專利名稱：對數(shù)均方功率檢測器的制作方法
對數(shù)均方功率檢測器相關(guān)串請的交叉引用
本申請要求來自(I)標(biāo)題為 Logarithmic Mean-Square Power Detector、于 2009 年11月23日提交的美國臨時(shí)專利申請系列號61/263，668和(2)標(biāo)題為Multiple StageSquaring Detector、于2010年9月17日提交的美國臨時(shí)專利申請系列號61/383，814的優(yōu)先權(quán)，通過引用將兩者結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
存在其中希望測量射頻(RF)信號的平均功率電平的許多應(yīng)用。例如在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)(諸如蜂窩電話網(wǎng)絡(luò))的傳輸和接收鏈兩者中的RF信號功率測量和控制可能是必需的。為了高效使用可用帶寬，可以使用復(fù)雜調(diào)制方案(諸如碼分多址(CDMA)、寬帶碼分多 址(WCDMA)或者全球微波接入互操作性(WiMAX))來調(diào)制這些系統(tǒng)中的傳輸信號。這些復(fù)雜調(diào)制信號具有定義為信號的峰均功率比的時(shí)變波峰因數(shù)(crest factor)。如果常規(guī)功率檢測器用來測量調(diào)制信號的信號功率，則可能造成不可容許的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的一種均方功率檢測器包括增益或者衰減電路，增益或者衰減電路包括被布置用于生成射頻(RF)輸入信號的多個(gè)放大或者衰減版本的多個(gè)增益或者衰減元件。均方功率檢測器也包括耦合到增益或者衰減電路的多個(gè)均方檢測器。每個(gè)均方檢測器接收RF輸入信號的多個(gè)放大或者衰減版本中的不同放大或者衰減版本。多個(gè)均方檢測器中的每個(gè)均方檢測器針對不同輸入信號電平范圍生成代表RF輸入信號的均方功率的輸出信號。求和元件耦合到多個(gè)均方檢測器用于組合多個(gè)均方檢測器的輸出信號以生成代表RF輸入信號的均方或者均方根的信號。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的一種用于檢測射頻(RF)輸入信號的功率的方法包括以下步驟(a)生成RF輸入信號的多個(gè)放大或者衰減版本；(b)對于RF輸入信號的多個(gè)放大或者衰減版本中的每個(gè)放大或者衰減版本，針對不同輸入信號電平范圍生成代表RF輸入信號的均方功率的信號；并且(c)組合在步驟(b)生成的信號以生成代表RF輸入信號的均方或者均方根的信號。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的一種平方檢測器單元包括多個(gè)三尾(triple-tail)單元，多個(gè)三尾單元具有組合在一起的它們的相應(yīng)輸出以生成平方檢測器單元的輸出。每個(gè)三尾單元包括多個(gè)晶體管，多個(gè)晶體管包括中心晶體管，該中心晶體管的基極接收與平方檢測器中的一個(gè)或者多個(gè)其他三尾單元的中心晶體管不同的偏移電壓VC，使得每個(gè)三尾單元為不同電平的輸入信號提供近似平方律特性。在下文詳細(xì)描述中提供了本發(fā)明的各種實(shí)施例。如將認(rèn)識的那樣，本發(fā)明能夠有其他和不同實(shí)施例，并且它的若干細(xì)節(jié)可能能夠在各種方面有都未脫離本發(fā)明的修改。因而附圖和描述將視為性質(zhì)上為示例并且非約束或者限制意義而在權(quán)利要求書中指示本申請的范圍。


圖I是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的均方檢測器的示意圖。圖2是根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的均方檢測器的示意圖。圖3是根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的均方檢測器的示意圖。圖4是根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的均方檢測器的示意圖。圖5是根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的均方檢測器的示意圖。圖6是根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的均方檢測器的示意圖。 圖7是根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的均方檢測器的示意圖。圖8是根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的均方檢測器的示意圖。圖9A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的平方檢測器單元的示意圖。圖9B用圖形圖示了圖9A的平方檢測器單元的輸出特性。圖9C用圖形圖示了圖9A的平方檢測器單元的平方性能。圖IOA是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一平方檢測器單元的示意圖。圖IOB是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一平方檢測器單元的示意圖。圖IOC圖示了圖IOA的平方檢測器單元的輸出特性。圖11是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一平方檢測器單元的示意圖。圖12A圖示了根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的平方檢測器單元。圖12B圖示了根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的平方檢測器單元。圖12C圖示了根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的平方檢測器單元。圖13用圖形圖示了圖12A的平方檢測器單元的輸出特性。圖14用圖形圖示了圖12B的平方檢測器單元的輸出特性。圖15用圖形比較圖12B中的平方檢測器單元的平方特性與圖9A中的現(xiàn)有技術(shù)檢測器單元的特性。相似標(biāo)號一般表不附圖中的相似部分。
具體實(shí)施例方式對數(shù)均方功率檢測器
本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例涉及如下檢測器電路，該電路接受調(diào)制或者未調(diào)制射頻(RF)輸入信號并且提供作為RF輸入信號電壓的平方均值的對數(shù)的準(zhǔn)線性函數(shù)而變化的輸出。該電路提供一般隨著RF輸入信號的均方(MS)電壓而以dB為單位線性變化的輸出。由于數(shù)的平方根對數(shù)簡單地為該數(shù)的對數(shù)的一半，所以僅通過假設(shè)不同輸出縮放因子，MS電壓的這一對數(shù)輸出函數(shù)也可以充當(dāng)對RF輸入信號電壓的均方根(RMS)的測量。該電路提供具有改進(jìn)的輸出線性的、針對輸入信號的寬動(dòng)態(tài)范圍的功率檢測。在一些實(shí)施例中，用于MS計(jì)算的積分帶寬利用外部控制信號可由用戶調(diào)整。圖I示意地圖示了常規(guī)MS檢測器100，該檢測器100包括整流功率檢測器102，其接收輸入RF信號；積分器104(具有外部電容器)，耦合到整流功率檢測器102的輸出；以及輸出驅(qū)動(dòng)器106，耦合到積分器104的輸出。整流功率檢測器102檢測輸入RF信號的信號電平。積分器104平均來自功率檢測器102的檢測信號。
如圖I的附帶圖形中所示，整流功率檢測器100具有依賴于輸入信號電平的多個(gè)操作區(qū)域。對于非常低的輸入信號電平，檢測器100的輸出由于在集成電路(IC)工藝中觀測的與噪聲和失配/工藝有關(guān)的偏移而不準(zhǔn)確。對于中信號電平，檢測器100的輸出提供輸入信號的平方的近似指示。一般而言，均方計(jì)算僅在這一區(qū)域中準(zhǔn)確。對于非常高的輸入信號電平，檢測器100從平方特性偏離，并且用于非常高的輸入信號電平的輸出可以根據(jù)檢測器類型而飽和。準(zhǔn)確的檢測/平方區(qū)域?qū)τ诔Ｒ?guī)IC檢測器而言通常限于小于30_35dB。如果輸入/信號是具有高波峰因數(shù)的調(diào)制信號(WCDMA等)，則這一可用范圍的最高10-15dB —般不應(yīng)用于平均功率檢測。使用這樣的檢測器應(yīng)當(dāng)對輸入信號電平謹(jǐn)慎以避免檢測不準(zhǔn)確。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的均方檢測器200，該檢測器200通過限制圖I的檢測器100的用于平均功率檢測的可用輸入動(dòng)態(tài)范圍來改進(jìn)檢測器的性能。功率檢測器200包括稱合到積分器104的輸出的限頂(top limiting) /裁底(bottomclipping)元件202，該元件202對積分器輸出的底部進(jìn)行裁剪以去除由于噪聲和失配的不準(zhǔn)確檢測電平。此外，元件202還將積分器輸出的頂部限制于最高可容許平方電平而退回裕度依賴于應(yīng)當(dāng)檢測的最大波峰因數(shù)。例如，如果最大可容許平方電平對于整流功率檢測器而言為OdBm，則限制對于IOdB的最大波峰因數(shù)而言可以出現(xiàn)于-lOdBm。如果輸入信號電平太低則檢測器200不提供任何輸出并且如果輸入信號在可檢測輸入范圍以外則提供有限輸出信號電平。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的均方檢測器300，該檢測器300通過使用多個(gè)功率檢測器來改進(jìn)圖2的檢測器200的動(dòng)態(tài)范圍。檢測器300包括兩個(gè)整流功率檢測器102。第一功率檢測器102直接接收輸入RF信號(或者該輸入信號的任何衰減或者放大版本)。第二檢測器102接收信號的放大(或者衰減)版本，該信號的放大(或者衰減)版本通過放大器302或者衰減器(未示出)耦合到第一檢測器的輸入。因而第二檢測器針對輸入信號電平的轉(zhuǎn)變范圍提供準(zhǔn)確均方功率讀數(shù)。例如，如果在第一與第二檢測器輸入之間有的6dB增益并且第一檢測器針對_20dBm至-IOdBm的輸入信號范圍檢測信號電平，則第二檢測器將針對_26dBm至-16dBm的輸入信號范圍檢測信號電平。這些檢測器的輸出由求和元件304求和。兩個(gè)檢測器的求和輸出信號代表由輸入信號的增益/衰減與個(gè)別檢測器的動(dòng)態(tài)范圍的組合確定的輸入信號電平的均方功率。例如用于上述示例的組合動(dòng)態(tài)范圍為-26dBm至-IOdBm,這大于用于任一個(gè)別檢測器的范圍。圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的均方檢測器400。在圖3的實(shí)施例中描述的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù)可以被擴(kuò)展成構(gòu)造寬范圍MS功率檢測器。如圖4中所不，向MS檢測器400的輸入信號起初由放大器鏈402處理,從而生成輸入信號的相互隔開具體增益量的多個(gè)抽頭。雖然未示出，但是衰減器鏈也可以用來將用于高功率電平的動(dòng)態(tài)范圍增加至很低功率電平，或者僅衰減器鏈可以用來檢測高功率電平。替代地，可以通過并行增益/衰減操作或者并行/串行增益/衰減操作的組合來生成增益/衰減抽頭。在圖4的實(shí)施例中，如果假設(shè)有N個(gè)X dB增益操作，則在最大放大與輸入之間的以dB為單位的總比值為NX dB。包括中性輸入，有(N+1)個(gè)增益抽頭。(中性輸入耦合到通過后續(xù)增益或者衰減操作來處理的系統(tǒng)輸入)。在這一實(shí)施例中，差動(dòng)實(shí)施所有增益和衰減操作。然而應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用單端實(shí)施。可以在驅(qū)動(dòng)下一操作之前緩沖增益/衰減抽頭。可以使用適當(dāng)偏置技術(shù)隨著溫度、電源和工藝變化而穩(wěn)定抽頭比值間隔X。例如，如果均方功率檢測器系統(tǒng)400具有8個(gè)檢測器操作而在操作之間的增益差為6dB，并且每個(gè)檢測器具有_20dBm至-IOdBm的檢測范圍，用于均方檢測系統(tǒng)的總動(dòng)態(tài)范圍為-IOdBm至-68dBm或者58dB (輸入檢測器_10dBm至_20dBm，在第一增益操作之后的檢測器_16dBm至-26dBm,…，最后檢測器操作_58dBm至_68dBm)。當(dāng)對所有檢測器的輸出求和時(shí)獲得這一動(dòng)態(tài)范圍。對所有MS檢測器操作的輸出求和，從而生成相對于RF輸入信號的均方可以是偽對數(shù)的檢測器系統(tǒng)輸出?？梢栽趫D4的附帶圖形中看見MS檢測器400的優(yōu)勢。每個(gè)檢測器操作提供0至V的輸出電壓范圍，并且在操作之間的放大/衰減間隔為X dB。在這一實(shí)施例中，間隔(X dB)/小于單個(gè)檢測器的動(dòng)態(tài)范圍(Y dB)。因而對于系統(tǒng)輸入信號范圍的一些部分，不止一個(gè)檢測器活躍(即其中它未被裁剪或者限制并且由此對檢測器系統(tǒng)輸出有貢獻(xiàn))。增加系統(tǒng)輸入信號電平，假設(shè)一個(gè)檢測器恰好飽和，總檢測器輸出信號為mV+k ;其中k指明下一檢測器對輸出的貢獻(xiàn)(當(dāng)前一檢測器恰好飽和時(shí))而m為飽和的檢測器的總數(shù)。如果進(jìn)一步增加系統(tǒng)輸入信號電平以使下一檢測器飽和，則總檢測器輸出信號為(m+l)V+k。因此，檢測器系統(tǒng)輸出針對輸入信號的每X dB增加而增加V，這對應(yīng)于偽或者近似對數(shù)特性。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的具有改進(jìn)的對數(shù)響應(yīng)的均方檢測器500。檢測器500提供從輸入信號電平到輸出功率讀數(shù)信號(該信號可以是電壓或者電流)的改進(jìn)的對數(shù)特性(dB線性)。在圖4的實(shí)施例中，雖然輸出近似地遵循在輸入信號電平與輸出之間的對數(shù)函數(shù)，但是在與理想對數(shù)函數(shù)相比時(shí)可能有大偏差(如果所有增益/衰減抽頭等效則有周期性)。該偏差的一個(gè)原因在于每單個(gè)檢測器操作具有可以遠(yuǎn)非近似對數(shù)函數(shù)的平方特性。該偏差的另一原因在于多個(gè)檢測器操作針對輸入信號的一些范圍而言對輸出有貢獻(xiàn)，而單個(gè)檢測器操作針對輸入信號的一些其他范圍而言對輸出有貢獻(xiàn)。在求和之前對限頂裁底操作使用對數(shù)變換可以造成更佳對數(shù)近似，但是它未解決問題的第二部分(即單個(gè)檢測器針對一些輸入信號范圍有貢獻(xiàn)，而多個(gè)檢測器針對其他輸入信號范圍有貢獻(xiàn))。如果個(gè)別檢測器動(dòng)態(tài)范圍(Y)近似等于增益/衰減抽頭間隔X，則僅使用對數(shù)變換可以造成最佳對數(shù)近似。對于這一條件，僅單個(gè)檢測器針對輸入信號范圍的給定部分而言對輸出有貢獻(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，非線性變換元件502在用于提供在均方功率檢測器系統(tǒng)的輸入信號電平與輸出之間的改進(jìn)的總dB線性特性的每個(gè)檢測器操作之后執(zhí)行非線性變換。非線性變換在這一實(shí)施例中包括用于中等范圍輸入信號電平(輸入信號是裁剪/限制均方檢測器操作的輸出)的近似對數(shù)響應(yīng)，而在低輸入信號電平平滑增加并且在高信號電平平滑限制，如例如圖5的附帶圖形中所示。在MS功率檢測器500中，如果個(gè)別檢測器操作的平滑增加分段與之前操作(在它的輸入具有更多增益的操作)的平滑限制分段對準(zhǔn)而單個(gè)檢測器操作在該操作在對數(shù)區(qū)域中時(shí)對輸出有共享(而其他檢測器操作飽和受限或者處于零電平)，則輸出可以接近地近似于對數(shù)函數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，這僅為如下非線性變換類型的一個(gè)示例，該非線性變換類型造成來自均方功率檢測器系統(tǒng)的更佳對數(shù)響應(yīng)。其他非線性變換類型也可以用來改進(jìn)對數(shù)響應(yīng)。
根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)替代實(shí)施例，非線性變換元件502可以耦合到積分器104的輸出。裁頂和裁底202可以耦合于非線性變換元件502與求和元件304之間。圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的具有非線性變換的寬動(dòng)態(tài)范圍MS檢測器600。圖6示出了可以如何通過使用衰減器鏈(包括多個(gè)衰減器602)和放大器鏈(包括多個(gè)放大器302)來生成在最大放大與衰減之間的寬信號電平范圍來擴(kuò)展圖5中所示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。在這一實(shí)施例中，向MS檢測器600的輸入信號起初由放大器鏈和衰減器鏈處理，從而生成輸入信號的相互隔開給定增益量的多個(gè)抽頭。如果假設(shè)有N個(gè)X dB增益操作和M個(gè)-X dB衰減操作，則在最大放大與最大衰減之間的以dB為單位的總比值為(M+N) X dB。包括中性輸入，有(M+N+1)個(gè)增益抽頭。(中性輸入耦合到通過后續(xù)增益或者衰減操作來處理的系統(tǒng)輸入)。在檢測器600中，可以差動(dòng)地實(shí)施所有增益和衰減操作，但是也可以使用單端實(shí)施?？梢栽隍?qū)動(dòng)下一操作之前緩沖增益抽頭。可以使用適當(dāng)偏置技術(shù)隨著溫度、電源和工藝變化而穩(wěn)定抽頭比值間隔X。/例如，如果系統(tǒng)具有每個(gè)6dB的八個(gè)放大操作、每個(gè)6dB的四個(gè)衰減操作和從-20dBm至-IOdBm操作的均方檢測器,則最大檢測信號將為14dBm (頂部檢測器從14dBm至4dBm操作)并且最小檢測信號將為_68dBm (底部檢測器從_68dBm至_58dBm操作)，從而提供82dB的理想動(dòng)態(tài)范圍。在許多實(shí)際應(yīng)用中，頂部檢測器的頂端(最聞裳減)和底部檢測器的底端(最高增益)將從具有約75dB的可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)范圍的對數(shù)近似轉(zhuǎn)變。圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的具有非線性變換的寬動(dòng)態(tài)范圍MS檢測器700。圖7的實(shí)施例較圖6的實(shí)施例而言的一個(gè)改進(jìn)是在放大器鏈周圍包括DC偏移取消反饋回路702。DC偏移取消反饋回路702幫助避免由于任何真實(shí)IC放大器中存在的DC偏移所致的鏈中的高端(最高增益)放大器的飽和。也通過減少輸入信號電平的不確定性來改進(jìn)檢測器操作的準(zhǔn)確性。圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例的寬動(dòng)態(tài)范圍MS檢測器800，該檢測器800具有利用電容乘法的非線性變換。高波峰因數(shù)調(diào)制信號(例如CDMA2000、WCDMA和LTE)的準(zhǔn)確均方計(jì)算涉及到很長的積分時(shí)間常數(shù)并且無法使用片上電容器來容易實(shí)現(xiàn)。出于這一原因，一些功率檢測器將外部電容器用于獲得所需長時(shí)間常數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，在每個(gè)積分節(jié)點(diǎn)提供外部可調(diào)電容乘法器802以通過將實(shí)際片上電容器值(10-50pF)用于每個(gè)均方檢測器操作來獲得積分時(shí)間常數(shù)。電容乘法器可以在實(shí)際應(yīng)用中獲得多于1000的乘法比值。
在上文描述的實(shí)施例中，用于每個(gè)檢測通道的限頂/裁底元件202相同，并且用于每個(gè)檢測通道的非線性變換元件502也相同。在一個(gè)或者多個(gè)替代實(shí)施例中，非線性變換元件502可以可選地在每個(gè)檢測通道中提供不同函數(shù)，并且限頂/裁底元件202可以在均方抽頭的不同電平限制/裁剪以改進(jìn)均方功率檢測器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍或者改變系統(tǒng)的輸入信號電平-輸出傳遞特性。例如可能通過增加限頂電平并且使用不同非線性變換以增加用于最高電平輸入信號的檢測動(dòng)態(tài)范圍來修改利用最高功率信號(傳遞曲線的上端)操作的最低增益檢測通道。在上文描述的實(shí)施例中，檢測器102可能針對零輸入信號電平表現(xiàn)隨著工藝和溫度變化而改變的輸出信號電平，這可能特別針對低信號電平限制它們的準(zhǔn)確性。可以可選地通過使用歸零偏置操作來去除個(gè)別檢測器102在零輸入信號電平的輸出。概括而言，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的均方功率檢測器包括多個(gè)MS檢測器，某些MS檢測器用輸入信號的放大或者衰減版本驅(qū)動(dòng)以獲得比單個(gè)MS檢測器更寬的MS功率檢測范圍。可以通過使用漸進(jìn)放大或者衰減輸入信號的一系列增益或者衰減操作來獲得輸入信號的放大或者衰減版本。在一個(gè)替代實(shí)施例中，可以通過使用并行增益或者衰減操作來獲得輸入信號的放大或者衰減版本。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，MS檢測器的輸出由非線性變換元件處理并且被求和以獲得寬范圍的均方檢測信號。這一信號作為RF輸入信號電壓的平方均值好對數(shù)的準(zhǔn)線性函數(shù)而變化。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，MS檢測器的輸出被裁底以去除由于噪聲/失配所致的不準(zhǔn)確檢測范圍。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，MS檢測器的輸出被限頂以去除由于從平方特性轉(zhuǎn)變所/致的不準(zhǔn)確檢測范圍。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，個(gè)別MS檢測器的限頂和裁底輸出在求和之前由非線性變換元件處理，使得最終輸出信號(求和結(jié)果)作為RF輸入信號電壓的平方均值的對數(shù)的更準(zhǔn)確準(zhǔn)線性函數(shù)而變化而從dB線性特性的變化或者偏差減少。具體而言，非線性變換產(chǎn)生對于中間范圍信號而言近似為對數(shù)的輸出，而對于低和高范圍信號而言具有平滑增加和平滑限制分段。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，“限頂、裁底”操作和非線性變換中的一些可能不同于其他操作和變換以便改進(jìn)檢測動(dòng)態(tài)范圍或者以便獲得不同傳遞特性。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，可以使用依賴于工藝和溫度變化的歸零偏置操作來去除個(gè)別檢測器102在零輸入信號電平的輸出。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，通過使用集成電容器(代替外部電容器)和電容乘法器電路來獲得用于一些調(diào)制信號的準(zhǔn)確均方計(jì)算的長積分時(shí)間常數(shù)。在其他實(shí)施例中，可以使用外部電容器。多級平方檢測器
可以使用如下平方檢測器來進(jìn)行復(fù)調(diào)制信號的均方根(RMS)功率的準(zhǔn)確計(jì)算，該平方檢測器針對輸入信號的具體范圍(該范圍稱為平方檢測器的動(dòng)態(tài)范圍)提供近似平方律函數(shù)。現(xiàn)有技術(shù)的平方檢測器一般僅針對輸入信號電平的有限范圍提供近似平方律特性，這造成功率檢測器設(shè)計(jì)中的性能限制或者困難。一些架構(gòu)使用伺服反饋回路技術(shù)以限制平方檢測器的操作范圍。檢測高波峰因數(shù)信號的準(zhǔn)確性部分地依賴于平方檢測器的動(dòng)態(tài)范圍。更多實(shí)施例涉及具有改進(jìn)的動(dòng)態(tài)范圍的平方檢測器。舉例而言，可以在計(jì)算復(fù)調(diào)制信號的RMS功率的檢測器電路(諸如上文描述的均方功率檢測器)中使用這樣的平方檢測器。如上文討論的那樣，這樣的檢測器電路接受調(diào)制或者未調(diào)制RF輸入信號并且提供作為RF輸入信號電壓的平方均值的對數(shù)的準(zhǔn)線性函數(shù)而變化的輸出。電路提供隨著RF信號的MS電壓而以dB為單位線性變化的輸出。電路提供具有改進(jìn)的輸出線性的、針對輸入信號的功率檢測的寬動(dòng)態(tài)范圍。用于MS計(jì)算的積分帶寬可以利用外部控制信號可由用戶調(diào)整。圖9A圖示了并入可以用作平方檢測器的三尾單元的現(xiàn)有技術(shù)全波整流器900。該結(jié)構(gòu)包括三個(gè)發(fā)射極耦合的npn雙極晶體管Ql、Q2、Q3和耦合到共發(fā)射極從而生成尾電流Idc的電流源。晶體管Ql和Q2形成差動(dòng)對而發(fā)射極面積彼此相等，而晶體管Q3具有與晶體管Ql和Q2的那些發(fā)射極面積的D倍一樣大的發(fā)射極面積。常數(shù)D可以是一(unity)，并且它可能大于或者小于一。晶體管Ql和Q2的集電極耦合在一起從而形成檢測器單元的輸出端子，而Q3的集電極耦合到AC接地。在這一配置中，在晶體管Ql和Q2的基極之間施加差動(dòng)輸入電壓Vinp=INP-INN,而dc電壓分量表示為“DC”。中心晶體管Q3的基極僅接收dc分量“DC”。在另一示例中，中心晶體管可以接收寄生RF分量。在又一示例中，差動(dòng)對Q1-Q2中的晶體管之一可以在它的基極接收DC電壓，并且其他兩個(gè)晶體管(Q1-Q2之一并且還有Q3)可以接收如下輸入信號，這些輸入信號跨Q1-Q3 (=Vinp/2)和Q2-Q3 (=_Vinp/2)的基極輸入有效地生成差動(dòng)電壓。可以根據(jù)以下方程確定從Ql和Q2的耦合集電極輸出的三尾單元的輸出電流Idetect
權(quán)利要求
1.一種均方功率檢測器,包括 増益或者衰減電路，包括被布置用于生成射頻(RF)輸入信號的多個(gè)放大或者衰減版本的多個(gè)增益或者衰減元件； 多個(gè)均方檢測器，耦合到所述增益或者衰減電路，每個(gè)所述均方檢測器接收所述RF輸入信號的所述多個(gè)放大或者衰減版本中的不同ー個(gè)，所述多個(gè)均方檢測器中的每個(gè)均方檢測器針對不同輸入信號電平范圍生成代表所述RF輸入信號的均方功率的輸出信號；以及 求和元件，耦合到所述多個(gè)均方檢測器用于組合所述多個(gè)均方檢測器的輸出信號以生成代表所述RF輸入信號的均方或者均方根的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，其中所述求和元件生成作為RF輸入信號電壓的平方均值的對數(shù)的準(zhǔn)線性函數(shù)而變化的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，其中所述多個(gè)増益或者衰減元件在串行配置中被布置用于生成所述RF輸入信號的漸進(jìn)放大或者衰減版本。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，其中所述多個(gè)増益或者衰減元件被布置于并行配置中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，還包括多個(gè)限頂和裁底元件，每個(gè)限頂和裁底元件耦合于所述多個(gè)均方檢測器中的不同一個(gè)與所述求和元件之間，其中所述限頂和裁底元件被配置成對所述均方檢測器的輸出進(jìn)行裁底以去除由于噪聲或者失配所致的不準(zhǔn)確檢測范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，還包括多個(gè)限頂和裁底元件，每個(gè)限頂和裁底元件耦合于所述多個(gè)均方檢測器中的不同一個(gè)與所述求和元件之間，其中所述限頂和裁底元件被配置成去除由于從平方特性的轉(zhuǎn)變所致的不準(zhǔn)確檢測范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，還包括 多個(gè)限頂和裁底元件，每個(gè)限頂和裁底元件被耦合成從所述多個(gè)均方檢測器中的不同ー個(gè)接收輸出；以及 多個(gè)非線性變換元件，每個(gè)非線性變換元件耦合于所述求和元件與所述多個(gè)限頂和裁底元件中的不同一個(gè)之間，其中每個(gè)非線性變換元件生成對于中等范圍信號而言是近似對數(shù)而分別對于低和高范圍信號而言有平滑増加和平滑限制分段的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的均方功率檢測器，其中所述多個(gè)非線性變換元件中的每個(gè)非線性變換元件執(zhí)行不同的非線性函數(shù)以獲得對數(shù)線性特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的均方功率檢測器，其中所述多個(gè)限頂和裁底元件中的ー些限頂和裁底元件的操作可能不同于其他限頂和裁底元件的操作，或者其中所述多個(gè)非線性變換元件中的一些非線性變換元件的操作可能不同于其他非線性變換元件的操作以便改進(jìn)檢測動(dòng)態(tài)范圍或者以便獲得不同傳遞特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，還包括 多個(gè)非線性變換元件，每個(gè)非線性變換元件被耦合成從所述多個(gè)均方檢測器中的不同ー個(gè)接收輸出，其中每個(gè)非線性變換元件生成對于中等范圍信號而言是近似對數(shù)而分別對于低和高范圍信號而言有平滑増加和平滑限制分段的輸出；以及 多個(gè)限頂和裁底元件，每個(gè)限頂和裁底元件耦合于所述求和元件與所述多個(gè)非線性變換元件中的不同一個(gè)之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，還包括多個(gè)變換元件，每個(gè)變換元件耦合于所述多個(gè)均方檢測器中的不同一個(gè)與所述求和元件之間，其中所述變換元件被配置成去除由于從平方特性的轉(zhuǎn)變所致的不準(zhǔn)確檢測范圍并且生成對于中等范圍信號而言是近似對數(shù)而分別對于低和高范圍信號而言有平滑増加和平滑限制分段的輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，還包括用于去除均方檢測器在零輸入信號電平的輸出信號的一個(gè)或者多個(gè)歸零偏置元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，其中每個(gè)所述均方檢測器包括平方檢測器和用于平均所述平方檢測器的輸出的積分器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的均方功率檢測器，還包括可由用戶控制的多個(gè)電容乘法器，每個(gè)所述電容乘法器耦合到所述積分器中的不同一個(gè)的輸出用于獲得不同積分時(shí)間常數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，其中所述增益或者衰減電路還包括DC偏移取消反饋回路以避免所述電路中的高端増益元件由于DC偏移所致的飽和。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，其中每個(gè)所述均方檢測器包括平方檢測器単元，所述平方檢測器単元包括多個(gè)三尾単元，所述多個(gè)三尾単元具有組合在一起的它們的相應(yīng)輸出以生成所述平方檢測器単元的輸出，每個(gè)所述三尾単元包括多個(gè)晶體管，所述多個(gè)晶體管包括中心晶體管，所述中心晶體管的基極接收與所述平方檢測器單元中的一個(gè)或者多個(gè)其他三尾単元的所述中心晶體管不同的偏移電壓VC，使得每個(gè)三尾單元為不同電平的輸入信號提供近似平方律特性。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的均方功率檢測器，其中所述增益或者衰減電路包括被布置用于生成射頻(RF)輸入信號的多個(gè)放大和衰減版本的多個(gè)增益和衰減元件。
18.ー種用于檢測射頻(RF)輸入信號的功率的方法，包括以下步驟 Ca)生成所述RF輸入信號的多個(gè)放大或者衰減版本； (b)對于所述RF輸入信號的所述多個(gè)放大或者衰減版本中的每個(gè)放大或者衰減版本，針對不同輸入信號電平范圍生成代表所述RF輸入信號的均方功率的信號；并且 (c)組合在步驟(b)生成的所述信號以生成代表所述RF輸入信號的均方或者均方根的信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(a)包括生成RF輸入信號的多個(gè)漸進(jìn)放大或者衰減版本。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中在步驟(c)生成的所述均方功率作為所述RF輸入信號電壓的平方均值的對數(shù)的準(zhǔn)線性函數(shù)而變化。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在步驟(c)之前對在步驟(b)生成的所述信號進(jìn)行裁底以去除由于噪聲或者失配所致的不準(zhǔn)確檢測范圍。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在步驟(c)之前對在步驟(b)生成的所述信號進(jìn)行限頂以去除由于從平方特性的轉(zhuǎn)變所致的不準(zhǔn)確檢測范圍。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括 對在步驟(b)生成的所述信號限頂或者裁底；并且 生成對于中等范圍信號而言是近似對數(shù)而對于低和高范圍信號而言有平滑増加和平滑限制分段的輸出。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中對所述信號限頂或者裁底的步驟包括對在步驟(b)生成的所述信號執(zhí)行不同的限頂或者裁底操作用于改進(jìn)檢測動(dòng)態(tài)范圍或者用于獲得不同傳遞特性。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括去除在零輸入信號電平的在步驟(b)生成的所述信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中使用平方檢測器和用于平均所述平方檢測器的輸出的積分器來執(zhí)行步驟(b )。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括針對平均的信號使用集成電容器來獲得積分時(shí)間常數(shù)，其中所述積分時(shí)間常數(shù)可由用戶控制。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在步驟(a)中取消DC偏移以避免高端増益元件由于DC偏移所致的飽和。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(a)包括生成所述RF輸入信號的多個(gè)放大和衰減版本。
全文摘要
根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的一種均方功率檢測器包括增益或者衰減電路，增益或者衰減電路包括被布置用于生成射頻(RF)輸入信號的多個(gè)放大或者衰減版本的多個(gè)增益或者衰減元件。均方功率檢測器也包括耦合到增益或者衰減電路的多個(gè)均方檢測器。每個(gè)均方檢測器接收RF輸入信號的多個(gè)放大或者衰減版本中的不同放大或者衰減版本。多個(gè)均方檢測器中的每個(gè)均方檢測器針對不同輸入信號電平范圍生成代表RF輸入信號的均方功率的輸出信號。求和元件耦合到多個(gè)均方檢測器用于組合多個(gè)均方檢測器的輸出信號以生成代表RF輸入信號的均方或者均方根的信號。
文檔編號G01R23/02GK102753981SQ201080062037
公開日2012年10月24日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者P.J.卡欽, Y.A.埃肯 申請人:希泰特微波公司