GaN 功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法技术

本发明专利技术公开了GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，属于芯片设计领域。GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，包括：线性稳压器，比较器，电荷泵，大功率N沟道开关管，负电检测控制单元，过温和过压保护单元，供电电源调制单元和输出快速泄放通道。通过检测GaN功率放大器栅极有无负电压来控制其漏级输入的通断，从而实现对GaN功率放大器的电源时序控制。通过控制芯片内功率开关管的栅源电压来控制开关管的通断，从而实现GaN功率放大器漏极供电的脉冲调制。采用单片集成电路设计，减少了硬件布板面积；在集成了漏极调制功能的同时，还提供了完善的GaN功放保护功能，包括漏极负压使能和过温和过压保护。

Modulation Method of GaN Power Amplifier Leakage Power Modulation Chip

【技术实现步骤摘要】
GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法
本专利技术涉及芯片设计领域，更具体地说，涉及GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法。
技术介绍
GaN功率放大器由于其能量密度高，工作频率高，已经成为新一代有源相控阵雷达必不可少的功率放大器器件。由于有源相控阵雷达采用为脉冲信号，在一个脉冲周期内大部分时间没有信号发射，通过漏级调制，可以大幅度减少GaN功率放大器的静态功耗，提高系统效率和降低发射噪声。同时由于GaN功率放大器是耗尽型器件，必须在有栅极负压的情况下才能开关漏级电压，否则会烧毁器件，所以上电时序的控制也尤其重要。现有的GaN功率放大器漏级调制电路，包括了MOSFET驱动电路和末级MOSFET功率管。其由分离电路或者两到三个器件组成，占用的布板面积大。但是现有的电路的功能单一，其设计仅针对于28V~32V的GaN功率放大器，不支持最新的50VGaN放大器。如中国专利申请，申请号201510351874.6，公开日2015年9月16日，公开了一种GaN微波功率放大器用漏极调制电路，调制信号及其经反相器后的反相信号同时输入逻辑电路，经延时后，输出高端NMOS驱动器输入信号和低端NMOS驱动器输入信号；高端NMOS驱动器输入信号和低端NMOS驱动器输入信号分别输入至高端NMOS驱动器和低端NMOS管驱动器中，高端NMOS驱动器和低端NMOS管驱动器的输出端分别连接至高端NMOS管和低端NMOS管的栅极；高端NMOS管的源极作为GaN微波脉冲功率放大器的漏极电压端。电路避免了GaN微波脉冲功率放大器漏极电压端放电速度慢而产生拖尾现象，降低调制信号到漏极电压端的上升沿和下降沿延时时间，降低了漏极电压端的过冲电压幅度。但是其容易造成时序错误，造成期间损坏，且静态功耗大。
技术实现思路
要解决的技术问题针对现有技术中存在的容易造成时序错误，造成期间损坏，且静态功耗大的问题，本专利技术提供了GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，它可以实现功率放大器加电时候的稳定，并且GaN功率放大器静态功耗低。技术方案本专利技术的目的通过以下技术方案实现。GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，步骤如下：外部恒定直流高电压输入通过VIN脚进入芯片内部，CTRL信号为脉冲调制控制信号，芯片输出VOUT会根据CTRL信号进行相应的关断和开启；控制逻辑模块判断EN信号的输入，在EN信号为低电压输入的时候，当CTRL信号脉冲输入，控制逻辑模块给通过栅极驱动电路驱动一个N沟道MOSFET开关管输出对应的信号；当CTRL信号为关断时，控制逻辑模块直接控制快速泄放通道开启，输入电流直接经过泄放通道接地。更进一步的，N沟道MOSFET开关管输出的VOUT信号与CTRL信号输入为相反电压脉冲。更进一步的，还包括GaN功率放大器的栅极电压的负电压范围输入检测，当芯片上电后，首先会检测EN脚是否有设定好的GaN功率放大器的栅极电压的负电压范围，在范围内，进行下一步的工作，不在范围内重新检测EN脚输入。更进一步的，负电压范围为-3V到-1V的负电压输入。更进一步的，还包括对芯片过压的判断，在判断栅极电压的负电压在范围内后，通过比较器判断OPV输入脚电压是否小于设定值，判断是否过压，如果超过设定值，重新检测EN脚输入，低于设定值，进行下一步的工作。更进一步的，还包括对芯片结温判断，在芯片输入电压没有超过预定值后，进行芯片结温判断，低于温度阈值，芯片开启，到达温度阈值后，芯片返回重新检测EN脚电压。更进一步的，上述方法通过以下调制芯片完成，包括，线性稳压器，连接从芯片VIN端，输入电压经过线性稳压器转化后为低电压对内部器件供电，线性稳压器输出端连接对应的芯片VLDO端；N沟道MOSFET开关管，开关管漏级输入为芯片输入的恒定电压VIN，源级输出为经过CTRL信号调制过的脉冲调制电压，栅极连接栅极驱动电路；电荷泵，电荷泵连接栅极驱动电路，电荷泵连接栅极驱动电两者共同作用，开启和关断开关管；比较器，比较器一输入为内部参考电压，另一输入为芯片OVP端，比较器的输出进入控制逻辑模块；控制逻辑模块，控制逻辑模块输入为比较器的输出端、CTRL端和EN端，EN脚输入为GaN功率放大器的栅极电压，控制逻辑模块输出端连接栅极驱动电路，对输入信号进行控制。更进一步的，还包括输出电流快速泄放通道，输出电流快速泄放通道与N沟道MOSFET开关管的输出端连接。更进一步的，还包括低压检测模块，检测内部输入电压的值，并将检测结果进入输入控制逻辑模块，控制逻辑模块开启和关闭芯片。更进一步的，还包括过温度保护模块，过温度保护模块检测芯片温度，并将结果进入输入控制逻辑模块，控制逻辑模块开启和关断输出电压。有益效果相比于现有技术，本专利技术的优点在于：本方案的芯片通过检测GaN功率放大器栅极有无负电压来控制其漏级输入的通断，从而实现对GaN功率放大器的电源时序控制。通过控制芯片内功率开关管的栅源电压来控制开关管的通断，从而实现GaN功率放大器漏极供电的脉冲调制。采用单片集成电路设计，减少了硬件布板面积；加入输出快速泄放通道，降低了关断输出电压时的下降沿时间；通过引入大功率N沟道开关管，可以支持更高的输出电压和更大的输入电流，符合GaN功率放大器功率容量不断提高的趋势；在集成了漏极调制功能的同时，还提供了完善的GaN保护功能，包括漏极负压使能、过温和过压保护。附图说明图1为GaN功率放大器漏级电源芯片和外围器件的结构图；图2为芯片控制逻辑流程图；图3为EN开启时的输出信号的时序图；图4为脉冲调制电路框图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体的实施例，对本专利技术作详细描述。实施例1本专利技术的目的是为了解决GaN功率放大器加电时序错误引起的器件损坏及GaN功率放大器的静态功耗大的问题，提出了一种GaN功率放大器漏级电源调制芯片。如图1所示，包括：线性稳压器，图中的V1线性稳压器用于将输入的高电压转化为内部控制电路所需要的低电压。线性稳压器从芯片VIN端输入电压经过转化后，将低电压对内部器件供电，线性稳压器输出端连接对应的芯片VLDO端。大功率N沟道开关管V2，以N沟道MOSFET作为大功率开关管；V2的漏级输入为芯片输入的恒定电压VIN。源级输出为经过CTRL信号调制过的脉冲调制电压，会根据CTRL信号的波形来关断和开启输出电压。V2栅极连接栅极驱动电路V3，脉冲调制电路框图见图4。通过V5的控制逻辑模块来对CTRL信号进行调制。V3为V2的栅极驱动电路，V7为电荷泵，电荷泵连接V3，V3和V7两者共同作用，开启和关断V2。由于V2为N沟道MOSFET，开启MOSFET需要栅极电压高于漏级电压加上阈值电压。而芯片的最高电压为功率MOSFET的漏级电压，所以需要由包含了内置电荷泵的升压电路，V7和V3共同作用才能开启V2的栅极。电荷泵V7集成于芯片内部。高侧NMOS需要升压电路去驱动栅极才能打开，通过电荷泵V7和V3完成上述的驱动。V4为比较器，V5为控制逻辑模块。V4一输入为内部参考电压，另一输入为OVP端，比较的输出进入V5为控制逻辑模块。V5为控制逻辑模块，逻辑控制模块由一系列比较器组成。V4和V5两者共同作用，当EN脚有负电压输入，同时OVP输入小于1.2V的时候，V5会把CTRL脚输入的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.GaN 功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，步骤如下：外部恒定直流高电压输入通过VIN脚进入芯片内部，CTRL信号为脉冲调制控制信号，芯片输出VOUT会根据CTRL信号进行相应的关断和开启；控制逻辑模块判断EN信号的输入，在EN信号为低电压输入的时候，当CTRL信号脉冲输入，控制逻辑模块给通过栅极驱动电路驱动一个N沟道MOSFET开关管输出对应的信号；当CTRL信号为关断时，控制逻辑模块直接控制快速泄放通道开启，输入电流直接经过泄放通道接地。

【技术特征摘要】
1.GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，步骤如下：外部恒定直流高电压输入通过VIN脚进入芯片内部，CTRL信号为脉冲调制控制信号，芯片输出VOUT会根据CTRL信号进行相应的关断和开启；控制逻辑模块判断EN信号的输入，在EN信号为低电压输入的时候，当CTRL信号脉冲输入，控制逻辑模块给通过栅极驱动电路驱动一个N沟道MOSFET开关管输出对应的信号；当CTRL信号为关断时，控制逻辑模块直接控制快速泄放通道开启，输入电流直接经过泄放通道接地。2.根据权利要求1所述的GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，其特征在于，N沟道MOSFET开关管输出的VOUT信号与CTRL信号输入为相反电压脉冲。3.根据权利要求1所述的GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，其特征在于，还包括GaN功率放大器的栅极电压的负电压范围输入检测，当芯片上电后，首先会检测EN脚是否有设定好的GaN功率放大器的栅极电压的负电压范围，在范围内，进行下一步的工作，不在范围内重新检测EN脚输入。4.根据权利要求3所述的GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，其特征在于，负电压范围为-3V到-1V的负电压输入。5.根据权利要求3所述的GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，其特征在于，还包括对芯片过压的判断，在判断栅极电压的负电压在范围内后，通过比较器判断OPV输入脚电压是否小于设定值，判断是否过压，如果超过设定值，重新检测EN脚输入，低于设定值，进行下一步的工作。6.根据权利要求5所述的GaN功率放大器漏级电源调制芯片的调制方法，其特征在于，还包括对芯片结温判断，在芯片输...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐步，黎遥，
申请(专利权)人：南京固德芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32