一种耗尽型负压器件的供电保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及固态放大器偏置电路领域，特别是涉及一种耗尽型负压器件的供电保护电路。


背景技术：

2.半导体技术在不断提升，端设备对于半导体器件性能、效率、小型化要求的越来越高。gan hemt，gaas phemt属于第三代半导体器件，随着5g的到来，也进一步推动了以gan hemt为代表的第三代半导体材料的快速发展。gan hmet主要用于制造功率放大器（pa），gaas phemt主要用于制造低噪声放大器（lna）。
3.功率放大器（pa）和低噪声放大器（lna）是移动通信系统的核心器件，并且5g的高频特性对材料、工艺和设计都有着更高要求。随着通讯频段向高频迁移，基站和通信设备需要支持高频性能的射频器件，gan hemt和gaas phmet的优势将明显。总而言之，gan hemt和gaas phemt技术已成为射频微波行业的新兴力量。未来，随着通信频率的增加，其作用会进一步扩大。
4.gan hemt和gaas phemt属于耗尽型负压器件，上电和断电必须满足以下时序要求：
5.上电时序：1、把栅极电压设置为负压；2、漏极供电接通；3、调整栅压，得到合适的偏置电流。
6.断电时序：1、把漏极供电关断；2、把栅极电压关断。
7.所以需要对负压器件偏置电路的上电和断电的时序进行控制。
8.另外由于负压器件本身的工艺特性以及温度特性，需要对齐进行温度补偿，确保器件的工作点稳定。


技术实现要素：

9.本实用新型目的是：提供一种耗尽型负压器件的供电保护电路，实现gan hemt等耗尽型负压器件开关时序控制，以及通过温度补偿使器件处于恒流状态。
10.本实用新型的技术方案是：
11.一种耗尽型负压器件的供电保护电路，其特征在于，包括：栅极开关时序电路；漏极开关时序电路；栅极的偏置温度补偿恒流电路；
12.所述栅极开关时序电路，用于对负压器件的栅极上电和断电的时序进行控制；当检测到负压器件的漏极存在供电的情况下，不允许栅极断电；当检测到负压器件的漏极没有供电的情况下，允许栅极上电和断电；
13.所述漏极开关时序电路，用于对负压器件的漏极上电和断电的时序进行控制；当检测到负压器件的栅极存在负压的情况下，允许漏极上电和断电；当检测到负压器件的栅极没有负压的情况下，不允许漏极上电；
14.所述栅极的偏置温度补偿恒流电路，用于对负压器件的栅极偏置电压进行温度补
偿，使负压器件的栅极电流在不同的工作温度下恒定。
15.优选的，所述栅极开关时序电路包括：控制信号vc，或门g1，电压反相器q1和漏极采样模块；
16.其中，所述漏极采样模块连接采集负压器件的漏极电压，漏极采样模块输出端与控制信号vc分别连接或门g1两个输入端，或门g1的输出端通过电压反相器q1连接栅极的偏置温度补偿恒流电路的电源端。
17.优选的，所述漏极采样模块包括电阻r4、r5，所述电阻r4的一端连接负压器件的漏极，另一端连接电阻r5，电阻r5的另一端接地；电阻r4、r5的共结点为漏极采样模块的输出端。
18.优选的，所述漏极开关时序电路包括：控制信号vc，与门g2，电压反相器q2、漏极开关q4和漏极供电vdd；
19.其中，电压反相器q2的输入端连接负压器件的栅极，电压反相器q2的输出端与控制信号vc分别连接与门g2的两个输入端，与门g2的输出端连接漏极开关q4的控制端，漏极开关q4的两端分别连接漏极供电vdd和负压器件的漏极。
20.优选的，所述漏极开关q4采用nmos管，nmos管的栅极通过电阻r3连接与门g2的输出端，nmos管的源极、漏极分别负压器件的漏极和漏极供电vdd。
21.优选的，所述栅极的偏置温度补偿恒流电路包括：偏置电压vr，运算放大器q3，电阻r1，热敏电阻rt，电阻r2，可调电阻ra，电阻rg；
22.其中，所述运算放大器q3的正相输入端接地，q3反相输入端通过电阻r1连接偏置电压vr，q3输出端通过电阻rg连接负压器件的栅极；q3输出端还通过依次串联的可调电阻ra、电阻r2连接q3反相输入端，热敏电阻rt与电阻r2并联连接；
23.运算放大器q3的正电源管脚连接偏置电压vr，负电源管脚连接栅极开关时序电路中的电压反相器q1的输出端。
24.优选的，所述栅极偏置温度补偿恒流电路，通过调节ra来选择适合负压器件的栅极电压vg；当工作温度降低时，热敏电阻rt阻值增大，运算放大器q3的输出栅极电压vg增加；当工作温度升高时，热敏电阻rt阻值减小，运算放大器q3的输出栅极电压vg减小；耗尽型负压器件在低温下偏置电流降低，在高温下偏置电流升高，通过温度补偿电路，使负压器件的栅极电流保持在恒定状态。
25.本实用新型的优点是：
26.1．本实用新型的耗尽型负压器件的供电保护电路，当需要开启负压器件时，可按任意顺序打开vr、vc和vdd，栅极开关时序电路和漏极开关时序电路会确保负压器件的栅极首先处于负压状态，再给负压器件的漏极供电，可以有效防止负压器件因为上电顺序错误而损坏。
27.2．本实用新型的耗尽型负压器件的供电保护电路，当需要关闭负压器件时，可以任意顺序关闭vr、vc和vdd，栅极开关时序电路和漏极开关时序电路会确保负压器件首先停止漏极供电，再关断栅极供电，可以有效防止负压器件因为下电顺序错误而损坏。
28.3．本实用新型的耗尽型负压器件的供电保护电路，所述栅极偏置温度补偿恒流电路，利用热敏电阻和耗尽型负压器件在不同温度条件下的特性可使负压器件的栅极电流保持在恒定状态，从而确保负压器件工作稳定。
附图说明
29.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
30.图1为本实用新型的耗尽型负压器件的供电保护电路的原理图。
具体实施方式
31.如图1所示，本实用新型实施例的耗尽型负压器件的供电保护电路，用于gan hemt，gaas phemt等负压器件的上电，断电保护，包括三个功能模块。功能模块
①
：栅极开关时序电路，用于对负压器件的栅极上电和断电的时序进行控制；当检测到负压器件的漏极存在供电的情况下，不允许栅极断电；当检测到负压器件的漏极没有供电的情况下，允许栅极上电和断电。功能模块
②
：漏极开关时序电路，用于对负压器件的漏极上电和断电的时序进行控制；当检测到负压器件的栅极存在负压的情况下，允许漏极上电和断电；当检测到负压器件的栅极没有负压的情况下，不允许漏极上电。功能模块
③
：栅极的偏置温度补偿恒流电路，用于对负压器件的栅极偏置电压进行温度补偿，使负压器件的栅极电流在不同的工作温度下恒定。
32.对于功能模块
①
，栅极开关时序电路包括：控制信号vc，或门g1，电压反相器q1和漏极采样模块；所述漏极采样模块包括电阻r4、r5，所述电阻r4的一端连接负压器件的漏极，另一端连接电阻r5，电阻r5的另一端接地；电阻r4、r5的共结点为漏极采样模块的输出端，漏极采样模块输出端与控制信号vc分别连接或门g1两个输入端，或门g1的输出端通过电压反相器q1连接栅极的偏置温度补偿恒流电路的电源端。
33.控制信号vc连接或门g1的输入端，g1的另一个输入端为表征负压器件漏极供电状态的电压vq，vq=vds*r5/(r4 r5)，通过电阻r4和电阻r5对负压器件的漏极电压vds进行分压，得到表征负压器件漏极状态的一个电压vq，当负压器件的漏极供电开启时，vq>0，当负压器件的漏极供电关断时，vq=0。
34.或门g1的输出端连接电压反相器q1，q1对g1的输出信号进行反相输出。
35.通过或门g1的运算，当且仅当控制信号vc，电压vq同时为0时，g1的输出为0，q1的输出也为0，即只有在vc=0，且负压器件的漏极供电关断情况下，g1输出为0，q1输出为0；其余情况下，g1输出高电平（5v或3.3v），q1输出负压（
‑
5v或
‑
3.3v）。
36.对于功能模块
②
，漏极开关时序电路包括：控制信号vc，与门g2，电压反相器q2、漏极开关q4和漏极供电vdd；所述漏极开关q4采用nmos管，电压反相器q2的输入端连接负压器件的栅极，电压反相器q2的输出端与控制信号vc分别连接与门g2的两个输入端，与门g2的输出端通过电阻r3连接nmos管的栅极，nmos管的源极、漏极分别负压器件的漏极和漏极供电vdd。
37.控制信号vc连接与门g2的输入端，g2的另一个输入端为表征负压器件栅极供电状态的电压，=
‑
vg。电压反相器q2的输入端为vg，输出端为。
38.通过与门g2的运算，当且仅当控制信号vc和电压同时为高电平的情况下，g2的输出才为高电平，即只有在vc为高电平，且负压器件的栅极供电为负压的情况下，电压反相器q2的输出才为高电平，g2的输出也才为高电平。其余情况下，g2的输出都为低电平。
39.与门g2的输出端与电阻r3连接，r3的另一端连接到nmos q4的栅极，当g2的输出端为高电平时，nmos沟道打开，vdd通过nmos，进入负压器件漏极。当g2的输出端为低电平时，
nmos沟道夹断，负压器件漏极电压vds=0。
40.对于功能模块
③
，栅极的偏置温度补偿恒流电路包括：偏置电压vr，运算放大器q3，电阻r1，热敏电阻rt，电阻r2，可调电阻ra，电阻rg；所述运算放大器q3的正相输入端接地，q3反相输入端通过电阻r1连接偏置电压vr，q3输出端通过电阻rg连接负压器件的栅极；q3输出端还通过依次串联的可调电阻ra、电阻r2连接q3反相输入端，热敏电阻rt与电阻r2并联连接；运算放大器q3的正电源管脚连接偏置电压vr，负电源管脚连接栅极开关时序电路中的电压反相器q1的输出端。
41.其中，vg=
‑
(rt//r2 ra)*vr/r1，通过调节ra的值，来选择负压器件合适的栅压。并且当温度升高时，热敏电阻rt的阻值变小，vg变小；当温度降低时，热敏电阻rt的阻值变大，vg变大。而负压器件在温度升高时，阈值电压vth降低，偏置电流变大；负压器件在温度降低时，阈值电压vth升高，偏置电流变小；通过调节rt、r1和r2的值来补偿负压器件偏置电流的变化，使负压器件在高低温下，仍然保持恒定的偏置电流，保持性能的稳定。
42.具体的，当需要开启负压器件时，可按任意顺序打开vr、vc和vdd，栅极开关时序电路和漏极开关时序电路会确保负压器件的栅极首先处于负压状态，再打开nmos沟道，vdd给负压器件的漏极供电，可以有效防止负压器件因为上电顺序错误而损坏。
43.具体的，当需要关闭负压器件时，可以任意顺序关闭vr、vc和vdd，栅极开关时序电路和漏极开关时序电路会确保负压器件的首先关断nmos沟道，停止漏极供电，再关断栅极供电，可以有效防止负压器件因为下电顺序错误而损坏。
44.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。