专利名称：Tdd射频大功率ldmos放大器栅压控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型是应用于无线通信技术中的射频LDMOS功率放大器的栅压控制电路，特别 涉及一种TDD射频大功率LDMOS放大器栅压控制电路。
背景技术：
在时分双工模式的通信系统中(如TD-SCDMA， PHS)，信号的收发是在时间上相互分 开的。对于TDD制式，功率放大器不仅需要输出大功率，而且功率放大器处于连续开关切 换过程，使接收通道与发射通道的开关处于不同时间内。如果在接收时刻时发射通道仍没有 关闭，则很容易造成通道间的干扰，严重时可引起器件自激损坏。因此TDD功率放大器必 须具备高速开关切换的功能，同时可以降低功耗提髙效率减少干扰。
LDMOS管是专为射频功放放大器设计的改进型N沟道MOSFET，常工作在AB类，在
工作点附近具有正的温度特性，即在一定的栅压下，当工作温度升高时，其静态电流IoQ升
高；当工作温度降低时，Idq降低。 一般地，当LDMOS管热沉温度从20'C升高到IOO'C时，
其静态工作电流IoQ变化140^;当温度降低至0t:时，变化量也有30%。 Iog变化会影响系
统地增益、效率和线性等指标，其中又以线性影响最大。因此，在工作中维持功率管IDQ稳
定，是功放板设计的关键点之一。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是-
1、 提供一种体积小、功耗低、响应速度快并且电路简单调试方便的射频LDMOS栅压开 关控制电路，使放大器工作在TDD模式。
2、 针对现有LDMOS管的特性，提供一种具有温度补偿机制的，可使大功率射频LDM0S 放大器在不同温度下维持其静态工作电流的稳定，达到高功率与高效率的线性放大器的射频 放大器偏压电路。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案为这种TDD射频大功率LDM0S放大 器栅压控制电路，该电路包括
—射频放大器，用于将输入的射频信号经LDM0S管Ql放大后输出； 一栅压温度补偿电路，用于维持射频放大器在稳定的静态电流工作点，通过电阻网络和
运算放大后，根据通过二极管的电压随温度的变化这种特性来改变"LD舶S时衝压，从而达到 补偿的目的；当温度降低时，栅压增大；当温度升高时，栅压减小；
一栅极开关控制电路，用于射频放大器的栅极偏置电压在地和正常工作栅压之间切换； 其中，栅极开关控制电路包括门电路U3，门电路U3的一个输入端接地，另一输入端接 控制信号，输出端经低通偏置去耦网络连接射频放大器的栅极；门电路U3的供电端经去耦 电容后与所述的栅压温度补偿电路的输出端连接；当控制信号为低电平时，门电路输出低电 平，射频放大器关断；当控制信号为高电平时，门电路输出高电平(即射频LDMOS正常工作 时的栅压)，射频放大器正常工作。
本实用新型所述栅压温度补偿电路包括一高精度电位器VRl, —肖特基二极管D1和一轨 对轨运算放大器；所述高精度电位器VR1的3脚经一电阻Rl后与电源稳定电路的输出端相 连接，高精度电位器VR1的1脚经一电阻R2和去耦电容C5后与肖特基二极管D1的输入端 相连接，肖特基二极管Dl的输出端接地；所述高精度电位器VR1的2脚经去耦电容C6后与 轨对轨运算放大器的正相输入脚5相连接，轨对轨运算放大器的反相输入脚6经电阻R3后 到地；所述轨对轨运算放大器的反相输入脚6经电阻R4、 R5后与轨对轨运算放大器的输出 脚7相连接，轨对轨运算放大器的输出脚7经电阻R6、去耦电容C6、 C7后与门电路U3的5 脚相连接。
本实用新型所述电源稳定电路包括一温度特性很好的电源稳定芯片Ul和四个电源去耦 电容C1、 C2、 C3、 C4;其中电源稳定芯片U1的输出端1脚经去耦电容C3、 C4后与电阻 Rl相连接，电源稳定芯片U1的输入端3脚经去耦电容C1、 C2后与高电压+28V相连接， 电源稳定芯片U1的2脚接地。
本实用新型所述的栅极开关控制电路中去耦电容器连接在该耦合元件和该接地端之间， 且作为高频信号的接地路径。
本实用新型所述的射频放大器中，J1为射频信号输入端，经过隔直流电容C10后与LDM0S 管Q1的栅极相连接；十28V直流供电经过滤波电容C12、 C13、 C14后连到LDMOS管Ql的漏 极，其中C12用于射频信号接地；射频信号经LDM0S管Q1放大后再通过隔直流电容C11后 输出到J2端。
本实用新型的有益效果为1、在本实用新型中，采用对大功率放'大器TDMDS管的栅 压进行时分控制。使系统在发射时隙时功率放大器打开，而在接收时隙功率放大器关断。本 实用新型采用高速的门电路使射频LDM0S放大器的栅压在零偏和正常工作时的栅极偏置电压 之间切换，从而放大器受控于控制信号，工作在时分状态并满足TDD的要求。结果避开了漏 极电压与电流的大电压与大电流开关操作，即增加了放大器的可靠性，又大大提高了放大器 及系统的电源利用效率。由于门电路体积小结构简单、响应速度快、价格便宜，因此本实用 新型的栅极开关控制电路具有功耗小、响应速度快、成本低、电路简单且易实现等优点。2、 本实用新型结合栅压开关控制电路，使二级管和运算放大器有机的结合在一起，随温度动态 地调整LDMOS的栅压，从而使静态电流稳定，栅极温度补偿电路具有灵敏度高、调节方便 快捷、稳定等优点。
图1是本实用新型的工作原理方框示意图； 图2是本实用新型的具体电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型有机地将数字与模拟电路、低频与高频电路结合起来，巧妙地利用各种器件 的特性，组合实现了新颖、实用、可靠低成本的LDMOS大功率TDD射频放大器的栅极控制电 路。
如图1和图2所示，栅压开关控制电路构成
门电路U3 (或门、非门、与门、或非门、与非门等)；所述门电路U3的一个输入端(2 脚)接地，另一输入端(l脚)接控制信号；所述门电路U3输出端(4脚)经低通偏置去耦 网络(R7、 C8、 C9)连接射频放大器的栅极(Ql的l脚)；所述门电路U3的供电端(5鹏经 去耦电容后与所述的栅压温度补偿电路的输出端连接；由于门电路的输出只有两种电平，当 控制信号为低电平时，门电路输出低电平，射频放大器关断；当控制信号为高电平时，门电 路输出高电平(即射频LDM0S正常工作时的栅压)，射频放大器正常工作所述门电路将射
频放大器的的栅极偏置电压在地和正常工作栅压之间切换，满足射领LDMOS放大器工作在TDD 模式时所需的要求。
温度补偿电路构成
一高精度电位器VR1， 一肖特基二极管D1， 一轨对轨运算放大器(L)2B);所述高精度电 位器VR1的3脚经一电阻Rl后与所述的电源稳定电路的输出端相连接；所述高精度电位器 VR1的1脚经一电阻R2和去耦电容C5后与所述肖特基二极管Dl的输入端相连接所述肖特 基二极管Dl的输出端接地；所述高精度电位器VR1的2脚经去耦电容C6后与所述轨对轨运 算放大器(U2B)的正相输入脚5相连接；所述轨对轨运算放大器(U2B)的反相输入脚6经 电阻R3后到地；所述轨对轨运算放大器(U2B)的反相输入脚6经电阻R4、 R5后与所述轨 对轨运算放大器(U2B)的输出脚7相连接；所述轨对轨运算放大器(U2B)的输出脚7经电 阻R6、去耦电容C6、 C7后与权利要求1所述射频LDM0S放大器栅压关断电路中门电路U3的 5脚相连接。
电源稳定电路的构成
温度特性很好的电源稳定芯片Ul,四个电源去耦电容C1、 C2、 C3、 C4;所述电源稳定 芯片U1的输出端1脚经去耦电容C3、 C4后与权利要求2中的电阻R1相连接；所述电源稳 定芯片U1的输入端3脚经去耦电容C1、 C2后与高电压+28V相连接所述电源稳定芯片 Ul的2脚接地。
RFLDMOS放大器的构成
Jl为射频信号输入端，经过隔直流电容C10后与LDMOS管Ql的栅极相连接；+28V直 流供电经过滤波电容C12、 C13、 C14后连到LDM0S管Ql的漏极，其中C12有对射频信号接 地的作用；射频信号经LDM0S管Ql放大后再通过隔直流电容Cll后输出到J2端。
开关切换原理
利用门电路的特性即门电路输出的高电平等于门电路的供电电源，门电路输出的低电
平等于接地电平。开关信号(0N/0FF)接或门U3的1脚。当或门U3的1脚输入控制电平为 "0"时，其输出端4脚的电平为低电平，即4脚的输出电平等于3脚接地的电平。这样， 因为或门U3的4脚直接连接LDM0S管Ql栅极的去耦滤波电容C8，这样输出到栅极的电压就
为零，LDM0S管Q1就被关断；当当或门U3的1脚输入控制龟平为'、'1"时，，输出端4脚的 电平为高电平，即4脚的输出电平等于5脚的输入电平，而5脚的输入电平等于经过温度补 偿调整好的LDM0S管Ql正常工作时的栅极偏置电压Vg,这样输出到栅极的电压就为正常要 求的偏置电压，LDM0S管Ql处于正常工作状态。
为减少栅极电压开关切换时间，增加开关速度，电容C8的电容值《lnF，但为了防止低 频自激，将电容C6、 C7的电容值取得较大，通常电容C6用ESR比较低的TAN电容。另外电 容C9还有对高频信号接地的功能。
单开关信号处于"0"状态时，由于LDM0S管Q1处于关闭状态，几乎不消耗电源，大大 提高了功率放大器的效率。
试验结果表明，开关的实际切换时间小于100nS，远远满足实际需求。
栅压温度补偿原理
以稳定的电源作为参考，通过电阻R1、 R2，电位器VR1和二级管D1组成的分压网络， 从电位器VR1的2脚输出原始的LDM0S管Ql的栅极电压Vo，此电压经过运算放大器U2B放 大后得到最终的栅极电压Vg。由于通过二极管D1的电压会随温度而变化，从而改变Vo的电 压，最终影响Vg。当温度温度升高时，通过二极管D1的电压变小，Vo的电压也变小，Vg的 电压也会变小；当温度降低时，通过二极管D1的电压会变大，Vo的电压也变大，Vg的电压 也会变大。而LDMOS管的温度特性是在静态工作电流一定的情况下，当温度升高时，栅极 偏置电压Vg需要降低；当温度降低时，栅极偏置电压Vg需要升高。因此LDM0S管Q1和二 级管D1的温度特性相同。通过调整电阻R3、 R4、 R5的值，从而改变运算放大器的放大倍数， 使二级管Dl的温度变化斜率与LDM0S管Ql的栅压的温度变化斜率基本相同，这样就可以达 到补偿LDM0S管Ql栅压的目的。通过调整电阻Rl、 R2的值，不管电位器怎么改变都可以使 栅压Vg控制在一个很小的范围内，从而提高电位器的调整精度，达到理想的栅压。运算放 大器U2B的输出端7脚经过一个电阻R6 (小于10欧姆)后和或门5脚相连接，是为了避免 运算放大器输出端7脚直接与大电容C6相连接而产生低频自激。通过这样的温度补偿，使 LDM0S管Ql工作在不同温度情况时都就有恒定的静态电流。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及实用新
型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本卖用新型所附的权利要求的 保护范围。
权利要求1、一种TDD射频大功率LDMOS放大器栅压控制电路，其特征在于该电路包括一射频放大器，用于将输入的射频信号经LDMOS管Q1放大后输出；一栅压温度补偿电路，用于维持射频放大器在稳定的静态电流工作点；当温度降低时，栅压增大；当温度升高时，栅压减小；一栅极开关控制电路，用于射频放大器的栅极偏置电压在地和正常工作栅压之间切换；其中，栅极开关控制电路包括门电路U3，门电路U3的一个输入端接地，另一输入端接控制信号，输出端经低通偏置去耦网络连接射频放大器的栅极；门电路U3的供电端经去耦电容后与所述的栅压温度补偿电路的输出端连接；当控制信号为低电平时，门电路输出低电平，射频放大器关断；当控制信号为高电平时，门电路输出高电平，射频放大器正常工作。
2、 根据权利要求1所述的TDD射频大功率LDM0S放大器栅压控制电路，其特征在于 所述栅压温度补偿电路包括一高精度电位器VR1，一肖特基二极管D1和一轨对轨运算放大器; 所述高精度电位器VR1的3脚经一电阻Rl后与电源稳定电路的输出端相连接，高精度电位 器VR1的1脚经一电阻R2和去耦电容C5后与肖特基二极管Dl的输入端相连接，肖特基二 极管Dl的输出端接地；所述高精度电位器VR1的2脚经去耦电容C6后与轨对轨运算放大器 的正相输入脚5相连接，轨对轨运算放大器的反相输入脚6经电阻R3后到地；所述轨对轨 运算放大器的反相输入脚6经电阻R4、 R5后与轨对轨运算放大器的输出脚7相连接，轨对 轨运算放大器的输出脚7经电阻R6、去耦电容C6、 C7后与门电路U3的5脚相连接。
3、 根据权利要求2所述的TDD射频大功率LDM0S放大器栅压控制电路，其特征在于 所述电源稳定电路包括一温度特性很好的电源稳定芯片Ul和四个电源去耦电容Cl、 C2、 C3、 C4;其中电源稳定芯片U1的输出端1脚经去耦电容C3、 C4后与电阻R1相连接，电 源稳定芯片Ul的输入端3脚经去耦电容Cl、 C2后与高电压+28V相连接，电源稳定芯片 Ul的2脚接地。
4、 根据权利要求1所述的TDD射频大功率LDM0S放大器栅压控制电路，其特征在于； 所述的栅极开关控制电路中去耦电容器连接在该耦合元件和该接地端之间，且作为高频信号 的接地路径。
5、根据权利要求1所述的TDD射频大功率LDMOS放大器栅压控制电路，其特征在于 所述的射频放大器中，Jl为射频信号输入端，经过隔直流电容CIO后与LDMOS管Ql的栅极 相连接；+28￥直流供电经过滤波电容(:12、 C13、 C14后连到LDMOS管Ql的漏极，其中C12 用于射频信号接地；射频信号经LDMOS管Ql放大后再通过隔直流电容Cll后输出到J2端。
专利摘要本实用新型涉及一种TDD射频大功率LDMOS放大器栅压控制电路，该电路包括射频放大器、栅压温度补偿电路和栅极开关控制电路，其中栅极开关控制电路用于射频放大器的栅极偏置电压在地和正常工作栅压之间切换；栅极开关控制电路包括门电路U3，门电路U3的一个输入端接地，另一输入端接控制信号，输出端经低通偏置去耦网络连接射频放大器的栅极；门电路U3的供电端经去耦电容后与所述的栅压温度补偿电路的输出端连接；当控制信号为低电平时，门电路输出低电平，射频放大器关断；当控制信号为高电平时，门电路输出高电平，射频放大器正常工作。本实用新型的有益效果为该电路具有极少的电路零件、成本低、功耗小、响应速度快、稳定等优点。
文档编号H03F3/21GK201063587SQ200720111930
公开日2008年5月21日 申请日期2007年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者吴志坚, 晓 施, 赖敏福 申请人:浙江三维通信股份有限公司