專利名稱：一種ldmos保護電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(wěn)定狀態(tài)，具有保護LDMOS功能。
背景技術：
由于LDMOS器件具有良好的電學特性和射頻表現(xiàn)，并且可以與標準的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(yōu)點1.熱穩(wěn)定 性好，器件的耐高溫特性好；2.頻率穩(wěn)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 器件占據(jù)了 2GHz以及更寬頻率范圍的高功率射頻放大應用90%的市場?，F(xiàn)已廣泛應用于 移動通信(CDMA、 GSM、 TD-SCDMA、 WCDMA等)、衛(wèi)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(tài)工作電流的漂移，即在一定的柵壓下，當溫度升高時，其靜態(tài)電流升 高；當溫度降低時，其靜態(tài)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(tài)工作電流變化140%。靜態(tài)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(wěn)定狀態(tài)引起自激。因此需要一種偏置電路保持 LDM0S靜態(tài)工作電流的恒定。 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范圍 內(nèi)，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 電順序是先漏極后柵極，關電順序是先柵極后漏極。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(fā)生故障，也會由于LDM0S的柵壓高于漏壓而損壞。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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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在全溫范圍內(nèi)工作在恒定的 靜態(tài)電流。 本發(fā)明目的通過以下技術方案來實現(xiàn)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，柵壓偏置電路用于調(diào)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在工作溫度范圍內(nèi)的靜態(tài)電流恒 定；漏壓取樣比較電路用來取樣LDM0S的漏極電壓，并與L匿0S所需要的最低工作漏極電壓進行比較后產(chǎn)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(wěn)定的狀態(tài)，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(yōu)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(yōu)選，所述的柵壓偏置電路包括三端穩(wěn)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構成恒流源，恒流值由Ul的1與2腳之 間的電壓和Rl的阻值確定；恒流源通過R2、R3、R4、D1后，在R3的兩端產(chǎn)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(tài)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(shù) 由R5和R6的阻值確定；肖特基二極管Dl的溫度系數(shù)通過直流放大器變換后形成新的溫度 系數(shù)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(shù)；L匿OS的柵極偏置電壓范圍由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(yōu)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分壓后輸入到運算放大器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用于濾波；運算放大器U2B的同相反相 比較后由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低于設定值時，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(fā)明有益的效果本發(fā)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在全溫范圍內(nèi)工作在恒定 的靜態(tài)電流。


附圖1是本發(fā)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(fā)明作進一步描述，但應理解這些實施例并不是限制 本發(fā)明的范圍，在不違背本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可對本發(fā)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(fā)明針對L匿OS的靜態(tài)工作特性，從柵極和漏極來實現(xiàn)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。柵壓偏置電路用于調(diào)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在工作溫度范圍內(nèi)的靜態(tài)電流 恒定。漏壓取樣比較電路用來取樣LDMOS的漏極電壓，并與LDMOS所需要的最低工作漏極
4電壓進行比較后產(chǎn)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(wěn)定的狀態(tài)，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放大電路后實現(xiàn)功率的放大。 柵極偏置電路(圖3)，包括三端穩(wěn)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構成恒流源，恒流值由Ul的1與2腳之間的電壓和 Rl的阻值確定；恒流源通過R2、R3、R4、D1后，在R3的兩端產(chǎn)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(tài)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(shù)由 R5和R6的阻值確定；肖特基二極管Dl具有負溫度特性，當溫度升高時，它所產(chǎn)生的壓降減 少，當溫度升高時，它所產(chǎn)生的壓降升高，它的溫度系數(shù)通過直流放大器變換后形成新的溫 度系數(shù)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(shù)；L匿OS的柵極偏置電壓范圍由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)，其特征在于L匿OS的漏極電壓VDS通過取樣電阻RIO、 R11分壓后輸入到運算放大器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的同相反相比較后由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低于設定值時，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高于設定值時，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(wěn)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 隨溫度變化的恒定電壓3. 3V，構成的恒流源電流I
I = 3. 3/R1 此電流通過R2、 R3、 R4和Dl后在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>formula see original document page 5</formula>其中Vd為二極管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>formula see original document page 5</formula>
VR1的2腳輸出電壓通過由U2A、 R5、 R6組成的直流放大器后，可以確定L匿OS的 柵極電壓VGS的范圍，VGS的最大電壓為VGSmax
<formula>formula see original document page 5</formula>
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和二極管D1的壓降Vd有關聯(lián)，而 Vd是負溫度系數(shù)。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系，這個比例系數(shù)可以 通過調(diào)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系，而此電路輸 出VGS隨溫度也是反比例關系。在射頻LDMOS功率放大器PCB的設計中，二極管Dl要盡可 能靠近LDMOS，這樣溫度補償?shù)男Ч拍苓_到最佳。 可以理解的是，對本領域技術人員來說，對本發(fā)明的技術方案及發(fā)明構思加以等 同替換或改變都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
一種LDMOS保護電路，其特征在于包括LDMOS放大電路、柵壓偏置電路、漏壓取樣比較電路和直流電源，柵壓偏置電路用于調(diào)整設定LDMOS的柵極電壓，使LDMOS在工作溫度范圍內(nèi)的靜態(tài)電流恒定；漏壓取樣比較電路用來取樣LDMOS的漏極電壓，并與LDMOS所需要的最低工作漏極電壓進行比較后產(chǎn)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(jù)權利要求1所述的LDMOS保護電路，其特征在于所述的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(jù)權利要求1所述的L匿OS保護電路，其特征在于所述的柵壓偏置電路包括三端穩(wěn)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構成恒流源，恒流值由Ul的1與2腳之間的電壓和Rl的阻值確定；恒流源通過R2、R3、R4、Dl后，在R3的兩端產(chǎn)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(tài)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(shù)由R5和R6的阻值確定；肖特基二極管Dl的溫度系數(shù)通過直流放大器變換后形成新的溫度系數(shù)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(shù)；L匿0S的柵極偏置電壓范圍由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(jù)權利要求1所述的U)MOS保護電路，其特征在于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分壓后輸入到運算放大器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用于濾波；運算放大器U2B的同相反相比較后由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低于設定值時，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(fā)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。柵壓偏置電路用于調(diào)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在工作溫度范圍內(nèi)的靜態(tài)電流恒定。漏壓取樣比較電路用來取樣LDMOS的漏極電壓，并與LDMOS所需要的最低工作漏極電壓進行比較后產(chǎn)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(wěn)定的狀態(tài)，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(fā)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(xiàn)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(yōu)先權日2009年11月26日
發(fā)明者吳志堅, 賴敏福 申請人:三維通信股份有限公司