一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路的制作方法
【專利說(shuō)明】一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路。
【背景技術(shù)】
[0003]脈沖調(diào)制功率放大器已經(jīng)大量應(yīng)用于雷達(dá)及其它很多通信系統(tǒng)中。微波脈沖功率放大器的工作時(shí)，輸入信號(hào)一般采用射頻調(diào)制信號(hào)，同時(shí)對(duì)功放直接調(diào)制，即通過(guò)外部TTL信號(hào)控制功率放大器內(nèi)部功率管工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)。結(jié)合射頻調(diào)制和功放直接調(diào)制，可以有效降低雷達(dá)的發(fā)射靜噪電平，提高雷達(dá)的整體電源效率，保護(hù)末級(jí)大功率微波器件。功放直接調(diào)制采用兩種調(diào)制方式:柵極調(diào)制和漏極調(diào)制電路。柵極調(diào)制電路容易實(shí)現(xiàn)，但也有潛在不利因素，即由于電路設(shè)計(jì)不合理，柵極電壓存在過(guò)沖或毛刺，很容易損壞功率器件。漏極調(diào)制電路相對(duì)柵極調(diào)制電路更安全，但是由于漏極電流很大，選取的開(kāi)關(guān)管要流過(guò)很大電流，要達(dá)到快速的開(kāi)和關(guān)，電路設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜。GaAs微波功率器件一般采用漏極調(diào)制電路。但GaAs器件的工作電壓一般不超過(guò)10V，漏極調(diào)制電路實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較容易，通常采用PMOS管為開(kāi)關(guān)管外加集成的PMOS管驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。GaN功率微波放大器的工作電壓可達(dá)28~50V，可采用高壓PMOS管及分立的驅(qū)動(dòng)管來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種實(shí)現(xiàn)方式主要存在的缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度慢，即調(diào)制信號(hào)TTL到GaN器件Vds的延時(shí)往往不能滿足指標(biāo)要求，而且Vds關(guān)斷時(shí)有幾個(gè)微秒的拖尾現(xiàn)象。所以本發(fā)明采用高壓NMOS管外加集成NMOS管驅(qū)動(dòng)器的方式，可有效減少TTL到Vds之間的時(shí)延以及Vds關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的拖尾現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路，避免漏極電壓Vds端放電速度很慢，產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，降低調(diào)制信號(hào)TTL到漏極電壓Vds端的上升沿和下降沿延時(shí)時(shí)間。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路，其特征是，包括反相器、邏輯電路、高端NMOS驅(qū)動(dòng)器、低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器、高端NMOS管和低端NMOS 管；
調(diào)制信號(hào)TTL及該信號(hào)經(jīng)所述反相器后的反相信號(hào)同時(shí)輸入邏輯電路，經(jīng)所述邏輯電路延時(shí)后，輸出一比調(diào)制信號(hào)TTL延時(shí)的高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)和低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)；
高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)和低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)分別輸入至高端NMOS驅(qū)動(dòng)器和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器中，高端NMOS驅(qū)動(dòng)器和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器的輸出端分別連接至高端NMOS管和低端NMOS管的柵極；
高端NMOS管的漏極接第二電源；高端NMOS管的源極作為GaN微波脈沖功率放大器的漏極電壓端，同時(shí)與低端NMOS管的漏極相連；低端NMOS管匪2的源極接地。
[0006]高端NMOS管的源極同時(shí)還與第二鉗位二極管的正極、第三鉗位二極管的負(fù)極相連接；
第三鉗位二極管的正極接地；第二鉗位二極管的負(fù)極與高端NMOS管的漏極相連。
[0007]GaN微波脈沖功率放大器的輸入射頻信號(hào)為連續(xù)波或脈沖信號(hào)。
[0008]還包括一自舉二極管和一自舉電容；
自舉二極管的正極同時(shí)接第一電源和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器的電源端；自舉二極管的負(fù)極同時(shí)連接自舉電容的一端和高端NMOS驅(qū)動(dòng)器的電源端；自舉電容另一端與低端NMOS管的漏極連接。
[0009]當(dāng)所述高端NMOS管關(guān)斷時(shí)，所述低端NMOS管立即開(kāi)啟，漏極電壓端迅速放電，降低調(diào)制信號(hào)TTL到漏極電壓端的下降沿延時(shí)時(shí)間及拖尾現(xiàn)象。
[0010]本發(fā)明所達(dá)到的有益效果:
本發(fā)明的漏極調(diào)制電路就是通過(guò)改變功率管的漏極電壓Vds，從OV (非工作狀態(tài))到正常工作電壓(工作狀態(tài))快速變換，從而實(shí)現(xiàn)功放的調(diào)制。采用漏極調(diào)制電路可有效提高功率放大器的整體電源效率，減小雷達(dá)的發(fā)射靜噪電平。
[0011]1.漏極調(diào)制電路可工作在28V~50V。
[0012]2.調(diào)制信號(hào)TTL與漏極電壓Vds具有較小的上升沿延時(shí)和下降沿延時(shí)(〈150ns)。
[0013]3.如果輸入射頻信號(hào)是連續(xù)波，則通過(guò)漏極調(diào)制后的脈沖射頻信號(hào)的上升沿和下降沿小于50ns。
[0014]4.輸入射頻信號(hào)為脈沖的情況下，解決了漏極電壓Vds關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的“拖尾”現(xiàn)象。
[0015]5.采用鉗位二極管，解決了輸出端漏極電壓Vds由于寄生電感效應(yīng)引起的電壓過(guò)沖現(xiàn)象，避免GaN微波功率器件燒毀。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是漏極調(diào)制電路不意圖；
圖2是漏極調(diào)制電路時(shí)序圖。
[0017]圖中附圖標(biāo)記的含義:
t1-TTL到HI的上升沿延時(shí)，t2-HI到RFin的上升沿延時(shí)，t3_RFin到TTL的下降沿延時(shí)，t4-TTL到HI的下降沿延時(shí)，t5-HI到LI的下降沿延時(shí)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]如圖1所示，為本發(fā)明的電路原理圖:TTL為輸入漏極調(diào)制信號(hào)，RFin為GaN微波脈沖功率放大器的輸入射頻信號(hào)，射頻信號(hào)可以為連續(xù)波也可以是脈沖信號(hào)。GaN微波脈沖功率放大器的輸出信號(hào)為RFout。Ul為反相器，U2為邏輯電路，主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)可調(diào)延時(shí)以及防止高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)H1、低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)LI同時(shí)為高電平。U3為高端NMOS和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器DH、DL。Dl為自舉二極管，Cboot為自舉電容，U3的工作電壓為10V。D2、D3為鉗位二極管，防止GaN微波脈沖功率放大器漏極電壓Vds電壓過(guò)沖。NMl為一大功率高端NMOS管，NM2為一小功率低端NMOS管。
[0020]輸入漏極調(diào)制信號(hào)TTL及該信號(hào)經(jīng)一反相器Ul后的反相信號(hào)同時(shí)輸入邏輯電路U2，經(jīng)邏輯電路U2可調(diào)延時(shí)作用后，輸出一比輸入漏極調(diào)制信號(hào)TTL延時(shí)的高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)HI和低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)LI，高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)HI和低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)LI分別輸入至高端NMOS驅(qū)動(dòng)器DH和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器DL中，高端NMOS驅(qū)動(dòng)器DH和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器DL的輸出端分別連接至高端NMOS管NMl和低端NMOS管NM2的柵極。高端NMOS管NMl的漏極接電源Vdd2，高端NMOS管NMl的源極作為GaN微波脈沖功率放大器漏極電壓Vds，同時(shí)與低端NMOS管匪2的漏極、鉗位二極管D2的正極、鉗位二極管D3的負(fù)極相連接。低端NMOS管NM2的源極、鉗位二極管D3的正極分別接地。鉗位二極管D2的負(fù)極與高端NMOS管匪I的漏極相連。自舉二極管Dl的正極同時(shí)接電源Vddl和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器DL的電源端，自舉二極管Dl的負(fù)極同時(shí)連接自舉電容Cboot的一端和高端NMOS驅(qū)動(dòng)器DH的電源端，自舉電容Cboot另一端與低端NMOS管匪2的漏極連接。
[0021]匪2主要的作用是:當(dāng)匪I關(guān)斷時(shí)，由于匪I源端存在寄生電容，如果沒(méi)有匪2，漏極電壓Vds端放電速度很慢，產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。當(dāng)Wl關(guān)斷時(shí)，匪2立即開(kāi)啟，漏極電壓Vds端迅速放電，降低了 TTL到漏極電壓Vds端的下降沿延時(shí)時(shí)間。
[0022]如圖2所示，具體的時(shí)序電路如下圖:
TTL為輸入漏極調(diào)制信號(hào)，本實(shí)施例中輸入射頻信號(hào)RFin為脈沖信號(hào)。HI為高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)，LI為低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)。RFin信號(hào)套嵌在TTL信號(hào)內(nèi)，HI信號(hào)和LI信號(hào)不能同時(shí)為高，以防止兩個(gè)NMOS管匪1、匪2同時(shí)導(dǎo)通。HI高電平寬度比LI的低電平寬度稍窄。t5主要取決于高端NMOS管匪I的關(guān)閉時(shí)間。
[0023]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路，其特征是，包括反相器、邏輯電路、高端NMOS管驅(qū)動(dòng)器、低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器、高端NMOS管、低端NMOS管和鉗位二極管； 調(diào)制信號(hào)TTL及該信號(hào)經(jīng)所述反相器后的反相信號(hào)同時(shí)輸入邏輯電路，經(jīng)所述邏輯電路延時(shí)后，輸出一比調(diào)制信號(hào)TTL延時(shí)的高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)和低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)； 高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)和低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)分別輸入至高端NMOS驅(qū)動(dòng)器和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器中，高端NMOS驅(qū)動(dòng)器和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器的輸出端分別連接至高端NMOS管和低端NMOS管的柵極； 高端NMOS管匪I的漏極接第二電源；高端NMOS管的源極作為GaN微波脈沖功率放大器的漏極電壓端，同時(shí)與低端NMOS管的漏極相連；低端NMOS管匪2的源極接地。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路，其特征是，高端NMOS管的源極同時(shí)還與第二鉗位二極管的正極、第三鉗位二極管的負(fù)極相連接； 第三鉗位二極管的正極接地；第二鉗位二極管的負(fù)極與高端NMOS管的漏極相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路，其特征是，GaN微波脈沖功率放大器的輸入射頻信號(hào)為連續(xù)波或脈沖信號(hào)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路，其特征是，還包括一自舉二極管和一自舉電容； 自舉二極管的正極同時(shí)接第一電源和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器的控制端；自舉二極管的負(fù)極同時(shí)連接自舉電容的一端和高端NMOS驅(qū)動(dòng)器的控制端；自舉電容另一端與低端NMOS管的漏極連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路，其特征是，當(dāng)所述高端NMOS管關(guān)斷時(shí)，所述低端NMOS管立即開(kāi)啟，漏極電壓端迅速放電，降低調(diào)制信號(hào)TTL到漏極電壓端的下降沿延時(shí)時(shí)間及拖尾現(xiàn)象。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種GaN微波功率放大器用漏極調(diào)制電路，調(diào)制信號(hào)及其經(jīng)反相器后的反相信號(hào)同時(shí)輸入邏輯電路，經(jīng)延時(shí)后，輸出高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)和低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)；高端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)和低端NMOS驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)分別輸入至高端NMOS驅(qū)動(dòng)器和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器中，高端NMOS驅(qū)動(dòng)器和低端NMOS管驅(qū)動(dòng)器的輸出端分別連接至高端NMOS管和低端NMOS管的柵極；高端NMOS管的源極作為GaN微波脈沖功率放大器的漏極電壓端。本發(fā)明的電路避免了GaN微波脈沖功率放大器漏極電壓端放電速度慢而產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，降低調(diào)制信號(hào)到漏極電壓端的上升沿和下降沿延時(shí)時(shí)間，降低了漏極電壓端的過(guò)沖電壓幅度。
【IPC分類】H03F3/20, H03F1/02, H03F1/52
【公開(kāi)號(hào)】CN104917467
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510351874
【發(fā)明人】沈美根, 陳強(qiáng), 鄭立榮, 肖清, 李賀, 關(guān)曉龍
【申請(qǐng)人】江蘇博普電子科技有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月24日