CN104917467B - 一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路，调制信号及其经反相器后的反相信号同时输入逻辑电路，经延时后，输出高端NMOS驱动器输入信号和低端NMOS驱动器输入信号；高端NMOS驱动器输入信号和低端NMOS驱动器输入信号分别输入至高端NMOS驱动器和低端NMOS管驱动器中，高端NMOS驱动器和低端NMOS管驱动器的输出端分别连接至高端NMOS管和低端NMOS管的栅极；高端NMOS管的源极作为GaN 微波脉冲功率放大器的漏极电压端。本发明的电路避免了GaN微波脉冲功率放大器漏极电压端放电速度慢而产生拖尾现象，降低调制信号到漏极电压端的上升沿和下降沿延时时间，降低了漏极电压端的过冲电压幅度。

Description

一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路
技术领域
本发明涉及一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路。
背景技术
脉冲调制功率放大器已经大量应用于雷达及其它很多通信系统中。微波脉冲功率放大器的工作时，输入信号一般采用射频调制信号，同时对功放直接调制，即通过外部TTL信号控制功率放大器内部功率管工作状态和非工作状态。结合射频调制和功放直接调制，可以有效降低雷达的发射静噪电平，提高雷达的整体电源效率，保护末级大功率微波器件。功放直接调制采用两种调制方式：栅极调制和漏极调制电路。栅极调制电路容易实现，但也有潜在不利因素，即由于电路设计不合理，栅极电压存在过冲或毛刺，很容易损坏功率器件。漏极调制电路相对栅极调制电路更安全，但是由于漏极电流很大，选取的开关管要流过很大电流，要达到快速的开和关，电路设计相对比较复杂。GaAs微波功率器件一般采用漏极调制电路。但GaAs器件的工作电压一般不超过10V，漏极调制电路实现相对比较容易，通常采用PMOS管为开关管外加集成的PMOS管驱动器来实现。GaN功率微波放大器的工作电压可达28～50V，可采用高压PMOS管及分立的驱动管来实现，这种实现方式主要存在的缺点是开关速度慢，即调制信号TTL到GaN器件Vds的延时往往不能满足指标要求，而且Vds关断时有几个微秒的拖尾现象。所以本发明采用高压NMOS管外加集成NMOS管驱动器的方式，可有效减少TTL到Vds之间的时延以及Vds关断时产生的拖尾现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路，避免漏极电压Vds端放电速度很慢，产生拖尾现象，降低调制信号TTL到漏极电压Vds端的上升沿和下降沿延时时间。
为解决上述技术问题，本发明提供一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路，其特征是，包括反相器、逻辑电路、高端NMOS驱动器、低端NMOS管驱动器、高端NMOS管和低端NMOS管；
调制信号TTL及该信号经所述反相器后的反相信号同时输入逻辑电路，经所述逻辑电路延时后，输出一比调制信号TTL延时的高端NMOS驱动器输入信号和低端NMOS驱动器输入信号；
高端NMOS驱动器输入信号和低端NMOS驱动器输入信号分别输入至高端NMOS驱动器和低端NMOS管驱动器中，高端NMOS驱动器和低端NMOS管驱动器的输出端分别连接至高端NMOS管和低端NMOS管的栅极；
高端NMOS管的漏极接第二电源；高端NMOS管的源极作为GaN微波脉冲功率放大器的漏极电压端，同时与低端NMOS管的漏极相连；低端NMOS管NM2的源极接地。
高端NMOS管的源极同时还与第二钳位二极管的正极、第三钳位二极管的负极相连接；
第三钳位二极管的正极接地；第二钳位二极管的负极与高端NMOS管的漏极相连。
GaN微波脉冲功率放大器的输入射频信号为连续波或脉冲信号。
还包括一自举二极管和一自举电容；
自举二极管的正极同时接第一电源和低端NMOS管驱动器的电源端；自举二极管的负极同时连接自举电容的一端和高端NMOS驱动器的电源端；自举电容另一端与低端NMOS管的漏极连接。
当所述高端NMOS管关断时，所述低端NMOS管立即开启，漏极电压端迅速放电，降低调制信号TTL到漏极电压端的下降沿延时时间及拖尾现象。
本发明所达到的有益效果：
本发明的漏极调制电路就是通过改变功率管的漏极电压Vds，从0V(非工作状态)到正常工作电压(工作状态)快速变换，从而实现功放的调制。采用漏极调制电路可有效提高功率放大器的整体电源效率，减小雷达的发射静噪电平。
1.漏极调制电路可工作在28V～50V。
2.调制信号TTL与漏极电压Vds具有较小的上升沿延时和下降沿延时(<150ns)。
3.如果输入射频信号是连续波，则通过漏极调制后的脉冲射频信号的上升沿和下降沿小于50ns。
4.输入射频信号为脉冲的情况下，解决了漏极电压Vds关断时产生的“拖尾”现象。
5.采用钳位二极管，解决了输出端漏极电压Vds由于寄生电感效应引起的电压过冲现象，避免GaN微波功率器件烧毁。
附图说明
图1是漏极调制电路示意图；
图2是漏极调制电路时序图。
图中附图标记的含义：
t1-TTL到HI的上升沿延时，t2-HI到RFin的上升沿延时，t3-RFin到TTL的下降沿延时，t4-TTL到HI的下降沿延时，t5-HI到LI的下降沿延时。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，为本发明的电路原理图：TTL为输入漏极调制信号，RFin为GaN微波脉冲功率放大器的输入射频信号，射频信号可以为连续波也可以是脉冲信号。GaN微波脉冲功率放大器的输出信号为RFout。U1为反相器，U2为逻辑电路，主要实现信号可调延时以及防止高端NMOS驱动器输入信号HI、低端NMOS驱动器输入信号LI同时为高电平。U3为高端NMOS和低端NMOS管驱动器DH、DL。D1为自举二极管，Cboot为自举电容，U3的工作电压为10V。D2、D3为钳位二极管，防止GaN微波脉冲功率放大器漏极电压Vds电压过冲。NM1为一大功率高端NMOS管，NM2为一小功率低端NMOS管。
输入漏极调制信号TTL及该信号经一反相器U1后的反相信号同时输入逻辑电路U2，经逻辑电路U2可调延时作用后，输出一比输入漏极调制信号TTL延时的高端NMOS驱动器输入信号HI和低端NMOS驱动器输入信号LI，高端NMOS驱动器输入信号HI和低端NMOS驱动器输入信号LI分别输入至高端NMOS驱动器DH和低端NMOS管驱动器DL中，高端NMOS驱动器DH和低端NMOS管驱动器DL的输出端分别连接至高端NMOS管NM1和低端NMOS管NM2的栅极。高端NMOS管NM1的漏极接电源Vdd2，高端NMOS管NM1的源极作为GaN微波脉冲功率放大器漏极电压Vds，同时与低端NMOS管NM2的漏极、钳位二极管D2的正极、钳位二极管D3的负极相连接。低端NMOS管NM2的源极、钳位二极管D3的正极分别接地。钳位二极管D2的负极与高端NMOS管NM1的漏极相连。自举二极管D1的正极同时接电源Vdd1和低端NMOS管驱动器DL的电源端，自举二极管D1的负极同时连接自举电容Cboot的一端和高端NMOS驱动器DH的电源端，自举电容Cboot另一端与低端NMOS管NM2的漏极连接。
NM2主要的作用是：当NM1关断时，由于NM1源端存在寄生电容，如果没有NM2，漏极电压Vds端放电速度很慢，产生拖尾现象。当NM1关断时，NM2立即开启，漏极电压Vds端迅速放电，降低了TTL到漏极电压Vds端的下降沿延时时间。
如图2所示，具体的时序电路如下图：
TTL为输入漏极调制信号，本实施例中输入射频信号RFin为脉冲信号。HI为高端NMOS驱动器输入信号，LI为低端NMOS驱动器输入信号。RFin信号套嵌在TTL信号内，HI信号和LI信号不能同时为高，以防止两个NMOS管NM1、NM2同时导通。HI高电平宽度比LI的低电平宽度稍窄。t5主要取决于高端NMOS管NM1的关闭时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路，其特征是，包括反相器、逻辑电路、高端NMOS管驱动器、低端NMOS管驱动器、高端NMOS管、低端NMOS管和钳位二极管；
调制信号TTL及该信号经所述反相器后的反相信号同时输入逻辑电路，经所述逻辑电路延时后，输出一比调制信号TTL延时的高端NMOS驱动器输入信号和低端NMOS驱动器输入信号；
高端NMOS驱动器输入信号和低端NMOS驱动器输入信号分别输入至高端NMOS驱动器和低端NMOS管驱动器中，高端NMOS驱动器和低端NMOS管驱动器的输出端分别连接至高端NMOS管和低端NMOS管的栅极；
高端NMOS管NM1的漏极接第二电源；高端NMOS管的源极作为GaN 微波脉冲功率放大器的漏极电压端，同时与低端NMOS管的漏极相连；低端NMOS管NM2的源极接地。
2.根据权利要求1所述的一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路，其特征是，高端NMOS管的源极同时还与第二钳位二极管的正极、第三钳位二极管的负极相连接；
第三钳位二极管的正极接地；第二钳位二极管的负极与高端NMOS管的漏极相连。
3.根据权利要求1所述的一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路，其特征是，GaN微波脉冲功率放大器的输入射频信号为连续波或脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路，其特征是，还包括一自举二极管和一自举电容；
自举二极管的正极同时接第一电源和低端NMOS管驱动器的控制端；自举二极管的负极同时连接自举电容的一端和高端NMOS驱动器的控制端；自举电容另一端与低端NMOS管的漏极连接。
5.根据权利要求1所述的一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路，其特征是，当所述高端NMOS管关断时，所述低端NMOS管立即开启，漏极电压端迅速放电，降低调制信号TTL到漏极电压端的下降沿延时时间及拖尾现象。
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