[发明专利]一种集成前置滤波器的射频放大器及其封装方法

说明书

本发明提出了一种集成前置滤波器的放大器电路及其封装方法，将一个高阶的LC带通滤波器拆分成三个滤波器单元，并且分别置于封装基板，放大器前端及放大器级间内部，其综合频率响应近似于一个较为理想的高阶带通滤波器响应，而其插损较小，可以满足目前移动通信内的滤波处理要求。更进一步的，本发明滤波器的设计中充分吸收了放大器原先分布的电感组件，包括输入串联电感、源极电感等，进一步节约了器件面积和成本。

技术领域

本发明涉及信号放大处理领域，尤其涉及一种集成前置滤波器的射频放大器及其封装方法。

背景技术

传统的声表面波滤波器(SAW)是利用压电陶瓷、铌酸锂、石英等压电石英晶体振荡器材料的压电效应和声表面波传播的物理特性制成的一种换能式无源带通滤波器，是一种采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的滤波专用器件。其频谱响应类似于高阶LC带通滤波器响应。

存在于具有一定对称性晶体内的压电效应是声表面滤波器的“电动机”及“发电机”。当对这种晶体施以电压，晶体将发生机械形变，将电能转换为机械能。当这种晶体被机械压缩或展延时，机械能又转换为电能。在晶体结构的两面形成电荷，使电流流过端子和/或形成端子间的电压。电气和机械能量间的这种转换的能量损耗极低，无论电/机还是机/电能量转换，效率都可高达99.99％。在固态材料中，交替的机械形变会产生3,000至12,000米/秒速度的声波。在声滤波器内，对声波进行导限以产生极高品质因数(Q值可达数千)的驻波(standing waves)。这些高Q值的谐振是声滤波器的频率选择性和低损耗特性的基础。

在图1所示的基础SAW滤波器结构中，电输入信号通过间插的金属交指型换能器(IDT)转换为声波，这种IDT是在诸如石英、钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)等压电基板上形成的。在一款非常小设备内，IDT的低速特性非常适合众多波长通过。但SAW滤波器有局限性：高于约1GHz时，其选择性降低；在约2.5GHz，其使用仅限于对性能要求不高的应用。此外，SAW器件易受温度变化的影响，也是应用中的一个难题：当温度升高时，其基片材料的刚度趋于变小、声速也降低。

在接收系统中，由于外界越来越复杂的杂散干扰，往往在天线进入低噪声放大器之前，放置滤除带外干扰的SAW滤波器，同时在低噪声放大器之后会再放置一级滤波器，我们分别称之为前置滤波器和后置滤波器。低噪声放大器连同前置后置滤波器的接收结构，可以在接收灵敏度和带外干扰抑制之间达到一个比较好的平衡。

但由于SAW滤波器采用特殊的MEMS工艺，主要是利用材料的物理或声学特性来实现带外干扰抑制。而低噪声放大器一般为CMOS或者BiCMOS工艺，它是一种有源器件工艺，核心是利用晶体管的放大特性来做到高增益和低噪声。两种工艺有着本质的不同，使得SAW滤波器与目前广泛商用的CMOS工艺之间的兼容性很差。因而目前高集成度的射频前端产品通常采用双晶圆甚至三晶圆来实现。

图2示出了美国Skyworks公司的SKY65713芯片的原理图，从图中可以看出它是一颗集成前置滤波器和低噪声放大器的高集成度射频前端芯片，其内部采用两颗晶圆片，其中前置滤波器是单独一颗，低噪声放大器连同偏置电路和输出匹配是另外一颗，从前置滤波器的输出到低噪声放大器的输入需要一颗片外的电感，因此，该方案的成本较高，用户使用起来较为复杂。

由上可知，现有SAW滤波器成本较高，且难以与CMOS工艺的射频放大器相兼容；而传统的片上低阶LC又无法实现高品质因子的谐振腔，会造成严重的插损(insertionloss)，导致灵敏度的严重恶化。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种集成高阶滤波器的射频放大器电路及其相应的封装方法，通过替换高昂且兼容性差的SAW滤波器以及采用创造性的封装结构来实现高性能低成本的射频放大器产品。