一种可编程快速切换的负电压电源调制电路及其工作方法

本发明涉及射频微波通信，尤其涉及一种可编程快速切换的负电压电源调制电路及其工作方法。

背景技术：

1、在射频及模拟集成电路系统中，电源调制电路用于提供特定的供电电压，并需具备足够的负载驱动能力。然而，传统的电源调制存在以下不足：一是通常只能输出有限的几种固定电压，若需要多种不同的调制电压，则需采用多个独立的电源调制电路，导致芯片版图面积大幅增加；二是现有电源调制电路绝大多数输出正电压，缺乏能够灵活调节负电压幅值的可编程负压调制电路；三是传统电源调制电路的驱动能力普遍较弱，难以直接驱动大尺寸功率mos晶体管的栅极；四是现有方案在电压切换速度方面表现不佳，尤其是大幅值跳变时稳定时间较长，无法满足现代射频通信系统对百纳秒级快速调制的要求。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可编程快速切换的负电压电源调制电路及其工作方法，能够驱动大容性负载且缩小切换时间。

2、本发明所采用的第一技术方案是：一种可编程快速切换的负电压电源调制电路，包括3-8译码器模块、电平转换模块、电阻阵列开关模块、输出驱动级模块与带隙基准源模块，所述3-8译码器模块的输出端与所述电平转换模块的输入端连接，所述电平转换模块的输出端与所述电阻阵列开关模块的第一输入端连接，所述带隙基准源模块的第一输出端与所述电阻阵列开关模块的第二输入端连接，所述带隙基准源模块的第二输出端与所述输出驱动级模块的第一输入端连接，所述电阻阵列开关模块的输出端与所述输出驱动级模块的第二输入端连接，其中：

3、所述3-8译码器模块，用于将用户输入的二进制代码转换成对应的唯一有效输出码；

4、所述电平转换模块，用于将唯一有效输出码由正压转换成负压电平，以驱动电阻阵列开关模块中的传输门进行电压选通；

5、所述电阻阵列开关模块，用于在电平转换模块的控制下，通过带隙基准的基准电压提供的分压节点，选通不同的调制电压；

6、所述输出驱动级模块，用于跟随电阻阵列开关模块输出的调制电压，并增强其驱动能力，以驱动射频功率放大器的mos管栅极；

7、所述带隙基准源模块，用于向电阻阵列开关模块提供基准电压，并向输出驱动级模块提供基准电流。

8、进一步，所述3-8译码器模块具体包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一三输入与非门、第二三输入与非门、第三三输入与非门、第四三输入与非门、第五三输入与非门、第六三输入与非门、第七三输入与非门与第八三输入与非门，其中，所述第一反相器的输入端接第一输入码值d0，所述第一反相器的输出端接第一节点，所述第二反相器的输入端接第二输入码值d1，所述第二反相器的输出端接第二节点，所述第三反相器的输入端接第三输入码值d2，所述第三反相器的输出端接第三节点，所述第一三输入与非门、所述第二三输入与非门、所述第三三输入与非门、所述第四三输入与非门的第一输入端均接第一节点，所述第五三输入与非门、所述第六三输入与非门、所述第七三输入与非门与所述第八三输入与非门的第一输入端均接第一输入码值d0，所述第一三输入与非门、所述第二三输入与非门、所述第五三输入与非门，所述第六三输入与非门的第二输入端均接第二节点，所述第三三输入与非门、所述第四三输入与非门、所述第七三输入与非门、所述第八三输入与非门的第二输入端均接第二输入码值d1，所述第一三输入与非门、所述第三三输入与非门、所述第五三输入与非门、所述第七三输入与非门的第三输入端均接第三节点，所述第二三输入与非门、所述第四三输入与非门、所述第六三输入与非门、所述第八三输入与非门的第三输入端均接第三输入码值d2，所述第一三输入与非门的输出端作为第一译码输出端y0，所述第二三输入与非门的输出端作为第二译码输出端y1，所述第三三输入与非门的输出端作为第三译码输出端y2，所述第四三输入与非门的输出端作为第四译码输出端y3，所述第五三输入与非门的输出端作为第五译码输出端y4，所述第六三输入与非门的输出端作为第六译码输出端y5，所述第七三输入与非门的输出端作为第七译码输出端y6，所述第八三输入与非门的输出端作为第八译码输出端y7。

9、进一步，所述电平转换模块具体包括第一级电平转换单元与第二级电平转换单元，所述第一级电平转换单元与所述第二级电平转换单元用于将3-8译码器模块输出的正逻辑信号转换为用于控制负压域传输门的互补负电平信号。

10、进一步，所述第一级电平转换单元具体包括输入反相器单元与正反馈交叉耦合结构，所述输入反相器单元包括第一mos管和第二mos管，所述正反馈交叉耦合结构包括第三mos管、第四mos管、第五mos管、第六mos管、第七mos管与第八mos管，所述第一mos管的栅极、所述第二mos管的栅极与所述3-8译码器模块的输出端连接，所述第一mos管的源极接正电源电压，所述第一mos管的漏极与所述第二mos管的漏极连接并作为输出差分信号端，所述第二mos管的源极接地，所述第三mos管的栅极接inp，所述第三mos管的源极接正电源电压，所述第三mos管的漏极与所述第五mos管的漏极连接，所述第四mos管的栅极接inn，所述第四mos管的源极接正电源电压，所述第四mos管的漏极与所述第六mos管的漏极连接，所述第五mos管与所述第六mos管的栅极连接并接地，所述第五mos管的源极、所述第八mos管的栅极与所述第七mos管的漏极连接，所述第六mos管的源极、所述第七mos管的栅极与所述第八mos管的漏极连接，所述第三mos管的漏极与所述第五mos管的漏极连接并作为第一级输出节点outa，所述第四mos管的漏极与所述第六mos管的漏极连接并作为第二级输出节点outb，所述第七mos管的源极与所述第八mos管的源极接负电源电压。

11、进一步，所述第二级电平转换单元具体包括第九mos管、第十mos管、第十一mos管、第十二mos管、第十三mos管、第十四mos管、第十五mos管、第十六mos管、第十七mos管与第十八mos管、第十九mos管、第二十mos管与第二十一mos管、第二十二mos管，所述第十三mos管的栅极接第一级输出节点，所述第十三mos管的源极接地，所述第十三mos管的漏极与所述第十五mos管的漏极连接，所述第十四mos管的栅极接第二级输出节点，所述第十四mos管的源极接正电源电压，所述第十四mos管的漏极与所述第十六mos管的漏极连接，所述第十五mos管的栅极与所述第十六mos管的栅极均接地，所述第十五mos管的源极、所述第十七mos管的漏极与所述第十八mos管的栅极连接，所述第十六mos管的源极、所述第十七mos管的栅极与所述第十八mos管的漏极连接，所述第十七mos管的源极与所述第十八mos管的源极均接负电源电压，所述第十mos管的栅极、所述第十二mos管的栅极与所述第十三mos管的漏极连接，所述第十mos管的源极接地，所述第十二mos管的源极接负电源电压，所述第十mos管、所述第十二mos管的漏极与所述第九mos管、所述第十一mos管的栅极连接，所述第九mos管的源极接地，所述第十一mos管的源极接负电源电压，所述第九mos管、所述第十一mos管的漏极相连作为第二级电平转换的输出节点outc，所述第十九mos管的栅极、所述第二十一mos管的栅极与所述第十四mos管的漏极连接，所述第十九mos管的源极接地，所述第二十一mos管的源极接负电源电压，所述第十九mos管、所述第二十一mos管的漏极与所述第二十mos管、所述第二十二mos管的栅极连接，所述第二十mos管的源极接地，所述第二十二mos管的源极接负电源电压，所述第二十mos管、所述第二十二mos管的漏极相连作为第二级电平转换的输出节点outd。

12、进一步，所述电阻阵列开关模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一传输门、第二传输门、第三传输门、第四传输门、第五传输门、第六传输门、第七传输门、第八传输门、第一mos开关、第二mos开关、第一mos电容、第二mos电容、第三mos电容、第四mos电容、第五mos电容、第六mos电容、第七mos电容与第八mos电容，所述第一电阻的第一端连接带隙基准提供的负基准电压，所述第一电阻的第二端、所述第一传输门的第一端、所述第一mos开关的栅极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端、所述第二传输门的第一端、所述第二mos开关的栅极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端、所述第三传输门的第一端、所述第三mos开关的栅极与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端、所述第四传输门的第一端、所述第四mos开关的栅极与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端、所述第五传输门的第一端、所述第五mos开关的栅极与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端、所述第六传输门的第一端、所述第六mos开关的栅极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端、所述第七传输门的第一端、所述第七mos开关的栅极与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端、所述第八传输门的第一端、所述第八mos开关的栅极与所述第九电阻的第一端连接，第九电阻的第二端接地，所述第一传输门的第二端、所述第二传输门的第二端、所述第三传输门的第二端、所述第四传输门的第二端、所述第五传输门的第二端、所述第六传输门的第二端、所述第七传输门的第二端、所述第八传输门的第二端与所述第一mos开关的源极连接，所述第一mos开关的漏极与所述第二mos开关的漏极连接正电源电压，所述第二mos开关的源极接带隙基准提供的负基准电压，所述第一mos电容的源极与所述第一mos电容的漏极连接并接地，所述第二mos电容的源极与所述第二mos电容的漏极连接并接地，所述第三mos电容的源极与所述第三mos电容的漏极连接并接地，所述第四mos电容的源极与所述第四mos电容的漏极连接并接地，所述第五mos电容的源极与所述第五mos电容的漏极连接并接地，所述第六mos电容的源极与所述第六mos电容的漏极连接并接地，所述第七mos电容的源极与所述第七mos电容的漏极连接并接地，所述第八mos电容的源极与所述第八mos电容的漏极连接并接地。

13、进一步，所述第一传输门、第二传输门、第三传输门、第四传输门、第五传输门、第六传输门、第七传输门与第八传输门均包括一个pmos管与一个nmos管，所述pmos管的源极与所述nmos管的源极短接作为传输门的输入端，所述pmos管的漏极与所述nmos管的漏极短接作为传输门的输出端，所述pmos管的栅极与所述nmos管的栅极作为互补控制端。

14、进一步，所述输出驱动级模块包括偏置电路单元、浮动电压源偏置电路单元与带有密勒补偿的二级五管ota运放单元，所述偏置电路单元接收带隙基准提供的基准电流，并通过电流镜复制产生多路偏置电压，所述多路偏置电压分别接至浮动电压源偏置电路单元和二级五管ota运放单元的对应偏置输入端。

15、进一步，所述带隙基准源模块包括运算放大器op、第一二极管d1、第二二极管d2、第一基准电阻r12、第二基准电阻r13、第三基准电阻r14、第三十八pmos管与第三十九pmos管，所述运算放大器的同相输入端、所述第二二极管的阳极与所述第三基准电阻的第二端连接，所述运算放大器的反相输入端、所述第一基准电阻第二端与所述第二基准电阻的第一端连接，所述运算放大器的输出端、所述第三十八pmos管的栅极与所述第三十九pmos管的栅极连接，所述第三十八pmos管的源极与所述第三十九pmos管的源极均接地，所述第三十八pmos管的漏极与所述第三基准电阻的第一端连接，所述第三十九pmos管的漏极与所述第二基准电阻的第一端连接，所述第一基准电阻的第二端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的负极均接负电源电压。

16、本发明所采用的第二技术方案是：一种可编程快速切换的负电压电源调制电路的工作方法，包括以下步骤：

17、获取用户输入的二进制代码并转换成对应的唯一有效输出码；

18、将唯一有效输出码由正压转换成负压电平，生成电压选通信号；

19、根据电压选通信号选通不同的调制电压，并进行功率放大处理，得到驱动控制电压。

20、本发明电路及工作方法的有益效果是：本发明通过译码器与电平转换实现用户可编程的负电压输出；电阻阵列开关结合带隙基准源可实现精细的电压步进调节；输出驱动级模块采用class-ab结构及双密勒补偿，可驱动高达1nf的容性负载，且具有百纳秒级的快速切换能力（尤其是大幅跳变如-0.55v至-2.5v）。本发明弥补了负电压电源调制在射频功率放大器应用中的缺失，具有鲁棒性好、灵活性高等优点。