CN112532184A - 一种功放栅压切换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功放栅压切换装置，包括控制器、负电源电路和GaN功率放大器，还包括负电压开关电路，负电压开关电路的常开输入端口与控制器的输出端连接，负电压开关电路的常闭输入端口与负电源电路连接，负电压开关电路的输出端口分别与负电源电路、GaN功率放大器的栅极连接；负电压开关电路用于接收TDD开关信号，并在TDD开关信号为低电平时接通常闭输入端口和输出端口以将负电源电路输出的负电压施加到GaN功率放大器的栅极，从而实现关闭GaN功率放大器，以及在TDD开关信号为高电平时接通常开输入端口和输出端口以将控制器输出的负电压施加到GaN功率放大器的栅极，从而实现打开GaN功率放大器。本发明简单可靠，成本低。
Description
【技术领域】
本发明涉及射频技术领域，具体涉及一种功放栅压切换装置。
【背景技术】
GaN((氮化镓))功率放大器，是一种耗尽型晶体管器件，在基站端使用GaN功率放大器，相比于4G、5G的通信频段往高频波段迁移，更能有效满足5G的高功率、高通信频段和高效率等要求。
目前在时分双工的TDD(Time Division Duplex，时分双工)系统中，实现控制GaN功率放大器在关闭和打开之间进行切换的电路比较复杂。
因此，亟需提供一种简单可靠、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】
本发明的主要目的在于提供一种功放栅压切换装置，能够实现控制GaN功率放大器在关闭和打开之间进行切换，简单可靠。
为达成上述目的，本发明所提供的技术方案是，提供一种功放栅压切换装置，包括控制器、负电源电路和GaN功率放大器，还包括负电压开关电路，所述负电源电路用于给所述控制器的负电源、所述负电压开关电路供电；所述负电压开关电路的常开输入端口与所述控制器的输出端连接，所述负电压开关电路的常闭输入端口与所述负电源电路连接，所述负电压开关电路的输出端口分别与所述负电源电路、GaN功率放大器的栅极连接；所述负电压开关电路用于接收TDD开关信号，并在所述TDD开关信号为低电平时接通所述常闭输入端口和输出端口以将所述负电源电路输出的负电压施加到所述GaN功率放大器的栅极，从而实现关闭所述GaN功率放大器，以及在所述TDD开关信号为高电平时接通所述常开输入端口和输出端口以将所述控制器输出的负电压施加到所述GaN功率放大器的栅极，从而实现打开所述GaN功率放大器。
作为优选的技术方案，还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路连接在所述控制器的输出端和所述负电压开关电路的常开输入端口之间，用于对所述控制器输出的负电压进行滤波。
作为优选的技术方案，所述第一滤波电路包括并接在所述控制器的输出端和所述负电压开关电路的常开输入端口之间的第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容分别接地。
作为优选的技术方案，还包括温度补偿电路，所述温度补偿电路连接到所述控制器的输出端，用于抵消所述GaN功率放大器的栅极静态电流由于温度变化而造成的电流变化，使栅极静态电流保持恒定。
作为优选的技术方案，所述温度补偿电路包括依次串接的二极管和第一电阻，所述二极管接地，所述第一电阻与所述控制器的输出端连接。
作为优选的技术方案，还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路连接在所述负电源电路和负电压开关电路的常闭输入端口之间，用于对所述负电源电路输出的负电压进行滤波。
作为优选的技术方案，还包括过冲消除电路，所述过冲消除电路连接在所述负电压开关电路的输出端口和GaN功率放大器的栅极之间，用于消除所述负电压开关电路输出的负电压中的过冲干扰信号和振铃信号。
作为优选的技术方案，还包括第三滤波电路，所述第三滤波电路连接在所述过冲消除电路和GaN功率放大器的栅极之间，用于对所述过冲消除电路输出的负电压进行滤波。
作为优选的技术方案，所述负电压开关电路的输出端口通过第二电阻连接到所述负电源电路。
作为优选的技术方案，还包括与所述控制器、GaN功率放大器的漏极连接的漏极电源开关电路，所述控制器用于输出漏极电源开关信号到所述漏极电源开关电路，所述漏极电源开关电路用于接收所述控制器输出的漏极开关信号以实现给所述GaN功率放大器的漏极供电时的开关控制。
本发明通过设置的负电压开关电路，可实现控制GaN功率放大器的负栅压在负电源电路输出的负电压和控制器输出的负电压(即GaN功率放大器的栅极的正常工作电压)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，成本低。
【附图说明】
为进一步揭示本案之具体技术内容，首先请参阅附图，其中：
图1为发明一实施例提供的一种功放栅压切换装置的框图示意图；
图2为图1所示功放栅压切换装置的电路原理示意图。
符号说明：
MCU10 控制器20
负电源电路30 漏极电源开关电路40
GaN功率放大器50 负电压开关电路60
第一滤波电路70 温度补偿电路80
过冲消除电路90 第二滤波电路100
第三滤波电路110
【具体实施方式】
请参阅图1和图2，本实施例提供一种功放栅压切换装置，应用于时分双工的TDD系统中。该功放栅压切换装置包括MCU10、控制器20、负电源电路30、漏极电源开关电路40、GaN功率放大器50和负电压开关电路60。
MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)10通过总线与控制器20连接，用于初始化和设置、控制控制器20的工作。图2中未示出MCU10。
控制器20为ADC(模数转换)/DAC(数模转换)控制器。控制器20用于输出负电压，例如-5V(伏)，负电压经控制器20的输出端输出。控制器20输出的负电压为GaN功率放大器50的栅极的正常工作电压，即负栅压。在实际应用时，控制器20输出的负电压可根据GaN功率放大器50的栅极的正常工作电压进行调整。
负电源电路30与控制器20的负电源、负电压开关电路60的负电源Vee端口连接，用于给控制器20的负电源、负电压开关电路60供电。负电源电路30优选为Vss电源，一般为-5V电源。
漏极电源开关电路40为Vpp漏极电源开关电路。漏极电源开关电路40分别与控制器20、GaN功率放大器50的漏极连接，控制器20用于输出漏极电源开关信号到漏极电源开关电路40，漏极电源开关电路40用于接收控制器20输出的漏极开关信号以实现给GaN功率放大器50的漏极供电时的开关控制。图2中未示出漏极电源开关电路40。
在实际应用时，当本装置上电后，控制器20分两种状态：当控制器20未初始化、各参数未配适时，其控制漏极电源开关电路40的信号为高电平(保护状态)，漏极电源开关电路40关断，使Vpp漏极电源不给GaN功率放大器50的漏极供电，从而可保护GaN功率放大器50不损坏。当MCU10通过总线控制使控制器20上电初始化完成、各参数配置完成，且负电压(该负电压为GaN功率放大器50的栅极的正常工作电压)输出正常后，控制器20控制漏极电源开关电路40的信号为低电平(正常状态)，漏极电源开关电路40打开，使Vpp漏极电源给GaN功率放大器50的漏极供电，从而GaN功率放大器50正常上电。
负电压开关电路60的Select(选择)控制脚用于接收TDD开关信号。负电压开关电路60的接地端口GND用于接地。负电压开关电路60的常开输入端口B1与控制器20的输出端连接，负电压开关电路60的常闭输入端口B0与负电源电路30连接，负电压开关电路60的输出端口A分别与负电源电路30、GaN功率放大器50的栅极连接。
负电压开关电路60用于在TDD开关信号为低电平时接通常闭输入端口B0和输出端口A以将负电源电路30输出的负电压即-5V施加到GaN功率放大器50的栅极，从而实现关闭GaN功率放大器50，以及在TDD开关信号为高电平时接通常开输入端口B1和输出端口A以将控制器20输出的负电压即GaN功率放大器50的栅极正常工作时的负栅压施加到GaN功率放大器50的栅极，从而实现打开GaN功率放大器50。
通过上述的结构，本发明通过设置的负电压开关电路60，可实现控制GaN功率放大器50的负栅压在负电源电路30输出的负电压和控制器20输出的负电压(即GaN功率放大器50的栅极的正常工作电压)之间进行快速切换，从而实现控制GaN功率放大器50在关闭和打开之间进行快速切换，结构简单，性能可靠，成本低。由于本发明的装置与GaN功率放大器50的漏极电压无关，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50的漏极电压。
优选地，负电压开关电路60优选为负电压SPDT(Single Pole Double Throw，单刀双掷)单刀双掷电子开关。
进一步地，本装置还包括第一滤波电路70、温度补偿电路80、过冲消除电路90、第二滤波电路100和第三滤波电路110。
第一滤波电路70连接在控制器20的输出端和负电压开关电路60的常开输入端口B1之间，用于对控制器20输出的负电压进行滤波，以滤除控制器20输出的负电压的杂散干扰，从而得到纯净的负电压。
第一滤波电路70包括并接在控制器20的输出端和负电压开关电路60的常开输入端口B1之间的第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2分别接地。
温度补偿电路80连接到控制器20的输出端，用于抵消GaN功率放大器50的栅极静态电流由于温度变化而造成的电流变化，使栅极静态电流保持恒定，保证电路工作参数的稳定。
温度补偿电路80包括依次串接的二极管D1和第一电阻R1，二极管D1接地，第一电阻R1与控制器20的输出端连接。利用二极管D1的负温度系数特性，在一定程度上抵消由于温度变化而造成的栅极静态电流变化，保证电路工作参数的稳定。
第二滤波电路100连接在负电源电路30和负电压开关电路60的常闭输入端口B0之间，用于对负电源电路30输出的负电压进行滤波，以滤除负电源电路30输出的负电压的杂散干扰信号，从而得到纯净的负电压。图1中未示出第二滤波电路100。
第二滤波电路100包括并接在负电源电路30和负电压开关电路60的常闭输入端口B0之间的第三电容C3和第四电容C4，第三电容C3个第四电容C4分别接地。
过冲消除电路90连接在负电压开关电路60的输出端口A和GaN功率放大器50的栅极之间，用于消除负电压开关电路60输出的负电压中的过冲干扰信号和振铃信号，以得到纯净的方波信号。
过冲消除电路90包括电感L1、第五电容C5和第六电容C6。电感L1串接在负电压开关电路60的输出端口A和GaN功率放大器50的栅极之间。第五电容C5并接在负电压开关电路60的输出端口A和电感L1之间并接地。第六电容C6并接在电感L1和GaN功率放大器50的栅极之间并接地。
第三滤波电路110连接在过冲消除电路90和GaN功率放大器50的栅极之间，用于对过冲消除电路90输出的负电压进行滤波，用以滤除过冲消除电路90输出的负电压中的杂散干扰信号，从而得到纯净的方波信号。第三滤波电路110的结构与第一滤波电路70、第二滤波电路100的结构类似，也是通过两个电容对过冲消除电路90输出的负电压进行滤波。图2中未示出第三滤波电路110。
进一步地，负电压开关电路60的输出端口A通过第二电阻R2连接到负电源电路30。当负电压开关电路60的Select控制脚在高低电平切换过程中，负电压开关电路60的输出端口A在常闭输入端口B0、常开输入端口B1的切换瞬间，GaN功率放大器50的栅极有可能处于悬空状态，没有负电压，这是不允许的。所以，负电压开关电路60的输出端口A经第二电阻R2连接到了负电源电路30(-5V)上，这使得负电压开关电路60在切换过程中，输出端口A的电压始终保持在-5V电源状态，使GaN功率放大器50在切换过程中通道始终保持夹止状态，以保证GaN功率放大器50不损坏。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种功放栅压切换装置，包括控制器、负电源电路和GaN功率放大器，其特征在于，还包括负电压开关电路，所述负电源电路用于给所述控制器的负电源、所述负电压开关电路供电；所述负电压开关电路的常开输入端口与所述控制器的输出端连接，所述负电压开关电路的常闭输入端口与所述负电源电路连接，所述负电压开关电路的输出端口分别与所述负电源电路、GaN功率放大器的栅极连接；
所述负电压开关电路用于接收TDD开关信号，并在所述TDD开关信号为低电平时接通所述常闭输入端口和输出端口以将所述负电源电路输出的负电压施加到所述GaN功率放大器的栅极，从而实现关闭所述GaN功率放大器，以及在所述TDD开关信号为高电平时接通所述常开输入端口和输出端口以将所述控制器输出的负电压施加到所述GaN功率放大器的栅极，从而实现打开所述GaN功率放大器。
2.根据权利要求1所述的功放栅压切换装置，其特征在于，还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路连接在所述控制器的输出端和所述负电压开关电路的常开输入端口之间，用于对所述控制器输出的负电压进行滤波。
3.根据权利要求2所述的功放栅压切换装置，其特征在于，所述第一滤波电路包括并接在所述控制器的输出端和所述负电压开关电路的常开输入端口之间的第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容分别接地。
4.根据权利要求1所述的功放栅压切换装置，其特征在于，还包括温度补偿电路，所述温度补偿电路连接到所述控制器的输出端，用于抵消所述GaN功率放大器的栅极静态电流由于温度变化而造成的电流变化，使栅极静态电流保持恒定。
5.根据权利要求4所述的功放栅压切换装置，其特征在于，所述温度补偿电路包括依次串接的二极管和第一电阻，所述二极管接地，所述第一电阻与所述控制器的输出端连接。
6.根据权利要求1所述功放栅压切换装置，其特征在于，还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路连接在所述负电源电路和负电压开关电路的常闭输入端口之间，用于对所述负电源电路输出的负电压进行滤波。
7.根据权利要求1所述的功放栅压切换装置，其特征在于，还包括过冲消除电路，所述过冲消除电路连接在所述负电压开关电路的输出端口和GaN功率放大器的栅极之间，用于消除所述负电压开关电路输出的负电压中的过冲干扰信号和振铃信号。
8.根据权利要求7所述的功放栅压切换装置，其特征在于，还包括第三滤波电路，所述第三滤波电路连接在所述过冲消除电路和GaN功率放大器的栅极之间，用于对所述过冲消除电路输出的负电压进行滤波。
9.根据权利要求1所述的功放栅压切换装置，其特征在于，所述负电压开关电路的输出端口通过第二电阻连接到所述负电源电路。
10.根据权利要求1所述的功放栅压切换装置，其特征在于，还包括与所述控制器、GaN功率放大器的漏极连接的漏极电源开关电路，所述控制器用于输出漏极电源开关信号到所述漏极电源开关电路，所述漏极电源开关电路用于接收所述控制器输出的漏极开关信号以实现给所述GaN功率放大器的漏极供电时的开关控制。
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