CN110870200A - 供电电路 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，一种供电电路，通过至少一个功率晶体管(P)，将控制信号传输到栅极支路(G)。所述供电电路包括至少一个初级晶体管(T1)，至少一个初级电阻(R1)，连接在所述初级晶体管(T1)漏极支路(D)和地之间；至少一个次级电阻(R2)，一侧连接到初级晶体管(T1)的源极支路(S)，并连接到初级晶体管(T1)的栅极支路(G)，另一侧连接到电源(A)；至少一个次级晶体管(T2)，从栅极支路(G)连接到初级晶体管(T1)的漏极支路(D)，从漏极支路(D)连接到地，并通过来自源极支路(S)的至少一个第三电阻(R3)连接到所述电源(A)；以及至少一个控制信号输出端(C)，连接到所述次级晶体管(T2)的源极支路(S)，通过功率晶体管(P)将控制信号传输到栅极支路(G)。

Description

供电电路
技术领域
本发明涉及特别适用于RF/MW功率放大器的片上电流可驱动栅极供电电路。
背景技术
多层大功率RF/MW功率放大器(功率晶体管)用于放大射频(RF)和微波(MW)信号的功率。在所述多层大功率RF/MW功率放大器中，待放大的RF-MW信号和控制信号连接到晶体管的栅极，从所述晶体管的漏极支路接收RF/MW信号。这里所述控制信号(栅极信号)控制晶体管的操作。然而，大功率的RF-MW信号可能在晶体管的栅极支路产生反向电流。由于该电流改变了晶体管的栅极电压，因此所述控制信号不能以期望的灵敏度控制晶体管的操作。
为了灵敏地控制所述功率放大器的操作，向晶体管提供控制电流的栅极供电电路，其对抗各种环境条件的强度应该要高。这里提到的环境条件是温度变化、阈值电压变化、电阻值变化、电源电压变化和来自栅极的电流值的变化。相关技术中的实施例使用供电电路，提供针对各种环境条件的强度。示例实施例中的供电电路包括电源，连接到电源的电阻和连接在电阻和地线之间的二极管。在二极管和电阻之间接收该实施例中的控制信号，并将控制信号提供给栅极支路。这里，栅极支路上由RF/MW信号产生的正电流在二极管上接地，因此正电流处的栅极电压几乎是恒定的。然而，在RF/MW信号在所述系统中的栅极支路产生负电流的情况下，由于电流流过电阻，所以栅极电压发生变化。所述供电电路对电阻值变化、电源电压变化等因素也没有电阻。
发明内容
本发明涉及一种供电电路，该供电电路通过至少一个功率晶体管，将控制信号传输到栅极支路。所述供电电路包括至少一个初级晶体管，至少一个初级电阻，连接在所述初级晶体管漏极支路和地之间；至少一个次级电阻，一侧连接到初级晶体管的源极支路，并连接到初级晶体管的栅极支路，另一侧连接到电源；至少一个次级晶体管，从栅极支路连接到初级晶体管的漏极支路，从漏极支路连接到地，并通过来自源极支路的至少一个第三电阻连接到所述电源；以及至少一个控制信号输出端，连接到所述次级晶体管的源极支路，通过功率晶体管将控制信号传输到栅极支路。
根据本发明公开的供电电路，由于次级晶体管的栅极支路与初级晶体管的漏极支路的连接，次级晶体管的源极支路电压受到环境因素的影响。因此，由于从连接到次级晶体管的源极支路的控制信号输出端接收控制信号，以驱动功率晶体管，所以以受控方式提供所述功率晶体管的驱动。
发明目的
本发明的目的是开发一种适用于RF-MW功率放大器的有源栅极供电电路。
本发明的另一个目的是开发一种拥有高强度对抗环境条件的供电电路。
本发明的另一个目的是开发一种供电电路，即使在变化的环境条件下产生的控制信号的变化也很小。
附图说明
在下面的附图中给出了根据本发明公开的供电电路的说明性实施例的附图：
图1是供电电路的电路图。
图2是供电电路的另一个实施例的电路图。
图3是本发明的供电电路的控制信号电压根据输入信号电流值的变化图。
图中所示部件已分别标号，标号如下：
信号输入端(I)
信号输出端(O)
功率晶体管(P)
栅极支路(G)
源极支路(S)
漏极支路(D)
初级晶体管(T1)
次级晶体管(T2)
控制信号输出端(C)
电源(A)
初级电阻(R1、R1a、R2a、R3a)
次级电阻(R2)
第三电阻(R3)
具体实施方式
用于放大射频(RF)和微波(MW)信号功率的功率放大器通常由从栅极支路接收的控制信号控制。然而，由于在晶体管栅极支路产生反向电流，特别是在大功率电平时，可能会遇到诸如所述控制信号失真等问题。因此，本发明开发了一种拥有高强度对抗各种环境条件，并适用于RF/MW功率放大器的有源栅极供电电路。
本发明开发的供电电路在图1和图2中示出，其提供了通过至少一个功率晶体管(P)(例如MOSFET晶体管)将控制信号传输到栅极支路(G)。所述供电电路包括至少一个初级晶体管(T1)(例如MOSFET晶体管)；至少一个初级电阻(R1)，连接在所述初级晶体管(T1)漏极支路(D)和地之间；至少一个次级电阻(R2)，一侧连接到初级晶体管(T1)的源极支路(S)，并连接到初级晶体管(T1)的栅极支路(G)，另一侧连接到电源(A)；至少一个次级晶体管(T2)(例如MOSFET晶体管)，从栅极支路(G)连接到初级晶体管(T1)的漏极支路(D)，从漏极支路(D)连接到地，并通过来自源极支路(S)的至少一个第三电阻(R3)连接到所述电源(A)(也连接到初级晶体管(T1)的栅极支路(G))；以及至少一个控制信号输出端(C)，连接到所述次级晶体管(T2)的源极支路(S)，通过功率晶体管将控制信号传输到栅极支路(G)。
在本发明的说明性应用中，所述功率晶体管(P)从连接到栅极支路(G)的信号输入端(I)接收输入信号，从连接到栅极支路(G)的控制信号输出端(C)接收控制信号。根据接收的控制信号放大所述输入信号的功率，并且接收从信号输出端(O)放大的信号。本申请中提到的所述电源(A)提供负向电压。所述负向电压直接施加到初级晶体管(T1)栅极支路(G)，通过次级电阻(R2)施加到初级晶体管(T1)的源极支路(S)，并通过第三电阻(R3)施加到次级晶体管(T2)的源极支路(S)。在这种情况下，次级晶体管(T2)在线性区域工作。这里，由于从连接到次级晶体管(T2)的源极支路(S)的控制信号输出端(C)接收所述控制信号，所以即使它根据功率晶体管(P)的输入信号(I)从栅极支路(G)获取电流，这种电流对改变控制信号的电压值(对次级晶体管(T2)的源极支路(S))的效果也相当低，因为所获取的电流不通过任何电阻。在说明性应用中，图3示出了控制信号(Vc)的电压随输入信号电流(Ii)变化的图形。如所述图形所示，即使当输入信号电流(Ii)的值相对较高(20A)和相对较低(-6A)，控制信号(Vc)的电压也只会受到所述电流值的轻微影响。因此，根据电流变化这方面来说，本发明开发的供电电路中从信号输入端(I)获得的输入信号强度设置得高。然而，由于次级晶体管(T2)的栅极支路(G)连接到初级晶体管(T1)的漏极支路(D)，所以即使电源(A)的电压值改变，次级晶体管(T2)的栅极支路(G)的电压也几乎不变。这里，由于次级晶体管(T2)在线性区域工作，即使电源(A)的电压值改变，次级晶体管(T2)的电压(Vgs)从栅极支路(G)到源极支路(S)的改变仍然有限。因此，当电源(A)的电压值改变时，次级晶体管(T2)源极支路(S)的电压值的变化(该值是控制信号的电压)很小。换句话说，事实证明，从对抗电源(A)电压的变化来说，控制信号的电压强度高。在说明性应用中，当电源(A)的电压值选择为-5V时，所述电压变化1V(20％)会导致-0.91V控制电压信号变化约0.07V(7.7％)。本发明开发的供电电路也考虑了阈值电压变化。当考虑芯片设计时，阈值电压在所有生产的晶体管(T1、T2、P)中以类似的方式改变。因此，与其他参数相反，由于当阈值电压改变时，初级晶体管(T1)、次级晶体管(T2)和功率晶体管(P)的阈值电压在相似方向上改变，控制信号不应保持恒定，而应以相同的比率变化。在本发明中，由于次级晶体管(T2)的阈值电压也改变，次级晶体管(T2)的源极支路(S)的电压与阈值电压的变化并行地变化，所以次级晶体管(T2)的栅极支路(G)电压通过初级电阻(R1)和次级电阻(R2)值显示出两倍的阈值电压变化。因此，尽管阈值电压发生变化，但从功率晶体管(P)的漏极支路(D)获得的电流的变化显著减小。除此之外，由于次级晶体管(T2)的栅极(G)电压值部分地受到初级电阻(R1)和次级电阻(R2)(不直接受到)的影响，流过次级晶体管(T2)的电流部分地受到第三电阻(R3)的影响，因此，例如任何环境因素导致所述电阻(R1，R2，R3)之一的变化，会在相对较低的程度下影响次级晶体管(T2)的源极支路(S)电压值。因此，根据本发明开发的供电电路具有对各种环境因素的高对抗力。
在本发明的一个优选实施例中，所述初级电阻(R1)具有固定电阻结构。在替代实施例中，初级电阻(R1)是可调电阻(如电位计)。因此，可通过改变初级电阻(R1)的电阻值来补偿由于环境因素而可能对控制信号的电压值产生的变化。
在本发明的另一个实施例中，根据本发明开发的供电电路是芯片结构。在该实施例中，由于不可能访问供电电路的元件，因此不可能干预由供电电路获得的控制信号。然而，可能需要在不同的功率晶体管(P)中使用不同的控制信号。因此，在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，供电电路包括至少两个初级电阻(R1a、R1b、R1c)，其中每个具有不同的电阻值。所述实施例中涉及的所述初级电阻(R1a、R1b、R1c)的共享端子连接到初级晶体管(T1)的漏极支路(D)，不共享的端子以受控方式接地。通过芯片结构的供电电路中的每个非共享端子的输出，作为输出支路，来提供所述未受控端子与地的连接。因此，通过检查连接到地面的支路，可以选择哪个初级电阻(R1a、R1b、R1c)将处于活动状态。在选择多于一个初级电阻(R1a、R1b、R1c)作为活跃电阻时，可通过并联结构的初级电阻(R1a、R1b、R1c)获得所需的电阻值(例如，通过使用三种不同的初级电阻(R1a、R1b、R1c)，可获得七种不同的电阻值)。因此，能够将不同的功率晶体管(P)与芯片结构的单个供电电路一起使用。
根据本发明公开的供电电路，由于次级晶体管(T2)的栅极支路(G)与初级晶体管(T1)漏极支路(D)连接，次级晶体管(T2)的源极支路(S)电压受到环境因素的影响。因此，由于从连接到次级晶体管(T2)的源极支路(S)的控制信号输出端(C)接收控制信号，以驱动功率晶体管(P)，因此可以用受控方式驱动所述功率晶体管(P)。

Claims (5)

1.一种供电电路，通过至少一个功率晶体管(P)，将控制信号传输到其栅极支路(G)，其特征在于包括：
至少一个初级晶体管(T1)；
至少一个初级电阻(R1)，连接在所述初级晶体管(T1)的漏极支路(D)和地之间；
至少一个次级电阻(R2)，一侧连接到所述初级晶体管(T1)的源极支路(S)，并连接到所述初级晶体管(T1)的栅极支路(G)，另一侧连接到电源(A)；
至少一个次级晶体管(T2)，从其栅极支路(G)连接到所述初级晶体管(T1)的所述漏极支路(D)，从所述漏极支路(D)连接到所述地，并通过来自其源极支路(S)的至少一个第三电阻(R3)连接到所述电源(A)；和
至少一个控制信号输出端(C)，连接到所述次级晶体管(T2)的所述源极支路(S)，通过所述功率晶体管(P)将控制信号传输到其栅极支路(G)。
2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述初级电阻(R1)具有固定电阻结构。
3.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述初级电阻(R1)具有可调电阻结构。
4.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路是芯片结构。
5.根据权利要求1或4所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路包括至少两个初级电阻(R1a、R1b、R1c)，每个具有不同的电阻值。
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