930-960MHz GSM基站功率放大器设计+PCB图(6)
2.4.1 LDMOS的基本结构特点
RF LDMOS是为射频功率放大器而设计的一种改进型N沟道MOSFET，其基本结构如图2.10所示。它具有横向沟道结构，漏极、源极和栅极都在芯片表面。
图2.10 LDMOS结构示意图
源极一般由体内高杂质浓度通道与衬底底部相连接并接地。在沟道与漏极之间有一个低浓度的 漂移区。LDMOS采用双扩散技术，在同一光刻窗口相继进行两次扩散，由两次杂质扩散横向结深之差可精确地决定沟道长度[28]。沟道长度L可以做得很小且不受光刻精度的限制。 在射频应用方面，与双极晶体管相比，LDMOS有很多优点：由于在大电流范围的跨导保持较大并为常数，故线性放大的动态范围较大，并在较大输出功率时能有较大的线性增益；交调失真较低，这是双极晶体管所不能达到的。
2.4.2 LDMOS器件的优良性能
LDMOS特殊的结构决定了其优良的性能：由于LDMOS在工艺上易于实现亚微米的沟道长度，故跨导、漏极电流、最高工作频率和速度都较一般MOSFET有大幅度的提高；高阻漂移区的存在提高了击穿电压，并使漏源两极之间的寄生电容得以减小。另外，在正常工作时漂移区是全部耗尽的，因而栅漏之间的电容是很小的，这有利于提高频率特性。与其它极器件相比较，LDMOS具有如下一些优点：
1、 具有较高的功率增益
由于LDMOS管具有很低的源极电感，反馈电容和栅极电阻，因此在增益方面与双极管相比能提供更高的增益（约高5dB），这样在设计功率放大器时就可以大大减少放大器的级数，使用的元件数可大大减少，占用印制板的面积减小，同时提高了整个电路的可靠性能。
2、 具有高可靠性
LDMOS与双极型晶体管相比能够承受比它高出3倍的负载失配，即能够接受更高的反射能量而不损坏，从而提高了其可靠性。同时LDMOS还具有很高的过驱动能力，因此特别适合用于COFDM调制，传送具有高峰值功率的多载波数字信号。这种特性为将来调试放大器时候将会节约不少成本，因为对于这种固态有源电路，元器件的成本大都是靠进口，费用很高，尤其是功率放大器，调试过程中往往由于失配这个因素而造成功率器件的烧毁或者性能降低，而LDMOS的这种较高的承受负载失配能力将大大减小器件烧毁的几率。
3、 优良的热性能
LDMOS的源极经 通孔与衬底相连接，芯片直接键合在封锁的热沉上，其间不用任何绝缘片，源电极与热沉（接地）之间有良好的电气接触，因而热阻很低。在双极晶体管中，芯片的集电极与热沉（地）之间必须用散热性能较好的绝缘片进行电气隔离。很显然，相比之下，LDMOS器件具有更为优异的热性能。另外，该器件还有一个很大的优点就是当漏极电流达到一定值时，电子迁移率将随着温度的升高而降低，进而导致漏极电流的减小。也就是说随着输出功率的增加，管子的漏极电流会呈现负温度系数变化趋势[23,27]。因而它不存在热漂移的影响，大大提高了管子的热稳定性。
4、 良好的交调特性
图2.11 不同工作状态时的LDMOS交调特性曲线
图2.11中显示的是典型的LDMOS器件在不同偏置工作点下的三阶交调特性曲线。当功率管在一定的负载阻抗下，偏置在AB类工作状态时，由于开启区和饱和区的交互作用[21,22,24]，会使得功放在一定的输入信号范围内出现两个“拐点”，即极小三阶交调点。如果根据实际需要，适当优化偏置工作点，就可以在既定输入信号下得到我们所需要的线性度较好的区域[26]。实际上，在基站功放中，为了提高其工作效率并考虑到线性度，通常都将功率管偏置在AB类状态，LDMOS的这种特性为设计出高线性度的功放提供了依据。