專利名稱:偏置控制裝置的制作方法
技術(shù)領域:
本發(fā)明涉及一種偏置控制裝置,適用于例如在衛(wèi)星基站所使用的使用 了FET的功率放大裝置。
背景技術(shù):
在衛(wèi)星基站中,使用將調(diào)制信號放大到發(fā)送功率的功率放大裝置。在 該功率放大裝置使用多個FET (Field Effect Transistor:場效應晶體管)的 情況下,要求各FET的偏置電壓的調(diào)整。并且,為了調(diào)整偏置電壓,考慮 各FET的溫度特性而對每個FET進行偏置電壓調(diào)整是必要、不可缺少的。
但是,上述FET中,作為半導體材料使用氮化鎵(GaN)或砷化鎵 (GaAs)。該FET是在未施加柵極偏置時也流動漏極電流的耗盡型的FET, 夾斷電壓為負電壓。當柵極偏置成為零電位或者正電壓時,在漏極流動過 電流,F(xiàn)ET的結(jié)溫上升,導致FET的損壞。因此,柵極偏置電路需要對工 作中的FET —直供給負電壓。
日本專利公開2003-8385號公報公開了帶有溫度補償功能的偏置電路。 該偏置電路通過使用熱敏電阻等溫度檢測器來使FET的偏置電壓變化,由 此進行溫度補償。
但是,即使使用該帶有溫度補償功能的偏置電路,也足以預想到,偏 置電路成為被稱為失控狀態(tài)的不能控制的狀態(tài),或者發(fā)生向來自溫度檢測 器的信號的干擾(混調(diào)制)等異常。在這種情況下,有時設定柵極偏置為 FET由于本身的漏極電流的發(fā)熱而破損那樣的電壓。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種偏置控制裝置,不錯誤地設定柵極偏置為
FET破損那樣的電壓,就能夠進行FET的偏置調(diào)整。
本發(fā)明的偏置控制裝置具有溫度檢測器,對耗盡型FET (場效應晶 體管Field Effect Transistor)的周圍溫度進行檢測;第1電壓生成部,根 據(jù)該溫度檢測器的輸出,生成正電壓的溫度補償用電壓信號;第2電壓生 成部,生成正電壓的偏置電壓信號;以及運算放大器,將溫度補償用電壓 信號和偏置電壓信號相加并反向放大,而生成向FET施加的負電壓的偏置 電壓。
并且,本發(fā)明的偏置控制裝置為,進行多個耗盡型FET (場效應晶體 管Field Effect Transistor)的偏置控制的偏置控制裝置,具有溫度檢測 器,對多個FET的周圍溫度進行檢測;第l電壓生成部,根據(jù)該溫度檢測 器的輸出,生成在多個FET之間通用的正電壓的溫度補償用電壓信號;第 2電壓生成部,對每個FET生成正電壓的單獨偏置電壓信號;以及多個運 算放大器,對每個FET設置,將溫度補償用電壓信號和單獨偏置電壓信號 相加并反向放大,而生成向FET施加的負電壓的偏置電壓。
圖1是對使用了實施例的偏置控制裝置的功率放大裝置的構(gòu)成進行表 示的方框圖。
圖2是表示圖1所示的控制部的構(gòu)成的電路方框圖。
具體實施例方式
以下,參照附圖來詳細說明本發(fā)明實施例的偏置控制裝置。 圖1是對使用了實施例的偏置控制裝置的功率放大裝置的構(gòu)成進行表 示的方框圖。
在圖1中表示具有偏置控制裝置1的、使用了多個FET12、 22的大功 率固體功率放大器。FET12、 22為使用了相同素材、例如氮化鎵的耗盡型 FET。為了得到各FET12、 22之間的足夠的絕緣,使用了FET12、 22的各 放大器模塊單獨地收納在電磁遮蔽用的金屬殼體14、 24中。
應放大的RF (射頻Radio frequency)信號供給到輸入端子11, RF信號的功率由FET12放大,所放大的信號功率從輸出端子13輸出。同樣, RF信號供給到輸入端子21, RF信號的功率由FET22放大,所放大的信號 功率從輸出端子23輸出。
FET12、 22的柵極偏置電壓由偏置控制裝置1生成,并施加到FET12、 22的柵極G。
柵極偏置控制裝置1具有溫度檢測器351、第1電壓生成部2、第2電 壓生成部3以及運算放大器33、 34。第1電壓生成部2根據(jù)溫度檢測器351 的輸出生成正電壓的溫度補償用電壓信號。第2電壓生成部3生成正電壓 的偏置電壓信號。并且,運算放大器33、 34將溫度補償用電壓信號和偏置 電壓信號相加并反向放大。
溫度檢測器351對FET12、 22的周圍溫度進行檢測。 一般FET12的周 圍溫度與FET22的周圍溫度大致相同,因此溫度檢測器351接近某一個FET 設置。在實施例中,溫度檢測器351在金屬殼體14中接近FET12地設置。 溫度檢測器351以外的偏置控制裝置1偏置在金屬殼體14的外部。
第2電壓生成部3具有固定電壓產(chǎn)生部32和可變電阻36、 37。
固定電壓產(chǎn)生部32例如具有固定電壓產(chǎn)生電路,產(chǎn)生作為基準的規(guī)定 的正電壓。該正電壓由可變電阻36、 37分壓,生成偏置電壓信號。偏置電 壓信號經(jīng)由電阻R1、 R2供給到運算放大器33、 34的反向輸入端子。可變 電阻36、 37的一端與固定電壓產(chǎn)生部32的輸出連接,另一端接地,并且 從滑動端子取出被分壓的電壓。根據(jù)滑動端子的位置,能夠任意地設定偏 置電壓信號的電壓,由此單獨地、任意地設定賦予各FET12、 22的偏置電 壓。
另外,固定電壓產(chǎn)生部32也可以具有可變電壓產(chǎn)生電路,調(diào)整為輸出 預先規(guī)定的正電壓。并且,固定電壓產(chǎn)生部32對于可變電阻36、 37通用 設置,但是固定電壓產(chǎn)生部32也可以對于可變電阻36、 37單獨設置。
第l電壓生成部2具有可變電壓產(chǎn)生部31和控制部35。
可變電壓產(chǎn)生部31例如具有數(shù)字/模擬(D/A)變換器(未圖示),根 據(jù)從控制部35發(fā)送的與FET12、 22的周圍溫度對應的修正數(shù)據(jù),產(chǎn)生與 溫度對應的正電壓的溫度補償用電壓信號。溫度補償用電壓信號經(jīng)由電阻 R3、 R4供給到運算放大器33、 34的反向輸入端子。
這些可變電壓產(chǎn)生部31以及固定電壓產(chǎn)生部32,通過正電壓的電源來動作。
運算放大器33、34將偏置電壓信號和溫度補償用電壓信號相加并反向 放大,而生成負電壓的柵極偏置電壓。該柵極偏置電壓被供給到FET12、 22的柵極G。
控制部35將與溫度檢測器351檢測的FET12、 22的周圍溫度對應的 修正數(shù)據(jù)發(fā)送到可變電壓產(chǎn)生部31。
圖2是表示控制部35的構(gòu)成的電路方框圖??刂撇?5具有模擬/數(shù)字 (A/D)變換器352和修正存儲器353。
溫度檢測器351例如包括熱敏電阻,檢測FET12、 22的周圍溫度,并 作為溫度信號輸出與溫度對應的電壓。如上所述,溫度檢測器351在金屬 殼體14中接近FET12地設置。溫度信號通過線纜輸入到控制部35。在控 制部35中,模擬/數(shù)字變換器352將溫度信號變換為數(shù)字值,并輸出數(shù)字 溫度數(shù)據(jù)。數(shù)字溫度數(shù)據(jù)被作為地址數(shù)據(jù)賦予被修正存儲器353。
修正存儲器353,在周圍溫度的變化范圍(例如0"C 7(TC)中,與微 小間隔的各溫度值對應地存儲修正數(shù)據(jù)。修正數(shù)據(jù)是決定可變電壓產(chǎn)生部 31生成的溫度補償用電壓信號的電壓值的數(shù)據(jù)。
修正存儲器353將數(shù)字溫度數(shù)據(jù)用作為地址數(shù)據(jù),讀出與溫度檢測器 351檢測的溫度相對應的修正數(shù)據(jù)。修正存儲器353使用可變電壓產(chǎn)生部 31和電路間通信接口 (例如I2C (內(nèi)部集成電路Inter-Integrated Circuit)) 進行通信,將讀出的修正數(shù)據(jù)向可變電壓產(chǎn)生部31發(fā)送??勺冸妷寒a(chǎn)生部 31通過數(shù)字/模擬變換器(未圖示)產(chǎn)生與修正數(shù)據(jù)相對應的正電壓的溫度 補償用電壓信號。如此,生成與FET12、 22的周圍溫度相對應的溫度補償 用電壓信號。
下面,對上述構(gòu)成的偏置控制裝置1的FET12、 22的偏置電壓的調(diào)整 進行說明。
FET12、 22是相同素材的FET,但是設定漏極的空載電流的柵極偏置 電壓值在各個FET中不同。因此,在實施例中,第2電壓生成部3生成用 于各FET的偏置電壓信號。BP,通過將固定電壓產(chǎn)生部32產(chǎn)生的正電壓 通到可變電阻36、 37,由此對各個FET12、 22調(diào)整輸入到各運算放大器 33、 34的偏置電壓信號的正電壓。
并且,作為溫度補償功能,第1電壓生成部2根據(jù)溫度檢測器351的輸出生成正電壓的溫度補償用電壓信號。即,可變電壓產(chǎn)生部31與由溫度 檢測器351檢測的FET12、 24的周圍溫度相對應,生成溫度補償用電壓信 號。柵極偏置電壓值隨著溫度補償用電壓信號的變化而改變。柵極偏置電 壓-溫度的特性曲線由半導體的素材引起,因此相同素材的FET12、 22之間 的個體差較小。因此,在實施例中,對FET12、 22施加相同的溫度補償電 壓。
可變電壓產(chǎn)生部31,根據(jù)從控制部35發(fā)送的補償數(shù)據(jù),產(chǎn)生與溫度 相對應的電壓的溫度補償用電壓信號??勺冸妷寒a(chǎn)生部31構(gòu)成為,例如通 過使用了數(shù)字電位計的數(shù)字/模擬(D/A)變換器,來制作Vmin Vdd的范 圍的溫度補償用電壓信號。并且,固定電壓產(chǎn)生部32和可變電阻36、 37, 能夠與可變電阻36、 37的滑動接點的位置相對應,制作0V Vdd的偏置電 壓信號。此處,Vmin為可變電壓產(chǎn)生部31能夠輸出的正電壓的最低電壓, Vdd為可變電壓產(chǎn)生部31以及固定電壓產(chǎn)生部32的動作電壓。
當使該二者的信號在放大率-1.00倍的運算放大器33、 34中相加并反 向放大時,其輸出電壓范圍為-Vmin 2Vdd。
假設,即使由于控制部35的失控、向連接溫度檢測器351和控制部 35的信號的干擾(混調(diào)制)等,可變電壓產(chǎn)生部31生成錯誤電壓的溫度補 償用電壓信號,也一定對各FET12、 22的柵極施力B-Vmin以下的負電壓。 因此,柵極不會成為零電位或者正電壓。因此,能夠防止由于漏極的過電 流導致結(jié)溫的上升而FET12、 22破損。
并且,可變電壓產(chǎn)生部31輸出Vmin以上的電壓,因此即使在與各個 FET12、 22相對應的偏置的微調(diào)整中錯誤地將來自可變電阻Rl、 R2的輸 出電壓設定為零電位,向各FET12、22的柵極供給的偏置電壓也會為-Vmin 以下。因此,能夠防止由于漏極的過電流導致結(jié)溫的上升而FET12、 22破 損。
并且,在實施例中,在可變電壓產(chǎn)生部31中使用以正電壓進行動作的 可變電壓產(chǎn)生用集成電路。該集成電路比產(chǎn)生負電壓的可變電壓產(chǎn)生用集 成電路容易得到,并且與控制部35的配合性較好。并且,該集成電路能夠 生成具有滿足FET12、 22的要求的較高的穩(wěn)定度的輸出電壓(溫度補償用 電壓信號)。
在以上那樣的實施例的偏置控制裝置1中,第1電壓生成部2的可變電壓產(chǎn)生部31,生成在FET12、 22之間通用的比Vmin高的電壓的溫度補 償用電壓信號。并且,在該溫度補償用電壓信號以外,第2電壓生成部3 生成對每個FET12、 22不同的0V以上的偏置電壓信號。通過各運算放大 器33、 34對這些溫度補償用電壓信號和偏置電壓信號進行相加反向放大, 而生成各FET12、 22用的偏置電壓。
因此,即使溫度補償用電壓信號產(chǎn)生異常,也能夠防止偏置電壓成為 -Vmin以下,偏置電壓被設定為FET12、 22破損那樣的電壓。并且,在與 各個FET12、 22相對應的偏置電壓的調(diào)整中,防止FET12、 22的偏置被錯 誤地設定為零電位或者正電位。
并且,通過使運算放大器33、 34進行相加反向放大,能夠在可變電壓 產(chǎn)生部31以及固定電壓產(chǎn)生部32中使用正電壓動作的通用的集成電路。
如上所述根據(jù)本發(fā)明,提供一種偏置控制裝置,不錯誤地設定柵極偏 置為FET破損那樣的電壓,能夠進行FET的偏置調(diào)整。
在上述實施例中,說明了對2個FET12、 22調(diào)整柵極偏置電壓的例子, 但是本發(fā)明也能夠使用于對3個以上的FET調(diào)整柵極偏置電壓的偏置控制 裝置。并且,本發(fā)明也適用于使用1個FET的放大裝置的偏置控制裝置。
本發(fā)明的偏置控制裝置,也可以對各FET分別設置溫度檢測器、控制 部、可變電壓產(chǎn)生部。此時,偏置控制裝置能夠?qū)Ω鱾€FET賦予對每個FET 單獨補償?shù)淖罴训钠秒妷骸?br>
對于本領域技術(shù)人員來說,其他優(yōu)點和變通是很容易聯(lián)想得到的。因 此,本發(fā)明就其較寬方面而言,并不限于本申請給出和描述的具體細節(jié)和 說明性實施例。因此,在不偏離所附權(quán)利要求及其等同物定義的總發(fā)明構(gòu) 思精神或保護范圍的前提下,可以做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種偏置控制裝置,其特征在于,具有溫度檢測器,對耗盡型場效應晶體管的周圍溫度進行檢測;第1電壓生成部,根據(jù)該溫度檢測器的輸出,生成正電壓的溫度補償用電壓信號;第2電壓生成部,生成正電壓的偏置電壓信號;以及運算放大器,將上述溫度補償用電壓信號和上述偏置電壓信號相加并反向放大,而生成向上述場效應晶體管施加的負電壓的偏置電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的偏置控制裝置,其特征在于, 上述第2電壓生成部具有固定電壓產(chǎn)生部,產(chǎn)生規(guī)定的電壓;以及可變電阻,介于上述固定電壓產(chǎn)生部與上述運算放大器之間,對輸入 的電壓進行分壓并將分壓的電壓輸出。
3. 如權(quán)利要求1所述的偏置控制裝置,其特征在于, 上述場效應晶體管對射頻信號進行功率放大。
4. 如權(quán)利要求1所述的偏置控制裝置,其特征在于, 上述運算放大器的放大率為一 1 。
5. 如權(quán)利要求1所述的偏置控制裝置,其特征在于, 上述第1電壓生成部以及第2電壓生成部以正電壓工作。
6. 如權(quán)利要求1所述的偏置控制裝置,其特征在于, 上述場效應晶體管被收容于金屬殼體,上述溫度檢測器設置在上述金屬殼體內(nèi),且上述第1電壓生成部設置在上述金屬殼體的外部。
7. —種偏置控制裝置,進行多個耗盡型場效應晶體管的偏置控制,其 特征在于,偏置控制裝置具有溫度檢測器,對上述多個場效應晶體管的周圍溫度進行檢測;第1電壓生成部,根據(jù)上述溫度檢測器的輸出,生成在上述多個場效應晶體管之間通用的正電壓的溫度補償用電壓信號;第2電壓生成部,對每個上述場效應晶體管生成正電壓的單獨偏置電壓信號;以及多個運算放大器,各運算放大器對每個上述場效應晶體管設置,將上 述溫度補償用電壓信號和上述單獨偏置電壓信號相加并反向放大,來生成 向每個上述場效應晶體管施加的負電壓的偏置電壓。
8. 如權(quán)利要求7所述的偏置控制裝置,其特征在于,上述第2電壓生成部具有可變電阻,對于各上述場效應晶體管,將 輸入的規(guī)定的電壓分壓并將電壓作為上述單獨偏置電壓信號輸出。
9. 如權(quán)利要求8所述的偏置控制裝置,其特征在于,上述第2電壓生成部具有固定電壓產(chǎn)生部,對于設置在各上述場效 應晶體管的上述可變電阻,通用地供給上述規(guī)定的電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種偏置控制裝置,不錯誤設定為FET破損的電壓,能夠調(diào)整FET的偏置。偏置控制裝置(1)具有溫度檢測器(351),對FET(場效應晶體管)(12、24)的周圍溫度進行檢測;第1電壓生成部(2),根據(jù)該溫度檢測器的輸出,生成正電壓的溫度補償用電壓信號;第2電壓生成部(3),生成正電壓的偏置電壓信號;以及運算放大器(33、34)。運算放大器(33、34)將溫度補償用電壓信號和偏置電壓信號相加并反向放大,而生成向FET施加的負電壓的偏置電壓。
文檔編號H03K19/094GK101677242SQ20091016663
公開日2010年3月24日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者望月亮 申請人:株式會社東芝