一种差分电平转换控制电路的控制电路及控制方法与流程

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种差分电平转换控制电路的控制电路及控制方法。

背景技术：

1、随着微波射频芯片工艺和设计技术的发展，国内砷化镓基（gaas）微波射频芯片进入了技术提升的快速通道。近十年来，芯片的集成度，设计指标快速进步，某些领域已经赶超世界先进水平，在军用和民用两大领域，砷化镓微波射频芯片都得到了广泛的应用，由于gaas微波器件普遍采用耗尽型场效应管，应用时就需要使用数字电路将控制信号转换为常用的ttl电平。cmos工艺数字电路设计成熟，但是与gaas微波芯片级联使用时，集成度和抗辐照能力就成为了制约因素。因此，研发能够与gaas微波芯片集成，同时成熟可靠的数字电平转换电路成为了迫切的需求。

2、在砷化镓微波射频芯片中，通常采用互补的数字控制信号来控制串行和并行的开关来实现通路的开和关，传统的电平转换电路采用电平位移电路及随后的两级反相器来实现互补的数字输出电平，在现有技术中，电平转换电路及两级反相器总共使用了21个gaas晶体管，6个反相器及3个电阻，所需要的器件数量较多，面积和功耗较大，且电流受工艺影响较大。所需要的晶体管数量较多，面积和功耗较大。

3、因此，迫切需要对现有电平转换电路的结构给出更优的解决方案。

技术实现思路

1、本发明则解决了上述问题：提出一种创新的差分电平转换电路，仅采用晶体管及电阻即实现了电平位移及两级反相器结构，同时采用闭环环路来控制电路的静态工作电流，相比传统的电平转换电路，大大节省了功耗和面积，同时实现了高一致性。

2、为了达到本发明目的，本发明提供了一种差分电平转换控制电路，所述电路包括输入电平转换单元、差分放大单元、参考电平单元以及闭环电流控制单元；

3、所述差分放大单元包括晶体管m1、晶体管m2、晶体管m5、电阻rl1、电阻rl2、以及电阻rl0；

4、其中，所述输入电平转换单元的一端连接输入端vin，另一端连接所述差分放大单元中所述晶体管m1的栅极，所述晶体管m1和所述晶体管m2的漏极分别与所述电阻rl1、所述电阻rl2的第一端连接，所述晶体管m1和所述晶体管m2的源极连接所述晶体管m5的漏极；

5、所述电阻rl1、所述电阻rl2的第二端与所述参考电平单元、所述闭环电流控制单元的第一端连接，所述参考电平单元、所述闭环电流控制单元的第二端与所述电阻rl0的第一端相连接后接至电源vee；

6、所述晶体管m2的栅极连接所述参考电平单元的第三端，所述晶体管m5的源极、所述电阻rl0的第一端与所述闭环电流控制单元的第三端连接，所述晶体管m5的栅极与所述闭环电流控制单元的第四端连接。

7、进一步的，所述输入电平转换单元包括电阻rin1和电阻rin2，其中，所述电阻rin1的一端连接输入端vin，所述电阻rin1的另一端与所述电阻rin2的一端连接至所述晶体管m1的栅极，所述电阻rin2的另一端连接至所述电阻rl0的第一端。

8、进一步的，所述参考电平单元包括依次连接的电阻ref1、电阻ref2和电阻ref3，其中，所述电阻ref1的一端为所述参考电平单元的第一端，所述电阻ref3的第二端为所述参考电平单元的第二端，所述电阻ref1和所述电阻ref2相连接的一端为所述参考电平单元的第三端。

9、进一步的，所述闭环电流控制单元包括由一端相互连接并构成所述闭环电流控制单元第一端的电阻rl3和电阻rl4，以及，所述电阻rl3、所述电阻rl4的另一端分别连接至漏极的晶体m3和晶体管m4，以及一端与所述晶体m3和所述晶体管m4源极连接的电阻rl5，其中，所述电阻rl5的另一端为所述闭环电流控制单元的第二端，所述晶体管m3的栅极连接至所述电阻ref2和电阻ref3相连接的一端，所述晶体管m4的栅极为所述闭环电流控制单元的第三端，所述晶体管m4漏极和所述电阻rl4的连接端为所述闭环电流控制单元的第四端。

10、为了达到本发明的目的，本发明还提出了一种基于差分电平转换控制电路的控制方法，所述方法包括，

11、所述输入电平转换单元对所述vin进行分压，生成分压后的电压vin’；

12、所述参考电平单元输出参考电平电压vref1，当所述vin’大于所述vref1，则所述晶体管m1打开，所述晶体管m2关闭，此时所述电阻rl0的电流完全流经所述电阻rl1，所述电阻rl2的电流为零，所述晶体管m2的输出电压vout2为高电平0v，若所述电阻rl1远大于所述电阻rl0，则所述晶体管m1的输出电压vout1接近低电平-5v；当所述vin’小于所述vref1，则所述晶体管m1关闭，所述晶体管m2打开，此时所述电阻rl0的电流完全流经所述电阻rl2，所述电阻rl1的电流为零，所述晶体管m1的输出电压vout1为高电平0v，若所述电阻rl2远大于所述电阻rl0，则所述晶体管m2的输出电压vout2接近低电平-5v。

13、进一步的，所述输入电平转换单元对所述vin进行分压后，所述电压vin’=vee+vin*rin2/(rin1+rin2)。

14、进一步的，所述参考电平单元输出参考电平电压vref1，所述vref1=vee*ref1/(ref1+ref2+ref3)。

15、进一步的，所述方法还包括在所述闭环电流控制单元与所述晶体管m5连通后，进行闭环电流控制，所述差分放大单元的静态工作电流ic控制为ic=vee/(ref1+ref2+ref3)*(ref1+ref2)/rl0。

16、本发明所提供的技术方案，创造性地提出了一种创新的差分电平转换电路，仅采用较少晶体管及电阻即实现了电平位移及两级反相器结构，同时采用闭环环路来控制电路的静态工作电流，相比传统的电平转换电路，大大节省了功耗和面积，同时实现了高一致性。

技术特征：

1.一种差分电平转换控制电路，其特征在于，所述电路包括输入电平转换单元、差分放大单元、参考电平单元以及闭环电流控制单元；

2.根据权利要求1所述的差分电平转换控制电路，其特征在于，所述输入电平转换单元包括电阻rin1和电阻rin2，其中，所述电阻rin1的一端连接输入端vin，所述电阻rin1的另一端与所述电阻rin2的一端连接至所述晶体管m1的栅极，所述电阻rin2的另一端连接至所述电阻rl0的第一端。

3.根据权利要求2所述的差分电平转换控制电路，其特征在于，所述参考电平单元包括依次连接的电阻ref1、电阻ref2和电阻ref3，其中，所述电阻ref1的一端为所述参考电平单元的第一端，所述电阻ref3的第二端为所述参考电平单元的第二端，所述电阻ref1和所述电阻ref2相连接的一端为所述参考电平单元的第三端。

4.根据权利要求3所述的差分电平转换控制电路，其特征在于，所述闭环电流控制单元包括由一端相互连接并构成所述闭环电流控制单元第一端的电阻rl3和电阻rl4，以及，所述电阻rl3、所述电阻rl4的另一端分别连接至漏极的晶体m3和晶体管m4，以及一端与所述晶体m3和所述晶体管m4源极连接的电阻rl5，其中，所述电阻rl5的另一端为所述闭环电流控制单元的第二端，所述晶体管m3的栅极连接至所述电阻ref2和电阻ref3相连接的一端，所述晶体管m4的栅极为所述闭环电流控制单元的第三端，所述晶体管m4漏极和所述电阻rl4的连接端为所述闭环电流控制单元的第四端。

5.一种根据权利要求4所述的差分电平转换控制电路的控制方法，其特征在于，所述方法包括，

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述输入电平转换单元对所述vin进行分压后，所述电压vin’=vee+vin*rin2/(rin1+rin2)。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述参考电平单元输出参考电平电压vref1,所述vref1=vee*ref1/(ref1+ref2+ref3)。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括在所述闭环电流控制单元与所述晶体管m5连通后，进行闭环电流控制，所述差分放大单元的静态工作电流ic控制为ic=vee/(ref1+ref2+ref3)*(ref1+ref2)/rl0。

技术总结
本发明提出了一种差分电平转换控制电路及控制方法，包括输入电平转换单元、差分放大单元、参考电平单元以及闭环电流控制单元；输入电平转换单元对电压进行电平转换后输入至差分放大单元，差分放大单元通过将参考电平单元输出的参考电压与输入的转换后的电压进行对比分析后输出差分形式的电平，本发明仅采用较少晶体管及电阻即实现了电平位移及两级反相器结构，同时采用闭环环路来控制电路的静态工作电流，相比传统的电平转换电路，大大节省了功耗和面积，同时实现了高一致性。

技术研发人员：王晗
受保护的技术使用者：安徽矽磊电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12