本发明专利技术提供一种GaN功放负栅压偏置保护电路及其工作方法，所述GaN功放负栅压偏置保护电路包括电源模块、AMC芯片U1、反向放大器U2、逻辑与门U3、耗尽型GaN功放管T1、PMOS功率开关管T2和NMOS开关管T3。本发明专利技术通过AMC芯片U1输出负栅压，并采用反向放大器U2钳位至高电平，然后利用逻辑与门U3使得反向放大器U2输出的钳位至高电平的正电压与5G移动通信业务级TDD时序电平均为高电平时才输出高电平，再配合PMOS功率开关管T2和NMOS开关管T3，实现5G移动通信TDD时序级控制GaN功放管在开启与关闭两个状态下的快速切换，达到降低功耗且不干扰接收通道的目的。收通道的目的。收通道的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种GaN功放负栅压偏置保护电路及其工作方法
[0001]本专利技术涉及5G移动通信基站侧设备
，具体而言，涉及一种GaN功放负栅压偏置保护电路及其工作方法。
技术介绍
[0002]第三代宽禁带半导体功率氮化镓(GaN)功放管依靠禁带宽度大、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优点，特别适合应用于高频、高功率射频功放，特别适合应用于5G时代。
[0003]GaN功放管是耗尽型器件，耗尽型半导体器件在正常工作以及截止状态时均要求栅极为负压偏置，若无此负压偏置，则该器件可能因过度开启而热烧毁。耗尽型器件在应用过程中需要有加电或关电的时序要求，对栅极电压和漏极电压的上电和掉电顺序要求极为苛刻，即上电要求栅极负压必须在时序上早于漏极正压，下电时刻若GaN功放管的栅极电压先于漏极电压掉到零，则GaN功放管件将被烧坏。因此GaN功放管的偏置控制保护电路的设计就特别重要。
[0004]现有的GaN功放管的偏置控制保护电路如下：
[0005]公开号为CN107528553A的中国专利文献公开了一种GaN功放管偏置保护电路，包括GaN功放管、栅压稳压电路、栅压调整电路、电压跟随电路、栅极漏极加电保护电路。可以很好的实现功放偏置上电时序保护和功放开关的快速切换以及功放增益可控的问题。此专利中Vg参考输入是通过滑动变阻器提供，温变补偿是通过温敏电阻进行温度补偿进而调整栅极电压。该专利不能实现5G移动通信TDD时序级控制GaN功放管在开启与关闭两个状态下的快速切换。
[0006]公开号为CN111817669A的中国专利文献公开了一种GaN功放管控制系统，包括栅极控制单元、漏极控制单元。该专利解决了GaN功放管的栅极和漏极的上电和掉电没有产生足够的时间差来对其进行保护的问题，实现了GaN功放管的漏极延迟上电，掉电时漏极快速放电，保护GaN功放管上电或掉电时不被损坏的有益效果。该专利不能实现5G移动通信TDD时序级控制GaN功放管在开启与关闭两个状态下的快速切换。
[0007]公开号为CN111628760A的中国专利文献公开了一种栅压切换装置，包括负电源，正电源，反相放大模块，开关电路和电阻匹配网络，可以实现控制对GaN功率放大器栅极在关闭和打开之间进行快速切换。该专利不能实现对GaN功放管的漏极进行打开或关闭来回切换。
[0008]公开号为CN110048677A的中国专利文献公开了一种功放供电控制方法及装置，功放上电时，先给栅极供电，栅极正常后，再给漏极供电。在满足功放上下电时序的前提下，节省了缓启动电路，Vd线上MOS及Vg输出大容量储能电容，提高了电路可靠性，节省单板面积及成本。该专利不能实现5G移动通信TDD时序级控制GaN功放管在开启与关闭两个状态下的快速切换。
[0009]公开号为CN102265682A的中国专利文献公开了负栅压功率管的供电控制方法及装置、功率放大设备、基站，方法包括第一通路工作，则由第一通路给栅压供电，第一通路不
工作，第二通路工作，由第二通路向栅压供电。有效的避免负栅压功率管被烧毁，提高了负栅压功率管的可靠性。该专利不能实现不能实现5G移动通信TDD时序级控制GaN功放管在开启与关闭两个状态下的快速切换。
[0010]针对以上现有的GaN功放管的偏置控制保护电路的总结如下：
[0011]从GAN功放偏置保护方面，中国专利文献CN107528553A、CN111817669A、CN111628760A、CN110048677A、CN102265682A都不能实现5G移动通信TDD时序级控制GaN功放管在开启与关闭两个状态下的快速切换，达到省电的目的；另外，从负栅压给予的方式上，中国专利文献CN107528553A采用的是滑动变阻器实现可调负栅压输入；从温度补偿方面，CN107528553A、CN111628760A都是采用温敏电阻来实现GaN功率放大管的温变补偿。
技术实现思路
[0012]本专利技术旨在提供一种GaN功放负栅压偏置保护电路及其工作方法，以解决现有的GaN功放管的偏置控制保护电路都不能实现5G移动通信TDD时序级控制GaN功放管在开启与关闭两个状态下的快速切换的问题。
[0013]本专利技术提供的一种GaN功放负栅压偏置保护电路，包括电源模块、AMC芯片U1、反向放大器U2、逻辑与门U3、耗尽型GaN功放管T1、PMOS功率开关管T2和NMOS开关管T3；
[0014]AMC芯片U1内部具有能够产生负栅压的双极DAC单元；电源模块连接AMC芯片U1的电源输入端口；AMC芯片U1的SPI输入端口用于连接控制单元的SPI控制总线输出端口；AMC芯片U1的输出端口一方面经电阻R1连接反向放大器U2的反向输入端，另一方面经电阻R10和扼流圈choke1连接耗尽型GaN功放管T1的栅极，同时GaN功放管T1的栅极还输入有射频输入信号Rfin；
[0015]反向放大器U2的反向输入端经电阻R3连接反向放大器U2的输出端口，反向放大器U2的正向输入端经电阻R2接地，反向放大器U2的正电源端口对接正压电源VDD，反向放大器U2的负电源端口对接负压电源VSS；逻辑与门U3的第一输入端口连接5G移动通信业务级TDD时序电平输出端口，逻辑与门U3的第二输入端口连接反向放大器U2的输出端口，逻辑与门U3的输出端口经电阻R4连接NMOS开关管T3的栅极；NMOS开关管T3的源极接地，NMOS开关管T3的漏极连接电阻R5的输入端口；电阻R5的输出端口一方面连接PMOS功率开关管T2的栅极，另一方面连接电阻R6的输入端口；PMOS功率开关管T2的源极连接48V电源；PMOS功率开关管T2的源极和48V电源之间的电性连接点与电阻R6的输出端口连接；PMOS功率开关管T2的漏极经扼流圈choke2连接耗尽型GaN功放管T1的漏极，同时耗尽型GaN功放管T1的漏极还输出射频输出信号RFout；耗尽型GaN功放管T1的源极接地。
[0016]进一步的，所述GaN功放负栅压偏置保护电路还包括电流传感器Rsense；所述电流传感器Rsense的两端分别对接AMC芯片U1的电流传感信号正输入端口+sense和电流传感信号负输入端口
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sense。
[0017]进一步的，所述GaN功放负栅压偏置保护电路还包括用于实现AMC芯片U1内部与外部温度监测的NPN型晶体管Q2；所述NPN晶体管Q2的基级和集电极均连接AMC芯片U1的温度传感信号正输入端口Remote Temperature Sensor D+；所述NPN型晶体管Q2的发射级连接AMC芯片U1的温度传感信号负输入端口Remote Temperature Sensor D
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。
[0018]进一步的，所述GaN功放负栅压偏置保护电路还包括晶体管温度补偿自适应模块；
所述晶体管温度补偿自适应模块包括NPN型三极管Q1、电阻R7、电阻R8和电阻R9；NPN型三极管Q1的集电极接地，晶体三极管Q1的基极一方面经电阻R7连接NPN型三极管Q1的集本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种GaN功放负栅压偏置保护电路，其特征在于，包括电源模块、AMC芯片U1、反向放大器U2、逻辑与门U3、耗尽型GaN功放管T1、PMOS功率开关管T2和NMOS开关管T3；AMC芯片U1内部具有能够产生负栅压的双极DAC单元；电源模块连接AMC芯片U1的电源输入端口；AMC芯片U1的SPI输入端口用于连接控制单元的SPI控制总线输出端口；AMC芯片U1的输出端口一方面经电阻R1连接反向放大器U2的反向输入端，另一方面经电阻R10和扼流圈choke1连接耗尽型GaN功放管T1的栅极，同时GaN功放管T1的栅极还输入有射频输入信号Rfin；反向放大器U2的反向输入端经电阻R3连接反向放大器U2的输出端口，反向放大器U2的正向输入端经电阻R2接地，反向放大器U2的正电源端口对接正压电源VDD，反向放大器U2的负电源端口对接负压电源VSS；逻辑与门U3的第一输入端口连接5G移动通信业务级TDD时序电平输出端口，逻辑与门U3的第二输入端口连接反向放大器U2的输出端口，逻辑与门U3的输出端口经电阻R4连接NMOS开关管T3的栅极；NMOS开关管T3的源极接地，NMOS开关管T3的漏极连接电阻R5的输入端口；电阻R5的输出端口一方面连接PMOS功率开关管T2的栅极，另一方面连接电阻R6的输入端口；PMOS功率开关管T2的源极连接48V电源；PMOS功率开关管T2的源极和48V电源之间的电性连接点与电阻R6的输出端口连接；PMOS功率开关管T2的漏极经扼流圈choke2连接耗尽型GaN功放管T1的漏极，同时耗尽型GaN功放管T1的漏极还输出射频输出信号RFout；耗尽型GaN功放管T1的源极接地。2.根据权利要求1所述的GaN功放负栅压偏置保护电路，其特征在于，所述GaN功放负栅压偏置保护电路还包括电流传感器Rsense；所述电流传感器Rsense的两端分别对接AMC芯片U1的电流传感信号正输入端口+sense和电流传感信号负输入端口
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sense。3.根据权利要求1所述的GaN功放负栅压偏置保护电路，其特征在于，所述GaN功放负栅压偏置保护电路还包括用于实现AMC芯片U1内部与外部温度监测的NPN型晶体管Q2；所述NPN晶体管Q2的基级和集电极均连接AMC芯片U1的温度传感信号正输入端口Remote Temperature Sensor D+；所述NPN型晶体管Q2的发射级连接AMC芯片U1的温度传感信号负输入端口Remote Temperature Sensor D
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。4.根据权利要求1所述的GaN功放负栅...
【专利技术属性】
技术研发人员：卜智勇，张龙才，
申请(专利权)人：成都中科微信息技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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