CN104396143A

CN104396143A - 具有温度补偿的自适应栅极驱动电路

Info

Publication number: CN104396143A
Application number: CN201380034402.7A
Authority: CN
Inventors: N·S·梅达; L·K-A·马特
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: US20140028357A1; JP6306004B2; TW201414199A; CN104396143B; JP2015525039A; WO2014018934A1; US8901989B2

Abstract

本发明公开了一种可为MOSFET生成具有温度补偿的栅极偏置电压的自适应栅极驱动电路。该自适应栅极驱动电路可生成具有可变驱动能力的栅极偏置电压以对抗MOSFET在较高温度时较高的栅极漏泄电流。在一种设计中，一种装置包括控制电路和栅极驱动电路。该控制电路生成具有可变频率的至少一个控制信号，该可变频率是基于MOSFET的感测温度来确定的。例如，可基于MOSFET的感测温度来确定时钟分频比，可基于该时钟分频比对输入时钟信号进行分频以获得可变时钟信号，并且可基于该可变时钟信号来生成控制信号。栅极驱动电路基于该控制信号来生成用于MOSFET的偏置电压。

Description

具有温度补偿的自适应栅极驱动电路

根据35 U.S.C.§119的优先权要求

本专利申请要求于2012年7月26日提交的题为“Adaptive gate chargecompensation for minimizing system quiescent current and thermal runaway(用于最小化系统静态电流和热散逸的自适应栅极电荷补偿)”的临时申请No.61/676,094的优先权，该临时申请已转让给本申请受让人并因此通过援引明确纳入于此。

背景

领域

本公开一般涉及电子器件，尤其涉及用于为晶体管生成偏置电压的栅极驱动电路。

背景

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是一种常常被用作电源电路中的开关以向负载提供电源电压的晶体管。MOSFET在导通时在其漏极与源极之间具有电阻，该电阻可被称为RDS_ON电阻。MOSFET在导通时向负载提供电源电流，并且该电源电流经由MOSFET的RDS_ON电阻耗散。栅极驱动电路可为MOSFET生成栅极偏置电压，以使得可在MOSFET导通时为其获得充分低的RDS_ON电阻以限制MOSFET的功率耗散。

概述

本文公开了一种自适应栅极驱动电路，该自适应栅极驱动电路为MOSFET或某种其他类型的晶体管生成具有温度补偿的栅极偏置电压。该自适应栅极驱动电路可生成具有可变驱动能力的栅极偏置电压，以对抗MOSFET在较高温度时较高的栅极漏泄电流。这可确保MOSFET随温度具有充分低的RDS_ON电阻。

在一示例性设计中，一种装置包括控制电路和栅极驱动电路。控制电路生成具有可变频率的至少一个控制信号，该可变频率是基于耦合在电源电压与负载之间的MOSFET的感测温度来确定的。栅极驱动电路基于该至少一个控制信号来生成用于MOSFET的偏置电压。该装置还可包括温度传感器以感测MOSFET的温度。

在一示例性设计中，控制电路包括温度补偿电路、时钟分频器、以及控制信号生成器。温度补偿电路接收指示MOSFET的感测温度的输入信号并且基于该输入信号来确定时钟分频比。时钟分频器基于该时钟分频比来对输入时钟信号进行分频以获得具有可变频率的可变时钟信号。控制信号生成器基于可变时钟信号来生成该至少一个控制信号。

以下更加详细地描述本公开的各种方面和特征。

附图简述

图1示出具有固定栅极驱动的电源电路的示意图。

图2示出MOSFET的RDS_ON电阻的标绘。

图3示出具有自适应栅极驱动的电源电路的示意图。

图4示出温度传感器的示意图。

图5示出控制电路的框图。

图6A和6B示出温度补偿电路的两个示例性设计。

图7示出可变时钟信号和控制信号的时序图。

图8示出栅极驱动电路的示意图。

图9示出用于生成用于MOSFET的栅极偏置电压的过程。

详细描述

以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中实践本公开的仅有设计。术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。

本文所公开的自适应栅极驱动电路可用在(i)向负载提供电源电压的电源电路和/或(ii)其他电路中。自适应栅极驱动电路可用于各种电子设备，诸如无线通信设备(例如，蜂窝电话、智能电话等)、平板计算机、个人数字助理(PDA)、手持式设备、无线调制解调器、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备、消费电子设备、等等。

图1示出具有固定栅极驱动的电源电路100的示意图。电源电路100包括N沟道MOSFET(nMOSFET)110和栅极驱动电路150。nMOSFET 110的漏极耦合至系统电源电压(V_{系统_电源})且其源极耦合至电子电路/负载180并向负载180提供电源电压(V_电源)。负载180可包括基于V_电源电压来操作的数字电路和/或模拟电路。栅极驱动电路150具有接收控制信号的输入端以及耦合至nMOSFET 110的栅极的输出端。

nMOSFET 110用作向负载180递送系统电源电压的传输晶体管。栅极驱动电路150生成用于nMOSFET 110的栅极偏置电压，以使得nMOSFET 110在期望的工作区域中操作。

nMOSFET(诸如nMOSFET 110)常常用在电源电路中，因为对于给定的器件大小，nMOSFET可提供比P沟道MOSFET(pMOSFET)低的导通电阻。然而，nMOSFET 110需要比源极电压或漏极电压高的栅极偏置电压才能导通。栅极驱动电路150可包括电荷泵，该电荷泵可生成充分高的栅极偏置电压，以使得nMOSFET 110在期望的工作区域中操作。具体地，可生成比nMOSFET 110的源极电压高的栅极偏置电压，以使得在nMOSFET 110导通时该nMOSFET110的RDS_ON电阻小于目标电阻。这可确保nMOSFET 110的功率耗散落在容限内。

nMOSFET 110具有栅极漏泄电流，其是从nMOSFET 110的栅极漏泄到源极的电流。nMOSFET 110的栅极漏泄电流在较高温度时可显著增加。

图2示出在不同温度时nMOSFET 110的RDS_ON电阻相对于栅极放电时间的标绘。在图2中，横轴表示时间并且是以分钟为单位来给出的。纵轴表示RDS_ON电阻并且是以欧姆(Ω)为单位来给出的。在时间0:00，由栅极驱动电路150在nMOSFET 110的栅极处施加合适的栅极偏置电压。栅极驱动电路150随后与nMOSFET 110的栅极断开，并且栅极偏置电压由于nMOSFET110的栅极漏泄电流而减小。nMOSFET 110的RDS_ON电阻随着栅极偏置电压的减小而增大。

标绘210示出了在25℃的标称温度/室温时nMOSFET 110的RDS_ON电阻相对于栅极偏置电压的放电时间。如图2中所示，RDS_ON电阻保持相对较低直至时间4:00，并且随后由于因栅极漏泄电流导致的较低栅极偏置电压而快速增大。标绘220示出了在52℃的中等温度时nMOSFET 110的RDS_ON电阻相对于栅极偏置电压的放电时间。如图2中所示，RDS_ON电阻保持相对较低直至时间0:40，并且随后由于因漏泄导致的较低栅极偏置电压而快速增大。标绘230示出了在85℃的较高温度时nMOSFET 110的RDS_ON电阻相对于栅极偏置电压的放电时间。如图2中所示，栅极驱动电路150一断开，RDS_ON电阻就由于因漏泄导致的较低栅极偏置电压而快速增加。图2表明栅极漏泄电流随着逐渐升高的温度而变得更成问题。

栅极驱动电路150可被设计成在标称条件(例如，室温)下为nMOSFET110的栅极偏置电压提供充分的驱动。栅极驱动电路150可具有用于计及nMOSFET 110在标称条件下的栅极漏泄电流以及其他漏泄电流源的充分驱动能力。然而，栅极驱动电路150可能不能够提供用于计及nMOSFET 110在较高温度时显著较高的栅极漏泄电流的充分驱动。这可能导致在较高温度时该栅极偏置电压低于为获得nMOSFET 110的目标RDS_ON电阻所必需的栅极偏置电压。较高温度时较大的RDS_ON电阻可增加nMOSFET 110的功率耗散，这可进一步增高温度并且加重栅极漏泄。nMOSFET 110在较高温度时较大的RDS_ON电阻可能因此导致热散逸和其他问题。

栅极驱动电路150可被设计成在最坏情形条件(例如，为电源电路100指定的最高温度)下为nMOSFET 110的栅极偏置电压提供充分的驱动能力。然而，用于栅极偏置电压的较高驱动能力可能是以栅极驱动电路150的较高功耗为代价来获得的。这可能导致栅极驱动电路150甚至在标称条件下也要消耗更多的电池功率。

在本公开的一方面，自适应栅极驱动电路可为nMOSFET生成具有可变驱动能力的栅极偏置电压，以对抗nMOSFET在较高温度时较高的栅极漏泄电流。这可通过检测nMOSFET的温度并且提供用于计及nMOSFET在较高温度时较高的栅极漏泄电流的较大驱动能力来达成。

栅极驱动电路可包括电荷泵，该电荷泵接收一个或多个控制信号并且提供用于nMOSFET的栅极偏置电压。电荷泵可具有取决于提供给该电荷泵的控制信号的频率(例如，与之成比例)的驱动能力。在一示例性设计中，电荷泵可按可变频率来操作，该可变频率可取决于检测到的nMOSFET的温度。具体地，电荷泵可(i)在较高温度时以较高频率操作以提供用于栅极偏置电压的较大驱动能力，或者(ii)在较低温度时以较低频率操作以在栅极漏泄电流较小时减少栅极驱动电路的功耗。

图3示出具有自适应栅极驱动的电源电路300的示例性设计的示意图。电源电路300包括nMOSFET 310和自适应栅极驱动电路320。nMOSFET 310的漏极耦合至系统电源电压(V_{系统_电源})且其源极耦合至电子电路/负载380并向负载380提供电源电压(V_电源)。负载380可包括基于V_电源电压来操作的数字电路和/或模拟电路。栅极驱动电路350具有接收输入时钟信号的输入端以及耦合至nMOSFET 310的栅极的输出端。

在图3所示的示例性设计中，自适应栅极驱动电路320包括温度传感器330、控制电路340、以及栅极驱动电路350。温度传感器330感测nMOSFET 310的温度(或者nMOSFET 310附近的温度)并且向控制电路340提供感测温度信号。感测温度信号指示由温度传感器330感测到的温度。控制电路340接收输入时钟信号和感测温度信号并且生成用于栅极驱动电路350的控制信号。栅极驱动电路350生成具有基于该控制信号所确定的可变驱动能力的栅极偏置电压并且向nMOSFET 310的栅极提供该栅极偏置电压。栅极驱动电路350可以能够向nMOSFET 310的栅极提供较高的栅极偏置电压和/或较多的偏置电流以计及较高温度时较大的栅极漏泄电流。

图3示出了其中自适应栅极驱动电路320包括温度传感器330、控制电路340和栅极驱动电路350的示例性设计。自适应栅极驱动电路还可按其他方式来实现。例如，自适应栅极驱动电路可包括直接耦合至栅极驱动电路的温度传感器。自适应栅极驱动电路还可包括图3中未示出的其他电路。

图3还示出了其中基于输入时钟信号和感测温度信号来生成用于栅极驱动电路350的控制信号的示例性设计。用于栅极驱动电路350的控制信号还可以用其他信号和/或以其他方式来生成。

自适应栅极驱动电路320内的温度传感器330、控制电路340和栅极驱动电路350可按各种方式来实现。以下描述温度传感器330、控制电路340和栅极驱动电路350的一些示例性设计。

图4示出图3中的自适应栅极驱动电路320内的温度传感器330的示例性设计的示意图。在此设计中，温度传感器330包括电流源410和PN二极管420。电流源410的一端耦合至电源电压(Vdd)且另一端耦合至节点X。PN二极管420的阳极耦合至节点X且其阴极耦合至电路接地。节点X是温度传感器330的输出端并且提供感测温度信号，其可以是电压信号(V_温度)。

电流源410可提供固定的偏置电流I_偏置，该偏置电流可独立于温度或者可以随温度尽可能小地变化。PN二极管420传导来自电流源410的偏置电流并且具有取决于各种因素(诸如由PN二极管420传导的电流量、PN二极管420的大小、以及温度)的压降。对于给定的偏置电流量和给定的PN二极管大小，跨PN二极管420的压降(并且因此V_温度电压)与温度逆相关。例如，用于三个不同温度的V_温度可以如下：

在100℃，V_温度＝V_高温(例如，V_高温＝0.6V)，

在25℃，V_温度＝V_标称温度(例如，V_标称温度＝0.75V)，以及

在-40℃，V_温度＝V_低温(例如，V_低温＝0.88V)。

V_温度还可在不同温度时具有其他电压，这可取决于以上所列出的因素。

图4示出了基于PN二极管的温度传感器330的示例性设计。温度传感器330还可按本领域技术人员已知的其他方式来实现。

图5示出图3中的自适应栅极驱动电路320内的控制电路340的示例性设计的框图。在此设计中，控制电路340包括温度补偿电路510、时钟分频器520、控制信号生成器530和栅极驱动电路540。温度补偿电路510从温度传感器330接收感测温度信号(或即V_温度信号)并且生成用于时钟分频器520的时钟分频比。时钟分频器520基于该时钟分频比来对输入时钟信号进行分频并且向控制信号生成器530提供可变时钟信号。生成器530基于该可变时钟信号来生成用于栅极驱动电路350的控制信号。该控制信号的频率是由该可变时钟信号的频率来确定的(例如，等于该可变时钟信号的频率)。栅极驱动电路350接收该控制信号并且生成用于nMOSFET 310的栅极偏置电压。

栅极驱动电路350可包括电荷泵，该电荷泵具有基于该控制信号的频率所确定的驱动能力。电荷泵对于较快的控制信号可具有较高的驱动能力并且对于较慢的控制信号可具有较低的驱动能力。可能需要较高的驱动能力以计及较高温度时较大的栅极漏泄电流，而较低的驱动能力可能对于较低温度时较小的栅极漏泄电流而言是充分的。

温度补偿电路510可基于感测温度信号来生成时钟分频比，并且可(i)针对较高的感测温度提供较小的时钟分频比或者(ii)针对较低的感测温度提供较大的时钟分频比。时钟分频器520可按该时钟分频比来对输入时钟信号进行分频并且提供可变时钟信号，该可变时钟信号可(i)针对在感测到较高温度时的较小时钟分频比具有较快速率/较高频率，或者(ii)针对在感测到较低温度时的较大时钟分频比具有较慢速率/较低频率。控制信号生成器530可基于该可变时钟信号来生成控制信号，并且可(i)在针对较低感测温度的较慢时钟信号下提供较慢的控制信号，或者(ii)在针对较高感测温度的较快时钟信号下提供较快的控制信号。栅极驱动电路350内的电荷泵可(i)基于针对较高感测温度的较快控制信号生成具有较高驱动能力的栅极偏置电压，或者(ii)基于针对较低感测温度的较慢控制信号生成具有较低驱动能力的栅极偏置电压。

温度补偿电路510、时钟分频器520、控制信号生成器530、以及栅极驱动电路540可按各种方式来实现。以下描述温度补偿电路510、时钟分频器520、控制信号生成器530和栅极驱动电路540的一些示例性设计。

图6A示出了温度补偿电路510a的框图，该温度补偿电路510a是图3中的控制电路340内的温度补偿电路510的一个示例性设计。在此设计中，温度补偿电路510a包括量化器610和查找表620。量化器610从温度传感器330接收感测温度信号(V_温度信号)，量化此信号以获得数字值，并将该数字值提供给查找表620。查找表620从量化器610接收该数字值并且提供时钟分频比。每个数字值可对应于感测温度信号在特定时刻的量化值，并且该量化值可指示该时刻的感测温度。查找表620可将每个数字值映射到合适的时钟分频比，从而能为与该数字值相对应的感测温度获得控制信号的期望/目标频率。

一般而言，量化器610可将感测温度信号量化成具有任何位数的分辨率的数字值。较多位的数字值可允许以较大的查找表620为代价用较精细的粒度来调整栅极驱动电路350的驱动能力。

图6B示出了温度补偿电路510b的示意图，该温度补偿电路510b是图3中的控制电路340内的温度补偿电路510的另一示例性设计。在此设计中，温度补偿电路510b包括两个比较器630和632以及查找表640。比较器630在非反相输入端接收V_温度信号以及在反相输入端接收V_高温电压，并且提供第一量化信号(A)。比较器632在非反相输入端接收V_温度信号以及在反相输入端接收V_标称温度电压，并且提供第二量化信号(B)。

在一个示例中，V_高温电压可以等于0.6V，这可对应于100℃时的V_温度电压。V_标称温度电压可以等于0.75V，这可对应于25℃时的V_温度电压。当V_温度信号超过0.6V时，比较器630可在A信号上输出(i)逻辑高(‘1’)(这可以是感测温度低于100℃时的情形)，否则输出(ii)逻辑低(‘0’)。当V_温度信号超过0.75V时，比较器632可在B信号上输出(i)逻辑高(‘1’)(这可以是感测温度低于25℃时的情形)，否则输出(ii)逻辑低(‘0’)。

对于图6B中所示的示例性设计，表1列出了来自比较器630和632的A和B信号的三种可能的状态、每种状态的温度范围、每种状态的时钟分频比、以及对每种状态的描述。在该设计中，比较器630和632被用于感测三个范围内的温度，这三个范围包括大于100℃的第一温度范围、在25℃与100℃之间的第二温度范围、以及小于25℃的第三温度范围。感测温度落在这三个温度范围之一内。如表1中所示，通过A和B信号的逻辑值来反映覆盖感测温度的温度范围。每个温度范围与特定的时钟分频比相关联。如表1中所示，逐渐升高的温度范围与逐渐降低的时钟分频比相关联，逐渐降低的时钟分频比对应于提供给栅极驱动电路350的控制信号的逐渐增大的时钟速度以及栅极驱动电路350的逐渐增大的栅极驱动能力。

表1

图6B和表1示出了其中V_温度信号被量化成用于检测三个范围内的温度的2位数字值的示例性设计。V_温度信号也可被量化成更多或更少位的数字值以检测更多或更少范围内的温度。例如，V_温度信号可被提供给单个比较器并且被量化成用于检测两个范围内的温度的1位数字值。

图6A和6B示出了其中查找表接收V_温度信号的量化值并且提供时钟分频比的示例性设计。在另一设计中，V_温度信号可被用于控制压控振荡器(VCO)或流控振荡器(ICO)的频率。例如，V_温度信号可调整VCO的可变电容器(可变电抗器)，该可变电容器可随后改变VCO的频率。在另一示例中，电流源可提供与绝对温度成比例(PTAT)的输出电流，并且该输出电流可对包括电容器和电阻器的RC振荡器的电容器进行充电。

回到图5，时钟分频器520接收输入时钟信号并且基于来自温度补偿电路510的时钟分频比来对输入时钟信号进行分频，并提供可变时钟信号。时钟分频比可由于温度变化和/或其他因素而随时间变化。控制信号生成器530接收该可变时钟信号并且生成用于栅极驱动电路350的C1和C2控制信号。

图7示出可变时钟信号以及C1和C2控制信号的时序图。可变时钟信号具有由时钟分频比确定的频率和约50％的占空比。C1和C2控制信号具有与该可变时钟信号的频率相同的频率并且不交叠，以使得在任何给定时刻仅一个控制信号(若有)有效。例如，如图7中所示，在第一时钟相位期间，C1信号可以有效长达短于可变时钟信号的每个逻辑高脉冲的历时。同样如图7中所示，在第二时钟相位期间，C2信号可以有效长达短于可变时钟信号的每个逻辑低脉冲的历时。C1和C2控制信号也可按其他方式来生成。

图8示出图3中的自适应栅极驱动电路320内的栅极驱动电路350的示例性设计的示意图。在此设计中，栅极驱动电路350实现电荷泵，该电荷泵接收参考电压(Vref)并且生成用于nMOSFET 310的栅极偏置电压。Vref电压可以是电池电压、系统电源电压、或者某个其他电压。

在栅极驱动电路350内，开关810具有接收Vref电压的一个端子以及耦合至节点U的另一端子。开关820具有耦合至电路接地的一个端子以及耦合至节点V的另一端子。电容器830耦合在节点U与节点V之间。二极管840的阳极耦合至节点U且其阴极耦合至nMOSFET 310的栅极。开关850的一个端子耦合至节点V且其另一端子耦合至nMOSFET 310的源极。开关810和820由C1控制信号来控制。开关850由C2控制信号来控制。二极管840可用耦合在节点U与nMOSFET 310的栅极之间且由C2控制信号控制的开关来代替。

栅极驱动电路350如下操作。在与可变时钟信号上的逻辑高相对应的第一时钟相位期间，开关810和820闭合，并且开关850断开。电容器830由Vref电压充电，并且跨电容器830形成压降Vref。在与可变时钟信号上的逻辑低相对应的第二时钟相位期间，开关810和820断开，并且开关850闭合。电容器830耦合在nMOSFET 310的栅极与源极之间，并且在nMOSFET 310的栅极与源极之间施加跨电容器830的压降Vref。nMOSFET 310的栅极处的电压比nMOSFET 310的源极处的电压高约Vref(减去跨二极管840的压降)。栅极驱动电路350因此将其输入端处参考电路接地的Vref电压转换成nMOSFET310的栅极与源极之间约为Vref的电压差。

如图8中所示，nMOSFET 310具有栅源寄生电容器(Cgs)，Cgs可以由于nMOSFET 310较大的参差大小而相对较大以在nMOSFET 310导通时提供充分小的RDS_ON电阻。电容器830可以比Cgs电容器860小得多以减小电容器830的电路面积。例如，Cgs电容器860可以比电容器830大一百至一千倍。电容器830可以在第一时钟相位期间由Vref电压充电并且可在第二时钟相位期间将其电荷提供给Cgs电容器860。在许多时钟周期中相继的电荷转移之后，Cgs电容器860可被电容器830充电至Vref。

栅极漏泄电流流过Cgs电容器860并且减少Cgs电容器860上的电荷，这随后减小nMOSFET 310的栅极偏置电压。电容器830可按与时钟周期T相对应的频率f由Vref电压充电并向Cgs电容器860放电。在较低温度(例如，小于25℃)，栅极漏泄电流可以相对较低，并且电容器830可以能够在每个时钟周期T中提供该较低的栅极漏泄电流。因此，栅极偏置电压可得以维持，并且RDS_ON电阻可以相对较小。在较高温度(例如，大于100℃)，栅极漏泄电流可以相对较高，并且电容器830可能不能在每个时钟周期T中提供该较高的栅极漏泄电流。因此，栅极偏置电压可能在数个时钟周期之后降低相对较大的量，并且RDS_ON电阻可能增加较大的量。

可以通过以与较短时钟周期相对应的较快速率对电容器830进行充电来获得较大的驱动能力。例如，可以按与时钟周期T/2相对应的频率2f对电容器830进行充电。那么，可以按两倍速率对电容器830进行充电并且可向Cgs电容器860提供约两倍的电荷。一般而言，在以较快的速率对电容器830进行充电和放电时，电容器830可以能够提供较多的电荷和较大的驱动能力，并且可以能够对抗较大的栅极漏泄电流。对电容器830进行充电和放电的速率可以取决于栅极漏泄电流的量，后者可取决于温度。因此，可以根据温度来选择对电容器830进行充电和放电的速率。一般而言，可选择对电容器830进行充电和放电的速率以及电容器830的大小以提供使nMOSFET 310跨目标温度范围保持在期望工作区域中的充分的栅极驱动。

图8示出了接收Vref并且为nMOSFET 310提供约为Vref的Vgs的栅极驱动电路350的示例性设计的示意图。在另一设计中，栅极驱动电路接收Vref并且为nMOSFET提供大于Vref的Vgs。在此设计中，栅极驱动电路可包括(i)电压倍增器(例如，倍压器)以生成大于Vref的倍增电压，以及(ii)电荷泵以基于倍增电压来生成用于nMOSFET的Vgs。

图8还示出了用电荷泵来实现的栅极驱动电路350的示例性设计的示意图，该电荷泵接收来自Vref的电荷并且将该电荷提供给Cgs电容器860。栅极驱动电路也可用其他类型的具有可变驱动能力的电路来实现。

在一示例性设计中，一装置(例如，无线设备、IC、电路模块等)可包括控制电路和栅极驱动电路。控制电路(例如，图3中的控制电路340)可生成具有可变频率的至少一个控制信号，该可变频率是基于MOSFET(例如，图3中的nMOSFET 310)的感测温度来确定的。nMOSFET可以耦合在电源电压(例如，系统电源电压)和负载(例如，负载380)之间。栅极驱动电路(例如，栅极驱动电路350)可基于该至少一个控制信号来生成用于MOSFET的偏置电压。该装置还可包括感测MOSFET的温度的温度传感器(例如，温度传感器330)。

在一示例性设计中，控制电路可包括控制信号生成器(例如，图5中的控制信号生成器530)，该控制信号生成器接收具有可变频率的可变时钟信号并且基于该可变时钟信号来生成该至少一个控制信号。控制电路还可包括温度补偿电路和时钟分频器。温度补偿电路(例如，温度补偿电路510)接收指示MOSFET的感测温度的输入信号并且可基于该输入信号来确定时钟分频比。时钟分频器(例如，时钟分频器520)可基于该时钟分频比来对输入时钟信号进行分频以获得可变时钟信号。

在一示例性设计中，温度补偿电路可包括量化器和查找表。量化器(例如，图6A中的量化器610)可量化输入信号并且提供数字值。查找表(例如，查找表620)可接收该数字值并且提供时钟分频比。在另一示例性设计中，温度补偿电路可包括至少一个比较器和查找表。该至少一个比较器(例如，图6B中的比较器630和632)可将输入信号与至少一个阈值作比较并且提供至少一个输出信号。查找表(例如，查找表640)可接收该至少一个输出信号并且提供时钟分频比。在又一示例性设计中，控制电路可包括振荡器，该振荡器接收指示MOSFET的感测温度的输入信号并且提供可变时钟信号。温度补偿电路也可按其他方式来实现。

在一示例性设计中，栅极驱动电路可被实现为(或者可包括)电荷泵，该电荷泵接收该至少一个控制信号并且提供用于MOSFET的偏置电压。电荷泵可接收参考电压并且在MOSFET的栅极处提供偏置电压。MOSFET可包括nMOSFET。在这种情形中，偏置电压可以比MOSFET的源极电压高出由参考电压确定的量。

在一示例性设计中，栅极驱动电路可包括电容器(例如，图8中的电容器830)，其由参考电压来充电并且向MOSFET提供偏置电压。该至少一个控制信号可包括第一控制信号(例如，图8中的C1信号)和第二控制信号(例如，C2信号)。栅极驱动电路可包括第一和第二开关。第一开关(例如，开关810)可以耦合在参考电压与电容器之间并且可由第一控制信号控制。第二开关(例如，开关850)可以耦合在电容器与MOSFET之间并且可由第二控制信号控制。栅极驱动电路可包括附加的开关(例如，开关820)和/或其他电路(例如，二极管840)。

栅极驱动电路可具有(i)针对第一感测温度(例如，25℃)的第一驱动能力和(ii)针对比第一感测温度高的第二感测温度(例如，100℃)的比第一驱动能力大的第二驱动能力。栅极驱动电路可(i)针对第一感测温度基于第一频率的控制信号来生成偏置电压以及(ii)针对第二感测温度基于比第一频率高的第二频率的控制信号来生成偏置电压。MOSFET可(i)在第一感测温度时具有第一栅极漏泄电流以及(ii)在第二感测温度时具有比第一栅极漏泄电流高的第二栅极漏泄电流。栅极驱动电路可(i)在第一感测温度时提供第一偏置电流以及(ii)在第二感测温度时提供比第一偏置电流高的第二偏置电流以计及较高的第二栅极漏泄电流。

在一示例性设计中，控制电路和栅极驱动电路可生成偏置电压以使MOSFET的导通电阻在预定的温度范围上保持在目标电阻范围内。这可通过调整栅极驱动电路的驱动能力以计及MOSFET的随温度而变的栅极漏泄电流来达成，如以上所描述的。

图9示出用于生成用于MOSFET的偏置电压的过程900的示例性设计。可基于向负载提供电源电压的MOSFET的感测温度来确定具有可变频率的至少一个控制信号(框912)。可基于该至少一个控制信号来生成用于MOSFET的偏置电压(框914)。

在框912的一个设计中，可基于指示MOSFET的感测温度的输入信号来确定时钟分频比。例如，输入信号可被量化以获得数字值，并且可基于该数字值和查找表来确定时钟分频比。可基于该时钟分频比来对输入时钟信号进行分频以获得具有可变频率的可变时钟信号。该至少一个控制信号可基于该可变时钟信号来生成。

在框914的一个设计中，偏置电压可基于该至少一个控制信号和电荷泵来生成。偏置电压可基于(i)针对第一感测温度的第一驱动能力以及(ii)针对比第一感测温度高的第二感测温度的比第一驱动能力大的第二驱动能力来生成。

本文描述的自适应栅极驱动电路可在IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子设备等上实现。该自适应栅极驱动电路还可用各种IC工艺技术来制造，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)、N沟道MOS(N-MOS)、P沟道MOS(P-MOS)、双极结型晶体管(BJT)、双极CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)、异质结双极型晶体管(HBT)、高电子移动性晶体管(HEMT)、绝缘体上硅(SOI)等。

实现本文中所描述的自适应栅极驱动电路的装置可以是独立设备或者可以是较大设备的一部分。设备可以是(i)独立的IC，(ii)可以包括用于存储数据和/或指令的存储器IC的一个或多个IC的集合，(iii)RFIC，诸如RF接收机(RFR)或RF发射机/接收机(RTR)，(iv)ASIC，诸如移动站调制解调器(MSM)，(v)可嵌入在其他设备内的模块，(vi)接收机、蜂窝电话、无线设备、手持机或者移动单元，(vii)其他等等。

在一个或多个示例性设计中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的，盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims

1.一种装置，包括：

控制电路，配置成生成具有可变频率的至少一个控制信号，所述可变频率是基于耦合在电源电压与负载之间的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的感测温度来确定的；以及

栅极驱动电路，配置成基于所述至少一个控制信号来生成用于所述MOSFET的偏置电压。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

温度传感器，配置成感测所述MOSFET的温度。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括：

控制信号生成器，配置成接收具有所述可变频率的可变时钟信号并且基于所述可变时钟信号来生成所述至少一个控制信号。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制电路进一步包括：

温度补偿电路，配置成接收指示所述MOSFET的所述感测温度的输入信号并且基于所述输入信号来确定时钟分频比；以及

时钟分频器，配置成基于所述时钟分频比对输入时钟信号进行分频以获得所述可变时钟信号。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述温度补偿电路包括：

量化器，配置成量化所述输入信号并且提供数字值；以及

查找表，配置成接收所述数字值并且提供所述时钟分频比。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述温度补偿电路包括：

至少一个比较器，配置成将所述输入信号与至少一个阈值作比较并且提供至少一个输出信号；以及

查找表，配置成接收所述至少一个输出信号并且提供所述时钟分频比。

7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括：

振荡器，配置成接收指示所述MOSFET的所述感测温度的输入信号并且提供所述可变时钟信号。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述栅极驱动电路包括：

电荷泵，配置成接收所述至少一个控制信号并且提供用于所述MOSFET的所述偏置电压。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电荷泵被配置成接收参考电压并且在所述MOSFET的栅极处提供所述偏置电压，所述偏置电压比所述MOSFET的源极电压高出由所述参考电压确定的量。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述栅极驱动电路包括：

电容器，配置成由参考电压来充电并且向所述MOSFET提供所述偏置电压。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述至少一个控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，并且所述栅极驱动电路进一步包括：

耦合在所述参考电压与所述电容器之间并且由所述第一控制信号控制的第一开关，以及

耦合在所述电容器与所述MOSFET之间并且由所述第二控制信号控制的第二开关。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述栅极驱动电路具有针对第一感测温度的第一驱动能力并且具有针对比所述第一感测温度高的第二感测温度的比所述第一驱动能力大的第二驱动能力。

13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述栅极驱动电路针对第一感测温度基于第一频率的所述至少一个控制信号来生成所述偏置电压，并且针对比所述第一感测温度高的第二感测温度基于比所述第一频率高的第二频率的所述至少一个控制信号来生成所述偏置电压。

14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述MOSFET在第一温度时具有第一栅极漏泄电流并且在比所述第一温度高的第二温度时具有比所述第一栅极漏泄电流高的第二栅极漏泄电流，所述栅极驱动电路在所述第一温度时提供第一偏置电流并且在所述第二温度时提供比所述第一偏置电流高的第二偏置电流以计及较高的所述第二栅极漏泄电流。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述MOSFET包括N沟道MOSFET。

16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制电路和所述栅极驱动电路被配置成生成所述偏置电压以在预定的温度范围上使所述MOSFET的导通电阻保持在目标电阻范围内。

17.一种方法，包括：

生成具有可变频率的至少一个控制信号，所述可变频率是基于向负载提供电源电压的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的感测温度来确定的；以及

基于所述至少一个控制信号来生成用于所述MOSFET的偏置电压。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述生成至少一个控制信号包括基于具有所述可变频率的可变时钟信号来生成所述至少一个控制信号。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述生成至少一个控制信号进一步包括：

基于指示所述MOSFET的所述感测温度的输入信号来确定时钟分频比；以及

基于所述时钟分频比对输入时钟信号进行分频以获得所述可变时钟信号。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述确定时钟分频比包括：

量化所述输入信号以获得数字值；以及

基于所述数字值和查找表来确定所述时钟分频比。

21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述生成偏置电压包括基于所述至少一个控制信号和电荷泵来生成所述偏置电压。

22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述生成偏置电压包括基于针对第一感测温度的第一驱动能力以及基于针对比所述第一感测温度高的第二感测温度的比所述第一驱动能力大的第二驱动能力来生成所述偏置电压。

23.一种设备，包括：

用于生成具有可变频率的至少一个控制信号的装置，所述可变频率是基于用于向负载提供电源电压的装置的感测温度来确定的；以及

用于基于所述至少一个控制信号来生成用于所述用于提供的装置的偏置电压的装置。

24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述用于生成至少一个控制信号的装置包括用于基于具有所述可变频率的可变时钟信号来生成所述至少一个控制信号的装置。

25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述用于生成至少一个控制信号的装置进一步包括：

用于基于指示所述用于提供的装置的所述感测温度的输入信号来确定时钟分频比的装置；以及

用于基于所述时钟分频比对输入时钟信号进行分频以获得所述可变时钟信号的装置。

26.如权利要求25所述的设备，其特征在于，所述用于确定时钟分频比的装置包括：

用于量化所述输入信号以获得数字值的装置；以及

用于基于所述数字值来确定所述时钟分频比的装置。

27.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述用于生成偏置电压的装置包括用于基于所述至少一个控制信号和电荷泵来生成所述偏置电压的装置。

28.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述用于生成偏置电压的装置包括用于基于针对第一感测温度的第一驱动能力以及基于针对比所述第一感测温度高的第二感测温度的比所述第一驱动能力大的第二驱动能力来生成所述偏置电压的装置。

29.一种计算机程序产品，包括：

非瞬态计算机可读介质，包括：

用于使至少一台计算机指导生成具有可变频率的至少一个控制信号的代码，所述可变频率是基于向负载提供电源电压的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的感测温度来确定的；以及

用于使所述至少一台计算机指导基于所述至少一个控制信号来生成用于所述MOSFET的偏置电压的代码。