[发明专利]具有单一组合的串联和并联电容器组件的输出匹配网络

说明书

一种匹配网络在晶体管的输出端处的阻抗到负载的变换中需要预定并联电容。匹配网络包括用于提供整个预定电容的垂直堆叠的并联电容器，以及串联DC阻断电容器。

技术领域

本公开内容总体上涉及输出匹配网络，具体而言，涉及用于具有减小的拓扑面积的半导体结构的输出匹配网络。

背景技术

如本领域中已知的，通常在微波模拟电路中，并且特别是在功率放大器中，包括无源组件(电容器、电感器、电阻器、传输线和其它分布式电路元件)的输出匹配网络(OMN)用于将在其射频(RF)输出端口之一处的外部电路负载阻抗Z_L(通常等于50欧姆)变换为在其输入端口处的特定复阻抗，如图1中所示。输入端口连接到有源器件的RF输出端，例如共源极场效应晶体管(FET)中的漏极端子或共发射极双极结晶体管(BJT)中的集电极端子。选择由OMN呈现给有源器件的特定复阻抗以使其性能参数中的一个或多个最大化；例如，输出功率密度、效率、线性度等。因此，例如，OMN连接在用于放大输入信号的晶体管的输出端与外部负载之间，以用于提供适当的阻抗变换的目的，以便：例如使放大器的增益最大化，或者使由放大器提供到外部负载的功率最大化，或者使放大器的效率最大化，或者使放大器的线性度最大化。

更具体地，如已知的，有源器件通常耦合到直流(DC)电源，例如用于共源极FET的偏置漏极电压源或用于共发射极BJT的集电极偏置电压源。因此，通常需要OMN来阻止直流电流在偏置电压源与RF输出端之间流动。此外，如上所述，需要OMN在网络内消耗最少量的信号(例如，OMN损耗需要最小化)的情况下，在有源器件的输出与负载的输入之间执行阻抗变换，因此整体电路性能由有源器件的性能主导。因此，除了DC阻断之外，匹配网络的阻抗变换的一部分有时由位于紧邻DC阻断的串联电容器的预定并联电容来实现。因此，为了提供所需的DC阻断和所需的并联电容，OMN可以包括DC阻断电容器和并联电容器部分，其具有彼此紧邻的DC阻断电容器和并联电容器。

在图1A-1C中示出了用于OMN的DC阻断电容器和并联电容器部分的一个集成电路实施方式。此处，基板上形成有设置在基板的顶表面的第一部分中的半导体和在基板的底表面上的接地平面导体。输出匹配网络包括设置在基板之上的输入传输线，以用于耦合到：形成在半导体层中的晶体管器件的输出端；以及用于连接到(DC)偏置电压源的偏置端子。设置在基板之上的输出输入传输线具有适于耦合到负载的输出端。在基板的一个表面部分之上形成串联DC阻断电容器。如所示的，串联电容器的底板通过覆盖上板和空气桥导体的一部分的输出传输线的一部分连接到并联电容器的上板。如所示的，并联电容器的底板通过贯穿基板的导电过孔连接到接地平面导体的下面部分。要注意，串联电容器的底板与接地平面导体的下面部分之间的寄生电容在晶体管的输出端处的阻抗到负载的变换中贡献了OMN所需的总并联电容的一小部分。因此，为了获得所需的总并联电容，如图所示，提供了单独的集总并联电容器。要注意，串联电容器的底板与接地平面导体的下面部分之间的寄生电容有助于OMN的DC阻断电容器/并联电容器部分的总并联电容。

小并联电容器的性能对于工艺变化(薄膜电介质厚度、光刻分辨率)通常非常敏感。由于薄膜绝缘材料的较高电介质损耗角正切(loss tangent)，与其分布式等效形式的损耗相比，其损耗以及作为结果的整体OMN损耗通常更大。分离的串联电容器和并联电容器之间的互连通常需要进行反应补偿，并且还增加了OMN的损耗。

用于OMN的DC阻断电容器和并联电容器部分的另一集成电路实施方式在图2A-2C中作为分布式组件示出。如上所述，串联电容器的底板与接地平面导体的下面部分之间的寄生电容在晶体管的输出端处的阻抗到负载的变换中贡献了OMN所需的总并联电容的一小部分(通常较小)。因此，为了获得所需的总并联电容，提供了单独的分布式并联电容器，如所示的。此处，串联电容器和并联电容器形成在基板的不同表面部分之上。串联电容器的底板通过覆盖上板的一部分的输出传输线的一部分连接到并联电容器的上板。此处，如所示的，输出传输线的一部分连接到具有被选择为提供开路传输线短截线的长度的传输线的部分。开路传输线短截线具有被选择为提供并联电容器的上板的表面积。并联电容器的底板由接地平面导体的下面部分提供。