专利名称：一种ldmos保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及LDM0S大功率放大技术，特别涉及一种LDMOS保护电路，避免LDMOS工 作在低漏压时的不稳定状态，具有保护LDMOS功能。
背景技术：
由于LDMOS器件具有良好的电学特性和射频表现，并且可以与标准的CMOS工艺完 全兼容，因此在射频集成电路中得到了越来越广泛的应用。U)MOS具有如下优点1.热稳定 性好，器件的耐高温特性好；2.频率稳定性高；3.增益高，频带宽，线性度高；4.器件的使 用寿命长；5.简单的匹配电路，良好的AGC控制；6.更低的噪音等。自2005年以来，L匿0S 器件占据了 2GHz以及更宽频率范围的高功率射频放大应用90%的市场。现已广泛应用于 移动通信(CDMA、 GSM、 TD-SCDMA、 WCDMA等)、卫星通信、导航及探测、高频通信(集群电台 等)、航空管制等众多领域。 L匿OS是专为射频功率放大器设计的改进型N沟道M0SFET，常工作在AB类，它的 自热效应会导致静态工作电流的漂移，即在一定的栅压下，当温度升高时，其静态电流升 高；当温度降低时，其静态电流降低。 一般地，当L匿0S工作温度从2(TC升高到10(TC时， 其静态工作电流变化140%。静态工作电流的变化会影响功率放大器的增益、效率、和线性 度等指标，更有甚至会使U)M0S工作在不稳定状态引起自激。因此需要一种偏置电路保持 LDM0S静态工作电流的恒定。 移动通信领域LDM0S正常工作时漏压一般为+28V,栅压偏置一般在2 4V范围 内，在射频LDMOS功率放大器的设计中，它工作时漏极很大，需要很大的电源滤波电容(电 容量可达220uF)，而栅极几乎没有电流，只需要很小的滤波电容(luF以下)。这样就导致 L匿0S上电的瞬间，栅极的充电时间比漏极更短，栅极比漏极更快达到工作电压；L匿0S关 电的瞬间，栅极的放电时间比漏极更快，栅极比漏极更快达到低电平。但LDM0S的正确的上 电顺序是先漏极后栅极，关电顺序是先栅极后漏极。这样就使得LDM0S的工作特性和设计 原理相矛盾。如果L匿0S上电或关电的顺序不对，会导致L匿0S损坏。还有如果L匿0S的 漏极供电电源发生故障，也会由于LDM0S的栅压高于漏压而损坏。为了提高L匿0S设计的 功率放大器的可靠性，需要有一种简单有效的方法或电路解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是正是要克服上述技术存在的不足，而提供一种L匿0S保护电路， 保证LDM0S工作在正确的上电或关电顺序，还可以保证LDM0S在全温范围内工作在恒定的 静态电流。 本发明目的通过以下技术方案来实现这种L匿0S保护电路，包括L匿0S放大电 路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路和直流电源，栅压偏置电路用于调整设定L匿0S的栅 极电压，此电路还具有栅压温度自动补偿功能，使U)M0S在工作温度范围内的静态电流恒 定；漏压取样比较电路用来取样LDM0S的漏极电压，并与L匿0S所需要的最低工作漏极电压进行比较后产生一个高低电平控制栅压偏置电路是否输出到L匿0S的栅极，从而避免 LDM0S工作在低漏压时不稳定的状态，从而起到保护LDM0S的作用。直流电源为LDMOS放大 电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路三个部分提供直流源。 作为优选，所述的L匿OS放大电路包括L匿OS管Ql，输入隔直电容Cl，输出隔直电 容C3，栅极厄流电感L1，漏极厄流电感L2，栅极射频信号旁路电容C2，漏极射频信号旁路电 容C4，漏极电源滤波电容C5、 C6 ;LDM0S的栅极偏置电压为VGS，漏极电压为VDS。
作为优选，所述的栅压偏置电路包括三端稳压模块(LD0)U1 ;直流滤波电容C7、 C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15 ;电阻R1与Ul构成恒流源，恒流值由Ul的1与2脚之 间的电压和Rl的阻值确定；恒流源通过R2、R3、R4、D1后，在R3的两端产生不同的电压；可 变电位器VR1的1和3脚分别连接电阻R3的两端，2脚连接运算放大器U2A的正相输入端， 用来确定LDMOS的静态工作电流；运算放大器U2A和电阻R5、R6组成直流放大器，放大倍数 由R5和R6的阻值确定；肖特基二极管Dl的温度系数通过直流放大器变换后形成新的温度 系数正好补偿LDMOS的温度特性；电阻R7和电容C15组成充电电路，它们的值确定充电时 间常数；L匿OS的栅极偏置电压范围由R3两端的电压和直流放大器确定；偏置电路的最终 输出为VGS。 作为优选，所述的漏压取样比较电路L匿OS的漏极电压VDS通过取样电阻RIO、 Rll分压后输入到运算放大器U2B的反相输入端；运算放大器U2B的同相输入端为比较设 定值，由电阻R8、R9和直流电源+5V确定，电容C16用于滤波；运算放大器U2B的同相反相 比较后由7脚输出一个高低电平到N沟道FET管Q2的栅极，Q2的源极接地，Q2的漏极接 VGS ;当L匿0S的漏极电压VDS低于设定值时，运算放大器U2B输出高电平，Q2导通，VGS通 过Q2快速放电，L匿OS关闭。 本发明有益的效果本发明的LDMOS保护电路具有简单、实用、可靠、成本低等特 点，保证L匿OS工作在正确的上电或关电顺序，还可以保证L匿OS在全温范围内工作在恒定 的静态电流。
附图1是本发明的整体框图；
附图2是功率放大电路原理图；
附图3是栅压偏置电路原理图；
附图4是漏压取样比较电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但应理解这些实施例并不是限制 本发明的范围，在不违背本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可对本发明作出 改变和改进以使其适合不同的使用情况，条件和实施方案。 本发明针对L匿OS的静态工作特性，从栅极和漏极来实现保护。包括L匿OS放大 电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路和直流电源。栅压偏置电路用于调整设定LDMOS的 栅极电压，此电路还具有栅压温度自动补偿功能，使U)MOS在工作温度范围内的静态电流 恒定。漏压取样比较电路用来取样LDMOS的漏极电压，并与LDMOS所需要的最低工作漏极
4电压进行比较后产生一个高低电平控制栅压偏置电路是否输出到LDM0S的栅极，从而避免 L匿OS工作在低漏压时不稳定的状态，从而起到保护L匿OS的作用。直流电源为其它三个部 分提供直流源。 L匿OS放大电路(图2)，包括LDM0S管Q1，输入隔直电容C1，输出隔直电容C3，栅 极厄流电感Ll，漏极厄流电感L2，栅极射频信号旁路电容C2，漏极射频信号旁路电容C4， 漏极电源滤波电容C5、 C6 ;L匿OS的栅极偏置电压为VGS，漏极电压为VDS。射频信号通过 L匿OS放大电路后实现功率的放大。 栅极偏置电路(图3)，包括三端稳压模块(LD0)U1 ;直流滤波电容C7、C8、C9、C10、 C11、C12、C13、C14、C15 ;电阻R1与U1构成恒流源，恒流值由Ul的1与2脚之间的电压和 Rl的阻值确定；恒流源通过R2、R3、R4、D1后，在R3的两端产生不同的电压；可变电位器VR1 的1和3脚分别连接电阻R3的两端，2脚连接运算放大器U2A的正相输入端(3脚)，用来 确定LDMOS的静态工作电流；运算放大器U2A和电阻R5、 R6组成直流放大器，放大倍数由 R5和R6的阻值确定；肖特基二极管Dl具有负温度特性，当温度升高时，它所产生的压降减 少，当温度升高时，它所产生的压降升高，它的温度系数通过直流放大器变换后形成新的温 度系数正好补偿LDMOS的温度特性；电阻R7和电容C15组成充电电路，它们的值确定充电 时间常数；L匿OS的栅极偏置电压范围由R3两端的电压和直流放大器确定；偏置电路的最 终输出为VGS。 漏压取样比较电路(图4)，其特征在于L匿OS的漏极电压VDS通过取样电阻RIO、 R11分压后输入到运算放大器U2B的反相输入端(6脚)；运算放大器U2B的同相输入端(5 脚)为比较设定值，由电阻R8、 R9和直流电源+5V确定，电容C16起滤波作用，使设定值不 会有大的波动；运算放大器U2B的同相反相比较后由7脚输出一个高低电平到N沟道FET 管Q2的栅极，Q2的源极接地，Q2的漏极接VGS ;当LDMOS的漏极电压VDS低于设定值时，运 算放大器U2B输出高电平，Q2导通，VGS通过Q2快速放电，这样L匿OS的栅极电压约为零， L匿0S关闭。当LDM0S的漏极电压VDS高于设定值时，运算放大器U2B输出低电平，Q2关 闭，这样L匿OS的栅极电压VGS通过R7和C15形成的充电电路充电，达到L匿OS所需要的 栅极偏置值，LDMOS导通。
栅极温度补偿原理 三端稳压模块Ul(比如LT117-3.3)，它的l和2脚之间输出一个输出一个几乎不 随温度变化的恒定电压3. 3V，构成的恒流源电流I
I = 3. 3/R1 此电流通过R2、 R3、 R4和Dl后在R3两端形成两个电压值给电位器VR1， VR1的2 脚最大输出电压为Vmax <formula>formula see original document page 5</formula>其中Vd为二极管Dl的压降，常温下通常为0. 7伏VR1的 2脚最小输出电压为Vmin
<formula>formula see original document page 5</formula>
VR1的2脚输出电压通过由U2A、 R5、 R6组成的直流放大器后，可以确定L匿OS的 栅极电压VGS的范围，VGS的最大电压为VGSmax
<formula>formula see original document page 5</formula>
VGS的最小电压为VGSmin
VGSmin = Vmin*(R5+R6) /R5 从上面的公式可以看出，L匿OS的栅极电压VGS和二极管D1的压降Vd有关联，而 Vd是负温度系数。也即是说，当温度升高时，Vd下降，VGS也下降；当温度降低时，Vd上升， VGS也上升。VGS随温度的变化量与Vd随温度的变化量是反比例关系，这个比例系数可以 通过调整R3、 R4、 R5、 R6的阻值得到。L匿0S的栅极偏置和温度是反比例关系，而此电路输 出VGS随温度也是反比例关系。在射频LDMOS功率放大器PCB的设计中，二极管Dl要尽可 能靠近LDMOS，这样温度补偿的效果才能达到最佳。 可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等 同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
一种LDMOS保护电路，其特征在于包括LDMOS放大电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路和直流电源，栅压偏置电路用于调整设定LDMOS的栅极电压，使LDMOS在工作温度范围内的静态电流恒定；漏压取样比较电路用来取样LDMOS的漏极电压，并与LDMOS所需要的最低工作漏极电压进行比较后产生一个高低电平控制栅压偏置电路是否输出到LDMOS的栅极，直流电源为LDMOS放大电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路三个部分提供直流源。
2. 根据权利要求1所述的LDMOS保护电路，其特征在于所述的LDMOS放大电路包括L匿OS管Ql ，输入隔直电容CI ，输出隔直电容C3，栅极厄流电感LI ，漏极厄流电感L2，栅极射频信号旁路电容C2，漏极射频信号旁路电容C4，漏极电源滤波电容C5、C6 ;LDMOS的栅极偏置电压为VGS，漏极电压为VDS。
3. 根据权利要求1所述的L匿OS保护电路，其特征在于所述的栅压偏置电路包括三端稳压模块(LD0)U1 ;直流滤波电容C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15 ;电阻R1与Ul构成恒流源，恒流值由Ul的1与2脚之间的电压和Rl的阻值确定；恒流源通过R2、R3、R4、Dl后，在R3的两端产生不同的电压；可变电位器VR1的1和3脚分别连接电阻R3的两端，2脚连接运算放大器U2A的正相输入端，用来确定LDMOS的静态工作电流；运算放大器U2A和电阻R5、 R6组成直流放大器，放大倍数由R5和R6的阻值确定；肖特基二极管Dl的温度系数通过直流放大器变换后形成新的温度系数正好补偿LDMOS的温度特性；电阻R7和电容C15组成充电电路，它们的值确定充电时间常数；L匿0S的栅极偏置电压范围由R3两端的电压和直流放大器确定；偏置电路的最终输出为VGS。
4. 根据权利要求1所述的U)MOS保护电路，其特征在于所述的漏压取样比较电路L匿OS的漏极电压VDS通过取样电阻R10、R11分压后输入到运算放大器U2B的反相输入端；运算放大器U2B的同相输入端为比较设定值，由电阻R8、R9和直流电源+5V确定，电容C16用于滤波；运算放大器U2B的同相反相比较后由7脚输出一个高低电平到N沟道FET管Q2的栅极，Q2的源极接地，Q2的漏极接VGS ;当LDMOS的漏极电压VDS低于设定值时，运算放大器U2B输出高电平，Q2导通，VGS通过Q2快速放电，L匿OS关闭。
全文摘要
本发明是一种LDMOS保护电路，所述电路包括LDMOS放大电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路和直流电源。栅压偏置电路用于调整设定LDMOS的栅极电压，此电路还具有栅压温度自动补偿功能，使LDMOS在工作温度范围内的静态电流恒定。漏压取样比较电路用来取样LDMOS的漏极电压，并与LDMOS所需要的最低工作漏极电压进行比较后产生一个高低电平控制栅压偏置电路是否输出到LDMOS的栅极，从而避免LDMOS工作在低漏压时不稳定的状态，从而起到保护LDMOS的作用。直流电源为其它三个部分提供直流源。本发明有益的效果该电路能有效可靠保护LDMOS，且具有简单、成本低、易实现等特点。
文档编号H03F1/52GK101707476SQ20091015392
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者吴志坚, 赖敏福 申请人:三维通信股份有限公司