CN110768648B - 一种tdd开关电路以及耗尽型半导体放大电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种TDD开关电路以及耗尽型半导体放大电路，该TDD开关电路包括正压开关器件、偏置电压模块和负压供电模块，偏置电压模块与正压开关器件的输入端连接，正压开关器件的输出端用于连接后端放大器，且正压开关器件具有正压供电管脚和接地管脚，负压供电模块与接地管脚连接，用于向正压开关器件供电，正压供电管脚连接于参考地，以使正压开关器件处于正压供电环境。本发明提供的一种TDD开关电路，更改正压供电器件的供电极性，使得该正压开关器件能够工作在负压供电的供电系统中且没有性能的损失，通过正压开关器件替代了原有的负压开关器件，极大地降低了成本，同时提高了开关器件的性能。

Description

一种TDD开关电路以及耗尽型半导体放大电路

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种TDD开关电路以及耗尽型半导体放大电路。

背景技术

在无线通信、雷达、数据链等领域，射频功率放大器是相关设备中必不可少的核心环节。从材料和工艺上划分，射频功率放大器器件有两类：增强型器件和耗尽型器件；从电路架构上划分，目前常见的射频功率放大器有A类(甲类)功率放大器、B类(乙类)功率放大器、AB类(甲乙类)功率放大器、C类功率放大器、前馈功率放大器、包络跟踪(ET，EnvelopeTracking)功率放大器、包络消除与恢复(EER，Envelope Elimination and Restoration)功率放大器、多尔蒂(Doherty)功率放大器等。其中以AB类功率放大器和多尔蒂功率放大器最为主流。除此之外，从通信制式上还可以分为FDD(Frequency Division Duplexing，频分双工)功率放大器和TDD(Time Devistion Duplexing，时分双工)功率放大器。

对于TDD模式工作的放大器，长期处于“导通工作——截至关闭”这一循环快速切换状态。放大器的导通截止状态靠不同的输入偏置电压实现。因此，TDD模式工作要求放大器的输入偏置电压快速切换于正常偏置电压和截止偏置电压两种状态之间。

对于增强型半导体器件，其输入偏置电压为正压；TDD模式工作时可以使用开关器件实现偏置电压在导通偏置电压值和关断偏置电压值(两者均为正压)之间快速切换。此开关器件工作在正压供电系统。

对于GaN等耗尽型半导体器件，其输入偏置电压为负值；TDD模式工作时需要开关器件实现偏置电压在导通值和关断值(两者均为负压)之间快速切换：由于被控制的对象为负压，开关也需要负压供电。而负压供电的器件成本高，开关性能也不如正压器件。

由于上述原因，负压开关已经成为GaN等耗尽型半导体器件TDD模式工作的一个技术短板。而目前尚无有效手段解决该问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TDD开关电路，其能够将正压器件应用到负压供电的开关电路中，提高开关性能，降低器件成本。

本发明的另一目的在于提供一种耗尽型半导体放大电路，能够实现偏置电压在导通值和关断值之间快速切换，并能够将正压器件应用到负压供电的开关电路中，提高开关性能，降低器件成本。

本发明是采用以下的技术方案来实现的。

一种TDD开关电路，包括正压开关器件、偏置电压模块和负压供电模块，偏置电压模块与正压开关器件的输入端连接，用于向正压开关器件提供第一偏置电压信号和第二偏置电压信号，正压开关器件的输出端用于连接后端放大器并选择性地向后端放大器提供第一偏置电压信号或第二偏置电压信号，且正压开关器件具有正压供电管脚和接地管脚，负压供电模块与接地管脚连接，用于向正压开关器件供电，正压供电管脚连接于参考地，以使正压开关器件处于正压供电环境。

进一步地，偏置电压模块包括第一偏置电压电路和第二偏置电压电路，第一偏置电压电路与正压开关器件的输入端连接，用于向正压开关器件提供第一偏置电压信号，第二偏置电压电路与正压开关器件的输入端连接，用于向正压开关器件提供第二偏置电压信号。

进一步地，正压开关器件上设置有第一选择输入端、第二选择输入端和公共输出端，第一偏置电压电路与第一选择输入端连接，第二偏置电压电路与第二选择输入端连接，公共输出端选择性地与第一选择输入端和第二选择输入端连接并用于连接后端放大器。

进一步地，第一偏置电压信号和第二偏置电压信号均为负压偏置信号，公共输出端用于向后端放大器提供负偏置电压。

一种耗尽型半导体放大电路，包括后端放大器和TDD开关电路，TDD开关电路包括正压开关器件、偏置电压模块和负压供电模块，偏置电压模块与正压开关器件的输入端连接，用于向正压开关器件提供第一偏置电压信号和第二偏置电压信号，且正压开关器件具有正压供电管脚和接地管脚，负压供电模块与接地管脚连接，用于向正压开关器件供电，正压供电管脚连接于参考地，以使正压开关处于正压供电环境。正压开关器件的输出端与后端放大器的输入端连接，用于选择性地向后端放大器输入第一偏置电压信号或第二偏置电压信号。

进一步地，后端放大器具有截止工作状态和导通工作状态，正压开关器件向后端放大器输入第一偏置电压信号时，后端放大器处于截止工作状态，正压开关器件向后端放大器输入第二偏置电压信号时，后端放大器处于导通工作状态。

进一步地，耗尽型半导体放大电路还包括输入偏置网络，输入偏置网络设置在后端放大器的输入端与正压开关器件的输出端之间，以使第一偏置电压信号或第二偏置电压信号与后端放大器相匹配。

进一步地，耗尽型半导体放大电路还包括输出偏置网络，输出偏置网络设置在后端放大器的输出端。

进一步地，耗尽型半导体放大电路还包括输入匹配网络和输出匹配网络，输入匹配网络设置在后端放大器的输入端，输出匹配网络设置在后端放大器的输出端。

进一步地，后端放大器为氮化镓放大器。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种TDD开关电路，将偏置电压模块与正压开关器件连接，正压开关器件与后端放大器连接，从而通过正压开关器件的选择后向后端放大器提供第一偏置电压信号或第二偏置电压信号。同时正压开关器件具有常规的正压供电管脚和接地管脚，负压供电模块与接地管脚连接，以向正压开关器件供电，正压供电管脚连接于参考地，从而使得该正压开关器件处于正压供电环境。本发明提供的一种TDD开关电路，灵活运用器件供电参考的相对性，更改正压供电器件的供电极性，使得该正压开关器件能够工作在负压供电的供电系统中且没有性能的损失，通过正压开关器件替代了原有的负压开关器件，极大地降低了成本，同时提高了开关器件的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本发明第一实施例筒的TDD开关电路的结构示意图；

图2为图1中正压开关器件的连接结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的耗尽型半导体放大电路的结构示意图；

图4为图3中正压开关器件与输入偏置网络的连接结构示意图。

图标：100-TDD开关电路；110-正压开关器件；111-正压供电管脚；113-接地管脚；115-第一选择输入端；117-第二选择输入端；119-公共输出端；130-偏置电压模块；131-第一偏置电压电路；133-第二偏置电压电路；150-负压供电模块；200-耗尽型半导体放大电路；210-后端放大器；230-输入偏置网络；250-输出偏置网络；270-输入匹配网络；290-输出匹配网络。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

正如背景技术中所言，对于TDD模式工作的放大器，长期处于“导通工作——截至关闭”这一循环快速切换状态。放大器的导通截止状态靠不同的输入偏置电压实现。因此，TDD模式工作要求放大器的输入偏置电压快速切换于正常偏置电压和截止偏置电压两种状态之间。这时可通过开关器件来实现，对于GaN等耗尽型半导体器件，其输入偏置电压为负值；TDD模式工作时需要开关器件实现偏置电压在导通值和关断值(两者均为负压)之间快速切换：由于被控制的对象为负压，开关器件也需要负压供电。本发明创造性地将正压开关器件放入负压供电环境中工作，既满足了快速切换的要求，又降低了成本，同时也提高了开关器件的性能。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

结合参见图1和图2，本实施例提供了一种TDD开关电路100，包括正压开关器件110、偏置电压模块130和负压供电模块150，偏置电压模块130与正压开关器件110的输入端连接，用于向正压开关器件110提供第一偏置电压信号和第二偏置电压信号。正压开关器件110的输出端用于连接后端放大器并选择性地向后端放大器提供第一偏置电压信号或第二偏置电压信号。且正压开关器件110具有正压供电管脚111和接地管脚113，负压供电模块150与接地管脚113连接，用于向正压开关器件110供电。正压供电管脚111连接于参考地，以使正压开关器件110处于正压供电环境。

需要说明的是，正压开关器件110在本实施例中的接线方式与其正常使用状况不同，在本实施例中正压供电管脚111和接地管脚113相反接，且此处正压开关器件110的参考地与后端放大器所在的电路的参考地相互独立且不同，对于该正压开关器件110来说，其自身的供电参考和正压环境下是完全一样的。因此，通过此“反接”的方法使得正压开关器件110可以工作在负压供电环境下且性能不受影响。

在本实施例中，负压供电模块150用于给正压开关器件110供电，该负压供电模块150相对独立存在，对正压开关器件110进行独立供电。当然，在本发明其他较佳的实施例中，负压供电模块150与外部电路中常规的正压供电模块并存，且当有多组供电模块并存时，多组供电模块可共享一个公共大地，并将该公共大地作为公共参考。

偏置电压模块130包括第一偏置电压电路131和第二偏置电压电路133，第一偏置电压电路131与正压开关器件110的输入端连接，用于向正压开关器件110提供第一偏置电压信号，第二偏置电压电路133与正压开关器件110的输入端连接，用于向正压开关器件110提供第二偏置电压信号。

正压开关器件110上设置有第一选择输入端115、第二选择输入端117和公共输出端119，第一偏置电压电路131与第一选择输入端115连接，第二偏置电压电路133与第二选择输入端117连接，公共输出端119选择性地与第一选择输入端115和第二选择输入端117连接并用于连接后端放大器。

需要说明的是，第一偏置电压信号和第二偏置电压信号均为负压偏置信号，公共输出端119用于向后端放大器提供负偏置电压，以满足后端放大器的电压需求。具体地，第一偏置电压信号用于使后端放大器工作在截止状态，第二偏置电压信号用于使后端放大器工作在导通状态，在控制信号的作用下，第一偏置电压信号和第二偏置电压信号由正压开关器件110选择后提供给后端放大器，实现其TDD模式的快速切换。

综上所述，本实施例提供了一种TDD开关电路100，灵活运用器件供电参考的相对性，更改正压供电器件的供电极性，使得该正压开关器件110能够工作在负压供电的供电系统中且没有性能的损失，通过正压开关器件110替代了原有的负压开关器件，极大地降低了成本，同时提高了开关器件的性能。

第二实施例

结合参见图3和图4，本实施例提供了一种耗尽型半导体放大电路200，包括后端放大器210、TDD开关电路100、输入偏置网络230、输出偏置电网络、输入匹配网络270和输出匹配网络290，其中TDD开关电路100的基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

TDD开关电路100包括正压开关器件110、偏置电压模块130和负压供电模块150，偏置电压模块130与正压开关器件110的输入端连接，用于向正压开关器件110提供第一偏置电压信号和第二偏置电压信号，且正压开关器件110具有正压供电管脚111和接地管脚113，负压供电模块150与接地管脚113连接，用于向正压开关器件110供电，正压供电管脚111连接于参考地，以使正压开关处于正压供电环境。正压开关器件110的输出端与后端放大器210的输入端连接，用于选择性地向后端放大器210输入第一偏置电压信号或第二偏置电压信号。输入偏置网络230设置在后端放大器210的输入端与正压开关器件110的输出端之间。输出偏置网络250设置在后端放大器210的输出端。输入匹配网络270设置在后端放大器210的输入端，输出匹配网络290设置在后端放大器210的输出端。具体地，输入匹配网络270和输出匹配网络290均为阻抗网络。

具体地，正压开关器件110上设置有第一选择输入端115、第二选择输入端117和公共输出端119，第一选择输入端115和第二选择输入端117均与偏置电压模块130连接，分别用于接收第一偏置电压信号和第二偏置电压信号，公共输出端119选择性地与第一选择输入端115和第二选择输入端117连接并用于连接后端放大器210。

在本实施例中，后端放大器210具有截止工作状态和导通工作状态，正压开关器件110向后端放大器210输入第一偏置电压信号时，后端放大器210处于截止工作状态，正压开关器件110向后端放大器210输入第二偏置电压信号时，后端放大器210处于导通工作状态。

在本实施例中，后端放大器210为氮化镓放大器，当然，此处后端放大器210也可以是其他耗尽型半导体器件例如砷化镓放大器或者氮化铝稼放大器，在此不作具体限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种TDD开关电路，其特征在于，包括正压开关器件、偏置电压模块和负压供电模块，所述偏置电压模块与所述正压开关器件的输入端连接，用于向所述正压开关器件提供第一偏置电压信号和第二偏置电压信号，所述正压开关器件的输出端用于连接后端放大器并选择性地向所述后端放大器提供第一偏置电压信号或第二偏置电压信号，且所述正压开关器件具有正压供电管脚和接地管脚，所述负压供电模块与所述接地管脚连接，用于向所述正压开关器件供电，所述正压供电管脚连接于参考地，以更改所述正压供电器件的供电极性，并使所述正压开关器件处于正压供电环境；

所述正压开关器件的参考地与所述后端放大器所在的电路的参考地相互独立且不同；

所述偏置电压模块包括第一偏置电压电路和第二偏置电压电路，所述第一偏置电压电路与所述正压开关器件的输入端连接，用于向所述正压开关器件提供所述第一偏置电压信号，所述第二偏置电压电路与所述正压开关器件的输入端连接，用于向所述正压开关器件提供所述第二偏置电压信号；其中，所述第一偏置电压信号和所述第二偏置电压信号均为负压偏置信号，公共输出端用于向所述后端放大器提供负偏置电压，所述第一偏置电压信号用于使所述后端放大器工作在截止状态，所述第二偏置电压信号用于使所述后端放大器工作在导通状态，在控制信号的作用下，所述第一偏置电压信号和所述第二偏置电压信号由所述正压开关器件选择后提供给所述后端放大器，实现其TDD模式的快速切换。

2.根据权利要求1所述的TDD开关电路，其特征在于，所述正压开关器件上设置有第一选择输入端、第二选择输入端和公共输出端，所述第一偏置电压电路与所述第一选择输入端连接，所述第二偏置电压电路与所述第二选择输入端连接，所述公共输出端选择性地与所述第一选择输入端和第二选择输入端连接并用于连接后端放大器。

3.一种耗尽型半导体放大电路，其特征在于，包括后端放大器和如权利要求1-2任一项所述的TDD开关电路，所述正压开关器件的输出端与所述后端放大器连接，用于选择性地向所述后端放大器输入所述第一偏置电压信号或所述第二偏置电压信号。

4.根据权利要求3所述的耗尽型半导体放大电路，其特征在于，所述后端放大器具有截止工作状态和导通工作状态，所述正压开关器件向所述后端放大器输入所述第一偏置电压信号时，所述后端放大器处于截止工作状态，所述正压开关器件向所述后端放大器输入所述第二偏置电压信号时，所述后端放大器处于导通工作状态。

5.根据权利要求3所述的耗尽型半导体放大电路，其特征在于，所述耗尽型半导体放大电路还包括输入偏置网络，所述输入偏置网络设置在所述后端放大器与所述正压开关器件的输出端之间。

6.根据权利要求5所述的耗尽型半导体放大电路，其特征在于，所述耗尽型半导体放大电路还包括输出偏置网络，所述输出偏置网络设置在所述后端放大器的输出端。

7.根据权利要求6所述的耗尽型半导体放大电路，其特征在于，所述耗尽型半导体放大电路还包括输入匹配网络和输出匹配网络，所述输入匹配网络设置在所述后端放大器的输入端，所述输出匹配网络设置在所述后端放大器的输出端。

8.根据权利要求4所述的耗尽型半导体放大电路，其特征在于，所述后端放大器为氮化镓放大器。