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GaAs PA(功率放大器)的世界一线厂商的细节

时间:12-12 整理:3721RD 点击:
GaAs是一种高度定制的工艺,厂商可以根据自己的需要特殊定制元件。比如电感。图中的这个电感不同于传统foundry库中的元件(比如WIN的电感为MET1与MET2两层金属共同绕圈,而在每边的中点会采用单层金属的做法,有助于穿层金属model的模式化),而S公司的库中,采用了立体走法,即用MET1和MET2上下叠层,共同组成电感通路。这样的好处主要是在相同电感值的前提下减小了芯片面积,相对于WIN的电感,其增大了寄生电阻。但由于不是在信号通路,不参与阻抗匹配,问题不严重。而在在末级电路的输入端,作为第二级与末级间的的匹配元件,S公司就用了和WIN相同的电感。


2-4.PA的Power cell。三级都用了基本的RC稳定结构,对于S公司自己的HBT单元,内部即存在基极串联稳定电阻及发射级稳定电阻,可以参考S公司的马蹄型HBT单元专利。但我感觉这两个电阻可以在实际电路中去掉,因为对增益和功率损耗很严重。还有一点,三级的串联电容按从第一级到末级的顺序,依次减小;而并联的镇流电阻却依次变大。而HBT单元根据发射极面积对应WIN的库中,应该是202。


5.这是正偏与反偏的二极管。二极管在功放设计中主要用于钳位保护与ESD,可以看出图中的二极管正偏远多于反偏,说明这个PAD上加有正电压。通过正偏的二极管数量判断加在PAD上的电压大致在3V左右。另外除了图中这种,还有一种正偏与反偏的二极管数量一致,说明此PAD没有直流加载,比如整个功放的输入端。另外,二极管在光刻过程中要多N个步骤,价钱确实也会高很多,比如某公司的SD层,就会加4000美金,所以能用Diode连接的HBT就用吧。


6.这是R公司的HBT单元,发射极与基极在HBT管的两端,这样非常好Layout。图中的这款芯片是R公司在2002发布的一款GSM功放芯片,在芯片内部完全用的很简单的偏置(双Diode叠加偏置)与单管功率控制单元。可以关注的有三点:其一,第二级并没有接地过孔接地,而是用一个PAD Bonding的方式接地,可以推断出如果不加的话,不稳定;其二,第二级的HBT在接地PAD两端数量不一致:一侧三个,一侧二个;其三,整个芯片的三级之间除了隔直电容都没有使用任何的匹配网络。这和HBT及稳定网络的layout有关。另外,在每级都用了电阻并联负反馈结构,这也可以有助于将阻抗向50欧姆处移动。

照片怎么搞到的?

欢迎就技术细节讨论

图1,第一个电感不在信用链路上那是干嘛用的?for bias?
图2-4,稳定性后级更多依靠ballasting resistor而不是RC反馈,还是因为防止thermal runaway吧,而不是简单的S-parameter stability
最后一张图我没太看懂你的描述,
“可以推断出如果不加的话,不稳定”是说不加什么?emitter ballasting resistor?
“第二级的HBT在接地PAD两端数量不一致:一侧三个,一侧二个”,是说emitter连了5个pad,分布在die的两侧?应该不是差分的意思吧
R公司是RDA咯?据说R司的PA是流很多版最后靠测试来确定最佳匹配的,个人感觉这些细节对PA designer的借鉴用处实在有限。

谢谢回复,一起讨论
图1中的电感用在的Bias部分,初步看是RF choke
图2-4,文中提到的RC稳定结构不是连接集电极和基极的RC并联稳定结构,而是指的是ballasting resistor,可能是我表述不清。而C是为了给射频信号一个低阻通路,这又涉及到了一个问题,到底用多大的ballasting resistor和电容才能保证增益与不发生thermal runaway。目前这都是经验值,我对于WIN的HBT知道多大,但S公司的,确实没概念,这都是需要大量的流片试验的,就像PA能抗多大的VSWR一样。
“如果不加“指的是不加发射极接地电感。文中说的有点武断,之所以这个电感接地而不直接用Backvia接地,我感觉可能性还有匹配的作用,因为芯片中并没有看到级间匹配元件,甚至隔直电容都用的是每个Power Cell单元的电容,而没有在整体的每一级前面串一个大电容。
“第二级的HBT在接地PAD两端数量不一致:一侧三个,一侧二个”。一般在PA的每一级layout的时候为了防止发生电流不均匀,就采用完全对称的结构,即backvia的两端摆放相同的数目的HBT管,可R公司的第二级确不是。一边两个,一边三个,很诡异。
RDA公司是很厉害的公司,但文中的R公司确实不是RDA。功放的设计基本上是靠调试,后仿完全可以忽略掉,每一个阻抗都是测试出来的,再根据实际可以拿到的元件值进行优化。其实文中提到的这些结构并不是一个PA designer最应该考虑的方向,这些都已经模块化,而现在最需要的是在控制部分下功夫,就像现在的MMMB一样。后续我还会分析一些这些PA厂商的Bias电路和独有的控制电路。

ballasti

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