[發明專利]一種單芯片集成的高壓PMOS管驅動器

在審

• 申請號: 202010558880.X
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111628761A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 蔣紅利;羅晟;孫志欣
• 申請（專利權）人: 無錫中微愛芯電子有限公司;中國電子科技集團公司第五十八研究所;中國電子科技集團公司第十四研究所
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 宮建華

本發明涉及集成電路技術領域，具體的說是涉及一種單芯片集成的高壓PMOS管驅動器，便于滿足T/R組件系統的小型化、高可靠性及高性能要求；輸入調制TTL信號經TTL模塊U1后與邏輯控制延時模塊U3連接，同時負壓掉電檢測模塊U2也與邏輯控制延時模塊U3連接，邏輯控制延時模塊U3輸出驅動高邊電平移位模塊U4的HI信號，同時輸出驅動低邊驅動模塊U6的LI信號，LI信號經低邊驅動模塊U6后輸出到NMOS管的柵極；HI信號經高邊電平移位模塊U4后輸入至高邊驅動模塊U5；電源VCC通過內部電壓產生模塊U7輸出內部電壓V1和VB。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，具體的說是涉及一種單芯片集成的高壓PMOS管驅動器。

背景技術

隨著應用市場對能效的愈發重視，對高性能低成本電子產品的追求，今后功率電子領域對器件乃至系統效率、性能、成本的考慮將會貫穿功率半導體從研發到生產的整個過程。毫無疑問，GaN器件及其功率系統將憑借材料特性優勢滿足未來功率電子對高功率、低損耗、高速、高可靠性等方面的性能要求。

相控陣雷達T/R組件的功率放大器，通常采用脈沖調制型工作方式，GaN微波功率放大器器件以其寬禁帶、高頻率及較低的開關損耗得到廣泛應用。輸入信號采用射頻信號調制及低頻TTL信號同時調制。GaN微波功率放大器的工作電壓較高，且不同型號的GaN微波功率放大器工作電源電壓不同，調制電路的結構方式和性能直接影響GaN微波功率放大器的性能，特別是隨著T/R組件系統的小型化要求，功率放大器的調制電路也要求外形尺寸小，集成度高，外圍無源器件少，且可靠性高。

目前GaN微波功率放大器的脈沖調制方式通常有兩種：一種是對功放的電源進行調制，另一種是對功放的柵極進行調制；電源調制為高壓調制，驅動器方案復雜，而柵極調制為-5V常壓調制，驅動器方案簡單。實際應用中，由于柵極調制存在發射效率低及可靠性、穩定性差的缺點，通常采用第一種電源調制的方案。

目前適用于相控陣雷達T/R組件的GaN微波功率放大器工作電源電壓范圍主要集中在28V～60V之間，其電源調制驅動器主要實現低壓TTL輸入控制，輸出為高壓CMOS輸出，通過TTL輸入調制輸出信號的開斷。故要求GaN微波功率放大器的電源調制驅動器的電壓覆蓋范圍要寬。

GaN微波功率放大器的電源調制方案可采用基于NMOS管驅動方案或PMOS管驅動方案。NMOS功率管由于其內阻小、效率高、器件種類多、耐壓高等優點在開關電源及電機驅動中得到廣泛的應用。但NMOS管驅動需要采用外接電容自舉的方案進行驅動，驅動電路復雜，而PMOS管驅動方案外圍線路簡單，且內阻、耐壓滿足當前相控陣雷達T/R組件中GaN微波功率放大器的電源調制驅動要求。故目前相控陣雷達T/R組件中GaN微波功率放大器的電源調制方案主要采用基于PMOS管驅動方案。

現有的基于PMOS管驅動的GaN微波功率放大器電源調制常規方案是采用三極管分立雙極器件+電阻+二極管+穩壓管等器件進行驅動，具體如下圖1所示。工作原理如下：通過電阻R4、二極管D、三極管Q2、電阻R5和電阻R6對功率PMOS管進行驅動，當TTL輸入為低電平時，三極管Q2關斷，PMOS管關斷；當TTL輸入為高電平時，三極管Q2開啟，通過電阻R5和電阻R6分壓，PMOS管開啟。電阻R1、電阻R2及整流二極管DZ和三極管Q1用于VEE關斷控制，即當VEE＝-5V時，Q1關斷，輸出PMOS的開啟與關斷由輸入TTL控制，當VEE掉電后，Q1開啟，則無論TTL輸入為高低電平，三極管Q2關斷，輸出PMOS管關斷。

現有的基于PMOS管驅動的GaN微波功率放大器電源調制常規方案是采用三極管分立雙極器件+電阻+穩壓管等器件進行驅動；但此方案的缺點是由于主要采用電阻進行分壓及限流控制，故靜態功耗與速度無法同時最優，為了降低功耗，往往犧牲PMOS管開啟、關斷速度，故只能用于低速調制；采用電阻分壓，分壓電平大小與VCC電源電壓相關，故要求VCC電源固定，缺乏靈活性；采用電阻及雙極器件，各器件參數精度差，使得模塊參數精度及批次一致性差；最后采用分立器件方案，所占的體積大，可靠性低，且難以提供更多的控制功能。