CN105680812A - 一种信号功率检测电路及其检测方法 - Google Patents

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周文益
赵国良
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Abstract

本发明公开了一种信号功率检测电路，包括输入差分源级跟随器，输入差分源级跟随器分别连接有输入端IP、输入端IN和电流源偏置电路，输入差分源级跟随器的信号输出端依次连接模拟信号比较器和电荷泵，电荷泵的输出端连接至电路输出端Vop。电路由纯粹的模拟电路实现，内部没有集成ADC和数字信号处理电路，结构简单、面积小且功耗低，大大简化电路结构，减小芯片面积和功耗。本发明还公开了一种信号功率检测电路的检测方法。

Description

一种信号功率检测电路及其检测方法
技术领域
本发明涉及射频集成电路技术领域，涉及一种信号功率检测电路及其检测方法。
背景技术
随着集成电路技术的发展，对射频接收机提出了越来越高的要求，需要射频前端芯片能够根据射频信号的强弱，自动调节射频通道的增益，这就需要信号功率检测电路。
传统的射频前端芯片，往往集成模数转换器(ADC)对信号进行量化处理，在数字域中进行功率检测，然后反馈至射频通道控制可变增益放大器(VGA)，调节射频通道的增益。因为芯片内部集成ADC和数字信号处理电路，导致芯片面积和功耗巨大且存在数字信号对射频信号的干扰。
发明内容
为了解决现有技术的不足，提出了一种信号功率检测电路及其检测方法。
本发明技术方案是，一种信号功率检测电路，包括输入差分源级跟随器，输入差分源级跟随器分别连接有输入端IP、输入端IN和电流源偏置电路，输入差分源级跟随器的信号输出端依次连接模拟信号比较器和电荷泵，电荷泵的输出端连接至电路输出端Vop；
输入差分源级跟随器，用于接收输入端IP输送的正向信号和输入端IN输送的反向信号，并对正向信号和反向信号进行电平转换处理后再分别输送至模拟信号比较器；
模拟信号比较器，用于接收经输入差分源级跟随器处理后的正向信号和反向信号，并对正向信号和反向信号的电压值高低进行比较，再将比较结果输送至电荷泵；
电荷泵，用于接收模拟信号比较器输送的比较结果，并根据比较结果控制电路输出端Vop的输出电压值；
电流源偏置电路，用于为输入差分源级跟随器和模拟信号比较器提供偏置电压。
进一步的，输入差分源级跟随器包括第五MOS晶体管M5和第六MOS晶体管M6；
第五MOS晶体管M5的漏极连接至电压源VDD，第五MOS晶体管M5的栅极经第一电阻R1连接至电压源VDD，第五MOS晶体管M5的栅极还经第一电容C1与输入端IP连接，第五MOS晶体管M5的源级经第三电阻R3分别连接至模拟信号比较器的输入端和第二MOS晶体管M2的漏极；
第六MOS晶体管M6的漏极连接至电压源VDD，第六MOS晶体管M6的栅极经第二电阻R2连接至电压源VDD，第六MOS晶体管M6的栅极还经第二电容C2与输入端IN连接，第六MOS晶体管M6的源级分别连接至模拟信号比较器的输入端和第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接至第三MOS晶体管M3的漏极；
第二MOS晶体管M2以及第三MOS晶体管M3的源级均接地，第三MOS晶体管M3的栅极分别与电流源偏置电路的输出端、第三MOS晶体管M3的栅极和模拟信号比较器2的输入端连接。
进一步的，电流源偏置电路包括第一MOS晶体管M1，第一MOS晶体管M1的漏极经第一偏置电流源Idc1连接至电压源VDD，第一MOS晶体管M1的漏极与其栅极相连并连接至第二MOS晶体管M2的栅极，第一MOS晶体管M1的源级接地。
进一步的，模拟信号比较器包括第七MOS晶体管M7和第八MOS晶体管M8，第七MOS晶体管M7的源级与第八MOS晶体管M8的源级均连接至第四MOS晶体管M4的漏极；
第七MOS晶体管M7的漏极经过第五电阻R5连接至电压源VDD，第七MOS晶体管M7的栅极与第六MOS晶体管M6的源级连接；
第八MOS晶体管M8的漏极经过第六电阻R6连接至电压源VDD，第八MOS晶体管M8的漏极还连接至电荷泵的输入端，第八MOS晶体管M8的栅极与第三电阻R3远离第五MOS晶体管M5的一端连接；
第四MOS晶体管M4的源级连接至地，第四MOS晶体管M4的栅极连接至第三MOS晶体管M3的栅极。
进一步的，电荷泵包括第十MOS晶体管M10和第九MOS晶体管M9，第十MOS晶体管M10的栅极和第九MOS晶体管M9的栅极均连接至第八MOS晶体管M8的漏极，第十MOS晶体管M10的源级通过第三偏置电流源Idc3连接至电压源VDD，第十MOS晶体管M10的漏极分别连接至第九MOS晶体管M9的漏极、第三电容C3的一端和电路输出端Vop，第三电容C3的另一端接地，第九MOS晶体管M9的源级经第二偏置电流源Idc2接地。
本发明采用的第二种技术方案为，一种信号功率检测电路的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、由输入端IP输入的正向信号经过输入差分源级跟随器中的第五MOS晶体管M5后，在第三电阻R3上产生一个基准压降ΔV，并将基准压降ΔV输送至模拟信号比较器，由输入端IN输入的反向信号经过输入差分源级跟随器中的第六MOS晶体管M6处理后，得到电压信号VIN并输送至模拟信号比较器；
步骤2、在模拟信号比较器内将基准压降ΔV和电压信号VIN的电压数值大小进行比较，再将比较结果输送至电荷泵，并控制电荷泵中的第三电容C3进行充电或放电动作，从而控制电路输出端Vop的输出电压。
进一步的，步骤2中通过模拟信号比较器对基准压降ΔV和电压信号VIN的电压数值大小进行比较的具体方法为：
当电压信号VIN的功率高于基准电压ΔV时，电压信号VIN为高电平，电荷泵3中的第三电容C3会充电，电路输出端Vop的输出电压会升高；
当电压信号VIN的功率低于基准电压ΔV时，电压信号VIN为低电平，电荷泵中的第三电容C3会放电，电路输出端Vop的输出电压会降低。
本发明的有益效果是，一种信号功率检测电路由纯粹的模拟电路实现，内部没有集成ADC和数字信号处理电路，结构简单、面积小且功耗低，大大简化电路结构，减小芯片面积和功耗。
附图说明
图1是本发明所述的一种信号功率检测电路原理图。
1.差分源级跟随器，2.模拟信号比较器，3.电荷泵开关，4.电流源偏置电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一、本发明提供了一种信号功率检测电路，参见图1，包括输入差分源级跟随器1，输入差分源级跟随器1分别连接有输入端IP、输入端IN和电流源偏置电路4，输入差分源级跟随器1的信号输出端依次连接模拟信号比较器2和电荷泵3，电荷泵3的输出端连接至电路输出端Vop。
1、输入差分源级跟随器1，包括第二MOS晶体管M2、第三MOS晶体管M3、第五MOS晶体管M5、第六MOS晶体管M6、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、输入端IP和输入端IN，用于接收输入端IP输送的正向信号和输入端IN输送的反向信号，并对正向信号和反向信号进行电平转换处理后再分别输送至模拟信号比较器2。
其中，第二MOS晶体管M2的漏极分别连接至第八MOS晶体管M8的栅级和第三电阻R3的一端；
第三MOS晶体管M3的漏极连接至第四电阻R4的一端；
第五MOS晶体管M5的漏极分别连接至电压源VDD，第五MOS晶体管M5的栅极连接至第一电阻R1的一端和第一电容C1的一端，第五MOS晶体管M5的源级连接至第三电阻R3的一端；
第六MOS晶体管M6的漏极连接至电压源VDD，第六MOS晶体管M6的栅极连接至第二电阻R2的一端和第二电容C2的一端，第六MOS晶体管M6的源级连接至第四电阻R4的一端和第七MOS晶体管M7的栅极；第五MOS晶体管M5和第六MOS晶体管M6构成输入差分源级跟随器；
第一电阻R1的一端连接至电源VDD，另一端连接至第一电容C1相对于正向输入端IP的另一端和第五MOS晶体管M5的栅极；
第二电阻R2的一端连接至电源VDD，另一端连接至第二电容C2相对于反向输入端IN的另一端和第六MOS晶体管M6的栅极；
第三电阻R3的一端连接至第五MOS晶体管M5的源级，另一端连接至第二MOS晶体管M2的漏极和第八MOS晶体管M8的栅极；
第四电阻R4的一端连接至第六MOS晶体管M6的源级和第七MOS晶体管M7的栅极，另一端连接至第三MOS晶体管M3的漏极；
第一电容C1的一端连接至正向输入端IP，另一端连接至第一电阻R1相对于VDD的另一端和第五MOS晶体管M5的栅极；
第二电容C2的一端连接至反向输入端IN，另一端连接至第二电阻R2相对于VDD的另一端和第六MOS晶体管M6的栅极。
2、模拟信号比较器2，包括第四MOS晶体管M4、第七MOS晶体管M7、第八MOS晶体管M8、第五电阻R5和第六电阻R6，用于接收经输入差分源级跟随器1处理后的正向信号和反向信号，并对正向信号和反向信号的电压值高低进行比较，再将比较结果输送至电荷泵3。
其中，第四MOS晶体管M4的漏极分别连接至第七MOS晶体管M7的源级和第八MOS晶体管M8的源级，第四MOS晶体管M4的栅极连接至第一MOS晶体管M1的栅极、第一MOS晶体管M1的漏极、第二MOS晶体管M2的栅极和第三MOS晶体管M3的栅极，第四MOS晶体管M4的源级连接至地，第四MOS晶体管M4的作用是尾电流源；
第七MOS晶体管M7的漏极连接至第五电阻R5的一端，第七MOS晶体管M7的栅极连接至第六MOS晶体管M6的源级和第四电阻R4的一端，第七MOS晶体管M7的源级连接至第八MOS晶体管M8的源级和第四MOS晶体管M4的漏极；
第八MOS晶体管M8的漏极连接至第六电阻R6的一端、第九MOS晶体管M9的栅极和第十MOS晶体管M10的栅极，第八MOS晶体管M8的栅极连接至第三电阻R3的一端，第八MOS晶体管M8的源级连接至第七MOS晶体管M7的源级和第四MOS晶体管M4的漏极；
第五电阻R5的一端连接至电源VDD，另一端连接至第七MOS晶体管M7的漏极；
第六电阻R6的一端连接至电源VDD，另一端连接至第八MOS晶体管M8的漏极、第九MOS晶体管M9的栅极和第十MOS晶体管M10的栅极。
3、电荷泵3，包括第九MOS晶体管M9、第十MOS晶体管M10、第二偏置电流源Idc2、第三偏置电流源Idc3和第三电容C3，用于接收模拟信号比较器2输送的比较结果，并根据比较结果控制电路输出端Vop的输出电压值。
其中，第九MOS晶体管M9的漏极连接至输出端Vop，第九MOS晶体管M9的栅极连接至第十MOS晶体管M10的栅极、第八MOS晶体管M8的漏极和第六电阻R6相对于VDD的另一端，第九MOS晶体管M9的源级连接至第二偏置电流源Idc2相对于地的另一端；
第十MOS晶体管M10的漏极连接至输出端Vop，第十MOS晶体管M10的栅极连接至第九MOS晶体管M9的栅极、第八MOS晶体管M8的漏极和第六电阻R6相对于VDD的另一端，第十MOS晶体管M10的源级连接至第三偏置电流源Idc3相对于VDD的另一端；
第二偏置电流源Idc2一端连接至第九MOS晶体管M9的源级，另一端连接至地；
第三偏置电流源Idc3一端连接至第十MOS晶体管M10的源级，另一端连接至电压源VDD；
第三电容C3的一端连接至输出端Vop，另一端连接至地。
4、电流源偏置电路4，包括第一偏置电流源Idc1和第一MOS晶体管M1，用于为输入差分源级跟随器1和模拟信号比较器2提供偏置电压；
其中，第一偏置电流源Idc1一端连接至电压源VDD，另一端接至第一MOS晶体管M1的漏极、第一MOS晶体管M1的栅极、第二MOS晶体管M2的栅极、第三MOS晶体管M3的栅极和第四MOS晶体管M4的栅极；
第一MOS晶体管M1的漏极连接至自身的栅极，并连接至第二MOS晶体管M2的栅极、第三MOS晶体管M3的栅极和第四MOS晶体管M4的栅极，第一MOS晶体管M1的源级连接至地。
二、本发明还提供了一种信号功率检测电路的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、由输入端IP输入的正向信号经过输入差分源级跟随器1中的第五MOS晶体管M5后，在第三电阻R3上产生一个基准压降ΔV，并将所述基准压降ΔV输送至模拟信号比较器2，由输入端IN输入的反向信号经过输入差分源级跟随器1中的第六MOS晶体管M6处理后，得到电压信号VIN并输送至模拟信号比较器2；
步骤2、在模拟信号比较器2内将基准压降ΔV和电压信号VIN的电压数值大小进行比较，
当所述电压信号VIN的功率高于所述基准电压ΔV时，电压信号VIN为高电平，所述电荷泵3中的第三电容C3会充电，电路输出端Vop的输出电压会升高；
当所述电压信号VIN的功率低于所述基准电压ΔV时，电压信号VIN为低电平，所述电荷泵3中的第三电容C3会放电，电路输出端Vop的输出电压会降低。
所以电路输出端Vop的输出电压的大小就反应了正向信号输入功率的大小，可以用电路输出端Vop的输出电压直接控制可变增益放大器，来动态的调节射频通道的增益。具体的，通过电路输出端Vop的输出电压升高来控制可变增益放大器增大射频通道的增益，通过电路输出端Vop的输出电压降低来控制可变增益放大器减小射频通道的增益。

Claims (7)

1.一种信号功率检测电路，其特征在于，包括输入差分源级跟随器(1)，所述输入差分源级跟随器(1)分别连接有输入端IP、输入端IN和电流源偏置电路(4)，所述输入差分源级跟随器(1)的信号输出端依次连接模拟信号比较器(2)和电荷泵(3)，所述电荷泵(3)的输出端连接至电路输出端Vop；
所述输入差分源级跟随器(1)，用于接收输入端IP输送的正向信号和输入端IN输送的反向信号，并对正向信号和反向信号进行电平转换处理后再分别输送至模拟信号比较器(2)；
所述模拟信号比较器(2)，用于接收经所述输入差分源级跟随器(1)处理后的所述正向信号和反向信号，并对所述正向信号和反向信号的电压值高低进行比较，再将比较结果输送至所述电荷泵(3)；
所述电荷泵(3)，用于接收所述模拟信号比较器(2)输送的比较结果，并根据所述比较结果控制电路输出端Vop的输出电压值；
所述电流源偏置电路(4)，用于为输入差分源级跟随器(1)和模拟信号比较器(2)提供偏置电压。
2.如权利要求1所述的一种信号功率检测电路，其特征在于，所述输入差分源级跟随器(1)包括第五MOS晶体管M5和第六MOS晶体管M6；
所述第五MOS晶体管M5的漏极连接至电压源VDD，第五MOS晶体管M5的栅极经第一电阻R1连接至电压源VDD，第五MOS晶体管M5的栅极还经第一电容C1与输入端IP连接，第五MOS晶体管M5的源级经第三电阻R3分别连接至所述模拟信号比较器的输入端和第二MOS晶体管M2的漏极；
所述第六MOS晶体管M6的漏极连接至电压源VDD，第六MOS晶体管M6的栅极经第二电阻R2连接至电压源VDD，第六MOS晶体管M6的栅极还经第二电容C2与输入端IN连接，第六MOS晶体管M6的源级分别连接至所述模拟信号比较器(2)的输入端和第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端连接至第三MOS晶体管M3的漏极；
所述第二MOS晶体管M2以及第三MOS晶体管M3的源级均接地，第三MOS晶体管M3的栅极分别与所述电流源偏置电路(4)的输出端、第三MOS晶体管M3的栅极和所述模拟信号比较器2的输入端连接。
3.如权利要求2所述的一种信号功率检测电路，其特征在于，所述电流源偏置电路(4)包括第一MOS晶体管M1，所述第一MOS晶体管M1的漏极经第一偏置电流源Idc1连接至电压源VDD，所述第一MOS晶体管M1的漏极与其栅极相连并连接至所述第二MOS晶体管M2的栅极，所述第一MOS晶体管M1的源级接地。
4.如权利要求2所述的一种信号功率检测电路，其特征在于，所述模拟信号比较器(2)包括第七MOS晶体管M7和第八MOS晶体管M8，所述第七MOS晶体管M7的源级与第八MOS晶体管M8的源级均连接至第四MOS晶体管M4的漏极；
所述第七MOS晶体管M7的漏极经过第五电阻R5连接至电压源VDD，所述第七MOS晶体管M7的栅极与第六MOS晶体管M6的源级连接；
所述第八MOS晶体管M8的漏极经过第六电阻R6连接至电压源VDD，所述第八MOS晶体管M8的漏极还连接至电荷泵(3)的输入端，所述第八MOS晶体管M8的栅极与第三电阻R3远离第五MOS晶体管M5的一端连接；
所述第四MOS晶体管M4的源级连接至地，第四MOS晶体管M4的栅极连接至第三MOS晶体管M3的栅极。
5.如权利要求4所述的一种信号功率检测电路，其特征在于，所述电荷泵(3)包括第十MOS晶体管M10和所述第九MOS晶体管M9，所述第十MOS晶体管M10的栅极和所述第九MOS晶体管M9的栅极均连接至所述第八MOS晶体管M8的漏极，所述第十MOS晶体管M10的源级通过第三偏置电流源Idc3连接至电压源VDD，所述第十MOS晶体管M10的漏极分别连接至所述第九MOS晶体管M9的漏极、第三电容C3的一端和电路输出端Vop，所述第三电容C3的另一端接地，所述第九MOS晶体管M9的源级经第二偏置电流源Idc2接地。
6.如权利要求1至5所述的一种信号功率检测电路的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、由输入端IP输入的正向信号经过输入差分源级跟随器(1)中的第五MOS晶体管M5后，在第三电阻R3上产生一个基准压降ΔV，并将所述基准压降ΔV输送至模拟信号比较器(2)，由输入端IN输入的反向信号经过输入差分源级跟随器(1)中的第六MOS晶体管M6处理后，得到电压信号VIN并输送至模拟信号比较器(2)；
步骤2、在模拟信号比较器(2)内将基准压降ΔV和电压信号VIN的电压数值大小进行比较，再将比较结果输送至所述电荷泵(3)，并控制所述电荷泵(3)中的第三电容C3进行充电或放电动作，从而控制电路输出端Vop的输出电压。
7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述步骤2中通过模拟信号比较器(2)对基准压降ΔV和电压信号VIN的电压数值大小进行比较的具体方法为：
当所述电压信号VIN的功率高于所述基准电压ΔV时，电压信号VIN为高电平，所述电荷泵3中的第三电容C3会充电，电路输出端Vop的输出电压会升高；
当所述电压信号VIN的功率低于所述基准电压ΔV时，电压信号VIN为低电平，所述电荷泵(3)中的第三电容C3会放电，电路输出端Vop的输出电压会降低。
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