[发明专利]具有栅极电流重用的氮化镓激光二极管驱动场效晶体管

说明书

一种用于光雷达应用的激光二极管驱动器，其具有包含两个增强模式GaN FET的输出级。输出级包括传统公共源极配置中的驱动器GaN FET，具有与激光二极管的阴极连接的漏极、及连接至接地的源极。驱动器GaN FET的栅极系通过源极跟随器配置中的第二、实质更小GaN FET的源极来驱动，而不是直接通过预驱动器来驱动。源极跟随器GaN FET的漏极连接至公共源极驱动器GaN FET的漏极，类似于双载子装置中使用的达灵顿(Darlington)连接。于源极跟随器GaN FET的栅极施加来自预驱动器的输入驱动信号。藉此，透过激光二极管从主电力供应器汲取接通驱动器GaN FET所需的电流，而不是从用于预驱动器的电力供应器汲取，使总体电流效率提升。

技术领域

本发明一般涉及包括用于驱动氮化镓(GaN)场效晶体管(FET)的预驱动器的输出级，并且更具体地，涉及针对雷达应用而用作激光二极管驱动器的输出级。

背景技术

用于驱动激光二极管的典型输出级使用公共源极驱动FET来实现，其中驱动FET的漏极连接至激光二极管的阴极，并且驱动FET的源极连接至接地。驱动FET的栅极由预驱动器来驱动，该预驱动器具有足以克服栅极的大电容并接通驱动FET的脉冲电流能力。通过第一供应电压供电的预驱动器接收控制信号以接通驱动FET，并且从第一供应电压产生栅极电流以用于驱动该驱动FET的栅极端子。驱动FET接通，并且从大于第一供应电压的第二供应电压汲取通过驱动GaN FET的驱动电流。

图1示出了常规输出级的示意图，其包括预驱动器和GaN功率FET以供驱动激光二极管。电路100包括预驱动器120、GaN FET 130、以及激光二极管140。在本示例中，二极管140是负载，但其他实现方式中可包括其他负载。预驱动器120接收控制信号CTL 110，其指示要接通GaN FET 130并从供应电压V_DD产生栅极电流I_GM1。预驱动器120将I_GM1施加至GaNFET 130的栅极端子，其接通并从比V_DD更高的电压的供应电压V_H通过二极管140汲取驱动电流I_DRIVE。

从V_DD汲取的栅极电流I_GM1降低电路100的效率，并导致大返回电流I_RTN。在预驱动器120与接地节点105之间的电气连接上的寄生阻抗以及介于驱动FET 130与接地节点105之间的电气连接上的寄生阻抗与I_RTN组合使用会造成接地节点105上的电压降、接地弹跳、及振铃。响应于接地迹线，发生接地弹跳，其自诸如I_RTN的大电流脉冲呈现电压涟波。如果接地弹跳变得足够大，则可能在预驱动器120中造成错误电压，使得预驱动器120不会响应于指示要接通驱动FET 130的CTL 110来产生适当栅极电流I_GM1。

发明内容

本发明通过提供一种驱动器电路来应对如上述接地节点上功率消耗、接地弹跳及振铃增加的缺点，该驱动器电路包括公共源极配置中的第一GaN FET以及源极跟随器配置中的第二GaN FET。

更具体而言，如本文中所述，本发明包括用于负载(诸如激光二极管)的驱动器电路，该驱动器电路包括连接于公共源极配置中的第一GaN FET，其漏极连接至要(从第一供电电压)驱动的负载且其源极连接至接地。驱动器电路还包括连接在源极跟随器配置中的第二、实质更小的GaN FET，其漏极连接至负载且其源极连接至第一GaN FET的栅极端子。通过第二供应电压供电的预驱动器根据控制信号来驱动第二GaN FET，使得第一GaN FET的栅极驱动电流通过第一供应电压来提供，并且流经负载以及流经第二GaN FET，由此提升整个电路效率。

本文中所述的以上内容以及其他优选特征现将更特别地参考附图作说明并在权利要求中指出，其包括元件的实现方式以及组合的各种新颖细节。应了解的是，特定方法和设备仅以例示方式示出，而非作为对权利要求的限制。如本领域技术人员将理解，本文中教导的原理和特征可运用在各种及众多实施例中，而不会脱离权利要求的范围。