正负栅压功放管供电控制系统及正负栅压功放系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种正负栅压功放管供电控制系统及正负栅压功放系统，其中正负栅压功放管供电控制系统包括栅压供电模块、栅压检测模块、漏压控制模块以及控制单元。所述控制单元输出栅压加载信号，所述栅压供电模块接收该信号后向功放管的栅极输出功放管所需的正栅压和负栅压，所述栅压检测模块检测功放管的栅极电压，并向所述控制单元发出栅极电压信号，所述漏压控制模块在所述控制单元控制下对功放管的漏极加载电压。通过控制单元控制，栅压供电模块分别输出功放管所需的正栅压和负栅压，解决了GaN功放和LDMOS功放混合使用时需要两套供电电路的问题，减小了功放系统供电电路的复杂度，节约了功放系统开发的成本。
【专利说明】正负栅压功放管供电控制系统及正负栅压功放系统
【【技术领域】】
[0001]本实用新型涉及一种功放管的供电系统，特别是涉及一种正负栅压功放管供电控制系统及正负栅压功放系统。
【【背景技术】】
[0002]随着通信技术的发展，运营商数据业务量的急剧增长，通信设备特别是基站直放站等对微波功率放大器(简称功放管)的要求也越来越高。从传统的GaAs (砷化镓)功放发展到第二代的LDMOS(lateral double-diffused metal-oxide semiconductor横向扩散金属氧化物半导体)功放，功放的性能有一定的提升，但是由于此类功放管技术已相对成熟，效率和频段的提升相对较难，而GaN(氮化镓)这种材料所制成的功放则能够将效率和频段进一步提升。GaN为第三代半导体材料，具有宽带半导体特性、高饱和电子迁移率以及更高的击穿电压；同时GaN材料还具备很高的热传导特性，这使得GaN功放管能够承受更高的温度，具有更高的功率容量。
[0003]由GaN材料制作的GaN功放管具有工作频率高、效率高、带宽宽等优点。但现在GaN功放管的栅级电压都是负压，且栅级电压及漏极电压的开关顺序有严格的要求，如果没有严格按照顺序供电极易造成功放管的损坏。GaN功放管正确的加电顺序为:①栅源电压Vgs = OV (gate),漏源电压Vds = OV (drain) ；(2) Vgs先达到负压值；(D Vds再达到漏极所需电压Vgs调节到需要静流的电压值。GaN功放管的关电顺序为:①关掉射频信号；?Vds*减小到0V;③Vgs再到0V。
[0004]另外，由于GaN功放的价格比较昂贵，在功放系统设计中兼顾成本和性能，将GaN功放和LDMOS功放混合使用是十分必要的。而需要供给LDMOS功放的栅极电压是正压，因此，混合使用后虽然功放系统的性能得到提升，但是由于GaN功放和LDMOS功放的加电顺序和需要电压不同，所以混合使用后功放系统需要两套不同的供电系统，供电系统比原有功放系统要复杂很多。
【实用新型内容】
[0005]基于此，本实用新型针对现有技术中GaN功放和LDMOS功放混合使用后供电系统比原有供电系统要复杂很多的问题，提供一种针对GaN功放和LDMOS功放混合使用时的供电控制系统。
[0006]一种正负栅压功放管供电控制系统，包括栅压供电模块、栅压检测模块、漏压控制模块以及控制单元，所述栅压供电模块输入端与控制单元相连，输出端与功放管的栅极相连；所述栅压检测模块输入端与功放管的栅极相连，输出端与控制单元相连；所述漏压控制模块输入端与所述控制单元相连，输出端与功放管的漏极相连。
[0007]所述控制单元输出栅压加载信号，所述栅压供电模块接收该信号后向功放管的栅极输出功放管所需的正栅压和负栅压，所述栅压检测模块检测功放管的栅极电压，并向所述控制单元发出栅极电压信号，所述漏压控制模块在所述控制单元控制下对功放管的漏极加载电压。通过控制单元的控制，栅压供电模块针对混合使用的功放管所需要的栅极电压的不同，分别输出正栅压给LDMOS功放和负栅压给GaN功放，解决了 GaN功放和LDMOS功放混合使用时需要两套供电电路的问题，减小了 GaN功放和LDMOS功放混合使用时供电电路的复杂度，节约了功放系统开发的成本。
[0008]相应地，本实用新型还提供一种正负栅压功放系统，包括至少一个栅压为负的功放管PAl以及至少一个栅压为正的功放管PA2，以及上述的正负栅压功放管供电控制系统；所述正负栅压功放管供电控制系统的所述栅压供电模块输出端与所述至少一个栅压为负的功放管PAl以及至少一个栅压为正的功放管PA2的栅极相连，所述栅压供电模块输入端与控制单元相连；所述栅压检测模块输入端与功放管的栅极相连，输出端与控制单元相连；所述漏压控制模块输入端与所述控制单元相连，输出端与功放管的漏极相连。
[0009]栅压为负的功放管主要为GaN功放，GaN功放具有工作频率高、效率高、带宽宽等优点，它与栅压为正的LDMOS功放混合使用，在有效提升原有LDMOS功放性能的同时降低了功放系统开发的成本。进一步地，通过使用正负栅压功放管供电控制系统，使得原有复杂的供电系统变得简单，进一步节约了功放系统开发的成本。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0010]图1是本实用新型正负栅压功放管供电控制系统结构示意图；
[0011]图2是本实用新型正负栅压功放管供电控制系统另一种实施方式结构示意图；
[0012]图3是本实用新型正负栅压功放管供电控制系统的栅压供电模块一种实施方式结构示意图；
[0013]图4是本实用新型正负栅压功放管供电控制系统的温度检测模块一种实施方式结构示意图；
[0014]图5是本实用新型正负栅压功放管供电控制系统的漏压控制模块一种实施方式结构示意图；
[0015]图6是本实用新型正负栅压功放管供电控制系统的控制单元一种实施方式结构示意图。
【【具体实施方式】】
[0016]请参阅图1，为本实用新型正负栅压功放管供电控制系统结构示意图。本实用新型所述的正负栅压功放管供电控制系统，包括栅压供电模块、栅压检测模块、漏压控制模块以及控制单元，所述栅压供电模块输入端与控制单元相连，输出端与功放管的栅极相连；所述栅压检测模块输入端与功放管的栅极相连，输出端与控制单元相连；所述漏压控制模块输入端与所述控制单元相连，输出端与功放管的漏极相连。
[0017]在正负栅压功放管供电控制系统启动时，所述控制单元输出栅压加载信号，所述栅压供电模块接收该信号后向功放管的栅极输出功放管所需的正栅压和负栅压，所述栅压检测模块检测功放管的栅极电压，并向所述控制单元发出栅极电压信号，所述漏压控制模块在所述控制单元控制下对功放管的漏极加载电压。通过控制单元的控制，栅压供电模块针对混合使用的功放管所需要的栅极电压的不同，分别输出正栅压给LDMOS功放和负栅压给GaN功放，解决了 GaN功放和LDMOS功放混合使用时需要两套供电电路的问题，减小了GaN功放和LDMOS功放混合使用时供电电路的复杂度，节约了功放系统开发的成本。
[0018]请参阅图2，为本实用新型正负栅压功放管供电控制系统另一种实施方式结构示意图。所述正负栅压功放管供电控制系统包括温度检测模块、栅压供电模块、栅压检测模块、漏压控制模块以及控制单元。所述温度检测模块的输出端与所述控制单元相连，所述栅压供电模块输入端与控制单元相连，输出端与功放管的栅极相连。所述栅压检测模块输入端与功放管的栅极相连，输出端与控制单元相连。所述漏压控制模块输入端与所述控制单元相连，输出端与功放管的漏极相连。
[0019]在正负栅压功放管供电控制系统启动时，所述控制单元发出栅压加载信号，所述栅压供电模块接收该信号后向功放管的栅极输出功放管所需的正栅压和负栅压，其中正栅压为0V，加载至LDMOS功放的栅极，负栅压为-5V，加载至GaN功放的栅极。所述栅压检测模块实时检测功放管的栅极电压，并向所述控制单元发出栅极电压信号，该栅极电压信号的幅值为功放管栅极电压的幅值。所述控制单元根据该栅极电压信号控制漏压控制模块对功放管的漏极加载电压，所述控制单元将栅极电压信号与设置的门限电压比较，若栅极电压信号大于门限电压，则不开启漏压控制模块，若栅极电压信号小于门限电压，则控制单元发出使能信号，开启漏压控制模块，使功放管的漏极加载所需电压。GaN功放栅极的门限电压为-4V，LDMOS功放栅极的门限电压为IV。在功放管正常工作时，所述温度检测模块实时检测功放管的温度，并向控制单元发出温度信号，所述控制单元根据该温度信号控制栅压供电模块调整输出的栅极电压。
[0020]请参阅图3，为本实用新型正负栅压功放管供电控制系统的栅压供电模块一种实施方式结构示意图。所述栅压供电模块包括正负压DAC(Digital to Analog Converte:数模转换)芯片以及电压跟随器A2，该正负压DAC芯片包括正压输出端和负压输出端，所述正负压DAC芯片的输入端与所述控制单元连接，所述正压输出端与正栅压功放管的栅极连接，所述负压输出端通过电压跟随器A2与负栅压功放管的栅极连接。
[0021]所述正负压DAC芯片接收所述控制单元发出的栅压加载信号，并根据该栅压加载信号分别输出相应的正电压和负电压并加载至对应功放管的栅极。其中正栅压为0V，加载至LDMOS功放的栅极，负栅压为-5V，加载至GaN功放的栅极。因为GaN功放栅极有电流，所以在正负压DAC芯片负压输出端和GaN功放管之间加了由运放组成的电压跟随器，以提高正负压DAC芯片负压输出端的带负载能力，实现GaN功放栅极的稳定可靠供电。
[0022]本实施例使用的正负压DAC芯片是一款低功耗，12位的数模转换的芯片，供电为-15V与+15V，以5V为参考，它可以根据控制单元所设置的数值设定输出口的电压。该正负压DAC芯片基本工作原理如下:正负压DAC芯片带有一个标准的、高速的串行接口，控制单元向该串行接口发送数据，正负压DAC芯片通过串行接口得到所需要设置的数据和命令分别存放于命令寄存器和输出数据寄存器中，数据经过正负压DAC芯片内部的校准系统及补偿系统对指定端口输出所需的电压。
[0023]所述栅压检测模块包括至少一个功放栅压采样电阻，该功放栅压采样电阻的一端连接功放的栅极，另一端连接控制单元；所述功放栅压采样电阻检测功放管的栅极电压并向控制单兀输出栅极电压信号。
[0024]请参阅图4，为本实用新型正负栅压功放管供电控制系统的温度检测模块一种实施方式结构示意图。所述温度检测模块包括温度传感器、电压跟随器Al和AD数据采集器。所述电压跟随器Al在本实施例中由运放的负输入端与输出端短接而形成。所述温度传感器的输出端通过所述电压跟随器Al与所述AD数据采集器的输入端相连，所述AD数据采集器的输出端与所述控制单元相连。
[0025]在功放管工作时，所述温度传感器感测功放管的温度，并输出温度信号，该温度信号经过所述电压随器Al后输入到所述AD数据采集器，该AD数据采集器将所述温度信号由模拟量转换为数字量并输出至所述控制单元。所述控制单元根据该温度信号控制栅压供电模块输出相应的电压给GaN功放或LDMOS功放，以完成温度补偿功能。
[0026]温度补偿按如下进行，LDMOS功放随温度升高的栅压变化量_3mV/°，GaN功放随温度升高的栅压变化量AV?0.9mV/°，根据不同的温度，控制单元控制正负压DAC芯片输出电压=Vout = V0+ Δ V*(t-t0)，(t代表某一时刻的温度值，V0是参考温度h时刻的栅压值)。同时，为了得到更为准确的值，还可以将全温度段(_40°C?+80°C)分成几段，根据不同的功放管测试得到Λ V的值，每一段有一个更为准确的Λ V，按上述公式由控制单元控制正负压DAC芯片输出随温度变化的电压。
[0027]请参阅图5，为本实用新型正负栅压功放管供电控制系统的漏压控制模块一种实施方式的结构示意图。所述漏压控制模块包括NPN型三极管Q、场效应管U1、场效应管U2、场效应管U3、电阻Rl和电阻R2，其中所述三极管Q的基极与所述控制单元相连，发射极接地，集电极通过电阻R2和电阻Rl的串联电路与外部电源相连。所述场效应管U1、场效应管U2以及场效应管U3相互并联。所述场效应管U1、场效应管U2以及场效应管U3的栅极分别连接至电阻Rl和电阻R2之间，漏极分别与外部电源相连，源极分别与功放管的漏极相连。
[0028]所述控制单元输出一高电平的使能信号至所述三极管Q的基极，使所述三极管Q导通，外部电源电压通过电阻Rl和电阻R2分压使场效应管U1、U2和U3栅极对源极电压小于-4V，此时所述场效应管Ul、U2和U3的漏极和源极导通，从而外部电源电压直接输入至功放管的漏极。另外，为防止场效应管电流过大，在场效应管Ul、U2和U3各自的漏极和源极之间分别设有一限流管。使场效应管Ul、U2和U3的并联连接能够减少漏极供电线路上的等效电阻值，减小直流损耗，提高了功放管的漏极供电能力，保证供电可靠性。
[0029]请参阅图6为本实用新型正负栅压功放管供电控制系统控制单元的一种实施方式的结构示意图。所述控制单元包括:信号发生器、比较器U11、比较器U12、NPN型三极管Q1、中央处理器以及与门。其中信号发生器输入端连接中央处理器，输出端连接栅压供电模块；比较器Ull和比较器U12的输入端分别连接栅压检测模块的输出端，比较器Ull输出端连接三极管Ql基集，电阻R3 —端连接比较器Ull正供电端，另一端连接三极管Ql的集电极，三极管Ql的集电极同时连接与门U13的输入端，三极管Ql发射级接地。比较器U12输出端连接电阻R4的一端，同时连接与门U13的输入端，电阻R4的另一端连接U12正供电端。与门U13的输出端与漏压控制模块相连。
[0030]中央处理器连接温度采集模块输出端，中央处理器接收到温度采集模块输出信息后控制信号发生器输出相应数字电压信号作为正负压供电模块的驱动电压，GaN功放的栅压Vgsl经栅压检测模块被传输到比较器Ull反向输入端，比较器Ull正向输入端接固定电压Vrefl = -4V,比较器Ul I的第一供电端接+5V，比较器Ul I第二供电端接-5V，若VgsDVrefl，比较器Ull输出端电压为-5V，若Vgsl〈VMfl，比较器Ull输出电压为5V，比较器Ull若输出-5V电压至三极管Ql基极，此时三极管Ql导通，其集电极输出电压为0V，即输出至与门U13的电压为0V。若比较器Ull输出+5V至三极管Ql基极，此时三级管Ql截至，其集电极输出电压为+5V，即输出至与门U13的电压为+5V ；LDMOS功放的栅压Vgs2经栅压检测模块被传输到比较器U12反向输入端，比较器U12正向输入端接固定电压Vref2 = IV，比较器U12第一供电端接+5V，比较器U12第二供电端接0V，gVgs2>Vref2，比较器U12输出至与门U13电压为0V，若Vgs2〈VMf2，比较器U12输出至与门压为+5V ;当与门U13输入端所有电压均为+5V时，与门U13输出高电平的使能信号以触发漏压控制模块，否则输出低电平，漏压控制模块不工作，从而起到了保护功放管的目的。本领域技术人员还可通过其他方式构建控制单元。
[0031]通过控制单元控制，栅压供电模块针对混合使用的功放管所需要的栅极电压的不同，分别输出正栅压给LDMOS功放和负栅压给GaN功放，解决了 GaN功放和LDMOS功放混合使用时需要两套供电电路的问题，减小了 GaN功放和LDMOS功放混合使用时供电电路的复杂度，节约了功放系统开发的成本。进一步地，温度检测模块实时检测功放管的温度并输出温度信号给控制单元，控制单元根据该信号调整栅压供电模块输出的栅极电压，实现了对功放管的温度补偿功能。
[0032]本实用新型提供的一种正负栅压功放系统，包括至少一个栅压为负的功放管PAl以及至少一个栅压为正的功放管PA2，以及如上所述的任一正负栅压功放管供电控制系统；所述正负栅压功放管供电控制系统的所述栅压供电模块输出端与所述至少一个栅压为负的功放管PAl以及至少一个栅压为正的功放管PA2的栅极相连，所述栅压供电模块输入端与控制单元相连；所述栅压检测模块输入端与功放管的栅极相连，输出端与控制单元相连；所述漏压控制模块输入端与所述控制单元相连，输出端与功放管的漏极相连。
[0033]栅压为负的功放管主要为GaN功放，GaN功放具有工作频率高、效率高、带宽宽等优点，它与栅压为正的LDMOS功放混合使用，在有效提升原有LDMOS功放性能的同时很好地兼顾了功放系统开发的成本。进一步地，通过使用正负栅压功放管供电控制系统，使得原有复杂的供电系统变得简单，进一步节约了功放系统开发的成本。
[0034]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种正负栅压功放管供电控制系统，其特征在于，包括栅压供电模块、栅压检测模块、漏压控制模块以及控制单元，所述栅压供电模块输入端与控制单元相连，输出端与功放管的栅极相连；所述栅压检测模块输入端与功放管的栅极相连，输出端控制单元相连；所述漏压控制模块输入端与所述控制单元相连，输出端与功放管的漏极相连； 所述控制单元输出栅压加载信号，所述栅压供电模块接收该信号后向功放管的栅极输出功放管所需的正栅压和负栅压，所述栅压检测模块检测功放管的栅极电压，并向所述控制单元发出栅极电压信号，所述漏压控制模块在所述控制单元控制下对功放管的漏极加载电压。
2.根据权利要求1所述的正负栅压功放管供电控制系统，其特征在于，还包括温度检测模块，该温度检测模块的输出端与所述控制单元相连，所述温度检测模块检测功放管的温度，并向控制单元发出温度信号，所述控制单元根据该温度信号控制栅压供电模块调整输出的栅极电压。
3.根据权利要求2所述的正负栅压功放管供电控制系统，其特征在于，所述温度检测模块包括温度传感器、电压跟随器Al和AD数据采集器，所述温度传感器的输出端通过所述电压跟随器Al与所述AD数据采集器的输入端相连，所述AD数据采集器的输出端与所述控制单元相连； 所述温度传感器感测功放管的温度，并输出温度信号，该温度信号经过所述电压随器Al后输入到所述AD数据采集器，该AD数据采集器将所述温度信号由模拟量转换为数字量并输出至所述控制单元。
4.根据权利要求1所述的正负栅压功放管供电控制系统，其特征在于，所述栅压供电模块包括正负压DAC芯片，该正负压DAC芯片包括正压输出端和负压输出端，所述正负压DAC芯片的输入端与所述控制单元连接，所述正压输出端与正栅压功放管的栅极连接，所述负压输出端与负栅压功放管的栅极连接； 所述正负压DAC芯片接收所述控制单元发出的栅压加载信号，并根据该栅压加载信号分别输出相应的正电压和负电压并加载至对应功放管的栅极。
5.根据权利要求4所述的正负栅压功放管供电控制系统，其特征在于，所述栅压供电模块还包括电压跟随器A2，该电压跟随器A2输入端与所述正负压DAC芯片的负压输出端相连，输出端与负栅压功放管的栅极连接。
6.根据权利要求1所述的正负栅压功放管供电控制系统，其特征在于，所述栅压检测模块包括至少一个功放栅压采样电阻，该功放栅压采样电阻的一端连接功放的栅极，另一端连接控制单元。
7.根据权利要求1所述的正负栅压功放管供电控制系统，其特征在于，所述漏压控制模块包括NPN型三极管Q、场效应管Ul、电阻Rl和电阻R2，所述三极管Q的基极与所述控制单元相连，发射极接地，集电极通过电阻R2和电阻Rl的串联电路与外部电源相连；所述场效应管Ul的栅极连接至电阻Rl和电阻R2之间，漏极与外部电源相连，源极与功放管的漏极相连； 所述控制单元输出一使能信号至所述三极管Q的基极，使所述三极管Q导通，所述场效应管Ul的漏极和源极导通，从而外部电源电压直接输入至功放管的漏极。
8.根据权利要求7所述的正负栅压功放管供电控制系统，其特征在于，所述漏压控制模块还包括场效应管U2和场效应管U3，其中所述场效应管U1、场效应管U2以及场效应管U3相互并联。
9.一种正负栅压功放系统，其特征在于，包括至少一个栅压为负的功放管PAl以及至少一个栅压为正的功放管PA2，以及如权利要求1-8任一项所述的正负栅压功放管供电控制系统；所述正负栅压功放管供电控制系统的所述栅压供电模块输出端与所述至少一个栅压为负的功放管PAl以及至少一个栅压为正的功放管PA2的栅极相连，所述栅压供电模块输入端与控制单元相连；所述栅压检测模块输入端与功放管的栅极相连，输出端与控制单元相连；所述漏压控制模块输入端与所述控制单元相连，输出端与功放管的漏极相连。
【文档编号】H03F1/30GK204068873SQ201420263029
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】刘江涛, 张占胜, 谢路平, 林锡贵, 凌兴峰, 龙润坚 申请人:京信通信系统（中国）有限公司