一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路的制作方法
【專利說明】一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路。
【背景技術】
[0003]脈沖調制功率放大器已經大量應用于雷達及其它很多通信系統中。微波脈沖功率放大器的工作時，輸入信號一般采用射頻調制信號，同時對功放直接調制，即通過外部TTL信號控制功率放大器內部功率管工作狀態和非工作狀態。結合射頻調制和功放直接調制，可以有效降低雷達的發射靜噪電平，提高雷達的整體電源效率，保護末級大功率微波器件。功放直接調制采用兩種調制方式:柵極調制和漏極調制電路。柵極調制電路容易實現，但也有潛在不利因素，即由于電路設計不合理，柵極電壓存在過沖或毛刺，很容易損壞功率器件。漏極調制電路相對柵極調制電路更安全，但是由于漏極電流很大，選取的開關管要流過很大電流，要達到快速的開和關，電路設計相對比較復雜。GaAs微波功率器件一般采用漏極調制電路。但GaAs器件的工作電壓一般不超過10V，漏極調制電路實現相對比較容易，通常采用PMOS管為開關管外加集成的PMOS管驅動器來實現。GaN功率微波放大器的工作電壓可達28~50V，可采用高壓PMOS管及分立的驅動管來實現，這種實現方式主要存在的缺點是開關速度慢，即調制信號TTL到GaN器件Vds的延時往往不能滿足指標要求，而且Vds關斷時有幾個微秒的拖尾現象。所以本發明采用高壓NMOS管外加集成NMOS管驅動器的方式，可有效減少TTL到Vds之間的時延以及Vds關斷時產生的拖尾現象。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路，避免漏極電壓Vds端放電速度很慢，產生拖尾現象，降低調制信號TTL到漏極電壓Vds端的上升沿和下降沿延時時間。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路，其特征是，包括反相器、邏輯電路、高端NMOS驅動器、低端NMOS管驅動器、高端NMOS管和低端NMOS 管；
調制信號TTL及該信號經所述反相器后的反相信號同時輸入邏輯電路，經所述邏輯電路延時后，輸出一比調制信號TTL延時的高端NMOS驅動器輸入信號和低端NMOS驅動器輸入信號；
高端NMOS驅動器輸入信號和低端NMOS驅動器輸入信號分別輸入至高端NMOS驅動器和低端NMOS管驅動器中，高端NMOS驅動器和低端NMOS管驅動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管的源極同時還與第二鉗位二極管的正極、第三鉗位二極管的負極相連接；
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為連續波或脈沖信號。
[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接第一電源和低端NMOS管驅動器的電源端；自舉二極管的負極同時連接自舉電容的一端和高端NMOS驅動器的電源端；自舉電容另一端與低端NMOS管的漏極連接。
[0009]當所述高端NMOS管關斷時，所述低端NMOS管立即開啟，漏極電壓端迅速放電，降低調制信號TTL到漏極電壓端的下降沿延時時間及拖尾現象。
[0010]本發明所達到的有益效果:
本發明的漏極調制電路就是通過改變功率管的漏極電壓Vds，從OV (非工作狀態)到正常工作電壓(工作狀態)快速變換，從而實現功放的調制。采用漏極調制電路可有效提高功率放大器的整體電源效率，減小雷達的發射靜噪電平。
[0011]1.漏極調制電路可工作在28V~50V。
[0012]2.調制信號TTL與漏極電壓Vds具有較小的上升沿延時和下降沿延時(〈150ns)。
[0013]3.如果輸入射頻信號是連續波，則通過漏極調制后的脈沖射頻信號的上升沿和下降沿小于50ns。
[0014]4.輸入射頻信號為脈沖的情況下，解決了漏極電壓Vds關斷時產生的“拖尾”現象。
[0015]5.采用鉗位二極管，解決了輸出端漏極電壓Vds由于寄生電感效應引起的電壓過沖現象，避免GaN微波功率器件燒毀。
【附圖說明】
[0016]圖1是漏極調制電路不意圖；
圖2是漏極調制電路時序圖。
[0017]圖中附圖標記的含義:
t1-TTL到HI的上升沿延時，t2-HI到RFin的上升沿延時，t3_RFin到TTL的下降沿延時，t4-TTL到HI的下降沿延時，t5-HI到LI的下降沿延時。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0019]如圖1所示，為本發明的電路原理圖:TTL為輸入漏極調制信號，RFin為GaN微波脈沖功率放大器的輸入射頻信號，射頻信號可以為連續波也可以是脈沖信號。GaN微波脈沖功率放大器的輸出信號為RFout。Ul為反相器，U2為邏輯電路，主要實現信號可調延時以及防止高端NMOS驅動器輸入信號H1、低端NMOS驅動器輸入信號LI同時為高電平。U3為高端NMOS和低端NMOS管驅動器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]輸入漏極調制信號TTL及該信號經一反相器Ul后的反相信號同時輸入邏輯電路U2，經邏輯電路U2可調延時作用后，輸出一比輸入漏極調制信號TTL延時的高端NMOS驅動器輸入信號HI和低端NMOS驅動器輸入信號LI，高端NMOS驅動器輸入信號HI和低端NMOS驅動器輸入信號LI分別輸入至高端NMOS驅動器DH和低端NMOS管驅動器DL中，高端NMOS驅動器DH和低端NMOS管驅動器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的負極與高端NMOS管匪I的漏極相連。自舉二極管Dl的正極同時接電源Vddl和低端NMOS管驅動器DL的電源端，自舉二極管Dl的負極同時連接自舉電容Cboot的一端和高端NMOS驅動器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:當匪I關斷時，由于匪I源端存在寄生電容，如果沒有匪2，漏極電壓Vds端放電速度很慢，產生拖尾現象。當Wl關斷時，匪2立即開啟，漏極電壓Vds端迅速放電，降低了 TTL到漏極電壓Vds端的下降沿延時時間。
[0022]如圖2所示，具體的時序電路如下圖:
TTL為輸入漏極調制信號，本實施例中輸入射頻信號RFin為脈沖信號。HI為高端NMOS驅動器輸入信號，LI為低端NMOS驅動器輸入信號。RFin信號套嵌在TTL信號內，HI信號和LI信號不能同時為高，以防止兩個NMOS管匪1、匪2同時導通。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的關閉時間。
[0023]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路，其特征是，包括反相器、邏輯電路、高端NMOS管驅動器、低端NMOS管驅動器、高端NMOS管、低端NMOS管和鉗位二極管； 調制信號TTL及該信號經所述反相器后的反相信號同時輸入邏輯電路，經所述邏輯電路延時后，輸出一比調制信號TTL延時的高端NMOS驅動器輸入信號和低端NMOS驅動器輸入信號； 高端NMOS驅動器輸入信號和低端NMOS驅動器輸入信號分別輸入至高端NMOS驅動器和低端NMOS管驅動器中，高端NMOS驅動器和低端NMOS管驅動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，同時與低端NMOS管的漏極相連；低端NMOS管匪2的源極接地。2.根據權利要求1所述的一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路，其特征是，高端NMOS管的源極同時還與第二鉗位二極管的正極、第三鉗位二極管的負極相連接； 第三鉗位二極管的正極接地；第二鉗位二極管的負極與高端NMOS管的漏極相連。3.根據權利要求1所述的一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路，其特征是，GaN微波脈沖功率放大器的輸入射頻信號為連續波或脈沖信號。4.根據權利要求1所述的一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路，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接第一電源和低端NMOS管驅動器的控制端；自舉二極管的負極同時連接自舉電容的一端和高端NMOS驅動器的控制端；自舉電容另一端與低端NMOS管的漏極連接。5.根據權利要求1所述的一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路，其特征是，當所述高端NMOS管關斷時，所述低端NMOS管立即開啟，漏極電壓端迅速放電，降低調制信號TTL到漏極電壓端的下降沿延時時間及拖尾現象。
【專利摘要】本發明公開了一種GaN微波功率放大器用漏極調制電路，調制信號及其經反相器后的反相信號同時輸入邏輯電路，經延時后，輸出高端NMOS驅動器輸入信號和低端NMOS驅動器輸入信號；高端NMOS驅動器輸入信號和低端NMOS驅動器輸入信號分別輸入至高端NMOS驅動器和低端NMOS管驅動器中，高端NMOS驅動器和低端NMOS管驅動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生拖尾現象，降低調制信號到漏極電壓端的上升沿和下降沿延時時間，降低了漏極電壓端的過沖電壓幅度。
【IPC分類】H03F3/20, H03F1/02, H03F1/52
【公開號】CN104917467
【申請號】CN201510351874
【發明人】沈美根, 陳強, 鄭立榮, 肖清, 李賀, 關曉龍
【申請人】江蘇博普電子科技有限責任公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月24日