CN101688889B - 带波峰因数测量的rf检测器 - Google Patents

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Abstract

一种RF检测器，其被配置成提供两个输出，一个是RF输入信号的真实RMS功率水平的函数，另一个是对平均功率水平标准化的RF输入信号的瞬时/峰值功率的函数。该RF检测器包括可变增益检测子系统，该子系统包括提供RF输入信号功率水平表达的单一检测器或检测器阵列。该检测器或检测器阵列对RF检测器的RMS功率检测信道和瞬时/峰值功率检测信道两者是共同的。RF检测方法包括以不同的增益水平提供RF输入信号的表达，选择一个或多个表达，以及计算选定信号的平均值。调整选定表达的增益水平提供关于RF输入信号平均功率水平的信息。

Description

带波峰因数测量的RF检测器
相关申请
这份申请要求2007年5月14日以“RF Detector(RF检测器)”为题申请的美国专利临时申请第60/930,120号的优先权，在此通过引证将该临时申请全部并入。
发明领域
本发明一般地涉及RF检测器，更具体地说，涉及能够提供RF信号的平均功率水平和瞬时或峰值功率水平的指示的RF检测器。
背景技术
有许多需要测量射频(RF)信号的峰值和/或平均功率水平的应用。举例来说，在现代无线通信系统(例如，蜂巢式电话网络)的发射链和接收链中RF信号的功率测量和控制可能是必要的。为了有效地使用可用的带宽，在这些系统中传输的信号可能是使用复杂的调制标准(例如，CDMA、WCDMA或WiMax)调制的。这些复杂的调制信号有随时间改变的波峰因数(该波峰因数定义为信号的峰值功率与平均功率之比)，如果使用采用二极管检测或连续放大的传统功率检测器测量信号功率将造成不可容忍的误差。
表征调制信号的传统技术取决于计算平均功率和瞬时或峰值功率的输入信号并行处理。举例来说，参照图1A，接线端102处的单一RF输入信号经包迹检测器或峰值检测器104处理，产生瞬时功率/峰值功率输出a，而且经平均功率检测器106处理，产生平均功率输出b。图1B举例说明这种方法的变化，其中RF输入信号最初使用功率包迹检测器112处理，然后使用求平均线路114处理产生平均功率输出b，而且使用缓冲/峰值检测器104产生瞬时/峰值功率输出a。
在某些情况下，测量RF信号的波峰因数和获得关于信号波形的信息是令人想要的。波峰因数的计算需要平均功率信息和峰值功率信息。再一次参照图1A，依照，举例来说，美国专利第5,220,276号的讨论，传统技术在并行处理RF输入信号确定峰值功率a和平均的功率b之后使用除法器108计算波峰因数。除法器108计算峰值检测器104输出(a)与平均功率输出b之比，从而导致接线端110的输出信号(b/a)，该信号是输入信号波峰因数的表达。当包迹检测器用来代替峰值检测器的时候，除法器提供对平均功率标准化的瞬时功率输出信号；即，瞬时功率与平均功率之比。
使用并行处理技术的RF检测器的缺点是要求RF耦合器(未展示)在输入端102驱动两个信道，平均功率检测信道和包迹功率或峰值功率检测信道。除此之外，因为将不同的检测器(104和106)用于两个不同的检测信道，所以在两个信道之间可能存在元器件程序和温度变化，这将降低测量(尤其是波峰因数测量)的精度。为了抵偿两个信道之间的这种差异，使电路匹配可能是必要的，因此增加系统的复杂性和成本。另一个缺点是可能要求除法器108依据平均功率检测信道的输出特性和包迹功率或峰值功率检测信道的输出特性处理非线性计算。除此之外，因为除法器的任何误差会危及波峰因数测量，所以精确的、有可能复杂而昂贵的除法器可能是必需的。
有多种市售的平均功率检测器可以用于图1A和1B所示的系统。平均功率检测器的一个范例是RMS-DC转换器。RMS-DC转换器用来将AC(随时间改变的)输入信号的RMS(均方根)值转换成DC(或准DC)电流或电压。RMS-DC转换器能够测量与信号波形或波峰因数无关的RF信号RMS功率。使用反馈控制环技术的宽动态范围平均功率检测器是市场上买得到的。
举例来说，参照图2，举例说明将平方RF检测器206与可变刻度因子和反馈控制环合并的RMS-DC转换器200的方框图。该RMS-DC转换器在接线端202接收RF输入V输入并且在接线端204提供代表输入信号平均功率的信号。平方RF检测器206响应在控制端口208收到的比例因子控制信号V比例，在输出端口210提供输出电压V输出，该输出电压是按控制信号的单调函数缩放的RF输入信号的平方表达。因此，平方RF检测器206的输出用下式给出：
V输出＝|V输入|2*f{V比例)(1)
平均功率检测反馈环的第二要素是积分器210，该积分器有与平方RF检测器206的输出端口209耦合的输入端口212、接收参考信号214的参考端口213和与平方RF检测器206的控制端口208耦合的输出端口216。积分器210的输出端口216还与RMS-DC转换器200的接线端204耦合。积分器210配置成整合平方RF检测器206的输出V输出和参考信号214之间的差值，调整平方RF检测器的比例因子直到平方RF检测器的平均输出信号和参考信号相等，因此造成反馈控制环。这个反馈环迫使平方RF检测器206工作在受控的输出工作点。举例来说，在接线端202收到的RF输入信号功率下降将导致积分器210的消极积分，迫使平方RF检测器206放大该输入信号以保持平方RF检测器的平均输出V输出在恒定点。因为反馈控制环的这种相互作用，所以平方RF检测器206的比例因子控制信号V比例将随着RF输入信号V输入的平均值改变，从而提供这个RF输入信号平均功率的表达。这样的或相似的RMS-DC转换器的一些范例是在美国专利第6,348,829、6,429,720和6,437,630号中揭示的。
单一检测器平均功率或峰值功率检测方案(例如，图1A和1B举例说明的那些)有减少动态范围的缺点，举例来说，在高频集成电路检测器设计中减少大约35分贝。使用反馈控制环技术的平均功率检测器(例如，前面讨论过的图2举例说明的那个检测器)能实现大得多的动态范围，取决于反馈控制环的缩放函数落实。举例来说，动态范围超过75分贝的平均功率检测器是市场上买得到的。然而，在测量峰值/包迹功率和平均功率的系统(例如，图1A举例说明的系统)中，标准化的瞬时功率输出或峰值功率输出将受包迹功率或峰值功率检测方案较低的性能(动态范围)限制。除此之外，单一检测器包迹功率或峰值功率检测方案还高度地取决于输入RF频率，该频率在许多应用中可能不是令人想要的。
发明内容
本发明的各个方面和实施方案指向宽-动态范围RF检测器，该检测器接受调制的或非调制的RF输入信号并且提供依照RF输入信号电压的对数的RMS值的准线形函数改变的输出。换句话说，该RF检测器提供随着按RF输入信号的分贝数实测的RMS电压呈线性(或几乎线性)改变的输出。该RF检测器也能提供代表RF输入信号的瞬时或峰值功率水平的对信号的平均功率标准化的第二输出。该RF检测器的实施方案将单一检测器阵列用于平均(例如，RMS)功率检测和瞬时/峰值功率检测两者，借此消除采用传统的系统可能存在的上面讨论过的一些元器件程序和/或温度易变的问题。除此之外，该RF检测器的实施方案实现了增大输入动态范围和对平均功率将实测的瞬时/峰值功率标准化的反馈控制环，借此取消对精确除法器的需求。因此，依照下面的进一步讨论，依照本发明的各个方面和实施方案的RF检测器线路可以用来在宽广的输入功率水平和调制复杂性范围内提供RF信号的平均功率水平、标准化的瞬时功率水平和峰值功率与平均功率之比(波峰因数)的精确指示。
依照一个实施方案，功率检测器包括配置成接收输入信号的输入端；与输入端耦合的变增益检测子系统，该子系统检测输入信号并且提供检测器输出信号；与变增益检测子系统耦合的积分器，该积分器配置成接收检测器输出信号和参考信号并且提供代表输入信号的平均功率水平的积分器输出信号；以及与检测器子系统耦合的瞬时功率处理装置，该处理装置被配置成接收检测器输出信号并且在该功率检测器的输出端提供瞬时功率输出信号，该信号代表对输入信号的平均功率水平标准化的输入信号的瞬时功率水平，其中变增益检测子系统配置成接收积分器输出信号并且将检测器输出信号调整到接近参考信号的水平。
在功率检测器的一个范例中，可变增益检测子系统包括至少一个平方检测器。该可变增益检测子系统可能进一步包括接在输入端和那至少一个平方检测器之间的可变增益放大器，其中可变增益放大器配置成接收积分器输出信号并且提供放大的输出信号，其中可变增益放大器是这样配置的，以致可变增益放大器的增益受积分器输出信号控制，而平方检测器被配置成接收放大的输出信号。在另一个范例中，可变增益检测子系统包括配置成依据输入信号提供众多增益抽头信号的增益级；配置成接收众多增益抽头信号并且提供对应的众多检测器抽头信号的众多检测器；以及用来从响应控制信号的众多检测器抽头信号当中选择至少一个检测器抽头信号并且提供至少一个选定的检测器抽头信号作为检测器输出信号的装置，其中控制信号是积分器输出信号的函数。
在另一个范例中，可变增益检测子系统包括配置成提供第一组众多增益抽头信号的串联连接的第一系列增益级；配置成提供第二组众多增益抽头信号的串联连接的第二系列增益级；以及与第一和第二系列增益级耦合的众多乘法器，其中每个乘法器都配置成将第一组众多增益抽头信号当中相应的一个增益抽头信号与第二组众多增益抽头信号当中相应的一个增益抽头信号相乘提供众多平方信号。在另一个范例中，可变增益检测子系统包括配置成依据输入信号提供众多增益抽头信号的增益级；配置成接收众多增益抽头信号并且提供对应的众多检测器抽头信号的众多检测器；以及接在众多检测器和积分器之间和众多检测器和瞬时功率处理装置之间的内插器，其中内插器配置成接收众多检测器抽头信号、选择至少一个检测器抽头信号并且提供作为那至少一个选定的检测器抽头信号的函数的内插器输出信号，其中积分器和瞬时功率处理装置收到的检测器输出信号包含内插器输出信号。内插器可能配置成至少从在其平方律区域中操作的那些检测器选择检测器抽头信号。内插器输出信号可能是选定的检测器抽头信号的加权和的函数。在另一个范例中，增益级包括配置成将输入信号放大提供众多放大信号的串联连接的众多放大器；其中众多增益抽头信号包含众多放大信号。该增益级也可能包括配置成衰减输入信号提供众多衰减信号的众多衰减器，而众多增益抽头信号可能包含众多放大信号和众多衰减信号。内插器可能包括众多内插器级，每个内插器级都配置成接收众多检测器抽头信号当中相应的检测器抽头信号、单独固定的偏置参考信号和公用的控制信号，其中公用的控制信号起源于积分器输出信号。在一个范例中，每个内插器级包括可控制的电流放大器，其中可控制的电流放大器的增益是单独固定的偏置参考信号和公用的控制信号的函数。
在功率检测器的一个范例中，瞬时功率处理装置包括过滤检测器输出信号的低通滤波器。低通滤波器可能有时间常数，该时间常数小于积分器的输出时间常数。在另一个范例中，瞬时功率处理装置包括放大检测器输出信号的放大器。在进一步的范例中，瞬时功率处理装置包括峰值检测器，而且峰值检测器输出信号代表对输入信号的平均功率水平标准化的输入信号的峰值功率水平。该瞬时功率处理装置还可能包括比较器和输出区段，其中比较器配置成接收检测器输出信号和参考信号并且以检测器输出信号和参考信号之间的相减过程为基础产生误差信号，而输出区段配置成接收误差信号并且提供瞬时功率输出信号。在一个范例中，输出区段包括输出缓冲器，该输出缓冲器可能是实现晶体管输出放大器的。在另一个范例中，输出区段包括提供峰值检测器输出信号的峰值检测器，其中峰值检测器输出信号代表对输入信号平均功率水平标准化的输入信号峰值功率水平。峰值检测器可能是使用与电容器耦合的晶体管输出放大器实现的，其中电容器储存代表峰值检测器输出端的峰值信号水平的电压。
功率检测器的另一个范例包括配置成提供DC参考偏置输出信号的至少部分复制瞬时功率处理装置和配置成接收DC参考偏置信号和瞬时功率输出信号并且将DC参考偏置信号从瞬时功率输出信号中减去产生经DC偏移量调整的瞬时功率输出信号的加法器，其中在功率检测器的输出端提供的信号包括经调整的瞬时功率输出信号，该信号代表对输入信号的平均功率水平标准化的输入信号瞬时功率水平。在另一个范例中，瞬时功率处理装置包括峰值检测器，而且在功率检测器的输出端提供的信号包括经调整的峰值检测器输出信号，该信号代表对输入信号的平均功率水平标准化的输入信号峰值功率水平。
另一个方面指向功率检测方法，该方法包括接收输入信号，检测输入信号的功率水平提供被检信号，将被检信号与参考信号进行比较提供误差信号，整合误差信号提供代表输入信号平均功率水平的积分器输出信号，提供响应被检信号的瞬时功率输出信号(该瞬时功率输出信号代表对输入信号的平均功率水平标准化的输入信号瞬时功率水平)，以及将被检信号调整到接近参考信号的水平。在一个范例中，检测输入信号的水平包括计算输入信号的平方。该方法可能进一步包括用可变增益放大器放大输入信号提供放大信号和响应积分器输出信号调整可变增益放大器的增益，其中检测输入信号的水平包括检测放大信号的水平。在一个范例中，提供瞬时功率输出信号包括检测被检信号峰值和提供对输入信号平均功率水平标准化的峰值功率输出信号。在另一个范例中，提供瞬时功率输出信号包括将被检信号与第二参考信号进行比较提供第二误差信号，过滤和缓冲第二误差信号提供瞬时功率输出信号。
依照另一方面，功率检测方法包括以不同的增益水平提供众多输入信号表达，检测众多输入信号表达提供对应的众多被检信号，选择至少一个被检信号提供至少一个选定信号，计算那至少一个选定信号的平均值提供平均信号，以平均信号为基础提供代表输入信号平均功率水平的积分器输出信号，以及以那至少一个选定信号为基础提供代表输入信号瞬时功率水平的对输入信号平均功率水平标准化的瞬时功率输出信号。在一个范例中，提供众多输入信号表达进一步包括衰减输入信号提供众多衰减信号；而且其中众多输入信号的表达进一步包括众多衰减信号。在另一个范例中，选择至少一个被检信号包括在众多被检信号之间插值提供至少两个选定信号，给那至少两个选定信号加权提供至少两个加权信号，以及计算那至少两个加权信号之和提供内插器输出信号。在另一个范例中，选择至少一个被检信号包括从在其平方律区域中操作的检测器选择那些检测器信号。在一个范例中，检测众多输入信号的表达包括计算众多输入信号表达的平方，而提供对应的众多被检信号包括提供对应的众多平方信号。在另一个范例中，提供瞬时功率输出信号可能包括检测被检信号的峰值和提供对输入信号的平均功率水平标准化的峰值功率输出信号。
依照另一方面，功率检测方法包括依据输入信号产生一系列增益抽头信号；计算每个增益抽头信号的平方并给每个增益抽头信号加权，借此产生一系列加权的输出信号；计算加权输出信号的总和，借此产生相加的输出信号；以相加的输出信号为基础提供代表输入信号平均功率水平的积分器输出信号；以及响应相加的输出信号提供代表输入信号的瞬时功率水平的对输入信号的平均功率水平标准化的瞬时功率输出信号。
另外一些方面、实施方案和这些可仿效的方面和实施方案的优势将在下面详细地讨论。此外，人们将理解前面的信息和下面的详细描述只是各种不同的方面和实施方案的说明性范例，而且倾向于为理解要索赔的方面和实施方案的类型和特征提供综述或架构。附图被包括在内，为的是提供例证和进一步理解各种不同的方面和实施方案，并且被合并在这份说明书之中构成这份说明书的一部份。这些图画和这份说明书的其余部分用来解释所描述的并提出权利要求的方面和实施方案的原则和操作。
附图说明
至少一个实施方案的各种不同的方面将在下面参照附图进行讨论。在这些不打算依比例绘制的附图中，以各种不同的图画举例的每个同一的或几乎同一的组成部分是用相似的数字表示的。为了清楚，并非每个组成部分都被标注在每幅图画中。这些附图是为举例说明和解释准备的，不倾向于作为对本发明的限制。在这些附图中：
图1A是用来测量输入信号的波峰因数的一个传统系统范例的方框图；
图1B是传统检测器系统的另一个范例的方框图；
图2是一个传统的RMS-DC转换器范例的方框图；
图3是依照本发明诸方面的RF检测器的方框图；
图4是依照本发明的诸方面在某个RF检测器实施方案的瞬时/峰值检测信道中另一种组成部分排列范例的方框图；
图5是依照本发明的诸方面图解一个RF检测器范例的方框图；
图6是依照本发明的诸方面图解另一个RF检测器范例的方框图；
图7是依照本发明的诸方面举例说明RF检测方法的一个范例的流程图；
图8是依照本发明的诸方面图解另一个RF检测器范例的方框图；
图9是依照本发明的诸方面图解可变增益检测子系统的一个范例的方框图；
图10是依照本发明的诸方面图解另一个RF检测器范例的方框图；
图11是依照本发明的诸方面包括内插器范例的RF检测器部分的另一个范例的方框图；
图12是依照本发明的诸方面图解一个内插器范例的图表；
图13是依照本发明的诸方面图解另一个RF检测器范例的方框图；
图14是依照本发明的诸方面图解瞬时功率处理区段和输出缓冲器的一个范例的线路图；
图15A是依照本发明的诸方面在某个RF检测器实施方案的瞬时功率输出端提供的输出信号范例的例证；
图15B是与图15A举例说明的输出信号相对应的RF输入信号范例的例证；
图16是依照本发明的诸方面图解另一个RF检测器范例的方框图；
图17是依照本发明的诸方面瞬时功率处理区段和输出峰值检测器范例的线路图；
图18是依照本发明的诸方面可变增益检测子系统部分的范例方框图；
图19是依照本发明的诸方面另一个RF检测器范例的方框图；
图20是依照本发明的诸方面另一个RF检测器范例的方框图。
具体实施方式
有各式各样的应用，在这些应用中提供RF信号的真实的RMS(均方根)功率和瞬时或峰值功率指示的精确测量或表达可能是有利的。举例来说，在通信系统中信号功率水平测量可能用来提供接收信号强度指示(RSSI)和/或发射器信号强度指示(TSSI)。这些信号功率测量也可能用于RF功率放大器效率控制、接收器自动增益控制和/或发射器功率控制。依照前面的讨论，一些系统涉及复杂的调制信号(例如，CDMA、WCDMA或WiMAX无线通信系统)。这些系统可能受益于与调制方案无关的精确的平均功率信息。在一些通信系统中，瞬时或峰值功率水平信息与RMS平均功率水平信息组合对于避免信号处理链的组成部分饱和可能是必不可少的。为了精确地设定功率放大器适于权衡有效功率和直线性的操作条件，一些自适应功率放大器偏置技术可能也需要或受益于波峰因数知识。
因此，本发明的各个方面和实施方案指向宽动态范围的RF检测器，该RF检测器除了能够提供真实的RMS功率水平之外还能够提供RF输入信号的对平均功率水平标准化的瞬时或峰值功率水平的指示。依照前面的讨论，反馈环控制可以用于宽动态范围的平均功率检测。该RF检测器可以提供RF输入信号的平均有效功率的精确指示，与信号形状或波峰因数无关，并因此与应用于RF输入信号的调制方案无关。除此之外，该RF检测器可以提供反映输入RF调制包迹的标准化的瞬时功率检测，下面将进一步讨论。
人们将领会到在此讨论的方法和装置的实施方案在应用方面不局限于在下面的描述中陈述的或在附图中举例说明的装置的构造和安排的细节。这些方法和装置能够在其他的实施方案中落实而且能够以各种不同的方式实践或实施。特定落实的范例在此只是为举例说明准备的并且不倾向于作为限制。具体地说，结合任何一个或多个实施方案讨论的行为、要素和特征不倾向于在任何其他的实施方案中排斥相似的作用。另外，在此使用的措辞和术语是为了描述而不应该被视为限制。在此使用的“包括”、“组成”“有”、“包含”、“涉及”及其变化意味着囊括其后列出的项目及其等同项目以及附加项目。
参照图3，举例说明依照本发明诸方面的一个RF检测器范例的方框图。该RF检测器在RF输入接线端302接收RF输入信号。这个输入信号经可变增益检测子系统304处理后，在线路306上提供功率检测器输出信号。线路306上的检测器输出水平和RF输入功率水平之间的比例因子受线路318上提供的比例因子控制信号控制，下面将进一步讨论。人们将领会到可变增益检测子系统304可以以多种方式实现，至少其中一些将在下面更详细地讨论。举例来说，在一个实施方案中，可变增益检测子系统可能包括平方RF检测器单元(或这样的单元阵列)以及调整检测器单元的比例因子的电路，如图5所示。在另一个实施方案中，可变增益检测器子系统304可能包括先于平方RF检测器单元330的可变增益放大器328，如图6所示。在另一个实施方案中，可变增益检测子系统可以按不同的增益水平提供该RF输入信号功率水平的众多表达，而这些表达可以经检测区段处理和缩放(或在检测期间或之后)以及求和之后在线路306上提供检测器输出信号，下面将进一步讨论。
依照一个实施方案，线路306上的检测器输出信号可能提供给平均功率检测路径，该路径提供代表加到RF输入接线端302的RF输入信号的真实均方或均方根(RMS)水平的输出308。线路306上检测器输出信号的从属副本被提供给瞬时或峰值功率检测路径，该路径提供代表RF输入信号的瞬时或峰值功率水平的输出310，也将在下面进一步讨论。输出端308在此被称为RMS输出端308，而在那里提供的信号被称为RMS输出信号。然而，人们将领会到在输出端308提供的信号可能是RF输入的均方水平表达，而非RMS水平表达。同样地，输出端310在此被称为瞬时功率输出端310，而在那里提供的信号被称为瞬时功率信号。然而，人们将领会到：在一些范例中，输出端310提供的信号可能代表RF输入信号的峰值(而非瞬时)功率水平，下面将进一步讨论。瞬时功率输出310是对RF信号的平均功率标准化的。在一个实施方案中，瞬时功率输出310以这样的方式追随RF输入信号的任何调幅，以致瞬时功率输出端上的信号摆幅将随着调制后的RF输入信号的瞬时功率改变，下面将进一步讨论。
仍然参照图3，该平均功率检测路径包括积分器312，该积分器计算在线路306上收到的检测器输出信号的平均值，因此在RMS输出端308提供代表加到RF输入接线端302上的RF输入信号的平均功率的信号。在一个实施方案中，该平均功率检测路径包括比较器314，该比较器将从可变增益检测子系统304收到的信号(在线路306上)与基准发生器346(见图8)提供的固定的参考信号Iref1进行比较。该比较器可以以多种熟悉这项技术的人已知的方式实现，包括但不限于：通过将收到的检测器输出信号从参考信号中减去(反之亦然)产生误差信号的减法器。积分器312可能响应在线路316上由比较器314提供的误差信号。该积分器可能是作为模拟电路或作为数字式累加器实现的，在前者的情况下它的输出将连续地改变，而在后者的情况下它的输出将作为二进制数据流以不连续的步骤中改变，而RMS输出端308和提供缩放控制信号的线路318可能代表数字总线。人们还将领会到虽然比较器314在图3中被图示为与积分器312分开的部件，但是比较器314可以与积分器312集成到单一部件区段之中，而且积分器312可以对检测器输出信号(在线路306上)和参考信号Iref1作出响应。RMS输出信号可以在线路318上提供给可变增益检测子系统304的控制输入端以调整可变增益检测子系统的比例因子，下面将进一步讨论。因此，积分器312(包括比较器314)与可变增益检测子系统304一起形成反馈控制环，调整可变增益检测子系统的比例因子，直到线路306上的平均检测器输出信号与参考信号Iref1近似相等，下面将进一步讨论。可变增益检测子系统304的比例因子控制是线路318上提供的信号的单调函数，例如，线性函数、平方函数或指数函数。这个函数可以以连续的(模拟)方式实现或在不连续的步骤中实现，依照前面的讨论，在后一种情况线路318可能代表数字控制总线。
如图3所示，瞬时功率检测路径包括瞬时功率处理区段320和输出区段322。依照前面的讨论，在一个实施方案中，在线路306上来自可变增益检测子系统304的检测器输出信号的从属副本被送给瞬时功率处理区段320，其输出经由输出区段322提供给瞬时功率输出端310。因为上面讨论过的反馈控制环，线路306上检测器输出信号的平均值等于参考信号Iref1，从而导致该检测器输出信号代表对RF输入信号平均功率标准化的RF输入信号瞬时功率。这个信号的从属副本可以经瞬时功率处理区段320和输出区段322缓冲、缩放和滤波(按任何次序)产生对平均功率标准化的瞬时功率输出。
仍然参照图3，处理区段320的瞬时功率可能配置成缩放和/或过滤和/或电平移动检测器输出信号。在一个范例中，瞬时功率处理区段配置成对线路306上收到的检测器输出信号进行低通滤波。滤波对于在保存RF输入信号调制包迹的同时除去在线路306上可能出现在可变增益检测子系统304的输出端的RF频率纹波可能是有用的。该瞬时功率处理区段可能进一步对基准发生器346(见图8)提供的第二参考信号Iref2作出反应，而且可能被配置成使用比较器324将线路306上收到的检测器输出信号与参考信号Iref2进行比较。比较器324的操作可能考虑到关于检测器输出信号的电平移动操作。输出区段322对瞬时功率处理区段320的输出作出反应。在一个范例中，输出区段322包括输出缓冲器，其中瞬时功率处理区段320的输出用该输出缓冲器缓冲，产生输出310，该输出代表对RF输入信号平均功率标准化的RF输入信号瞬时功率水平，下面将进一步讨论。在另一个范例中，输出区段322包括峰值检测器，该峰值检测器可能用来产生对RF输入信号平均功率标准化的RF输入信号峰值功率表达(也被定义为RF输入信号的波峰因数)，也将在下面进一步讨论。
如上所述，检测器输出信号的缓冲、缩放和/或滤波可以按任何次序完成。举例来说，如图4所示，来自线路306的检测器输出信号可能先用瞬时功率处理区段320的区段326滤波和非必选地放大或依增益按比例缩放，然后在被输出区段322缓冲之前在比较器324中与参考信号Iref2进行比较。除此之外，人们将领会到加到比较器324上的参考信号Iref2的数值可能与用于平均功率检测信道的参考信号Iref1的数值相同或不同。此外，在一些范例中，Iref1可能被送到瞬时功率处理区段320(和第一积分器312)，而不是产生分开的第二信号Iref2。
再一次参照图3，依照前面的讨论，输出区段322可能包括峰值检测器，该峰值检测器可能用来产生对平均功率标准化的峰值功率输出并因此提供RF输入信号的波峰因数测量结果。类似于瞬时功率检测配置，滤波对于在保存输入调制包迹和改善波峰因数精度的同时除去存在于可变增益检测子系统304的输出端的RF频率纹波也许是有用的。依照前面的讨论，传统的系统提供波峰因数测量并因此需要平均功率测量和峰值功率测量，实现RF输入信号的并行处理而且可能因此有若干缺点，例如，部分之间的变化，温度变化和在两个检测信道上动态范围容量不同，以及需要精确计算波峰因数的除法器。图3举例说明的那种RF检测器(或其变化)可以通过以最小的附加复杂性占绝对优势地采用有反馈控制环的宽动态范围平均功率检测器的元器件迎接与传统RF检测器相关联的挑战。增加瞬时/峰值功率输出310可以依照上面的讨论这样实现，即，仅仅使用用于平均功率检测信道的检测器输出信号从属副本；非必选地包括一些增益/滤波部件以及缓冲器和/或峰值检测器。此外，检测器输出信号的从属副本可能只一直工作到输入信号调制带宽频率(举例来说，大约40兆赫)，而不是输入RF频率，这可以简化瞬时功率处理区段320和/或输出区段322所需的元器件。
依照前面的讨论，RF检测器可以采用可变增益检测子系统区段304的各种不同的实施方案来实现。举例来说，参照图6，在一个实施方案中，输入接线端302的RF输入信号可能被送给可变增益放大器328。在线路318上来自积分器312的输出端的反馈信号可能用来控制可变增益放大器的增益。通过调整线路318上的反馈信号扫过可变增益放大器328的增益范围，RF输入信号的表达可以在继续地变化的增益水平下获得。可变增益放大器328的输出可以传送到平方检测器330，后者在线路306上提供检测器输出信号。依照前面的讨论，因为有反馈控制环，线路306上的检测器输出信号的平均值被送去与参考信号Iref1近似匹配，所以当RMS输出信号(该信号是在线路318上送回的)选择将导致线路306上的检测器输出信号近似等于参考信号Iref1的可变增益放大器328的增益水平的时候，该系统可以实现稳定状态。当然，人们将领会到增益或电平移动可能是在线路306上提供的(未展示)，以致检测器输出信号被驱动到不同于参考信号Iref1的水平，两者相差的倍数等于加到线路306上的增益或电平移动。
也如同图6举例说明的那样，在另一个实施方案中，RF检测器可能包括附加的平方检测器332，该平方检测器可以用来产生参考信号Iref1和Iref2。以这种方式，平方检测器330的程序和/或温度变化在比较器314和324的比较(或相减)操作中可以被抵消。
在另一个实施方案中，可变增益检测子系统304包括有受偏置控制电路331控制的可变平方增益的平方检测器330，如图5所示。依照上面的讨论，输入接线端302的RF输入信号被送到平方检测器330，后者在线路306上提供检测器输出信号。平方检测器330可能包括一个或多个平方律检测器单元。在这个实施方案中，线路318上的缩放控制反馈信号驱动偏置控制电路331，后者通过调整通过包括在平方检测器330之中的平方律检测器单元的偏置电流改变平方检测器330的平方增益。线路306上的检测器输出信号用来以与前面参照图3和6讨论过的方式驱动缩放控制反馈环。在一个范例中，偏置控制电路331可能还调整通过图6所示的附加参考平方检测器332的偏置电流Iref1和Iref2。
RF检测器可以用来实现各种不同的RF检测方法。一个范例RF检测方法的流程图展示在图7中。该RF检测方法的各个方面和实施方案将在下面继续结合图7进行讨论。
在一个实施方案中，第一个步骤502包括以不同的增益水平提供RF输入信号的表达。依照前面的讨论，从RF输入接线端302输入RF检测器的RF信号可以经可变增益检测子系统304处理，按不同的增益水平产生该RF输入信号的多种表达。
依照一个实施方案，RF检测器的可变增益检测子系统304包括增益级334，该增益级包括一系列放大RF输入信号的放大器336的和一系列衰减RF输入信号的衰减器338，如图8所示。人们将领会到本发明不局限于所包括的放大器和衰减器，也不局限于包括相等数目的放大器和衰减器。而是，RF检测器的实施方案所包括的放大器和/或衰减器可能有任何数目和任何组合。通过把输入接线端302的输入RF信号加给一系列放大器336和衰减器338，能产生RF输入信号按特定的增益量彼此分开的众多抽头。这些抽头在此被称为输入信号的RF“增益抽头”。人们将领会到在此使用的术语“增益”指的是正增益(例如，放大器提供的)和负增益(例如，衰减器提供的)。因此，回到图7，步骤502可能包括放大RF输入信号以不同的放大水平提供增益抽头(步骤504)和减弱RF输入信号以不同的衰减水平提供增益抽头(步骤506)。
再一次参照图8，依照一个实施方案，可变增益检测子系统304还包括含有众多检测器342的检测器阵列340。在一个范例中，一个检测器342是为一系列放大器336中的每个放大器和一系列提供给衰减器338中的每个衰减器准备的，以便在其输出端检测信号水平。来自检测器342的输出可能被送给内插器344，该内插器被配置成选择那一个或多个正在或最接近于最佳平方律区域工作的检测器的输出，下面将进一步讨论。内插器344在线路306上提供检测器输出电流I输出，该电流是来自选定的检测器342的组合输出的函数。在增益和检测器子系统304的放大器链336和/或衰减器链338中选定的输出位置可能提供代表RF输入的平均功率水平的信息，下面将进一步讨论。该内插器可能还包括接收在线路318上来自RMS输出端308的反馈信号的控制输入端348，下面将进一步讨论。
参照图9，举例说明可变增益检测子系统304的一个范例的方框图。依照上面的讨论，可变增益检测子系统304包括增益级334，该增益级可能包括放大器链336和衰减器链338。在列举的范例中，衰减器链338是作为电阻器链实现的。然而，人们将领会到本发明不受这样的限制，可以使用熟悉这项技术的人已知的其他的衰减器要素。在一个范例中，放大器链336中的每个放大器可能具有相同的增益，举例来说，X分贝。同样，一系列衰减器338中每个衰减器可能提供相同水平的衰减，举例来说，X分贝衰减(或-X分贝增益)。在这个范例中，RF输入信号被连续地通过每个放大器和衰减器递送，如图9所示。假定在放大器链336中有N个放大器，每个放大器有X分贝的增益，而在衰减器链338中有M个衰减器，每个衰减器有-X分贝的增益，那么包括中立点，共有用X分贝按顺序分开的(M+N+1)个增益抽头。作为替代，放大器和/或衰减器可能有不同的增益而且，依据增益数值和把RF输入信号加给每个放大器和/或衰减器的方式，可能产生若干个用相同或不同的增益量按顺序分开的增益抽头。
举例来说，参照图10，举例说明RF检测器的另一个范例，其中增益级334包括众多放大器336k，每个放大器有数倍于X(例如，aX、bX、cX、......、nX)分贝的增益。增益系数(a、b、c、...、n)可能是整数或非整数系数。依照前面的讨论，增益级334可能包括放大器和/或衰减器的任何组合，所以图10所示的范例不倾向于作为限制，增益级334可能另外(或作为替代)包括若干个衰减器，每个衰减器有数倍于-X分贝的增益。如图10所示，在这个范例中，RF输入信号被加给每个放大器336k，这些放大器是并联的而不是串联的(如同在图13所示的范例中)。因此，如果有N个放大器336k而且如果增益系数(a、b、c、...、n)是继续的整数(例如，1、2、3、等等)，那么增益级334将产生用X分贝按顺序分开的N个增益抽头。
在一个实施方案中，增益级334的每个增益要素(放大器和/或衰减器)是以不同方式实现的。然而，人们将领会到本发明不受这样的限制，单端落实也是可能的。再一次参照图9，在列举的范例中，每个增益抽头在驱动检测器阵列340之前被缓冲(使用缓冲器350)。抽头分离可以使用适当的偏置技术在温度、馈电和程序变化期间稳定下来。人们将领会到，虽然缓冲器350在图9中被举例说明为与放大器336链和衰减器338链包括在一起，但是本发明不受这样的限制，而且缓冲器350可以考虑改为跟在增益级334后面。
如图7所示，下一个步骤508可以包括检测增益级334产生的每一个增益抽头。依照一个实施方案，来自放大器链336和衰减器链338的每个经缓冲的增益抽头都驱动检测器342，后者提供(示差或单端)输出电流。因此，检测器阵列340产生(M+N+1)个电流输出送到内插器344。同样，在图10所示的范例中，检测器阵列340产生N个电流输出送到内插器344。人们将领会到虽然RF检测器及其元器件的各种不同的输入和输出在此可能被描述为电流或电压，但是本发明不受这样的限制，而且这些输入和/或输出之中任何一个都可以使用熟悉这项技术的人已知的技术轻松地从电压变换成电流，反之亦然。在一个范例中，检测器342是平方检测器，来自每个检测器的输出电流信号可能理想地随着输入电压(即，输入增益抽头)的平方改变。因此，检测增益抽头的步骤508可能包括计算增益抽头的平方。来自检测器阵列340的输出352可能在送给内插器344之前用滤波器354滤波，如图9所示。在一个范例中，滤波器354可能是低通滤波器，用来减少信号上的RF频率波纹。
如同熟悉这项技术的人将辨认出的那样，检测器342可以以各种不同的方式实现，而且可以有固定的或可变的比例因子，下面将进一步讨论。在一个实施方案中，每个检测器342可能是作为共射极三元组单元实现的，该三元组单元可能是为具有用来扩充可以在实践中获得平方律输出电流的输入电压范围的高晶体管比而选定的。同样，可变增益检测子系统334可以以各种不同的方式实现，也在将下面进一步讨论。
再一次参照图7，该方法可能包括在检测步骤508之后的步骤510，该步骤选择RF输入信号的一个或多个经检测(非必选地平方)的表达。所有的检测器342都依照前面的讨论被与不同的信号水平相对应的增益抽头驱使，但是只有少数检测器可能正在它们的最佳平方律区域里操作。在检测器342的输入端大的信号可能将检测器驱动到它的限制区域而非平方律区域。太小的输入信号可能被可能出现在实际的实施方案中的电压偏移量和噪声掩盖。所以，依照前面的讨论，在一个实施方案中，内插器344配置成选择来自那些正在其最佳平方律区域中操作的检测器342的输出电流。选择可能是使用一系列起源于积分器312的输出并在控制输入端348提供给内插器344的固定参考电压和单一控制电压Vconh实现的，下面将进一步讨论。为了获得精确的对数RMS信号水平指示，将来自相邻检测器342的输出作为控制电压Vconh的函数进行平滑的控制好的内插可能是令人想要的。
参照图11，举例说明RF检测器范例的方框图，更详细地展示内插器344的范例。依照前面的讨论，内插器344接受来自可变增益检测子系统304的检测器阵列340的(非必选地经滤波的)输出352并且被配置成从那些输出中选择要相加并在线路306上输出到积分器312和瞬时功率处理区段320的一个或多个输出。依照一个实施方案，内插器344包括一系列内插器级356，每个检测器输出一个级。因此，如果检测器阵列340提供(M+N+1)个输出352，那么内插器344可能包括(M+N+1)个内插器级356。在一个范例中，每个内插器级356有三个输入端，接受检测器的输出(在输入端358)、控制电压Vcont(在控制输入端360)和固定的偏置参考电压(在偏置输入端362)，下面将进一步讨论。也依照下面的更进一步讨论，控制电压Vcont可能起源于积分器312的经缩放或未经缩放的输出。内插器344可能包括偏压发生器364(或与偏压发生器364耦合)，该偏压发生器产生一系列固定的偏置参考电压加到内插器级356上，也将在下面进一步讨论。来自所有内插器级356的输出可能被合并，以便在线路306上提供内插器输出电流I输出(也被称为检测器输出信号)。
依照一个实施方案，内插器级356是作为电流输出端连接在一起的可控制的电流放大器实现的，如图12所示。每个内插器级356都可能在输入端358收到来自检测器输出之一的电流。这个收到的特定量的电流可能被转移到输出线路306上(如I输出)，而内插器级356的控制输入端360(它接受控制电压Vcont)和偏置输入端362可能用来设定内插器级的电流增益。如图12所示，在一个范例中，内插器级356的所有控制输入端360都被接到内插器344的控制电压输入接线端348上。在一个实施方案中，当对于给定的内插器级356，控制电压Vcont接近偏置参考电压Vref的时候，那个级的电流增益可能是最大的，而当Vcont小于或大于Vref的时候，增益可能急剧下降。因此，每个内插器级的电流增益给来自各自的检测器342的电流加权。在一个范例中，每个内插器级356都配置成只有当控制电压在那个级的预定偏置参考电压水平范围内的时候才提供输出。为了(在RMS输出端308提供)精度较高的总RMS功率水平对数指示，每个内插器级356的增益作为控制电压Vcont的函数可能被选定在Vref周围不对称的。
依照前面的讨论，为了提供检测器输出信号I输出，把所有内插器级356的输出相加。每个个别内插器级356都有用给该级的控制电压Vcont和固定偏置参考电压Vrefi之间的差确定的电流增益。因此，那些加给内插器级356的电流增益相对较高的检测器输出电流352被内插器344选中。来自选定的检测器342的电流是用各自的内插器级356的电流增益加权的，因此，内插器的输出电流I输出可以被视为选定的检测器342的输出的加权和。
再一次参照图11和图12，在一个范例中，内插器级356的偏压输入端362被偏压基准发生器364所产生的经缓冲的固定参考电压驱动。缓冲可能是由接在偏压基准发生器364和每个偏压输入端362之间缓冲器366提供的，如图12所示。这些固定的参考电压可能被数量ΔV彼此分开，最低的参考电压值为Vofs。因此，可能有(M+N+1)个参考电压Vrefi，从Vofs开始，连续地递增ΔV，一直到Vofs+(M+N)*ΔV。当然，人们将领会到参考电压Vrefi的序列可能被颠倒过来，以致第一个参考电压Vref1对应于最高电压(Vofs+(M+N)*ΔV)而且参考电压的数值连续地递减ΔV，以致Vref(M+N+1)是最低的电压，等于Vofs。在这个范例中，需要最大增益的最低的RF输入信号可能是用RMS输出端308的最低电压表示的。这些参考电压Vrefi的绝对精度可能直接影响RMS输出端308和瞬时功率输出端310提供的信号精度。如果小心地选择参考电压间隔ΔV，当控制电压Vcont扫过的时候，内插器344的输出(即，在线路306上提供的来自所有内插器级356的组合电流I输出)可能在K乘以最小的检测器抽头电流和K乘以最大的检测器抽头电流之间平滑地改变，其中K是内插器的缩放量。
依照一个实施方案，内插器344可能包括第二类型的内插器级356b，这个类型的内插器级不同于其他可能接受来自用增益级334的最高增益抽头驱动的检测器342的电流的级356。在一个实施方案中，如图12所示，当控制电压Vcont接近固定的偏置参考电压Vrefi的时候，就这个内插器级356b而言，内插器级356b的电流增益可能接近最大值，而且当Vcont大于Vref的时候该增益急剧下降，而当Vcont小于Vref的时候该增益将接近它的最大值。在另一个实施方案中，当控制电压Vcont接近固定的偏置参考电压Vrefi的时候，就这个内插器级356b而言，内插器级356b的电流增益可能接近最大值，而且当Vcont小于Vref的时候，该增益可能急剧下降，而当Vcont大于Vref小的时候，该增益将接近它的最大值。以这种方式，内插器344(在线路306上提供)的输出作为Vcont水平的函数单调地从最小值变化到最大值，而不是在Vcont的最高水平和最低水平都趋向最小值。
依照另一个实施方案，检测器阵列340和内插器344可能被设计成在一起用于RF检测器的实施方案时是有温度稳定性的。温度稳定性可能是使用熟悉这项技术的人已知的有特定的温度特性的精确偏置线路实现的。
再一次参照图8和图9，在可变增益检测子系统304的另一个“温度计”内插器实施方案中，来自检测器342的用信号水平超出该检测器的最佳平方律区域的增益/衰减器链抽头驱动的电流被抑制，但是来自那些在其最佳平方律区域中操作的检测器342的电流与来自那些与信号低于最佳点的抽头点连接的检测器342的受小的偏移量驱动的电流相加。这些偏置诱导的电流可能降低这个内插方案的精度，但是这个实施方案可能允许瞬时功率输出端310提供适当地超出个别检测器342的平方律动态范围的RF功率水平短暂尖峰的对数峰值幅度测量。这在一些故障或干扰监测应用中可能是有用的特征。在“温度计”内插器的一个实施方案中，图12中的内插器级356可能被级型356b代替。所有这些内插器级的电流增益就给定的级i而言当控制电压在固定的偏置参考电压以下(即，Vcont＜Vrefi)的时候将是高的，而且随着控制电压升到固定的偏置参考电压以上(即，Vcont＞Vrefi)急剧下降。
再一次参照图11，加到内插器级356上的控制电压Vcont可能起源于本身接受在线路306上来自内插器344的输出的积分器312的经缩放或未经缩放的输出。因此，该RF检测器可能包括把内插器344和积分器312包括在内的反馈环。在一个实施方案中，积分器312包括检测在线路306上供应的检测器输出电流I输出和由基准发生器346提供的参考电流Iref1之间的差异的比较器314。在一个范例中，比较器314是电流比较器。然而，依照前面的讨论，人们将领会到在此作为电流提到的任何信号可能很容易被对应的电压代替，所以，比较器可能接受内插器344的输出电压和参考电压，而且可能是电压比较器。
仍然参照图11，比较器314可能基于I输出和Iref1的差产生误差电流I误差。这个误差电流可以用来供整合电容充电或放电，取决于误差的方向。整合电容可能包括一个或多个电容器368、370。如果较高的整合时间常数是作为RF输入信号的调制带宽的函数得到恒定不变的RMS功率水平指示所期望或需要的，那么附加的电容可能被添加到积分器312上。积分器312计算来自内插器344选定的检测器342并且在线路306上提供给积分器312的信号的平均值(图7的步骤512)。输出放大器372可能用来对RMS输出端308提供的信号进行缓冲、增益-缩放和/或DC-偏移调整。在一个范例中，输出放大器372可能提供适当的电流缓冲和输出电压来回摆动的能力，驱动可能与RMS功率输出端308连接的外部负载。在一个范例中，环路放大器374用来在可能需要或期望驱动内插器344的控制输入端348之时提供对积分器输出的进一步缩放和/或缓冲。此外，人们将领会到放大器372和/或放大器374可能是作为将被熟悉这项技术的人认出的串联的两个或多个放大器实现的。因此，反馈控制环被形成，包括内插器344、积分器312和放大器(增益/刻度缓冲)372和374。
依照一个实施方案，积分器312有大的增益(虽然不是无限的增益，由于电路不理想性将存在于实际的实施方案之中)。依照上面的讨论，反馈环的这个大的增益迫使检测器输出电流I输出与积分器参考电流Iref1一样(或几乎一样)。当RF信号加给RF检测器的输入端302的时候(见图8)，或当外加RF输入信号的RMS水平改变的时候，积分器312调整给内插器344的控制电压Vcont并且接受来自所有被内插器选定的检测器342的电流的对应的加权和。当控制电压Vcont驱动内插器344以近似等于参考电流Iref1的加权平均输出选择那些检测器342的时候，反馈环可能达到稳定状态条件。
在一个范例中，内插器344选择正在最佳平方点操作的检测器342的输出，也就是说，那些检测器342提供RF输入信号电压的平方的精确表达。依照前面的讨论，这个RF信号输入电压的平方表达不管RF输入信号的波形如何都可以获得。在一个范例中，当这个结果通过选择精确的缩放(由内插器344和放大器372、374的组合提供)和参考电流值Iref1实现的时候，大部分内插器输出电流I输出可以由一两个检测器342提供。因此，通过从RF检测器阵列提供的所有的检测器342中只选择那些在其平方律区域中操作的检测器342给出RF输入信号功率水平，RF输入信号的均方功率水平的测量可以在远远超过任何单一检测器342的平方律(动态)范围的RF输入信号功率水平的范围内获得。因此，内插器344可以选出其输出在宽广的RF输入功率水平范围内为精确的平方律操作准备对平均信号功率范围最宽广的峰的检测器。
依照一个实施方案，当积分器312的输出稳定到其稳态条件的时候，控制电压Vcont的值决定哪个检测器输出352被内插器344选定。因此，借助RF检测器的设计，对这些检测器342增益抽头的均方值是已知的。在一个范例中，RF输入信号的信号水平的X分贝改变((依照前面的讨论)X分贝也是增益/衰减抽头比)迫使内插器-积分器反馈环选择连续的内插器级356。因为(依照前面的讨论)这可能与在内插器344的控制输入端348ΔV的变化相对应，所以控制电压Vcont可能对于RF输入信号的均方电压水平的对数改变呈线性改变。从均方信号水平获得RMS输出信号的方根运算可以通过增益缩放，举例来说，借助放大器372实现。RF输入信号的均方值的根的对数等于RF输入信号的均方值的对数的一半。因此，在RMS输出端308，RF检测器可以在宽的动态范围内提供RF输入信号的RMS功率水平的精确表达(步骤514)。附加的求和和放大器电路(在图8中未展示)可能非必选地与输出端308连接，充当的缓冲器防止外部负载干扰积分器-内插器反馈环。求和电流允许将外部的功率水平控制信号从输出端308的信号中减去，借此允许RF功率检测器作为功率均衡环的控制器操作。
在一个实施方案中，RF检测器的精度可能取决于可变增益检测子系统(304)的放大器/衰减器增益的稳定性和内插器级356的偏置输入端362的固定参考电压的绝对值。在知道多少增益可从增益级334得到的情况下，RF输入信号的精确的对数RMS值绝对可以采用来自放大器372的适当的偏移量补偿和/或增益缩放由控制电压Vcont提供。
参照图13，举例说明包括RMS输出端308和瞬时功率输出端310的RF检测器的另一个范例。依照前面的讨论，增益级334可以以多种方式实现，而图13举例说明另一种变化，其中增益级334包括众多串联的放大器336。然而，人们将领会到增益区段334的任何列举的变化(或很多其他变化的任何变化)都可能用于RF检测器的任何实施方案。
用复杂的调制方案对信号进行精确的RMS功率计算(例如，前面讨论过的)在测量方面可能需要长的积分时间把随时间改变的包迹包括在内。所以，与积分器312相关联的积分时间常数可能选择相对较长的。相反，用于(瞬时功率检测信道的)瞬时功率处理区段320的低通滤波时间常数可能被选定的，以便消除可能由RF载波信号引起的同时也是足够短暂的AC电流波动跟随受载波调制包迹的幅度变化驱动的较慢的电流变化这一事实。在一个范例中，瞬时功率处理区段320提供输出电流，而且这个输出电流可能很容易使用熟悉这项技术的人已知的简单的电阻器网络转换成电压。瞬时功率处理区段320的这个转换电压输出可以提供对RF输入信号的瞬时调幅指示。此外，依照上面的讨论，由于电压幅度是在RMS功率检测环选定的增益抽头点产生的，所以将按RF载波的RMS功率缩放。因此，来自瞬时功率处理区段320的电压信号可以在宽广的平均RF功率水平范围内直接指示RF输入信号调制的瞬时功率与平均功率之比。此外，在一个实施方案中，瞬时功率处理区段320在瞬时功率输出端310(步骤516)提供的瞬时功率水平指示对于大的调制波峰因数将是精确的，因为瞬时功率处理区段320被在其最佳的平方律区域中操作的检测器342驱动。在另一个实施方案中，采用前面讨论过的“温度计”内插方案，瞬时功率水平指示范围可能被扩展，为比单个检测器342的平方律动态范围大许多数量级的调制波峰因数提供对数-峰值功率指示。
参照图14，举例说明作为区段392共同举例说明的瞬时功率处理区段320和输出区段322的一个落实范例。依照前面的讨论，瞬时功率处理区段320在其输入线路378上接受来自线路306的检测器输出信号的副本。在一个范例中，瞬时功率处理区段320包括或连接比较器324(见图4)，该比较器接受线路306上的检测器输出信号并且将它与参考电流Iref2进行比较(例如，通过将参考电流从检测器输出信号中减去，反之亦然)，产生误差信号，作为线路378上的输入驱动图14举例说明的那级瞬时功率处理区段320。所以，人们将领会到线路378上供应的信号可能是来自线路306(非必选地经过缩放或电平偏移)的检测器输出信号或比较器产生的误差电流324。依照前面的讨论，在一个范例中，参考电流Iref2可能等于在平均功率检测信道中被比较器314从检测器输出信号减去的参考电流Iref1。在这个范例中，当RF输入信号在输入接线端302未被调幅的时候，瞬时功率处理区段320在线路378上的输入电流将几乎为零。
依照一个实施方案，瞬时功率处理区段320在包括电阻器382、384和晶体管386a、386b、386c的网络中完成对线路378上的输入信号的电流-到-电压的变换。在一个范例中，这些晶体管386a、386b和386c是BJT晶体管，如图14所示，但是人们将领会到作为替代它们可能是作为FET晶体管实现的。由此产生的电压在线路376上供应给输出区段322。依照前面的讨论，在一个实施方案中，在瞬时功率输出端310提供的信号是RF输入信号的瞬时功率对RF输入信号平均功率标准化的表达。在这个实施方案中，输出区段322包含在从属配置中缓冲在线路376上收到的电压的晶体管388。晶体管388使用电阻器402适当地加偏压，该电阻器对于输出区段322可能是内在的、外部的或部份外部的(例如，如果使用多个实际电阻器实现该代表电阻器402的话)。在图14列举的实施方案中，晶体管386a、386b、386c和电阻器382、384的配置消除从属晶体管388的基极-发射极电压的温度变化，从而导致在瞬时功率输出端310出现热稳定的(或几乎热稳定的)瞬时功率输出信号。
参照图15A，举例说明在某RT检测器实施方案的瞬时功率输出端310提供的信号的一个范例曲线。在图15A所示的范例中，加在接线端302的RT输入信号是波峰因数为9.04分贝(如图15B所示)的4-色调信号。依照前面的讨论，如同能在图15A中看到的那样，在这个范例中，在瞬时功率输出端提供的电压遵循RT输入信号对RT输入信号平均功率水平标准化的调幅形状。
在一个实施方案中，区段392的复制品394可以作为基准用来补偿温度、程序和馈电变化，如图16所示。在列举的范例中，复制区段394不接受任何输入信号并因此当没有在线路378上收到的输入电流的时候提供等同于区段392的输出电压的输出电压。因此，在输出线路398上从复制区段394提供的信号将是随温度、馈电和程序变化改变的直流水平。因为复制区段394是区段392的副本，所以线路310上误差瞬时功率输出信号与温度、程序和馈电变化相关的误差可以通过使用加法器400计算线路398上参考输出信号的减少被消除。依照前面的讨论，在一个Iref1近似等于Iref2的范例中，如果RF输入信号没有任何调幅，线路396上的瞬时功率输出信号与线路398上的瞬时功率参考信号的差分可能几乎为零。因此，在输出端396提供的差分信号可以在这个差分信号的平均值几乎为零的情况下提供对RF输入信号平均功率标准化的RF输入信号瞬时功率的表达。在另一个实施方案中，如果Iref2也被加到复制区段394的端口378上，那么线路310上的瞬时功率输出信号与线路398上的参考信号的差分将对应于就平均功率标准化而言代表参考水平的固定数值。因此，在输出端396提供的差分信号可以在这个差分信号的平均值就平均功率标准化而言在参考水平的情况下提供对RF输入信号平均功率标准化的RF输入信号瞬时功率的表达。
依照前面的讨论，在另一个实施方案中，在瞬时的功率输出端310提供的信号可以代表对RT输入信号平均功率标准化的RT输入信号峰值功率水平。因此，输出区段322可以包括能用来产生对平均功率标准化的峰值功率输出的峰值检测器，也被定义为RT输入信号的波峰因数。参照图17，举例说明瞬时功率处理区段320和输出区段322的另一个范例，其中输出区段322包括峰值检测器。依照前面参照图14的讨论，这个区段392使用包括电阻器382、384和晶体管386a、386b和386c的网络对线路378上收到的信号完成电流-到-电压的转换。图14举例说明这些晶体管为BJT，但是人们将领会到作为替代，它们可能是作为FET晶体管实现的。在一个范例中，在线路376上以其基极接受由此产生的电压的晶体管388被用于从属配置，其中大偏压电阻器402和电容器404与晶体管388的射极连接。偏压电阻器402在这种情况下比在图14缓冲器级配置中对应的电阻器402大得多，因此，经过晶体管388的静态电流非常小。结果，这个晶体管在RF输入信号功率的峰巅期间给电容器404充电，但是随着RT功率下降到峰值以下它关掉(充当整流器)。因此，与峰值RT功率水平相对应的电压被维持在电容器404上，时间常数与电阻器402的阻值和电容器404的电容值的乘积有关。电阻器402和电容器404对于输出区段322可能是内在的或外部的或其任何组合。在图17举例说明的配置中，区段392在瞬时功率输出端310提供峰值功率输出信号，该信号是对RF输入信号平均功率标准化的RF输入信号峰值功率的表达。峰值功率与平均功率之比被定义为波峰因数。
因此，在一个实施方案中，代表RT输入信号的波峰因数的信号可以在瞬时功率输出端310提供。在这个实施方案中，峰值功率借助平均功率的标准化(或“除法”)不需要精确的除法器就可以发生，该除法器在前面参照图1A讨论过的可能已将电路大大简化和/或改善波峰因数测量精度的传统的系统中是需要的。此外，在一个实施方案中，因为可变增益检测子系统304的同一检测器阵列被用于RMS功率测量和瞬时功率测量，在传统的系统中可能棘手的在RMS功率检测信道瞬时功率检测信道之间元器件和温度变化问题依照前面的讨论将被除去。同一检测器阵列的使用还为平均功率检测功能和瞬时的功率检测功能两者提供相似的动态范围表现。除此之外，与传统的系统相比较，RT检测器电路可以通过在两个检测信道当中共享元器件(例如，检测器阵列)被简化。
再一次参照图16，人们将领会到区段392和复制区段394可以如同图17举例说明的那样实现。因此，以与先前讨论过的瞬时功率配置相似的方式，线路310上的峰值功率输出信号和线路398上的峰值功率参考输出信号的差可能以输出线路396提供对RF输入信号平均功率标准化的RF输入信号峰值功率的表达，其中线路310上与温度、程序和馈电变化相关的峰值功率输出信号误差被线路398上的峰值功率参考输出信号的减少抵消。
依照前面的讨论，熟悉这项技术的人将认识到RT检测器及其各种不同的元器件可以以多种方式实现，不局限于前面讨论过的范例。举例来说，检测器阵列340可能被修改成包括一系列参考检测器(非必选地，参考平方器)406，如图17所示。参考检测器阵列406可能接受来自增益级334的各种不同的偏置点410。来自参考检测器406的输出Iref可能馈送给接受来自检测器342的被检信号的加法器408。参考信号Iref可能在加法器408中被从检测器342的输出信号中减去以抵消程序和温度变化。依照前面的讨论，来自加法器408的输出信号可能作为信号352被馈送给内插器344。在一个范例中，参考检测器406可能是为每个检测器342准备的。作为替代，两个或多个检测器342可能共享同一参考检测器406，从而导致所用的参考检测器的数目较少。
参照图19，依照另一个实施方案，内插器344可能被系数生成器412代替，该系数生成器产生响应线路318上的平均功率输出(即，反馈信号)的缩放系数。在这个范例中，检测器阵列340可能包括RT平方检测器414，该检测器有可变的增益系数。因此，每个检测器414可能输出用该检测器的增益系数调整或加权过的所收输入信号的平方。来自系数生成器412的缩放系数可以用来设定检测器阵列340中的检测器414的增益系数。来自检测器阵列340的输出可以在加法器416中相加，产生线路306上的检测器输出信号，提供给积分器312(用于平均功率检测信道)和瞬时功率处理区段320。系数可能是这样配置的，以便“选择”(例如，通过增益缩放)一个或多个检测器414输出，类似于前面关于内插器讨论过的技术。举例来说，增益系数可能是这样配置的，以便选择来自那些在其最佳平方律区域内操作的检测器414的输出。
依照另一个实施方案，可变增益检测子系统304可能包括放大器/衰减器双链418、420，如图20所示。来自每对放大器/衰减器(即，利用来自每条链418、420的放大器/衰减器形成的对)的增益抽头可能在有可变比例因子的乘法器422中相乘而后在加法器424中相加，提供线路306上的信号。因此，如果配对的两个增益抽头是相似的，平方操作可以用乘法实现。因此，乘法器422可以用于这个以接受系数生成器412所产生的系数的乘法器代替平方检测器的实施方案。来自系数生成器412的缩放系数可以用来设定乘法器422的比例因子。
总之，已经讨论了RF检测器的若干变化、方面和实施方案。RT检测器可以提供两个输出，一个是RF输入信号的真实RMS功率水平的函数，和另一个是RF输入信号对平均功率水平标准化的瞬时/峰值功率的函数。这些输出在温度和馈电电压发生变化时可能是稳定的。RF检测器可能因此非必选地还提供在多种应用中可能有用的RF输入信号波峰因数的测量。RF检测器可能甚至在复杂的调制方案面前也提供RF输入信号功率的精确测量。在一个实施方案中，通过使用多样的检测器和选择那些在其平方律区域中操作的检测器，RF检测器的动态范围可以大幅度扩展，直到最大水平，该最大水平取决于检测级的数目。此外，因为同一可变增益检测子系统能用于平均功率测量和瞬时/峰值功率测量，所以相同的(或非常相似的)动态范围可能是为两种测量实现的。在一个范例中，RF检测器提供大约70分贝的输入动态范围而且可以在大约100MHz到3.9GHz的输入频率范围内和在各种不同的调制标准(包括CDMA、TDMA和GSM)上提供精确的RMS功率测量。RF检测器可以提供按分贝线性的输出，这是一个按每分贝37毫伏缩放的实施方案。该RF检测器可以使用SiGeCMOS集成电路处理技术实现而且可以作为集成电路在无引线SMT包中提供。下面的表格提供用于RF检测器实施方案的一个范例的在室温下实测的一些范例规格：
表1
  参数   实测数据   单位
  输入频率范围   0.1到3.9   GHz
  输入动态范围(到1分贝测量误差，在100MHz900MHz1900MHz2700MHz3500MHz 7170706652 dBdBdBdBdB
  RSSI斜率(在1900MHz)   37.4   mV/dB
  RSSI截获输入水平(在1900MHz)   -68   dBm
  温度引起的输出误差   +-1   dB
  适合256QAM调制的输出偏差   0.1   dB
  瞬时功率输出温度敏感性   312   ppm/℃
  瞬时功率输出调制带宽(3dB)*   40   MHz
  最小输入回波损耗(50欧姆)**   10   dB
  名义上的偏压(Vcc)   5   V
  最小值/最大值范围   4.5-55   V
  电流(Icc)   67-84   mA
  工作温度范围   -40到+85   ℃
*在900MHz，-2OdBm RF功率，4-色调输入信号，实测摆幅3db减少。
**用达到2.4GHz的对称-不对称变换器实测的。输入回波损耗受对称-不对称变换器限制。
至此已经描述了至少一个实施方案的一些方面，人们将领会到各种不同的变更、修正和改进对于熟悉这项技术的人将很容易发生。这样的变更、修正和改进倾向于成为这份揭示的一部份并且倾向于落在本发明的范围之内。因此，前面的描述和附图仅仅是作为范例，而本发明的范围应该利用权利要求书及其等效文件的适当解释来确定。

Claims (34)

1.一种功率检测器，其中包括：
配置成接收输入信号的输入端；
与输入端耦合检测输入信号并且提供检测器输出信号的可变增益检测子系统；
与可变增益检测子系统耦合的积分器，该积分器配置成接收检测器输出信号和参考信号并且提供作为输入信号的平均功率水平的表达的积分器输出信号；以及
与可变增益检测子系统耦合的瞬时功率处理装置，该瞬时功率处理装置配置成接收检测器输出信号并且在该功率检测器的输出端提供瞬时功率输出信号，该信号代表对输入信号的平均功率水平标准化的输入信号瞬时功率水平；
其中可变增益检测子系统配置成接收积分器输出信号并且将检测器输出信号调整到接近参考信号的水平。
2.根据权利要求1的功率检测器，其中可变增益检测子系统包括至少一个平方检测器。
3.根据权利要求2的功率检测器，其中可变增益检测子系统包括接在输入端和那至少一个平方检测器之间的可变增益放大器；
其中可变增益放大器配置成接收积分器输出信号并且提供放大的输出信号；
其中可变增益放大器是这样配置的，以致可变增益放大器的增益受积分器输出信号控制；而且
其中平方检测器配置成接收放大的输出信号。
4.根据权利要求3的功率检测器，其中可变增益检测子系统包括：
配置成依据输入信号提供众多增益抽头信号的增益级；
配置成接收众多增益抽头信号并且提供对应的众多检测器抽头信号的众多检测器；以及
选择响应控制信号的众多检测器抽头信号中的至少一个并且提供至少一个选定的检测器抽头信号作为检测器输出信号的装置；
其中控制信号是积分器输出信号的函数。
5.根据权利要求1的功率检测器，其中可变增益检测子系统包括：
配置成依据输入信号提供众多增益抽头信号的增益级；
配置成接收众多增益抽头信号并且提供对应的众多检测器抽头信号的众多检测器；以及
在众多检测器和积分器之间和众多检测器和瞬时功率处理装置之间的内插器；
其中内插器配置成接收众多检测器抽头信号，选择至少一个检测器抽头信号并且提供作为至少一个选定的检测器抽头信号的函数的内插器输出信号；而且
其中积分器和瞬时功率处理装置收到的检测器输出信号包括内插器输出信号。
6.根据权利要求5的功率检测器，其中内插器配置成从在其平方律区域工作的那些检测器中选定检测器抽头信号。
7.根据权利要求6的功率检测器，其中内插器输出信号是选定的检测器的抽头信号的加权和的函数。
8.根据权利要求5的功率检测器，其中增益级包括配置成将输入信号放大提供众多放大信号的众多串联连接的放大器；而且众多增益抽头信号包括众多放大的信号。
9.根据权利要求5的功率检测器，其中增益级包括配置成将输入信号放大提供众多放大信号的众多串联连接的放大器和配置成将输入信号衰减提供众多被衰减信号的众多衰减器；而且众多增益抽头信号包括众多放大信号和众多被衰减信号。
10.根据权利要求5的功率检测器，其中内插器包括众多内插器级，每个内插器级都配置成接收各自的众多检测器抽头信号之一、单独固定的偏置参考信号和公用的控制信号；
其中公用的控制信号起源于积分器输出信号。
11.根据权利要求10的功率检测器，其中每个内插器级包括可调电流放大器，而且可调电流放大器的增益是单独固定的偏置参考信号和公用控制信号的函数。
12.根据权利要求1的功率检测器，其中瞬时功率处理装置包括过滤检测器输出信号的低通滤波器。
13.根据权利要求12的功率检测器，其中低通滤波器有小于积分器的输出时间常数的时间常数。
14.根据权利要求1的功率检测器，其中瞬时功率处理装置包括一个放大器放大检测器输出信号。
15.根据权利要求1的功率检测器，其中瞬时功率处理装置包括峰值检测器；而且该峰值检测器的输出信号代表对输入信号平均功率水平标准化的输入信号峰值功率水平。
16.根据权利要求1的功率检测器，其中，瞬时功率处理装置包括：
配置成接收检测器输出信号和参考信号并且以检测器输出信号和参考信号之间的减法为基础产生误差信号的比较器；以及
配置成接收误差信号并且提供瞬时功率输出信号的输出区段。
17.根据权利要求16的功率检测器，其中输出区段包括输出缓冲器。
18.根据权利要求17的功率检测器，其中输出缓冲器包括晶体管输出放大器。
19.根据权利要求16的功率检测器，其中输出区段包括提供峰值检测器输出信号的峰值检测器；而且该峰值检测器输出信号代表对输入信号平均功率水平标准化的输入信号峰值功率水平。
20.根据权利要求19的功率检测器，其中峰值检测器包括与电容器耦合晶体管输出放大器；而且该电容器储存代表峰值检测器输出端的峰值信号水平的电压。
21.根据权利要求1的功率检测器，其中可变增益检测子系统包括：
配置成提供第一组众多增益抽头信号的串联连接的第一系列增益级；
配置成提供第二组众多增益抽头信号的串联连接的第二系列增益级；以及
与第一和第二系列增益级耦合的众多乘法器；
其中每个乘法器配置成将第一组众多增益抽头信号之中相应的一个乘以第二组众多增益抽头信号之中相应的一个提供众多平方信号。
22.根据权利要求1的功率检测器，进一步包括：
配置成提供直流参考偏置输出信号的至少部分复制瞬时功率的处理装置；以及
配置成接收直流参考偏置信号和瞬时功率输出信号并且从瞬时功率输出信号中减去直流参考偏置信号产生经直流偏移量调整的瞬时功率输出信号的加法器；
其中在功率检测器的输出端提供的信号包括经调整的瞬时功率输出信号，该信号代表对输入信号平均功率水平标准化的输入信号瞬时功率水平。
23.根据权利要求22的功率检测器，其中瞬时功率处理装置包括峰值检测器；而且在功率检测器的输出端提供的信号包含经调整的峰值检测器输出信号，该信号代表对输入信号平均功率水平标准化的输入信号峰值功率水平。
24.一种功率检测方法，该方法包括：
接收输入信号；
检测输入信号的功率水平，提供被检信号；
把被检信号与参考信号进行比较提供误差信号；
整合误差信号，提供积分器输出信号，该信号代表输入信号的平均功率水平；
提供响应被检信号的瞬时功率输出信号，该瞬时功率输出信号代表对输入信号平均功率水平标准化的输入信号瞬时功率水平；以及
将被检信号调整到接近参考信号的水平。
25.根据权利要求24的功率检测方法，其中检测输入信号的水平包括让输入信号进行平方。
26.根据权利要求24的功率检测方法，进一步包括：
用变增益放大器放大输入信号提供放大信号；以及
调整响应积分器输出信号的可变增益放大器的增益；
其中检测输入信号的水平包括检测放大信号的水平。
27.根据权利要求24的功率检测方法，其中提供瞬时功率输出信号包括检测被检信号峰值和提供对输入信号平均功率水平标准化的峰值功率输出信号。
28.根据权利要求24的功率检测方法，其中提供瞬时功率输出信号包括：
将被检信号与第二参考信号进行比较，提供第二误差信号；过滤和缓冲第二误差信号，提供瞬时功率输出信号。
29.一种功率检测方法，该方法包括：
以不同的增益水平提供众多输入信号表达；
检测众多输入信号表达，提供对应的众多被检信号；
至少选择被检信号之一，提供至少一个选定信号；
计算那至少一个选定信号的平均值，提供平均信号；
以平均信号为基础提供代表输入信号平均功率水平的积分器输出信号；以及
以那至少一个选定信号为基础提供代表输入信号瞬时功率水平的对输入信号平均功率水平标准化的瞬时功率输出信号。
30.根据权利要求29的功率检测方法，其中提供众多输入信号表达进一步包括衰减输入信号提供众多被衰减信号；而且其中众多输入信号表达进一步包括众多被衰减信号。
31.根据权利要求29的功率检测方法，其中选择至少一个被检信号包括：
在众多被检信号之间进行内插以提供至少两个选定信号；
给那至少两个选定信号加权，提供至少两个加权信号；以及
将那至少两个加权信号相加，提供内插器输出信号。
32.根据权利要求31的功率检测方法，其中选择至少一个被检信号包括选择从在其平方律区域中工作的检测器中选择那些检测器信号。
33.根据权利要求29的功率检测方法，其中检测众多输入信号表达包括让众多输入信号表达进行平方；而提供对应的众多被检信号包括提供对应的众多平方信号。
34.根据权利要求29的功率检测方法，其中提供瞬时功率输出信号包括检测被检信号的峰值和提供对输入信号平均功率水平标准化的峰值功率输出信号。
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