CN205725694U - 负压功放管偏压时序开关控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及开关控制电路。本实用新型提供一种负压功放管偏压时序开关控制电路，包括电源模块、负压电源模块、功放漏极电源模块、控制信号产生模块、使能控制模块、时序控制模块及负压功放管；所述电源模块分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述负压电源模块的输入端及控制信号产生模块的输入端接地，负压电源模块的输出端分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述功放漏极电源模块的输出端与时序控制模块连接，功放漏极电源输入模块的输入端接地；使能控制模块分别与时序控制模块及负压功放管的栅极连接，时序控制模块与负压功放管的漏极连接，负压功放管的源极接地。适用于GaN器件。

Description

负压功放管偏压时序开关控制电路

技术领域

本实用新型涉及开关控制电路，特别涉及负压功放管偏压时序开关控制电路。

背景技术

二十一世纪射频领域飞速发展，原本传统的采用LDMOS工艺制作的功放管由于其带宽不容易做宽，在宽带射频功率放大应用领域逐渐被GaN功率器件给替代。而GaN器件一个显著的应用特点是其栅极偏置电压为负电压。所以在应用时，如果栅极电压不是负电压而为0伏或更高的电压与此同时漏极电压为额定电源时，GaN功率管会完全处于导通状态且极不稳定，极容易造成器件永久损坏，而GaN器件昂贵，会造成大量成本损耗。

综上所述，当使用GaN器件以及其他的负栅压功率器件时，为了保证上电时序是栅极负压先于漏极额定正压，同时栅极负压可在GaN功放完全关闭和工作偏置电压之间切换，而设计了负压功放管偏压时序开关控制电路。目前业界使用该类负压功率器件的馈电方式大多数为漏极馈电调制，该方式是栅极负电压保持常供状态，通过切换漏极电压通断来控制功放工作和不工作。这种方式的缺点在于实际应用特别是通信类功放应用中，功放漏极馈电网络会有较大的寄生电感，为了减小这种寄生电感，需要加一定大容值的电容进行匹配和滤波，降低馈电网络的寄生电感。而所加电容会大大影响功放的使能开关时间，不利于功放工作状态与不工作状态的快速切换。

为解决上述问题，本实用新型提出一种新型负压功放管偏压时序开关控制电路。采用栅极馈电调制方式，解决了漏极馈电调制方式为了提升开关时间，无法在功放漏极加大的储能滤波电容的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种负压功放管偏压时序开关控制电路，采用栅极馈电调制方式，解决了漏极馈电调制方式为了提升开关时间，无法在功放漏极加大的储能滤波电容的问题。

本实用新型解决所述技术问题，采用的技术方案是，负压功放管偏压时序开关控制电路，其特征在于，包括电源模块、负压电源模块、功放漏极电源模块、控制信号产生模块、使能控制模块、时序控制模块及负压功放管；

所述电源模块分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述负压电源模块的输入端及控制信号产生模块的输入端接地，负压电源模块的输出端分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述功放漏极电源模块的输出端与时序控制模块连接，功放漏极电源输入模块的输 入端接地；

使能控制模块分别与时序控制模块及负压功放管的栅极连接，时序控制模块与负压功放管的漏极连接，负压功放管的源极接地。

具体的，所述控制信号产生模块为高低电平输入模块，所述高电平为5V，低电平为0V。

具体的，所述使能控制模块包括场效应晶体管五、场效应晶体管四、电阻七及电位器；

所述场效应晶体管五的栅极与控制信号产生模块的输出端连接，场效应晶体管五的源极与电源模块连接，场效应晶体管五的漏极分别与电阻七的一端及场效应晶体管四的栅极连接，电阻七的另一端分别与场效应晶体管四的源极、负压电源模块的输出端、电位器的一端及时序控制模块连接，电位器的另一端接地，场效应晶体管四的漏极分别与电位器的调节端及负压功放管的栅极连接。

具体的，所述时序控制模块包括二极管一、电阻一、电阻二、三极管二、电容一、电阻三、电阻四、场效应晶体管三及场效应晶体管一；

所述二极管一的正极与负压电源模块输出端连接，二极管一的负极分别与电阻一的一端及三极管二的基极连接，电阻一的另一端与电阻二的一端分别与电源模块连接，电阻二的另一端分别与三极管二的集电极、电阻一的一端及场效应晶体管三的栅极连接，三极管的发射极、电容一的另一端及场效应晶体管三的源极接地，场效应晶体管三的漏极与电阻三的一端连接，电阻三的另一端分别与电阻四的一端及场效应晶体管一的栅极连接，场效应晶体管一的源极分别与电阻四的另一端及功放漏极电源模块输出端连接，场效应晶体管一的漏极与负压功放管的漏极连接。

具体的，所述电源模块输入电源为5V。

本实用新型的有益效果是：本实用新型由外部电源提供栅极负电压以及漏极正电压，工作时电路判断栅极负电压是否已经稳定加上，若栅极负电压已经稳定加上则控制漏极电压导通，若栅极负电压没有加上，则控制漏极正电压关断，从而对功放进行保护，实现了栅极负电压在功放管关断电压和实际工作电压之间的切换，解决了漏极馈电调制方式为了提升开关时间，无法在功放漏极加大的储能滤波电容的问题；实现在漏极加大的电容进行储能与滤波，降低功放的馈电网络寄生电感，提高功放的VBW，从而降低功放的记忆效应，同时保证功放工作开关切换时间，这样对功放的指标性能、功能性、可靠性等方面都大有裨益。

同时，电路采用基本模拟器件，成本低，便于调试以及移植并重复利用；可靠性强，不产生额外频率干扰源，降低了射频电路的可靠性风险。

附图说明

图1为本实用新型负压功放管偏压时序开关控制电路实施例的结构图；

其中，电源模块VCC、负压电源模块VGS、功放漏极电源模块VDS、控制信号产生模块CTRL_TTL、场效应晶体管一Q1、三极管二Q2、场效应晶体管三Q3、场效应晶体管四Q4、场效应晶体管五Q5、二极管一D1、电阻一R1、电阻二R2、电阻三R3、电阻四R4、电位器R6、电阻七R7、电容一C1、负压功放管GaN_PA。

以下结合实施例的具体实施方式，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本实用新型的范围内。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详细描述本实用新型的技术方案：

本实用新型针对现有技术中就是漏极馈电调制方式为了提升开关时间，无法在功放漏极加大的储能滤波电容的问题，提供一种负压功放管偏压时序开关控制电路，包括电源模块、负压电源模块、功放漏极电源模块、控制信号产生模块、使能控制模块、时序控制模块及负压功放管；所述电源模块分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述负压电源模块的输入端及控制信号产生模块的输入端接地，负压电源模块的输出端分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述功放漏极电源模块的输出端与时序控制模块连接，功放漏极电源输入模块的输入端接地；使能控制模块分别与时序控制模块及负压功放管的栅极连接，时序控制模块与负压功放管的漏极连接，负压功放管的源极接地。本实用新型由外部电源提供栅极负电压以及漏极正电压，工作时电路判断栅极负电压是否已经稳定加上，若栅极负电压已经稳定加上则控制漏极电压导通，若栅极负电压没有加上，则控制漏极正电压关断，从而对功放进行保护，实现了栅极负电压在功放管关断电压和实际工作电压之间的切换，解决了漏极馈电调制方式为了提升开关时间，无法在功放漏极加大的储能滤波电容的问题；实现在漏极加大的电容进行储能与滤波，降低功放的馈电网络寄生电感，提高功放的VBW，从而降低功放的记忆效应，同时保证功放工作开关切换时间，这样对功放的指标性能、功能性、可靠性等方面都大有裨益。

实施例

在宽带射频功率放大应用领域逐渐被GaN功率器件给替代。而GaN器件一个显著的应用特点是其栅极偏置电压为负电压。在应用时，如果栅极电压不是负电压而为0伏或更高的电压与此同时漏极电压为额定电源时，GaN功率管会完全处于导通状态且极不稳定，极容易造成器件永久损坏，而GaN器件昂贵，会造成大量成本损耗。现有技术中为了解决上述问题，而设计了负压功放管偏压时序开关控制电路。

目前业界使用该类负压功率器件的馈电方式大多数为漏极馈电调制，该方式是栅极负电压保持常供状态，通过切换漏极电压通断来控制功放工作和不工作。这种方式的缺点在于实际应用特别是通信类功放应用中，功放漏极馈电网络会有较大的寄生电感，为了减小这种寄生电感，需要加一定大容值的电容进行匹配和滤波，降低馈电网络的寄生电感。而所加电容会大大影响功放的使能开关时间，不利于功放工作状态与不工作状态的快速切换。

为了解决上述漏极馈电调制方式带来的缺陷，本实用新型提供一种栅极馈电调制方式的负压功放管偏压时序开关控制电路，由外部电源提供栅极负电压以及漏极正电压，工作时电路判断栅极负电压是否已经稳定加上，若栅极负电压已经稳定加上则控制漏极电压导通，若栅极负电压没有加上，则控制漏极正电压关断，从而对功放进行保护，实现了栅极负电压在功放管关断电压和实际工作电压之间的切换，解决了漏极馈电调制方式为了提升开关时间，无法在功放漏极加大的储能滤波电容的问题。

具体电路结构如图1所示：具体电路结构如图1所示：包括电源模块VCC、负压电源模块VGS、功放漏极电源模块VDS、控制信号产生模块CTRL_TTL、使能控制模块、时序控制模块及负压功放管；所述电源模块VCC分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述负压电源模块VGS的输入端及控制信号产生模块CTRL_TTL的输入端接地，负压电源模块VGS的输出端分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述功放漏极电源模块VDS的输出端与时序控制模块连接，功放漏极电源输入模块的输入端接地；使能控制模块分别与时序控制模块及负压功放管的栅极连接，时序控制模块与负压功放管的漏极连接，负压功放管的源极接地。

优选的，所述控制信号产生模块CTRL_TTL为高低电平输入模块，所述高电平为5V，低电平为0V。

其中，使能控制模块包括场效应晶体管五Q5、场效应晶体管四Q4、电阻七R7及电位器R6；所述场效应晶体管五Q5的栅极与控制信号产生模块CTRL_TTL的输出端连接，场效应晶体管五Q5的源极与电源模块VCC连接，场效应晶体管五Q5的漏极分别与电阻七R7的一端及场效应晶体管四Q4的栅极连接，电阻七R7的另一端分别与场效应晶体管四Q4的源极、负压电源模块VGS的输出端、电位器R6的一端及时序控制模块连接，电位器R6的另一端接地，场效应晶体管四Q4的漏极分别与电位器R6的调节端及负压功放管的栅极连接。

具体的，时序控制模块包括二极管一D1、电阻一R1、电阻二R2、三极管二Q2、电容一C1、电阻三R3、电阻四R4、场效应晶体管三Q3及场效应晶体管一Q1；所述二极管一D1的正极与负压电源模块VGS输出端连接，二极管一D1的负极分别与电阻一R1的一端及三极管二Q2的基极连接，电阻一R1的另一端与电阻二R2的一端分别与电源模块VCC连接，电阻二R2的另一端分别与三极管二Q2的集电极、电阻一R1的一端及场效应晶体管三Q3的栅极连 接，三极管的发射极、电容一C1的另一端及场效应晶体管三Q3的源极接地，场效应晶体管三Q3的漏极与电阻三R3的一端连接，电阻三R3的另一端分别与电阻四R4的一端及场效应晶体管一Q1的栅极连接，场效应晶体管一Q1的源极分别与电阻四R4的另一端及功放漏极电源模块VDS输出端连接，场效应晶体管一Q1的漏极与负压功放管的漏极连接。所述电源模块VCC输入电源为5V。场效应晶体管一Q1如图1所示，为一种GaN工艺的场效应晶体管，具体结构为本领域公知常识，此处不再赘述。

本电路采用基本模拟器件，成本低，便于调试以及移植并重复利用；可靠性强，不产生额外频率干扰源，降低了射频电路的可靠性风险。

该电路中负压电源模块VGS产生负电压，功放漏极电源模块VDS为负压功率放大管的漏极提供电源电压，负压电源模块VGS产生的负压可经过电位器R6的调节并输出实际工作电压经过7网络输送到负压功率管。

图中当负压电源模块VGS产生负电压时，会使稳压二极管D1的稳压端即4网络的电压被拉低，导致三极管Q2的集电极与发射级截止并开路，从而使13网络电压等于电源模块VCC输出的电压，导致N沟道场效应管Q3的漏极与源级导通，从而使功放漏极电源模块VDS—R4—R3网络导通，而此时通过调整电阻三R3、电阻四R4的值，可以是2网络的电压达到P沟道场效应管的阈值电压，并使其完全导通，从而使功放漏极电源模块VDS经过P沟道场效应管Q1和网络8传输到负压功率管的漏极。

若负压电源模块VGS没有产生负压，稳压二极管D1的稳压端网络4的电压会大于0.6V使三极管Q2导通，从而导致网络13的电压被拉低，N沟道场效应晶体管Q3此时漏极与源级之间处于断开状态，网络2的电压等于功放漏极电源模块VDS产生电压，P沟道场效应管Q1的源级与栅极没有形成偏置压差，故此时P沟道场效应晶体管Q1处于截止状态，即P沟道场效应晶体管Q1的漏极与源级处于断开状态，从而功放漏极电源模块VDS产生电压无法通过P沟道场效应晶体管Q1与网络8传输到负压功率管，从而实现了“先通负栅压，后通正漏压”的时序控制功能。

图中CTRL_TTL为“0V”、“+5V”，即TTL高低电平的使能信号。当该信号为高电平“+5V”的时候，由于此时P沟道场效应管Q5的栅极与源级的电压均为“+5V”，故此时P沟道场效应晶体管Q5处于截止状态，即其漏极与源级处于断开状态。此时网络10的电压等于负压电源模块VGS产生电压。因为此时N沟道场效应晶体管Q4的源级与栅极均为负压电源模块VGS产生电压，故此时N沟道场效应管Q4处于截止状态，网络7的电压等于负压电源模块VGS产生电压经过电位器R6调节过后产生的功率管实际工作电压，此时功率管处于工作使能状态。

当CTRL_TTL信号为“0V”即TTL低电平时，P沟道场效应管Q5的栅极与源级产生负压差， 导致其处于完全导通状态，此时网络10的电压等于Vcc即“+5V”。于是N沟道场效应管Q4的栅极与源级产生正压差，导致其处于完全导通状态。于是此时网络7的电压等于Vgs，即功率管完全截止时的负电压，从而使功率管处于关断不工作状态。

该电路实现的功能有2点：

其一，控制并保证负压电源模块VGS产生电压先于功放漏极电源模块VDS产生电压上电，保护负压工作的功率管；

其二，控制功率管偏置电压在截止不工作电压与正常工作电压间切换，实现功率管使能控制。

电路工作由外部电源提供栅极负电压以及漏极正电压，上电后电路默认先提供功放栅极关断负电压，在栅极关断负电压稳定后再使漏极电压导通。然后通过使能输入，使功放栅极负电压在关断电压与实际工作电压间切换。工作时电路判断栅极负电压是否已经稳定加上，若栅极负电压已经稳定加上则控制漏极电压导通，若栅极负电压没有加上，则控制漏极正电压关断，从而对功放进行保护，实现了栅极负电压在功放管关断电压和实际工作电压之间的切换，解决了漏极馈电调制方式为了提升开关时间，无法在功放漏极加大的储能滤波电容的问题；实现在漏极加大的电容进行储能与滤波，降低功放的馈电网络寄生电感，提高功放的VBW，从而降低功放的记忆效应，同时保证功放工作开关切换时间，这样对功放的指标性能、功能性、可靠性等方面都大有裨益。

Claims (5)

1.负压功放管偏压时序开关控制电路，其特征在于，包括电源模块、负压电源模块、功放漏极电源模块、控制信号产生模块、使能控制模块、时序控制模块及负压功放管；

所述电源模块分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述负压电源模块的输入端及控制信号产生模块的输入端接地，负压电源模块的输出端分别与使能控制模块及时序控制模块连接；所述功放漏极电源模块的输出端与时序控制模块连接，功放漏极电源输入模块的输入端接地；使能控制模块分别与时序控制模块及负压功放管的栅极连接，时序控制模块与负压功放管的漏极连接，负压功放管的源极接地。

2.根据权利要求1所述的负压功放管偏压时序开关控制电路，其特征在于，所述控制信号产生模块为高低电平输入模块，所述高电平为5V，低电平为0V。

3.根据权利要求1所述的负压功放管偏压时序开关控制电路，其特征在于，所述使能控制模块包括场效应晶体管五、场效应晶体管四、电阻七及电位器；

所述场效应晶体管五的栅极与控制信号产生模块的输出端连接，场效应晶体管五的源极与电源模块连接，场效应晶体管五的漏极分别与电阻七的一端及场效应晶体管四的栅极连接，电阻七的另一端分别与场效应晶体管四的源极、负压电源模块的输出端、电位器的一端及时序控制模块连接，电位器的另一端接地，场效应晶体管四的漏极分别与电位器的调节端及负压功放管的栅极连接。

4.根据权利要求1所述的负压功放管偏压时序开关控制电路，其特征在于，所述时序控制模块包括二极管一、电阻一、电阻二、三极管二、电容一、电阻三、电阻四、场效应晶体管三及场效应晶体管一；

所述二极管一的正极与负压电源模块输出端连接，二极管一的负极分别与电阻一的一端及三极管二的基极连接，电阻一的另一端与电阻二的一端分别与电源模块连接，电阻二的另一端分别与三极管二的集电极、电阻一的一端及场效应晶体管三的栅极连接，三极管的发射极、电容一的另一端及场效应晶体管三的源极接地，场效应晶体管三的漏极与电阻三的一端连接，电阻三的另一端分别与电阻四的一端及场效应晶体管一的栅极连接，场效应晶体管一的源极分别与电阻四的另一端及功放漏极电源模块输出端连接，场效应晶体管一的漏极与负压功放管的漏极连接。

5.根据权利要求1所述的负压功放管偏压时序开关控制电路，其特征在于，所述电源模块输入电源为5V。