CN102435834B - 零偏压式功率检测器 - Google Patents

Abstract

一种零偏压式功率检测器。零偏压式功率检测器包括零偏压二极管及输出提升电路，且输出提升电路包括零偏压晶体管。零偏压二极管不被施加偏压并根据无线讯号输出整流讯号。零偏压晶体管不被施加偏压并耦接至零偏压二极管，零偏压晶体管用以提升整流讯号。

Description

零偏压式功率检测器

技术领域

本发明涉及一种功率检测器，特别是涉及一种零偏压式功率检测器。

背景技术

在无线通讯系统上，功率检测器为相当重要的能量感知元件。最为广泛的例子便是使用在功率放大器的设计上。功率检测器能耦合功率放大器输出端所发射出的功率，并回授至后端处理器进行监控调整。如此一来，功率放大器与基站之间的连结，能随着讯号的强弱与距离的远近有适应性的工作状态，以确保不超过可容许的最大传输功率进而确保稳定的系统效能。

传统上，功率检测器分为零偏压式以及有源式。零偏压式功率检测器无须额外施加任何偏压，而有源式功率检测器需要额外施加偏压。请参照图1，图1示出了传统零偏压式功率检测器的电路图。图1示出了美国专利US3,647,845B1号揭示的传统零偏压式功率检测器40。传统零偏压式功率检测器40将射频讯号经输入端电容70耦合至二极管74，并依二极管74的功率对电流的转导能力输出直流电压。电容100pF为低通滤波器，截去时变电流成分，令输出仅为直流成分。二极管74工作在零偏压状态，无须额外直流电压源，而整流效率由二极管74的制造工艺决定。

发明内容

本发明是有关于一种零偏压式功率检测器，是不被施加偏压并能提供输出讯号强度。

根据本发明，提出一种零偏压式功率检测器。零偏压式功率检测器包括零偏压二极管及输出提升电路，且输出提升电路包括零偏压晶体管。零偏压二极管不被施加偏压并根据无线讯号输出整流讯号。零偏压晶体管不被施加偏压并耦接至零偏压二极管，零偏压晶体管用以提升整流讯号。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1示出了传统零偏压式功率检测器的电路图。

图2示出了一种零偏压式功率检测器的方块示意图。

图3示出了依照第一实施例的零偏压式功率检测器的电路图。

图4示出了零偏压式功率检测器2a与传统零偏压式功率检测器的输出电流量测图。

图5示出了零偏压式功率检测器2a与传统零偏压式功率检测器的输出电压量测图。

图6示出了零偏压式功率检测器2a与传统零偏压式功率检测器的隔离度量测图。

图7示出了依照第二实施例的零偏压式功率检测器的电路图。

图8示出了零偏压式功率检测器2b与传统零偏压式功率检测器的输出电流量测图。

图9示出了零偏压式功率检测器2b与传统零偏压式功率检测器的输出电压量测图。

图10示出了依照第三实施例的零偏压式功率检测器的电路图。

图11示出了零偏压式功率检测器2c与传统零偏压式功率检测器的输出电流量测图。

图12示出了零偏压式功率检测器2c与传统零偏压式功率检测器的输出电压量测图。

附图符号说明

2、2a、2b、2c：零偏压式功率检测器

4a、4b、8a、8b、11a、11b：电流曲线

5a、5b、9a、9b、12a、12b：电压曲线

6a、6b：隔离度曲线

21：零偏压二极管

22、22a、22b、22c：输出提升电路

23：输入阻抗匹配网络

24：直流阻隔电路

25：交流阻隔电路

26：负载

222：零偏压晶体管

40：传统零偏压式功率检测器

70：输入端电容

72：电阻

74：二极管

S1：无线讯号

S2：整流讯号

S3：直流讯号

C1、C2：电容

L1、L2：电感

Io：直流输出电流

Vo：直流输出电压

具体实施方式

下述实施例揭示数种零偏压式功率检测器，零偏压式功率检测器包括零偏压二极管及输出提升电路，且输出提升电路包括零偏压晶体管。零偏压二极管不被施加偏压并根据无线讯号输出整流讯号。零偏压晶体管不被施加偏压并耦接至零偏压二极管，零偏压晶体管用以提升整流讯号。

请参照图2，图2示出了一种零偏压式功率检测器的方块示意图。零偏压式功率检测器2例如为一集成电路，且零偏压式功率检测器2包括零偏压二极管21及输出提升电路22。零偏压二极管21例如为萧特基二极管。零偏压二极管21不被施加偏压以工作于零偏压状态，零偏压二极管21并根据无线讯号S1输出整流讯号S2。无线讯号S1例如为无线射频(RadioFrequency，RF)讯号。输出提升电路22例如为提升输出电流讯号强度的转导装置，且输出提升电路22包括零偏压晶体管222。零偏压晶体管222例如为场效应晶体管。零偏压晶体管222不被施加偏压以工作于零偏压状态，零偏压晶体管222并耦接至零偏压二极管21。零偏压晶体管222用以提升整流讯号S2以输出直流讯号S3。直流讯号S3例如为直流电压或直流电流。为使零偏压式功率检测器2更为清晰易懂，下面将举数个实施例详细说明如下。

第一实施例

请参照图3，图3示出了依照第一实施例的零偏压式功率检测器的电路图。前述零偏压式功率检测器2例如为共源极组态，且共源极组态例如为图3中零偏压式功率检测器2a的所示。零偏压式功率检测器2a包括零功率二极管21、输出提升电路22a、输入阻抗匹配网络(Input Matching Network，IMN)23、直流阻隔电路24、交流阻隔电路25及负载26，且输出提升电路22a包括零偏压晶体管222。直流阻隔电路24耦接于输入阻抗匹配网络23与零偏压二极管21之间，直流阻隔电路24用以阻隔无线讯号S1中的直流成分。直流阻隔电路24包括电容C1及电感L1。电容C1的一端耦接至输入阻抗匹配网络23，而电容C1的另一端耦接至零偏压二极管21的阳极(anode)。电感L1的一端耦接至电容C1的另一端及零偏压二极管21的阳极，而电感L1的另一端耦接至一接地端。电容C1隔绝直流成分，而电感L1将直流成分引导至接地端。由于无线讯号S1中的直流成分可藉由直流阻隔电路24先行隔绝，因此零偏压二极管21能根据隔绝直流成分后的无线讯号S1进行整流以输出整流讯号S2。整流讯号S2例如为电流。

交流阻隔电路25耦接于零偏压二极管21及零偏压晶体管222之间以阻隔整流讯号S2中的交流成分。交流阻隔电路25包括电容C2及电感L2。电容C2的一端耦接至零偏压二极管21的阴极(cathode)及电感L2的一端，而电容C2的另一端耦接至一接地端。电感L2耦接于零偏压二极管21及零偏压晶体管222之间。电感L2提供射频扼流(RF Choke)功能，以阻绝高频讯号。而电容C2将高频讯号导引至接地端。

零偏压晶体管222的栅极耦接至电感L2的另一端，而零偏压晶体管222的源极及漏极分别耦接至一接地端及负载26，以形成共源极组态。零偏压晶体管222提升阻隔交流成分后的整流讯号S2产生直流输出电流Io，直流输出电流Io能藉由负载26转换为直流输出电压Vo。

虽然零偏压晶体管222不被施加偏压而工作于零偏压状态。但由于零偏压晶体管222的栅极与源极之间存在寄生电容，因此整流讯号S2能对零偏压晶体管222的栅极与源极之间的寄生电容进行充电，并依晶体管的转导特性提升电流讯号强度。如此一来，零功率二极管21及零偏压晶体管222皆不需额外被施加偏压即能改善零偏压式功率检测器2a的输出讯号强度。

请参照图4，图4示出了零偏压式功率检测器2a与传统零偏压式功率检测器的输出电流量测图。前述图1所示的传统零偏压式功率检测器的输出电流是如图4所示的电流曲线4a，而前述零偏压式功率检测器2a的输出电流是如图4所示的电流曲线4b。零偏压式功率检测器的直流输出电流随无线讯号功率等比例增加。由电流曲线4a及电流曲线4b的比较可以得知零偏压式功率检测器2a大幅地提高直流输出电流。

请参照图5，图5示出了零偏压式功率检测器2a与传统零偏压式功率检测器的输出电压量测图。前述图1所示的传统零偏压式功率检测器的输出电压是如图5所示的电压曲线5a，而前述零偏压式功率检测器2a的输出电压是如图5所示的电压曲线5b。零偏压式功率检测器的直流输出电流可经由负载转换为直流输出电压，因此，零偏压式功率检测器的直流输出电压亦随无线讯号功率等比例增加。由电压曲线5a及电压曲线5b的比较可以得知零偏压式功率检测器2a大幅地提高直流输出电压。

请参照图6，图6示出了零偏压式功率检测器2a与传统零偏压式功率检测器的隔离度量测图。前述图1所示的传统零偏压式功率检测器的隔离度是如图6所示的隔离度曲线6a，而前述零偏压式功率检测器2a的隔离度是如图6所示的隔离度曲线6b。由隔离度曲线6a及隔离度曲线6b的比较可以得知零偏压式功率检测器2a大幅地提高隔离度。

第二实施例

请参照图7，图7示出了依照第二实施例的零偏压式功率检测器的电路图。前述零偏压式功率检测器2例如为共栅极组态，且共栅极组态例如为图7中零偏压式功率检测器2b的所示。零偏压式功率检测器2b与前述零偏压式功率检测器2a不同之处在于输出提升电路22b中的零偏压晶体管222的连接方式与前述输出提升电路22a中的零偏压晶体管222的连接方式不同。零偏压晶体管222的栅极耦接至一接地端，而零偏压晶体管222的源极及漏极分别耦接至负载26及电感L2的另一端，以形成共栅极组态。

虽然零偏压晶体管222不被施加偏压而工作于零偏压状态。但由于零偏压晶体管222的栅极与漏极之间存在寄生电容，因此整流讯号S2能对零偏压晶体管222的栅极与漏极之间的寄生电容进行充电，并依晶体管的转导特性提升电流讯号强度。如此一来，零功率二极管21及零偏压晶体管222皆不需额外被施加偏压即能改善零偏压式功率检测器2b的输出讯号强度。

请参照图8，图8示出了零偏压式功率检测器2b与传统零偏压式功率检测器的输出电流量测图。前述图1所示的传统零偏压式功率检测器的输出电流是如图8所示的电流曲线8a，而前述零偏压式功率检测器2b的输出电流是如图8所示的电流曲线8b。零偏压式功率检测器的直流输出电流随无线讯号功率等比例增加。由电流曲线8a及电流曲线8b的比较可以得知零偏压式功率检测器2b大幅地提高直流输出电流。

请参照图9，图9示出了零偏压式功率检测器2b与传统零偏压式功率检测器的输出电压量测图。前述图1所示的传统零偏压式功率检测器的输出电压是如图9所示的电压曲线9a，而前述零偏压式功率检测器2b的输出电压是如图9所示的电压曲线9b。零偏压式功率检测器的直流输出电流可经由负载转换为直流输出电压，因此，零偏压式功率检测器的直流输出电压亦随无线讯号功率等比例增加。由电压曲线9a及电压曲线9b的比较可以得知零偏压式功率检测器2b大幅地提高直流输出电压。

第三实施例

请参照图10，图10示出了依照第三实施例的零偏压式功率检测器的电路图。前述零偏压式功率检测器2例如为共栅极组态，且共栅极组态例如为图10中零偏压式功率检测器2c所示。零偏压式功率检测器2c与前述零偏压式功率检测器2a不同之处在于输出提升电路22c中的零偏压晶体管222的连接方式与前述输出提升电路22c中的零偏压晶体管222的连接方式不同。零偏压晶体管222的栅极耦接至一接地端，而零偏压晶体管222的源极及漏极分别耦接至电感L2的另一端及负载26，以形成共栅极组态。

虽然零偏压晶体管222不被施加偏压而工作于零偏压状态。但由于零偏压晶体管222的栅极与源极之间存在寄生电容，因此整流讯号S2能对零偏压晶体管222的栅极与漏极之间的寄生电容进行充电，并依晶体管的转导特性提升电流讯号强度。如此一来，零偏压功率二极管21及零偏压晶体管222皆不需额外被施加偏压即能改善零偏压式功率检测器2b的输出讯号强度。

请参照图11，图11示出了零偏压式功率检测器2c与传统零偏压式功率检测器的输出电流量测图。前述图1所示的传统零偏压式功率检测器的输出电流是如图11所示的电流曲线11a，而前述零偏压式功率检测器2c的输出电流是如图11所示的电流曲线11b。零偏压式功率检测器的直流输出电流随无线讯号功率等比例增加。由电流曲线11a及电流曲线11b的比较可以得知零偏压式功率检测器2c大幅地提高直流输出电流。

请参照图12，图12示出了零偏压式功率检测器2c与传统零偏压式功率检测器的输出电压量测图。前述图1所示的传统零偏压式功率检测器的输出电压是如图12所示的电压曲线12a，而前述零偏压式功率检测器2c的输出电压是如图12所示的电压曲线12b。零偏压式功率检测器的直流输出电流可经由负载转换为直流输出电压，因此，零偏压式功率检测器的直流输出电压亦随无线讯号功率等比例增加。由电压曲线12a及电压曲线12b的比较可以得知零偏压式功率检测器2c大幅地提高直流输出电压。

虽然以上述多个实施例做说明，然不论是共源极组态或共栅极组态，只要利用零偏压二极管搭配零偏压晶体管来检测无线功率即在本发明揭示的范围之内。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明。本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种零偏压式功率检测器，包括：

一零偏压二极管，其是不被施加偏压并根据一无线讯号输出一整流讯号；以及

一输出提升电路，包括：

一零偏压晶体管，其是不被施加偏压并以共源极组态或共栅极组态耦接至该零偏压二极管，该零偏压晶体管用以提升该整流讯号。

2.如权利要求1所述的零偏压式功率检测器，还包括：

一直流阻隔电路，耦接至该零偏压二极管并用以阻隔该无线讯号中的直流成分。

3.如权利要求2所述的零偏压式功率检测器，其中该直流阻隔电路包括：

一电容，耦接至该零偏压二极管；以及

一电感，该电感的一端耦接至该电容及该零偏压二极管，该电感的另一端耦接至一接地端。

4.如权利要求1所述的零偏压式功率检测器，还包括：

一交流阻隔电路，耦接于该零偏压二极管及该零偏压晶体管之间以阻隔该整流讯号中的交流成分。

5.如权利要求4所述的零偏压式功率检测器，其中该交流阻隔电路包括：

一电容，耦接至该零偏压二极管；以及

一电感，耦接于该零偏压二极管及该零偏压晶体管之间。

6.如权利要求1所述的零偏压式功率检测器，其中该零偏压晶体管的控制端耦接至该零偏压二极管，该零偏压晶体管的第一端耦接至一负载，该零偏压晶体管的第二端耦接至一接地端。

7.如权利要求6所述的零偏压式功率检测器，其中该零偏压晶体管的控制端为栅极，该零偏压晶体管的第一端为漏极，该零偏压晶体管的第二端为源极。

8.如权利要求1所述的零偏压式功率检测器，其中该零偏压晶体管的第一端耦接至该零偏压二极管，该零偏压晶体管的控制端耦接至一接地端，该零偏压晶体管的第二端耦接至一负载。

9.如权利要求8所述的零偏压式功率检测器，其中该零偏压晶体管的控制端为栅极，该零偏压晶体管的第一端为漏极，该零偏压晶体管的第二端为源极。

10.如权利要求8所述的零偏压式功率检测器，其中该零偏压晶体管的控制端为栅极，该零偏压晶体管的第一端为源极，该零偏压晶体管的第二端为漏极。

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