CN208820796U

CN208820796U - 基于tdd系统的设备

Info

Publication number: CN208820796U
Application number: CN201821718091.2U
Authority: CN
Inventors: 谢路平; 樊奇彦; 刘江涛
Original assignee: Comba Telecom Technology Guangzhou Ltd; Comba Telecom Systems China Ltd; Comba Telecom Systems Guangzhou Co Ltd; Tianjin Comba Telecom Systems Co Ltd
Current assignee: Comba Network Systems Co Ltd
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2028-10-22

Abstract

本申请涉及一种基于TDD系统的设备，包括GaN HEMT以及栅压切换电路；栅压切换电路包括第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；第一开关电路的第一端接入TDD切换信号，第一开关电路的第二端分别连接第二开关电路的第一端和第三开关电路的第一端；第二开关电路的第二端连接栅极电压源，第二开关电路的第三端连接GaN HEMT的栅极管脚；第三开关电路的第二端连接负电压电源端，第三开关电路的第三端连接GaN HEMT的栅极管脚。TDD切换信号可控制第一开关电路的通断，第一开关电路的通断可控制第二开关电路和第三开关电路的通断，能够切换GaN HEMT的栅极管脚的电压；基于上述结构，设备可利用TDD上下行切换信号，控制GaN HEMT的栅极电压，实现GaN HEMT的快速关断与开启。

Description

基于TDD系统的设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于TDD系统的设备。

背景技术

氮化镓(GaN)半导体材料具有禁带宽度宽、电子漂移速度高、击穿场强高、化学性质稳定等优点，是制备高频、大功率器件的理想材料。以GaN为衬底的高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)具有输出功率密度大、工作电压高和输出阻抗高的优点，在无线通信中发挥着越来越重要的作用，是无线通信放大器等设备的核心器件。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：在TDD(Time DivisionDuplexing，时分双工)通信系统中，上、下行使用同一频率信道的不同时隙，用时间来区分上、下行。因此，上、下行链路也需时分工作，不能同时工作，基于TDD系统的设备需要根据时分信号，实现GaN HEMT的快速开启和关断。

实用新型内容

基于此，有必要针对基于TDD系统的设备需要根据时分信号实现GaN HEMT的快速开启和关断的问题，提供一种基于TDD系统的设备。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种基于TDD系统的设备，包括GaN HEMT以及栅压切换电路。

栅压切换电路包括第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路。第一开关电路的第一端用于接入TDD切换信号，第一开关电路的第二端分别连接第二开关电路的第一端和第三开关电路的第一端。第二开关电路的第二端用于连接栅极电压源，第二开关电路的第三端连接GaN HEMT的栅极管脚。第三开关电路的第二端用于连接负电压电源端，第三开关电路的第三端连接GaN HEMT 的栅极管脚。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

基于TDD系统的设备包括GaN HEMT以及栅压切换电路；栅压切换电路包括第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；第一开关电路的第一端用于接入TDD切换信号，第一开关电路的第二端分别连接第二开关电路的第一端和第三开关电路的第一端；第二开关电路的第二端用于连接栅极电压源，第二开关电路的第三端连接GaN HEMT的栅极管脚；第三开关电路的第二端用于连接负电压电源端，第三开关电路的第三端连接GaN HEMT的栅极管脚。TDD 切换信号可控制第一开关电路的通断，第一开关电路的通断可控制第二开关电路和第三开关电路的通断，能够切换GaN HEMT的栅极管脚的电压；基于上述结构，设备可利用TDD上下行切换信号，控制GaN HEMT的栅极电压，进而实现GaN HEMT的快速关断与开启。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中基于TDD系统的设备的第一示意性结构图；

图2为一个实施例中基于TDD系统的设备的第二示意性结构图；

图3为一个实施例中基于TDD系统的设备的第二MOS管开关电路的结构示意图；

图4为一个实施例中基于TDD系统的设备的第三示意性结构图；

图5为一个实施例中基于TDD系统的设备的第四示意性结构图；

图6为一个实施例中基于TDD系统的设备的栅压温补电路的结构示意图；

图7为一个实施例中基于TDD系统的设备的第五示意性结构图；

图8为一个实施例中基于TDD系统的设备的正电压电源电路的结构示意图；

图9为一个实施例中基于TDD系统的设备的负电压电源电路的结构示意图；

图10为一个实施例中基于TDD系统的设备的第六示意性结构图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“第一端”、“第二端”、“第三端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施例提供了一种基于TDD系统的设备，能够快速关断和开启GaN HEMT，使GaN HEMT时分工作，可应用于时分双工系统中。其中，GaN HEMT 的U_GS开启电压(U_GS(th)：GateThreshold Voltage)是负电压，关断GaN HEMT 是把将其栅压调节到低于U_GS(th)值。

在一个实施例中，提供了一种基于TDD系统的设备，如图1所示，图1为一个实施例中基于TDD系统的设备的第一示意性结构图，包括GaN HEMT以及栅压切换电路。

具体而言，第一开关电路的第一端接入TDD切换信号，第二端分别连接第二开关电路的第一端和第三开关电路的第一端；TDD切换信号通过第一开关电路的第一端控制第一开关电路的通断；第一开关电路的通断可分别控制第二开关电路和第三开关电路的通断。

可选地，TDD切换信号为低电平时，第一开关电路导通，TDD切换信号为高电平时，第一开关电路截止；第一开关电路导通时，第二开关电路导通，第三开关电路截止；第一开关电路截止时，第二开关电路截止，第三开关电路导通。TDD切换信号对第一开关电路的控制可根据实际需求进行设置，第一开关电路对第二开关电路和第三开关电路的控制方式也可根据需求进行设置，在此不做限制。

第二开关电路的第二端连接外部的栅极电压源，第三端连接GaN HEMT的栅极管脚；在第二开关电路导通时，该开关电路可将栅极电压源接入到GaN HEMT的栅极管脚。第三开关电路的第二端连接负电压电源端，第三端连接GaN HEMT的栅极管脚；在第三开关电路导通时，该开关电路可将负电压电源端的信号接入到GaN HEMT的栅极管脚。

需要说明的是，栅压切换电路的一端接入TDD切换信号，另一端连接GaN HEMT的栅极管脚，该电路可用于根据TDD切换信号对GaN HEMT的栅极管脚的栅压进行切换。栅压切换电路可用于为GaN HEMT的栅极提供对应的电压。

应该注意的是，本申请实施例提供的设备可为通信设备、接入设备或网络设备等，适应于TDD系统。栅压切换电路可根据TDD切换信号的特性，为GaN HEMT提供对应的栅压，实现对GaN HEMT的快速开启与关断。

第一开关电路可用于控制或切换第二开关电路与第三开关电路的通断。第二开关电路可用于控制栅极电压源与GaN HEMT的栅极管脚之间的通断。第三开关电路可用于控制负电压电源端与GaN HEMT的栅极管脚之间的通断。

TDD切换信号可由信号收发电路或设备提供，可用于控制第一开关电路的通断，还可用于切换GaN HEMT的栅极管脚的电压。栅极电压源可由外部电源提供，可用于开启GaNHEMT，其电压大小可根据GaN HEMT的开启电压以及所处电路进行设置。负电压电源端的电压可由外部电源提供，该电源端产生的负电压的电压值远小于GaN HEMT的开启电压，可用于关断GaN HEMT。

基于上述结构，设备可利用TDD上下行切换信号，控制GaN HEMT的栅极电压，实现GaN HEMT的快速关断与开启，进而实现GaN HEMT的时分开启和关断。

在一个实施例中，第一开关电路为第一MOS管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)开关电路或第一三极管开关电路；第二开关电路为第二MOS管开关电路或第二三极管开关电路；第三开关电路为第三MOS管开关电路或第三三极管开关电路。

具体而言，第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路主要是作为开关使用，可根据实际电路的应用环境或需求，将上述开关电路设置为MOS管开关电路或三极管开关电路。

在一个实施例中，如图2所示，图2为一个实施例中基于TDD系统的设备的第二示意性结构图，第一MOS管开关电路包括PNP三极管以及第一N型MOS 管；第二MOS管开关电路包括第一P型MOS管；第三MOS管开关电路包括第二N型MOS管。

PNP三极管的基极用于接入TDD切换信号；PNP三极管的发射极用于连接正电压电源端；PNP三极管的集电极连接第一N型MOS管的栅极，且用于连接负电压电源端。第一N型MOS管的源极用于连接负电压电源端，第一N型 MOS管的漏极分别连接第一P型MOS管的栅极和第二N型MOS管的栅极。

第一P型MOS管的源极和栅极用于连接栅极电压源，第一P型MOS管的漏极连接GaNHEMT的栅极管脚。第二N型MOS管的源极用于连接负电压电源端，第二N型MOS管的漏极连接GaN HEMT的栅极管脚。

具体而言，PNP三极管的基极接入TDD切换信号，发射极连接正电压电源端，集电极分别连接第一N型MOS管的栅极以及负电压电源端。第一N型MOS 管的源极连接负电压电源端，栅极分别连接PNP三极管的集电极和负电压电源端，漏极分别连接第一P型MOS管的栅极和第二N型MOS管的栅极。

第一P型MOS管的栅极和源极连接栅极电压源，漏极连接GaN HEMT的栅极管脚。第二N型MOS管的栅极连接栅极电压源，源极连接负电压电源端，漏极连接GaN HEMT的栅极管脚。

需要说明的是，基于上述结构，TDD切换信号可控制PNP三极管的通断， PNP三级管的通断可控制第一N型MOS管的通断。第一N型MOS管的通断可分别控制第一P型MOS管和第二N型MOS管的通断。第一P型MOS管导通时，可将栅极电压源接入到GaN HEMT的栅极管脚；第二N型MOS管导通时，可将负电压电源端接入到GaN HEMT的栅极管脚。正电压电源端的电压可由外部电源提供。

可选地，当TDD切换信号为高电平(以+5V为高电平举例)时，PNP三极管不导通，第一N型MOS管栅极电压为负电压(例如-5V)，第一N型MOS 管不导通，第一P型MOS管、第二N型MOS管栅极电压为栅极电压源提供的电压信号，第一P型MOS管不导通、第二N型MOS管导通。此时，GaN HEMT 的栅极管脚电压被第二N型MOS管下拉至负电压，从而使设备的GaN HEMT关闭。

当TDD切换信号为低电平(以0V为低电平举例)时，PNP三极管导通，第一N型MOS管的栅极电压可为-0.7V(PNP三极管的U_BE)，第一N型MOS 管导通。此时，第一P型MOS管、第二N型MOS管的栅极电压迅速下拉至负电压，第一P型MOS管导通、第二N型MOS管截止。栅极电压源可通过第一 P型MOS管连接到GaN HEMT的栅极，使设备的GaN HEMT开启。

GaN HTMT的栅极是肖特基接触，随着输入功率或温度的变化，栅极泄漏电流会发生大小、正负极性的变化，从而影响栅压的稳定。偏置电路需要能够在不同的栅极泄漏电流情况下，都能提供稳定的栅极电压。

在一个实施例中，如图3所示，图3为一个实施例中基于TDD系统的设备的第二MOS管开关电路的结构示意图，第二MOS管开关电路还包括第一电阻和第二电阻。第一P型MOS管的源极通过第一电阻连接栅极电压源；第二电阻的第一端连接第一P型MOS管的漏极，第二电阻的第二端连接第一P型MOS 管的源极。

具体而言，第一电阻的一端连接第一P型MOS管的源极，另一端连接栅极电压源。第二电阻的一端连接第一P型MOS管的漏极，另一端连接第一电阻的第二端，即，第二电阻的第一端连接GaN HEMT的栅极管脚，第二端连接栅极电压源。

需要说明的是，第一电阻和第一P型MOS管可组成低电阻支路；第二电阻与该低电阻支路并联，可形成高电阻支路。栅压切换电路“开”(即开启GaN HEMT)的时候，栅极电压源通过低电阻支路接入到GaN HEMT的栅极。低电阻支路可使GaN HEMT栅极管脚上的偏置电压基本不受GaN HEMT栅极泄漏电流影响。栅压切换电路“关”(即关断GaN HEMT)的时候，GaNHEMT的栅极直接连接到负电压的电源端，GaN HEMT栅极管脚上的负电压远小于GaN HEMT的开启电压，使GaN HEMT处于关断状态。此时，栅极电压源不是通过低电阻支路，而是通过高电阻支路与GaN HEMT栅极管脚连接，可大大减小栅极电压源产生的电流。基于上述结构，本申请实施例可实现栅压稳定，不随栅极泄漏电流变化而变化。

GaN HTMT是耗尽型器件，开启电压为负电压，所以上电时需要先提供栅压，再进行漏压偏置；下电时需要先关断漏压，再关断栅压。当上、下电栅、漏压的先后顺序任一不满足时，GaN HEMT就存在被大电流烧毁的危险，从而导致设备失效。

在一个实施例中，如图4所示，图4为一个实施例中基于TDD系统的设备的第三示意性结构图，还包括漏压开关电路；漏压开关电路的第一端连接GaN HEMT的栅极管脚，漏压开关电路的第二端用于连接漏极电压源，漏压开关电路的第三端连接GaN HEMT的漏极管脚。

具体而言，基于TDD系统的设备还包括漏压开关电路。漏压开关电路的第一端连接GaN HEMT的栅极管脚，第二端连接漏极电压源，第三端连接GaN HEMT的漏极管脚。

需要说明的是，GaN HEMT的栅极管脚可控制漏压开关电路的通断。具体地，在漏压开关电路导通时，可实现漏极电压源与GaN HEMT的漏极管脚之间的导通；在漏压开关电路截断时，可实现漏极电压源与GaN HEMT的漏极管脚之间的截断。

可选地，漏压开关电路中可设置一个作为门限的正常电压值，用于与GaN HEMT的栅极管脚的电压做比较。当GaN HEMT的栅极管脚的电压高于正常电压值时，漏压开关电路截断，GaN HEMT的漏极管脚的电压为零。当GaN HEMT 的栅极管脚加载为正常电压值或低于正常电压值(处于TDD“关”状态时，即，指GaN HEMT关闭的状态，)时，漏压开关电路导通，GaNHEMT的漏极管脚加载为漏极电压源。可实现GaN HEMT先加载栅压、后加载漏压的上电顺序。

在一个实施例中，漏压开关电路包括比较器、第三电阻、第四电阻、第三N 型MOS管、第五电阻、第六电阻以及第二P型MOS管。

比较器的正相输入端通过第三电阻接地，且通过第四电阻连接负电压电源端；比较器的反相输入端连接GaN HEMT的栅极管脚，比较器的正电源端用于连接正电压电源端，比较器的负电源端用于连接负电压电源端；比较器的输出端连接第三N型MOS管的栅极；第三N型MOS管的源极接地，第三N型MOS 管的漏极连接第五电阻的第一端；第五电阻的第二端分别连接第六电阻的第一端，以及第二P型MOS管的栅极；第六电阻的第二端用于连接漏极电压源；第二P型MOS管的栅极和源极用于连接漏极电压源，第二P型MOS管的漏极连接GaNHEMT的漏极管脚。

具体而言，比较器的正相输入端通过第三电阻接地，并通过第四电阻连接负电压电源端；比较器的反相输入端连接GaN HEMT的栅极管脚，正电源端连接正电压电源端，负电源端连接负电压电源端，输出端连接第三N型MOS管的栅极。第三N型MOS管的源极接地，漏极可通过第五电阻与第二P型MOS管的栅极相连。第二P型MOS管的栅极通过第六电阻连接漏极电压源，源极连接漏极电压源，漏极连接GaN HEMT的漏极管脚。第二P型MOS管需要栅源压差才能导通，第六电阻可实现该压差；第二P型MOS管栅源压差极限值一般为±20V，需要第五电阻来分压承担一部分电压。

需要说明的是，根据实际需求，选择合适的第三电阻和第四电阻的阻值，设置比较器正相输入端的电压，使该电压值稍大于栅极电压源提供的电压，但仍为负电压值。当GaNHEMT的栅极管脚的电压高于正相输入端的电压时，比较器输出低电平，第三N型MOS管截止，第二P型MOS管截止，GaN HEMT 的漏极管脚的电压为零。当GaN HEMT的栅极管脚加载为栅极电压源提供的电压或低于栅极电压源提供的电压(处于TDD“关”状态时，即，指GaN HEMT 关闭的状态)时，比较器输出高电平，第三N型MOS管导通、第二P型MOS 管跟随导通，GaN HEMT的漏极管脚加载为漏极电源端提供的电压，能够使设备实现GaN HEMT先加载栅压、后加载漏压的上电时序。

在一个实施例中，如图4所示，还包括第一电容组、第二电容组以及第三电容组。GaN HEMT的栅极管脚通过第一电容组接地；负电压电源端通过第二电容组接地；正电压电源端通过第三电容组接地。

具体而言，基于TDD系统的设备包括第一电容组、第二电容组以及第三电容组。GaNHEMT的栅极管脚、负电压电源端以及正电压电源端分别通过对应的电容组接地。栅压切换电路和漏压开关电路都是低电流工作电路，同时，GaN HEMT正常开启时的漏源导通电阻都很小。所以，上述电容组的容值可根据实际需求来选择，使得外部电源变为0V时，上述电容组的储能能够维持栅压切换电路以及其他相关电路单元正常工作至GaN HEMT漏极通路上全部电容储能释放掉。从而使设备能够实现GaN HEMT先断开漏压、后断开栅压的下电时序。

需要说明的是，第一电容组可用于为GaN HEMT的栅极管脚储能；第二电容组可用于为负电压电源端储能；第三电容组可用于为正电压电源端储能；第一电容组可与外围电路组成栅压偏置滤波电路，该栅压偏置滤波电路可连接在 GaN HEMT的栅极管脚与GaNHEMT的栅极之间。

在一个实施例中，还包括第四电容组；GaN HEMT的漏极管脚通过第四电容组接地。

具体而言，第四电容组主要用于滤波。第四电容组可与外围电路组成漏压偏置滤波电路，该漏压偏置滤波电路可连接在GaN HEMT的漏极管脚与GaN HEMT的漏极之间。

上述电容组均可由多个电容并联组成，在此不做限制。

GaN HTMT的栅极是肖特基接触，随着输入功率或温度的变化，栅极泄漏电流会发生大小、正负极性的变化，从而影响栅压的稳定，但随温度变化的栅压仍可直接由外部输入。

在一个实施例中，如图5所示，图5为一个实施例中基于TDD系统的设备的第四示意性结构图，还包括栅压产生电路。栅压产生电路的输入端用于连接栅极电压源，栅压产生电路的输出端连接第二开关电路的第二端。

具体而言，基于TDD系统的设备还可包括栅压产生电路。栅压产生电路的输入端连接栅极电压源，输出端连接第二开关电路的第二端。

在一个具体的示例中，栅压产生电路的输出端可分别连接第一P型MOS管的栅极和第二N型MOS管的栅极。

需要说明的是，栅压产生电路可用于将栅极电压源转换为GaN HEMT需要的栅压。目前，市面主流GaN HEMT的正常工作栅压基本大于-5V。

在一个实施例中，栅压产生电路为反相电路、栅压温补电路、减法电路或模数转换电路。

具体而言，栅压产生电路形式实现多样，比如可以通过数模转换电路、反相电路或减法电路来实现。通过使用热敏电路、或晶体管等温度敏感器件，还可以构成栅压温补电路。

在一个实施例中，反相电路包括第一反相器以及第七电阻。第一反相器的反相输入端连接栅极电压源，并通过第七电阻连接第一反相器的输出端；第一反相器的正相输入端接地，第一反相器的输出端连接第二开关电路的第二端。

具体而言，第一反相器的反相输入端连接栅极电压源，并通过第七电阻连接第一反相器的输出端；第一反相器的正相输入端接地，输出端连接第二开关电路的第二端。

需要说明的是，栅极电压源为外部输入的正电压时，反相电路可将该正电压变为合适的栅压值。第一反相器可由运算放大器构成。

在一个实施例中，如图6所示，图6为一个实施例中基于TDD系统的设备的栅压温补电路的结构示意图，栅压温补电路包括低通滤波器、热敏电阻以及第二反相器。低通滤波器的输入端用于接入PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号源，低通滤波器的输出端连接第二反相器的反相输入端；第二反相器的正相输入端接地；第二反相器的输出端连接第二开关电路的第二端，且通过热敏电阻连接第二反相器的反相输入端。

具体而言，低通滤波器的输入端接入PWM信号源。第二反相器的正相输入端接地，反相输入端连接低通滤波器的输出端；第二反相器的输出端连接第二开关电路的第二端，且通过热敏电阻连接第二反相器的反相输入端。该电路可以把外部输入的占空比信号(如PWM信号)转换为负的栅压电平。例如，在图 6中，假设PWM的高电平为V_H，低电平为0V，占空比为D，周期为T；则输出端的电压为：V_GS＝-R5*V_H*D/R4

需要说明的是，低通滤波器可为RC低通滤波器或其他滤波器，在此不做限制。

在一个实施例中，如图7所示，图7为一个实施例中基于TDD系统的设备的第五示意性结构图，还包括输入滤波电路、正电压电源电路以及负电压电源电路。输入滤波电路的输入端用于连接外部电源，输入滤波电路的输出端连接正电压电源电路的输入端；正电压电源电路的输出端分别连接正电压电源端以及负电压电源电路的输入端；负电压电源电路的输出端连接负电压电源端。

具体而言，基于TDD系统的设备还可包括输入滤波电路、正电压电源电路以及负电压电源电路。输入滤波电路的输入端连接外部电源，输出端连接正电压电源电路的输入端，可为正电压电源电路供电。正电压电源电路的输出端分别连接正电压电源端以及负电压电源电路的输入端，可为正电压电源端以及负电压电源电路供电。负电压电源电路的输出端连接负电压电源端，可为负电压电源端供电。

需要说明的是，一般性，电路上会使用一些不同容值的电容、穿心电容、电感以及磁珠等惰性元件的组合，比如220uF+1uF+0.1uF，来实现输入电源滤波电路。可根据外部电源的质量来设定输入滤波电路。假如外部电源不足以影响系统整体性能，可不使用输入电源滤波电路或使用简单的滤波电路。

一般性，正电压电源电路的输出电压可为+5V或+3.3V，以便与逻辑控制电路电平一致。根据实际需求，可设计成其他的电压值。该电路的实现形式多样，可以直接使用线性稳压器(LDO：Low Dropout Regulator)来实现，也可以用开关电源来实现，如图8所示，图8为一个实施例中基于TDD系统的设备的正电压电源电路的结构示意图，示例了一种开关电源产生低正电压的电路。

负电压电源电路可使用开关电容反相器来实现，也可使用开关电源电路来实现。负电压电源电路的输入端即可直接连接外部电源，也可连接正电压电源电路的输出端。如图9所示，图9为一个实施例中基于TDD系统的设备的负电压电源电路的结构示意图，示例了一种直接使用外部电源通过开关电源电路产生负电压的电路。

在一个实施例中，外部电源分别连接栅压产生电路、栅压切换电路和漏压开关电路。直接由外部电源给栅压产生电路、栅压切换电路以及漏压开关电路供电，此时，可使用合适的分压电路来实现各节点所需的电压值。

在一个实施例中，如图10所示，图10为一个实施例中基于TDD系统的设备的第六示意性结构图，外部电源通过输入滤波电路后，由正电压电源电路产生一个低的正电压，由负电压电源电路产生一个负电压。外部电源以及产生的正电压和负电压可分别供栅压产生电路、栅压切换电路以及漏压开关电路使用。栅压通过栅压偏置滤波电路栅极，漏压通过漏压偏置滤波电路后加载到GaN HEMT的漏极。

在一个具体的示例中，如图10所示，TDD切换信号为TDD_Switch；GaN HEMT为U6。外部电源输出的电压为V_EXT；正电压电源端的电压为V_cc；负电压电源端的电压为V_ss；栅极电压源的电压为V_gs0；GaN HEMT的栅极管脚的电压为V_GS；GaN HEMT的漏极管脚的电压为V_DD；比较器正相输入端的电压为 V_th；栅压产生电路输出的电压为V_gs1。PNP三极管为Q2；第一N型MOS管为 Q6；第一P型MOS管为Q1；第二N型MOS管为Q3；第三N型MOS管为 Q4；第二P型MOS管为Q5；比较器为U1A；第一反相器为U1B。第一电容组包括电容C12和电容C13；第二电容组包括电容C1、电容C6和电容C7；第三电容组包括电容C4、电容C5和电容C8。第一电阻为R19，第二电阻为R8，第三电阻为R10，第四电阻为R15，第五电阻为R17，第六电阻为R18，第七电阻为R3。

外部输入的电压V_EXT经过C14、C16后，一路输出至U3，由U3产生+5V 的V_cc。V_cc连接到U2，产生-5V的V_ss电压。外部输入的正电压V_gs0，通过U1B 构成的反相器后，变为正常的栅压值V_gs1。

选择合适的R10、R15阻值，设置V_th比较门限值稍大于正常V_GS值(即V_gs1)，但仍为负电压值。当V_GS高于正常电压值时，U1A比较器输出低电平，Q4 NMOS 管截止，Q5 PMOS管截止，漏压V_DD为零。当V_GS加载为正常电压值或低于正常电压值(处于TDD“关”状态时，即，指GaNHEMT关闭的状态)时，U1A 比较器输出高电平，Q4 NMOS管导通、使Q5 PMOS管跟随导通，从而V_DD加载为V_EXT。由此分析可知，实现了GaN HEMT先加载栅压、后加载漏压的上电顺序。

当下电V_EXT变为0V时，因栅压产生电路、栅压切换电路和漏压开关电路都是低电流工作电路，而GaN HEMT正常开启时的漏源导通电阻都很小，所以，可以很容易地选取到合适的C1、C4、C5、C6、C7、C8、C12或C13的容值，使这些电容的储能能够维持栅压产生电路、栅压切换电路、漏压开关电路正常工作至GaN HEMT漏极通路上全部电容储能释放掉。从而实现先关漏压、后关栅压的下电时序。

当TDD_Switch为高电平时(以+5V为高电平举例)，Q2 PNP三极管不导通，Q6 NMOS管栅极电压为V_SS，Q6 NMOS管不导通，Q1 PMOS管、Q3 NMOS 管栅极电压为V_gs1，所以Q1 PMOS管不导通，Q3 NMOS管导通。此时V_GS电压被Q3 NMOS管下拉至V_SS(-5V)，从而使U6 GaN HEMT关闭。

当TDD_Switch为低电平0V时，Q2 PNP三极管导通，Q6 NMOS管栅极电压约为-0.7V(Q2 PNP三极管UBE)，使Q6 NMOS管导通。Q6 NMOS管的导通，使Q1 PMOS管、Q3 NMOS管栅极电压迅速下拉至VSS，导致Q1 PMOS 管导通，Q3 NMOS管截止。Vgs1通过R19、Q1 PMOS管组成的低电阻支路连接到栅极偏置滤波电路以及U6 GaN HEMT栅极，从而使VGS＝Vgs1，U6 GaNHEMT开启。

应该注意的是，Q2、Q3、Q6仅是作为开关管使用，故Q2、Q3、Q6可以随意选择场效应管或晶体管。即，Q2可选PMOS管或PNP晶体管，Q3和Q6 可选NMOS管或NPN晶体管。

本申请实施例，TDD切换信号可控制第一开关电路的通断，第一开关电路的通断可分别控制第二开关电路和第三开关电路的通断，能够切换GaN HEMT 的栅极管脚的电压；基于上述结构，可利用TDD上下行切换信号，控制GaN HEMT的栅极电压，进而实现GaN HEMT的快速关断与开启。并且，可实现栅压稳定，栅压不随栅极泄漏电流变化而变化；进一步地，还可自动实现上、掉电时序控制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种基于TDD系统的设备，其特征在于，包括GaN HEMT以及栅压切换电路；

所述栅压切换电路包括第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；

所述第一开关电路的第一端用于接入TDD切换信号，所述第一开关电路的第二端分别连接所述第二开关电路的第一端和所述第三开关电路的第一端；

所述第二开关电路的第二端用于连接栅极电压源，所述第二开关电路的第三端连接所述GaN HEMT的栅极管脚；

所述第三开关电路的第二端用于连接负电压电源端，所述第三开关电路的第三端连接所述GaN HEMT的栅极管脚。

2.根据权利要求1所述的基于TDD系统的设备，其特征在于，所述第一开关电路为第一MOS管开关电路或第一三极管开关电路；

所述第二开关电路为第二MOS管开关电路或第二三极管开关电路；

所述第三开关电路为第三MOS管开关电路或第三三极管开关电路。

3.根据权利要求2所述的基于TDD系统的设备，其特征在于，所述第一MOS管开关电路包括PNP三极管以及第一N型MOS管；所述第二MOS管开关电路包括第一P型MOS管；所述第三MOS管开关电路包括第二N型MOS管；

所述PNP三极管的基极用于接入所述TDD切换信号；所述PNP三极管的发射极用于连接正电压电源端；所述PNP三极管的集电极连接所述第一N型MOS管的栅极，且用于连接所述负电压电源端；

所述第一N型MOS管的源极用于连接所述负电压电源端，所述第一N型MOS管的漏极分别连接所述第一P型MOS管的栅极和所述第二N型MOS管的栅极；

所述第一P型MOS管的源极和栅极用于连接所述栅极电压源，所述第一P型MOS管的漏极连接所述GaN HEMT的栅极管脚；

所述第二N型MOS管的源极用于连接所述负电压电源端，所述第二N型MOS管的漏极连接所述GaN HEMT的栅极管脚。

4.根据权利要求3所述的基于TDD系统的设备，其特征在于，所述第二MOS管开关电路还包括第一电阻和第二电阻；

所述第一P型MOS管的源极通过所述第一电阻连接所述栅极电压源；

所述第二电阻的第一端连接所述第一P型MOS管的漏极，所述第二电阻的第二端连接所述第一P型MOS管的源极。

5.根据权利要求3所述的基于TDD系统的设备，其特征在于，还包括漏压开关电路；

所述漏压开关电路的第一端连接所述GaN HEMT的栅极管脚，所述漏压开关电路的第二端用于连接漏极电压源，所述漏压开关电路的第三端连接所述GaN HEMT的漏极管脚。

6.根据权利要求5所述的基于TDD系统的设备，其特征在于，所述漏压开关电路包括比较器、第三电阻、第四电阻、第三N型MOS管、第五电阻、第六电阻以及第二P型MOS管；

所述比较器的正相输入端通过所述第三电阻接地，且通过所述第四电阻连接所述负电压电源端；所述比较器的反相输入端连接所述GaN HEMT的栅极管脚，所述比较器的正电源端用于连接正电压电源端，所述比较器的负电源端用于连接所述负电压电源端；所述比较器的输出端连接所述第三N型MOS管的栅极；

所述第三N型MOS管的源极接地，所述第三N型MOS管的漏极连接所述第五电阻的第一端；所述第五电阻的第二端分别连接所述第六电阻的第一端，以及所述第二P型MOS管的栅极；所述第六电阻的第二端用于连接所述漏极电压源；所述第二P型MOS管的栅极和源极用于连接所述漏极电压源，所述第二P型MOS管的漏极连接所述GaN HEMT的漏极管脚。

7.根据权利要求3所述的基于TDD系统的设备，其特征在于，还包括第一电容组、第二电容组以及第三电容组；

所述GaN HEMT的栅极管脚通过所述第一电容组接地；所述负电压电源端通过所述第二电容组接地；所述正电压电源端通过所述第三电容组接地。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的基于TDD系统的设备，其特征在于，还包括栅压产生电路；

所述栅压产生电路的输入端用于连接栅极电压源，所述栅压产生电路的输出端连接所述第二开关电路的第二端。

9.根据权利要求8所述的基于TDD系统的设备，其特征在于，所述栅压产生电路为反相电路、栅压温补电路、减法电路或模数转换电路。

10.根据权利要求9所述的基于TDD系统的设备，其特征在于，所述反相电路包括第一反相器以及第七电阻；

所述第一反相器的反相输入端连接所述栅极电压源，并通过所述第七电阻连接所述第一反相器的输出端；所述第一反相器的正相输入端接地，所述第一反相器的输出端连接所述第二开关电路的第二端；

所述栅压温补电路包括低通滤波器、热敏电阻以及第二反相器；

所述低通滤波器的输入端用于接入PWM信号源，所述低通滤波器的输出端连接所述第二反相器的反相输入端；所述第二反相器的正相输入端接地；所述第二反相器的输出端连接所述第二开关电路的第二端，且通过所述热敏电阻连接所述第二反相器的反相输入端。