CN104335485B - 具有温度补偿的功率检测器 - Google Patents

Abstract

公开了具有温度补偿且具有改进的随温度的准确性的功率检测器。通过改变功率检测器内的MOS晶体管的栅极电压和漏极电压两者来减小功率检测器增益随温度的变化。在示例性设计中，一种装置包括至少一个MOS晶体管(320)，该至少一个MOS晶体管接收输入信号(V_输入)，基于功率检测增益来检测该输入信号(V_输入)的功率，以及提供指示该输入信号(V_输入)的功率的输出信号(l_输出)。该至少一个MOS晶体管(320)被施加可变栅极偏置电压和可变漏极偏置电压，以减小功率检测增益随温度的变化。至少一个附加MOS晶体管(322)可以接收第二可变栅极偏置电压，并且提供用于该至少一个MOS晶体管的可变漏极偏置电压。

Description

具有温度补偿的功率检测器

本申请要求于2012年6月1日提交的题为“POWER DETECTOR WITH TEMPERATURECOMPENSATION(具有温度补偿的功率检测器)”的美国临时申请S/N.61/654,655的优先权，该临时申请已转让给本申请受让人并全部通过引用纳入于此。

背景技术

I.领域

本公开一般涉及电子器件，且更具体而言涉及功率检测器。

II.背景

无线设备(例如，蜂窝电话或智能电话)可传送和接收数据以与无线通信系统进行双向通信。无线设备可包括用于数据传输的发射机以及用于数据接收的接收机。对于数据传送，发射机可用数据来调制发射本地振荡器(LO)信号以获得经调制射频(RF)信号，放大该经调制RF信号以获得具有恰当输出功率电平的输出RF信号，并经由天线将该输出RF信号发射到基站。对于数据接收，接收机可经由天线获得收到RF信号，放大该收到RF信号并用接收LO信号对该收到RF信号进行下变频，并处理该经下变频信号以恢复由基站发送的数据。

无线设备可以包括用以测量RF信号功率的功率检测器。功率检测器可提供可以是输入信号的平方函数的输出信号并且可被称作平方律检波器。功率检测器可以用互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管来实现，并且可以使用CMOS晶体管的漏极电流与栅极电压之间的平方律关系将输入信号功率转换成输出电流。功率检测器与功率检测器增益相关联，功率检测器增益是输出电流与输入信号功率之间的转换增益。功率检测器增益可以与电子迁移率成比例，电子迁移率可以是温度的函数。因此，功率检测器增益将随温度而变，例如，对于某些集成电路(IC)工艺而言改变高达7分贝(dB)。功率检测器增益随温度的变化将不利地影响功率检测器随温度的准确性。

概述

本文公开了具有温度补偿且具有改进的随温度的准确性的功率检测器。这些功率检测器还可以针对IC工艺、电源电压等的变化而被补偿。

在本公开的一个方面，可通过改变功率检测器内的MOS晶体管的栅极电压和漏极电压两者来减小功率检测器增益随温度的变化。在示例性设计中，一种装置(例如，无线设备或IC)可以包括至少一个MOS晶体管，该至少一个MOS晶体管可以接收输入信号，基于功率检测增益来检测该输入信号的功率，以及提供指示该输入信号的功率的输出信号。该输入信号可以包括输入RF信号，并且该输出信号可以包括指示该输入RF信号的功率的包络信号。该至少一个MOS晶体管可以被施加可变栅极偏置电压和可变漏极偏置电压，以减小功率检测增益随温度的变化。该装置可进一步包括耦合到该至少一个MOS晶体管的至少一个附加MOS晶体管。该至少一个附加MOS晶体管可以被施加第二可变栅极偏置电压，并且可以为该至少一个MOS晶体管提供可变漏极偏置电压。

在本公开的另一个方面，功率检测器的功率检测器增益可以被估计，并且可以或者在功率检测器之前或者在功率检测器之后执行补偿以计及功率检测器增益的变化。在示例性设计中，一种装置可以包括功率检测器、增益估计电路以及信号补偿电路。功率检测器可以接收输入信号及提供输出信号，并且可以具有依赖于温度的增益。增益估计电路可以估计功率检测器的增益。信号补偿电路可基于功率检测器的所估计增益来补偿输入信号和/或输出信号。

以下更加详细地描述本公开的各种方面和特征。

附图简述

图1示出无线通信设备的框图。

图2示出功率检测器的示意图。

图3示出具有温度补偿的功率检测器的示意图。

图4A至4C示出具有对温度依赖型功率检测器增益的补偿的功率检测模块的三个示例性设计。

图5示出增益估计电路的示例性设计。

图6示出用于执行功率检测的过程。

图7示出用于执行具有补偿的功率检测的过程。

详细描述

以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中实践本公开的仅有设计。术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。

本文公开了具有温度补偿且具有改进性能的功率检测器。这些功率检测器还可以针对IC工艺、电源电压等的变化而得到补偿。这些功率检测器可以用于各种电子设备，诸如无线通信设备、智能电话、平板计算机、个人数字助理(PDA)、手持式设备、无线调制解调器、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备、消费电子设备，等等。为清楚起见，以下描述功率检测器在无线通信设备中的用途。

图1示出了无线通信设备100的示例性设计的框图。在此示例性设计中，无线设备100包括数据处理器/控制器110以及耦合到天线148的收发机120。收发机120包括支持双向无线通信的发射机130和接收机150。一般而言，无线设备100可包括用于任何数目的通信系统、任何数目的频带以及任何数目的天线的任何数目的发射机和任何数目的接收机。

在发射路径中，数据处理器110可以处理待传送的数据并且向发射机130提供模拟输出基带信号。在发射机130内，模拟输出基带信号可以被放大器(Amp)132放大，被低通滤波器134滤波以移除由数模转换造成的镜频，被可变增益放大器(VGA)136放大，并且被上变频器138从基带上变频至RF。经上变频的信号可以被滤波器140滤波，被功率放大器(PA)142放大，被路由通过定向耦合器144和天线接口电路146，并且经由天线148被发射。

在接收路径中，天线148可以接收来自基站和/或其他发射机站的信号并且可以提供收到RF信号，该收到RF信号可以被路由通过天线接口电路146并且提供给接收机150。在接收机150内，收到RF信号可被低噪声放大器(LNA)152放大，被带通滤波器154滤波，并被下变频器156从RF下变频至基带。经下变频的信号可以被VGA 158放大，被低通滤波器160滤波，并且被放大器162放大以获得可以提供给数据处理器110的模拟输入基带信号。

LO发生器170可以生成用于上变频器138的发射LO信号。LO发生器176可以生成用于下变频器156的接收LO信号。锁相环(PLL)172和174可以接收来自数据处理器110的控制信息，并且分别向LO发生器170和172提供控制信号以生成处于恰当频率的发射LO信号和接收LO信号。

功率检测器180可以耦合至定向耦合器144的一个或多个端口并且可以测量定向耦合器144的输入端口、输出端口、所耦合的端口、和/或反射端口处的RF信号功率。功率检测器182可以耦合至LNA 152的输入(如图1中所示)、或者LNA 152的输出(图1中未示出)、或者接收路径中的某个点。功率检测器182可以检测收到RF信号的RF信号功率。来自功率检测器180和/或182的检出RF信号功率可以被用来控制收发机120的操作。

图1示出了发射机130和接收机150的示例性设计。一般而言，在发射机和接收机中对信号的调理可由一级或多级的放大器、滤波器、混频器等执行。这些电路可与图1中所示的配置不同地安排。另外，图1中未示出的其他电路也可用在发射机和接收机中。例如，匹配电路可被用于匹配图1中的各个有源电路。还可省略图1中的一些电路。收发机120的全部或一部分可被实现在一个或多个模拟IC、射频IC(RFIC)、混合信号IC等上。例如，功率检测器180和/或182可以实现在RFIC上。

数据处理器/控制器110可执行无线设备100的各种功能，例如，对正被无线设备100传送的数据和正被其接收的数据进行处理。存储器112可存储供数据处理器110使用的程序代码和数据。数据处理器/控制器110可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。

具有温度补偿的功率检测器可用各种方式来实现。此类功率检测器的一些示例性设计在以下描述。

图2示出功率检测器200的示例性设计的示意图。功率检测器200包括耦合成差分对的一对N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管220和230。NMOS晶体管220的源极耦合至电路接地，其栅极耦合至电阻器214的一端，并且其漏极提供第一输出电流(I₁)。NMOS晶体管230的源极耦合至电路接地，其栅极耦合至电阻器216的一端，并且其漏极提供第二输出电流(I₂)。电阻器214和216的另一端耦合在一起并被施加栅极偏置电压(V_偏置)。AC耦合电容器212的一端接收输入信号(V_输入)并且另一端耦合至NMOS晶体管220的栅极。电容器224耦合在NMOS晶体管220的漏极与电路接地之间。

功率检测器200在NMOS晶体管220的栅极处接收V_输入信号并且从NMOS晶体管220和230的漏极提供差分输出电流(I_输出)。电流I_输出与信号V_输入的平方(V² _输入)之间的传递函数可以表达为：

其中T表示温度，

V_GS表示NMOS晶体管220和230中每一个的栅源电压，

V_DS表示每个NMOS晶体管的漏源电压，

V_th(T)表示每个NMOS晶体管的作为温度函数的阈值电压，

W和L分别是每个NMOS晶体管的宽度和长度，

μ₀(T)表示作为温度函数的电子迁移率，

θ(V_GS+V_th(T))表示V_GS和V_th(T)的函数，

C_ox(T)表示作为温度函数的氧化电容，以及

K_pd是功率检测器200的功率检测器增益。

功率检测器增益也可被称作功率检测器的增益或有效增益。功率检测器增益可以取决于增益晶体管(例如，NMOS晶体管220和230)的小信号增益，并且可能取决于功率检测器的其它特性。

理想情况下，功率检测器的功率检测器增益是固定的/恒定的值，并且功率检测器的输出信号与功率检测器的输入信号的平方成比例。然而，如式(1)所示，功率检测器增益取决于是温度函数的数项。这些温度依赖项包括电子迁移率μ₀(T)、氧化电容C_ox(T)、阈值电压V_th(T)，以及函数θ(V_GS+V_th(T))。功率检测器增益还取决于依赖IC工艺的数项，包括电子迁移率μ₀(T)、氧化电容C_ox(T)、阈值电压V_th(T)以及宽度W和长度L。由于温度依赖项，功率检测器增益随温度变化，这于是导致功率检测器200具有温度依赖型误差。例如，功率检测器增益在高温时减小，这是由于电子迁移率随温度降低。此外，阈值电压随温度降低，例如，降低约1毫伏/度(1mV/度)。由于阈值电压随温度降低，这导致过驱电压V_GS-V_th(T)随温度增高。随温度变高的过驱电压导致随温度降低甚至更多的电子迁移率。

通过改变电压V_偏置1可以对功率检测器200执行温度补偿以随温度维持大致恒定的功率检测器增益。NMOS晶体管220和230的电压V_GS由电压V_偏置1确定。电压V_偏置1可以作为温度的函数而改变，从而使由于变化的电压V_GS所导致的函数θ(V_GS+V_th(T))改变可以计及项V_th(T)、μ₀(T)以及C_ox(T)随温度的改变。例如，电压V_偏置1在较高温度时可降低，这于是可随温度增大而降低过驱电压。较低的过驱电压可以在较高温度下增加电子迁移率，这可以补偿电子迁移率随温度的降低。

在本公开的一个方面，通过改变功率检测器内的MOS晶体管的栅极电压和漏极电压两者可以减小功率检测器增益随温度的变化。功率检测器增益于是可以经由NMOS晶体管的可变栅极电压和漏极电压而随温度维持大致恒定。

图3示出通过施加可变栅极电压和漏极电压以随温度维持大致恒定的功率检测器增益而具有温度补偿的功率检测器300的示例性设计的示意图。功率检测器300包括耦合成差分对的两个增益NMOS晶体管320和330。NMOS晶体管320的源极耦合至电路接地，其栅极耦合至电阻器314的一端，并且其漏极耦合至共源共栅MOS晶体管322的源极。NMOS晶体管330的源极耦合至电路接地，其栅极耦合至电阻器316的一端，并且其漏极耦合至共源共栅NMOS晶体管332的源极。电阻器314和316的另一端耦合在一起并被施加第一栅极偏置电压(V_偏置1)。NMOS晶体管322的栅极接收第二偏置电压(V_偏置2)并且其漏极提供第一输出电流(I₁)。NMOS晶体管332的栅极接收电压V_偏置2并且其漏极提供第二输出电流(I₂)。AC耦合电容器312的一端接收输入信号(V_输入)并且另一端耦合至NMOS晶体管320的栅极。电容器324耦合在NMOS晶体管320的漏极与电路接地之间。电容器326耦合在NMOS晶体管322的漏极与电路接地之间。电容器324和326滤除高频杂散分量。偏置电压发生器340生成用于NMOS晶体管320和330的电压V_偏置1以及用于NMOS晶体管322和332的电压V_偏置2。

在示例性设计中，第一电流源(图3中未示出)可以耦合在电源(V_DD)与NMOS晶体管322的漏极之间，并且第二电流源(图3中也未示出)可以耦合在电源V_DD与NMOS晶体管332的漏极之间。第一电流源可以向NMOS晶体管322提供第一偏置电流I_偏置1，而第二电流源可以向NMOS晶体管332提供第二偏置电流I_偏置2。第一偏置电流可以等于第二偏置电流，从而I_偏置1＝I_偏置2，或者第一偏置电流可以不同于第二偏置电流。输出电流I₁可以等于电流I_偏置1与NMOS晶体管322的漏极电流之间的差值。类似地，输出电流I₂可以等于电流I_偏置2与NMOS晶体管332的漏极电流之间的差值。还可以按其它方式提供NMOS晶体管320、322、330和332的偏置电流。

功率检测器300在NMOS晶体管320的栅极处接收V_输入信号并且从NMOS晶体管322和332的漏极提供差分输出电流(I_输出)。电流I_输出与信号V_输入的平方之间的传递函数可以如式(1)所示地表达。

通过改变电压V_偏置1和V_偏置2以随温度维持大致恒定的功率检测器增益来对功率检测器300执行温度补偿。电压V_偏置1影响函数θ(V_GS+V_th(T))，而电压V_偏置2影响函数(1+λ·V_DS)。电压V_偏置1和V_偏置2可以作为温度函数而改变，从而使函数θ(V_GS+V_th(T))和(1+λ·V_DS)中的改变可以计及项V_th(T)、μ₀(T)以及C_ox(T)随温度的改变。

电压V_偏置1和V_偏置2可以用各种方式生成，从而使功率检测器增益随温度的改变尽可能小。在示例性设计中，可以执行计算器仿真以确定针对期望功率检测器增益在不同温度时的合适电压V_偏置1和V_偏置2。在另一示例性设计中，可以通过对功率检测器增益或与功率检测器增益有关的量的经验式测量来确定针对期望功率检测器增益在不同温度时的合适电压V_偏置1和V_偏置2。针对期望功率检测器增益在不同温度时的合适电压V_偏置1和V_偏置2还可以按其它方式确定。查找表可以存储针对期望功率检测器增益对应不同温度的电压V_偏置1和V_偏置2的集合(或对应的电路/控制设置)。查找表还可以存储针对不同功率检测器增益对应不同温度的电压V_偏置1和V_偏置2的多个集合。此后，可以从查找表检索在特定温度针对期望功率检测器增益的电压V_偏置1和V_偏置2(或对应的电路/控制设置)。随后可以基于从查找表检索到的值生成用于功率检测器300的电压V_偏置1和V_偏置2。

一般而言，电压V_偏置1和V_偏置2可各自被生成为与绝对温度成比例(PTAT)，或与绝对温度互补(CTAT)，或随温度不变。在示例性设计中，可以基于CTAT生成随温度降低的电压V_偏置1。在示例性设计中，可以基于PTAT生成随温度增高的电压V_偏置2。在示例性设计中，可生成电压V_偏置1和V_偏置2以使得流过NMOS晶体管320和330中每一者的偏置电流维持在特定范围内，例如，在240微安(μA)到440μA之间。限制偏置电流的变化可以避免与功率检测器300的电压限幅以及线性相关的可能问题。

图3中的功率检测器300可以具有各种优点，诸如宽带操作(例如，在一个示例性设计中从500MHz到2.7GHz)、宽的动态范围以及低的电流消耗。然而，功率检测器300的增益可随IC工艺、电源电压以及温度(PVT)而变化，尤其是随温度而变化。基于可变电压V_偏置1和V_偏置2的补偿可以大幅减小功率检测器增益随温度的变化。

执行计算机仿真以将图2中的功率检测器200和图3中的功率检测器300的功率检测器增益对温度的变化作比较。计算机仿真显示，相比于功率检测器200的功率检测器增益，功率检测器300的功率检测器增益随温度改变较少。

在本公开的另一个方面，可以估计功率检测器的功率检测器增益，并且可以或者在功率检测器之前或者在功率检测器之后执行补偿以计及功率检测器增益的变化。功率检测器增益可以随温度、IC工艺和电源电压而改变，并且可以用增益估计电路在片上被估计。

图4A示出具有对温度依赖型功率检测器增益的模拟预检测补偿的功率检测模块400的示例性设计。功率检测模块400包括信号补偿电路410、功率检测器420以及增益估计电路430。信号补偿电路410接收输入RF信号和功率检测器420的所估计增益(K_est)。信号补偿电路410基于所估计增益来补偿输入RF信号以计及功率检测器420的功率检测器增益变化，并且提供经补偿的输入RF信号。功率检测器420测量经补偿的输入RF信号的功率并且提供指示输入RF信号的功率的输出包络信号。增益估计电路430估计功率检测器420的功率检测器增益并且提供所估计增益。信号补偿电路410、功率检测器420和/或增益估计电路430可以持续地操作。该包络信号可以指示输入RF信号的即时功率。

图4B示出具有对温度依赖型功率检测器增益的模拟后检测补偿的功率检测模块402的示例性设计。功率检测模块402包括功率检测器420、增益估计电路430以及信号补偿电路440。功率检测器420测量输入RF信号的功率并提供输出包络信号。增益估计电路430估计功率检测器420的功率检测器增益并且提供所估计增益。单元432接收所估计增益并对其取平方，并且提供校正因子。信号补偿电路440接收该包络信号和校正因子，基于该校正因子来补偿该包络信号以计及功率检测器420的功率检测器增益变化，并且提供指示输入RF信号的即时功率的经补偿的包络功率。

图4C示出具有对温度依赖型功率检测器增益的数字后检测补偿的功率检测模块404的示例性设计。功率检测模块404包括功率检测器420、增益估计电路430、模数转换器(ADC)450、以及信号补偿电路460。功率检测器420测量输入RF信号的功率并提供包络信号。增益估计电路430估计功率检测器420的功率检测器增益并且提供所估计增益。ADC 450将该包络信号数字化并且提供包括采样的经数字化的包络信号。ADC 450还将所估计增益数字化并且提供经数字化的增益。信号补偿电路460接收经数字化的包络信号和经数字化的增益。信号补偿电路460基于经数字化的增益来补偿经数字化的包络信号以计及功率检测器420的功率检测器增益变化，并且提供指示输入RF信号的即时功率的输出包络功率。

图4A至4C示出了其中功率检测器420的温度依赖型功率检测器增益可以被补偿的三个示例性设计。在图4A所示的示例性设计中，输入RF信号可以基于所估计增益被补偿以计及功率检测器420的温度依赖型功率检测器增益。在图4B所示的示例性设计中，来自功率检测器420的包络信号可以基于所估计增益被补偿。在图4C所示的示例性设计中，来自功率检测器420的包络信号可以被数字化，并且经数字化的包络信号可以基于所估计增益被补偿。功率检测器420的温度依赖型功率检测器增益还可以按其它方式被补偿。

图5示出图4A至4C中的增益估计电路430的示例性设计的示意图。在这一设计中，增益估计电路430包括NMOS晶体管520和530以及电压检测器540。NMOS晶体管520被连接成二极管并且其源极耦合至接地，其栅极耦合至其漏极，并且其漏极接收电流I₁。NMOS晶体管530也被连接成二极管并且其源极耦合至接地，其栅极耦合至其漏极，并且其漏极接收电流I₂。电压检测器540具有耦合至NMOS晶体管520的漏极的第一输入、耦合到NMOS晶体管530的漏极的第二输入、以及提供其两个输入处的检出电压之差的输出。

NMOS晶体管的漏极电流与电压V_GS之间的理想传递函数可以表达为：

I＝K*(V_GS-V_th)²，以及 式(2)

$K=\frac{{\mathrm{\μ}}_n\·C_{\mathrm{OX}}}{2}\·\frac{W}{L}.$ 式(3)

式(2)和(3)适用于在饱和区工作的NMOS晶体管。

NMOS晶体管520具有的尺寸为M₁/L，且NMOS晶体管530具有的尺寸为M₂/L，其中M₁和M₂分别表示NMOS晶体管520和530的宽度，而L表示每一NMOS晶体管的长度。在示例性设计中，NMOS晶体管520具有的尺寸是NMOS晶体管530的尺寸的m倍，从而M₁＝m*M₂，其中m可以是任何大于1的值。此外，相同的漏极电流I₁＝I₂可以被施加到NMOS晶体管520和530两者。在这一设计中，可以如下估计功率检测器增益：

$K_{\mathrm{est}}=\frac{k_a}{{(V_{\mathrm{GS}1}-V_{\mathrm{GS}2})}^2},$ 以及 式(4)

$k_a=\frac{I_2}{m}\·{(\sqrt{m}-1)}^2,$ 式(5)

其中V_GS1和V_GS2分别表示NMOS晶体管520和530的栅源电压，

k_a表示比例因子，以及

K_est表示功率检测器的所估计增益。

在另一示例性设计中，NMOS晶体管520和530具有相同的尺寸，从而M₁＝M₂，并且电流I₁可以是电流I₂的n倍，从而I₁＝n*I₂，其中n可以是任何大于1的值。在这一设计中，可以如下估计功率检测器增益：

$K_{\mathrm{est}}=\frac{k_b}{{(V_{\mathrm{GS}1}-V_{\mathrm{GS}2})}^2},$ 以及 式(6)

$k_b=I_2\·{(\sqrt{n}-1)}^2.$ 式(7)

在又一示例性设计中，NMOS晶体管520具有的尺寸是NMOS晶体管530的尺寸的m倍，从而M₁＝m*M₂，并且电流I₁可以是电流I₂的n倍，从而I₁＝n*I₂。在这一设计中，可以如下估计功率检测器增益：

$K_{\mathrm{est}}=\frac{k_c}{{(V_{\mathrm{GS}1}-V_{\mathrm{GS}2})}^2},$ 以及 式(8)

$k_c=\frac{I_2}{m}\·{(\sqrt{m*n}-1)}^2.$ 式(9)

图5示出了增益估计电路430的示例性设计。增益估计电路也可按其他方式来实现。例如，增益估计电路可以包括：(i)代替NMOS晶体管520的以堆叠形式耦合的多个(M个)NMOS晶体管；以及(ii)代替NMOS晶体管530的以堆叠形式耦合的多个(M个)附加MOS晶体管。每一NMOS晶体管可以被连接成二极管并且可以使其栅极和漏极耦合到一起。两个栈内最顶端的NMOS晶体管的漏极电压之间的差值可以被检测并且被除以M(或者每一个栈内NMOS晶体管的数目)以获得可用来估计功率检测器增益的电压差。

在示例性设计中，装置(例如，无线设备、IC、电路模块等等)可以包括至少一个MOS晶体管(例如，图3中的NMOS晶体管320和330)，该至少一个MOS晶体管可以接收输入信号，基于功率检测增益来检测该输入信号的功率，以及提供指示输入信号功率的输出信号。该输入信号可以包括输入RF信号，并且该输出信号可以包括指示该输入RF信号的功率的包络信号。该至少一个MOS晶体管可以被施加可变栅极偏置电压和可变漏极偏置电压，以减小功率检测增益随温度的变化。该装置可进一步包括耦合到该至少一个MOS晶体管的至少一个附加MOS晶体管(例如，NMOS晶体管322和332)。该至少一个附加MOS晶体管可以被施加第二可变栅极偏置电压，并且可以为该至少一个MOS晶体管提供可变漏极偏置电压。

在示例性设计中，该至少一个MOS晶体管可以包括第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管(例如，图3中的NMOS晶体管320和322)。第一NMOS晶体管可以具有耦合至电路接地的源极、接收可变栅极偏置电压和输入信号的栅极、以及接收可变漏极偏置电压的漏极。第二NMOS晶体管可以具有耦合至电路接地的源极、接收可变栅极偏置电压的栅极、以及接收可变漏极偏置电压的漏极。

在示例性设计中，该至少一个附加MOS晶体管可以包括第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管(例如，图3中的NMOS晶体管322和332)。第三NMOS晶体管可以具有耦合至第一NMOS晶体管的漏极的源极以及接收第二可变栅极偏置电压的栅极。第四NMOS晶体管可以具有耦合至第二NMOS晶体管的漏极的源极以及接收第二可变栅极偏置电压的栅极。第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管可以为第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管提供可变漏极偏置电压。第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管还可以提供差分输出信号。

该装置可进一步包括第一电容器和第二电容器。第一电容器(例如，图3中的电容器324)可以耦合在第一NMOS晶体管的漏极与电路接地之间。第二电容器(例如，图3中的电容器326)可以耦合在第三NMOS晶体管的漏极与电路接地之间。

在示例性设计中，该装置可进一步包括偏置发生器(例如，图3中的偏置发生器340)。该偏置发生器可以例如基于CTAT为至少一个MOS晶体管生成可变栅极偏置电压。该偏置发生器还可以例如基于PTAT为至少一个附加MOS晶体管生成第二可变栅极偏置电压。在一个设计中，该偏置发生器可以生成在预定电压范围内的每一可变栅极偏置电压。在另一个设计中，该偏置发生器可以生成每一可变栅极偏置以将每一MOS晶体管的偏置电流维持在预定范围内。

图6示出用于执行功率检测的过程600的示例性设计。过程600可由无线设备或某一其他装置来执行。可以基于与随温度变化的功率检测增益相关联的至少一个MOS晶体管来检测输入信号的功率(框612)。可以为该至少一个MOS晶体管生成可变栅极偏置电压和可变漏极偏置电压，以减小功率检测增益随温度的变化(框614)。

在框614的一设计中，可用至少一个附加MOS晶体管来生成用于该至少一个MOS晶体管的可变漏极偏置电压，该至少一个附加MOS晶体管可被施加第二可变栅极偏置电压。在一设计中，可以基于CTAT来生成用于该至少一个MOS晶体管的可变栅极偏置电压。在一设计中，可以基于PTAT来生成用于该至少一个附加MOS晶体管的第二可变栅极偏置电压。用于该至少一个MOS晶体管的可变栅极偏置电压和用于该至少一个附加MOS晶体管的第二可变栅极偏置电压可以被生成为在预定的电压范围内和/或将每一MOS晶体管的偏置电流维持在预定范围内。

在另一示例性设计中，装置(例如，无线设备、IC、电路模块等)可包括功率检测器、增益估计电路和信号补偿电路。功率检测器(例如，图4A至4C中的功率检测器420)可以接收输入信号及提供输出信号，并且可以具有依赖于温度的增益。增益估计电路(例如，图4A至4C中的增益估计电路430)可以估计功率检测器的增益。信号补偿电路(例如，信号补偿电路410、440或460)可基于功率检测器的所估计增益来补偿输入信号和/或输出信号。

在示例性设计中，增益估计电路可以包括第一MOS晶体管和第二MOS晶体管以及电压检测器。第一MOS晶体管(例如，图5中的NMOS晶体管520)可以耦合成第一二极管并且可以使其源极耦合到电路接地且使其栅极和漏极耦合在一起。第二MOS晶体管(例如，图5中的NMOS晶体管530)可以耦合成第二二极管并且可以使其源极耦合到电路接地且使其栅极和漏极耦合在一起。电压检测器(例如，图5中的电压检测器540)可以测量第一MOS晶体管的第一V_GS电压和第二MOS晶体管的第二V_GS电压。可以基于第一V_GS电压和第二V_GS电压来估计功率检测器的增益。在一设计中，第一NMOS晶体管可以具有第一尺寸，而第二NMOS晶体管可以具有是第一尺寸m倍的第二尺寸，其中m可以是任何大于1的值。在另一设计中，第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管可具有相同尺寸。

在示例性设计中，信号补偿电路(例如，图4A中的信号补偿电路410)可以接收输入信号并基于功率检测器的所估计增益来补偿输入信号，并且可以向功率检测器提供经补偿的输入信号。在另一示例性设计中，信号补偿电路(例如，图4B中的信号补偿电路440或图4C中的信号补偿电路460)可以接收输出信号并基于功率检测器的所估计增益来补偿输出信号并提供经补偿的输出信号。信号补偿电路可以对来自功率检测器的输出信号执行模拟补偿，例如，如图4B中所示。替换地，信号补偿电路可以对来自功率检测器的输出信号执行数字补偿，例如，如图4C中所示。

图7示出用于执行具有补偿的功率检测的过程700的示例性设计。过程700可由无线设备或某一其它装置来执行。可用功率检测器检测输入信号的功率以获得输出信号(框712)。功率检测器可以具有依赖于温度的增益。功率检测器的增益可被估计(框714)。可基于功率检测器的所估计增益来补偿输入信号和/或输出信号(框716)。

在框714的一设计中，可测量耦合成第一二极管的第一MOS晶体管的第一V_GS电压。还可以测量耦合成第二二极管的第二MOS晶体管的第二V_GS电压。可以基于第一V_GS电压和第二V_GS电压来估计功率检测器的增益，例如，如式(4)、(6)或(8)中所示。

在框716的一设计中，可以基于功率检测器的所估计增益来补偿输入信号以获得用于功率检测器的经补偿的输入信号。在另一设计中，可以基于功率检测器的所估计增益来补偿(例如，在模拟域或在数字域)输出信号以获得经补偿的输出信号。

本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如，以上描述通篇可能引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

技术人员将进一步领会，结合本文公开所描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的范围。

结合本文的公开所描述的各种解说性逻辑框、模块、以及电路可用被设计成用于执行本文中描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文的公开所描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中实施。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性设计中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，包括促成计算机程序从一地向另一地传递的任何介质。存储介质可以是能被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码手段且能被通用或专用计算机、或者通用或专用处理器访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本发明的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其它变体而不会脱离本发明的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (24)

1.一种用于无线通信的装置，包括：

至少一个金属氧化物半导体MOS晶体管，所述至少一个MOS晶体管被配置成在第一栅极端接收输入信号，基于功率检测器增益来检测所述输入信号的功率，以及提供指示所述输入信号的功率的输出信号，

其中可变栅极偏置电压被应用于所述至少一个MOS晶体管的所述第一栅极端和所述至少一个MOS晶体管的第二栅极端，其中除了在所述第一栅极端接收的所述输入信号以外，所述可变栅极偏置电压被应用于所述至少一个MOS晶体管的所述第一和第二栅极端以改变所述至少一个MOS晶体管的栅源电压并使功率检测器随温度变化维持大致恒定的功率检测器增益；以及

其中可变漏极偏置电压被应用于所述至少一个MOS晶体管，其中所述可变漏极偏置电压被应用于所述至少一个MOS晶体管以提供对所述输出信号的控制。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

耦合至所述至少一个MOS晶体管的至少一个附加MOS晶体管，

其中第二可变栅极偏置电压被应用于所述至少一个附加MOS晶体管的栅极端，

其中所述第二可变栅极偏置电压改变所述至少一个附加MOS晶体管的栅源电压以提供对用于所述至少一个MOS晶体管的所述可变漏极偏置电压的控制。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，进一步包括：

偏置发生器，所述偏置发生器配置成生成用于所述至少一个MOS晶体管的所述可变栅极偏置电压以及用于所述至少一个附加MOS晶体管的所述第二可变栅极偏置电压。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏置发生器配置成生成在预定电压范围内的用于所述至少一个MOS晶体管的所述可变栅极偏置电压和用于所述至少一个附加MOS晶体管的所述第二可变栅极偏置电压。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏置发生器配置成生成用于所述至少一个MOS晶体管的所述可变栅极偏置电压以及用于所述至少一个附加MOS晶体管的所述第二可变栅极偏置电压以将每一MOS晶体管的偏置电流维持在预定范围内。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个MOS晶体管包括：

第一N沟道金属氧化物半导体NMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管具有耦合至电路接地的源极、接收所述可变栅极偏置电压和所述输入信号的栅极、以及接收所述可变漏极偏置电压的漏极，以及

第二NMOS晶体管，所述第二NMOS晶体管具有耦合至电路接地的源极、接收所述可变栅极偏置电压的栅极、以及接收所述可变漏极偏置电压的漏极，所述第一NMOS晶体管和所述第二NMOS晶体管提供差分输出信号。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，进一步包括：

第三NMOS晶体管，所述第三NMOS晶体管具有耦合至所述第一NMOS晶体管的漏极的源极以及接收第二可变栅极偏置电压的栅极；以及

第四NMOS晶体管，所述第四NMOS晶体管具有耦合至所述第二NMOS晶体管的漏极的源极以及接收所述第二可变栅极偏置电压的栅极，所述第三NMOS晶体管和所述第四NMOS晶体管为所述第一NMOS晶体管和所述第二NMOS晶体管提供所述可变漏极偏置电压。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，进一步包括：

耦合在所述第一NMOS晶体管的漏极与电路接地之间的第一电容器；以及

耦合在所述第三NMOS晶体管的漏极与电路接地之间的第二电容器。

9.一种执行功率检测的方法，包括：

基于与随温度变化的功率检测器增益相关联的至少一个金属氧化物半导体MOS晶体管来检测输入信号的功率，其中所述输入信号是在所述至少一个MOS晶体管的第一栅极端接收的；

生成可变栅极偏置电压并通过第一电阻器将所述可变栅极偏置电压应用于所述至少一个MOS晶体管的所述第一栅极端以及通过第二电阻器将所述可变栅极偏置电压应用于所述至少一个MOS晶体管的第二栅极端，其中除了在所述第一栅极端接收的所述输入信号以外，所述可变栅极偏置电压被应用于所述至少一个MOS晶体管的所述第一和第二栅极端以改变所述至少一个MOS晶体管的栅源电压并使功率检测器随温度变化维持大致恒定的功率检测器增益；

生成可变漏极偏置电压并将所述可变漏极偏置电压应用于所述至少一个MOS晶体管，以提供控制来减小所述功率检测器增益随温度的变化。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将至少一个附加MOS晶体管耦合至所述至少一个MOS晶体管；

接收第二可变栅极偏置电压并将所述第二可变栅极偏置电压应用于所述至少一个附加MOS晶体管的栅极端，

其中所述第二可变栅极偏置电压改变所述至少一个附加MOS晶体管的栅源电压以提供对用于所述至少一个MOS晶体管的所述可变漏极偏置电压的控制。

11.一种用于无线通信的装置，包括：

功率检测器，所述功率检测器配置成接收输入信号及提供输出信号，所述功率检测器具有依赖于温度的增益；

增益估计电路，所述增益估计电路配置成估计所述功率检测器的增益；以及

信号补偿电路，所述信号补偿电路配置成基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输入信号或所述输出信号或这两者，

其中向所述功率检测器应用可变栅极偏置电压以改变所述功率检测器中的晶体管的栅源电压，

其中向所述功率检测器应用可变漏极偏置电压以提供对所述输出信号的控制。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述增益估计电路包括：

耦合成第一二极管的第一金属氧化物半导体MOS晶体管，

耦合成第二二极管的第二MOS晶体管，以及

电压检测器，所述电压检测器配置成测量所述第一MOS晶体管的第一栅源电压V_GS和所述第二MOS晶体管的第二V_GS电压，其中所述功率检测器的增益是基于所述第一V_GS电压和所述第二V_GS电压来估计的。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一MOS晶体管包括第一N沟道金属氧化物半导体NMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管具有耦合至电路接地的源极和耦合至所述第一NMOS晶体管的漏极的栅极，并且所述第二MOS晶体管包括第二NMOS晶体管，所述第二NMOS晶体管具有耦合至电路接地的源极和耦合至所述第二NMOS晶体管的漏极的栅极。

14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述信号补偿电路配置成接收所述输入信号并基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输入信号并且向所述功率检测器提供经补偿的输入信号。

15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述信号补偿电路配置成接收所述输出信号并基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输出信号并且提供经补偿的输出信号。

16.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述信号补偿电路配置成对来自所述功率检测器的所述输出信号执行模拟补偿。

17.一种执行功率检测的方法，包括：

用功率检测器检测输入信号的功率以获得输出信号，所述功率检测器具有依赖于温度的增益；

估计所述功率检测器的增益；

基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输入信号或所述输出信号或这两者，

向所述功率检测器应用可变栅极偏置电压以改变所述功率检测器中的晶体管的栅源电压，以及

向所述功率检测器应用可变漏极偏置电压以提供对所述输出信号的控制。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，估计所述功率检测器的增益包括

测量耦合成第一二极管的第一金属氧化物半导体MOS晶体管的第一栅源电压V_GS，

测量耦合成第二二极管的第二MOS晶体管的第二V_GS电压，以及

基于所述第一V_GS电压和所述第二V_GS电压来估计所述功率检测器的增益。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，补偿所述输入信号或所述输出信号或这两者包括基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输入信号以获得用于所述功率检测器的经补偿的输入信号。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，补偿所述输入信号或所述输出信号或这两者包括基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输出信号以获得经补偿的输出信号。

21.一种用于无线通信的设备，包括：

用于基于功率检测器的增益来检测输入信号的功率以获得输出信号的装置，所述功率检测器增益依赖于温度；

用于估计所述功率检测器增益的装置；以及

用于基于所估计的功率检测器增益来补偿所述输入信号或所述输出信号或这两者的装置，

用于向所述功率检测器应用可变栅极偏置电压以改变所述功率检测器中的晶体管的栅源电压的装置，

用于向所述功率检测器应用可变漏极偏置电压以提供对所述输出信号的控制的装置。

22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述用于估计所述功率检测器增益的装置包括

用于测量耦合成第一二极管的第一金属氧化物半导体MOS晶体管的第一栅源电压V_GS的装置，

用于测量耦合成第二二极管的第二MOS晶体管的第二V_GS电压的装置，以及

用于基于所述第一V_GS电压和所述第二V_GS电压来估计所述功率检测器增益的装置。

23.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述用于补偿所述输入信号或所述输出信号或这两者的装置包括：用于基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输入信号以获得用于所述用于检测功率的装置的经补偿的输入信号的装置。

24.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述用于补偿所述输入信号或所述输出信号或这两者的装置包括：用于基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输出信号以获得经补偿的输出信号的装置。