用于有过程差异补偿的有源偏置电路的电流断开电路

摘要

一种用于产生预定水平偏置电流的集成电路偏置网络。一个晶体管产生对应于施加给所述场效应晶体管的预定输入栅－源电压的一定水平的偏置电流。提供了一个控制电路。控制电路连接到场效应晶体管并提供通过控制电流路径的电流以产生场效应晶体管输入电压。一个补偿电路连接到所述控制电路。所述补偿电路包括一个与场效应晶体管相同型号的补偿晶体管。该补偿电路控制补偿晶体管从所述控制路径转移电流，从而过程差异引起补偿晶体管分流一定大小的电流以向场效应晶体管提供输入电压使这个场效应晶体管能够产生所述预定水平的偏置电流。

说明书

技术领域

本发明涉及有源偏置电路。

背景技术

在现有技术中，有源偏置电路有着广泛的应用。在出版于1998年8月11日、发明人为Edward T.Lewis、受让人与本申请相同、标题为“有过程差异补偿和电源差异补偿的偏置电路”的美国专利第5,793,194号中描述了一种这样的有源偏置电路，在此引用了其全部主题。一些应用包括电池供电的移动电话和无线局域网(WLANS)。特别地，偏置电路可用于向其中使用的发射机和接收机放大器提供偏置电流。

在现有技术中，在电池供电的移动电话和无线局域网(WLANS)应用中，当电话处于接收模式时，经常希望减小发射机放大器的功率。一项被认为能减小功率的技术是与VDD和RF放大晶体管的漏极串联放置一个晶体管开关。通过分离VDD与RF放大晶体管的漏极来减小功率。然而这有一些严重的缺点。在所需的放大期间，与RF晶体管串联的晶体管开关必须处于导电模式。当这种晶体管开关导电时，在这种晶体管开关上产生了压降从而减小了放大功率。而且，晶体管开关需要额外的元件以偏置开关以及额外的逻辑将其断开。RF晶体管的漏极还需要用非常大的电容将其分流。因此，如果在电路中的该点进行切换时，必须充放这些电容(连接和断开晶体管开关时)。然而这种充放电正常情况下需要几十微秒的时间。诸如无线局域网(WLANS)的应用要求这种开关动作少于一微秒。

发明内容

依照本发明，提供了集成电路偏置网络以产生预定水平的偏置电流。偏置网络包括具有栅、源和漏的场效应晶体管。该晶体管产生对应于施加给场效应晶体管的预定输入栅-源电压的偏置电流。并且提供了控制电路。该控制电路连接到场效应晶体管并提供通过控制电流路径的电流以产生场效应晶体管输入电压。补偿电路连接到控制电路。该补偿电路包括一个与场效应晶体管相同型号的补偿晶体管。该补偿电路控制补偿晶体管从所述控制电流路径转移电流，从而过程差异引起补偿晶体管分流一定大小的电流以向场效应晶体管提供输入电压，使这个场效应晶体管能够产生所述预定水平的偏置电流。提供了有第一和第二电极的晶体管开关。由馈给到所述晶体管开关的控制电极的“开”/“关”控制信号来控制在所述第一和第二电极之间的传导性。所述第一和第二电极之一连接到场效应晶体管的栅极，另一个连接到预定基准电势。在“开”/“关”控制信号的“关”状态期间，晶体管开关以由控制信号所确定的传导状态将场效应晶体管的栅极连接到所述基准电势。在所述“关”状态期间，所述与基准电势的连接使场效应晶体管变为非传导状态。在控制信号的“开”状态期间，晶体管开关以非传导状态分离场效应晶体管的栅极与所述基准电势从而使场效应晶体管能够放大在所述“开”状态期间馈给到其栅极的信号。

在这种配置下，断开电路位于RF的栅极，不需要多少分流。因此，该配置能够在1微秒要求内断开RF发射机。

在实施例中，基准电势连接到控制电路。

在实施例中，场效应晶体管、补偿晶体管和晶体管开关是耗尽型的场效应晶体管。

在实施例中，在一个第二基准电势和上述首次提到的基准电势之间连接补偿电路。

在附图和下述描述中将阐明本发明的一个或更多实施例的具体内容。这些描述、附图和权利要求将使本发明的其它特征、目的和优势显而易见。

附图说明

唯一的附图是依照本发明有包括断开电路的过程差异补偿有源偏置电路的微波放大器的示意图。

具体实施方式

现在参照附图，画出了产生预定水平偏置电流I_B的集成电路偏置网络10。偏置网络10包括一个具有源(S)、栅(G)和漏(D)的场效应晶体管(FET)12。在此晶体管12是耗尽型场效应晶体管(DFET)，对应于施加给该场效应晶体管12的预定输入栅-源电压而产生通过其源(S)和漏(D)的偏置电流。提供了包含串联在VDD和地之间的电阻14、16和18的控制电路19。控制电路19连接到场效应晶体管12并提供通过控制电流路径(例如，通过电阻14、16和18)的电流I₃以在所述晶体管12的栅极(G)产生场效应晶体管12输入电压X。

补偿电路20连接到控制电路。补偿电路20包括与场效应晶体管12相同型号的补偿晶体管24。补偿电路20控制补偿晶体管24从所述控制路径转移电流I₁，从而过程差异引起补偿晶体管24分流一定大小的电流以向场效应晶体管12提供输入电压X，使这个场效应晶体管12能够产生所述预定水平的偏置电流I_B。

提供了具有源(S)和漏(D)电极、为耗尽型晶体管的晶体管开关26。晶体管开关26的漏极(D)连接到场效应晶体管12的栅极(G)，晶体管开关26的源极(S)连接到预定基准电势。由馈给到所述晶体管开关26的栅(G)电极的“开”/“关”控制信号来控制在所述源(S)和漏(D)电极之间的传导性。在下述描述中，术语开/关指的是RF晶体管12的传导状态。在“开”/“关”控制信号的“关”状态期间，晶体管开关26以由控制信号所确定的传导状态将场效应晶体管12的栅极连接到所述基准电势。在所述“关”状态期间，所述与基准电势的连接使场效应晶体管12变为非传导状态。在控制信号的“开”状态期间，晶体管开关26以非传导状态分离场效应晶体管12的栅极(G)与所述基准电势，从而使场效应晶体管12能够放大在所述“开”状态期间经由连接电容17馈给到其栅极(G)的RF信号。

在这种配置下，晶体管开关26位于晶体管12的栅极(G)，当由晶体管12放大RF信号时，所述晶体管开关是非传导的。因此，减小了功率损耗。而且，在这种配置下，RF放大器能够在1微秒之内被断开。

更具体地，选择电阻14、16和18的电阻值以在DFET12的栅极G提供适当的控制电压。

如那些对技术熟悉的人已知的，在耗尽型FET中，为了产生漏-源电流，栅-源电压必须是负极性的。这可通过两种技术来实现。在一种方法中，在DFET12的源S和地之间连接电阻40。该电阻40上的压降在源S处提供了大于栅极电势的正电压，从而提供了所需的栅-源极性。在DFET12是到另一设备(未画出)的有源输入晶体管的应用中，最好提供一个旁路电容42。作为替代地，可以省略电阻40和电容42，晶体管12的源极接地。然后，将网络20和19设计为通过使电流I₂足够高以至在点X处产生净负电压从而在点X处产生必要的负电压。本实施例优势在于省略了两个元件(40、42)并且由于在晶体管12的源极没有D.C.压降，因而提供了晶体管12的最大功率输出。

如所指出的，由偏置晶体管12提供的偏置电流I_B随着过程差异而显著地变化，特别是影响设备门限电压的那些过程差异。偏置电路的电源的变化也会影响到偏置电流。

由电路19和20来提供过程差异补偿。耗尽型场效应晶体管24放置在与DFET12相同的芯片上，因而提交给与DFET12相同的过程差异。

在操作中，假定电路中晶体管的实际设备门限电压是这样的，那么DFET12的偏置电流变得比预计值更大。为了在DFET12的漏极保持稳定的偏置电流I_B，必须减小DFET12栅极(G)处的电压。否则，如所指出的，偏置电流可能超过预计设计指标。

在这种情况下，DFET24的漏电流I₂也更大，因为与影响DFET12相同的过程差异也影响了其设备门限电压。因此DFET24在节点Y分流出了更多的电流。这样，减小了电流I₃。这反过来减小了节点X处的电压，例如，DFET12的栅极电压。这导致偏置电流I_B保持在特定的设计水平，而不会由于过程差异而存在I_B偏离。

晶体管开关26的源极为-4.5伏特。更特别地，在电路20的低电势侧的电势为-6.0伏特。-6.0伏特电势通过一对串联的二极管28、30连接到晶体管开关26的源极(S)，从而在晶体管开关26的源极(S)提供-4.5伏特的电势。来自输入开或关的芯片的逻辑40提供适当的(例如，比晶体管开关26的夹止电压和晶体管开关26的-4.5源极(S)电压更高)、通常是-4.0伏特以接通晶体管开关26。选择晶体管开关26的物理尺寸(例如，信道宽度和长度)以降低电流I₃。这确保了晶体管12栅极(G)处的电压低于晶体管12的夹止电压。这可以断开晶体管12并节省电池电流。

在操作中，当“开”/“关”控制信号选择状态以能够放大RF信号时，将晶体管开关26的栅极(G)连接到-6.0伏特，并“断开”晶体管开关26。在这种条件下，由晶体管12放大RF信号。而另一方面，当“开”/“关”控制信号选择状态以禁用RF信号放大时，将晶体管开关26的栅极(G)连接到-4伏特，并“接通”晶体管开关26。在这种条件下，“断开”晶体管12。

在此描述了本发明的大量实施例。然而，应当理解在不背离本发明的精髓和范围的情况下可以做出各种修改方案。因此，其它实施例包括在下述权利要求书的范围中。