[发明专利]氮化镓基低漏电流悬臂梁开关乙类推挽功率放大器

权利要求书

1.一种氮化镓基低漏电流悬臂梁开关乙类推挽功率放大器，其特征在于该功率放大器由第一悬臂梁开关N型MESFET(1)，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)，第三悬臂梁开关N型MESFET(20)和悬臂梁开关P型MESFET(2)，恒流源(18)，LC回路构成，该功率放大器使用的第一悬臂梁开关N型MESFET(1),第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)基于GaN衬底，其输入引线(4)是利用金制作，源极(10)和漏极(12)由金属和重掺杂N区形成欧姆接触构成，栅极(5)由钛-铂-金合金和N型有源层(11)形成肖特基接触构成，在悬臂梁开关N型MESFET的栅极(5)上方悬浮着悬臂梁开关(6)，交流信号加载在悬臂梁开关(6)上，该悬臂梁开关(6)由钛-金-钛制作，悬臂梁开关(6)两个锚区(7)制作在半绝缘GaN衬底(3)上，在悬臂梁开关(6)与衬底之间存在下拉电极(8)，下拉电极(8)由氮化硅材料(9)覆盖，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)、第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的下拉电极(8)接地，第一悬臂梁开关N型MESFET(1)的下拉电极通过高频扼流圈接电源-V2，第一悬臂梁开关N型MESFET(1)的漏极(12)通过引线(14)和高频扼流圈接到电源+V1上；该功率放大器使用的悬臂梁开关P型MESFET(2)基于GaN衬底，其输入引线(4)是利用金制作，源极(17)和漏极(16)由金属和重掺杂P区形成欧姆接触构成，栅极(5)由金属钛-铂-金合金和P型有源层(15)形成肖特基接触构成，在悬臂梁开关P型MESFET(2)的栅极(5)上方悬浮着悬臂梁开关(6)，交流信号加载在悬臂梁开关(6)上，该悬臂梁开关(6)由钛-金-钛制作，悬臂梁开关(6)两个锚区(7)制作在半绝缘GaN衬底(3)上，在悬臂梁开关(6)与衬底之间存在下拉电极(8)，下拉电极(8)由氮化硅材料(9)覆盖，悬臂梁开关P型MESFET(2)的下拉电极(8)通过高频扼流圈接电源+V2,悬臂梁开关P型MESFET的漏极(16)通过引线(14)和高频扼流圈接电源-V1上,第一悬臂梁开关N型MESFET(1)和悬臂梁开关P型MESFET(2)的悬臂梁开关(6)通过锚区(7)、引线(4)连在一起作为该乙类推挽功率放大器的输入端vi，第一悬臂梁开关N型MESFET(1)的源极(10)和悬臂梁开关P型MESFET(2)的源极(17)接在一起作为输出端vo，输出端通过一个隔直流电容与LC回路和交叉耦合的第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)相连,第二悬臂梁开关N型MESFET(19)的漏极(12)通过引线(14)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的悬臂梁开关(6)接到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的漏极(12)通过引线(14)和第二悬臂梁开关N型MESFET(19)的悬臂梁开关(6)接到一起并通过高频扼流圈与电源+V3相连，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)形成交叉耦合结构，第二悬臂梁开关NMESFET(19)的源极(10)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的源极(10)连在一起并与恒流源(18)相连，恒流源(18)的另一端接地，LC回路接在第二悬臂梁开关N型MESFET(19)的漏极(12)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的漏极(12)之间，第一悬臂梁开关N型MESFET(1)的悬臂梁开关(6)为宽梁，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的悬臂梁开关(6)为窄梁。

2.根据权利要求1所述的氮化镓基低漏电流悬臂梁开关乙类推挽功率放大器，其特征在于，设计第一悬臂梁开关N型MESFET(1)和悬臂梁开关P型MESFET(2)的阈值电压VT的绝对值相等并且│VT│<│VA│，同时设计第一悬臂梁开关N型MESFET(1)和悬臂梁开关P型MESFET(2)的悬臂梁下拉电压的绝对值为Vpullin,│VA-V2│<Vpullin<│VA+V2│,其中，VA是vi的幅值，由于悬臂梁开关N型MESFET(1)的下拉电压比第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)大，该乙类推挽功率放大器工作时，将交流信号通过锚区加载到第一悬臂梁开关N型MESFET(1)和悬臂梁开关P型MESFET(2)的悬臂梁开关之间，当输入信号处于正半周期时，第一悬臂梁开关N型MESFET(1)的悬臂梁与其下拉电极板之间电压为│VA+V2│，大于第一悬臂梁开关N型MESFET(1)的悬臂梁下拉电压为Vpullin，因此，第一悬臂梁开关N型MESFET(1)的悬臂梁下拉与第一悬臂梁开关N型MESFET(1)的栅极贴紧，此时加载在栅极上的电压VA大于阈值电压VT，第一悬臂梁N型MESFET(1)导通，而悬臂梁开关P型MESFET(2)的悬臂梁与其下拉电极板之间电压为│VA-V2│，小于悬臂梁下拉电压为Vpullin，因此悬臂梁开关P型MESFET(2)的悬臂梁开关是悬浮在栅极上方，因此悬臂梁开关P型MESFET(2)关断，当输入信号处于负半周期时情况则相反，这样就使该乙类推挽功率放大器中的第一悬臂梁开关N型MESFET(1)和悬臂梁开关P型MESFET(2)随着输入信号的变化处于交替导通与关断，第一悬臂梁开关N型MESFET(1)和悬臂梁开关P型MESFET(2)的关断意味着其悬臂梁开关处于悬浮状态，没有栅极漏电流；该乙类推挽功率放大器输出端接LC回路和交叉耦合的第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)，其中，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的阈值电压VT相等，且与它的悬臂梁下拉电压Vpullin相等；当第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的悬臂梁开关(6)与下拉电极板(8)间的电压大于阈值电压VT的绝对值，悬臂梁开关(6)被下拉到栅极(5)上，悬臂梁开关(6)与栅极(5)短接，同时栅极(6)与源极(10)间的电压也大于阈值电压VT，第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)导通；当第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)的悬臂梁开关(6)和下拉电极板(8)之间的电压小于阈值电压VT，悬臂梁开关(6)是悬浮在栅极(5)上方，处于截止，该第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)在稳定工作时，两个第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)交替导通与关断，当第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)关断时，悬臂梁处于悬浮状态，也就没有栅极漏电流，从而降低了电路的功耗，该第二悬臂梁开关N型MESFET(19)和第三悬臂梁开关N型MESFET(20)能够提供负阻给LC回路，从而补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高该乙类推挽功放输出端LC回路的品质因素，并且GaN基的MESFET具有高电子迁移率，能够满足射频信号下电路正常工作的需要。