氮化镓基增强耗尽型电平转换电路制造技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基增强耗尽型电平转换电路，主要解决现有技术尚不能将电平转换电路和氮化镓基电路集成到一个衬底上的缺点。本发明专利技术包括第一反相电路，第一输出电路，第二反相电路，第二输出电路等四个部分。第一反相电路将输入电平反相，第一输出电路将第一反相电路反相后的电平下拉，第二反相电路将第一输出电路的输出反相，第二输出电路将第二反相电路反相后的电平下拉。本发明专利技术电路结构简单，所用半导体器件工艺实现简单，能够将电平转换电路与氮化镓基电路集成到一个衬底上，提高了可靠性，降低了串扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子
，更进一步涉及半导体集成电路
中的氮化镓基增强耗尽型电平转换电路。本专利技术可用于控制氮化镓基微波射频领域的开关，使通过开关的射频信号关断和导通。
技术介绍
目前，随着半导体技术的成熟，微波射频单片系统越来越成熟，一般由数字逻辑单元和微波射频电路组成。氮化镓基微波射频电路多采用较为成熟的耗尽型器件，而耗尽型器件由于铝镓氮/氮化镓异质结天然形成的耗尽沟道，导致其开启电压为负值，且一般多在-2V-2.5V。而氮化镓基射频电路作为系统前端，与后端硅基电路配合是必不可少的。但大部分硅基集成电路接口为标准TTL输出，其高低电平分别为> 2.4V和< 0.4V，因此需要一个专门的接口 -电平转换电路，实现电平的转换，来衔接氮化镓基前端和硅基后端，进而保证氮化镓基电路中耗尽型器件构成的开关的正常工作。一般，可以认为如果转换后电压小于等于-3.5V则开关关断，大于等于-1V则开关开启。为了解决上述问题，目前已经有很多硅基电路来实现电平的转换。成都高新区尼玛电子产品外观设计工作室拥有的专利技术“双控制型号的电平转换电路”(申请号201120421799.3，授权公告号CN 202334487 U)公开了一种适用于控制开关的电平转换电路。该电路包括双通道NPN型晶体管以及同时与双通道NPN晶体管T2连接的输出信号电路和控制信号输入电路。该电路具有最小的成本。但是，该专利技术仍然存在的不足是:由于氮化镓材料P型掺杂困难，所以该电路结构中所用到的NPN晶体管，在氮化镓上尚不能实现，因此尚不能把氮化镓基电路和电平转换电路同衬底单片集成化。中国科学院微电子研究所拥有的专利技术“数模混合多路独立控制开关电路”(申请号200810238937.7，申请公布号CN 101753121A)公开了一种适用于控制开关的电平转换电路。该电路包括PWM控制器、输入驱动器、电平转换电路、电流型开关电路和输出伏在电路等。该电路可以显著提高场效应管的开关速度。但是，该专利技术仍然存在的不足是:虽然现在技术上已经可以把该专利技术和氮化镓基电路先通过金线连接而后封装在一个壳体内，但金线会带来信号串扰，可能影响电路功能的正常实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出一种氮化镓基增强耗尽型电平转换电路。本专利技术为了提高氮化镓基电路的性能，设计了一种可实现的氮化镓基增强耗尽型电平转换电路，实现了片上系统的集成，降低了连线间串扰，并且可以与TTL电路连接使用。为实现上述目的，本专利技术包括第一反相电路，第一输出电路，第二反相电路，第二输出电路。第一反相电路的输出端与第一输出电路的输入端相接，第一输出电路的输出端与第二反相电路的输入端相接，第二反相电路的输出端与第二输出电路的输入端相接。第一反相电路单元中的耗尽型高电子迁移率晶体管Tl的漏极接正偏置线，Tl的源极和其栅极短接后，分别与增强型高电子迁移率晶体管T2的漏极和第一输出电路单元中的增强型高电子迁移率晶体管T3的栅极相接；T2的栅极接输入VIN，Τ2的源极接地线。第一输出电路单元中的Τ3的漏极接正偏置线，Τ3的栅极接Τ2的漏极，Τ3的源极接肖特基二极管Dl的正极；D1的负极接肖特基二极管D2的正极，D2的负极接肖特基二极管D3的正极，D3的负极接肖特基二极管D4的正极；D4的负极接耗尽型高电子迁移率晶体管T4的漏极，T4的栅极和源极接负偏置线，T4的漏极接耗尽型高电子迁移率晶体管T6的栅极和第二输出VOUTl。第二反相电路单元中的增强型高电子迁移率晶体管T5的漏极接正偏置线，T5的源极和其栅极短接后，分别与T6的漏极和第二输出电路单元中耗尽型高电子迁移率晶体管T7的栅极相接；T6的栅极接第一输出VOUTl，Τ6的源极接地线。第二输出电路单元中的Τ7的漏极接正偏置线，Τ7的栅极接Τ6的的漏极，Τ7的源极接肖特基二极管D5的正极；D5的负极接肖特基二极管D6的正极，D6的负极接肖特基二极管D7的正极，D7的负极接肖特基二极管D8的正极；D8的负极接增强型高电子迁移率晶体管T8的漏极，T8的栅极和源极接负偏置线，T8的漏极接第二输出V0UT2。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:第一，由于本专利技术设计了一种电路结构，克服了现有技术中由于氮化镓材料P型掺杂困难，导致现有技术的结构中所用到的NPN晶体管在氮化镓上尚不能实现的不足，解决了氮化镓基电路系统单片在集成化过程中没有合适电路拓扑结构的问题，本专利技术电路结构简单，所用半导体器件工艺实现简单，使得本专利技术能够在氮化镓基上，实现与标准硅基电路的输出相匹配的单片电路集成。第二，由于本专利技术可以实现氮化镓基电路系统单片集成，克服了现有技术中硅基电路和氮化镓基电路之间使用金线可能带来信号串扰的不足，解决了硅基电路和氮化镓基电路片内互连引起的电路功能正常表达的问题，使得本专利技术具有氮化镓基系统出错率降低，性能更加稳定的优点。第三，由于本专利技术可以实现氮化镓基射频电路系统单片集成，克服了现有技术中硅基电路抗辐照能力较差的不足，解决了电路系统在特殊环境如在外太空中性能下降的问题，使得本专利技术具有了电路系统抗辐照能力更强，可靠性更高的优点。附图说明图1为本专利技术的电路原理图；图2为本专利技术的输出端电压VOUTl和V0UT2对输入端电压VIN响应的仿真图。具体实施方式:下面参照附图对本专利技术作进一步详细描述。参照图1，对本专利技术的电路结构描述如下:本专利技术包括第一输出电路，第二反相电路，第二输出电路。第一反相电路的输出端与第一输出电路的输入端相接，第一输出电路的输出端与第二反相电路的输入端相接，第二反相电路的输出端与第二输出电路的输入端相接。第一反相电路中的耗尽型高电子迁移率晶体管Tl的漏极接正偏置线VDD，Tl的源极和其栅极短接后，分别与增强型高电子迁移率晶体管T2的漏极和第一输出电路单元中的增强型高电子迁移率晶体管T3的栅极相接；T2的栅极接输入端VIN，T2的源极接地线GND。第一输出电路中的T3的漏极接正偏置线VDD，T3的栅极接T2的漏极，T3的源极接肖特基二极管Dl的正极；D1的负极接肖特基二极管D2的正极，D2的负极接肖特基二极管D3的正极，D3的负极接肖特基二极管D4的正极；D4的负极接耗尽型高电子迁移率晶体管T4的漏极，T4的栅极和源极接负偏置线VSS，T4的漏极接耗尽型高电子迁移率晶体管T6的栅极和第二输出端VOUTl。增强型高电子迁移率晶体管T2、T3、T5、T8的宽长比相同，耗尽型高电子迁移率晶体管Τ1、Τ4、Τ6、Τ7的宽长比相同，肖特基二极管01、02、03、04、05、06、07、08的物理尺寸相同。本专利技术中的第一反相电路和第一输出电路工作原理是:如果输入端VIN为低电平，则增强型高电子迁移率晶体管Τ2关断，因而Τ2沟道电阻较大，但耗尽型高电子迁移率晶体管Tl上栅压为0，因此沟道电阻相对Τ2的沟道电阻要小得多，所以第一反相电路的输出在沟道的分压中获得接近VDD的电压。因为增强型高电子迁移率晶体管Τ3栅压接近VDD，所以Τ3开启。进而Τ3的沟道电阻比Τ4的沟道电阻小。经过肖特基二极管D1、D2、D3、D4等四个肖特基二极管降压，能够将第一输出电路的输出端VOUTl调整为OV左右。本专利技术的实施例中，通过工艺上调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基增强耗尽型电平转换电路，包括第一反相电路，第一输出电路，第二反相电路，第二输出电路；所述的第一反相电路的输出端与第一输出电路的输入端相接，第一输出电路的输出端与第二反相电路的输入端相接，第二反相电路的输出端与第二输出电路的输入端相接；其中：所述的第一反相电路单元中的耗尽型高电子迁移率晶体管T1的漏极接正偏置线，T1的源极和其栅极短接后，分别与增强型高电子迁移率晶体管T2的漏极和第一输出电路单元中的增强型高电子迁移率晶体管T3的栅极相连；T2的栅极接输入VIN，T2的源极接地线；所述的第一输出电路单元中的T3的漏极接正偏置线，T3的栅极接T2的漏极，T3的源极接肖特基二极管D1的正极；D1的负极接肖特基二极管D2的正极，D2的负极接肖特基二极管D3的正极，D3的负极接肖特基二极管D4的正极；D4的负极接耗尽型高电子迁移率晶体管T4的漏极，T4的栅极和源极接负偏置线，T4的漏极接耗尽型高电子迁移率晶体管T6的栅极和第二输出VOUT1；所述的第二反相电路单元中的增强型高电子迁移率晶体管T5的漏极接正偏置线，T5的源极和其栅极短接后，分别与T6的漏极和第二输出电路单元中耗尽型高电子迁移率晶体管T7的栅极相接；T6的栅极接第一输出VOUT1，T6的源极接地线；所述的第二输出电路单元中的T7的漏极接正偏置线，T7的栅极接T6的的漏极，T7的源极接肖特基二极管D5的正极；D5的负极接肖特基二极管D6的正极，D6的负极接肖特基二极管D7的正极，D7的负极接肖特基二极管D8的正极；D8的负极接增强型高电子迁移率晶体管T8的漏极，T8的栅极和源极接负偏置线，T8的漏极接第二输出VOUT2。...

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基增强耗尽型电平转换电路，包括第一反相电路，第一输出电路，第二反相电路，第二输出电路；所述的第一反相电路的输出端与第一输出电路的输入端相接，第一输出电路的输出端与第二反相电路的输入端相接，第二反相电路的输出端与第二输出电路的输入端相接；其中: 所述的第一反相电路单元中的耗尽型高电子迁移率晶体管Tl的漏极接正偏置线，Tl的源极和其栅极短接后，分别与增强型高电子迁移率晶体管T2的漏极和第一输出电路单元中的增强型高电子迁移率晶体管T3的栅极相连；T2的栅极接输入VIN，Τ2的源极接地线.-^4 ， 所述的第一输出电路单元中的Τ3的漏极接正偏置线，Τ3的栅极接Τ2的漏极，Τ3的源极接肖特基二极管Dl的正极；D1的负极接肖特基二极管D2的正极，D2的负极接肖特基二极管D3的正极，D3的负极接肖特基二极管D4的正极；D4的负极接耗尽型高电子迁移率晶体管T4的漏极，T4的栅极和源极接负偏置线，T4的漏极接耗尽型高电子迁移率晶体管T6的栅极和第二输出VOUTl ； 所述的第二反相电路单元中的增强型高电子迁移率晶体管T5的漏极接正偏置线，T5的源极和其栅极短接后，分别与T6的漏极和第二输出电路单元中耗尽型高电子迁移率晶体管T7的栅极相接；T6的栅极接第一输出VOUTl，Τ6的源极接地线； 所述的第二输出电路单元中的Τ7的漏极接正偏置线，Τ7的栅极接Τ6的的漏极，Τ7的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝跃，张译，史江一，马配军，杨小峰，邸志雄，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61