CN108153367B

CN108153367B - 一种半导体键合线的温度系数补偿电路

Info

Publication number: CN108153367B
Application number: CN201711456887.5A
Authority: CN
Inventors: 苏强; 彭振飞; 奕江涛
Original assignee: Smarter Microelectronics Guangzhou Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Huizhi Microelectronics Co.,Ltd.
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: CN108153367A

Abstract

本发明公开了一种半导体键合线的温度系数补偿电路，所述补偿电路包括等效温控电阻模块和压控电流模块，所述等效温控电阻模块包括电流源、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管和第一运算放大器，所述压控电流模块包括第二运算放大器和第三场效应晶体管；所述电流源接入所述第一场效应管的漏极，所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的漏极与所述第三场效应管的源极连接，所述第三场效应管的漏极作为所述补偿电路的输出端；所述补偿电路的输出端向电流模式功率控制电路输入。

Description

一种半导体键合线的温度系数补偿电路

技术领域

本发明涉及电子技术，尤其涉及一种半导体键合线的温度系数补偿电路。

背景技术

现有全球移动通信系统(GSM，Global System for Mobile Communication)的功率放大器通常设计为由外部的控制信号Vramp来控制输出功率的大小，功率控制的一种实现方式为电流控制，电流控制通过检测放大器功率级的集电极直流电流，并通过控制环路利用控制信号Vramp来控制该直流电流来实现功率控制。

电流检测通常采用通过串联一个检测电阻并检测电阻的电压的方式来得到电流值，在电流较大的情况下，电流检测电阻会消耗一部分的功耗，为了降低这部分功率消耗，需要减小检测电阻的大小，同时为了降低芯片成本，在功率放大器模块中可以利用半导体键合线Bonding Wire的导线电阻来作为检测电阻，检测电阻的大小一般小于0.1欧姆。

直接用半导体键合线做检测电阻的缺点是半导体键合线一般是金或者铜材料，具有较大的温度系数，且其温度系数为正，即在高温下电阻增大，而在反馈回路中，由于反馈回路直接控制的是该电阻上的导通压降，在控制信号Vramp不变的情况下，电阻上的压降会被环路控制保持不变，因此高温下电阻增大会导致流过电阻的电流减小，即功率放大器的直流电流减小，直流电流减小会导致输出功率降低，从而使得功率控制功能具有较差的温度特性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种半导体键合线的温度系数补偿电路，用于补偿采用半导体键合线做检测电阻时因温度升高导致的功率放大器输出功率损失。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种半导体键合线的温度系数补偿电路，所述补偿电路包括等效温控电阻模块和压控电流模块，所述等效温控电阻模块包括电流源、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管和第一运算放大器，所述压控电流模块包括第二运算放大器和第三场效应晶体管；

所述电流源接入所述第一场效应管的漏极，所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的漏极与所述第三场效应管的源极连接，所述第三场效应管的漏极作为所述补偿电路的输出端；所述补偿电路的输出端向电流模式功率控制电路输入；所述第一场效应管的源极和所述第二场效应管的源极接地；所述第一运算放大器的输出端与所述第一场效应管或所述第二场效应管的栅极连接；所述第二运算放大器的输出端与所述第三场效应管的栅极连接；

对所述第一运算放大器的输入端施加第一参考电压，且所述第一参考电压的电压值V_ref1与所述电流源产生的参考电流的基准电流值I_th0之间满足关系：V_ref1/I_th0＝R₂/m＝R_on；且

所述电流源的设定电路参数TC_i，与下述电路参数k和m之间满足关系：TC＝TC_i·k·m；

其中，R₂为所述电流模式功率控制电路中的、与所述电流模式功率控制电路中的场效应管源极串联并接地的电阻的阻值，m为设定的电阻比例系数，R_on为所述第二场效应管的导通电阻；TC为半导体键合线的温度系数，TC_i为所述参考电流的温度系数。

其中，所述电流源包括至少一个第一电流源和至少一个第二电流源；所述至少一个第一电流源与所述至少一个第二电流源并联连接；所述至少一个第一电流源的输出电流与绝对温度成正比，且所述第一电流源的输出电流值I_PTAT满足以下关系式：I_PTAT＝I_th0·TC_i·T；其中，T为绝对温度；

所述至少一个第二电流源为恒定电流源，所述第二电流源的输出电流值I_const满足以下关系式：I_const＝I_th0·TC_i·T₀，且所述输入参考电流的电流值I_thi满足一下关系式：I_thi＝I_PTAT-I_const＝I_th0·[TC_i·(T-T₀)]；其中，T₀为基准温度。

其中，对所述第二运算放大器的输入端施加第二参考电压；所述第二参考电压的电压值V_ref2根据电路参数k值确定：V_ref2＝k·Vramp；其中，Vramp为所述电流模式功率控制电路的输入控制电压。

其中，所述第一参考电压控制所述第一场效应管、第二场效应管均工作在线性区。

其中，所述半导体键合线的阻值R满足以下关系式：R＝R₀·[1+TC(T-T₀)]；其中，R₀是温度为T₀时、所述半导体键合线的阻值。

本发明实施例的技术方案中，半导体键合线的温度系数补偿电路包括等效温控电阻模块和压控电流模块，所述等效温控电阻模块包括电流源、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管和第一运算放大器，所述压控电流模块包括第二运算放大器和第三场效应晶体管；通过上述补偿电路的构建以及上述电路参数选择，能够实现添加上述补偿电路后的现有电流模式功率控制电路的输出电流与温度无关，而仅与控制信号Vramp有关，如此，解决了因使用半导体键合线做检测电阻而导致功率放大器的输出功率随温度升高而降低的问题，补偿了半导体键合线的温度系数，提高了功率控制的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例的半导体键合线的温度系数补偿电路的电路示意图；

图2为本发明实施例的电流模式功率控制电路的电路示意图；

图3为本发明实施例的半导体键合线的温度系数补偿电路接入电流模式功率控制电路的位置示意图；

图4为本发明实施例的半导体键合线的温度系数补偿电路的电流源的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明实施例的半导体键合线的温度系数补偿电路的电路示意图，如图1所示，本发明实施例记载的半导体键合线的温度系数补偿电路，包括等效温控电阻模块101和压控电流模块102，所述等效温控电阻模块101包括电流源103、第一场效应晶体管104、第二场效应晶体管105和第一运算放大器107，所述压控电流模块102包括第二运算放大器108和第三场效应晶体管106；

所述电流源103接入所述第一场效应管104的漏极，所述第一场效应管104的栅极与所述第二场效应管105的栅极连接，所述第二场效应管105的漏极与所述第三场效应管106的源极连接，所述第三场效应管106的漏极作为所述补偿电路的输出端；所述补偿电路的输出端向电流模式功率控制电路输入；所述第一场效应管104的源极与所述第二场效应管105的源极接地；所述第一运算放大器107输出端与所述第一或第二场效应管的栅极连接，对所述第一运算放大器107施加第一参考电压V_ref1，且所述第一参考电压V_ref1与所述电流源103产生的参考电流的基准电流值I_th0之间满足关系：V_ref1/I_th0＝R₂/m＝R_on；且

所述电流源103的设定电路参数TC_i，与下述电路参数k和m之间满足关系：TC＝TC_i·k·m；

其中，R₂为与所述现有电流模式功率控制电路的场效应管源极串联接地的电阻的阻值，即图2中R₂；m为设定的电阻比例系数，R_on为所述第一场效应管104的导通电阻，TC为半导体键合线的温度系数，TC_i为所述参考电流的温度系数。

本发明实施例中，如图4所示，电流源包括至少一个第一电流源和至少一个第二电流源；所述至少一个第一电流源与所述至少一个第二电流源并联连接；所述至少一个第一电流源的输出电流与绝对温度成正比，且所述第一电流源的输出电流值I_PTAT满足以下关系式：I_PTAT＝I_th0·TC_i·T；其中，T为绝对温度；

如图2所示，本发明实施例的电流模式功率控制电路工作原理如下：

1、电流模式功率控制电路的输出功率需要跟控制信号Vramp的电压值呈正相关的关系。

2、运算放大器OP1，场效应晶体管M₁，电阻R₂构成了一个电压电流转换电路，流过M₁漏极的电流I_m1＝Vramp/R₂。

3、运算放大器OP2、功率管Q1和电流检测电阻R₃构成了功率控制环路，这里检测电阻R₃为半导体键合线；当环路稳定后，运算放大器OP2的虚短路效果使得电阻R₁和电阻R₃两端的电压相等，而R₁电压V_R1＝I_M1·R₁；检测电阻R₃的电压V_R3＝I_cc·R₃；Icc是流过功率管Q1的直流电流，可以得到I_cc和控制信号Vramp的电压之间的关系为：I_CC＝Vramp·R₁/(R₂·R₃)。

其中，半导体键合线的温度特性用其一阶温度系数来表示：

R＝R₀·[1+TC(T-T₀)]

其中，R₀是温度等于T₀时的阻值，TC为温度系数，R是温度为T时的电阻值。

如图1所示，电流源103提供一具有温度系数为TC_i参考电流I_th，I_th与温度T的关系为：

I_th＝I_th0·[TC_i·(T-T₀)]

该参考电流I_th可以用一个与绝对温度成正比的PTAT电流与一恒定电流相减得到。

V_ref1为第一参考电压，该点的电压值较低，需要保证控制第一场效应晶体管104和第二场效应管105工作在线性区；

V_ref2为第二参考电压，V_ref2与图1中的控制信号Vramp电压成比例，即V_ref2＝k·Vramp，其中k为设计的比例系数；

输出电流I_out接入图3中的VN节点。

本发明实施例提供的半导体键合线的温度系数补偿电路的具体原理如下：

如图1所示，等效温控电阻模块101的作用是使第二场效应管105作为电路的带温度系数的等效电阻出现；再结合施加的第二参考电压V_ref2，电路产生一个压控电流I_out，具体地，如图1、2所示，第一场效应晶体管104和第二场效应管105被设计为工作在线性区，根据工作在线性区的场效应晶体管的电流特性可以得到，第二场效应晶体管105的导通电阻R_on＝V_ds/I_ds＝V_ref1/I_th；因此可以得出温度系数补偿电路的输出电流为I_out＝V_ref2/R_on＝k·Vramp·I_th/V_ref1；

由此得到，现有电流模式功率控制电路的输出电流I_cc叠加上补偿电路的输出电流I_out后变为：

将上式展开得到：

带入R₃和I_th的温度系数表达式后得到：

通过设计V_ref1和I_th0使得，线性区的场效应晶体管的等效导通电阻R_on与R₂成比例，即：V_ref1/I_th0＝R_on＝R₂/m；其中m为电阻的比例系数；将该表达式带入上述I_cc的表达式后可得到：

为了抵消半导体键合线的温度系数，以使I_cc与温度T无关，则上式只需满足条件：

[1+TC(T-T₀)]＝{1+k·m·[TC_i(T-T₀)]}

上述等式恒成立的条件为：

TC＝TC_i·k·m

因此通过选取电路参数TC_i、k、m，以使上述等式成立，就可以使I_cc成为一个与温度T无关而仅与控制信号Vramp相关的直流电流。

本发明实施例中，I_th电流的产生可以采用如图4所示方式实现。具体地，由于，

I_th＝I_th0·TC_i·(T-T₀)＝I_th0·TC_i·T-I_th0·TC_i·T₀

因此，可以取用一个与温度成比例的第一电流源和一个恒定电流的第二电流源，并如图4所示串接而得到所需的带温度系数的电流I_th。其中，第一电流源的输出电流值I_PTAT＝I_th0·TC_i·T，第二电流源的输出电流值I_const＝I_th0·TC_i·T₀。

本发明实施例所提供的半导体键合线的温度系数补偿电路，通过上述公式推导得出的关系式选择相应的电路参数，使得添加上述补偿电路后的现有电流模式功率控制电路的输出电流与温度无关，而仅与控制信号Vramp有关，从而补偿了半导体键合线的温度系数，降低了功率放大器的输出功率随温度升高而产生的波动幅度，提高功率控制的准确性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种半导体键合线的温度系数补偿电路，其特征在于，所述补偿电路包括等效温控电阻模块和压控电流模块，所述等效温控电阻模块包括电流源、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管和第一运算放大器，所述压控电流模块包括第二运算放大器和第三场效应晶体管；

对所述第一运算放大器的输入端施加第一参考电压，且所述第一参考电压的电压值V_ref1与所述电流源产生的参考电流的基准电流值I_th0之间满足关系：V_ref1/I_th0＝R₂/m＝R_on；

对所述第二运算放大器的输入端施加第二参考电压V_ref2，满足关系式：V_ref2＝k·V_ramp；其中，V_ramp为所述电流模式功率控制电路的输入控制电压，k为设计的比例系数；所述第一场效应管和所述第二场效应管工作在线性区；

所述电流源的设定电路参数TC_i，与下述比例系数k和电路参数m之间满足关系：TC＝TC_i·k·m；

其中，R₂为所述电流模式功率控制电路中的、与所述电流模式功率控制电路中的场效应管源极串联并接地的电阻的阻值，m为设定的电阻比例系数，R_on为所述第二场效应管的导通电阻；TC为半导体键合线的温度系数，TC_i为所述参考电流的温度系数；其中，所述半导体键合线的阻值R需满足R＝R₀·[1+TC·(T-T₀)]；所述电流源还用于提供具有所述温度系数为TC_i的参考电流I_th，所述参考电流I_th与温度T的关系为：I_th＝I_th0·[TC_i·(T-T₀)]；T₀为基准温度；R₀是温度为T₀时，所述半导体键合线的阻值。

2.根据权利要求1所述的温度系数补偿电路，其特征在于，所述电流源包括至少一个第一电流源和至少一个第二电流源；所述至少一个第一电流源与所述至少一个第二电流源并联连接；所述至少一个第一电流源的输出电流与绝对温度成正比，且所述第一电流源的输出电流值I_PTAT满足以下关系式：I_PTAT＝I_th0·TC_i·T；其中，T为绝对温度；

所述至少一个第二电流源为恒定电流源，所述第二电流源的输出电流值I_const满足以下关系式：I_const＝I_th0·TC_i·T₀，且所述第一场效应管的输入参考电流的电流值I_thi满足以下关系式：I_thi＝I_PTAT-I_const＝I_th0·[TC_i·(T-T₀)]。