来说，利用标准网络从移动台发射数据的需求在增长。在这种网络中，用于与被考虑基站的通信时间被划分成时隙(time slot)，使得从被考虑移动台的发射可以说多数是在各第八时隙进行的。这就是说，如果FET是这对特殊输出功率而设计的，那么其功率消耗和功率耗散仅相应于连续发射所要求量的1/8。当需要数据发射时，可以将更多的时隙，例如一组全部8个时隙的2个或3个时隙，分配给移动台。反过来又意味着必须将功率放大器和包含在其中的FET设计成用于这种较高平均输出功率，因此该功率电路的冷却也必须改进。这样通常要求必须显著增加FET的面积以提高将热量从晶体管的导出的能力。

在美国专利4,276,516和4,682,197中公开了用于B类功率放大器的相互交叉的双极晶体管结构，在这种结构中，相邻指包括互补晶体管，在这类放大器内该晶体管通常是交替地接通的。

发明概述

本发明的目的是针对两个不同的波长段提供一种有着有效冷却和充分利用芯片面积的放大器电路。

因此，本发明要解决的总是是如何集成用于放大两个波长段信号所需的不同晶体管集成使之在半导体芯片上只占据一个小的面积，并且使晶体管的定位能有效地将该晶体管耗散的功率传导出去。

在一种场效应晶体管结构中，例如用在信号处理电路的输出级的场效应晶体管结构中，每只单个的晶体管包括多个“指”，这种指是单元或被布置以形成一行或排的单元晶体管。通过将这些指相互交叉组合使属于一个功率晶体管的单元晶体管与属于另一个功率晶体管的晶体管交替，使每个单元晶体管具有接收该单元晶体管产生的热量的大的芯片表面面积。这一点的先决条件是假定在每一瞬间只有一个功率晶体管是激活的，这种条件，例如，在利用不同波长段进行通信并且每波长段有其自己的功率晶体管的情况下，可以成立。