專利名稱：采用不對稱cmos的常開、常閉共源－共漏結(jié)構(gòu)裝置的有源驅(qū)動的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共源—共漏(cascode)開關(guān)結(jié)構(gòu)，更具體地涉及采用低電壓P-溝道MOSFET，其源極與電容相連，而其漏極與驅(qū)動器開關(guān)的漏極相連。
共源—共漏電路是一種用于改善模擬電路性能的技術(shù)。其提供非常有用的，由公共柵級跟隨的公共源級組成的雙晶體管構(gòu)造。共源—共漏組合兩個放大級以增大輸出電阻和降低寄生電容，導(dǎo)致具有增大帶寬的高增益。共源—共漏提供更好的高頻性能和較高的輸出電阻。
常開損耗模式和常閉半導(dǎo)體裝置的共源—共漏結(jié)構(gòu)使得開關(guān)電源系統(tǒng)可靠和安全地工作。
這兩部分簡單耦合的動態(tài)特性取決于它們自身的參數(shù)，特別是在關(guān)閉時。利用儲存在Vcc供電電容器中的電荷，所提出的布置提高了截止瞬變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是在使用整流器時避免二極管壓降損失。
本發(fā)明的另一個目的是使截止轉(zhuǎn)變加快。
參考附圖，根據(jù)下面對本發(fā)明的說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
公開了一種通過共源—共漏電路控制高電子遷移率晶體管(HEMT)的方法，該共源—共漏電路包括第一和第二開關(guān)，連接至第一開關(guān)源極的電容器，HEMT的源極與第一和第二開關(guān)的漏極均相連，和用于控制第一和第二開關(guān)的控制器。該方法通過定義狀態(tài)A實現(xiàn)，其中控制第一開關(guān)關(guān)閉，導(dǎo)致HEMT截止，而控制第二開關(guān)開啟，使得電容器充電，并將HEMT的漏極電壓穩(wěn)定在HEMT柵極閾值電壓左右。該方法還定義狀態(tài)B，其中控制第一開關(guān)開啟，導(dǎo)致HEMT導(dǎo)通，而幾乎始終控制第二開關(guān)截止，從而保留存儲在電容器中的電荷。而且，該方法提供從狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)B以導(dǎo)通HEMT；和從狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)A以截止HEMT，其中第一開關(guān)關(guān)閉，而第二開關(guān)開啟，使得第一開關(guān)的輸出電容從電容器更快速地充電，以保持HEMT截止。
本發(fā)明通過利用具有阻抗特性的溝道使電容器C充電而避免二極管壓降。此外，通過平衡Vcc電容器和共源—共漏驅(qū)動器開關(guān)輸出電容之間的電荷而使截止轉(zhuǎn)變加快。


圖1是采用根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的共源—共漏電路的電路圖；而 圖2是表示在各種電壓和電流下共源—共漏電路狀態(tài)轉(zhuǎn)變效果的曲線圖。
具體實施例方式圖1表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電路10。電路10包括低電壓P-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或開關(guān)M2。P-溝道MOSFET可以通過摻雜半導(dǎo)體以增加自由正電荷載流子數(shù)量而獲得。在電路10中，P-溝道開關(guān)M2的源極連接至Vcc電容器C，而開關(guān)M1的漏極連接至高電子遷移率晶體管(HEMT)12的源極S2。該晶體管12由驅(qū)動集成電路(IC)14通過M1共源—共漏晶體管驅(qū)動器驅(qū)動。HEMT12是耗盡型常開裝置且可以基于GaN工藝。為了使其截止，兩個柵極中的一個(圖1中的G2，但也可以采用G1)，相比于剩余三個裝置的管腳，必須保持在所可能的最低電壓，且相對于其源極管腳低于閾值電壓。
電路10還表示由P-溝道開關(guān)M1和N-溝道開關(guān)M2組成的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)結(jié)構(gòu)。開關(guān)M1載有全部HEMT電流，而開關(guān)M2管理在電容器C和開關(guān)M1截面之間流動的電流。開關(guān)M2的柵極控制成使所述CMOS結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)最大。
本發(fā)明的CMOS結(jié)構(gòu)根據(jù)下列狀態(tài)和轉(zhuǎn)變工作。在狀態(tài)A中，控制共源—共漏開關(guān)M1關(guān)閉，結(jié)果，根據(jù)共源—共漏結(jié)構(gòu)，HEMT保持截止?？刂崎_關(guān)M2開啟，使得電容器C從S2充電。S2穩(wěn)定在HEMT柵極閾值電壓左右。在狀態(tài)A中，開關(guān)M2用作同步整流器，允許低于二極管的壓降和較快的供電電容充電。
在狀態(tài)B中，控制共源—共漏開關(guān)M1開啟，導(dǎo)致HEMT也完全導(dǎo)通?？刂崎_關(guān)M2關(guān)閉，從而保留存儲在Vcc供電電容器C中的電荷。在狀態(tài)B中，控制器IC14設(shè)法將共源—共漏開關(guān)M1轉(zhuǎn)變?yōu)榇笾峦耆_啟。
當(dāng)電路10從狀態(tài)A轉(zhuǎn)變至狀態(tài)B時，共源—共漏開關(guān)M1開啟而開關(guān)M2關(guān)閉。根據(jù)本發(fā)明的CMOS結(jié)構(gòu)，開關(guān)M2在共源—共漏開關(guān)M1開啟前關(guān)閉。這由圖2中的滯后時間表示。
當(dāng)電路10從狀態(tài)B轉(zhuǎn)變至狀態(tài)A時，共源—共漏開關(guān)M1關(guān)閉而開關(guān)M2開啟。在這種轉(zhuǎn)變中，CMOS結(jié)構(gòu)的好處更加明顯。特別地，如圖2中所示，共源—共漏開關(guān)M1的漏極至源極電壓VDS產(chǎn)生如下效果 在M1的VDS電壓(VS2)達(dá)到HEMT閾值電壓前，HEMT仍然完全導(dǎo)通，從而轉(zhuǎn)變由共源—共漏開關(guān)M1控制； 一旦VDS電壓達(dá)到HEMT閾值電壓，則可以是GaN晶體管的HEMT開關(guān)12開始關(guān)閉，從而減小電流。
共源—共漏開關(guān)M1的輸出電容將由該寄生負(fù)載或者僅由來自HEMT的泄漏電流充電。
然后關(guān)閉開關(guān)M2，使得共源—共漏開關(guān)M1的截面從電容器C的Vcc更快地充電。該效果與添加一個與共源—共漏開關(guān)M1輸出電容并聯(lián)的，已經(jīng)充電的，較大的電容器(C)類似。
這使得更快地在S2上建立穩(wěn)定的電壓，保持HEMT12截止。在截止期間，電容器C充電到S2達(dá)到的最大電壓，其通常大于HEMT閾值。
雖然已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的特定實施例說明了本發(fā)明，但很多其它變化和修改及其它使用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。從而優(yōu)選地，本發(fā)明不受這里的特定公開限制。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動高電子遷移率晶體管HEMT的共源-共漏電路，該電路包括具有源極，漏極和柵極的P-溝道開關(guān)；連接至P-溝道開關(guān)源極的電容器；HEMT具有連接至P-溝道開關(guān)漏極的源極；和用于控制P-溝道開關(guān)的控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述P-溝道開關(guān)是低電壓金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括第二開關(guān)，其中第二開關(guān)和P-溝道開關(guān)一起形成由控制器控制的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中所述N-溝道開關(guān)大體上載有全部通過HEMT的電流，而第二開關(guān)引導(dǎo)在電容器和N-溝道開關(guān)之間流動的電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中該結(jié)構(gòu)根據(jù)狀態(tài)A和B及從狀態(tài)A轉(zhuǎn)變至狀態(tài)B和從狀態(tài)B轉(zhuǎn)變至狀態(tài)A而操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中在狀態(tài)A中，控制N-溝道開關(guān)關(guān)閉，導(dǎo)致HEMT截止，而控制第二開關(guān)開啟，其使得電容器充電，并將HEMT的漏極電壓穩(wěn)定在HEMT柵極閾值電壓左右。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中所述第二開關(guān)作為同步整流器，允許低于二極管的壓降和較快的供電電容充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中在狀態(tài)B中，控制N-溝道開關(guān)開啟，導(dǎo)致HEMT導(dǎo)通，而幾乎始終控制第二開關(guān)截止，從而保留存儲在電容器中的電荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中在從狀態(tài)A轉(zhuǎn)變至狀態(tài)B的過程中，N-溝道開關(guān)在第二開關(guān)關(guān)閉后開啟。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中在從狀態(tài)B轉(zhuǎn)變至狀態(tài)A的過程中，N-溝道開關(guān)關(guān)閉，而第二開關(guān)開啟，使得N-溝道開關(guān)的輸出電容從電容器更快速地充電，從而保持HEMT截止。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，還包括N-溝道開關(guān)的漏極至源極電壓VDS的作用，其中在VDS電壓達(dá)到HEMT閾值電壓前，HEMT完全導(dǎo)通；當(dāng)VDS電壓達(dá)到HEMT閾值電壓時，HEMT開始關(guān)閉，從而減小流過HEMT的電流，和P-溝道開關(guān)的輸出電容由任何寄生負(fù)載或來自HEMT的泄漏電流充電。
12.一種通過共源-共漏電路控制高電子遷移率晶體管HEMT的方法，所述共源-共漏電路包括第一和第二開關(guān)，連接至第一開關(guān)源極的電容器，HEMT的源極與控制開關(guān)的漏極相連，和用于控制第一和第二開關(guān)的控制器，該方法包括下列步驟定義狀態(tài)A，其中控制第一開關(guān)關(guān)閉，導(dǎo)致HEMT截止，而控制第二開關(guān)開啟，使得電容器充電，并將HEMT的漏極電壓穩(wěn)定在HEMT柵極閾值電壓左右；定義狀態(tài)B，其中控制第一開關(guān)開啟，導(dǎo)致HEMT導(dǎo)通，而幾乎始終控制第二開關(guān)截止，從而保留存儲在電容器中的電荷；從狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)B以導(dǎo)通HEMT；和從狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)A以截止HEMT，其中第一開關(guān)關(guān)閉，而第二開關(guān)開啟，使得第一開關(guān)的輸出電容從電容器更快速地充電，以保持HEMT截止。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路，其中第一開關(guān)是低電壓N-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中第二開關(guān)作為同步整流器，允許低于二極管的壓降和較快的供電電容充電。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中在從狀態(tài)A轉(zhuǎn)變至狀態(tài)B的過程中，第一開關(guān)在第二開關(guān)關(guān)閉后開啟。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，從狀態(tài)B至狀態(tài)A的轉(zhuǎn)變包括實現(xiàn)第一開關(guān)的漏極至源極電壓VDS的作用，其中在VDS電壓達(dá)到HEMT閾值電壓前，HEMT完全導(dǎo)通；當(dāng)VDS電壓達(dá)到HEMT閾值電壓時，HEMT開始關(guān)閉，從而減小流過HEMT的電流，和N-溝道開關(guān)的輸出電容由任何寄生負(fù)載或來自HEMT的泄漏電流充電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過共源—共漏電路控制高電子遷移率晶體管(HEMT)的方法，該共源—共漏電路包括第一和第二開關(guān)，連接至第一開關(guān)源極的電容器，HEMT的源極與第一和第二開關(guān)的漏極均相連，和用于控制第一和第二開關(guān)的控制器。該方法通過定義狀態(tài)A實現(xiàn)，其中控制第一開關(guān)關(guān)閉，導(dǎo)致HEMT截止，而控制第二開關(guān)開啟，使得電容器充電，并將HEMT的漏極電壓穩(wěn)定在HEMT柵極閾值電壓左右。該方法還定義狀態(tài)B，其中控制第一開關(guān)開啟，導(dǎo)致HEMT導(dǎo)通，而幾乎始終控制第二開關(guān)截止，從而保留存儲在電容器中的電荷。而且，該方法提供從狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)B以導(dǎo)通HEMT；和從狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)A以截止HEMT，其中第一開關(guān)關(guān)閉，而第二開關(guān)開啟，使得第一開關(guān)的輸出電容從電容器更快速地充電，以保持HEMT截止。
文檔編號H03K17/06GK1893271SQ20061009424
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者M·薩拉洛, M·索爾達(dá)諾 申請人:國際整流器公司