阅读说明：本技术 新型输出电流可调的GaAs开关驱动电路 (Novel output current adjustable GaAs switch drive circuit ) 是由 黄华 曲雄飞 陈普锋 全金海 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及集成电路技术领域,尤其涉及一种新型输出电流可调的GaAs开关驱动电路,包括输入缓冲器电路,控制电路,输出缓冲器电路；所述输入缓冲器电路将输入控制信号转换为互补的两路信号进行缓冲放大；所述输入缓冲器与输出缓冲器之间通过双端互补输入双端互补输出相连接；所述控制电路与输出缓冲器电路相连接；所述输出缓冲器包含负载电流切换电路,通过调节负载电流的大小,来达到提高驱动能力与降低电路功耗的作用。(The invention relates to the technical field of integrated circuits, in particular to a novel GaAs switch driving circuit with adjustable output current, which comprises an input buffer circuit, a control circuit and an output buffer circuit, wherein the input buffer circuit is connected with the output buffer circuit; the input buffer circuit converts the input control signal into two complementary signals for buffering and amplification; the input buffer and the output buffer are connected through a double-end complementary input and double-end complementary output; the control circuit is connected with the output buffer circuit; the output buffer comprises a load current switching circuit, and the driving capability is improved and the power consumption of the circuit is reduced by adjusting the load current.)

新型输出电流可调的GaAs开关驱动电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种新型输出电流可调的GaAs开关驱动电路。

背景技术

GaAs开关管由于其导通内阻低，开关速度快等优点广泛被用于作为通信开关器件，驱动电路被选为控制开关管的基本任务就是将传送来的控制信号按照其目标要求，转换为可以使开关管导通或者关断的信号。

GaAs拥有相较于Si更好的电子特性，有着较高的饱和电子速率与电子迁移率，使得GaAs可以应用射频以及微波通信领域，同时GaAs有着较高的击穿电压，相比较Si器件更适合高功率的场合；但是由于目前受GaAs的工艺所限，集成大规模的控制电路比较困难，同时与Si工艺相比GaAs在功耗与工作速度上也有较大的劣势，从而影响到整体芯片的功耗，切换时间等指标。

目前业界传统的GaAs开关驱动结构，驱动负载开关管的负载电流不可控，如遇到不同负载的开关管，使用固定的驱动电流，从而会导致驱动能力不足所导致的开关时间变慢，或者驱动能力过剩导致整个芯片的功耗增加。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种新型输出电流可调的GaAs开关驱动电路。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种新型输出电流可调的GaAs开关驱动电路，其特征在于：包括输入缓冲器、控制电路和输出缓冲器；所述输入缓冲器采用负压转换电路，并将控制信号转换为互补信号；所述控制电路生成的控制信号与输出缓冲放大器电路相连；所述输入缓冲器与输出缓冲器之间通过双端互补输入双端互补输出相连接；所述输出缓冲器包含负载电流切换电路，通过调节负载电流的大小，来达到提高驱动能力与降低电路功耗的作用。

优选地，所述输入缓冲器的输入信号经由串联的四个二极管与耗尽型场效应管M1，电阻R1共同组成了电平转换电路，经过转换的控制信号继续经由降压电阻R2传送至互补信号生成电路，该电路共有两个增强型场效应管M2与M3、两个耗尽型场效应管M4与M5、两个负载电阻R3与R4共同组成负载，所生成的互补控制信号连接至输出缓冲放大器电路。

优选地，所述输出缓冲器由两个增强型场效应管M6与M7、八个耗尽型场效应管M8-M15，八个开关管SPST1-SPST8共同组成，输入缓冲放大器输出的互补控制信号连接输出缓冲放大器的增强型场效应管M6与M7，控制电路输出的控制信号分别于输出缓冲放大器的开关管SPST1-SPST8相连，其中开关管SPST1-SPST8分别与负载耗尽型场效应管M8-M15相并联；该输出缓冲缓冲放大器输出双端互补驱动信号，最终直接驱动GaAs开关。

优选地，所述输出缓冲器由两个增强型场效应管M16与M17、八个电阻R5-R12，八个开关管SPST9-SPST16共同组成，输入缓冲放大器输出的互补控制信号连接输出缓冲放大器的增强型场效应管M16与M17，控制电路输出的控制信号分别于输出缓冲放大器的开关管SPST9-SPST16相连，其中开关管SPST9-SPST16分别与电阻R5-R12相并联；电阻R8-R12与开关管SPST9-SPST16共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制并联在负载电阻两端的开关管的导通与关闭，来实现接入负载支路电阻的数量，从而达到改变负载大小的功能。

优选地，所述输出缓冲器由两个增强型场效应管M18与M19、两个耗尽型场效应管M20-M21、八个电阻R13-R20，八个个开关管SPST17-SPST21共同组成，输入缓冲放大器输出的互补控制信号连接输出缓冲放大器的增强型场效应管M18与M19，控制电路输出的控制信号分别于输出缓冲放大器的开关管SPST17-SPST21以及耗尽型场效应管M20-M21相连，其中开关管SPST17-SPST21分别与电阻R13-R20相并联；耗尽型场效应管M20、M21、电阻R13-R20与开关管SPST17-SPST24共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制并联在负载电阻两端的开关管的导通与关闭，来实现接入负载支路电阻的数量，从而达到改变负载大小的功能。

优选地，所述输出缓冲器由两个增强型场效应管M32与M33、八个电阻R21-28、八个开关管SPST33-SPST40共同组成，输入缓冲放大器输出的互补控制信号连接输出缓冲放大器的增强型场效应管M32与M33，控制电路输出的控制信号分别于输出缓冲放大器的开关管SPST33-SPST40相连，其中开关管SPST33-SPST40分别与电阻R21-28相串联；电阻R21-R28与开关管SPST33-SPST40共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制与电阻串联开关的关断与导通，来实现接入负载支路电阻的数量，从而达到改变负载大小的功能。

优选地，所述输出缓冲器由两个增强型场效应管M22与M23、八个耗尽型场效应管M24-M31、八个开关管SPST25-SPST32共同组成，输入缓冲放大器输出的互补控制信号连接输出缓冲放大器的增强型场效应管M22与M23，控制电路输出的控制信号分别于输出缓冲放大器的开关管SPST25-SPST32相连，其中开关管SPST25-SPST32分别与耗尽型场效应管M24-M31相串联；耗尽型场效应管M24-M31与开关管SPST25-SPST32共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制串联在耗尽型场效应管源极的开关的关断与导通，来实现接入负载支路耗尽型场效应管的数量，从而达到改变负载大小的功能。

优选地，所述输出缓冲器由两个增强型场效应管M34与M35、八个耗尽型场效应管M36-M43、八个电阻R29-R36与八个开关管SPST41-SPST48共同组成，输入缓冲放大器输出的互补控制信号连接输出缓冲放大器的增强型场效应管M34与M35，控制电路输出的控制信号分别于输出缓冲放大器的开关管SPST41-SPST48相连，其中开关管SPST41-SPST48分别与电阻R29-R36及耗尽型场效应管M36-M43相串联；耗尽型场效应管M36-M43、电阻R29-R36与开关管SPST33-SPST40共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制与电阻串联开关的关断与导通，来实现接入负载支路电阻与耗尽型场效应管的数量，从而达到改变负载大小的功能。

优选地，所述控制电路中包含八个三输入与门电路，每个三输入与门电路由四个增强型场效应管，两个耗尽型场效应管，两个电阻共同构成。控制电路的输入信号与增强型场效应管M46-M48的相连，电阻R37-R38与增强型场效应管M44-M45组成负载端；组合的八个三输入与门电路构成编码电路，通过改变输入控制信号来实现编码电路的输出，从而对输出缓冲电路的负载进行控制。

本发明的有益效果是:本发明由于输出缓冲放大器采用了负载可切换结构，从而达到了驱动输出电流可变的效果，使用该结构的GaAs开关驱动芯片对于GaAs的适应性大大增强，一款芯片可以匹配多种不同开关尺寸的GaAs开关，并且根据使用场合的不同，可以达到开关时间与芯片功耗的相互取舍。

附图说明

图1为输出电流可控的GaAs开关驱动电路的整体框图；

图2为单端输入互补输出缓冲放大器的电路图；

图3为本发明第一种新型互补输出的电流可控的输出缓冲放大器电路图；

图4为本发明第二种新型互补输出的电流可控的输出缓冲放大器电路图；

图5为本发明第三种新型互补输出的电流可控的输出缓冲放大器电路图；

图6为本发明第四种新型互补输出的电流可控的输出缓冲放大器电路图；

图7为本发明第五种新型互补输出的电流可控的输出缓冲放大器电路图；

图8为本发明第六种新型互补输出的电流可控的输出缓冲放大器电路图；

图9为控制电路的电路图；

图10为本发明驱动开关时间仿真图；

图11为本发明的电流功耗仿真图。

具体实施方式

需要说明的是，本发明所提供的电路所需的供电电源上轨为GND＝0V，下轨为VEE＝-5V，从而使该驱动电路与GaAs开关电路所兼容。

如图1所示，图1为电流可调GaAs开关驱动电路的整体框图，该驱动电路包含输入缓冲器电路，控制电路，输出缓冲器电路。本发明在传统GaAs开关驱动的基础架构上进行了改进，提出了一种新型电流可调的GaAs开关驱动结构。通过调节驱动电流的大小，从而所需可以针对不同驱动能力的GaAs开关进行调节驱动电流，来达到良好的匹配，从而达到较好的开关时间，同时获得最低的功耗。

如图2所示输入缓冲器由四个二极管，四个电阻，两个增强型场效应管，三个耗尽型场效应管组成；输入信号CT连接至二极管D1的正极，负极连接下一个二极管D2的正极，D2二极管至D4二极管依次相连，D4二极管的负极与耗尽型场效应管M1的漏极相连，M1耗尽型场效应管的源极与电阻R1的一端相连，栅极与电阻R1的另一端相连并连接至电压VEE；二极管D4的负极与M1耗尽型场效应管的漏极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与增强型场效应管M1的栅极相连，增强型场效应管M1的源极与电源VEE相连，增强型场效应管M1的漏极与增强型场效应管M2和耗尽型场效应管M3的栅极相连，并且同时与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与耗尽型场效应管M4的源极相连，耗尽型场效应管M4的漏极与地相连；增强型场效应管M3的源极与VEE相连，漏极与耗尽型场效应管M5的栅极和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与耗尽型场效应管M5的源极相连，耗尽型场效应管M5的漏极与地相连；输入缓冲器的输出分别从增强型场效应管M2、M3的漏极引出，分别为OUT_A、OUT_B。

如图3所示输出缓冲器由两个增强型场效应管、八个耗尽型场效应管，八个开关管共同组成。输出缓冲器的输入信号是两个互补输入电平IN_A、IN_B，分别与输入缓冲器的输出信号OUT_A、OUT_B相连；输入信号IN_A、IN_B与增强型场效应管M6、M7的栅端相连，增强型场效应管M6的源极与VEE相连接，漏极与M8、M9、M10、M11的栅极相连接，同时与耗尽型场效应管M11的源极、开关管SPST4的一端相连接，耗尽型场效应管M11的漏极与耗尽型场效应管M10的源极、开关管SPST3的相连接，耗尽型场效应管M10的漏极与耗尽型场效应管M9的源极、开关管SPST2相连接，耗尽型场效应管M9的漏极与耗尽型场效应管M8的源极、开关管SPST1相连接，耗尽型场效应管M8的漏极与地相连接；增强型场效应管M7的源极与VEE相连接，漏极与M12、M13、M14、M15的栅极相连接，同时与耗尽型场效应管M15的源极、开关管SPST8的一端相连接，耗尽型场效应管M15的漏极与耗尽型场效应管M14的源极、开关管SPST7相连接，耗尽型场效应管M14的漏极与耗尽型场效应管M13的源极、开关管SPST6相连接，耗尽型场效应管M13的漏极与耗尽型场效应管M12的源极、开关管SPST5相连接，耗尽型场效应管M12的漏极与地相连接；输出缓冲器的输出分别从增强型场效应管M6、M7的漏极引出，分别为DRV_A、DRV_B。M8-M11、M12-M15与SPST1-SPST8共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而可以改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过并联在耗尽型场效应管源漏两端的开关管的导通与关闭，来实现接入负载支路场效应管的数量，从而达到改变负载大小的功能。

如图4所示为另一种输出缓冲器由两个增强型场效应管、八个电阻，八个开关管共同组成。输出缓冲器的输入信号是两个互补输入电平IN_A、IN_B，分别与输入缓冲器的输出信号OUT_A、OUT_B相连；输入信号IN_A、IN_B与增强型场效应管M16、M17的栅端相连，增强型场效应管M16的源极与VEE相连接，漏极与电阻R8相连接，同时与开关管SPST12的一端相连接，电阻R8的另一端与电阻R7的一端相连接，同时与开关管SPST12相连接，电阻R7的另一端与电阻R6的一端相连接，同时与开关管SPST11相连接，电阻R6的另一端与电阻R5的一端相连接，同时与开关管SPST10相连接，电阻R5的另一端与地相连接，同时与开关管SPST9相连接；增强型场效应管M17的源极与VEE相连接，漏极与电阻R12相连接，同时与开关管SPST16的一端相连接，电阻R12的另一端与电阻R11的一端相连接，同时与开关管SPST16相连接，电阻R11的另一端与电阻R10的一端相连接，同时与开关管SPST15相连接，电阻R10的另一端与电阻R9的一端相连接，同时与开关管SPST14相连接，电阻R9的另一端与地相连接，同时与开关管SPST13相连接。输出缓冲器的输出分别从增强型场效应管M16、M17的漏极引出，分别为DRV_A、DRV_B。R8-R12与SPST9-SPST16共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而可以改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制并联在负载电阻两端的开关管的导通与关闭，来实现接入负载支路电阻的数量，从而达到改变负载大小的功能。

如图5所示为另一种输出缓冲器由两个增强型场效应管、两个耗尽型场效应管、八个电阻，八个开关管共同组成。输出缓冲器的输入信号是两个互补输入电平IN_A、IN_B，分别与输入缓冲器的输出信号OUT_A、OUT_B相连；输入信号IN_A、IN_B与增强型场效应管M18、M19的栅端相连，增强型场效应管M18的源极与VEE相连接，漏极与电阻R16和耗尽型场效应管M20的栅极相连接，同时与开关管SPST20的一端相连接，电阻R16的另一端与电阻R15的一端相连接，同时与开关管SPST20相连接，电阻R15的另一端与电阻R13的一端相连接，同时与开关管SPST19相连接，电阻R14的另一端与电阻R13的一端相连接，同时与开关管SPST18相连接，电阻R13的另一端与耗尽型场效应管M20的源极相连，同时与开关管SPST17相连接，耗尽型场效应管M20的漏极与地相连；增强型场效应管M19的源极与VEE相连接，漏极与电阻R20和耗尽型场效应管M21的栅极相连接，同时与开关管SPST24的一端相连接，电阻R20的另一端与电阻R19的一端相连接，同时与开关管SPST24相连接，电阻R19的另一端与电阻R18的一端相连接，同时与开关管SPST23相连接，电阻R18的另一端与电阻R17的一端相连接，同时与开关管SPST22相连接，电阻R17的另一端与耗尽型场效应管M21的源极相连，同时与开关管SPST21相连接，耗尽型场效应管M21的漏极与地相连。输出缓冲器的输出分别从增强型场效应管M18、M19的漏极引出，分别为DRV_A、DRV_B。耗尽型场效应管M20、M21、电阻R13-R20与开关管SPST17-SPST24共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而可以改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制并联在负载电阻两端的开关管的导通与关闭，来实现接入负载支路电阻的数量，从而达到改变负载大小的功能。

如图6所示为另一种输出缓冲器由两个增强型场效应管、八个电阻、八个开关管共同组成。输出缓冲器的输入信号是两个互补输入电平IN_A、IN_B，分别与输入缓冲器的输出信号OUT_A、OUT_B相连；输入信号IN_A、IN_B与增强型场效应管M32、M33的栅端相连，增强型场效应管M32的源极与VEE相连接，漏极与开关管SPST33-SPST36的一端相连接，电阻R21与开关管SPST33的另一端相连，电阻R22与开关管SPST34的另一端相连，电阻R23与开关管SPST27的另一端相连，电阻R24与开关管SPST28的另一端相连，电阻R21-R24的另一端与地相连；增强型场效应管M33的源极与VEE相连接，漏极与开关管SPST37-SPST40的一端相连接，电阻R25与开关管SPST37的另一端相连，电阻R26与开关管SPST38的另一端相连，电阻R27与开关管SPST39的另一端相连，电阻R28与开关管SPST40的另一端相连，电阻R25-R28的另一端与地相连；输出缓冲器的输出分别从增强型场效应管M32、M33的漏极引出，分别为DRV_A、DRV_B。电阻R21-R28与开关管SPST33-SPST40共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而可以改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制与电阻串联开关的关断与导通，来实现接入负载支路电阻的数量，从而达到改变负载大小的功能。

如图7所示为另一种输出缓冲器由两个增强型场效应管、八个耗尽型场效应管、八个开关管共同组成。输出缓冲器的输入信号是两个互补输入电平IN_A、IN_B，分别与输入缓冲器的输出信号OUT_A、OUT_B相连；输入信号IN_A、IN_B与增强型场效应管M22、M23的栅端相连，增强型场效应管M22的源极与VEE相连接，漏极与耗尽型场效应管M24-M27的栅极相连接，同时与开关管SPST25-SPST28的一端相连接，耗尽型场效应管M24的源极与开关管SPST25的另一端相连，耗尽型场效应管M25的源极与开关管SPST26的另一端相连，耗尽型场效应管M26的源极与开关管SPST27的另一端相连，耗尽型场效应管M27的源极与开关管SPST28的另一端相连，耗尽型场效应管M24-M27的漏极与地相连；增强型场效应管M23的源极与VEE相连接，漏极与耗尽型场效应管M28-M31的栅极相连接，同时与开关管SPST29-SPST32的一端相连接，耗尽型场效应管M28的源极与开关管SPST29的另一端相连，耗尽型场效应管M29的源极与开关管SPST30的另一端相连，耗尽型场效应管M30的源极与开关管SPST31的另一端相连，耗尽型场效应管M31的源极与开关管SPST32的另一端相连，耗尽型场效应管M28-M31的漏极与地相连；输出缓冲器的输出分别从增强型场效应管M22、M23的漏极引出，分别为DRV_A、DRV_B。耗尽型场效应管M24-M31与开关管SPST25-SPST32共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而可以改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制串联在耗尽型场效应管源极的开关的关断与导通，来实现接入负载支路耗尽型场效应管的数量，从而达到改变负载大小的功能。

如图8所示为另一种输出缓冲器由两个增强型场效应管、八个耗尽型场效应管、八个电阻与八个开关管共同组成。输出缓冲器的输入信号是两个互补输入电平IN_A、IN_B，分别与输入缓冲器的输出信号OUT_A、OUT_B相连；输入信号IN_A、IN_B与增强型场效应管M34、M35的栅端相连，增强型场效应管M34的源极与VEE相连接，漏极与耗尽型场效应管M36-M39的栅极、开关管SPST41-SPST44的一端相连接，电阻R29一端与开关管SPST41的相连另一端与耗尽型场效应管M36的源极相连，电阻R30一端与开关管SPST42的相连另一端与耗尽型场效应管M37的源极相连，电阻R31一端与开关管SPST43的相连另一端与耗尽型场效应管M38的源极相连，电阻R32一端与开关管SPST44的相连另一端与耗尽型场效应管M39的源极相连；电阻R33一端与开关管SPST45的相连另一端与耗尽型场效应管M40的源极相连，电阻R34一端与开关管SPST46的相连另一端与耗尽型场效应管M41的源极相连，电阻R35一端与开关管SPST47的相连另一端与耗尽型场效应管M42的源极相连，电阻R36一端与开关管SPST48的相连另一端与耗尽型场效应管M43的源极相连。输出缓冲器的输出分别从增强型场效应管M34、M35的漏极引出，分别为DRV_A、DRV_B。耗尽型场效应管M36-M43、电阻R29-R36与开关管SPST33-SPST40共同构成了输出缓冲器的负载端，通过改变负载的大小，从而可以改变驱动电流的大小，进而可以改变驱动器的驱动能力与功耗水平，通过控制与电阻串联开关的关断与导通，来实现接入负载支路电阻与耗尽型场效应管的数量，从而达到改变负载大小的功能。

如图9所示为控制电路的编码电路，其中包含八个三输入与门电路，每个三输入与门电路由四个增强型场效应管，两个耗尽型场效应管，两个电阻共同构成。控制电路的输入信号C_IN1、C_IN2、C_IN3分别与增强型场效应管M46、M47、M48的栅极相连，增强型场效应管M48的源极与VEE相连接，电阻R37的一端与增强型场效应管M46的漏极、耗尽型场效应管M44的栅极相连，另一端与耗尽型场效应管M44的源极相连；增强型场效应管M49的源极与VEE相连接，电阻R38的一端与增强型场效应管M49的漏极、耗尽型场效应管M45的栅极相连，另一端与耗尽型场效应管M45的源极相连；通过改变输入信号来实现编码电路的输出，从而对输出缓冲电路进行控制。

图10所示为本开关驱动的时间功能仿真结果，通过驱动同一开关时进行驱动电流的大小调节，来达到相对应开关时间的调节，从图10中可以看出，通过4档的电流调节，从而达到了开关时间的四挡变化，分别对应开关时间为20ns、50ns、80ns、100ns，证明了本发明具有开关时间可调的功能。

图11所示为本开关驱动的电流功耗仿真结果，通过调节驱动缓冲电路的驱动电流大小，来进行到功耗的调节，从图10中可以看出，通过4档的电流调节，从而达到了电流功耗的四挡变化，分别相对应的电流为1000uA、300uA、200uA、180uA，证明了本发明具有电流功耗可调的功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。