專利名稱：高動態(tài)范圍射頻信號功率檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。具體地涉及一種無線通信系統(tǒng)中的收發(fā)射 機(jī)，模擬、射頻電路的內(nèi)嵌式自我檢測和糾錯(cuò)的射頻信號功率檢測電路。
背景技術(shù)：
射頻信號功率檢測電路是功率檢測電路中的一種。它在無線通信系統(tǒng)、模擬射頻 電路的可測性設(shè)計(jì)和自我檢測糾錯(cuò)中有著廣泛的應(yīng)用。圖1說明了功率檢測電路10在模 擬、射頻電路中所起的作用。它是連接控制模塊或指示模塊9和信號通路中信號11之間的 橋梁，它可以檢測出信號通路中所要求的點(diǎn)的即時(shí)信號功率大小，通過其檢測所得的表征 信號功率大小的電學(xué)量，來指示提供系統(tǒng)反饋控制的控制量，也可以指示信號功率，也可以 指示系統(tǒng)是否正常工作等。近年來，隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)以及射頻識別技術(shù)的快 速發(fā)展，CMOS工藝技術(shù)的不斷提高，模擬射頻電路的設(shè)計(jì)難度越來越大，設(shè)計(jì)代價(jià)和周期越 來越大，越來越長，電路所需處理的信號強(qiáng)度要求苛刻，信號功率檢測電路在這樣的系統(tǒng)設(shè) 計(jì)中的重要性越來越突出。一方面，由圖1可知，信號功率檢測電路是獨(dú)立于信號通路以外的一個(gè)子系統(tǒng)，其 主要作用是檢測信號功率供反饋控制或功率指示。因此功率檢測電路必須保持其自身的獨(dú) 立性，不能對信號通路產(chǎn)生影響，同時(shí)又要適應(yīng)各種輸入信號條件。尤其在射頻電路應(yīng)用領(lǐng) 域，信號頻率和功率大小變化很大，而且多要求對數(shù)-線性檢測，這對射頻高動態(tài)范圍、高 精度信號功率檢測提出了巨大的挑戰(zhàn)。另一方面，由于這個(gè)系統(tǒng)并不是信號通路上的信號 處理模塊，因此對其功耗和面積也都有很高的要求，必須以最小代價(jià)的功耗和面積實(shí)現(xiàn)所 需的信號功率檢測功能。目前通用的功率檢測電路主要問題在于對數(shù)_線性檢測的實(shí)現(xiàn)和高精度高動態(tài) 范圍的實(shí)現(xiàn)。目前普遍采用的辦法是通過二極管或射級跟隨器對信號濾波，得到電壓的平 方關(guān)系或者只是簡單的電壓幅度(包絡(luò))，并未實(shí)現(xiàn)對數(shù)線性檢測。而且即使實(shí)現(xiàn)了對數(shù) 線性檢測，也都是利用MOS管的亞閾值特性或者是對指數(shù)關(guān)系的級數(shù)展開近似。容易知道， 這樣的利用管子的整流特性實(shí)現(xiàn)的檢測往往有效精度的工作范圍有限，尤其是在要實(shí)現(xiàn)對 數(shù)-線性關(guān)系時(shí)，亞閾值工作范圍小，指數(shù)近似范圍也很有限，難以實(shí)現(xiàn)高動態(tài)范圍高精度 的射頻信號功率檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種射頻信號功率檢測電路。它利用RC充放電電路及其校 準(zhǔn)電路，通過跨阻放大器的可編程控制，實(shí)現(xiàn)了高動態(tài)范圍的對數(shù)-線性功率檢測。本發(fā)明提出的功率檢測電路，包括整流器(1)、可編程增益跨阻放大器(2)、電平 調(diào)整電路(3)、比較器(4)、計(jì)數(shù)器與編程控制電路(5)、RC充放電電路(6)、RC校準(zhǔn)電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路(8)。電路的連接方式如圖(2)所示。其中待檢測的功率信號送入整流 器，整流器(1)將實(shí)現(xiàn)對輸入信號電壓值平方的轉(zhuǎn)換，并輸出一個(gè)與其成正比的電流信號I。此電流信號再送入跨阻放大器(2)，轉(zhuǎn)化為電壓信號VI，此Vl通過電平調(diào)整電路(3)調(diào) 整到適合比較器(4)工作的比較電平。比較器(4)的另一輸入來自一個(gè)RC周期性的充放 電電路(6)，此電壓與時(shí)間滿足指數(shù)關(guān)系，通過此RC充放電電壓與上述檢測電壓值比較，得 到一系列脈沖波V4，此脈沖波的脈寬即反映了信號功率大小。將此脈寬作為后續(xù)數(shù)字模塊 (5)的計(jì)數(shù)使能端，其計(jì)數(shù)值即反映了所檢測信號的功率大小。本發(fā)明采用了整流器，形成電壓與電流的平方轉(zhuǎn)換關(guān)系，將信號功率大小轉(zhuǎn)換為 與之成正比的電流大小。實(shí)現(xiàn)了功率的檢測。它可以由二極管整流實(shí)現(xiàn)，也可以由MOS器 件的平方律實(shí)現(xiàn)，也可以由MOS器件的亞閾值特性實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明使用了可編程的跨阻放大器，實(shí)現(xiàn)了功率檢測的動態(tài)范圍的擴(kuò)展。它可以 通過電阻反饋實(shí)現(xiàn)，也可以通過電容反饋實(shí)現(xiàn)，也可以通過共基(共柵)放大器實(shí)現(xiàn)。編程 辦法可以對負(fù)載編程，也可以對運(yùn)放編程。
本發(fā)明利用RC充放電電路，實(shí)現(xiàn)了功率信號的高精度對數(shù)線性檢測。本發(fā)明使用了 RC校準(zhǔn)電路，實(shí)現(xiàn)了電路的高精度。本發(fā)明使用了時(shí)鐘產(chǎn)生與控制電路(8)，通過其合理系統(tǒng)中各模塊的工作時(shí)間，在 不需要工作時(shí)停止工作，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低功耗。本發(fā)明對比較器進(jìn)行了去失調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)了電路檢測的高精度，去失調(diào)可以通過 前置電容實(shí)現(xiàn)，也可以通過內(nèi)部反饋實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明對代表輸入信號功率大小的脈沖波脈寬計(jì)數(shù)，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，方便 系統(tǒng)其他模塊使用和處理。本發(fā)明的一方面，提供了高精度的射頻信號功率的對數(shù)-線性檢測，由圖2可以看 出，利用RC的充放電電壓和時(shí)間精確的滿足指數(shù)關(guān)系，精確的是實(shí)現(xiàn)了對數(shù)-線性檢測。本發(fā)明的另一方面，為了擴(kuò)大電路的動態(tài)范圍，使用了反饋控制技術(shù)，通過數(shù)字量 的反饋控制(5)和跨阻放大器的可編程設(shè)計(jì)(2)，大大擴(kuò)展了信號功率的檢測范圍。本發(fā)明的另一方面，由于最后的檢測輸出體現(xiàn)為脈沖寬度，與RC時(shí)間常數(shù)成正 比，故為了提高測試精度，我們設(shè)計(jì)了專門的RC校準(zhǔn)模塊(7)。本發(fā)明的另一方面，同過合理的時(shí)鐘控制，嚴(yán)格控制各模塊的工作，使系統(tǒng)功耗降 至最低，對整體接收機(jī)功耗影響幾乎為零。另外，本發(fā)明中的功率檢測電路可以包括各種其它電路模塊和設(shè)備。本發(fā)明通過RC充放電電路以及相應(yīng)校準(zhǔn)電路，實(shí)現(xiàn)了高動態(tài)范圍高精度的射頻 信號功率檢測，而且通過可編程控制技術(shù)，對其中放大器增益編程控制，進(jìn)一步擴(kuò)展了電路 的功率檢測范圍。而且合理控制電路模塊的工作時(shí)間，節(jié)省了電路的低功耗，實(shí)現(xiàn)了低功耗 條件下的高動態(tài)范圍高精度射頻信號功率檢測。


圖1是一個(gè)介紹射頻信號功率檢測電路在模擬、射頻電路中作用的示意圖。圖2是本發(fā)明提出的射頻信號功率檢測電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的電路原理圖。圖3是本發(fā)明提出的射頻信號功率檢測電路的一種具體實(shí)施圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖3，詳細(xì)描述實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例。在圖3中，一個(gè)電阻反饋的運(yùn)放并通過對反饋電阻的編程(12)實(shí)現(xiàn)了電流到電壓 的轉(zhuǎn)換。構(gòu)成了一個(gè)可編程增益的跨阻放大器(6)，增益由計(jì)數(shù)器及反饋控制模塊(5)提供 的若干位位數(shù)字碼控制。射級跟隨器(13)起到了簡單的電平調(diào)整(7)的作用。圖1中的 比較器⑷在這里采用遲滯比較器(17)實(shí)現(xiàn)。遲滯比較器起到了電壓比較器的作用(4)， 引入遲滯功能是為了抵御噪聲和信號波動的影響。當(dāng)輸入一定功率信號時(shí)，整流器輸出一個(gè)與此信號平均功率成正比的電流，此電流流經(jīng)電阻反饋的跨阻放大器，得到一個(gè)與信號功率成正比的電壓信號。同時(shí)RC電路周期 性充放電，在電容充電時(shí)遲滯比較器(14)關(guān)閉，射級跟隨器(13)工作；放電時(shí)，遲滯比較器 (14)開始工作，將此電容上的電壓與射級跟隨器(13)輸出電壓V2比較，當(dāng)電容電壓V3高 于V2時(shí)，比較器輸出為高電平，反之則為低。利用V3與時(shí)間成指數(shù)關(guān)系的特點(diǎn)。比較器輸 出V4高電平時(shí)間的長短即與信號功率相關(guān)，而且呈對數(shù)-線性關(guān)系。在此之后再接上計(jì)數(shù) 器與編程控制模塊(5)，利用V4作為計(jì)數(shù)器的使能端，則計(jì)數(shù)器的輸出即代表了信號功率 大小。同時(shí)這個(gè)計(jì)數(shù)值又可進(jìn)一步反饋控制前面的跨阻放大器(12)。同時(shí)由于我們另外對 RC充放電電路在電路工作前進(jìn)行校準(zhǔn)，保證了信號功率檢測的精確度。通過以上這些技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了高動態(tài)范圍高精度的射頻信號功率的對數(shù)_線性檢測。解決了現(xiàn)有技術(shù)中對數(shù)_線 性檢測和動態(tài)范圍過低的問題。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明 的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種射頻信號功率檢測電路，其特征在于由整流器(1)、可編程增益跨阻放大器(2)、電平調(diào)整電路(3)、RC充放電電路(6)、RC校準(zhǔn)電路(7)、時(shí)鐘產(chǎn)生電路(8)和計(jì)數(shù)器與編程控制電路(5)組成，通過比較檢測到的與功率相關(guān)的電壓與電容放電電壓，輸出反饋控制動態(tài)范圍，實(shí)現(xiàn)高動態(tài)范圍，高精度對數(shù)-線性功率檢測；其中，待檢測的功率信號送入整流器，整流器(1)實(shí)現(xiàn)對輸入信號電壓值平方的轉(zhuǎn)換，并輸出一個(gè)與其成正比的電流信號I；此電流信號再送入跨阻放大器(2)，轉(zhuǎn)化為電壓信號V1，此電壓信號V1通過電平調(diào)整電路(3)調(diào)整到適合比較器(4)工作的比較電平；比較器(4)的另一輸入來自一個(gè)RC周期性的充放電電路(6)，此電壓與時(shí)間滿足指數(shù)關(guān)系，通過此RC充放電電壓與上述檢測電壓值比較，得到一系列脈沖波V4，此脈沖波的脈寬即反映了信號功率大小；將此脈寬作為后續(xù)數(shù)字模塊(5)的計(jì)數(shù)使能端，其計(jì)數(shù)值即反映了所檢測信號的功率大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻信號功率檢測電路，其特征在于采用整流器，形成電壓 與電流的平方轉(zhuǎn)換關(guān)系，將信號功率大小轉(zhuǎn)換為與之成正比的電流大??；實(shí)現(xiàn)了功率的檢 測；它由二極管整流實(shí)現(xiàn)，或者由MOS器件的平方律實(shí)現(xiàn)，或者由MOS器件的亞閾值特性實(shí) 現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻信號功率檢測電路，其特征在于使用可編程的跨阻放大 器，實(shí)現(xiàn)了功率檢測的動態(tài)范圍的擴(kuò)展；它通過電阻反饋實(shí)現(xiàn)，或者通過電容反饋實(shí)現(xiàn)，或 者通過共基或共柵放大器實(shí)現(xiàn)；編程辦法為對負(fù)載編程，或者為對運(yùn)放編程。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種射頻信號功率檢測電路。其包括整流器、增益可變的跨阻放大器、電平調(diào)整電路、高精度比較器、計(jì)數(shù)器與自動增益控制電路、RC校準(zhǔn)電路和時(shí)鐘產(chǎn)生和控制電路。本發(fā)明中的功率檢測電路通過電壓檢測實(shí)現(xiàn)了射頻信號功率檢測的功能，并根據(jù)輸入信號功率大小實(shí)現(xiàn)對檢測電路動態(tài)范圍的編程調(diào)節(jié)與控制。為了實(shí)現(xiàn)高精度和高動態(tài)范圍，其中的RC充放電電路配有專門的RC校準(zhǔn)電路。時(shí)鐘產(chǎn)生電路用于控制比較器、RC充放電電路、RC校準(zhǔn)電路及計(jì)數(shù)器與增益控制電路工作。由于在功率檢測電路中加入了RC充放電電路、RC校準(zhǔn)電路、自動增益控制電路，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了射頻信號的高動態(tài)范圍、高精度的對數(shù)-線性功率檢測。
文檔編號G01R21/00GK101819229SQ20101016247
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者王肖, 談熙, 閆娜, 閔昊, 黃烈超 申請人:復(fù)旦大學(xué)