一種ldmos保護電路的製作方法
2023-07-06 05:42:36 1
專利名稱：一種ldmos保護電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及LDM0S大功率放大技術，特別涉及一種LDMOS保護電路，避免LDMOS工 作在低漏壓時的不穩定狀態，具有保護LDMOS功能。
背景技術：
由於LDMOS器件具有良好的電學特性和射頻表現，並且可以與標準的CMOS工藝完 全兼容，因此在射頻集成電路中得到了越來越廣泛的應用。U)MOS具有如下優點1.熱穩定 性好，器件的耐高溫特性好；2.頻率穩定性高；3.增益高，頻帶寬，線性度高；4.器件的使 用壽命長；5.簡單的匹配電路，良好的AGC控制；6.更低的噪音等。自2005年以來，L匿0S 器件佔據了 2GHz以及更寬頻率範圍的高功率射頻放大應用90%的市場。現已廣泛應用於 移動通信(CDMA、 GSM、 TD-SCDMA、 WCDMA等)、衛星通信、導航及探測、高頻通信(集群電臺 等)、航空管制等眾多領域。 L匿OS是專為射頻功率放大器設計的改進型N溝道M0SFET，常工作在AB類，它的 自熱效應會導致靜態工作電流的漂移，即在一定的柵壓下，當溫度升高時，其靜態電流升 高；當溫度降低時，其靜態電流降低。 一般地，當L匿0S工作溫度從2(TC升高到10(TC時， 其靜態工作電流變化140%。靜態工作電流的變化會影響功率放大器的增益、效率、和線性 度等指標，更有甚至會使U)M0S工作在不穩定狀態引起自激。因此需要一種偏置電路保持 LDM0S靜態工作電流的恆定。 移動通信領域LDM0S正常工作時漏壓一般為+28V,柵壓偏置一般在2 4V範圍 內，在射頻LDMOS功率放大器的設計中，它工作時漏極很大，需要很大的電源濾波電容(電 容量可達220uF)，而柵極幾乎沒有電流，只需要很小的濾波電容(luF以下)。這樣就導致 L匿0S上電的瞬間，柵極的充電時間比漏極更短，柵極比漏極更快達到工作電壓；L匿0S關 電的瞬間，柵極的放電時間比漏極更快，柵極比漏極更快達到低電平。但LDM0S的正確的上 電順序是先漏極後柵極，關電順序是先柵極後漏極。這樣就使得LDM0S的工作特性和設計 原理相矛盾。如果L匿0S上電或關電的順序不對，會導致L匿0S損壞。還有如果L匿0S的 漏極供電電源發生故障，也會由於LDM0S的柵壓高於漏壓而損壞。為了提高L匿0S設計的 功率放大器的可靠性，需要有一種簡單有效的方法或電路解決上述問題。
發明內容
本發明的目的是正是要克服上述技術存在的不足，而提供一種L匿0S保護電路， 保證LDM0S工作在正確的上電或關電順序，還可以保證LDM0S在全溫範圍內工作在恆定的 靜態電流。 本發明目的通過以下技術方案來實現這種L匿0S保護電路，包括L匿0S放大電 路、柵壓偏置電路、漏壓取樣比較電路和直流電源，柵壓偏置電路用於調整設定L匿0S的柵 極電壓，此電路還具有柵壓溫度自動補償功能，使U)M0S在工作溫度範圍內的靜態電流恆 定；漏壓取樣比較電路用來取樣LDM0S的漏極電壓，並與L匿0S所需要的最低工作漏極電壓進行比較後產生一個高低電平控制柵壓偏置電路是否輸出到L匿0S的柵極，從而避免 LDM0S工作在低漏壓時不穩定的狀態，從而起到保護LDM0S的作用。直流電源為LDMOS放大 電路、柵壓偏置電路、漏壓取樣比較電路三個部分提供直流源。 作為優選，所述的L匿OS放大電路包括L匿OS管Ql，輸入隔直電容Cl，輸出隔直電 容C3，柵極厄流電感L1，漏極厄流電感L2，柵極射頻信號旁路電容C2，漏極射頻信號旁路電 容C4，漏極電源濾波電容C5、 C6 ;LDM0S的柵極偏置電壓為VGS，漏極電壓為VDS。
作為優選，所述的柵壓偏置電路包括三端穩壓模塊(LD0)U1 ;直流濾波電容C7、 C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15 ;電阻R1與Ul構成恆流源，恆流值由Ul的1與2腳之 間的電壓和Rl的阻值確定；恆流源通過R2、R3、R4、D1後，在R3的兩端產生不同的電壓；可 變電位器VR1的1和3腳分別連接電阻R3的兩端，2腳連接運算放大器U2A的正相輸入端， 用來確定LDMOS的靜態工作電流；運算放大器U2A和電阻R5、R6組成直流放大器，放大倍數 由R5和R6的阻值確定；肖特基二極體Dl的溫度係數通過直流放大器變換後形成新的溫度 係數正好補償LDMOS的溫度特性；電阻R7和電容C15組成充電電路，它們的值確定充電時 間常數；L匿OS的柵極偏置電壓範圍由R3兩端的電壓和直流放大器確定；偏置電路的最終 輸出為VGS。 作為優選，所述的漏壓取樣比較電路L匿OS的漏極電壓VDS通過取樣電阻RIO、 Rll分壓後輸入到運算放大器U2B的反相輸入端；運算放大器U2B的同相輸入端為比較設 定值，由電阻R8、R9和直流電源+5V確定，電容C16用於濾波；運算放大器U2B的同相反相 比較後由7腳輸出一個高低電平到N溝道FET管Q2的柵極，Q2的源極接地，Q2的漏極接 VGS ;當L匿0S的漏極電壓VDS低於設定值時，運算放大器U2B輸出高電平，Q2導通，VGS通 過Q2快速放電，L匿OS關閉。 本發明有益的效果本發明的LDMOS保護電路具有簡單、實用、可靠、成本低等特 點，保證L匿OS工作在正確的上電或關電順序，還可以保證L匿OS在全溫範圍內工作在恆定 的靜態電流。
附圖1是本發明的整體框圖；
附圖2是功率放大電路原理圖；
附圖3是柵壓偏置電路原理圖；
附圖4是漏壓取樣比較電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述，但應理解這些實施例並不是限制 本發明的範圍，在不違背本發明的精神和範圍的情況下，本領域技術人員可對本發明作出 改變和改進以使其適合不同的使用情況，條件和實施方案。 本發明針對L匿OS的靜態工作特性，從柵極和漏極來實現保護。包括L匿OS放大 電路、柵壓偏置電路、漏壓取樣比較電路和直流電源。柵壓偏置電路用於調整設定LDMOS的 柵極電壓，此電路還具有柵壓溫度自動補償功能，使U)MOS在工作溫度範圍內的靜態電流 恆定。漏壓取樣比較電路用來取樣LDMOS的漏極電壓，並與LDMOS所需要的最低工作漏極
4電壓進行比較後產生一個高低電平控制柵壓偏置電路是否輸出到LDM0S的柵極，從而避免 L匿OS工作在低漏壓時不穩定的狀態，從而起到保護L匿OS的作用。直流電源為其它三個部 分提供直流源。 L匿OS放大電路(圖2)，包括LDM0S管Q1，輸入隔直電容C1，輸出隔直電容C3，柵 極厄流電感Ll，漏極厄流電感L2，柵極射頻信號旁路電容C2，漏極射頻信號旁路電容C4， 漏極電源濾波電容C5、 C6 ;L匿OS的柵極偏置電壓為VGS，漏極電壓為VDS。射頻信號通過 L匿OS放大電路後實現功率的放大。 柵極偏置電路(圖3)，包括三端穩壓模塊(LD0)U1 ;直流濾波電容C7、C8、C9、C10、 C11、C12、C13、C14、C15 ;電阻R1與U1構成恆流源，恆流值由Ul的1與2腳之間的電壓和 Rl的阻值確定；恆流源通過R2、R3、R4、D1後，在R3的兩端產生不同的電壓；可變電位器VR1 的1和3腳分別連接電阻R3的兩端，2腳連接運算放大器U2A的正相輸入端(3腳)，用來 確定LDMOS的靜態工作電流；運算放大器U2A和電阻R5、 R6組成直流放大器，放大倍數由 R5和R6的阻值確定；肖特基二極體Dl具有負溫度特性，當溫度升高時，它所產生的壓降減 少，當溫度升高時，它所產生的壓降升高，它的溫度係數通過直流放大器變換後形成新的溫 度係數正好補償LDMOS的溫度特性；電阻R7和電容C15組成充電電路，它們的值確定充電 時間常數；L匿OS的柵極偏置電壓範圍由R3兩端的電壓和直流放大器確定；偏置電路的最 終輸出為VGS。 漏壓取樣比較電路(圖4)，其特徵在於L匿OS的漏極電壓VDS通過取樣電阻RIO、 R11分壓後輸入到運算放大器U2B的反相輸入端(6腳)；運算放大器U2B的同相輸入端(5 腳)為比較設定值，由電阻R8、 R9和直流電源+5V確定，電容C16起濾波作用，使設定值不 會有大的波動；運算放大器U2B的同相反相比較後由7腳輸出一個高低電平到N溝道FET 管Q2的柵極，Q2的源極接地，Q2的漏極接VGS ;當LDMOS的漏極電壓VDS低於設定值時，運 算放大器U2B輸出高電平，Q2導通，VGS通過Q2快速放電，這樣L匿OS的柵極電壓約為零， L匿0S關閉。當LDM0S的漏極電壓VDS高於設定值時，運算放大器U2B輸出低電平，Q2關 閉，這樣L匿OS的柵極電壓VGS通過R7和C15形成的充電電路充電，達到L匿OS所需要的 柵極偏置值，LDMOS導通。
柵極溫度補償原理 三端穩壓模塊Ul(比如LT117-3.3)，它的l和2腳之間輸出一個輸出一個幾乎不 隨溫度變化的恆定電壓3. 3V，構成的恆流源電流I
I = 3. 3/R1 此電流通過R2、 R3、 R4和Dl後在R3兩端形成兩個電壓值給電位器VR1， VR1的2 腳最大輸出電壓為Vmax formula see original document page 5其中Vd為二極體Dl的壓降，常溫下通常為0. 7伏VR1的 2腳最小輸出電壓為Vmin
formula see original document page 5
VR1的2腳輸出電壓通過由U2A、 R5、 R6組成的直流放大器後，可以確定L匿OS的 柵極電壓VGS的範圍，VGS的最大電壓為VGSmax
formula see original document page 5
VGS的最小電壓為VGSmin
VGSmin = Vmin*(R5+R6) /R5 從上面的公式可以看出，L匿OS的柵極電壓VGS和二極體D1的壓降Vd有關聯，而 Vd是負溫度係數。也即是說，當溫度升高時，Vd下降，VGS也下降；當溫度降低時，Vd上升， VGS也上升。VGS隨溫度的變化量與Vd隨溫度的變化量是反比例關係，這個比例係數可以 通過調整R3、 R4、 R5、 R6的阻值得到。L匿0S的柵極偏置和溫度是反比例關係，而此電路輸 出VGS隨溫度也是反比例關係。在射頻LDMOS功率放大器PCB的設計中，二極體Dl要盡可 能靠近LDMOS，這樣溫度補償的效果才能達到最佳。 可以理解的是，對本領域技術人員來說，對本發明的技術方案及發明構思加以等 同替換或改變都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
一種LDMOS保護電路，其特徵在於包括LDMOS放大電路、柵壓偏置電路、漏壓取樣比較電路和直流電源，柵壓偏置電路用於調整設定LDMOS的柵極電壓，使LDMOS在工作溫度範圍內的靜態電流恆定；漏壓取樣比較電路用來取樣LDMOS的漏極電壓，並與LDMOS所需要的最低工作漏極電壓進行比較後產生一個高低電平控制柵壓偏置電路是否輸出到LDMOS的柵極，直流電源為LDMOS放大電路、柵壓偏置電路、漏壓取樣比較電路三個部分提供直流源。
2. 根據權利要求1所述的LDMOS保護電路，其特徵在於所述的LDMOS放大電路包括L匿OS管Ql ，輸入隔直電容CI ，輸出隔直電容C3，柵極厄流電感LI ，漏極厄流電感L2，柵極射頻信號旁路電容C2，漏極射頻信號旁路電容C4，漏極電源濾波電容C5、C6 ;LDMOS的柵極偏置電壓為VGS，漏極電壓為VDS。
3. 根據權利要求1所述的L匿OS保護電路，其特徵在於所述的柵壓偏置電路包括三端穩壓模塊(LD0)U1 ;直流濾波電容C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15 ;電阻R1與Ul構成恆流源，恆流值由Ul的1與2腳之間的電壓和Rl的阻值確定；恆流源通過R2、R3、R4、Dl後，在R3的兩端產生不同的電壓；可變電位器VR1的1和3腳分別連接電阻R3的兩端，2腳連接運算放大器U2A的正相輸入端，用來確定LDMOS的靜態工作電流；運算放大器U2A和電阻R5、 R6組成直流放大器，放大倍數由R5和R6的阻值確定；肖特基二極體Dl的溫度係數通過直流放大器變換後形成新的溫度係數正好補償LDMOS的溫度特性；電阻R7和電容C15組成充電電路，它們的值確定充電時間常數；L匿0S的柵極偏置電壓範圍由R3兩端的電壓和直流放大器確定；偏置電路的最終輸出為VGS。
4. 根據權利要求1所述的U)MOS保護電路，其特徵在於所述的漏壓取樣比較電路L匿OS的漏極電壓VDS通過取樣電阻R10、R11分壓後輸入到運算放大器U2B的反相輸入端；運算放大器U2B的同相輸入端為比較設定值，由電阻R8、R9和直流電源+5V確定，電容C16用於濾波；運算放大器U2B的同相反相比較後由7腳輸出一個高低電平到N溝道FET管Q2的柵極，Q2的源極接地，Q2的漏極接VGS ;當LDMOS的漏極電壓VDS低於設定值時，運算放大器U2B輸出高電平，Q2導通，VGS通過Q2快速放電，L匿OS關閉。
全文摘要
本發明是一種LDMOS保護電路，所述電路包括LDMOS放大電路、柵壓偏置電路、漏壓取樣比較電路和直流電源。柵壓偏置電路用於調整設定LDMOS的柵極電壓，此電路還具有柵壓溫度自動補償功能，使LDMOS在工作溫度範圍內的靜態電流恆定。漏壓取樣比較電路用來取樣LDMOS的漏極電壓，並與LDMOS所需要的最低工作漏極電壓進行比較後產生一個高低電平控制柵壓偏置電路是否輸出到LDMOS的柵極，從而避免LDMOS工作在低漏壓時不穩定的狀態，從而起到保護LDMOS的作用。直流電源為其它三個部分提供直流源。本發明有益的效果該電路能有效可靠保護LDMOS，且具有簡單、成本低、易實現等特點。
文檔編號H03F1/52GK101707476SQ20091015392
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月26日 優先權日2009年11月26日
發明者吳志堅, 賴敏福 申請人:三維通信股份有限公司