CN102612805A - 用于放大器的有源偏压控制电路及其上电定序方法 - Google Patents

Abstract

一种用于放大器的有源偏压控制电路，包括用于给放大器提供调制电压从而提供输入电流的低压降调制器，以及响应低压降调制器以用于测量放大器输入电流按比例缩小副本的电流测量电路。放大器控制电路响应测量的输入电流按比例缩小副本调节放大器控制电压从而调制放大器的输入电流。还公开了一种用于放大器有源偏压控制电路上电定序放大器的方法。

Description

用于放大器的有源偏压控制电路及其上电定序方法

相关申请

本申请根据美国法典第35篇第119,120,363,365条以及联邦法规第37篇第1.55和1.78条的规定而由此要求2009年10月5日提交的申请号为61/278,250的美国临时专利申请的权益和优先权，通过引用将该申请并入本文。本申请还涉及2010年10月1日提交的发明名称为“用于放大器的有源偏压控制和上电定序电路(Switched ActiveBias Control and Power-On Sequencing Circuit for an Amplifier)”的申请，也通过引用将该申请并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于放大器的有源偏压控制电路。

背景技术

放大器是接收或发送信号的任意系统的主要构建模块之一。它们可以被用于放大接收的信号以增加信号强度并改善信噪比(SNR)，而且可以在发射机链中使用以将信号放大至用于驱动天线的可接受水平。它们也可以被用于系统模块之间以根据需要放大信号。

典型的放大器包括一个或多个晶体管。根据应用的具体需求，这些晶体管可以是任意种类(双极晶体管，功率场效应晶体管MOSFET，金属半导体场效应晶体管MESFET，结型场效应晶体管JFET等)，并且可以是任意模式(耗尽型或增强型)。无论放大器的类型和模式如何，放大器内使用的晶体管都应该为了实现有源操作而在其栅极或其基极加有偏压。偏压点会影响放大器的很多参数，例如效率、噪声系数、线性度、稳定性和增益。但是，每一个晶体管都彼此不同。它们的阈值(夹断值)由于工艺变化以及老化和温度而在不同的部件之间有所变化。为了补偿这些改变，应该监测通过放大器的静态偏压并优选持续地调节其栅极或基极电压以实现稳定的操作。

一种有源偏压控制是通常测量通过晶体管的静态偏压并调节放大器的栅极或基极以实现稳定偏压点的反馈系统。多年来已经设计和公开了多种系统级和片载的有源偏压控制回路。

授予Ohta的美国专利5361007公开了一种用于通过使用与放大器串联(连接至漏极或集电极)的测量电阻来测量经过放大器的电流并利用反馈保持该测量电阻两端的电压恒定来生成稳定的放大器栅极电压的装置。授予Soliday的美国专利5311143公开了另一种测量装置，其将测量电阻连接至放大器的发射极而不是集电极。授予Lin的美国专利6657499公开了一种使用与放大器串联的测量电阻的偏压生成电路。

上述的这些现有系统使用与RF放大器串联的测量电阻，由于放大器的总静态电流也会经过测量电阻，因此希望可以避免使用这种手段。这就需要非常精确地微调测量电阻。如果放大器的静态电流较大(在用于驱动器放大器的情况下>1A)，那么测量电阻就应该足够大以操控电流并且足够精确以避免造成各部件之间的变化。

对放大器的另一种重要考量是将准确的上电/掉电定序加至放大器。如果在准确接通偏压发生器之前就加有漏极电压，那么就会有过量的电流通过放大器，从而可能会损坏放大器。

发明内容

因此本发明的目标是提供一种用于放大器的有源偏压控制电路，其并不依赖于使用与放大器串联的测量电阻。

本发明进一步的目标是提供一种给用于放大器的有源偏压控制电路上电定序的改进方法。

但是在其他的实施例中，本发明不必实现所有这些目标，并且与之相关的权利要求不应被限制为能够实现这些目标的结构或方法。

本发明部分源于以下认知：对于有源偏压控制电路来说，更加有利的是通过根据放大器输入电流按比例缩小的副本测量的电流来确定输入电流，而不是使用与外部放大器的电源输入端串联的低值测量电阻来测量提供给外部放大器用于调节放大器控制电压的输入电流。

本发明的特征在于一种用于放大器的有源偏压控制电路，包括用于给放大器提供调制电压和输入电流的低压降调制器，响应低压降调制器以用于测量放大器输入电流按比例缩小副本的电流测量电路，以及用于响应测量的输入电流按比例缩小副本调节放大器控制电压从而调制放大器输入电流的放大器控制电路。

在一个实施例中，低压降调制器可以包括用于给放大器提供输入电流的第一晶体管，以及响应基准电压和第一晶体管的误差放大器，并且测量电路可以包括耦合至第一晶体管且跨导小于第一晶体管的用于提供第一晶体管输出电流按比例缩小副本的第二晶体管。电流测量电路可以包括响应第二晶体管以用于提供与放大器输入电流按比例缩小副本相对应电压的测量电阻。放大器控制电路可以响应测量电阻两端的电压以用于控制放大器的控制电压。有源偏压控制电路可以包括串联耦合在低压降调制器和放大器输入端之间的开关用于切断放大器的输入电流。开关可以包括开关晶体管。有源偏压控制电路可以包括用于给开关晶体管加偏压的电平转换器。

低压降调制器可以包括用于生成基准电压的带隙基准电路。放大器控制电路可以被设置用于提供正或负的控制电压。放大器控制电路可以被设置用于提供正或负的控制电压。第一和第二晶体管可以位于相同的集成电路上以用于匹配一种或多种预定特性。有源偏压控制电路可以包括被设置用于激活有源偏压控制电路的第二控制电路。低压降调制器可以包括用于在第一晶体管的功耗超过预定阈值时确定第一晶体管控制电压时序的返送电路。有源偏压控制电路可以位于集成电路芯片上，并且第二控制电路可以被设置为：提供控制电压以用于包括增强模式或耗尽模式设备的放大器，利用由集成电路芯片生成或外部生成的负电源电压操作，和/或提供稳定的控制电压或者响应确定的输入电流调节控制电压以保持放大器的输入电流恒定。放大器控制电路可以通过连接至集成电路芯片的用户可访问引脚设置。用户可访问引脚可以被用于调节由集成电路芯片生成的负电源电压。放大器控制电路可以被设置为：控制放大器的控制电压以使放大器控制电压低于夹断值，如果控制电压低于夹断值，那么就生成第一激活信号以使漏极电流能够流至放大器，在漏极电压稳定之后生成第二激活信号，并且响应第二激活信号增加控制电压以实现预定的放大器输入电流。放大器控制电路可以被设置用于在实现预定的放大器输入电流之后生成触发信号。第一激活信号可以接通开关以使漏极电流能够流至放大器。第二激活信号可以接通放大器控制电路以稳定漏极电流。放大器输入电流被减小至即使放大器的漏极端子短路接地也避免损坏电路的水平。电路可以进一步包括：使其输入端耦合至第一和第二晶体管漏极的反馈放大器，以及耦合在第二晶体管和测量电阻之间并且使控制端子响应反馈放大器输出以用于改善第一和第二晶体管的电流按比例调整精度的晶体管。

本发明的特征还在于一种有源偏压控制电路，包括低压降调制器，低压调制器用于提供调制电压并且包括用于给放大器提供输入电流的第一晶体管，有源偏压控制电路还包括响应基准电压和第一晶体管的误差放大器，测量电路包括使控制端子耦合至第一晶体管控制端子以用于提供和测量第一晶体管输出电流按比例缩小副本的第二晶体管，第一和第二晶体管位于相同的集成电路上以用于匹配一种或多种预定特性，以及用于响应测量的输入电流按比例缩小副本给放大器提供控制电压并调节放大器的控制电压从而保持放大器输入电流恒定的放大器控制电路。

本发明的特征还在于一种集成电路芯片上的有源偏压控制电路，包括用于给放大器提供调制电压和输入电流的低压降调制器，响应低压降调制器以用于确定放大器输入电流的电流测量电路，以及用于给放大器提供控制电压的放大器控制电路，放大器控制电路可以被设置为：提供控制电压以用于包括增强模式或耗尽模式设备的放大器，利用由集成电路芯片生成或外部生成的负电源电压操作，和/或提供稳定的控制电压或者响应确定的输入电流调节控制电压以保持放大器的输入电流恒定。

在一个实施例中，放大器控制电路可以通过连接至集成电路芯片的接地或浮动的预定引脚设置。用户可访问引脚可以被进一步用于调节由集成电路芯片生成的负电源电压。

本发明的特征还在于一种用于给放大器提供调制电压和输入电流的低压降调制器，调制器包括用于给放大器提供输入电流的第一晶体管，以及响应基准电压和第一晶体管以用于调节放大器调制电压的误差放大器，包括串联耦合在第一晶体管和放大器输入端之间的开关晶体管以用于切断放大器输入电流的开关，以及耦合至开关晶体管的控制端子用于给开关晶体管加偏压的电平转换器。

本发明进一步的特征在于一种给用于外部放大器的有源偏压控制器上电定序的方法，所述方法包括以下步骤：控制放大器的控制电压以使放大器控制电压低于夹断值，如果放大器控制电压低于夹断值，那么就生成第一激活信号以使漏极电流能够流至放大器，在漏极电压稳定之后生成第二激活信号，并且响应第二激活信号使控制电压能够实现预定的放大器输入电流。

在一个实施例中，所述方法可以包括在实现预定的放大器输入电流之后生成触发信号的步骤。第一激活信号接通开关即可使漏极电流能够流至放大器。第二激活信号可以接通放大器控制电路以稳定漏极电流。可以响应测量的输入电流按比例缩小副本进一步调节控制电压从而调制放大器的输入电流。夹断电压可以是预定电压。所述方法可以进一步包括对用户可访问引脚编程以设置预定电压的步骤。

附图说明

其他的目标、特征和优点可以根据以下对优选实施例和附图的说明而呈现给本领域技术人员，在附图中：

图1是根据本发明示出了有源偏压控制电路的方块图；

图2是图1中有源偏压控制电路的一个实施例的方块图；

图3是图2中有源偏压控制电路的一个更为详细实施例的示意图；

图4是图2中有源偏压控制电路的另一个包括反馈放大器的实施例的示意图；

图5是图3和图4中有源偏压控制电路的激活控制电路的示意图；

图6是图3和图4中上述偏压控制电路的电平转换器的示意图；

图7是图3和图4中有源偏压控制电路的返送电路的示意图；

图8是图3和图4中有源偏压控制电路的放大器控制电路的示意图；

图9是图3和图4中有源偏压控制电路的负压发生器的示意图；

图10是用于图3和图4中有源偏压控制电路的漏极电流校验电路的示意图；

图11是示出了用于图3和图4中有源偏压控制电路的上电定序方法的一个实施例的流程图；

图12是用于图3和图4中有源偏压控制电路的上电定序方法的另一个实施例；

图13是示出了在图12中的方法期间的几种输出信号电压值的时序图；

图14A和14B是示出了图3和图4中有源偏压控制电路的操作以分别获得开环和闭环操作的示意图；以及

图15A-D是示出了用于图3和图4中有源偏压控制电路的操作以获得不同操作模式的示意图，包括具有内部或外部VNEG电压的耗尽模式、增强模式或者将系统置于待机模式。

具体实施方式

除了以下公开的一个或多个优选实施例以外，本发明还能有其他的实施例并且能以不同的方式实践或者实现。因此，应该理解本发明并不将其应用局限于在以下说明内容中阐述或者在附图中示出的结构细节和部件的设置方式。如果在本文中仅介绍了一个实施例，那么与之相关的权利要求并不局限于该实施例。而且，与之相关的权利要求不应被限制性地理解，除非有明确且令人信服的证据指明了这样的结论、限制或放弃。

图1中示出了根据本发明的有源偏压控制电路10。有源偏压控制电路10包括为放大器14提供调制输出电压和输入电流的低压降(LDO)调制器12，放大器14可以在LDO 12的外部。为了避免使用与放大器14串联的测量电阻，响应LDO 12的电流测量电路16被用于测量放大器14的输入电流并且给放大器提供该输入电流按比例缩小的副本。放大器控制电路18响应电流测量电路16并且给放大器14提供控制电压，以根据测量的输入电流的按比例缩小副本来调节控制电压。通过调节放大器14的控制电压，放大器14的输入电流即可由此被调制。尽管图1中将放大器14示出为将控制电压在其栅极进行调节的FET放大器，但是放大器14也可以是任意类型的晶体管例如双极晶体管，IGBT等，并且可以是耗尽型或增强型的FET晶体管。有源偏压控制电路10还可以包括开关20，用于在禁用有源偏压控制电路时将LDO 12与放大器14断开。

图2是有源偏压控制电路10a更为详细的方块图，包括带隙基准电路22，其生成用于LDO 12的基准电压并且可以生成相对于外部电源输入电压、温度和工艺变化而言非常稳定的其他基准电压和电流。有源偏压控制电路10a还包括负压发生器24，其生成能够给使用耗尽模式设备的放大器加偏压的稳定负电压。负压发生器24的输出优选为外部可调，并且如果外部负电源已经可用或者并不需要，则可以禁用负压发生器24。电路10a还包括激活控制电路26以响应线路28上的激活ENABLE信号而激活有源偏压控制系统10a。电路26正如以下进一步详细介绍的那样可以被用于安全地接通外部放大器14，并且一旦达到对于放大器14的可接收静态点就在线路30上生成触发信号。第二低压降调制器32也可以被设置用于生成偏压电路26的恒定数字电源。有源偏压控制电路10a中的部件如图2所示可以加工在集成电路(IC)34上，集成电路34如图所示具有与IC 34外部的放大器14的连接。

在一个实施例中，图3的LDO 12b包括用于给放大器14提供漏极输入电流的第一晶体管36，以及响应来自带隙基准电路22b的基准电压和第一晶体管36的误差放大器38。误差放大器38在其负输入端接收来自带隙基准电路22b的电压。误差放大器38响应从第一晶体管36通过电阻40的反馈，电阻40还在节点B处被耦合至电阻42。在操作中，调节节点A处的电压，直到节点B处的电压等于来自带隙基准电路22b的基准电压为止。节点A处的电压可以通过改变电阻40和42的比值而在外部调节。误差放大器38调节第一晶体管36的栅极电压，直到其两个输入端彼此相等为止——其中一个输入端来自带隙基准电路22b并且另一个输入端来自节点B。在从外部放大器14引出更大的电流时，相应地调节晶体管36的栅极电压以允许由放大器14汲取更多电流，同时保持提供给放大器14漏极的调制输出电压恒定。

测量电路16b包括第二晶体管44，该第二晶体管44将其栅极耦合至晶体管36的栅极以用于提供晶体管36输出电流的按比例缩小副本。为了提供晶体管36输出电流的按比例缩小副本，晶体管36的跨导显著大于晶体管44的跨导。例如，晶体管36的跨导可以是晶体管44的200倍。优选地，晶体管36和44位于相同的集成电路上并且通过预定量来匹配它们的增益。电流测量电路16b还包括响应晶体管44以用于提供与放大器14的输入电流的按比例缩小副本相对应的电压的测量电阻46。放大器控制电路18b被耦合至测量电阻46并且响应电阻46两端的电压以用于控制放大器14的控制电压。用这种方式，通过测量表示放大器14输入电流的按比例缩小副本的电阻46两端的电压，就不再需要与放大器14的漏极或源极串联的低值测量电阻，由此消除了与使用这样的与外部放大器串联的测量电阻相关联的缺点。

LDO 12b还包括耦合至晶体管36的漏极和源极的返送电路48，用于监测通过晶体管36的电流并且如果有过量的电流开始流过晶体管36就箝位晶体管36的栅极电压，由此将晶体管36内的功耗保持为安全值。

耦合在晶体管36和放大器14之间的开关20b包括用于接通和切断晶体管36和放大器14之间连接的开关晶体管50。电平转换器电路52给开关晶体管50加偏压。漏极电流校验电路54监测通过开关晶体管50的电流并且在放大器14的漏极电流稳定时生成输出信号。

在另一个实施例中，图4的有源偏压控制电路10c包括连接至晶体管36和44漏极的反馈放大器60。附加的晶体管62串联设置在晶体管44和测量电阻46之间，并且将其栅极连接至反馈放大器60的输出端。由于通过反馈放大器60建立起反馈，因此晶体管36和44漏极上的电压彼此相等，这就迫使晶体管36和44两端的压降彼此相等。这种反馈在LDO 12b被迫具有非常低的跌落电压并且晶体管36和44被迫在三极管区域内工作时改善了晶体管36和44中电流的电流按比例调整精度。晶体管62被示出为是NMOS晶体管，但是这并非对本发明的限制，例如也可以使用PMOS晶体管。

为了不损坏放大器14，优选将放大器保持在夹断值处，直到漏极电压稳定为止。在漏极电压稳定后，就增加放大器14的栅极电压以获得所需的静态电流。为了实现这一点，有源偏压控制电路10c使用激活控制电路26c来监测电路10c中的不同部件，从而以合适的方式激活放大器14并且还在系统故障的情况下关闭放大器14。用户可访问的引脚VNEGFB和VGATEFB均可用于双重目的：如下所述可以将它们短路接地以设置控制器的不同工作模式。它们也可以被用于调节在耗尽主控模式中负偏压生成的输出电压电平或者在耗尽从动模式中用于调节供上电定序使用的栅极电压阈值VSET的触发点。

图5中激活控制电路26d的一个实施例包括四个比较器70-74。比较器70响应线路76上的VNEG信号和VSET-1信号。信号VSET-1到VSET-3由带隙发生器22生成。如果VNEG信号高于VSET-1，那么比较器70就在线路75上生成指示线路76短路接地的低电平LOW。

比较器71响应耦合至用户可访问端子的线路77上的VNEGFB信号和VSET-2信号。如果线路77上的VNEGFB信号被短路接地以指示用户想要关闭负压发生器24，那么比较器71的输出就在线路78上变为低电平且在线路79上变为高电平。这样即可断开负压发生器24，其将系统设定为增强模式或耗尽从动模式。如果线路77并未接地，那么变为高电平的线路78和变为低电平的线路79就将系统设置为耗尽主控模式，接通负压发生器24。

比较器72响应同样耦合至用户可访问端子的线路80上的VGATEFB信号和VSET-2信号。如果线路80被短路接地以指示用户想要将系统置于增强模式，那么比较器74的输出就在线路81上变为低电平且在线路82上变为高电平。如果线路80并未接地，那么变为高电平的线路81和变为低电平的线路82就将系统置于耗尽模式。

与门83响应线路79和82上的信号。如果线路79和82上的信号是高电平(线路80上的VNEGFB和线路77上的VGATEFB均被短路接地)，那么变为高电平的线路84就将系统置于增强模式。如果线路84为高电平，那么线路85变为高电平、86变为高电平就使线路87上的输出变为高电平，这样提供激活漏极电压信号以接通系统。如果线路84为低电平，那么系统处于耗尽模式并且线路87上的激活漏极电压信号需要来自其他比较器的信息以变为用于激活系统的高电平。

比较器73响应线路90上的VGATE信号和VSET-3信号。当VGATE信号低于VSET-3时，线路91上的信号变为高电平以指示VGATE已经稳定并且达到了预定值。

锁存器92响应线路91上的信号。它在信号线95上的输出值保持为低电平，直到它在信号线91上的输入变为高电平为止。当线路91变为高电平时，线路95变为高电平并且无论线路91为何值都保持高电平，直到通过它在锁存器92的复位输入端上的低电平信号清除为低电平为止。与门94响应复位输入端和线路85，并且如果这两条线路均为高电平就生成高电平。与门96响应线路81和95上的信号并且当系统处于耗尽模式且VNEG和VGATE信号都已稳定时在97上生成高电平信号。或门98响应线路84和97上的信号并且当系统处于增强模式时或者如果系统处于耗尽模式且VNEG和VGATE信号都已稳定时在86上生成高电平信号。与门99响应线路85和86上的信号以及复位输入端，并且在线路87上生成高电平信号以在线路85和86以及复位输入端变为高电平时提供激活漏极电压信号。

概括而言，为了使激活漏极电压信号在线路87上变为高电平以激活漏极电流，应该满足以下条件之一：1)系统处于增强模式且复位线为高电平；或者2)系统处于耗尽模式，VGATE信号已经稳定且VNEG信号未短路接地且复位线为高电平。

激活控制电路26d的输出被提供给图3中的电平转换器52。图6中示出了电平转换器52d的一个实施例。电平转换器52d在线路100上接收输入信号并在线路102上生成送往图3中开关晶体管50栅极的输出信号。线路104在12b例如节点A处被连接至LDO的输出端以测量其输出电压。在线路106上提供给电平转换器52的电源电压通常是5V。

当输入端100为低电平时，节点108被上拉至电源线106上的电压，其关断晶体管110。当晶体管110被关断时，没有电流流过电阻112。线路102上的输出变为等于线路104上的电压Vhigh，由此关断图3中的开关晶体管50。

当线路100上的输入电压为高电平时，节点108被下拉至线路114接地以接通晶体管110。电阻112两端的压降随即变为足以接通开关晶体管50。串联的二极管116被设置用于将开关晶体管50的栅极到源极的电压箝位为足够安全的值。

图7中的返送电路48d在晶体管36的功耗超过预定阈值时箝位其控制电压以避免损坏电路。通过箝位导通晶体管36的控制电压，经过导通晶体管的最大电流作为晶体管36两端电压的函数被保持为低于预定值。

返送电路48b的输出端位于连接至导通晶体管36栅极的线路120上。返送电路48d的线路122被连接至晶体管36的漏极，这也是用于测量其输出电压值的LDO 12b的输出端。线路124被连接至VDD电源和导通晶体管36的漏极。经过导通晶体管36的最大电流由电流发生器Iset 126确定。经过Iset 126的电流通过由晶体管128和130构成的电流镜以镜像流过晶体管127。由于通过晶体管132和134生成的反馈，因此如果经过导通晶体管36的电流超过电流发生器126中电流的2000倍，那么晶体管134就将导通晶体管36的栅极拉至线路124上的VDD电压，由此箝位经过导通晶体管36的电流。二极管组136以及由电阻138和140形成的电阻分压设定了返送电流的按比例返回比率。

图8中的放大器控制电路18b响应测量电阻46两端的电压，其提供放大器14输入电流的按比例缩小的副本。测量电阻46的电压在线路150上测量。放大器控制电路18d在线路152上调节其输出，直到来自线路154上的Vset的电压等于线路150上的测量电压为止。

当有源偏压控制电路10b被设定为给耗尽模式设备加偏压时，线路156被连接至负压电源。有源偏压控制电路10b的输出152被保持为线路156上的电压值，直到系统被激活为止，这样就将耗尽模式的设备保持在夹断值。当系统被激活时，输出152增加，直至达到所需的静态偏压为止。连接在输出端158和线路156之间的分流晶体管158将线路152上的输出电压箝位为约4V，高于线路156上的电压。

当有源偏压控制电路被设定为给增强模式设备加偏压时，线路156被接地以保持输出152接地，直到系统被禁用为止，这样就将增强模式的设备保持在夹断值。当系统被激活时，线路152上的输出电压增加，直至达到静态偏压为止。

由于有源偏压控制电路10b既能给增强模式的设备加偏压又能给耗尽模式的设备加偏压，因此放大器控制电路18d优选地能够在线路152上既生成负的输出电压又能够生成正的输出电压。典型的CMOS晶体管无法允许相对于集成电路基板加负压。为了允许使用负压，优选地使用能够承受负压值的隔离型NMOS晶体管。

图9中负压发生器24的一个实施例包括能够被设置为在芯片上或脱离芯片或者是两者组合的电阻160和162，用以调节发生器24的电压输出值。如果这些电阻为片载，那么它们可以设定在耗尽从动模式下供发生器24使用的默认输出电压水平。用户可以通过增加连接至图3,4和9中所示VNEGFB引脚的外部电阻来调节该电压水平。相同的电阻值随后也可以被连接至图3,4中的VGATEFB引脚以提供正确的VSET阈值用于如下所述的上电定序功能。图10示出了电路10b和10c的漏极电流校验电路54的实施例。

如以上在本发明的背景技术中所述，对于放大器的一种重要考量是将准确的上电定序加至放大器，以使得不会有过量的电流经过放大器导致其损坏。图11中示出的一种用于外部放大器的有源偏压控制器的上电定序方法，在步骤170以给放大器上电开始。在步骤172，调节放大器的控制电压以使放大器控制电压低于夹断值：在步骤174，生成第一激活信号以使漏极电流能够流至放大器。当在步骤176判定漏极电压已经稳定时，生成第二激活信号。响应第二激活信号，在步骤178，激活放大器电流控制电路以实现预定的放大器输入电流。在激活控制电路时也可以生成触发信号。

图11的流程图和图12的时序图中示出了用于外部放大器的有源偏压控制器的上电定序方法的另一个实施例。该实施例包括通过用户可访问输入VNEGFB和VGATEFB实现的短路保护和模式选择功能。在步骤180给放大器上电之后，LDO 12被接通并在时刻t1生成输出(LDOCc)。在步骤182，系统检查VGATEFB输入是否短路接地。如果是由用户接地，那么系统即被选择用于驱动增强模式的放大器。系统在步骤184检查VNEGFB输入是否接地。如果没有接地，那么系统就由于不允许这种工作模式而等待。如果VNEGFB输入已接地，那么系统就在步骤186检查用户可访问引脚ENABLE是否为高电平。当它在时刻t2为高电平时，在步骤188激活VDRAIN信号。在步骤190将漏极电压(VDRAIN)输出相对于LDOCc-Vsafe的值进行比较。当VDRAIN大于或等于LDOCc-Vsafe的值时，在步骤192激活栅极电压(VGATE)并且在时刻t3接通有源偏压控制器。在操作期间，在步骤194连续地检查VDRAIN和ENABLE。当VGATE被激活时就在步骤196生成触发信号。如果VDRAIN下降到阈值以下或者如果ENABLE引脚被置为低电平，那么就在步骤197禁用VGATE并且将触发(TRIGGER OUT)置为低电平。如果ENABLE在步骤198为低电平，那么就在步骤199禁用VDRAIN并且系统返回到等待用户输入的初始ENABLE状态。如果ENABLE不是低电平，那么就存在短路状态，系统等待，直到清除短路状态以接通VGATE为止。

如果在步骤182判定VGATE并未接地，那么系统即被置为耗尽模式。系统在步骤200检查VNEGFB是否接地。如果已接地，那么系统即被置为耗尽从动模式，则禁用负压生成器。如果并未接地，那么系统即被置为耗尽主控模式，并且在步骤202于时刻t1激活负压生成器24。在步骤206将VGATE相对于预定值VSET进行检查。当VGATE电压降至VSET以下时，系统在步骤208等待ENABLE上的高电平信号。当ENABLE为高电平时，在步骤210激活VDRAIN。在步骤212将VDRAIN输出相对于LDOCc-Vsafe的值进行比较。当VDRAIN大于或等于LDOCc-Vsafe时，在步骤214激活VGATE以接通有源偏压控制器，在步骤218生成高电平触发信号。在操作期间，在步骤216连续地检查VDRAIN、VNEG和ENABLE。VNEG被相对于上限阈值连续检查以检测VNEG处任何的意外短路接地。如果VDRAIN降至阈值以下，或者如果VNEG上升到高于-0.8V，或者如果ENABLE不是高电平，那么就在步骤220禁用VGATE并且将TRIGGER OUT置为低电平。

如果在步骤222处VNEG>-0.8V或者ENABLE为低电平，那么就在步骤224禁用VDRAIN并且系统在步骤206返回初始状态。否则在VDRAIN上就存在短路状态，并且系统等待，直到清除短路状态以接通VGATE为止。

参照图14A和14B，有源偏压控制电路10e的放大器控制电路可以如上所述，被设置用于为放大器14e提供固定的控制电压或者响应确定的输入电流调节控制电压，以保持放大器的输入电流。在图14A中，电路10e用闭环模式操作并且响应放大器14e的输入电流调节放大器14e的控制电压以保持输入电流恒定。在图14B中，电路10f用开环模式操作，其中引脚Iset保持浮动。当Iset保持浮动时，加至放大器14f控制端子的电压即可被保持在预定的固定控制电压，以使系统能够被用于无主动反馈地给外部放大器加偏压。

图15A-15D示出了有源偏压控制电路如何能够被设置用于为包括增强模式或耗尽模式设备的放大器提供适当的控制电压，并且能够被设置为使用内部或外部的负压电源。在图15A中，当引脚VNEGFB保持浮动(也就是高电平信号)并且引脚VGATEFB保持浮动时，负压发生器24被激活并且系统提供用于耗尽模式设备的控制电压。在图15B中，当VNEGFB短路接地(也就是低电平信号)并且引脚VGATEFB保持浮动时，负压发生器24被禁用并且系统提供适合供利用外部生成的负压的耗尽模式设备使用的控制电压。在图15C中，当引脚VNEGFB短路接地并且VGATEFB也短路接地时，负压发生器24被禁用并且系统提供适合用于增强模式设备的控制电压。在图15B中，当引脚VNEGFB保持浮动并且VGATEFB也短路接地时，负压发生器24被激活但是有源偏压控制电路10g被禁用并且系统被置于待机模式。这样就避免了用负压意外地给增强模式设备加偏压。

尽管在某些附图中示出并且在另一些附图中并未示出本发明的某些具体特征，但这仅仅是为了方便起见，其实每一种特征都可以根据本发明与任意或所有的其他特征相组合。如本文中所用的词语“包含”、“包括”、“具有”和“具备”应被广泛和全面地解读而不应受限于任何实体互连。而且，本主题申请中公开的任何实施例都不应被视为唯一可行的实施例。

另外，在本专利申请进行期间对本发明提交的任何修改都不意味着对本申请提交时给出的任何权利要求要素的放弃：本领域技术人员不能合理地预见到草拟的权利要求就能够涵盖所有可能的等价方案，很多等价方案在修改时是无法预见的并且超出了对所放弃内容(如果有的话)的公正解读，修改的潜在依据可能对很多等价方案都只有些许关联，和/或存在很多其他的理由使得无法要求申请人针对修改的任何权利要求要素来描述某些非实质的替代方案。

本领域技术人员可以想到其他的实施例并且这些实施例仍落在所附权利要求以内。

Claims (34)

1.一种用于放大器的有源偏压控制电路，包括：

用于给放大器提供调制电压和输入电流的低压降调制器；

响应低压降调制器以用于测量放大器的输入电流的按比例缩小副本的电流测量电路；以及

放大器控制电路，用于响应测量的输入电流的按比例缩小副本来调节放大器的控制电压从而调制放大器的输入电流。

2.如权利要求1所述的有源偏压控制电路，其中：

低压降调制器包括用于给放大器提供输入电流的第一晶体管，以及响应基准电压和第一晶体管的误差放大器；以及

测量电路，包括耦合至第一晶体管的第二晶体管，所述第二晶体管的跨导小于第一晶体管的跨导，用于提供第一晶体管的输出电流的按比例缩小副本。

3.如权利要求1所述的有源偏压控制电路，其中电流测量电路进一步包括响应第二晶体管以用于提供与放大器的输入电流的按比例缩小副本相对应的电压的测量电阻。

4.如权利要求3所述的有源偏压控制电路，其中放大器控制电路响应测量电阻两端的电压以用于控制放大器的控制电压。

5.如权利要求1所述的有源偏压控制电路，进一步包括串联耦合在低压降调制器和放大器输入端之间的开关，用于切断放大器的输入电流。

6.如权利要求5所述的有源偏压控制电路，其中开关包括开关晶体管。

7.如权利要求6所述的有源偏压控制电路，进一步包括用于给开关晶体管加偏压的电平转换器。

8.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，其中低压降调制器进一步包括用于生成基准电压的带隙基准电路。

9.如权利要求1所述的有源偏压控制电路，其中放大器控制电路被设置用于提供正或负的控制电压。

10.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，其中放大器控制电路被设置用于提供正或负的控制电压。

11.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，其中第一和第二晶体管位于相同的集成电路上以用于匹配一种或多种预定特性。

12.如权利要求1所述的有源偏压控制电路，进一步包括被设置用于激活有源偏压控制电路的第二控制电路。

13.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，其中低压降调制器进一步包括用于在第一晶体管的功耗超过预定阈值时限制第一晶体管的控制电压的返送电路。

14.如权利要求12所述的有源偏压控制电路，其中所述电路的有源电路位于集成电路芯片上，并且其中第二控制电路被设置为：

提供控制电压以用于包括增强模式或耗尽模式设备的放大器，

利用由集成电路芯片生成或外部生成的负电压电源操作，和/或

提供固定的控制电压或者响应确定的输入电流调节控制电压以保持放大器的输入电流恒定。

15.如权利要求14所述的有源偏压控制电路，其中放大器控制电路能够通过连接至集成电路芯片的用户可访问引脚被外部地设置。

16.如权利要求15所述的有源偏压控制电路，其中所述用户可访问引脚进一步被用于调节由集成电路生成的负电压电源。

17.如权利要求5所述的有源偏压控制电路，其中所述电路被设置为：

控制放大器的控制电压以使放大器控制电压低于关闭放大器的夹断值水平；

如果控制电压低于夹断值，那么就生成第一激活信号以使供电电流能够流至放大器；

在电源电压稳定时生成第二激活信号；并且

响应第二激活信号，增加控制电压以实现预定的放大器输入电流。

18.如权利要求17所述的有源偏压控制电路，其中放大器控制电路被设置用于在实现预定的放大器输入电流之后生成触发信号。

19.如权利要求17所述的有源偏压控制电路，其中第一激活信号接通开关以使供电电流能够流至放大器。

20.如权利要求17所述的有源偏压控制电路，其中第二激活信号接通放大器控制电路以稳定电源电压。

21.如权利要求17所述的有源偏压控制电路，其中放大器输入电流被减小至即使放大器的供电端子短路接地也能够避免损坏电路的水平。

22.如权利要求3所述的有源偏压控制电路，进一步包括：

使其输入端耦合至第一和第二晶体管漏极的反馈放大器，以及

耦合在第二晶体管和测量电阻之间的晶体管，所述晶体管使控制端子响应反馈放大器的输出以用于改善第一和第二晶体管的电流按比例调整精度。

23.一种有源偏压控制电路，包括：

低压降调制器，用于提供调制电压并且包括用于给放大器提供输入电流的第一晶体管，以及响应基准电压和第一晶体管的误差放大器；

测量电路，包括使控制端子耦合至第一晶体管的控制端子以用于提供和测量第一晶体管的输出电流的按比例缩小副本的第二晶体管，第一和第二晶体管位于相同的集成电路上以用于匹配一种或多种预定特性；以及

放大器控制电路，用于响应测量的输入电流的按比例缩小副本给放大器提供控制电压并调节放大器的控制电压从而保持放大器输入电流恒定。

24.一种集成电路芯片上的有源偏压控制电路，包括：

用于给放大器提供调制电压和输入电流的低压降调制器；

响应低压降调制器以用于确定放大器输入电流的电流测量电路；以及

用于给放大器提供控制电压的放大器控制电路，所述放大器控制电路可以被设置为：

为包括增强模式或耗尽模式设备的放大器提供控制电压，

利用由集成电路芯片生成或外部生成的负电压电源操作，和/或

提供固定的控制电压或者响应确定的输入电流调节控制电压以保持放大器的输入电流恒定。

25.如权利要求24所述的有源偏压控制电路，其中放大器控制电路能够通过连接至集成电路芯片的用户可访问引脚设置。

26.如权利要求25所述的有源偏压控制电路，其中所述用户可访问引脚进一步被用于调节由集成电路芯片生成的负电压电源。

27.一种用于给放大器提供调制电压和输入电流的低压降调制器，所述调制器包括；

用于给放大器提供输入电流的第一晶体管，以及

响应基准电压和第一晶体管以用于调节放大器的调制电压的误差放大器；

包括串联耦合在第一晶体管和放大器输入端之间的开关晶体管以用于切断放大器输入电流的开关；以及

耦合至开关晶体管的控制端子用于给开关晶体管加偏压的电平转换器。

28.一种为用于外部放大器的有源偏压控制器上电定序的方法，所述方法包括以下步骤：

控制放大器的控制电压以使放大器控制电压低于夹断值；

如果放大器控制电压低于夹断值，那么就生成第一激活信号以使供电电流能够流至放大器；

在电源电压稳定时生成第二激活信号；并且

响应第二激活信号，使控制电压能够实现预定的放大器输入电流。

29.如权利要求28所述的方法，进一步包括在实现预定的放大器输入电流之后生成触发信号的步骤。

30.如权利要求28所述的方法，其中第一激活信号接通开关以使供电电流能够流至放大器。

31.如权利要求28所述的方法，其中第二激活信号接通放大器控制电路以稳定电源电流。

32.如权利要求28所述的方法，其中响应测量的输入电流的按比例缩小副本进一步调节控制电压从而调制放大器的输入电流。

33.如权利要求28所述的方法，其中夹断电压值是预定电压。

34.如权利要求33所述的方法，进一步包括对用户可访问引脚编程以设置预定电压的步骤。

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