基于GaNHEMT的非对称比较器电路的制作方法

本发明涉及一种电压比较器电路，特别涉及一种基于增强-耗尽(e/d)型gan高电子迁移率晶体管(gan hemt)的新型电压比较器电路，属于半导体。

背景技术：

1、gan基hemt具有高电子浓度、迁移率和弱寄生效应等优势，在高频、低导通电阻、高功率密度等方面表现优异，其组成的集成电路可用作各类电力转化系统、射频功放系统的核心模块，在消费电子、工业电子，以及汽车电子等应用领域具有广阔的前景。

2、然而，由于gan hemt的栅极通常比较“脆弱”，特别是p-gan栅，在大的电压和电流过冲下，极易发生栅极失效、甚至器件损毁的情况。为了加固gan hemt的可靠性，特别是栅极可靠性，通常会在gan hemt晶圆片内集成一定的电路结构，比如栅极驱动电路，用来稳定输入或输出的电流、电压信号。这些片内集成电路通常由耗尽型(d-mode)和增强型(e-mode)的gan hemt(参考图1a-图1b，其中d、s、g分别为漏极、源极、栅极)按相应的设计组合而成，包括有反相器、比较器、缓冲器、电容、电感等功能单元。

3、其中，比较器又称为电压比较器，是对输入信号进行鉴别与比较的电路，其作为集成电路的功能模块之一，在逻辑判断、波形转换、脉冲调制电路、驱动电路和保护电路等领域有着广泛的应用。比较器具有两个输入端和一个输出端，输入端分别为参考电压输入端(vref)和采样电压输入端(vin)。图2示出了现有的一种e/d型gan hemt基比较器电路，主要包括d-hemt三极管m1、m2、m5以及e-hemt三极管m3、m4；比较器电路基本呈对称结构。三极管m1与m2性能相同，三极管m3与m4性能相同。在给定参考电压vref的情况下，当采样电压小于比较器的输出翻转电压(主要由参考电压调控)，输出端保持高电平；只有当采样电压大于比较器的输出翻转电压，m4导通，输出节点电容存储的电荷经过三极管m4泄放，电压比较器输出端发生跳变，输出端由高电平跳变为低电平。该比较器电路因采用对称结构，同时gan hemt在制备过程中在整个晶圆上的一致性存在一定的不足，故而存在一些缺陷，例如其三极管m1和三极管m2的栅宽，以及m3和m4的栅宽必须要分别保持一致，使相应的等效电阻相等，因而当通过增大三极管栅宽来提升比较器比较范围时，其输出低电平，以及采样电压与参考电压之间的比较误差电压都会增加，进而影响后续功率管或电路的开关。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于gan hemt的非对称比较器电路，以克服现有技术中的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明的一些实施例提供了一种基于gan hemt的非对称比较器电路，其包括非对称比较器模块，用于实现参考电压与采样电压的对比输出；所述非对称比较器模块包括第一耗尽型hemt、第二耗尽型hemt、第一增强型hemt、第二增强型hemt和第三耗尽型hemt，其中第一耗尽型hemt与第二耗尽型hemt性能不同，第一增强型hemt与第二增强型hemt性能不同，使所述非对称比较器模块具有非对称结构。

4、在一个实施例中，所述基于gan hemt的非对称比较器电路还包括比较器输出增强级模块，用于提高所述比较器电路输出的开关能力及驱动能力。

5、在一个实施例中，所述基于gan hemt的非对称比较器电路还包括压控比较范围移动器模块，用于通过控制电压实现输入电压的分压，并移动所述比较器电路的比较范围。

6、在一个实施例中，所述基于gan hemt的非对称比较器电路还包括压控充电泵模块，用于增强所述比较器电路输出的开关、驱动能力，并通过控制电压调控所述比较器电路输出的过冲电压。

7、与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：

8、(1)提供的基于gan hemt的非对称比较器电路中，通过采用非对称结构的比较器模块，可以在显著提高比较器性能的同时，降低第二耗尽型hemt和第二增强型hemt对比较器的影响，有效提升比较器的开关能力和比较范围，减小芯片面积。

9、(2)提供的基于gan hemt的非对称比较器电路中，通过采用比较器输出增强级模块与非对称比较器模块协同，可以进一步有效提高比较器电路的开关能力和驱动能力。

10、(3)提供的基于gan hemt的非对称比较器电路中，通过采用压控比较范围移动器模块与非对称比较器模块协同，使比较器具有压控比较范围移动功能，能够改变比较器的比较范围，有效消除误差。

11、(4)提供的基于gan hemt的非对称比较器电路中，通过采用压控充电泵模与非对称比较器模块协同，不仅能减小比较器输出电压的上升时间并提高比较器输出电压的驱动能力，还能实现满幅度输出并通过改变控制电压将输出过冲电压调节至可接受的范围内，极大增强了比较器电路的驱动能力、开关能力和稳定性。

12、(5)提供的基于gan hemt的非对称比较器电路通过采用非对称比较器模块、比较器输出增强级模块、压控比较范围移动器模块和压控充电泵模等，具有更小的面积、更强的驱动能力、更强的开关能力、满幅输出(高电平至vdd且低电平至gnd)、压控的可移动比较范围、压控的可调控输出过冲，可用于实现高性能集成电路芯片。

技术特征：

1.一种基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于包括非对称比较器模块(10)，所述非对称比较器模块(10)包括第一耗尽型hemt(101)、第二耗尽型hemt(102)、第一增强型hemt(103)、第二增强型hemt(104)和第三耗尽型hemt(105)；所述第一耗尽型hemt(101)和第二耗尽型hemt(102)的栅极均连接输出电压(vout)，所述第一耗尽型hemt(101)和第二耗尽型hemt(102)的漏极均接入电源电压(vdd)，所述第一耗尽型hemt(101)、所述第二耗尽型hemt(102)的源极分别与第一增强型hemt(103)、第二增强型hemt(104)的漏极连接，所述第一增强型hemt(103)和第二增强型hemt(104)的源极均与第三耗尽型hemt(105)的漏极连接，所述第一增强型hemt(103)的栅极接入参考电压(vref)，所述第二增强型hemt(104)的栅极接入采样电压(vin)，所述第三耗尽型hemt(105)的栅极接入直流偏置电压(vb)，所述第三耗尽型hemt(105)的源极与地端连接；并且，所述第一耗尽型hemt(101)与第二耗尽型hemt(102)性能不同，所述第一增强型hemt(103)与第二增强型hemt(104)性能不同。

2.根据权利要求1所述的基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于还包括比较器输出增强级模块(20)，所述比较器输出增强级模块(20)与非对称比较器模块(10)连接，并包括依次连接的一级反相器、二级反相器和缓冲器，所述一级反相器包括串联设置的第四耗尽型hemt(201)和第三增强型hemt(202)，所述二级反相器包括串联设置的第五耗尽型hemt(203)和第四增强型hemt(204)，所述缓冲器包括串联设置的第五增强型hemt(205)和第六增强型hemt(206)。

3.根据权利要求2所述的基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于：所述第四耗尽型hemt(201)、第五耗尽型hemt(203)、第五增强型hemt(205)的源极分别与第三增强型hemt(202)、第四增强型hemt(204)、第六增强型hemt(206)的漏极连接，所述第四耗尽型hemt(201)和第五增强型hemt(205)的漏极均接入电源电压(vdd)，所述第四耗尽型hemt(201)的栅极与第三增强型hemt(202)的漏极、第四增强型hemt(204)的栅极及第六增强型hemt(206)的栅极连接，所述第五耗尽型hemt(203)的栅极与第四增强型hemt(204)的漏极及第五增强型hemt(205)的栅极连接，所述第三增强型hemt(202)的栅极与第一耗尽型hemt(101)及第二耗尽型hemt(102)的栅极连接，所述第五耗尽型hemt(203)及第六增强型hemt(206)的漏极均连接输出电压(vout)，所述第三增强型hemt(202)、第四增强型hemt(204)、第六增强型hemt(206)的源极均与第三耗尽型hemt(105)的源极连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于还包括压控比较范围移动器模块(30)，所述压控比较范围移动器模块(30)包括第六耗尽型hemt(301)和第七增强型hemt(302)，所述第六耗尽型hemt(301)的栅极及漏极均接入采样电压(vin)，所述第六耗尽型hemt(301)的源极及第七增强型hemt(302)的漏极均与第二增强型hemt(104)的栅极连接，所述第七增强型hemt(302)的栅极接入第一控制电压(vctrl1)，所述第七增强型hemt(302)的源极连接地端。

5.根据权利要求4所述的基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于：所述第六耗尽型hemt(301)包括单个或多个栅极与漏极短接的耗尽型hemt或栅极与源极短接的耗尽型hemt。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于还包括压控充电泵模块(40)，所述压控充电泵模块(40)包括第七耗尽型hemt(401)、第八增强型hemt(402)、第九增强型hemt(403)、二极管(404)和电容(405)，所述第七耗尽型hemt(401)的漏极及栅极均与第二耗尽型hemt(102)的漏极连接，所述第七耗尽型hemt(401)的源极及第八增强型hemt(402)的漏极均通过二极管(404)和电容(405)连接输出电压(vout)，所述第八增强型hemt(402)的栅极接入第二控制电压(vctrl2)，所述第九增强型hemt(403)的栅极连接第四增强型hemt(204)的栅极。

7.根据权利要求6所述的基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于：所述二极管(404)包括由增强型hemt的栅极与源极短接而成的混合阳极二极管、ms型二极管或pn二极管；和/或，所述二极管(404)与非对称比较器模块(10)和/或压控充电泵模块(40)中的至少部分组件片内集成设置。

8.根据权利要求6所述的基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于：所述第七耗尽型hemt(401)包括单个或多个栅极与漏极短接的耗尽型hemt或栅极与源极短接的耗尽型hemt。

9.根据权利要求6所述的基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于：所述电容(405)与非对称比较器模块(10)和/或压控充电泵模块(40)中的至少部分组件片内集成设置。

10.根据权利要求1所述的基于gan hemt的非对称比较器电路，其特征在于：所述非对称比较器电路中采用的至少部分hemt为gan基hemt。

技术总结本发明公开了一种基于GaN HEMT的非对称比较器电路，其包括非对称比较器模块，用于实现参考电压与采样电压的对比输出，该非对称比较器模块包括第一耗尽型HEMT、第二耗尽型HEMT、第一增强型HEMT、第二增强型HEMT和第三耗尽型HEMT等，其中第一耗尽型HEMT与第二耗尽型HEMT性能不同，第一增强型HEMT与第二增强型HEMT性能不同，使所述非对称比较器模块具有非对称结构。较之现有技术，本发明的非对称比较器电路具有更小的面积、更强的驱动能力、更强的开关能力、高低电平的满幅输出、压控的可移动比较范围、压控的可调控输出过冲，以及能有效提升输出信号的质量和精准度，可以用于实现高性能的集成电路芯片。技术研发人员：孙钱,李方清,钟耀宗,张书明,陈昕,郭小路,高宏伟,杨辉受保护的技术使用者：江西誉鸿锦材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15