一种基于GaAsHEMT工艺的电源调制器的制作方法

本发明涉及电源驱动控制和集成电路设计领域，特别涉及一种基于高电子迁移率场效应晶体管的电源调制器。

背景技术：

砷化镓(gaas)是新一代宽禁带半导体材料，属ⅲ-v族化合物半导体，于1964年进入实用阶段。砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。基于gaas材料发展起来主要有两类晶体管工艺：场效应晶体管(fet)和双极型晶体管(bjt)，前者的主要代表是mesfet和phemt，后者的主要代表是hbt。目前主流的gaas工艺是phemt和hbt。hemt即高电子迁移率晶体管，phemt是hemt的一种具体改进形式。由于gaas材料特点，只能制作出n沟道的场效应晶体管，分为耗尽型(d-mode)和增强型(e-mode)，逻辑器件通常会采用增强型晶体管。又由于gaas工艺的晶体管尺寸较大，金属层次较少(通常只有两三层)，因此基于gaas工艺的mmic通常仅仅集成一些简单的逻辑控制电路，例如数控衰减器、数控移相器的驱动器、支持tdd模式收发切换或需要高低增益切换的放大器等，规模一般也就在10个逻辑门的量级，晶体管数量很少会超过100。但是其具有较高的开关速度快、传输延迟小、抗干扰和抗辐照能力强等优点，在很多领域均有应用，在电源调制领域，现有的电源调制器并没有利用高电子迁移率场效应晶体管来实现的控制方案，对此本申请提供一种可以采用基于gaashemt工艺的来实现的电源调制器集成电路方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有工艺技术的不足，提供一种基于gaashemt工艺gaashemt工艺的电源调制器，采用基于高电子迁移率晶体管来实现输出电压可调、稳定可靠、抗干扰能力强的电源调制器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于gaashemt工艺的电源调制器，包括施密特触发器、电阻负载型反相器、晶体管fet4、晶体管dfet1、电阻rl，施密特触发器的输出端连接至电阻负载型反相器的输入端，所述电阻负载型反相器的输出端连接至晶体管fet4的栅极，晶体管fet4的源极经电阻rl接电源输入负端vss；晶体管fet4的漏极连接晶体管dfet1的源极，晶体管dfet1的漏极连接电源输入正端vdd；晶体管dfet1的栅极连接输出电源调整端adj；晶体管fet4的源极连接电源输出端out。

所述施密特触发器包括晶体管fet1、fet2以及电阻r1、r2、r3、r4，使能输入端en经电阻r1连接至晶体管fet1的栅极；晶体管fet1的栅极经电阻r2连接至晶体管fet2的漏极；晶体管fet2的漏极经电阻r3连接至晶体管fet2的源极，晶体管fet2的源极接电源输入负端vss；晶体管fet1的漏极经电阻r4连接至电源输入正端vdd；晶体管fet2的栅极与晶体管fet1的漏极连接；晶体管fet1的源极接电源输入负端vss；晶体管fet1的漏极或晶体管fet2的栅极引出施密特触发器的输出端，用于连接至电阻负载型反相器的输入端。

所述电阻负载型反相器包括晶体管fet3、电阻r5，晶体管fet3的栅极连接至施密特触发器的输出端，晶体管fet3的漏极经电阻r5连接至电源输入正端vdd；晶体管fet3的源极接电源输入负端vss；晶体管fet3的漏极引出电阻负载型反相器的输出端，用于连接至晶体管fet4的栅极。

所述晶体管fet4为增强型场效应晶体管，所述晶体管dfet1为耗尽型场效应晶体管。

所述晶体管fet1、fet2、fet3均为增强型场效应晶体管。

所述电源调制器还包括电阻r7、r8，电阻r7两端分别连接至电源输入正端vdd、输出电源调整端adj；电阻r8两端分别连接电源输入负端vss、输出电源调整端adj，电阻r7、r8组成分压电路，用于调节输入至晶体管dfet1栅极的电压。

本发明的优点在于：电源调制器可以根据使能信号的控制来实现输出控制，方便可靠，可以实现输出的快速关断和开启；可以根据输出电压调整端的输入信号来输出不同的电压，输出电压范围较宽且在调节范围内连续可调；可以通过分压电阻r7、r8的设置来调节分压进而实现对于adj输入端的电压输入调节，进而调节输出；同时本申请的电源调制器具备开关速度快、传输延迟小、抗干扰和抗辐照能力强的优点。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为发明电源调制器的电路原理图；

图2为本发明的随en输入变化时adj、out、vdd的电压变化图；

图3为本发明随adj输入电压变化时out、vdd的电压变化图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明基于gaashemte/d工艺实现了一种电源调制器，可广泛应用于各类手持设备、无线通讯终端、射频收发设备、5g通信基站等场合。具体来讲，支持tdd模式收发切换时需要关闭或开启射频放大器的偏置电源，或任何需要进行5v以内电源开关调制的场合(包括栅极调制和漏极调制)都可以用到本发明。具有开关速度快、传输延迟小、抗干扰和抗辐照能力强、输出电压在1v～vdd-1v的较宽范围内连续可调等诸多优点。具体电路图如图1所示：

一种基于gaashemt工艺的电源调制器，包括施密特触发器、电阻负载型反相器、晶体管fet4、晶体管dfet1、电阻rl，施密特触发器的输出端连接至电阻负载型反相器的输入端，电阻负载型反相器的输出端连接至晶体管fet4的栅极，晶体管fet4的源极经电阻rl接电源输入负端vss；

晶体管fet4的漏极连接晶体管dfet1的源极，晶体管dfet1的漏极连接电源输入正端vdd；

晶体管dfet1的栅极连接输出电源调整端adj；晶体管fet4的源极连接电源输出端out。

在一个优选的实施例中，施密特触发器包括晶体管fet1、fet2以及电阻r1、r2、r3、r4，使能输入端en经电阻r1连接至晶体管fet1的栅极；晶体管fet1的栅极经电阻r2连接至晶体管fet2的漏极；晶体管fet2的漏极经电阻r3连接至晶体管fet2的源极，晶体管fet2的源极接电源输入负端vss；

晶体管fet1的漏极经电阻r4连接至电源输入正端vdd；晶体管fet2的栅极与晶体管fet1的漏极连接；晶体管fet1的源极接电源输入负端vss；晶体管fet1的漏极或晶体管fet2的栅极引出施密特触发器的输出端，用于连接至电阻负载型反相器的输入端。

电阻负载型反相器包括晶体管fet3、电阻r5，晶体管fet3的栅极连接至施密特触发器的输出端，晶体管fet3的漏极经电阻r5连接至电源输入正端vdd；晶体管fet3的源极接电源输入负端vss；晶体管fet3的漏极引出电阻负载型反相器的输出端，用于连接至晶体管fet4的栅极。

在本申请中的晶体管分别为：晶体管fet4为增强型场效应晶体管，晶体管dfet1为耗尽型场效应晶体管。晶体管fet1、fet2、fet3均为增强型场效应晶体管。

本申请中，vdd、vss端为电源的输入正极、输入负极，将待调制的电源经vdd、vss接入调制器电路，adj是输入控制端，out是输出端，用于输出调制后的电压信号，adj主要是输入控制电压，根据adj的输入不同out端输出电压不同，从而实现动态的调节，；en端属于使能输入端，根据使能信号来控制调制器电路的工作，当使能端en低电平时则电路不导通，out输出电压为0，当en为高电平，调制器电路工作；然后根据adj的输入电平来调节对应的out的输出电压信号；进一步地，adj既可以由外部输入，也可以通过内部vdd分压，在adj输入端设置电阻r7、r8进行分压后送入到adj中，从而实现adj的可调。具体r7、r8的电路结构为：电阻r7两端分别连接至电源输入正端vdd、输出电源调整端adj；电阻r8两端分别连接电源输入负端vss、输出电源调整端adj，电阻r7、r8组成分压电路，用于调节输入至晶体管dfet1栅极的电压。

如图1，vdd为电源输入正端，vss为电源输入负端，en为使能输入端，adj为输出电压调整端，out为电源输出端。电阻r1、r2、r3、r4、fet1、fet2共同组成一个施密特触发器，en输入经施密特触发器输出再经r5、fet3组成的电阻负载型反相器整形后去控制晶体管fet4的栅极。晶体管fet4、dfet1组成一个共源共栅结构，将dfet1的栅极引出至adj引脚，供用户在芯片外接分压电阻来调节输出电压。r7、r8组成的电阻分压用于调节输出电压，实际上在片内仅集成r7或r8中任一个，另一个由用户在片外通过上拉或者下拉方式连接到adj引脚。fet4的源极为电源输出端out，固定接一个大值电阻rl到vss端作为假负载(dummyload)为fet4源极提供参考电位，以避免out端浮空时电位是不确定状态。当然所有引脚都必须有适当的esd保护电路，可以根据实际需求来设置esd保护电路。en的输入逻辑电平由施密特触发器决定，当en为低电平时，out端输出为0；当en为高电平时，out端输出由vdd和adj共同决定。

如图2所示，为了验证电路的准确性，当输入电源电压vdd为5v时，分压电阻r7＝r8，则adj电压为2.5v。en小于1.2v时，输出out＝0；en大于1.2v时，输出out＝3.4v。由此可见，只有en高电平时系统电路才工作输出，输出根据分压后的adj的输入电压相关。

如图3所示，设置电源电压vdd＝5v，调节分压电阻r7、r8，使adj电压在0～5v之间变化。en为低电平时，输出out＝0；en为高电平时，输出out近似随adj线性变化，有out＝0.96*adj+1v，直到adj>3.5v后，out不再线性变化并逐渐趋于饱和电压4.6v。由此可见，本申请的调制器电路具备很大的调节范围，同时可以根据en来实现调制器电路的开启和关闭控制，在开启状态可以通过adj的输入电压来控制输出端out的输出电压，输出动态可调，而且采用的晶体管工艺使得本申请具备开关速度快、传输延迟小、抗干扰和抗辐照能力强的优点。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。