專利名稱：Tdd射頻大功率ldmos放大器柵壓控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是應(yīng)用于無線通信技術(shù)中的射頻LDMOS功率放大器的柵壓控制電路，特別 涉及一種TDD射頻大功率LDMOS放大器柵壓控制電路。
背景技術(shù)：
在時(shí)分雙工模式的通信系統(tǒng)中(如TD-SCDMA， PHS)，信號(hào)的收發(fā)是在時(shí)間上相互分 開的。對于TDD制式，功率放大器不僅需要輸出大功率，而且功率放大器處于連續(xù)開關(guān)切 換過程，使接收通道與發(fā)射通道的開關(guān)處于不同時(shí)間內(nèi)。如果在接收時(shí)刻時(shí)發(fā)射通道仍沒有 關(guān)閉，則很容易造成通道間的干擾，嚴(yán)重時(shí)可引起器件自激損壞。因此TDD功率放大器必 須具備高速開關(guān)切換的功能，同時(shí)可以降低功耗提髙效率減少干擾。
LDMOS管是專為射頻功放放大器設(shè)計(jì)的改進(jìn)型N溝道MOSFET，常工作在AB類，在
工作點(diǎn)附近具有正的溫度特性，即在一定的柵壓下，當(dāng)工作溫度升高時(shí)，其靜態(tài)電流IoQ升
高；當(dāng)工作溫度降低時(shí)，Idq降低。 一般地，當(dāng)LDMOS管熱沉溫度從20'C升高到IOO'C時(shí)，
其靜態(tài)工作電流IoQ變化140^;當(dāng)溫度降低至0t:時(shí)，變化量也有30%。 Iog變化會(huì)影響系
統(tǒng)地增益、效率和線性等指標(biāo)，其中又以線性影響最大。因此，在工作中維持功率管IDQ穩(wěn)
定，是功放板設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是-
1、 提供一種體積小、功耗低、響應(yīng)速度快并且電路簡單調(diào)試方便的射頻LDMOS柵壓開 關(guān)控制電路，使放大器工作在TDD模式。
2、 針對現(xiàn)有LDMOS管的特性，提供一種具有溫度補(bǔ)償機(jī)制的，可使大功率射頻LDM0S 放大器在不同溫度下維持其靜態(tài)工作電流的穩(wěn)定，達(dá)到高功率與高效率的線性放大器的射頻 放大器偏壓電路。
本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為這種TDD射頻大功率LDM0S放大 器柵壓控制電路，該電路包括
—射頻放大器，用于將輸入的射頻信號(hào)經(jīng)LDM0S管Ql放大后輸出； 一柵壓溫度補(bǔ)償電路，用于維持射頻放大器在穩(wěn)定的靜態(tài)電流工作點(diǎn)，通過電阻網(wǎng)絡(luò)和
運(yùn)算放大后，根據(jù)通過二極管的電壓隨溫度的變化這種特性來改變"LD舶S時(shí)衝壓，從而達(dá)到 補(bǔ)償?shù)哪康?；?dāng)溫度降低時(shí)，柵壓增大；當(dāng)溫度升高時(shí)，柵壓減小；
一柵極開關(guān)控制電路，用于射頻放大器的柵極偏置電壓在地和正常工作柵壓之間切換； 其中，柵極開關(guān)控制電路包括門電路U3，門電路U3的一個(gè)輸入端接地，另一輸入端接 控制信號(hào)，輸出端經(jīng)低通偏置去耦網(wǎng)絡(luò)連接射頻放大器的柵極；門電路U3的供電端經(jīng)去耦 電容后與所述的柵壓溫度補(bǔ)償電路的輸出端連接；當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，門電路輸出低電 平，射頻放大器關(guān)斷；當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，門電路輸出高電平(即射頻LDMOS正常工作 時(shí)的柵壓)，射頻放大器正常工作。
本實(shí)用新型所述柵壓溫度補(bǔ)償電路包括一高精度電位器VRl, —肖特基二極管D1和一軌 對軌運(yùn)算放大器；所述高精度電位器VR1的3腳經(jīng)一電阻Rl后與電源穩(wěn)定電路的輸出端相 連接，高精度電位器VR1的1腳經(jīng)一電阻R2和去耦電容C5后與肖特基二極管D1的輸入端 相連接，肖特基二極管Dl的輸出端接地；所述高精度電位器VR1的2腳經(jīng)去耦電容C6后與 軌對軌運(yùn)算放大器的正相輸入腳5相連接，軌對軌運(yùn)算放大器的反相輸入腳6經(jīng)電阻R3后 到地；所述軌對軌運(yùn)算放大器的反相輸入腳6經(jīng)電阻R4、 R5后與軌對軌運(yùn)算放大器的輸出 腳7相連接，軌對軌運(yùn)算放大器的輸出腳7經(jīng)電阻R6、去耦電容C6、 C7后與門電路U3的5 腳相連接。
本實(shí)用新型所述電源穩(wěn)定電路包括一溫度特性很好的電源穩(wěn)定芯片Ul和四個(gè)電源去耦 電容C1、 C2、 C3、 C4;其中電源穩(wěn)定芯片U1的輸出端1腳經(jīng)去耦電容C3、 C4后與電阻 Rl相連接，電源穩(wěn)定芯片U1的輸入端3腳經(jīng)去耦電容C1、 C2后與高電壓+28V相連接， 電源穩(wěn)定芯片U1的2腳接地。
本實(shí)用新型所述的柵極開關(guān)控制電路中去耦電容器連接在該耦合元件和該接地端之間， 且作為高頻信號(hào)的接地路徑。
本實(shí)用新型所述的射頻放大器中，J1為射頻信號(hào)輸入端，經(jīng)過隔直流電容C10后與LDM0S 管Q1的柵極相連接；十28V直流供電經(jīng)過濾波電容C12、 C13、 C14后連到LDMOS管Ql的漏 極，其中C12用于射頻信號(hào)接地；射頻信號(hào)經(jīng)LDM0S管Q1放大后再通過隔直流電容C11后 輸出到J2端。
本實(shí)用新型的有益效果為1、在本實(shí)用新型中，采用對大功率放'大器TDMDS管的柵 壓進(jìn)行時(shí)分控制。使系統(tǒng)在發(fā)射時(shí)隙時(shí)功率放大器打開，而在接收時(shí)隙功率放大器關(guān)斷。本 實(shí)用新型采用高速的門電路使射頻LDM0S放大器的柵壓在零偏和正常工作時(shí)的柵極偏置電壓 之間切換，從而放大器受控于控制信號(hào)，工作在時(shí)分狀態(tài)并滿足TDD的要求。結(jié)果避開了漏 極電壓與電流的大電壓與大電流開關(guān)操作，即增加了放大器的可靠性，又大大提高了放大器 及系統(tǒng)的電源利用效率。由于門電路體積小結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、價(jià)格便宜，因此本實(shí)用 新型的柵極開關(guān)控制電路具有功耗小、響應(yīng)速度快、成本低、電路簡單且易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。2、 本實(shí)用新型結(jié)合柵壓開關(guān)控制電路，使二級(jí)管和運(yùn)算放大器有機(jī)的結(jié)合在一起，隨溫度動(dòng)態(tài) 地調(diào)整LDMOS的柵壓，從而使靜態(tài)電流穩(wěn)定，柵極溫度補(bǔ)償電路具有靈敏度高、調(diào)節(jié)方便 快捷、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型的工作原理方框示意圖； 圖2是本實(shí)用新型的具體電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本實(shí)用新型有機(jī)地將數(shù)字與模擬電路、低頻與高頻電路結(jié)合起來，巧妙地利用各種器件 的特性，組合實(shí)現(xiàn)了新穎、實(shí)用、可靠低成本的LDMOS大功率TDD射頻放大器的柵極控制電 路。
如圖1和圖2所示，柵壓開關(guān)控制電路構(gòu)成
門電路U3 (或門、非門、與門、或非門、與非門等)；所述門電路U3的一個(gè)輸入端(2 腳)接地，另一輸入端(l腳)接控制信號(hào)；所述門電路U3輸出端(4腳)經(jīng)低通偏置去耦 網(wǎng)絡(luò)(R7、 C8、 C9)連接射頻放大器的柵極(Ql的l腳)；所述門電路U3的供電端(5鵬經(jīng) 去耦電容后與所述的柵壓溫度補(bǔ)償電路的輸出端連接；由于門電路的輸出只有兩種電平，當(dāng) 控制信號(hào)為低電平時(shí)，門電路輸出低電平，射頻放大器關(guān)斷；當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，門電 路輸出高電平(即射頻LDM0S正常工作時(shí)的柵壓)，射頻放大器正常工作所述門電路將射
頻放大器的的柵極偏置電壓在地和正常工作柵壓之間切換，滿足射領(lǐng)LDMOS放大器工作在TDD 模式時(shí)所需的要求。
溫度補(bǔ)償電路構(gòu)成
一高精度電位器VR1， 一肖特基二極管D1， 一軌對軌運(yùn)算放大器(L)2B);所述高精度電 位器VR1的3腳經(jīng)一電阻Rl后與所述的電源穩(wěn)定電路的輸出端相連接；所述高精度電位器 VR1的1腳經(jīng)一電阻R2和去耦電容C5后與所述肖特基二極管Dl的輸入端相連接所述肖特 基二極管Dl的輸出端接地；所述高精度電位器VR1的2腳經(jīng)去耦電容C6后與所述軌對軌運(yùn) 算放大器(U2B)的正相輸入腳5相連接；所述軌對軌運(yùn)算放大器(U2B)的反相輸入腳6經(jīng) 電阻R3后到地；所述軌對軌運(yùn)算放大器(U2B)的反相輸入腳6經(jīng)電阻R4、 R5后與所述軌 對軌運(yùn)算放大器(U2B)的輸出腳7相連接；所述軌對軌運(yùn)算放大器(U2B)的輸出腳7經(jīng)電 阻R6、去耦電容C6、 C7后與權(quán)利要求1所述射頻LDM0S放大器柵壓關(guān)斷電路中門電路U3的 5腳相連接。
電源穩(wěn)定電路的構(gòu)成
溫度特性很好的電源穩(wěn)定芯片Ul,四個(gè)電源去耦電容C1、 C2、 C3、 C4;所述電源穩(wěn)定 芯片U1的輸出端1腳經(jīng)去耦電容C3、 C4后與權(quán)利要求2中的電阻R1相連接；所述電源穩(wěn) 定芯片U1的輸入端3腳經(jīng)去耦電容C1、 C2后與高電壓+28V相連接所述電源穩(wěn)定芯片 Ul的2腳接地。
RFLDMOS放大器的構(gòu)成
Jl為射頻信號(hào)輸入端，經(jīng)過隔直流電容C10后與LDMOS管Ql的柵極相連接；+28V直 流供電經(jīng)過濾波電容C12、 C13、 C14后連到LDM0S管Ql的漏極，其中C12有對射頻信號(hào)接 地的作用；射頻信號(hào)經(jīng)LDM0S管Ql放大后再通過隔直流電容Cll后輸出到J2端。
開關(guān)切換原理
利用門電路的特性即門電路輸出的高電平等于門電路的供電電源，門電路輸出的低電
平等于接地電平。開關(guān)信號(hào)(0N/0FF)接或門U3的1腳。當(dāng)或門U3的1腳輸入控制電平為 "0"時(shí)，其輸出端4腳的電平為低電平，即4腳的輸出電平等于3腳接地的電平。這樣， 因?yàn)榛蜷TU3的4腳直接連接LDM0S管Ql柵極的去耦濾波電容C8，這樣輸出到柵極的電壓就
為零，LDM0S管Q1就被關(guān)斷；當(dāng)當(dāng)或門U3的1腳輸入控制龜平為'、'1"時(shí)，，輸出端4腳的 電平為高電平，即4腳的輸出電平等于5腳的輸入電平，而5腳的輸入電平等于經(jīng)過溫度補(bǔ) 償調(diào)整好的LDM0S管Ql正常工作時(shí)的柵極偏置電壓Vg,這樣輸出到柵極的電壓就為正常要 求的偏置電壓，LDM0S管Ql處于正常工作狀態(tài)。
為減少柵極電壓開關(guān)切換時(shí)間，增加開關(guān)速度，電容C8的電容值《lnF，但為了防止低 頻自激，將電容C6、 C7的電容值取得較大，通常電容C6用ESR比較低的TAN電容。另外電 容C9還有對高頻信號(hào)接地的功能。
單開關(guān)信號(hào)處于"0"狀態(tài)時(shí)，由于LDM0S管Q1處于關(guān)閉狀態(tài)，幾乎不消耗電源，大大 提高了功率放大器的效率。
試驗(yàn)結(jié)果表明，開關(guān)的實(shí)際切換時(shí)間小于100nS，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足實(shí)際需求。
柵壓溫度補(bǔ)償原理
以穩(wěn)定的電源作為參考，通過電阻R1、 R2，電位器VR1和二級(jí)管D1組成的分壓網(wǎng)絡(luò)， 從電位器VR1的2腳輸出原始的LDM0S管Ql的柵極電壓Vo，此電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器U2B放 大后得到最終的柵極電壓Vg。由于通過二極管D1的電壓會(huì)隨溫度而變化，從而改變Vo的電 壓，最終影響Vg。當(dāng)溫度溫度升高時(shí)，通過二極管D1的電壓變小，Vo的電壓也變小，Vg的 電壓也會(huì)變小；當(dāng)溫度降低時(shí)，通過二極管D1的電壓會(huì)變大，Vo的電壓也變大，Vg的電壓 也會(huì)變大。而LDMOS管的溫度特性是在靜態(tài)工作電流一定的情況下，當(dāng)溫度升高時(shí)，柵極 偏置電壓Vg需要降低；當(dāng)溫度降低時(shí)，柵極偏置電壓Vg需要升高。因此LDM0S管Q1和二 級(jí)管D1的溫度特性相同。通過調(diào)整電阻R3、 R4、 R5的值，從而改變運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)， 使二級(jí)管Dl的溫度變化斜率與LDM0S管Ql的柵壓的溫度變化斜率基本相同，這樣就可以達(dá) 到補(bǔ)償LDM0S管Ql柵壓的目的。通過調(diào)整電阻Rl、 R2的值，不管電位器怎么改變都可以使 柵壓Vg控制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，從而提高電位器的調(diào)整精度，達(dá)到理想的柵壓。運(yùn)算放 大器U2B的輸出端7腳經(jīng)過一個(gè)電阻R6 (小于10歐姆)后和或門5腳相連接，是為了避免 運(yùn)算放大器輸出端7腳直接與大電容C6相連接而產(chǎn)生低頻自激。通過這樣的溫度補(bǔ)償，使 LDM0S管Ql工作在不同溫度情況時(shí)都就有恒定的靜態(tài)電流。
可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及實(shí)用新
型構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本賣用新型所附的權(quán)利要求的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種TDD射頻大功率LDMOS放大器柵壓控制電路，其特征在于該電路包括一射頻放大器，用于將輸入的射頻信號(hào)經(jīng)LDMOS管Q1放大后輸出；一柵壓溫度補(bǔ)償電路，用于維持射頻放大器在穩(wěn)定的靜態(tài)電流工作點(diǎn)；當(dāng)溫度降低時(shí)，柵壓增大；當(dāng)溫度升高時(shí)，柵壓減小；一柵極開關(guān)控制電路，用于射頻放大器的柵極偏置電壓在地和正常工作柵壓之間切換；其中，柵極開關(guān)控制電路包括門電路U3，門電路U3的一個(gè)輸入端接地，另一輸入端接控制信號(hào)，輸出端經(jīng)低通偏置去耦網(wǎng)絡(luò)連接射頻放大器的柵極；門電路U3的供電端經(jīng)去耦電容后與所述的柵壓溫度補(bǔ)償電路的輸出端連接；當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，門電路輸出低電平，射頻放大器關(guān)斷；當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，門電路輸出高電平，射頻放大器正常工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TDD射頻大功率LDM0S放大器柵壓控制電路，其特征在于 所述柵壓溫度補(bǔ)償電路包括一高精度電位器VR1，一肖特基二極管D1和一軌對軌運(yùn)算放大器; 所述高精度電位器VR1的3腳經(jīng)一電阻Rl后與電源穩(wěn)定電路的輸出端相連接，高精度電位 器VR1的1腳經(jīng)一電阻R2和去耦電容C5后與肖特基二極管Dl的輸入端相連接，肖特基二 極管Dl的輸出端接地；所述高精度電位器VR1的2腳經(jīng)去耦電容C6后與軌對軌運(yùn)算放大器 的正相輸入腳5相連接，軌對軌運(yùn)算放大器的反相輸入腳6經(jīng)電阻R3后到地；所述軌對軌 運(yùn)算放大器的反相輸入腳6經(jīng)電阻R4、 R5后與軌對軌運(yùn)算放大器的輸出腳7相連接，軌對 軌運(yùn)算放大器的輸出腳7經(jīng)電阻R6、去耦電容C6、 C7后與門電路U3的5腳相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的TDD射頻大功率LDM0S放大器柵壓控制電路，其特征在于 所述電源穩(wěn)定電路包括一溫度特性很好的電源穩(wěn)定芯片Ul和四個(gè)電源去耦電容Cl、 C2、 C3、 C4;其中電源穩(wěn)定芯片U1的輸出端1腳經(jīng)去耦電容C3、 C4后與電阻R1相連接，電 源穩(wěn)定芯片Ul的輸入端3腳經(jīng)去耦電容Cl、 C2后與高電壓+28V相連接，電源穩(wěn)定芯片 Ul的2腳接地。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TDD射頻大功率LDM0S放大器柵壓控制電路，其特征在于； 所述的柵極開關(guān)控制電路中去耦電容器連接在該耦合元件和該接地端之間，且作為高頻信號(hào) 的接地路徑。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的TDD射頻大功率LDMOS放大器柵壓控制電路，其特征在于 所述的射頻放大器中，Jl為射頻信號(hào)輸入端，經(jīng)過隔直流電容CIO后與LDMOS管Ql的柵極 相連接；+28￥直流供電經(jīng)過濾波電容(:12、 C13、 C14后連到LDMOS管Ql的漏極，其中C12 用于射頻信號(hào)接地；射頻信號(hào)經(jīng)LDMOS管Ql放大后再通過隔直流電容Cll后輸出到J2端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種TDD射頻大功率LDMOS放大器柵壓控制電路，該電路包括射頻放大器、柵壓溫度補(bǔ)償電路和柵極開關(guān)控制電路，其中柵極開關(guān)控制電路用于射頻放大器的柵極偏置電壓在地和正常工作柵壓之間切換；柵極開關(guān)控制電路包括門電路U3，門電路U3的一個(gè)輸入端接地，另一輸入端接控制信號(hào)，輸出端經(jīng)低通偏置去耦網(wǎng)絡(luò)連接射頻放大器的柵極；門電路U3的供電端經(jīng)去耦電容后與所述的柵壓溫度補(bǔ)償電路的輸出端連接；當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，門電路輸出低電平，射頻放大器關(guān)斷；當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，門電路輸出高電平，射頻放大器正常工作。本實(shí)用新型的有益效果為該電路具有極少的電路零件、成本低、功耗小、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03F3/21GK201063587SQ200720111930
公開日2008年5月21日 申請日期2007年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月16日
發(fā)明者吳志堅(jiān), 曉 施, 賴敏福 申請人:浙江三維通信股份有限公司