CN103296981A - 功率管的偏置电路以及功率放大器、无线通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种功率管的偏置电路以及设有该偏置电路的功率放大器，属于无线通信技术领域。解决了现有的功率管的偏置电路不能保证严格的上下电顺序，因此功率管存在烧毁的风险的技术问题。该偏置电路中，Vg0通过电压转换单元为功率管的栅极供电，Vd0通过开关单元为功率管的漏极供电；电压转换单元的输出稳定的栅极电压时，向电压控制单元输出控制信号；电压控制单元的输出端连接开关单元的控制端，当电压控制单元的第一输入端为高电平时，如果第二输入端接收到控制信号，则输出打开信号，如果未接收到控制信号，则输出关断信号。本发明可应用于功率放大器。

Description

功率管的偏置电路以及功率放大器、无线通信装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种功率管的偏置电路以及设有该偏置电路的功率放大器、无线通信装置。

背景技术

在无线通信系统中，发射机是其中重要的组成部分，而功率放大器又是发射机中的关键器件，用于完成射频信号的功率放大。

目前无线通信系统中所用的功率管，以氮化镓（GaN）作为基底的高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor，简称HEMT）具有禁带宽度大、击穿电压高、饱和电子速度大等优点，能够满足无线通信系统高频、高效、大带宽的需求，已经逐渐取代了以硅（Si）作为基底的横向扩散金属氧化物半导体（lateral double-diffused metal-oxide semiconductor，简称LDMOS）。

然而，以GaN作为基底的HEMT需要负栅压控制，而且功率管的栅极和漏极都是分别供电的，HEMT对上下电顺序的要求也更加严格。在漏极已经上电时，如果出现栅极还未上电，或栅极已经下电的情况，漏极的大电流就很容易使功率管烧毁，即使在系统电压出现异常时，也应当保证安全可靠的上下电顺序。

本发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下问题：现有的功率管偏置电路不能保证严格的上下电顺序，因此功率管存在烧毁的风险。

发明内容

本发明实施例提供了一种功率管的偏置电路以及设有该偏置电路的功率放大器、无线通信装置，解决了现有的功率管的偏置电路不能保证严格的上下电顺序，因此功率管存在烧毁的风险的技术问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，提供了一种功率管的偏置电路，包括栅极电源端、漏极电源端、电压转换单元、电压控制单元和开关单元；

所述栅极电源端连接所述电压转换单元的输入端；

所述漏极电源端连接所述电压控制单元的第一输入端和所述开关单元的输入端；

所述电压转换单元的第一输出端用于连接功率管的栅极，所述电压转换单元的第二输出端连接所述电压控制单元的第二输入端，所述电压转换单元用于，将所述栅极电源端输出的电压转换为功率管的栅极电压，且当所述电压转换单元的第一输出端输出稳定的栅极电压时，所述电压转换单元的第二输出端输出控制信号；

所述电压控制单元的输出端连接所述开关单元的控制端，所述电压控制单元用于，当所述电压控制单元的第一输入端为高电平时，如果所述电压控制单元的第二输入端接收到所述控制信号，则所述电压控制单元的输出端输出打开信号，如果所述电压控制单元的第二输入端未接收到所述控制信号，则所述电压控制单元的输出端输出关断信号；

所述开关单元的输出端用于连接功率管的漏极，所述开关单元用于，当所述开关单元的控制端接收到所述打开信号时，打开所述开关单元的输入端至所述开关单元的输出端之间的通路，当所述开关单元的控制端接收到所述关断信号时，关断所述开关单元的输入端至所述开关单元的输出端之间的通路。

在第一种可能的实现方式中，所述漏极电源端与所述电压控制单元的第一输入端之间还设置有或逻辑单元；

所述漏极电源端连接所述或逻辑单元的第一输入端，所述或逻辑单元的输出端连接所述电压控制单元的第一输入端；

所述栅极电源端连接所述或逻辑单元的第二输入端；

所述或逻辑单元用于，对所述栅极电源端和所述漏极电源端输出的电压进行或逻辑运算，并将运算结果输入所述电压控制单元的第一输入端。

结合第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述开关单元为P型MOS管，所述MOS管的栅极作为所述开关单元的控制端，源极作为所述开关单元的输入端，漏极作为所述开关单元的输出端。

结合第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述控制信号为低电平信号。

结合第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述电压控制单元包括第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的基极连接所述电压控制单元的第二输入端，还通过第一电阻连接所述电压控制单元的第一输入端；

所述第一三极管的集电极通过第二电阻连接所述电压控制单元的第一输入端，还通过第三电阻连接所述第二三极管的基极；

所述第二三极管的集电极通过第四电阻连接所述电压控制单元的输出端；

所述第一三极管和所述第二三极管的发射极均接地；

所述MOS管的栅极与源极之间连接有第五电阻。

结合上述任意一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述功率管为HEMT。

另一方面，提供了一种功率放大器，包括功率管以及上述任一一种实现方式所述的偏置电路。

另一方面，提供了一种无线通信装置，包括接收通道和发射通道，所述发射通道中设有上述的功率放大器，所述功率放大器用于放大所述发射通道中的射频信号的功率。

与现有技术相比，本发明所提供的上述技术方案具有如下优点：栅极电源端通过电压转换单元为功率管的栅极供电，漏极电源端通过开关单元为功率管的漏极供电。

功率管上电时，当漏极电源端输出高电平时，就能够为电压控制单元供电。此时，只有当栅极电源端正常供电，使电压转换单元正常工作，向功率管的栅极输出稳定的栅极电压时，电压转换单元才能向电压控制单元输出控制信号，从而由电压控制单元向开关单元输出打开信号，将开关单元打开，使漏极电源端能够为功率管的漏极供电，因此保证了功率管的栅极上电之后再给漏极上电，保证了功率管上电时的安全性。

功率管下电时，或系统故障导致栅极电源端电压异常时，将会使电压转换单元不能输出正常稳定的栅极电压，所以电压转换单元就会立即停止输出控制信号，使电压控制单元输出关闭信号，从而关闭开关单元，漏极电源端就不能为功率管的漏极供电了。因此，当功率管的栅极下电或异常时，也能够使漏极立即下电，保证了功率管下电或系统供电异常时的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的实施例1所提供的偏置电路的示意图；

图2为本发明的实施例1所提供的偏置电路的具体实施方式的示意图；

图3为本发明的实施例2所提供的偏置电路的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例所提供的功率管的偏置电路可应用于功率放大器中，其中功率管优选为HEMT，当然也可以是LDMOS等其他功率管。该偏置电路包括栅极电源端Vg0、漏极电源端Vd0、电压转换单元、电压控制单元和开关单元。

Vg0连接电压转换单元的输入端，Vd0连接电压控制单元的第一输入端和开关单元的输入端。

电压转换单元的第一输出端用于连接HEMT的栅极，电压转换单元的第二输出端连接电压控制单元的第二输入端。电压转换单元用于，将Vg0转换为功率管的栅极电压Vg，且当电压转换单元的第一输出端输出稳定的栅极电压Vg时，电压转换单元的第二输出端输出控制信号（例如低电平信号）。

电压控制单元的输出端连接开关单元的控制端。电压控制单元用于，当电压控制单元的第一输入端为高电平时，如果电压控制单元的第二输入端接收到电压转换单元发出的控制信号，则电压控制单元的输出端向开关单元输出打开信号；如果电压控制单元的第二输入端未接收到控制信号，则电压控制单元的输出端向开关单元输出关断信号。

开关单元的输出端用于连接HEMT的漏极。开关单元用于，当开关单元的控制端接收到打开信号时，打开开关单元的输入端至开关单元的输出端之间的通路，当开关单元的控制端接收到关断信号时，关断开关单元的输入端至开关单元的输出端之间的通路

本发明实施例中，Vg0通过电压转换单元为HEMT的栅极供电，Vd0通过开关单元为HEMT的漏极供电。

HEMT上电时，当Vd0输出高电平时，就能够为电压控制单元供电。此时，只有当Vg0正常供电，使电压转换单元正常工作，向HEMT的栅极输出稳定的栅极电压Vg时，电压转换单元才能向电压控制单元输出控制信号，从而由电压控制单元向开关单元输出打开信号，将开关单元打开，使Vd0能够为HEMT的漏极提供漏极电压Vd，因此保证了HEMT的栅极上电之后再给漏极上电，保证了HEMT上电时的安全性。

HEMT下电时，或系统故障导致Vd0电压异常时，将会使电压转换单元不能输出正常稳定的栅极电压，所以电压转换单元就会立即停止输出控制信号，使电压控制单元输出关闭信号，从而关闭开关单元，Vd0就不能为HEMT的漏极供电了。因此，当HEMT的栅极下电或异常时，也能够使漏极立即下电，保证了HEMT下电或系统供电异常时的安全性。

本发明实施例提供的功率管的偏置电路中，各个单元具体的实现方式如图2所示：

因为本发明实施例中的HEMT需要用负栅压供电，所以本实施例中的电压转换单元用于将正电压Vg0转换为负电压Vg，由第一输出端输出至HEMT的栅极。此外，当电压转换单元的第一输出端输出稳定的栅极电压Vg时，电压转换单元的第二输出端还输出控制信号。本实施例中，该控制信号为低电平信号。

本发明实施例中的开关单元为P型MOS管T1。T1的栅极作为开关单元的控制端，连接电压控制单元的输出端；源极作为开关单元的输入端，连接Vd0；漏极作为开关单元的输出端，连接HEMT的漏极。

当然，在其他实施方式中，开关单元也可以采用N型MOS管，或者其他形式的具有开关功能的器件。

本发明实施例中，电压控制单元包括第一三极管VT1、第二三极管VT2和五个电阻。VT1的基极连接电压控制单元的第二输入端（即连接电压转换单元的输出端），还通过第一电阻R1连接电压控制单元的第一输入端（即连接Vd0）。VT1的集电极通过第二电阻R2连接电压控制单元的第一输入端（即连接Vd0），还通过第三电阻R3连接VT2的基极。VT2的集电极通过第四电阻R4连接电压控制单元的输出端（即连接T1的栅极）。VT1和VT2的发射极均接地。T1的栅极与源极之间连接有第五电阻R5。

HEMT上电时，当Vd0输出高电平时，就能够为电压控制单元供电。如果此时Vg0还未上电，则没有电信号输入电压转换单元的输入端，所以电压转换单元的的第二输出端也不会输出控制信号，VT1的基极则为高电平，VT1导通，使VT1的集电极和发射极均为低电平（接地），使VT2的基极为低电平，VT2关断。那么，T1的栅极与源极的电势均为Vd0，即电压控制单元输出关闭信号，栅极和源极无电压差，所以T1处于关断状态，从而避免了HEMT栅极为上电时，漏极先上电。

当Vd0输出高电平时，只有Vg0也输出高电平，使电压转换单元的第一输出端能够输出正常稳定的Vg，电压转换单元的第二输出端才能输出低电平（控制信号）。该控制信号将VT1的基极的电势拉低，关断VT1，则VT2的基极为高电平，VT2打开，使VT1的集电极和发射极均为低电平（接地），从而拉低T1栅极的电势，即电压控制单元输出打开信号。因为T1是P型MOS管，所以当T1的栅极电势低于源极电势时，T1将会导通，使Vd0通过T1向HEMT的漏极提供漏极电压Vd，因此保证了HEMT的栅极上电之后，漏极再上电的上电顺序。

HEMT正常的下电顺序是，Vd0先停止供电，使HEMT的漏极先下电，再关闭Vg0的输出电压，从而使HEMT的漏极先下电，栅极后下电。

当系统故障导致Vd0电压异常时，将会使电压转换单元的第一输出端不能输出正常稳定的栅极电压，电压转换单元的第二输出端就会立即停止输出控制信号，使VT1导通，VT1的集电极和发射极均为接地，使得VT2关断。此时，T1的栅极与源极的电势均为Vd0，即电压控制单元输出关闭信号，关断T1。因此，当Vg0异常时，也能够立即关断T1，使HEMT的漏极下电，保证了HEMT的安全性。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于：如图3所示，本实施例中，Vd0与电压控制单元的第一输入端之间还设置有或逻辑单元。Vd0连接或逻辑单元的第一输入端，或逻辑单元的输出端连接电压控制单元的第一输入端，并且Vg0连接或逻辑单元的第二输入端。或逻辑单元用于，对Vg0和Vd0进行或逻辑运算，并将运算结果输入电压控制单元的第一输入端。

这样，当Vd0与Vg0之中任意一个供电时，就能够为电压控制单元供电，从而对开关单元进行控制，以保障HEMT的安全性。

实施例3：

本发明实施例还提供了一种功率放大器，包括功率管（HEMT、LDMOS等）以及上述实施例1或实施例2中所提供的偏置电路。

本发明实施例进一步还提供了一种无线通信装置，包括接收通道和发射通道，其中发射通道中设有本发明实施例中所提供的功率放大器，该功率放大器用于放大发射通道中的射频信号的功率。

由于本发明实施例提供的功率放大器及无线通信装置与上述本发明实施例所提供的偏置电路具有相同的技术特征，所以也能产生相同的技术效果，解决相同的技术问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种功率管的偏置电路，其特征在于：包括栅极电源端、漏极电源端、电压转换单元、电压控制单元和开关单元；

所述栅极电源端连接所述电压转换单元的输入端；

所述漏极电源端连接所述电压控制单元的第一输入端和所述开关单元的输入端；

所述电压转换单元的第一输出端用于连接功率管的栅极，所述电压转换单元的第二输出端连接所述电压控制单元的第二输入端，所述电压转换单元用于，将所述栅极电源端输出的电压转换为功率管的栅极电压，且当所述电压转换单元的第一输出端输出稳定的栅极电压时，所述电压转换单元的第二输出端输出控制信号；

所述电压控制单元的输出端连接所述开关单元的控制端，所述电压控制单元用于，当所述电压控制单元的第一输入端为高电平时，如果所述电压控制单元的第二输入端接收到所述控制信号，则所述电压控制单元的输出端输出打开信号，如果所述电压控制单元的第二输入端未接收到所述控制信号，则所述电压控制单元的输出端输出关断信号；

所述开关单元的输出端用于连接功率管的漏极，所述开关单元用于，当所述开关单元的控制端接收到所述打开信号时，打开所述开关单元的输入端至所述开关单元的输出端之间的通路，当所述开关单元的控制端接收到所述关断信号时，关断所述开关单元的输入端至所述开关单元的输出端之间的通路。

2.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于：所述漏极电源端与所述电压控制单元的第一输入端之间还设置有或逻辑单元；

所述漏极电源端连接所述或逻辑单元的第一输入端，所述或逻辑单元的输出端连接所述电压控制单元的第一输入端；

所述栅极电源端连接所述或逻辑单元的第二输入端；

所述或逻辑单元用于，对所述栅极电源端和所述漏极电源端输出的电压进行或逻辑运算，并将运算结果输入所述电压控制单元的第一输入端。

3.根据权利要求1或2所述的偏置电路，其特征在于：所述开关单元为P型MOS管，所述MOS管的栅极作为所述开关单元的控制端，源极作为所述开关单元的输入端，漏极作为所述开关单元的输出端。

4.根据权利要求3所述的偏置电路，其特征在于：所述控制信号为低电平信号。

5.根据权利要求4所述的偏置电路，其特征在于：所述电压控制单元包括第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的基极连接所述电压控制单元的第二输入端，还通过第一电阻连接所述电压控制单元的第一输入端；

所述第一三极管的集电极通过第二电阻连接所述电压控制单元的第一输入端，还通过第三电阻连接所述第二三极管的基极；

所述第二三极管的集电极通过第四电阻连接所述电压控制单元的输出端；

所述第一三极管和所述第二三极管的发射极均接地；

所述MOS管的栅极与源极之间连接有第五电阻。

6.根据权利要求1至5任一项所述的偏置电路，其特征在于：所述功率管为高电子迁移率晶体管。

7.一种功率放大器，其特征在于：包括功率管以及权利要求1至6任一项所述的偏置电路。

8.一种无线通信装置，包括接收通道和发射通道，所述发射通道中设有权利要求7所述的功率放大器，所述功率放大器用于放大所述发射通道中的射频信号的功率。

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