用于放大器的切换有源偏压控制和上电定序的电路的制作方法

专利名称：用于放大器的切换有源偏压控制和上电定序的电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于放大器的有源偏压控制电路。
背景技术：
放大器是接收或发送信号的任意系统的主要构建模块之一。它们可以被用于放大接收的信号以增加信号强度并改善信噪比(SNR)，而且可以在发射机链中使用以将信号放大至用于驱动天线的可接受水平。它们也可以被用于系统模块之间以根据需要放大信号。典型的放大器包括一个或多个晶体管。根据应用的具体需求，这些晶体管可以是任意种类(双极晶体管，功率场效应晶体管M0SFET，金属半导体场效应晶体管MESFET，结型场效应晶体管JFET等)，并且可以是任意模式(耗尽型或增强型)。无论放大器的类型和模式如何，放大器内使用的晶体管都应该为了实现有源操作而在其栅极或其基极加有偏压。偏压点会影响放大器的很多参数，例如效率、噪声系数、线性度、稳定性和增益。但是， 每一个晶体管都彼此不同。它们的阈值(夹断值)由于工艺变化以及老化和温度而在不同的部件之间有所变化。为了补偿这些改变，应该监测通过放大器的静态偏压并优选持续地调节其栅极或基极电压以实现稳定的操作。一种有源偏压控制是通常测量通过晶体管的静态偏压并调节放大器的栅极或基极以实现稳定偏压点的反馈系统。多年来已经设计和公开了多种系统级和片载的有源偏压控制回路。授予Ohta的美国专利5361007公开了一种用于通过使用与放大器串联(连接至漏极或集电极)的测量电阻来测量经过放大器的电流并利用反馈保持该测量电阻两端的电压恒定来生成稳定的放大器栅极电压的装置。授予Soliday的美国专利5311143公开了另一种测量装置，其将测量电阻连接至放大器的发射极而不是集电极。授予Lin的美国专利6657499公开了一种使用与放大器串联的测量电阻的偏压生成电路。上述的这些现有系统使用与RF放大器串联的测量电阻，由于放大器的总静态电流也会经过测量电阻从而消耗额外的功率，因此希望可以避免使用这种手段。这就需要非常精确地微调测量电阻。如果放大器的静态电流较大(在用于驱动器放大器的情况下 >1A)，那么测量电阻就应该足够大以操控电流并且足够精确以避免造成各部件之间的变化。
对放大器的另一种重要考量是将准确的上电/掉电定序加至放大器。如果在准确接通偏压发生器之前就加有漏极电压，那么就会有过量的电流通过放大器，从而可能会损坏放大器。

发明内容
因此本发明的目标是提供一种用于放大器的有源偏压控制电路，其并不依赖于使用与放大器串联的测量电阻。 本发明进一步的目标是提供一种给用于放大器的有源偏压控制控制电路上电定序的改进方法。但是在其他的实施例中，本发明不必实现所有这些目标，并且其权利要求不应被限制为能够实现这些目标的结构或方法。本发明部分源于以下认知对于有源偏压控制电路来说，更加有利的是通过根据放大器输入电流按比例缩小的副本测量的电流来确定输入电流，而不是使用与外部放大器的供电输入端串联的低值测量电阻来测量提供给外部放大器用于调节放大器控制电压的输入电流。本发明的实施例利用供电开关两端的压降来提供流过放大器的供电电流的按比例缩小副本，由此消除对单独的串联测量电阻的需要。本发明的特征在于一种用于放大器的有源偏压控制电路，包括响应供电电压以用于为放大器输入端提供输入电流的开关。电流测量电路被耦合至开关用于测量放大器输入电流的按比例缩小副本，并且第一放大器控制电路响应电流测量电路以用于响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节放大器第一控制电压从而调制放大器输入电流。在一个实施例中，开关可以包括开关晶体管。有源偏压控制电路可以包括用于给开关晶体管加偏压的电平转换器。测量电路可以包括将其控制端子耦合至开关晶体管控制端子以用于提供放大器的输入电流的按比例缩小副本的测量晶体管。电流测量电路可以包括响应测量晶体管以用于提供与放大器的输入电流的按比例缩小副本相对应电压的测量电阻。有源偏压控制电路可以包括使其输入端耦合至开关和测量晶体管漏极的反馈放大器，以及耦合在测量晶体管和测量电阻之间并且使控制端子响应反馈放大器输出以用于改善开关和测量晶体管的电流按比例调整精度的晶体管。有源偏压控制电路可以包括使其输入端耦合至开关和测量晶体管漏极的反馈放大器，第一放大器控制电路响应反馈放大器以用于响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节放大器第一控制电压从而调制放大器输入电流。有源偏压控制电路可以包括用于调节放大器第二控制电压的第二放大器控制电路。有源偏压控制电路可以包括包含有响应基准电压的误差放大器的低压降调制器以及响应误差放大器用于给开关提供供电电压的导通晶体管。导通晶体管、低压降调制器和测量电路可以设置在集成电路上。低压降调制器和测量电路可以设置在集成电路上并且导通晶体管可以设置在集成电路外部。有源偏压控制电路可以包括一个或多个附加的开关晶体管，每一个都I禹合至开关晶体管并且响应供电电压以用于向放大器的输入端提供输入电流。有源偏压控制电路可以包括一个或多个附加的测量晶体管，每一个都耦合至测量晶体管并且响应供电电压以用于提供放大器输入电流的按比例缩小副本。有源偏压控制电路可以包括一个或多个附加的开关晶体管，每一个都耦合至开关晶体管并且响应供电电压以用于向放大器的输入端提供输入电流。放大器控制电路可以被设置用于提供正或负的控制电压。开关和测量晶体管可以位于相同的集成电路上并且使其特性与工艺、温度和电压的变化匹配。电路可以位于集成电路芯片上，并且放大器控制电路可以被设置为提供控制电压以用于包括增强模式或耗尽模式设备的放大器，利用在集成电路芯片上生成或外部生成的负供电电压操作，和/或提供稳定控制电压或者响应确定的输入电流调节控制电压以保持放大器的输入电流恒定。有源偏压控制电路可以包括被设置用于激活有源偏压控制电路的第三控制电路。内有放大器控制电路的有源偏压控制电路可以通过连接至集成电路芯片的用户可访问引脚外部设置。第三控制电路可以被设置为控制放大器的控制电压以使放大器控制电压低于夹断值，生成第一激活信号以使漏极电流能够流至放大器，在漏极电压稳定后生成第二激活信号，并且响应第二激活信号增加控制电压以实现预定的放大器输入电流。第三控制电路可以被设置用于在实现预定的放大器输入电流之后生成触发信号。第一激活信号可以接通开关以使漏极电流能够流至放大器。第二激活信号可以接通放大器控制电路以稳定漏极电流。如果放大器的控制端子被短路接地，那么电路可以被置于待机模式。 如果放大器的漏极端子被短路接地，那么电路可以被置于待机模式。本发明的特征还在于一种用于多个放大器的有源偏压控制电路，包括多个偏压控制电路，每一个都响应供电电压并且每一个都与放大器相对应，每一个控制电路都包括响应供电电压以用于为对应的放大器提供输入电流的开关。电流测量电路被耦合至开关用于测量对应放大器输入电流的按比例缩小副本，并且放大器控制电路提供对应放大器的控制电压并响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节控制电压从而调制对应放大器的输入电流。本发明的特征还在于一种用于多个放大器的有源偏压控制电路，包括多个偏压控制电路，每一个都响应对应的供电电压并且每一个都与放大器相对应，每一个控制电路都包括响应对应的供电电压以用于为对应的放大器提供输入电流的开关。电流测量电路被耦合至开关用于测量对应放大器输入电流的按比例缩小副本，并且放大器控制电路用于提供对应放大器的控制电压并响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节控制电压从而调制对应放大器的输入电流。本发明进一步的特征在于一种用于放大器的有源偏压控制电路，包括用于提供调制电压的低压降调制器。开关响应低压降调制器并且为放大器提供输入电流。电流测量电路响应低压降调制器以用于测量放大器输入电流的按比例缩小副本，并且放大器控制电路用于提供放大器的控制电压并响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节控制电压从而调制放大器的输入电流。本发明的特征还在于一种用于多个放大器的有源偏压控制电路，包括用于提供调制电压的低压降调制器。多个偏压控制电路中的每一个都与放大器相对应，每一个控制电路都包括响应低压降调制器以用于为对应放大器提供输入电流的开关。电流测量电路响应低压降调制器以用于测量对应放大器输入电流的按比例缩小副本，并且放大器控制电路用于提供对应放大器的控制电压并响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节控制电压从而调制对应放大器的输入电流。在一个实施例中，内有低压降调制器的有源偏压控制电路可以包括响应基准电压的误差放大器以及响应误差放大器的导通晶体管。导通晶体管可以与低压降调制器一起设置为片载。导通晶体管可以设置在芯片外部。附图简要说明
其他的目标、特征和优点可以根据以下对优选实施例和附图的说明而呈现给本领 域技术人员，在附图中图I是根据本发明示出了有源偏压控制电路的方块图；图2是图I中有源偏压控制电路的一个实施例的示意图；图3是图2的有源偏压控制电路中的开关和测量晶体管的第二实施例的示意图；图4是用于图3的有源偏压控制电路中的开关和测量晶体管的第二实施例的示范 性漏极偏置电流的表；图5是图2的有源偏压控制电路中的开关和测量晶体管的第三实施例的示意图；图6是图2的有源偏压控制电路中的开关和测量晶体管的第四实施例的示意图；图7是图2中有源偏压控制电路的激活控制电路的示意图；图8是上述图2的偏压控制电路中的电平转换器的示意图；图9是图2中有源偏压控制电路的放大器控制电路的示意图；

图10是图2中有源偏压控制电路的负压发生器的示意图；图11是用于图2中有源偏压电路的过电流保护电路的示意图；图12是用于图2中有源偏压电路的反馈放大器电路的示意图；图13是图I中有源偏压控制电路的另一个实施例的示意图；图14是图I中有源偏压控制电路的另一个实施例的示意图；图15是图I中有源偏压控制电路的另一个实施例的示意图；图16是图I中有源偏压控制电路的另一个实施例的示意图；图17是图I中有源偏压控制电路的另一个实施例的示意图；图18是示出了用于图I中有源偏压控制电路的上电定序方法的一个实施例的流 程图；图19是用于图I中有源偏压控制电路的上电定序方法的另一个实施例；图20是示出了在图19中的方法期间的几种输出信号的电压的时序图；图21A-D是示出了用于图I中有源偏压控制电路的操作以获得不同工作模式的示 意图，包括具有内部或外部VNEG电压的耗尽模式、增强模式或者将系统置于待机模式。
具体实施例方式除了以下公开的一个或多个优选实施例以外，本发明还能有其他的实施例并且能 以不同的方式实践或者实现。因此，应该理解本发明并不将其应用局限于在以下说明内容 中阐述或者在附图中示出的结构细节和部件的设置方式。如果在本文中仅介绍了一个实施 例，那么与之相关的权利要求并不局限于该实施例。而且，与之相关的权利要求不应被限制 性地理解，除非有明确且令人信服的证据指明了这样的结论、限制或放弃。图I中根据本发明示出了有源偏压控制电路10。有源偏压控制电路10包括开关 12,例如响应供电电压Vdd 13用于给放大器14提供输入供电的开关晶体管,放大器14可 以是外部放大器。为了避免使用与放大器14串联的测量电阻，电流测量电路16响应开关 12并且被用于测量放大器14的输入电流，以及给放大器提供该输入电流的按比例缩小的 副本。放大器控制电路18响应电流测量电路16并且给放大器14提供控制电压，以根据测 量的输入电流的按比例缩小副本来调节控制电压。通过调节放大器14的控制电压，放大器14的输入供电即可由此被调制。尽管图I中将放大器14示出为将控制电压在其栅极进行调节的FET放大器，但是放大器14也可以是任意类型的晶体管，例如双极晶体管，IGBT等， 并且可以是耗尽型或增强型的场效应晶体管。图2中有源偏压控制电路IOa的另一个实施例包括带隙基准电路22，其生成用于放大器控制电路18的基准电压并且可以生成相对于外部供电输入电压、温度和工艺变化而言非常稳定的其他基准电压。有源偏压控制电路IOa还包括负压发生器24，其生成能够给使用耗尽模式设备的放大器加偏压的稳定负压。负压发生器24的输出优选为外部可调， 并且如果外部负压供电已经可用或者并不需要，则可以禁用负压发生器24。电路IOa还包括激活控制电路26以响应线路28上的ENABLE信号而激活有源偏压控制系统10a。电路26 正如以下进一步详细介绍的那样可以被用于安全地接通外部放大器14，并且一旦达到用于放大器14的可接受静态点，就在线路30上生成触发信号。还可以提供第二放大器控制电路18a'，它并不响应测量的输入电流的按比例缩小副本，而是通过用户可访问引脚来调节其输出电压。第二放大器控制电路18a'可以被用于对使用共源共栅级联架构并且需要第二控制电压的放大器加偏压。有源偏压控制电路IOa中的部件如图2所示可以加工在集成电路(IC) 34上，集成电路34如图所示具有与IC 34外部的放大器14的连接。开关12包括用于给放大器14提供输入供电的开关晶体管36。电平转换器电路 52给开关晶体管36的栅极加偏压。过电流保护电路54监测流过开关晶体管50的电流，以用于任何过电流故障并且针对电路IOa的其余部分生成故障和激活信号。测量电路16包括将其栅极耦合至晶体管36的栅极以用于提供晶体管36的输出电流的按比例缩小副本的测量晶体管44。为了提供晶体管36输出电流的按比例缩小副本， 晶体管36的接通电阻(Ron)显著小于晶体管44的Ron。例如，晶体管36的Ron可以比晶体管44的Ron小200倍。优选地，晶体管36和44位于相同的集成电路上并且它们的特性很好地与工艺、温度和电压的变化匹配。电流测量电路16a还包括响应晶体管44以用于提供与放大器14的输入电流的按比例缩小副本相对应的电压的测量电阻46。有源偏压控制电路IOa还包括连接至晶体管36和44漏极的反馈放大器60。附加的晶体管62串联设置在晶体管44和测量电阻46之间，并且将其基极连接至反馈放大器60 的输出端。由于通过反馈放大器60建立起反馈，因此晶体管36和44漏极上的电压彼此相等，这就迫使晶体管36和44两端的压降彼此相等。这种反馈方案使测量电阻46两端的电压能够远低于通过VDRAIN引脚提供给放大器14的电压，由此简化控制电路18a中的输入放大器的设计。晶体管62被示出为是NMOS晶体管，但是这并非对本发明的限制，原因在于也可以使用任意类型的晶体管(PMOS，NPN, PNP等)。放大器控制电路18a被耦合至测量电阻46并且响应电阻46两端的电压以用于控制放大器14的控制电压。用这种方式，通过测量表示放大器14输入电流的按比例缩小副本的电阻46两端的电压，就不再需要与放大器14的漏极或源极串联的低值电流测量电阻， 由此消除了与使用这样的测量电阻相关联的缺点。为了不损坏放大器14，优选将放大器保持在夹断值处，直到漏极电压稳定为止。在漏极电压稳定时，就增加放大器14的栅极电压以获得所需的静态电流。为了实现这一点，有源偏压控制电路IOa使用激活控制电路26来监测电路IOa中的不同部件，从而以合适的方式激活放大器14，并且还可以在系统故障的情况下切断放大器14。用户可访问引脚VNEGFB和VGATEFB均可如下所述用于双重目的可以将它们短路接地以设置不同的工作模式。它们也可以被用于调节负压发生器24在耗尽模式下的输出电压水平以及用于上电定序的栅极电压Vset阈值的触发点。为了进一步提高按比例调整的精度，开关晶体管和/或测量晶体管都可以使用多个。图3示出了多个开关晶体管36b，36b' ...36bn和多个测量晶体管44b，44b' . . . 44bn 的布置。用户可选择的N位开关可以被用于允许用户选择用于设定偏置电流的晶体管的数量。图4是用于2位开关的示范性选择表，它可以允许用户通过选择合适的开关来选择从 200mA到2A之间的稳定偏置电流。图3中所示的晶体管布置是示范性的，也可以使用如图5中所示的多个开关晶体管36c，36c' ...36cn和单个测量晶体管44c。在该实施例中，测量电阻与开关晶体管的比值可以在操作期间改变。η位二进制码可以被用于选择开关晶体管36c，36c' . . . 36cn的数量，同时一个或多个测量晶体管44c的数量则保持恒定。因此，测量电流可以通过改变二进制码来修改(即调整)而无需改变测量电阻值。这种技术可以在需要动态地改变静态偏压并且希望通过使用二进制码来实现时使用。晶体管36c，36c' ...36(^的如11可以彼此相同，或者它们可以具有彼此不同的Ron值。也可以使用图6中所示的单个开关晶体管36d和多个测量晶体管 44d，44cT ...44dn。在该实施例中，静态电流可以通过用二进制码改变测量晶体管 44d, 44cT .…44dn的数量来修改。图7中激活控制电路26d的一个实施例包括五个比较器70-74。比较器70响应线路76上的VNEG信号和VSET-I信号。信号VSET-I到VSET-3由带隙发生器22生成。如果 VNEG信号高于VSET-I，那么比较器70就在线路75上生成指示线路76短路接地的低电平。比较器71响应耦合至用户可访问端子的线路77上的VNEGFB信号和VSET-2信号。 如果线路77上的VNEGFB信号被短路接地以指示用户想要关闭负压发生器24，那么比较器 71的输出就在线路78上变为低电平且在线路79上变为高电平。这样即可断开负压发生器 24，其将系统设定为增强模式或耗尽从动模式。如果线路77并未接地，那么变为高电平的线路78和变为低电平的线路79就将系统设置为耗尽主控模式，接通负压发生器24。比较器72响应同样耦合至用户可访问端子的线路80上的VGATEFB信号和VSET-2 信号。如果线路80被短路接地以指示用户想要将系统置于增强模式，那么比较器74的输出就在线路81上变为低电平且在线路82上变为高电平。如果线路80并未接地，那么变为高电平的线路81和变为低电平的线路82就将系统置于耗尽模式。与门83响应线路79和82上的信号。如果线路79和82上的信号是高电平(线路 80上的VNEGFB和线路77上的VGATEFB均被短路接地)，那么变为高电平的线路84就将系统置于增强模式。如果线路84为高电平，那么线路85变为高电平、86变为高电平就使线路 87上的输出变为高电平，这样提供激活漏极电压信号以接通系统。如果线路84为低电平， 那么系统处于耗尽模式并且线路87上的激活漏极电压信号需要来自其他比较器的信息以变为用于激活系统的高电平。比较器73响应线路88上的VNEG信号和VSET-3信号。当VNEG信号低于VSET-3 时，线路89上的信号变为高电平以指示VNEG已经稳定并且达到了预定值。比较器74响应线路90上的VGATE信号和VSET-3信号。当VGATE信号低于VSET-3 时，信号线路91变为高电平以指示VGATE已经稳定并且达到了预定值。锁存器92响应线路91上的信号。它在信号线95上的输出值保持为低电平，直到它在信号线91上的输入变为高电平为止。当线路91变为高电平时，线路95变为高电平并且无论线路91为何值都保持高电平，直到通过它在锁存器92的复位输入端上的低电平信号清除为低电平为止。与门 94响应线路93和89上的信号并且当VNEG和VGATE信号均已稳定为其预定值时在线路95 上生成高电平信号。与门96响应线路81和95上的信号并且当系统处于耗尽模式且VNEG 和VGATE信号都已稳定时在97上生成高电平信号。或门98响应线路84和97上的信号并且当系统处于增强模式时或者如果系统处于耗尽模式且VNEG和VGATE信号都已稳定时在线路86上生成高电平信号。与门99响应线路85和86上的信号并且在线路87上生成高电平信号以在线路85和86变为高电平时提供激活漏极电压信号。概括而言，为了使激活漏极电压(ENABLE VDRAIN)信号在线路87上变为高电平以激活漏极电流，应该满足以下条件之一 1)系统处于增强模式；或者2)系统处于耗尽模式， VGATE和VNEG信号已经稳定下来且VNEG信号并未短路接地。激活控制电路26d的输出被提供给图2中的电平转换器52。图8中示出了电平转换器52d的一个实施例。图3中的电平转换器52d接收线路100上的输入信号并且在线路 102上生成提供给开关晶体管50栅极的输出信号。线路104被连接至VDD。在线路106上提供给电平转换器52的供电电压通常是5V。当输入端100为低电平时，节点108被上拉至电源线106上的电压以关断晶体管 110。当晶体管110被关断时，没有电流流过电阻112。线路102上的输出变为与线路104 上的电压Vhigh相等，由此关断图3中的开关晶体管36。当线路100上的输入电压为高电平时，节点108被下拉至线路114接地以接通晶体管110。电阻112两端的压降随即变为足以接通开关晶体管50。串联的二极管116被设置作为安全预防措施以将开关晶体管50的栅极电压箝位为足够低的值。也可以使用多个电平转换器52b的电路来驱动图3，4和5中的多个栅极。在这种设置方式中，解码器(未示出)被用于允许选择所需偏压电路用于漏极或测量。图9中的放大器控制电路18b响应测量电阻46两端的电压以提供放大器14输入电流按比例缩小的副本。测量电阻46的电压在线路150上测量。放大器控制电路18d调节其在线路152上的输出，直到线路154上的电压Vset与线路150上的测量电压相等为止。当有源偏压控制电路IOb被设定为给耗尽模式设备加偏压时，线路156被连接至负压电源。有源偏压控制电路IOb的输出152被保持为线路156上的电压值，直到系统被激活为止，这样将耗尽模式的设备保持在夹断值处。当系统被激活时，输出152增加直至达到所需静态偏压为止。连接在输出端158和线路156之间的分流晶体管158将线路152上的输出电压箝位为约4V,高于线路156上的电压。当有源偏压控制电路被设定为给增强模式设备加偏压时，线路156被接地以保持输出152接地，直到系统被禁用为止，这样就将增强模式的设备保持在夹断值处。当系统被激活时，线路152上的输出电压增加，直至达到静态偏压为止。由于有源偏压控制电路IOb既能给增强模式的设备加偏压又能给耗尽模式的设备加偏压，因此放大器控制电路18d优选地在线路152上既能够生成负的输出电压又能够生成正的输出电压。典型的CMOS晶体管无法允许相对于集成电路基板加负压。为了允许使用负压，优选地使用能够承受负压值的隔离型NMOS晶体管。
图10中负压发生器24的一个实施例包括能够被设置为片载或脱离芯片的电阻 160和162以调节发生器24的电压输出值。图10示出了电路IOb和IOc的漏极电流校验电路54的实施例。图11中的过电流保护电路54包括连接晶体管252和254的二极管，分别相对于 VDD和VDRAIN引脚上的电压生成电流。由于开关晶体管36的电阻有限，因此流过其中的电流就会生成从VDD到VDRAIN的压降。利用由带隙电流发生器256生成的附加偏置电流来将这种电压差异测量为晶体管252和254上的电流差异。状态机(漏极校验控制)258确定任何的过电流故障并且针对系统的其余部分生成故障和激活信号。过电流保护电路250 优选地由低压晶体管构建以改善匹配和精度。在操作中，VDD上的电压生成晶体管252上的稳定电流。电阻(Rlarge)被用于限制晶体管252上的电流消耗。晶体管252上的电流由晶体管260镜像。VDRAIN上的电压生成由晶体管262-264镜像的第二稳定电流12和12。偏移电流Ibias-offset将电流推送到连接节点266。如果Il大于 Ibias-offset+I3，那么节点266就变为接地。该状态表明晶体管36两端的压降大于允许值，因此系统被禁用。该故障状态在给VDRAIN充电时第一次激活系统期间也会出现。为了不产生错误的故障状态，漏极校验控制电路258生成VDRAIN的首次升高信号并且不会在激活后VDRAIN 电压第一次上升期间禁用系统。首次升高信号被保留在寄存器内，直至接收到系统的全局复位信号为止。如果在首次升高信号之后产生故障(过电流状态)，那么故障信号就禁用开关晶体管Ml并且保持其切断，直到用ENABLE引脚内的低电平清除故障状态或者系统关机为止。图12中的反馈放大器60在其输入级包括NPN晶体管272和274以改善放大器的精度和失配。由于最大可允许VCE电压通常都低于加至系统的最大供电电压，因此由晶体管276和278建立的第二辅助支路被用于保护晶体管272和274免受过压状态影响。在反馈放大器被禁用时由于反馈放大器的输入端接地(原因在于图I中的开关36和测量晶体管44)同时放大器的供电仍保持VDD时，过压状态可能会出现。通过使用串联的晶体管280 和282，反馈放大器60的输入端被与开关36和测量晶体管44隔离并且用晶体管276和278 的辅助支路来加偏压。当系统被激活时，辅助支路被禁用并且输入端被连接至开关和测量晶体管36和44。当放大器被禁用时，连接二极管的晶体管284在放大器的输入端之间产生电压差。这就确保了放大器输出端在其被禁用时保持接地。在图13的有源偏压控制电路IOe的另一个实施例中，(图I中的)晶体管63被移除并且反馈放大器60e被用于驱动放大器控制电路18e。放大器控制电路18e将调节放大器14的栅极电流以使晶体管36和44两端的压降彼此相等。在另一个实施例中，图14中的有源偏压控制电路IOf包括多个偏压控制电路 290f. . . 290fn，每一个都包括响应供电电压以用于给对应放大器提供输入供电的开关，以及响应用于测量对应放大器输入供电按比例缩小副本的电流测量电路。有源偏压控制电路 IOf还包括多个放大器控制电路18f. . . 18fn，用于给对应放大器14f. . . 14fn提供控制电压并且响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节控制电压以调制对应放大器的输入电流。每一个偏压控制电路290f. . . 290fn都可以被设置在相同的IC上或相同的封装内。在该实施例中，所有外部放大器14f. . . 14fn共用同一个供电电压Vdd。在另一个实施例中，图15中的有源偏压控制电路IOg包括不同的供电电压 Vdd. . . Vddn以给多个对应的放大器14g. . . 14gn加偏压。电路IOg类似于图14中的电路IOf 包括多个偏压控制电路290g. . . 209gn，但是偏压控制电路拥有其自身的供电电压。用这种方式就能够实现多个供电域。电路IOg可以在芯片上(或者在单个晶片上)或者在具有多个晶片的封装内构建。在另一个实施例中，图16中的有源偏压控制电路IOh包括低压降调制器 (LDO) 292，包括误差放大器294和导通晶体管296以生成其中VDD不同于VDRAIN的稳定偏压。LDO 292、误差放大器294和晶体管296在该实施例中都被设置在IC内部。在另一个实施例中，图17中的有源偏压控制电路IOi将其导通晶体管296i设置在IC外部，这在其电流消耗非常高时是优选的。误差放大器294仍然可以被设置在IC上。 图16和图17中的电路被示出为具有多个输出，但是使用具有内部或外部导通晶体管的LDO 时也可以与单路输出系统一起使用。如以上在本发明的背景技术中所述，对于放大器的一种重要考量是将准确的上电定序加至放大器以使得不会有过量的电流流过放大器导致其损坏。图18中示出的一种用于外部放大器的有源偏压控制器的上电定序方法在步骤170以给放大器上电开始。在步骤 172控制放大器的控制电压以使放大器控制电压低于夹断值。在步骤174生成第一激活信号以使漏极电流能够流至放大器。当在步骤176判定漏极电压已经稳定时，就生成第二激活信号。响应第二激活信号，在步骤178激活控制电压以实现预定的放大器输入电流。在激活控制电压时也可以生成触发信号。图19的流程图和图20的时序图中示出了用于外部放大器的有源偏压控制器的上电定序方法的另一个实施例。该实施例包括通过用户可访问输入端VNEGFB和VGATEFB实现的短路保护和模式选择功能。有源偏压电路在步骤180，时刻tl上电。在步骤182，系统校验VGATEFB输入是否短路接地。如果是由用户接地，那么系统即被选择用于驱动增强模式的放大器。系统在步骤184校验VNEGFB输入端是否接地。如果没有接地，那么系统就由于不允许这种工作模式而等待。如果VNEGFB输入端已接地，那么系统就在步骤186校验用户可访问引脚ENABLE是否为高电平。当它在时刻t2为高电平时，就在步骤188激活漏极电压(VDRAIN)和栅极电压VG2信号。在步骤190将VDRAIN输出相对于VDD-Vsafe的值进行比较。当VDRAIN大于或等于VDD-Vsafe时，在步骤192激活栅极电压(VGATE)并且在时刻 t3接通有源偏压控制器。在操作期间，在步骤194连续地检查VDRAIN和ENABLE。当VGATE 被激活时就在步骤196生成触发(TRIGGER OUT)信号。如果VDRAIN下降到阈值以下或者如果ENABLE引脚被置为低电平，那么就在步骤197禁用VGATE和VDRAIN并且将TRIGGER OUT置为低电平。如果VDRAIN在步骤198大于或等于VDD-Vsafe (也就是ENABLE为低电平)，那么系统就返回到等待用户输入的初始ENABLE状态。如果VDRAIN小于VDD-Vsafe， 那么就存在短路状态，并且系统在步骤199等待，直到ENABLE被置为低电平以清除短路状态为止。当ENABLE为低电平时，系统在步骤186返回其初始状态。如果在步骤182判定VGATE并未接地，那么系统即被置为耗尽模式。系统在步骤 200检查VNEGFB是否接地。如果已接地，那么系统即被置为耗尽从动模式，禁用负压生成器。如果并未接地，那么系统即被置为耗尽主控模式，并且在步骤202于时刻tl激活负压生成器24。在步骤206将VGATE相对于预定值VSET进行检查。当VGATE电压降至VSET以下时，系统在步骤208等待ENABLE上的高电平信号。当ENABLE为高电平时，在步骤210激活VDRAIN和VG2。在步骤212将VDRAIN输出相对于VDD-Vsafe的值进行比较。当VDRAIN 大于或等于LDOCc-Vsafe时，在步骤214激活VGATE以接通有源偏压控制器，在步骤218生成高电平触发信号。在操作期间，在步骤216连续地将VDRAIN、VNEG和ENABLE相对于VDD 进行比较。而且，VNEG被相对于上限阈值连续检查以检测VNEG处任何的意外短路接地。 当VGATE被激活时，在步骤218生成高电平触发信号。如果VDRAIN下降到阈值以下，或者如果ENABLE引脚被置为低电平，或者如果VNEG升高到-O. 8V以上，那么就在步骤220禁用VGATE和VDRAIN并且将TRIGGER OUT置为低电平。如果VDRAIN在步骤222大于或等于 VDD-Vsafe (也就是VNEG大于-O. 8V，或者ENABLE为低电平)，那么系统就返回到等待用户输入的初始ENABLE状态。否则就存在短路状态，并且系统在步骤224等待，直到ENABLE被置为低电平以清除短路状态为止。当ENABLE为低电平时，系统在步骤208返回其初始状态。图21A-21D示出了有源偏压控制电路如何才能被设置用于为包括增强模式或耗尽模式设备的放大器提供适当的控制电压，并且可以被设置为使用内部或外部的负压电源。在图21A中，当引脚VNEGFB保持浮动(也就是高电平信号)且引脚VGATEFB保持浮动时，负压发生器24被激活并且系统提供用于耗尽模式设备的控制电压。在图21B中，当 VNEGFB短路接地(也就是低电平信号)且引脚VGATEFB保持浮动时，负压发生器24被禁用并且系统提供适合供利用外部生成负压的耗尽模式设备使用的控制电压。在图21C中，当引脚VNEGFB短路接地且VGATEFB也短路接地时，负压发生器24被禁用并且系统提供适合用于增强模式设备的控制电压。在图2ID中，当引脚VNEGFB保持浮动且VGATEFB短路接地时，负压发生器24被激活但是有源偏压控制电路IOg被禁用并且系统被置于待机模式。这样即使VGATEFB引脚意外地变成短路接地也可以避免耗尽模式放大器设备中的过电流状态。尽管在某些附图中示出并且在另一些附图中并未示出本发明的某些具体特征，但这仅仅是为了方便起见，其实每一种特征都可以根据本发明与任意或所有的其他特征相组合。 如本文中所用的词语“包含”、“包括”、“具有”和“具备”应被广泛和全面地解读而不应受限于任何实体互连。而且，本主题申请中公开的任何实施例都不应被视为唯一可行的实施例。另外，在本专利申请进行期间对本专利提交的任何修改都不意味着放弃本申请提交时给出的任何权利要求的要素本领域技术人员不能合理地预见到草拟的权利要求就能够在字面上涵盖所有可能的等价方案，很多等价方案在修改时是无法预见的并且超出了对所放弃内容(如果有的话)的直接解读，修改的潜在依据可能与很多等价方案都没有太多的关联，和/或存在很多其他的理由使得无法要求申请人针对修改的任何权利要求要素来描述某些非实质的替代方案。本领域技术人员可以想到其他的实施例并且这些实施例仍落在所附权利要求以内。
权利要求
1.一种用于放大器的有源偏压控制电路，包括开关，响应供电电压以用于为放大器输入端提供输入电流；电流测量电路，耦合至开关以用于测量放大器的输入电流的按比例缩小副本；以及第一放大器控制电路，响应电流测量电路以用于响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节放大器的第一控制电压，从而调制放大器的输入电流。
2.如权利要求I所述的有源偏压控制电路，其中开关包括开关晶体管。
3.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，进一步包括用于给开关晶体管加偏压的电平转换器。
4.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，其中测量电路包括测量晶体管，其控制端子耦合至开关晶体管的控制端子，以用于提供放大器输入电流的按比例缩小副本。
5.如权利要求3所述的有源偏压控制电路，其中电流测量电路进一步包括响应测量晶体管以用于提供与放大器输入电流的按比例缩小副本相对应的电压的测量电阻。
6.如权利要求4所述的有源偏压控制电路，进一步包括反馈放大器，其输入端耦合至开关和测量晶体管漏极，以及晶体管，耦合在测量晶体管和测量电阻之间，并且其控制端子响应反馈放大器的输出， 用于改善开关和测量晶体管的电流按比例调整的精度。
7.如权利要求4所述的有源偏压控制电路，进一步包括反馈放大器，其输入端耦合至开关和测量晶体管的漏极，第一放大器控制电路，响应反馈放大器以用于响应测量的输入电流的按比例缩小副本来调节放大器的第一控制电压，从而调制放大器的输入电流。
8.如权利要求I所述的有源偏压控制电路，进一步包括用于调节放大器的第二控制电压的第二放大器控制电路。
9.如权利要求I所述的有源偏压控制电路，进一步包括包含有响应基准电压的误差放大器的低压降调制器以及响应误差放大器用于给开关提供供电电压的导通晶体管。
10.如权利要求9所述的有源偏压控制电路，其中导通晶体管、低压降调制器和测量电路都设置在集成电路上。
11.如权利要求9所述的有源偏压控制电路，其中低压降调制器和测量电路设置在集成电路上，并且导通晶体管设置在集成电路外部。
12.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，进一步包括一个或多个附加的开关晶体管，每一个都I禹合至开关晶体管并且响应供电电压以用于向放大器的输入端提供输入电流。
13.如权利要求4所述的有源偏压控制电路，进一步包括一个或多个附加的测量晶体管，每一个都耦合至测量晶体管并且响应供电电压以用于提供放大器的输入电流的按比例缩小副本。
14.如权利要求13所述的有源偏压控制电路，进一步包括一个或多个附加的开关晶体管，每一个都I禹合至开关晶体管并且响应供电电压以用于向放大器的输入端提供输入电流。
15.如权利要求I所述的有源偏压控制电路，其中放大器控制电路被设置用于提供正或负的控制电压。
16.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，其中放大器控制电路被设置用于提供正或负的控制电压。
17.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，其中开关和测量晶体管是FET晶体管。
18.如权利要求2所述的有源偏压控制电路，其中开关和测量晶体管位于同一个的集成电路上并且具有一种或多种匹配的特性。
19.如权利要求18所述的有源偏压控制电路，其中匹配的特性减小电路性能对于工艺、温度和电压变化的敏感性。
20.如权利要求I所述的有源偏压控制电路，其中电路有源设备位于集成电路芯片上， 并且其中放大器控制电路被设置为提供控制电压以用于包括增强模式或耗尽模式设备的放大器，利用由集成电路芯片生成或外部生成的负供电电压操作，和/或提供固定的控制电压或者响应确定的输入电流调节控制电压以保持放大器的输入电流恒定。
21.如权利要求I所述的有源偏压控制电路，进一步包括被设置用于激活有源偏压控制电路的第三控制电路。
22.如权利要求21所述的有源偏压控制电路，其中第三控制电路被设置为控制放大器的控制电压以使放大器控制电压低于夹断值；生成第一激活信号以使供电电流能够流至放大器；在供电电压稳定时生成第二激活信号；并且响应第二激活信号，增加控制电压以实现预定的放大器输入电流。
23.如权利要求22所述的有源偏压控制电路，其中放大器控制电路通过连接至集成电路芯片的用户可访问弓I脚被外部地设置。
24.如权利要求22所述的有源偏压控制电路，其中第三控制电路被设置用于在实现预定的放大器输入电流之后生成触发信号。
25.如权利要求23所述的有源偏压控制电路，其中第一激活信号接通开关以使供电电流能够流至放大器。
26.如权利要求22所述的有源偏压控制电路，其中第二激活信号接通放大器控制电路以稳定供电电流。
27.如权利要求22所述的有源偏压控制电路，其中第三控制电路进一步被设置用于利用第二激活信号生成触发信号。
28.如权利要求22所述的有源偏压控制电路，其中如果有源偏压控制电路的负压输入端被短路接地，那么就将电路置于待机模式。
29.如权利要求22所述的有源偏压控制电路，其中如果放大器的供电端子被短路接地，那么就将电路置于待机模式。
30.一种用于多个放大器的有源偏压控制电路,包括多个偏压控制电路，每一个都响应供电电压并且每一个都与放大器相对应，每一个控制电路都包括响应供电电压以用于为对应的放大器提供输入电流的开关；耦合至开关用于测量对应放大器的输入电流的按比例缩小副本的电流测量电路；以及放大器控制电路，用于提供对应放大器的控制电压并响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节控制电压，从而调制对应放大器的输入电流。
31.一种用于多个放大器的有源偏压控制电路，包括多个偏压控制电路，每一个都响应对应的供电电压并且每一个都与某个放大器相对应，每一个控制电路包括响应对应的供电电压以用于为对应的放大器提供输入电流的开关；耦合至开关用于测量对应放大器输入电流的按比例缩小副本的电流测量电路；以及放大器控制电路，用于提供对应放大器的控制电压并响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节控制电压从而调制对应放大器输入电流。
32.一种用于放大器的有源偏压控制电路，包括用于提供调制电压的低压降调制器；响应低压降调制器并为放大器提供输入电流的开关；响应低压降调制器以用于测量放大器的输入电流的按比例缩小副本的电流测量电路；以及放大器控制电路，用于提供放大器的控制电压并响应测量的输入电流的按比例缩小副本来调节控制电压从而调制放大器的输入电流。
33.一种用于多个放大器的有源偏压控制电路,包括用于提供调制电压的低压降调制器；多个偏压控制电路，其中每一个都与某个放大器相对应，每一个控制电路都包括 响应低压降调制器以用于为对应放大器提供输入电流的开关；响应低压降调制器以用于测量对应放大器的输入电流的按比例缩小副本的电流测量电路；以及放大器控制电路，用于提供对应放大器的控制电压并响应测量的输入电流的按比例缩小副本来调节控制电压从而调制对应放大器的输入电流。
34.如权利要求33所述的有源偏压控制电路，其中低压降调制器包括响应基准电压的误差放大器以及响应误差放大器的导通晶体管。
35.如权利要求33所述的有源偏压控制电路，其中导通晶体管与低压降调制器一起设置在芯片上。
36.如权利要求33所述的有源偏压控制电路，其中导通晶体管设置在芯片外部。
全文摘要
一种用于放大器的有源偏压控制电路包括响应供电电压以用于为放大器输入端提供输入电流的开关，以及耦合至开关以用于测量放大器的输入电流的按比例缩小副本的电流测量电路。第一放大器控制电路响应电流测量电路以用于响应测量的输入电流的按比例缩小副本调节放大器第一控制电压从而调制放大器的输入电流。还公开了给用于放大器有源偏压控制电路的放大器上电定序的电路。
文档编号H03F3/04GK102612804SQ201080052181
公开日2012年7月25日 申请日期2010年10月5日 优先权日2009年10月5日
发明者A·塞利克, F·科塞尔, P·卡金, Y·A·艾肯 申请人:赫梯特微波公司