CN111628760B - 一种栅压切换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种栅压切换装置，包括GaN功放栅压切换电路，所述GaN功放栅压切换电路包括负电源、正电源、反相放大模块、开关电路和电阻匹配网络；其中：反相放大模块用于接收TDD开关信号并对所述TDD开关信号进行高速反相放大；所述负电源用于给所述反相放大模块的负极供电，所述正电源用于给所述反相放大模块的正极供电；所述开关电路连接到所述反相放大模块的输出端，所述开关电路用于在所述反相放大模块输出的反相放大开关信号为高电平时接通以将所述负电源施加到所述电阻匹配网络，以及用于在所述反相放大模块输出的反相放大开关信号为低电平时断开。本发明可实现控制GaN功率放大器在关闭和打开之间进行快速切换。

Description

一种栅压切换装置
【技术领域】
本发明涉及射频技术领域，尤其是涉及一种GaN(氮化镓)功率放大器的栅压切换装置。
【背景技术】
5G时代需要用到大量的GaN(氮化镓)功率放大器。
目前在TDD(TimeDivisionDuplex，时分双工)系统中，需要提供一种简单可靠、能够实现控制GaN功率放大器在关闭和打开之间进行切换的装置。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种栅压切换装置，可实现控制GaN功率放大器在关闭和打开之间进行切换。
本发明提供的一种栅压切换装置，包括GaN功放栅压切换电路，所述GaN功放栅压切换电路包括负电源、正电源、反相放大模块、开关电路和电阻匹配网络；其中：
所述反相放大模块用于接收TDD开关信号并对所述TDD开关信号进行高速反相放大；
所述负电源用于给所述反相放大模块的负极供电，所述正电源用于给所述反相放大模块的正极供电；
所述开关电路连接到所述反相放大模块的输出端，所述开关电路用于在所述反相放大模块输出的反相放大开关信号为高电平时接通以将所述负电源施加到所述电阻匹配网络，以及用于在所述反相放大模块输出的反相放大开关信号为低电平时断开；
所述电阻匹配网络用于接收控制器输出的负电压，并在所述开关电路接通时将所述控制器输出的负电压和经所述开关电路后的负电源电压进行并联输出到GaN功率放大器的栅极，以使GaN功率放大器的栅极施加负电源电压，从而实现关闭GaN功率放大器，以及用于在所述开关电路断开时将所述控制器输出的负电压输出到GaN功率放大器的栅极，以使GaN功率放大器的栅极施加正常工作的电压，从而实现打开GaN功率放大器；
所述反相放大模块的负极与所述负电源连接，所述反相放大模块的正极与所述正电源连接；
所述开关电路分别与所述反相放大模块的输出端、所述负电源、所述电阻匹配网络连接；
所述电阻匹配网络分别与所述控制器、所述开关电路、所述GaN功率放大器的栅极连接。
进一步地，所述GaN功放栅压切换电路还包括串接在所述控制器和电阻匹配网络之间的第一滤波电路，所述第一滤波电路用于将所述控制器输出的负电压进行滤波。
进一步地，所述GaN功放栅压切换电路还包括串接在所述电阻匹配网络和GaN功率放大器的栅极之间的电压跟随模块，所述电压跟随模块分别与所述负电源、正电源连接，电压跟随模块用于将所述电阻匹配网络输出的负电压进行跟随输出，所述负电源用于给所述电压跟随模块的负极供电，所述正电源用于给所述电压跟随模块的正极供电。
进一步地，所述GaN功放栅压切换电路还包括串接在所述电压跟随模块和GaN功率放大器的栅极之间的过冲消除电路，所述过冲消除电路用于将所述电压跟随模块输出的负电压中的过冲电压进行消除。
进一步地，还包括串接在所述过冲消除电路和GaN功率放大器的栅极之间的第二滤波电路，所述第二滤波电路用于将所述过冲消除电路输出的负电压进行滤波。
进一步地，所述GaN功放栅压切换电路还包括与所述电阻匹配网络连接的温度补偿电路，所述温度补偿电路用于抵消所述电阻匹配网络由于温度变化而造成的电压漂移。
进一步地，所述负电源为-5V电源，所述正电源为5V电源，所述开关电路为一N沟道MOS管。
进一步地，所述TDD开关信号为0V到3.3V的开关信号，所述反相放大开关信号0V到-5V的开关信号。
进一步地，所述反相放大模块和电压跟随模块可由两个独立的高速运放完成，或者所述反相放大模块和电压跟随模块可由一个高速双运放完成。
进一步地，所述控制器为ADC/DAC控制器。
本发明通过设置的GaN功放栅压切换电路，可实现控制GaN功率放大器的栅压在负电源电压和正常工作电压之间进行快速切换，从而实现控制GaN功率放大器在关闭和打开之间进行快速切换，结构简单，性能可靠，器件成本低。
【附图说明】
图1为本发明一实施例提供的一种栅压切换装置的框图示意图；
图2是图1所示栅压切换装置的原理示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
参考图1和图2，本发明提供的一种栅压切换装置，应用于TDD系统。该栅压切换装置包括MCU((MicrocontrollerUnit，微控制单元))10、与MCU10连接的控制器11、GaN功放栅压切换电路、第二滤波电路21和GaN功率放大器22。GaN功放栅压切换电路包括反相放大模块13、负电源14、正电源15、开关电路16、电阻匹配网络17、电压跟随模块18、过冲消除电路19、第一滤波电路20。
MCU10用于控制控制器11的工作。控制器11用于在通过MCU10设置其为负电压输出后输出负电压，控制器11输出的负电压值为GaN功率放大器22的栅极的正常工作电压。在实际应用时，控制器11输出的负电压值可根据GaN功率放大器22的栅极的正常工作电压进行调整。
优选地，控制器11为ADC(模数转换)/DAC(数模转换)控制器。
反相放大模块13的负极与负电源14连接，反相放大模块13的正极与正电源15连接。反相放大模块13用于接收TDD开关信号12并对TDD开关信号12进行高速反相放大，从而形成反相放大开关信号。负电源14用于给反相放大模块13的负极供电，正电源15用于给反相放大模块13的正极供电。
本实施例中，负电源14为Vss电源，即-5V(伏)电源，正电源15为Vcc电源，即5V电源。TDD开关信号12为0V到3.3V的开关信号，其中，低电平为0V，高电平为3.3V，该种开关信号不能使开关电路16正确开关，所以需要反相放大模块13对TDD开关信号12进行高速反相放大形成反相放大开关信号。反相放大开关信号为0V到-5V的开关信号，其中，高电平为0V，低电平为-5V。
开关电路16分别与反相放大模块13的输出端、负电源14连接。开关电路16用于在反相放大模块13输出的反相放大开关信号为高电平(即0V)时接通以将负电源施加到电阻匹配网络17以及用于在反相放大模块13输出的反相放大开关信号为低电平(即-5V)时断开，使得负电源电压不会施加到电阻匹配网络17。
优选地，开关电路16为一N沟道MOS(MOSFET，Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金氧半场效晶体管)管。N沟道MOS管的1极(即栅极)与反相放大模块13的输出端连接，N沟道MOS管的2极(即源极)与负电源14连接，N沟道MOS管的3极(即漏极)与电阻匹配网络17连接。
电阻匹配网络17分别与控制器11、开关电路16、GaN功率放大器22的栅极连接。电阻匹配网络17用于接收控制器11输出的负电压，并在开关电路16接通时将控制器11输出的负电压和经开关电路16后的负电源电压-5V进行并联输出到GaN功率放大器22的栅极，以使GaN功率放大器22的栅极施加负电源电压-5V，从而实现关闭GaN功率放大器22，以及用于在开关电路16断开时将控制器11输出的负电压输出到GaN功率放大器22的栅极，以使GaN功率放大器22的栅极施加正常工作的电压，从而实现打开GaN功率放大器22。
第一滤波电路20串接在控制器11和电阻匹配网络17之间，第一滤波电路20用于将控制器11输出的负电压进行滤波，以滤除控制器11输出的负电压中的杂散干扰信号，从而得到纯净的负电压。优选地，第一滤波电路20为一电容。
电压跟随模块18、过冲消除电路19和第二滤波电路21依次串接在电阻匹配网络17和GaN功率放大器22的栅极之间。
电压跟随模块18用于将电阻匹配网络17输出的负电压进行跟随输出，以提高负电压的驱动能力和抗干扰能力。电压跟随模块18的负极、正极分别与负电源14、正电源15连接，负电源14用于给电压跟随模块18的负极供电，正电源15用于给电压跟随模块18的正极供电。
过冲消除电路19用于将电压跟随模块18输出的负电压中的过冲电压进行消除，以得到高质量的负电压。
第二滤波电路21用于将过冲消除电路19输出的负电压进行滤波，以滤除过冲消除电路19输出的负电压中的杂散干扰信号。优选地，第二滤波电路21为一电容。
GaN功放栅压切换电路还包括与电阻匹配网络17连接的温度补偿电路23，温度补偿电路23用于抵消电阻匹配网络17由于温度变化而造成的电压漂移，保证电路工作参数的稳定。优选地，温度补偿电路23为一二极管，利用二极管的负温度系数特性，可实现抵消电阻匹配网络17由于温度变化而造成的电压漂移。
本实施例中，反相放大模块13和电压跟随模块18可由两个独立的高速运(即高速运算放大器)放完成。可以理解地，在其他实施方式中，反相放大模块13和电压跟随模块18可由一个高速双运放(即高速双运算放大器)完成。
本发明的工作原理为：负电源14即Vss电源、正电源15即Vcc电源分别给反相放大模块13的负极和正极供电、电压跟随模块18的负极和正极供电。反相放大模块13接收TDD开关信号12即0V到3.3V的开关信号并对TDD开关信号12即0V到3.3V的开关信号进行高速反相放大，从而形成反相放大开关信号即0V到-5V的开关信号。
当反相放大模块13向开关电路16输出的反相放大开关信号为高电平即0V时，开关电路16接通，从而负电源电压-5V施加到了电阻匹配网络17上，同时控制器11输出的负电压经过第一滤波电路20滤波后也施加到了电阻匹配网络17上，电阻匹配网络17将负电源电压-5V和负电压进行并联输出，此时输出的电压为负电源电压-5V(-5V为GaN功率放大器22关断其栅极的电压)，依次经电压跟随模块18进行跟随输出、过冲消除电路19进行过冲电压消除以及第二滤波电路21进行滤波后输出到GaN功率放大器22的栅极，使GaN功率放大器22的栅极施加负电源电压-5V，从而实现关闭GaN功率放大器22，如此，GaN功率放大器22即停止工作了。
当反相放大模块13向开关电路16输出的反相放大开关信号为低电平即-5V时，开关电路16断开，此时负电源电压-5V未施加到了电阻匹配网络17上，只有控制器11输出的负电压经过第一滤波电路20滤波后施加到了电阻匹配网络17上，该负电压为GaN功率放大器22的栅极正常工作的电压，电阻匹配网络17将负电压进行输出，依次经电压跟随模块18进行跟随输出、过冲消除电路19进行过冲电压消除以及第二滤波电路21进行滤波后输出到GaN功率放大器22的栅极，使GaN功率放大器22的栅极施加正常工作的电压，从而实现打开GaN功率放大器22，如此，GaN功率放大器22即可正常工作了。
本发明通过设置的GaN功放栅压切换电路，可实现控制GaN功率放大器22的栅压在负电源电压和正常工作电压之间进行快速切换，从而实现控制GaN功率放大器22在关闭和打开之间进行快速切换，结构简单，性能可靠，器件成本低。由于本发明的装置与GaN功率放大器22的漏压无关，因此，本发明的装置在进行切换工作时可不必关断GaN功率放大器22的漏压。
以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种栅压切换装置，包括GaN功放栅压切换电路，其特征在于：所述GaN功放栅压切换电路包括负电源、正电源、反相放大模块、开关电路和电阻匹配网络；其中：
所述反相放大模块用于接收TDD开关信号并对所述TDD开关信号进行高速反相放大；
所述负电源用于给所述反相放大模块的负极供电，所述正电源用于给所述反相放大模块的正极供电；
所述开关电路连接到所述反相放大模块的输出端，所述开关电路用于在所述反相放大模块输出的反相放大开关信号为高电平时接通以将所述负电源施加到所述电阻匹配网络，以及用于在所述反相放大模块输出的反相放大开关信号为低电平时断开；
所述电阻匹配网络用于接收控制器输出的负电压，并在所述开关电路接通时将所述控制器输出的负电压和经所述开关电路后的负电源电压进行并联输出到GaN功率放大器的栅极，以使GaN功率放大器的栅极施加负电源电压，从而实现关闭GaN功率放大器，以及用于在所述开关电路断开时将所述控制器输出的负电压输出到GaN功率放大器的栅极，以使GaN功率放大器的栅极施加正常工作的电压，从而实现打开GaN功率放大器；
所述反相放大模块的负极与所述负电源连接，所述反相放大模块的正极与所述正电源连接；
所述开关电路分别与所述反相放大模块的输出端、所述负电源、所述电阻匹配网络连接；
所述电阻匹配网络分别与所述控制器、所述开关电路、所述GaN功率放大器的栅极连接。
2.根据权利要求1所述的栅压切换装置，其特征在于：所述GaN功放栅压切换电路还包括串接在所述控制器和电阻匹配网络之间的第一滤波电路，所述第一滤波电路用于将所述控制器输出的负电压进行滤波。
3.根据权利要求1所述的栅压切换装置，其特征在于：所述GaN功放栅压切换电路还包括串接在所述电阻匹配网络和GaN功率放大器的栅极之间的电压跟随模块，所述电压跟随模块分别与所述负电源、正电源连接，电压跟随模块用于将所述电阻匹配网络输出的负电压进行跟随输出，所述负电源用于给所述电压跟随模块的负极供电，所述正电源用于给所述电压跟随模块的正极供电。
4.根据权利要求3所述的栅压切换装置，其特征在于：所述GaN功放栅压切换电路还包括串接在所述电压跟随模块和GaN功率放大器的栅极之间的过冲消除电路，所述过冲消除电路用于将所述电压跟随模块输出的负电压中的过冲电压进行消除。
5.根据权利要求4所述的栅压切换装置，其特征在于：还包括串接在所述过冲消除电路和GaN功率放大器的栅极之间的第二滤波电路，所述第二滤波电路用于将所述过冲消除电路输出的负电压进行滤波。
6.根据权利要求1所述的栅压切换装置，其特征在于：所述GaN功放栅压切换电路还包括与所述电阻匹配网络连接的温度补偿电路，所述温度补偿电路用于抵消所述电阻匹配网络由于温度变化而造成的电压漂移。
7.根据权利要求1所述的栅压切换装置，其特征在于：所述负电源为-5V电源，所述正电源为5V电源，所述开关电路为一N沟道MOS管。
8.根据权利要求7所述的栅压切换装置，其特征在于：所述TDD开关信号为0V到3.3V的开关信号，所述反相放大开关信号0V到-5V的开关信号。
9.根据权利要求3所述的栅压切换装置，其特征在于：所述反相放大模块和电压跟随模块可由两个独立的高速运放完成，或者所述反相放大模块和电压跟随模块可由一个高速双运放完成。
10.根据权利要求1所述的栅压切换装置，其特征在于：所述控制器为ADC/DAC控制器。
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