CN110168928A - 栅极驱动电路及其操控方法 - Google Patents

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Abstract

一种栅极驱动电路包括：下限钳位电路，上限钳位电路，和平均电路。下限钳位电路将晶体管的输入节点钳位在相对于晶体管的公共节点的最小电压，而上限钳位电路将晶体管的输入节点钳位在相对于晶体管的公共节点的最大电压，以及，平均电路设置输入节点相对于公共节点在特定时间段期间的平均电压值。晶体管包括公共节点，输出节点，和接收输入信号的输入节点。控制上限、下限和平均值连同下限和上限之间的快速转换控制输入信号的占空比。

Description

栅极驱动电路及其操控方法
相关申请的交叉引用
该专利合作条约(PCT)专利申请涉及并要求2016年12月9日提交的题为“栅极驱动电路及其操控方法”的美国非临时申请No.15/374,242的优先权，其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
技术领域
本公开的各方面涉及放大器，并且特别地，涉及一种栅极驱动电路及其操控方法。
背景技术
放大器是一种使得输入信号能够控制来自独立于信号的源的功率的设备，并且因此能够传送与输入信号具有某种关系并且通常大于输入信号的输出信号。对于功率放大器而言，主要考虑的是输出功率与效率。虽然真空技术仍在使用，但大多数现代功率放大器使用三端固态设备。这些三端设备(例如双极结型晶体管(BJT)、垂直和横向MOSFET、IGBT、GaN、HEMT等)典型地被用在其中一端在低功率输入和高功率输出之间是公共的，一端仅连接低功率输入，和一端仅连接高功率输出的配置中。例如，对于公共发射极配置中使用的BJT，发射极端是公共端，而基极仅连接低功率输入，以及集电极仅连接高功率输出。对于连接在公共源极配置中的MOSFET，源极是公共端，栅极仅连接到低功率输入，以及漏极仅连接高功率输出。在很多情况下，对公共端进行两个物理连接以防止输入和输出之间的公共电感(如开尔文连接)；然而，这不改变该设备作为三端设备的特性。采用三端设备的功率放大器的输出功率容量和效率显著受到在输入端和公共端之间提供良好控制的信号的能力的影响。
发明内容
根据一个方面，栅极驱动电路包括下限钳位电路，上限钳位电路，和平均电路。下限钳位电路将晶体管的输入节点钳位在相对于晶体管的公共节点的最小电压，而上限钳位电路将晶体管的输入节点钳位在相对于晶体管的公共节点的最大电压，以及，平均电路设置输入节点相对于公共节点在特定时间段期间的平均电压值。晶体管包括公共节点，输出节点，和接收输入信号的输入节点。控制上限、下限、和平均值连同下限和上限之间的快速转换控制输入信号的占空比。
附图说明
从下面对如附图所示的这些技术的具体实施例的描述，本公开的技术的各种特征和优势将变得明显。应当注意，附图不一定是按照比例的；而将重点放在说明技术构思的原理。而且，在附图中，附图中相同的参考标记可以在不同视图中指代相同的部分。附图仅描绘了本公开的典型实施例，因此，不应认为是对范围的限制。
图1A和图1B示出了根据本公开的一个实施例的示例栅极驱动电路，以及可以由该栅极驱动电路生成的相关波形；
图2示出了根据本公开的一个实施例的另一示例栅极驱动电路；
图3示出了根据本公开的一个实施例的再一示例栅极驱动电路；
图4示出了根据本公开的一个实施例的又一示例栅极驱动电路；
图5示出了根据本公开的一个实施例的两个栅极电路形成放大器的示例实现方案。
具体实施方式
本公开的实施例提供了一种用于控制控制信号的栅极驱动电路，所述控制信号包括可施加到晶体管的输入端(例如栅极)的最大、最小和平均电压电平。来自该电路的控制信号可以在不同操控条件(例如负载的变化、操控频率的变化、周围环境条件的变化，等等)下提供对晶体管的相对有效的操控。该栅极驱动电路对于某些类型的晶体管特别有用，例如氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)晶体管，其具有相对地接近其导通电压的击穿电压。
晶体管已经被用于实现开关应用，其中晶体管在其关闭和饱和状态下被操控。开关应用通常已经使用金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)器件来实现；然而，用于这些开关应用的MOSFET的性能本质上是有限的，这是由于相对于器件输入和输出电容以及耗散功率的能力的输出等效串联源极到漏极电阻的原因，其经常限制放大器性能。本发明的实施例通过可以能够使用其他晶体管设计(例如GaN HEMT器件)的栅极驱动电路提供了针对这种限制的解决方案，对于相同的输入和输出电容，所述其他晶体管设计的输出等效串联电阻低于其MOSFET对应物的等效串联电阻，因此能够提高性能。
高电子迁移率晶体管(HEMT)是一种包含具有不同带隙的两种材料之间的结(即异质结)作为沟道的场效应晶体管(FET)，而不是如MOSFET器件的通常情况那样具有掺杂的区域作为沟道。常用的材料组合为具有AlGaAs的GaAs，具有AlGaN的GaN，和具有AlGaIn的GaIn。由于使用GaN的HEMT器件的高功率性能，因此使用GaN的HEMT器件已经被证明是有利的。像其他基于FET的器件那样，HEMT被用在集成电路中作为数字通断开关。这些HEMT还可以用作使用小电压作为控制信号的大量电流的放大器。FET独特的电流-电压特性使得这两种用途成为可能。
通常地，使用MOSFET晶体管已经开发了射频(RF)放大器。然而，主要由于输出等效串联电阻的原因，这些MOSFET的高频性能受到限制。HEMT晶体管具有比其MOSFET更低的输出等效串联电阻。由于这个特征，HEMT晶体管经常被制造为比MOSFET物理上更小，这降低了HEMT晶体管的等效输出电容，其转而增加了HEMT晶体管的高频性能。尽管如此，这种尺寸上的减小限制了它们可以耗散的热量的量。因此，HEMT晶体管的使用应该被配置为有效地操作以使得它们超过通常的MOSFET设计的固有优势可以得到实现。
HEMT晶体管的另一个挑战是它们相对低的栅极-到-源极击穿电压电平。例如，由HEMT器件经历的典型的栅极-到-源极击穿电压约为±10.0伏。为了有效地操控HEMT器件，栅极应该被驱动至约为7.0伏以导通HEMT器件，和低至-3.0伏以关断HEMT器件。因此，存在相对窄的电压范围，用于关断HEMT器件(例如，-3.0伏至-10.0伏)和在未达到击穿电压的情况下导通HEMT器件(例如，7.0伏至10.0伏)。这与有效操控的典型通/断电平为10/0伏和在±30V时发生击穿的MOSFET具有可比性。
图1A和图1B示出了根据本公开的一个实施例的示例栅极驱动电路100以及可以由栅极驱动电路100生成的相关的波形102。栅极驱动电路100的实施例可以为上述挑战和其他与可具有相对低的栅极-到-源极击穿电压的晶体管(例如HEMT器件)相关的挑战提供解决方案。被示出的栅极驱动电路100与晶体管104连接。如图所示，栅极驱动电路100包括耦合在一起的下限钳位电路106，上限钳位电路108，和平均电路110。具体地，下限钳位电路106，上限钳位电路108，和平均电路110被耦合到晶体管104的输入节点(例如，栅极)和公共节点(例如，源极)，用于控制晶体管104如何导通或关断。
如本文下面将详细描述的，下限钳位电路106将输入信号源112提供的信号钳位成高于晶体管104的公共节点(栅极到源极)负输入击穿电压，而上限钳位电路108将该信号钳位成低于晶体管104的公共节点正输入击穿电压，同时，平均电路110在晶体管的输入节点(例如栅极)提供相对于公共节点(例如源极)的直流(DC)偏置以使得公共节点电压的平均(在时间上)输入是被控制的。在一个具体示例中，晶体管104可以是HEMT晶体管。
控制公共节点电压输入的上限、下限、和平均值提供了一种控制晶体管的占空比的手段。例如，使用上限VH、下限VL以及平均值VM，假设下限和上限之间的相对快速转换，假设当公共节点电压的输入为高时该晶体管是导通的，晶体管处于导通状态的时间占比(占空比，D)满足等式：D VH+(1-D)VL＝VM或D＝(VM-VL)/(VH-VL)。例如，以具有上限为VH＝6且下限为VL＝-3的40％占空比为目标，需要VM＝0.6V的平均电压。在许多情况下，平均电压为零是方便的，以使得图1中的电压源VM可以用短路代替。在这种情况下，以具有VH＝6和VM＝0的40％占空比为目标，可需要VL＝-4V的下限。良好的占空比控制对于许多类型的放大器的有效操控至关重要。例如，只有占空比等于设计目标(典型地50％)时，E级放大器才能实现零伏开关。对于D级软开关放大器，重要的是具有良好控制的死区时间，死区时间转而可以通过控制每个开关的占空比来被控制。当晶体管以零伏开关方式操控时，效率得到提高。此外，零伏开关也可以减少电磁干扰(EMI)的不利影响，因此增强了放大器的EMI性能。
在一个实施例中，平均电路110可以生成自适应的DC偏置电压。呈现给放大器的负载阻抗的变化或所需的输出功率的变化可以需要改变公共节点输入波形以优化放大器性能。性能优化可以包括优化效率和稳定性。因此，平均电路110可增加或减小施加于晶体管104的输入端的DC偏置以保障优化的操控。
如图所示，栅极驱动电路100也可以包括输入匹配网络116。放大器典型地需要将负载120匹配到晶体管104的输出端的输出匹配网络118。输出网络118也被假设为包含电源，放大器从该电源汲取电力以产生输出功率。
虽然示出的栅极驱动电路100被实现为包括晶体管104的放大器，其放大晶体管104的输入信号以形成晶体管104的输出信号，并被提供给负载120，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以预期利用其他拓扑结构来实现栅极驱动电路100。例如，可使用用于驱动无刷直流(DC)电动机的开关电路，或用于驱动开关模式功率转换器的脉冲宽度调制(PWM)电路来实现栅极驱动电路100。
图1B示出了根据本公开的一个实施例的输入信号的示例波形102，使用栅极驱动电路100可以将该输入信号施加到晶体管104的相对于公共节点(例如源极)的输入节点(例如栅极)。通常，波形102包括多个正在进行的输入信号接近高限VH的高区域122，和多个正在进行的信号接近低限VL的低区域124。高区域122具有持续时间TH，其表示输入信号高于平均值VM的时间量，而低区域124具有持续时间TL，其表示输入信号低于平均值VM的时间量。占空比被定义为D＝TH/(TH+TL)。
为了将占空比控制到期望值，输入信号的DC偏置可以通过平均电路110增加或减小。如该具体示例所示，上限钳位电路108将输入电压钳位在约为VH＝6.4伏，而下限钳位电路106将输入电压钳位在约为VL＝-3.4伏。为了达到例如40％的占空比，由偏置电源(110，210，310，410或510)设置的平均值VM应该约为DVH+(1-D)VL＝0.4x6.4+(1-0.4)x-3.4＝0.52V。使用单词“约”是因为做出了假设信号在VL和VH之间的转换是相对快速的近似。
虽然已经示出和描述了示例上限钳位电压，下限钳位电压，和DC偏置补偿的具体值，应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可使用任何适当的上限钳位电压，下限钳位电压，和DC偏置补偿的电平。例如，可以基于所使用的晶体管的类型或基于制造工艺的特定类型来选择上限钳位电压，下限钳位电压，和DC偏置补偿。
上限钳位电路108可以包括耦合到上限电压源132的二极管130，其中二极管130被配置为使得当输入电压高于上限电压电平时开始导电，上限电压电平等于上限电压源132加二极管130两端的电压降。另外，下限钳位电路106可包括耦合到下限电压源136的二极管134，其中二极管134被配置为使得当输入电压低于下限电压电平时开始导电，下限电压电平等于下限电压源136加二极管134两端的电压降。在一个实施例中，二极管130和134包括肖特基二极管，其中它们的有源元件由碳化硅材料制成。
上限电压源132、下限电压源136、和平均电路110可以包括任何适当类型的组件和拓扑配置。例如，上限电压源132和下限电压源136的任一个或二个和平均电路110可以包括与电阻以串联配置耦合的齐纳二极管或由短路代替。在一个实施例中，其中配置有其他电路系统的栅极驱动电路100，上限电压源132和下限电压源136中的任一个，和平均电路110可用于为其他电路系统的一个或多个其他组件提供电力，以增强整个电路的效率。钳位源132和136通常仅吸收功率，并且该功率可以再循环或被耗散。偏置源110可以传递或吸收功率，并且当设置为零伏时，可以用短路代替，因此既不传递也不吸收功率。
图2示出了根据本公开另一个实施例的另一示例栅极驱动电路200。当栅极驱动电路200与晶体管204连接时形成放大器。栅极驱动电路200包括如上面结合图1中栅极驱动电路100示出和描述的那样连接和操作的下限钳位电路206，上限钳位电路208，平均电路210输入匹配网络216，和输出匹配网络218。然而，图2中栅极驱动电路200的不同之处在于其包括将输入信号源112耦合到晶体管204的输入节点的变压器280。引入变压器280以隔离输入信号上存在的任何DC偏置，防止传播到栅极驱动电路200。因此，变压器280可以增强由平均电路提供的DC偏置对偶然扰动的抗扰度，否则会对平均电路210保持所需的占空比的能力产生不利影响。
图3示出了根据本公开的再一个实施例的再一示例栅极驱动电路300。当栅极驱动电路300与晶体管304连接时形成放大器。栅极驱动电路300包括如上面结合图2中栅极驱动电路200描述和示出的那样连接和操作的晶体管304，下限钳位电路306，上限钳位电路308，平均电路310，输入匹配网络316，输出匹配网络318，和变压器380。然而，图3中栅极驱动电路300的不同之处在于其包括耦合在平均电路310和晶体管204的输入端(例如栅极)之间的电阻器342和电容器343。
可以包括电阻器342以抑制提供到晶体管304的输入端的输入信号的振幅。换言之，电阻器342可以通过限制过大的输入信号振幅来提高栅极驱动电路300的性能，否则可能过度驱动晶体管304的输入端。本质上，电阻器342可以影响精确控制晶体管304的瞬间导通和关断次数之间的折衷，以改善输入过度驱动抑制。
可以引入电容器344以在输入信号源112和晶体管304之间提供高通滤波器，以使得来自输入信号源112的RF分量被加强，同时输入信号源112的DC分量被抑制。在一些情况下，可以选择电容器344的电容和电阻器342的电阻以调整栅极驱动电路300的性能特性，例如栅极驱动电路300起作用的期待的频率范围，输入信号源112的输入阻抗范围，或负载120的期待的输出阻抗范围。
图4示出了根据本公开的再一实施例的再一示例栅极驱动电路400。栅极驱动电路400包括多个栅极驱动电路402，每个栅极驱动电路402提供输入信号到晶体管404，且提供如参考上面图1中栅极驱动电路100示出和描述的那样连接和操作的下限钳位电路406，上限钳位电路408，平均电路410。然而，图4中栅极驱动电路400的不同之处在于其包括将多个输入信号源112耦合到每个栅极驱动电路402的晶体管404的输入端的驱动分配和输入匹配网络416，和将晶体管404耦合到负载120的输出匹配和功率组合网络418。
驱动分配和输入匹配网络416匹配输入信号源112中的每一个的输出阻抗和栅极驱动电路405的输入阻抗。在一些情况下，也可包括驱动分配和输入匹配网络416以隔离出现在输入信号上的任何DC偏置，以防止传播到每个栅极驱动电路400。另一方面，输出匹配和功率组合网络418匹配晶体管404中的每一个的输出阻抗和负载120的阻抗，并也可隔离出现在晶体管404的任何DC偏置，防止传播到负载120。
这种配置可用于提供比单个栅极驱动配置所提供的放大相对更大的放大，例如，这对于在公共集成基板上整体地形成一个或多个HEMT器件是有益的。然而，当HEMT器件以这种方式配置时，由于热耗散能力原因，它们的尺寸可能是受到限制的，因此限制了由单个HEMT器件提供的功率传输能力。本公开的实施例通过采用驱动分配和输入匹配网络416和输出匹配和功率组合网络418，可以为这个问题提供解决方案，驱动分配和输入匹配网络416和输出匹配和功率组合网络418可以组合多个HEMT器件的功率传输特性，使得总功率传输特征得到加强。
图5示出了根据本公开的另一个实施例的两个栅极驱动电路形成具有推挽式配置的放大器500的实现。放大器500包括如图所示耦合在一起的第一栅极驱动电路502’和第二栅极驱动电路502”，各自相应的晶体管504’和504”，输入匹配网络516，输入变压器540，输出变压器542，和输出匹配网络518。如图所示的放大器500可以以任何适当的模式进行操作，例如B类，C类，D类，E类，和/或F类操作模式。
栅极驱动电路502’包括耦合到晶体管504’的下限钳位电路506’，上限钳位电路508’，电阻器532’和电容534’。栅极驱动电路502”包括耦合到晶体管504”的下限钳位电路506”，上限钳位电路508”，电阻器532”，和电容器534”。输入平均源510’对于两个栅极驱动电路是公共的。
如图所示，输入平均电路510’和电源510”中的每一个包括电压源；尽管如此，应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，输入平均电路510’和电源510”中的每一个可以包括任何适当的类型和数量的组件，包括用短路代替510’。
根据本公开的一个实施例，由输入匹配电路502’，502”和平均源510’控制的晶体管占空比以及各种其他组件特性(例如，输出变压器542的磁化电感)的选择，针对负载120的范围和传送到这些负载的功率电平，维持了晶体管504’和504”零伏开关。为了针对负载和这些负载的功率电平的所有组合实现这一点，可以调节平均源510’。
应当相信通过前面的描述，将理解本公开及其伴随的优势，并且在不脱离所公开的主题的精神和范围或不牺牲其所有主要优点的情况下，显而易见的可以在组件形式、结构、和布置方面进行各种变化。所描述的形式仅仅是解释性的，而且下面的权利要求旨在包含和包括这些变化。
尽管已经结合各种实施例描述了本公开，应当理解这些实施例是说明性的，并且本公开的范围不限于这些实施例。许多变化、修改、添加、和改进是可能的。更广泛地，已经在具体实现方式的上下文中描述了根据本公开的实施例。在本公开的各种实施例中，功能可以是分开的或不同地成批组合的，或可以用不同术语来描述。这些和其他变化、修改、添加、和改进可落入如下权利要求中所限定的本公开的范围内。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种栅极驱动电路，包括：
驱动信号输入端；
下限钳位电路，耦合到包括输出节点的晶体管的输入节点和公共节点，所述输入节点耦合到所述驱动信号输入端以接收施加在所述输入节点和所述公共节点之间的具有占空比的输入信号，所述下限钳位电路将所述晶体管的所述输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最小电压，所述下限钳位电路包括耦合在第一源和所述输入节点之间的第一二极管；
上限钳位电路，耦合到所述晶体管的所述输入节点和所述公共节点，所述上限钳位电路将所述晶体管的输入节点钳位在相对于所述公共节点的最大电压，所述上限钳位电路包括耦合在第二源和所述输入节点之间的第二二极管；和
平均电路，耦合到所述晶体管的所述输入节点和所述公共节点，所述平均电路在所述晶体管的所述输入节点提供直流偏置以相对于所述公共节点设置在所述输入节点接收的所述输入信号的平均电压。
2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中所述输入信号包括正弦信号，和所述栅极驱动电路包括放大器的一部分。
3.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中所述晶体管包括氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，和其中所述输入节点包括所述GaN HEMT器件的栅极。
4.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中所述栅极驱动电路包括另一电路的一部分，所述第一源和所述第二源中的至少一个用于为所述另一电路的所述部分供电。
5.一种栅极驱动电路，包括：
驱动信号输入端；
下限钳位电路，耦合到包括输出节点的晶体管的输入节点和公共节点，所述输入节点耦合到驱动信号输入端，所述输入节点接收施加在所述输入节点和所述公共节点之间的具有一定占空比的输入信号，所述下限钳位电路将所述晶体管的所述输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最小电压；
上限钳位电路，耦合到所述晶体管的所述输入节点和所述公共节点，所述上限钳位电路将所述晶体管的输入节点钳位在相对于所述公共节点的最大电压；
平均电路，在所述晶体管的所述输入节点提供直流偏置以相对于所述公共节点设置在所述输入节点接收的所述输入信号的时间上平均的平均电压；和
变压器，耦合在所述晶体管的所述输入节点和驱动信号输入端之间，所述变压器用于隔离所述输入信号的偏置和由所述平均电路提供的所述直流偏置。
6.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，还包括电阻器，耦合在所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间，所述电阻器抑制提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的振幅。
7.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，还包括电容器，耦合在所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间，所述电容器将提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的交流(AC)分量旁路掉。
8.配置在放大器中的多个根据权利要求1所述的栅极驱动电路，每个栅极驱动电路的所述驱动信号输入端通过驱动分配和输入匹配网络耦合到所述输入信号，每个晶体管的所述输出节点通过输出匹配和功率组合网络耦合到负载。
9.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中所述平均电路包括第三直流(DC)源，用于将直流(DC)偏置施加到所述输入信号来调整所述输入信号的零伏交叉点。
10.一种栅极驱动方法，包括：
通过具有输入节点、公共节点、和输出节点的至少一个晶体管接收一定频率的输入信号，并提供放大的输出信号；
使用耦合到所述晶体管的所述输入节点和所述公共节点的下限钳位电路，将所述晶体管的所述输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最小电压，所述下限钳位电路包括耦合在第一源和所述输入节点之间的第一二极管；
使用耦合到所述晶体管的所述输入节点和所述公共节点的上限钳位电路，将所述晶体管的所述输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最大电压，所述上限钳位电路包括耦合在第二源和所述输入节点之间的第二二极管；和
在所述晶体管的所述输入节点提供直流偏置。
11.根据权利要求10所述的栅极驱动方法，还包括驱动具有正弦信号的所述输入信号。
12.根据权利要求10所述的栅极驱动方法，还包括使用耦合在所述晶体管的所述输入节点和所述输入信号之间的变压器，将所述输入信号的偏置与所述直流偏置隔离。
13.根据权利要求10所述的栅极驱动方法，还包括使用与所述晶体管的所述输入节点串联耦合的电阻器，抑制提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的振幅。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括使用与所述电阻器并联耦合的电容器，将提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的交流(AC)分量旁路掉。
15.一种电路，包括：
放大器，包括：
下限钳位电路，包括耦合到第一二极管的第一直流(DC)源，所述第一二极管耦合到包括输入节点、公共节点和输出节点的晶体管的输入节点，所述输入节点用于接收一定频率的输入信号和在所述输出节点提供放大的输出信号，所述下限钳位电路将所述晶体管的输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最小电压；
上限钳位电路，包括耦合到第二二极管的第二直流(DC)源，所述第二二极管耦合到所述晶体管的所述输入节点，所述上限钳位电路将所述晶体管的所述输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最大电压；和
平均电路，包括耦合到所述晶体管的所述输入节点的第三DC源，所述平均电路在所述晶体管的所述输入节点提供直流偏置。
16.根据权利要求15所述的电路，其中所述晶体管包括氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，并且其中所述输入节点包括所述GaN HEMT器件的栅极。
17.根据权利要求15所述的电路，其中所述放大器还包括变压器，所述变压器耦合在所述晶体管的输入节点和所述输入信号之间，所述变压器用于将所述输入信号的偏置与由所述平均电路提供的所述直流偏置隔离。
18.根据权利要求15所述的电路，其中所述放大器还包括电阻器，所述电阻器耦合在所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间，所述电阻器抑制提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的振幅。
19.根据权利要求15所述的电路，其中所述放大器还包括电容器，所述电容器耦合在所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间，所述电容器将提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的AC分量旁路掉。
20.根据权利要求3所述的栅极驱动电路，其中所述最小电压和所述最大电压被设置为操控所述GaN HEMT器件但未达到所述GaN HEMT的栅极到源极击穿电压，以及在所述晶体管的所述输入节点的所述直流偏置用于设置在所述输入节点接收的所述输入信号的所述平均电压以控制所述占空比。
21.根据权利要求16所述的电路，其中所述最小电压和所述最大电压被设置为操控所述GaN HEMT器件但未达到所述GaN HEMT的栅极到源极击穿电压。
22.根据权利要求5所述的栅极驱动电路，其中所述下限钳位电路包括耦合在第一直流(DC)源和所述输入节点之间的第一二极管，和所述上限钳位电路包括耦合在第二直流(DC)源和所述输入节点之间的第二二极管。

Claims (20)

1.一种栅极驱动电路，包括：
驱动信号输入端；
下限钳位电路，耦合到包括输出节点的晶体管的输入节点和公共节点，所述输入节点耦合到所述驱动信号输入端以接收施加在所述输入节点和所述公共节点之间的输入信号，所述下限钳位电路将所述晶体管的所述输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最小电压；
上限钳位电路，耦合到所述晶体管的所述输入节点和所述公共节点，所述上限钳位电路将所述晶体管的输入节点钳位在相对于所述公共节点的最大电压；和
平均电路，耦合在所述晶体管的所述输入节点和所述公共节点，所述平均电路在所述晶体管的所述输入节点提供直流偏置以设置所述输入节点相对于所述公共节点的时间平均电压。
2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中所述输入信号包括正弦信号，和所述栅极驱动电路包括放大器的一部分。
3.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中所述晶体管包括氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，和其中所述输入节点包括所述GaN HEMT器件的栅极。
4.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中所述下限钳位电路包括耦合在所第一直流(DC)源和所述输入节点之间的第一二极管，和所述上限钳位电路包括耦合在第二直流(DC)源和所述输入节点之间的第二二极管。
5.根据权利要求4所述的栅极驱动电路，其中所述栅极驱动电路包括另一电路的一部分，所述下限钳位电路和所述上限钳位电路中的至少一个的电压源用于为所述另一电路的所述部分供电。
6.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，还包括变压器，耦合到所述晶体管的所述输入节点和驱动信号输入端之间，所述变压器用于隔离施加到所述信号输入的所述输入信号的直流(DC)偏置和由所述平均电路提供的所述DC偏置。
7.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，还包括电阻器，耦合到所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间，所述电阻器抑制提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的振幅。
8.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，还包括电容器，耦合到所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间，所述电容器将提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的交流(AC)分量旁路掉。
9.配置在放大器中的多个根据权利要求1所述的栅极驱动电路，每个栅极驱动电路的所述驱动信号输入端通过驱动分配和输入匹配网络耦合到所述输入信号，每个晶体管的所述输出节点通过输出匹配和功率组合网络耦合到负载。
10.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中所述平均电路包括直流(DC)源，用于将DC偏置施加到所述输入信号来调整所述输入信号的零伏交叉点。
11.一种栅极驱动方法，包括：
通过具有输入节点、公共节点、和输出节点的至少一个晶体管接收一定频率的输入信号，并在所述输出节点提供放大的输出信号；
使用耦合到所述晶体管的所述输入节点和所述公共节点的下限钳位电路，将所述晶体管的所述输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最小电压；
使用耦合到所述晶体管的所述输入节点和所述公共节点的上限钳位电路，将所述晶体管的所述输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最大电压；和
在所述晶体管的所述输入节点提供直流偏置。
12.根据权利要求11所述的栅极驱动方法，还包括驱动具有正弦信号的所述输入信号，其中所述栅极驱动电路包括放大器的一部分。
13.根据权利要求11所述的栅极驱动方法，还包括使用耦合在所述晶体管的所述输入节点和所述输入信号之间的变压器，将所述输入信号的直流(DC)偏置与由所述平均电路提供的所述DC偏置隔离。
14.根据权利要求11所述的栅极驱动方法，还包括使用耦合在所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间的电阻器，抑制提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的振幅。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括使用耦合在所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间的电容器，将提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的交流(AC)分量旁路掉。
16.一种电路，包括：
放大器，包括：
下限钳位电路，包括耦合到第一二极管的第一直流(DC)源，所述第一二极管耦合到包括输入节点、公共节点和输出节点的晶体管的输入节点，所述输入节点用于接收一定频率的输入信号和在所述输出节点提供放大的输出信号，所述下限钳位电路将所述晶体管的输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最小电压；
上限钳位电路，包括耦合到第二二极管的第二直流(DC)源，所述第二二极管耦合到所述晶体管的所述输入节点，所述上限钳位电路将所述晶体管的所述输入节点钳位在相对于所述晶体管的所述公共节点的最大电压；和
平均电路，包括耦合到所述晶体管的所述输入节点的第三DC源，所述平均电路在所述晶体管的所述输入节点提供直流偏置。
17.根据权利要求16所述的电路，其中所述晶体管包括氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，并且其中所述输入节点包括所述GaN HEMT器件的栅极。
18.根据权利要求16所述的电路，其中所述放大器还包括变压器，所述变压器耦合在所述晶体管的输入节点和所述输入信号之间，所述变压器用于将所述输入信号的所述直流(DC)偏置与由所述平均电路提供的所述DC偏置隔离。
19.根据权利要求16所述的电路，其中所述放大器还包括电阻器，所述电阻器耦合在所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间，所述电阻器抑制提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的振幅。
20.根据权利要求16所述的电路，其中所述放大器还包括电容器，所述电容器耦合在所述平均电路和所述晶体管的所述输入节点之间，所述电容器将提供到所述晶体管的所述输入节点的所述输入信号的AC分量旁路掉。
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