输出缓冲电路、稳压有源偏置电路、有源偏置电路的制作方法

1.本技术属于微电子、半导体及通信技术领域，涉及一种基于gaas phemt工艺的稳压有源偏置电路。


背景技术：

2.有源偏置电路一般用于射频/微波放大器中，主要为放大器提供稳定的直流偏置，有效降低放大器随温度和工艺参数波动的影响，因此，研究高性能偏置电路具有很大的应用前景和现实意义。
3.目前放大器中常用的放大器常用的器件工艺类型有gaas phemt，sige hbt和cmos。使用sige hbt和cmos通常是出于成本和工艺兼容性的考虑，其在噪声性能和高频增益方面不如gaas phemt，在为了实现更好的性能，放大器通常采用gaas phemt工艺实现。为了实现工艺的兼容性，有源偏置电路的工艺需要基于gaas phemt实现。
4.有源偏置电路是放大器的重要组成部分，主要影响放大器中主放大管的静态工作点，直接决定放大器的性能指标。这就要求有源偏电路工作稳定，且输出的偏置电压vb不受环境温度变化、器件工艺参数偏差、电源电压波动数等多种因素的干扰，传统的电流镜有源偏置电路，能够很好地补偿放大管阈值电压随温度的变化，削弱环境温度变化的干扰，消除器件工艺的偏差。但是，传统电流镜有源偏置电路受电源波动影响较大，限制了其应用场景。因此，研制不随环境温度变化、器件工艺参数偏差的稳压有源偏置电路成为急需解决的技术难题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：
6.本技术实施例第一方面提供一种输出缓冲电路所述缓冲电路包括晶体管m4、m5，电阻r4,m4采用gaas e-phemt工艺，m5采用gaas d-phemt工艺；
7.所述晶体管m5的源极连接电源供电端，栅极与晶体管m1的漏极连接；
8.所述晶体管m4的栅极和漏极连接后与所述晶体管m5的漏极连接；
9.所述电阻r4的上端与所述晶体管m4的源极连接，下端与接地。
10.本技术实施例第二方面提供一种稳压有源偏置电路，包括上述的输出缓冲电路、与所述输出缓冲电路连接的温度补偿电路、与所述输出缓冲电路连接的串联反馈电路；所述串联反馈结构、温度补偿电路和输出缓冲电路的上端均与电源供电端连接，下端接地；所述电源供电端并联去耦电容c1和c2，所述输出缓冲电路的所述晶体管m5的漏极通过电阻 r5引出偏置电压vb。
11.进一步地，在本技术提供的实施例中，所述串联反馈结构包括晶体管m1、m2，电阻 r1、r2,m1、m2采用gaas e-phemt工艺；
12.所述电阻r1和r2串联后与所述晶体管m1的漏极连接，其中，所述电阻r1上端与电源供电端连接，下端与所述晶体管m1的栅极连接；
13.所述晶体管m1的漏极与所述输出缓冲电路中的所述晶体管m5的栅极连接；
14.所述晶体管m2的栅极和漏极连接后与所述晶体管m1的源极连接，所述晶体管m2的源极接地。
15.进一步地，在本技术提供的实施例中，采用单个二极管或多个二极管并联串接在所述晶体管m1的源极代替所述晶体管m2。
16.进一步地，在本技术提供的实施例中，所述温度补偿电路包括晶体管m3，电阻r3,m3 采用gaas e-phemt工艺；
17.所述电阻r3的上端与电源供电端连接，下端连接在所述晶体管m3的漏极；
18.所述晶体管m3的栅极和漏极相连后与所述输出缓冲电路中的晶体管m5的漏极连接，所述晶体管m3的源极接地。
19.进一步地，在本技术提供的实施例中，采用多个二极管形式的晶体管或多个二极管串联在所述晶体管m5的漏极代替所述晶体管m4。
20.本技术实施例第三方面提供一种有源偏置电路，包括上述的输出缓冲电路、与所述输出缓冲电路连接的稳压有源偏置模块；
21.所述稳压有源偏置模块和输出缓冲电路的上端均与电源供电端连接，下端接地；
22.所述电源供电端并联去耦电容c1和c2，所述输出缓冲电路的所述晶体管m5的漏极通过电阻r5引出偏置电压vb。
23.进一步地，在本技术提供的实施例中，所述稳压有源偏置模块包括晶体管m1、m2、 m3和电阻r1、r2、r3；
24.所述电阻r1和r2串联后与所述晶体管m1的漏极连接，其中，所述电阻r1的上端与电源供电端连接；
25.所述晶体管m2的栅极和漏极相连后与所述晶体管m1的源极连接，所述晶体管m2的源极接地；
26.所述电阻r3的上端与所述晶体管m1的栅极连接，下端接地；
27.所述晶体管m3的漏极与电源供电端连接，所述晶体管m3的源极与所述晶体管m1的栅极连接，所述晶体管m3的栅极与所述电阻r1和r2串联连接处连接。
28.进一步地，在本技术提供的实施例中，采用单个二极管或多个二极管并联串接在所述晶体管m1的源极代替所述晶体管m2。
29.进一步地，在本技术提供的实施例中，采用多个二极管形式的晶体管或多个二极管串联在所述晶体管m4的漏极代替所述晶体管m5。
30.本技术提供的稳压有源偏置电路，通过单管连接的串联反馈电路使得晶体管m1的漏极节点输出不随供电电源vcc波动的静态电压，调节电阻r2可以改变输出偏置电压vb不随供电电源变化的平坦度，电阻r1用于补偿晶体管m1、m2随温度变化的漏极电流，晶体管m2栅、漏极相接一方面用于抬高晶体管m1漏极节点的静态电压；另一方面使得晶体管 m1源极电压嵌在固定电压值，电阻r3与二极管连接形式的晶体管m3串联，r3为温度补偿电阻，用于补偿晶体管m3在高低温下阈值电压的变化，并且晶体管m3的栅极通过电阻 r5引出接在放大管的栅极，两者组成电流镜有源偏置电路结构，缓冲输出电路通过晶体管m5的漏极输出，电阻r4与二极管形式连接的晶体管m4串联，调节电阻r4值得大小控制偏置输出电压vb的大小，晶体管m4的连接形式可以提高输出电压vb幅值。
31.采用串联反馈结构和温度补偿电路结合的方式抑制供电电压的波动和环境温度变化的影响，同时也有助于调节并改善环境温度变化补偿程度和输出电压随供电电压波动的平坦度，极大改善了放大器随环境变化的稳定性。其中，稳压电路结构和温度补偿电路可以独立调节，极大改善了偏置电路性能指标调节的自由性。提出的稳压有源偏置电路具有结构简单、尺寸小，静态功耗小、输出偏置电压可调、移植性强等优点，提高了稳压有源偏置电路模块的实用性。
32.本技术提供的有源偏置电路，抑制温度变化和电源电压的波动功能通过稳压有源偏置模块实现的，温度补偿作用通过电阻r1实现，调节电阻r1阻值的大小可以改变不同温度下的补偿效果，m2二极管连接的形式接在m1的源极用于抬高m5管的静态电压，电阻r2 阻值的大小可以调节输出偏置电压vb随供电电源波动的程度，m1与m3形成反馈连接的形式，稳定输出的偏置电压vb，电阻r3可实现晶体管m1的反馈程度。输出偏置电压vb 通过调节晶体管m4尺寸和电阻r4实现。
33.采用稳压有源偏置模块和输出缓冲电路，抑制温度和电压源波动的影响，输出缓冲电路可以独立调整输出偏置电压的大小且不受稳压有源偏置电路模块的控制，稳压有源偏置模块集抑制温度、电源波动功能于一体，电路结构更加简单，可调自由参数更多，可实现易于gaas phemt射频放大器集成。
34.本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本技术一种稳压有源偏置电路原理图；
37.图2为稳压有源偏置电路输出偏置电压vb在三温条件下随vcc变化仿真结果；
38.图3为本技术有源偏置电路原理图；
39.图4为有源偏置电路输出偏置电压vb在三温条件下随vcc变化仿真结果。
具体实施方式
40.下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
41.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
42.本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“上端”和“下端”等是便于理解技术方案，基于说明书附图进行说明，而不是用于描述对象的特定方向。
43.下面结合附图和具体的实施例对本技术的技术方案进行详细的说明。
44.本技术实施例第一方面提供一种输出缓冲电路所述缓冲电路包括晶体管m4、m5，电阻r4,m4采用gaas e-phemt工艺，m5采用gaas d-phemt工艺；所述晶体管m5的源极连接电
源供电端，栅极与晶体管m1的漏极连接；所述晶体管m4的栅极和漏极连接后与所述晶体管m5的漏极连接；所述电阻r4的上端与所述晶体管m4的源极连接，下端与接地。
45.本技术实施例第二方面，如图1所示，提供一种稳压有源偏置电路，包括上述的输出缓冲电路、与所述输出缓冲电路连接的温度补偿电路、与所述输出缓冲电路连接的串联反馈电路；所述串联反馈结构、温度补偿电路和输出缓冲电路的上端均与电源供电端连接，下端接地；所述电源供电端并联去耦电容c1和c2，所述输出缓冲电路的所述晶体管m5 的漏极通过电阻r5引出偏置电压vb。
46.进一步地，在本技术提供的实施例中，所述串联反馈结构包括晶体管m1、m2，电阻 r1、r2,m1、m2采用gaas e-phemt工艺；所述电阻r1和r2串联后与所述晶体管m1的漏极连接，其中，所述电阻r1上端与电源供电端连接，下端与所述晶体管m1的栅极连接；所述晶体管m1的漏极与所述输出缓冲电路中的所述晶体管m5的栅极连接；所述晶体管m2的栅极和漏极连接后与所述晶体管m1的源极连接，所述晶体管m2的源极接地。
47.进一步地，在本技术提供的实施例中，采用单个二极管或多个二极管并联串接在所述晶体管m1的源极代替所述晶体管m2。
48.进一步地，在本技术提供的实施例中，所述温度补偿电路包括晶体管m3，电阻r3,m3 采用gaas e-phemt工艺；所述电阻r3的上端与电源供电端连接，下端连接在所述晶体管 m3的漏极；所述晶体管m3的栅极和漏极相连后与所述输出缓冲电路中的晶体管m5的漏极连接，所述晶体管m3的源极接地。
49.进一步地，在本技术提供的实施例中，采用多个二极管形式的晶体管或多个二极管串联在所述晶体管m5的漏极代替所述晶体管m4。
50.具体的，去耦电容c1、c2滤除电源杂波，防止电源杂散波动对稳压有源偏置电路模块的影响，在所述串联反馈结构中：电源供电端的供电电源经电阻r1、r2、二极管连接的晶体管m2、晶体管m1，到地形成接地回路，因为晶体管m1、m2都为二极管连接形式，因此都处于饱和状态。晶体管m1漏极节点输出电压为晶体管m5提供栅极电压，调整电阻 r1值，晶体管m1、m2的管芯尺寸可以控制晶体管m5栅极电压的，进而控制晶体管m5的饱和程度。
51.当vcc升高时，若m1的栅极电压不变，则a点的电压va上升；实际上提高v
dc
时，b 点电压vb随之升高，而b点与m1的栅极相连，m1的栅极电压上升将使通过m1的电流增大，调节合适的电阻r1、r2值可以使得va降低，输出偏置电压vb也会随之降低，同时，因为vb引出给放大管栅极提供偏置电压，vb降低将有效地抑制vcc升高导致的m1偏置电流的增加。
52.当环境温度降低时，晶体管m1、m2支路上的电流增加，导致电阻r1、r2上的电压增加，晶体管m5的栅极电压va降低，从而导致输出偏置电压vb降低，抑制主放大管电流因温度降低而产生向上偏移，从而抑制放大器静态偏置电流随温度产生的波动。
53.具体的，所述温度补偿电路，电源供电端的供电电源经电阻r3、二极管形式连接的晶体管m3形成地接地回路，晶体管m1的漏极电压引出接在主放大管栅极，提供合适的偏置电压，调节电阻r3和m3的管芯尺寸，可以调整引出电压的大小，晶体管m3的引出端与主放大管构成传统电流镜电路，当温度升高时流经支路的电流增大，使得电阻r3的压降增大，降低了晶体管m3的引出电压，稳压有源偏置模块输出的偏置电压vb减小，削弱了放大管漏电流的增加。
54.具体的，所述输出缓冲电路，供电电源经晶体管m5、二极管连接形式的晶体管m4、
电阻r4形成支路，晶体管m5的栅极电压由串联反馈结构提供，稳压有源偏置电路模块电路的输出电压vb由晶体管m5的漏极引出，晶体管m4与放大管组成电流镜电路，可以补偿放大管漏极电流的变化。
55.工作原理：
56.串联反馈结构主要抑制va点电压随供电电源vcc的变化，同时，还可以补偿放大管电流随温度的波动；
57.温度补偿电路与放大器中放大管构成经典的电流镜电路，用于补偿放大管的阈值电压随温度的变化，进而稳定放大器中的电流，温度补偿电路引出电压与串联反馈结构、输出缓冲电路输出电压并联，三种结构共同作用机制控制稳压有源偏置电路模块的偏置电压 vb；
58.输出缓冲电路输出电压由m5的漏极引出，电阻r4，晶体管m4可以调节输出偏置电压vb的大小,电阻r5用于隔绝稳压有源偏置模块输出电压与射频信号，防止射频信号串扰对偏置电压造成影响。
59.本技术实施例提供稳压有源偏置电路的仿真结果曲线，如图2所示，vcc设置的扫描电压范围为0～8v，从仿真结果曲线可以看出，当vcc变化范围为2～8v时，稳压有源偏置电路输出电压vb随电源电压变化趋势平稳，稳压有源偏置电路输出电压vb随温度升高而降低，补偿放大器阈值电压随温度的变化而引起的电流差异，达到稳定静态工作电压的目的。
60.本技术实施例第三方面，如图2所示，提供一种有源偏置电路，包括上述的输出缓冲电路、与所述输出缓冲电路连接的稳压有源偏置模块；
61.所述稳压有源偏置模块和输出缓冲电路的上端均与电源供电端连接，下端接地；
62.所述电源供电端并联去耦电容c1和c2，所述输出缓冲电路的所述晶体管m5的漏极通过电阻r5引出偏置电压vb。
63.进一步地，在本技术提供的实施例中，所述稳压有源偏置模块包括晶体管m1、m2、 m3和电阻r1、r2、r3；
64.所述电阻r1和r2串联后与所述晶体管m1的漏极连接，其中，所述电阻r1的上端与电源供电端连接；
65.所述晶体管m2的栅极和漏极相连后与所述晶体管m1的源极连接，所述晶体管m2的源极接地；
66.所述电阻r3的上端与所述晶体管m1的栅极连接，下端接地；
67.所述晶体管m3的漏极与电源供电端连接，所述晶体管m3的源极与所述晶体管m1的栅极连接，所述晶体管m3的栅极与所述电阻r1和r2串联连接处连接。
68.进一步地，在本技术提供的实施例中，采用单个二极管或多个二极管并联串接在所述晶体管m1的源极代替所述晶体管m2。
69.进一步地，在本技术提供的实施例中，采用多个二极管形式的晶体管或多个二极管串联在所述晶体管m4的漏极代替所述晶体管m5。
70.具体的，去耦电容c1、c2滤除电源杂波，防止电源杂散对稳压有源偏置电路模块的影响，所述稳压有源偏置模块中，偏置电路正常工作时，供电电源经电阻r1、r2晶体管 m1、m2形成接地回路，另一条支路中，供电电源经晶体管m3，电阻r3形成接地回路，晶体管m1支路与m3支路形成反馈结构。
71.当环境温度升高时，晶体管m1所在支路电流增大，电阻r1的压降增大，导致晶体管 m3的栅极电压减小，减弱了晶体管m3所在支路的电流，此时，电阻r3上的压降减小，这会导致晶体管m1的开启程度减弱，导致流经晶体管m1支路的电流因反馈结构的调节而下降，这样晶体管m3的栅极电压就会得到补偿。
72.具体的，所述输出缓冲电路中，供电电源经晶体管m4、m5电阻r4形成接地回路，电阻r4调整输出偏置电压的大小，晶体管m5与放大器中的放大管形成电流镜电路，补偿放大管的阈值电压随温度变化引起的电流差异。
73.本技术实施例有源偏置电路的仿真结果曲线，如图4所示，vcc设置的扫描电压范围为0～12v，从仿真结果曲线可以看出，当vcc变化范围为4～14v时，有源偏置电路输出电压vb随电源压波动变化趋势平稳，有源偏置电路输出电压vb随温度不变，进而达到输出偏置电压vb不随温度和电源波动的稳定偏置电压源。
74.尽管本技术的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本技术的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本技术并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。