CN107395143A - 第三代半导体偏置电路一体化设计 - Google Patents

第三代半导体偏置电路一体化设计 Download PDF

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刘建波
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Abstract

本发明公开了第三代半导体偏置电路一体化设计，涉及微波射频领域，采用单电源供电，只加漏压，将输入端的射频信号耦合出来，将其快速检波成相应的波形形式，来控制其功率管的漏极电压。本发明包括：定向耦合器、功率放大器、稳压块、检波器、电位器、调制器；外电源供电至稳压块和调制器，稳压块分别检波器和调制器连接，并且分出栅极电压连接至功率放大器的输入端；检波器连接稳压块、调制器、电位器和负载；调制器分出漏极电压连接至功率放大器的输出端；射频输入至定向耦合器的输入端，功率放大器的输入端分别连接定向耦合器的输出端和栅极电压。此方法即可实现不同应用场合的需求(包括连续波或脉冲情况)，又可保证功率管的可靠性。

Description

第三代半导体偏置电路一体化设计
技术领域
本发明涉及微波射频领域，尤其涉及第三代半导体偏置电路一体化设计。
背景技术
目前大功率功放的应用中，工作频率在4GHz以下，以Si和GaAs等材料为代表的第一、二代晶体管几乎完全取代了电子管。随着半导体材料的发展，以SiC、GaN等材料为代表的第三代半导体晶体管逐步得到功放设计师的认可，但由于第三代半导体的特性，需要应用工程师掌握其固有的偏置特性，即功率管的栅压先于漏压加入功率管。应用工程师一般采用大功率的开关来实现此功能，这就需要比较复杂的时序电路，并且可靠性及射频相关参数得不到保证。我公司现采用的方法比较先进，我们采用单电源供电，只需加漏压即可，这样就避免了复杂的时序问题，我们首先将输入端的射频信号耦合出来，并将其快速检波成相应的波形形式，然后来控制其功率管的漏极电压，此方法即可实现不同应用场合的需求(包括连续波或脉冲情况)，又可保证功率管的可靠性。
发明内容
本发明的实施例第三代半导体偏置电路一体化设计，涉及微波射频领域，采用单电源供电，只加漏压，将输入端的射频信号耦合出来，将其快速检波成相应的波形形式，来控制其功率管的漏极电压。
本发明实施例提供的第三代半导体偏置电路一体化设计，包括：定向耦合器、功率放大器、稳压块、检波器、电位器、调制器、负载；
外电源供电至所述稳压块和所述调制器，所述稳压块分别与所述检波器和所述调制器连接，并且分出栅极电压连接至所述功率放大器的输入端；
所述检波器分别与所述稳压块、所述调制器连接，同时连接所述电位器和所述负载；
所述调制器分出漏极电压连接至功率放大器的输出端；
射频输入至所述定向耦合器的输入端，所述功率放大器的输入端分别连接所述定向耦合器的输出端和栅极电压。
进一步地，所述检波器与负载经过所述定向耦合器连接。
本发明的有益效果：本方案采用单电源工作模式，只需给功率管加入漏压即可工作，通过稳压器件将漏压变化成相应的栅压，并通过检波信号来调制其漏压，并控制其加电顺序，使得栅压先于漏压加入功率管，并且其工作模式选择(连续波或者脉冲模式)可通过电位器来实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的结构示意图。
图2为本发明提供的电路结构图。
图3为本发明常用NMOS开关驱动电路。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和 /或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例提供第三代半导体偏置电路一体化设计，功率管漏极调制通常采用NMOS或PMOS开关管及其相应驱动电路进行电源调制。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵等原因，在高端驱动中一般使用NMOS。如图3所示，是常用NMOS 开关驱动电路。
MOS管是电压驱动型器件，当栅极电压达到开启电压就能导通DS。
在设计时，如果MOS负载电流较大或频率较高时，就必须对栅极做前置驱动(如图3的N5)，保证足够短的时间能使栅极达到门限电压，并能快速放电，这样才能得到较好的波形。如果负载电流较小或对波形要求不严格时，可以直接用IO驱动。
另外，MOS管是电压驱动型器件，不需要电流但是需要电荷，我们可以将G极到地之间看作有一个电容，当开关频率很高的时候，即以很高频率往这个电容上充放电，当充电电流的能力越大，给这个电容充满所需的时间就越短，MOS开启越快，开关损耗也越小，效率更高。但是当大功率的情况下，电流和电压突变太快时，容易产生EMI 干扰，通过极间电容耦合到G极上面，导致有时不该开启时误导通了，甚至造成GS击穿，所以有时会串一个小电阻(R12)限制充电速度，保证输出信号的上升沿和下降沿的斜率。电阻(R13)下拉到地，防止MOS的G极悬空导致其开关状态不确定。这个下拉电阻一般选择10K级。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.第三代半导体偏置电路一体化设计，其特征在于，包括：定向耦合器、功率放大器、稳压块、检波器、电位器、调制器、负载；外电源供电至所述稳压块和所述调制器，所述稳压块分别与所述检波器和所述调制器连接，并且分出栅极电压连接至所述功率放大器的输入端；所述检波器分别与所述稳压块、所述调制器连接，同时连接所述电位器和所述负载；所述调制器分出漏极电压连接至功率放大器的输出端；射频输入至所述定向耦合器的输入端，所述功率放大器的输入端分别连接所述定向耦合器的输出端和栅极电压。
2.根据权利要求1所述的第三代半导体偏置电路一体化设计，其特征在于，所述检波器与负载经过所述定向耦合器连接。
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