CN106324336A - 一种功率检测电路、功率放大器模块及功率校准电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种功率检测电路、功率放大器模块及功率校准电路，所述功率检测电路包括：巴伦、电流检测单元、衰减器和乘法器；所述巴伦的输入端连接功率放大器的输出端，第二输出端连接地，第一输出端连接负载的第一端及所述衰减器的第一端；所述电流检测单元与所述巴伦耦合连接，与所述乘法器耦接，适于检测所述功率放大器的电流和相位校准；所述衰减器的第二端与所述乘法器耦接；所述乘法器与所述功率检测电路的输出端耦接，所述乘法器适于将所述电流检测单元检测出的电流与检测到的电压相乘。采用上述方案可以提高功率检测的精度。

Description

一种功率检测电路、功率放大器模块及功率校准电路

技术领域

本发明涉及检测电路领域，尤其涉及一种功率检测电路、功率放大器模块及功率校准电路。

背景技术

为了准确控制射频发射芯片的输出功率，射频芯片需要有功率校准电路，其中的功率检测器(Power Detector，PD)检测功率放大器(Power Amplifier，PA)的输出功率，并将该信息送到模数转换器(Analog-to-Digital，ADC)，数字电路(Digital Baseband，DB)通过从ADC读到的信息来调节发射芯片各个模块的增益，得到准确的输出功率。

现有技术中，功率检测电路是基于V_det×I_det来实现的，其中V_det是所述PA输出晶体管漏端的电压，而I_det是通过一个复制的所述PA的跨导级得到，所述输出功率检测电路的增益：G＝(PA_out＝V_out×I_out)/(PD_out＝V_det×I_det)。

在这种情况下，所述功率检测电路的增益与负载的阻抗相关，因此使所述PD不能够提供可靠的检测精度。

发明内容

本发明解决的问题是如何消除负载的阻抗对功率检测电路的增益的影响，提高功率检测的精度。

为解决上述问题，本发明提供一种功率检测电路，所述电路包括：巴伦、电流检测单元、衰减器和乘法器，其中：

所述巴伦的输入端连接功率放大器的输出端，第二输出端连接地，第一输出端连接负载的第一端及所述衰减器的第一端；

所述电流检测单元与所述巴伦耦合连接，与所述乘法器耦接，适于检测所述功率放大器的电流和相位校准；

所述衰减器的第二端与所述乘法器耦接；

所述乘法器与所述功率检测电路的输出端耦接，所述乘法器适于将所述电流检测单元检测出的电流与检测到的电压相乘。

可选地，所述的功率检测电路，还包括：耦接在所述衰减器及所述乘法器之间的第二相位校准单元。

可选地，第二相位校准单元，包括：电阻和电容串联形成的延时网络。

可选地，所述电流检测单元，包括：感应线圈和电容并联形成的谐振网络。

本发明实施例还提供了一种功率放大器模块，所述功率放大器模块包括功率放大器，以及所述的功率检测电路，所述功率检测电路设置在所述功率放大器输出端。

本发明实施例还提供了一种功率校准电路，所述校准电路包括：功率放大器、模/数转换器、处理器、数/模转换器、增益调节器及调制器，以及所述的功率检测电路，其中：

所述功率放大器一端耦接所述调制器，另一端耦接所述功率检测电路；

所述功率检测电路，一端耦接所述模/数转换器，另一端耦接所述调制器，适于检测功率放大器的输出功率信号；

所述模/数转换器，一端耦接所述功率检测电路，另一端耦接所述处理器，适于将所述功率检测电路检测得到的输出功率信号转换为数字信号，得到所述功率放大器的输出功率值；

所述处理器，一端耦接所述数/模转换器，另一端耦接至所述数/模转换器，适于根据接收到的所述功率放大器的输出功率值，输出控制调节信号，所述控制调节信号适于调节所述增益调节器、所述数/模转换器以及所述调制器至少其中之一的增益；

所述数/模转换器，一端耦接所述处理器，另一端耦接所述增益调节器，适于将所述控制调节信号转变为模拟信号；

所述增益调节器，一端耦接所述数/模转换器，另一端耦接所述调制器。

可选地，所述处理器为数字基带电路。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过与巴伦耦合连接的电流检测单元内的感应线圈所检测得到的电流大小可以真实反映功率放大器的输出电流大小，与负载阻抗的大小无关，且检测功率放大器的输出电压是在经过巴伦之后检测的，故不受巴伦的插入损耗影响，且通过所述电流检测单元还可以进行相位校准，消除由于寄生等非理想因素带来的相位偏差。因此，本发明实施例中的功率检测电路的增益不受负载的阻抗的影响，故可以提高功率检测的精度。

进一步，通过设置第二相位校准单元，可以改变延时来精确地校准相位，从而可以更加提高功率检测的精度。

附图说明

图1是现有技术的一种功率检测电路的结构示意图；

图2是本发明一实施例中的一种功率检测电路的结构示意图；

图3是本发明一实施例中的另一种功率检测电路的结构示意图；

图4是本发明一实施例中的一种功率校准电路的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，目前的功率检测电路包括：巴伦102、衰减器103、功率放大器101的跨导级电路104、乘法器105、相位校准单元106及功率检测电路的输出端107，其中：

所述巴伦102的输入端与功率放大器101输出端及所述衰减器103耦接；

所述功率放大器的跨导级电路104与所述功率放大器101的输入端耦接；

所述巴伦102的第二输出端接地，第一输出端与负载108耦接；

所述衰减器103与所述相位校准单元106耦接；

所述功率放大器的跨导级电路104与所述乘法器105的一端耦接；

所述乘法器105与所述相位校准单元106耦接；

所述乘法器105与所述功率检测电路的输出端107耦接。

所述功率检测电路是通过检测功率放大器的输出电压V_det及功率放大器的输出电流I_det，并利用所述乘法器105基于P_det＝V_det×I_det来得到检测结果P_det的，其中，V_det是功率放大器输出晶体管漏端的电压，而I_det是通过一个复制的功率放大器的跨导级电路104来得到的。

因为功率放大器101的输出端连接比较大的寄生电容109，所以电流会在所述寄生电容109与负载阻抗108之间分流，由图1中可以得到功率放大器的输出电流I_out为：

$I_{out}=G_m{V}_{in}\frac{Z_c}{Z_c+Z_L}---\left(1\right)$

所以所述功率检测电路的检测电流I_det与所述电路功率放大器的输出电流I_out的比值为：

$\frac{I_{\det }}{I_{out}}=\frac{{\mathrm{\αG}}_m{V}_{in}}{G_m{V}_{in}\frac{Z_c}{Z_c+Z_L}}=\frac{\mathrm{\α}(Z_c+Z_L)}{Z_c}---\left(2\right)$

由公式(2)可以看出，当负载阻抗Z_L变化时，功率放大器的输出电流I_out会发生变化，但是所述功率检测电路检测到的电路I_det并不能准确反映I_out的变化，由此所述功率检测电路会存在一定的检测误差。

并且因为巴伦的插入损耗IL也会随着所述负载阻抗Z_L的变化而变化，而在图1中功率检测电路中检测的电压V_det是巴伦插入之前的电压，所以P_det＝V_det×I_det与P_out＝V_out×I_out的比值，即功率检测电路的增益G为：

$G=\frac{P_{\det }}{P_{out}}=\frac{P_{out}+IL}{P_{out}}---\left(3\right)$

从公式(3)可以看出，增益G并不为常数，而是一个与负载阻抗Z_L有关的值，也就是说功率检测电路的增益受到负载阻抗Z_L的影响。

为了解决现有技术所述的功率检测电路的增益G受到负载阻抗Z_L的影响的问题，提高功率检测的精度，本发明实施例中提供了相应的功率检测电路，通过与巴伦耦合连接的电流检测单元内的感应线圈所检测得到的电流大小可以真实反映功率放大器的输出电流大小，与负载阻抗的大小无关，且检测功率放大器的输出电压是在经过巴伦之后检测的，故不受巴伦的插入损耗影响，且通过所述电流检测单元还可以进行相位校准，消除由于寄生等非理想因素带来的相位偏差。因此，本发明实施例中的功率检测电路的增益不受负载的阻抗的影响，故可以提高功率检测的精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2示出了本发明实施例中的一种功率检测电路的结构图。从图2可以看到，所述功率检测电路包括：巴伦202、电流检测单元203、衰减器204及乘法器205，其中：

所述巴伦202的输入端连接功率放大器201的输出端，所述巴伦202的第二输出端连接地，第一输出端连接负载206及所述衰减器204的第一端；

所述电流检测单元203与所述巴伦202耦合连接，与所述乘法器205耦接适于检测所述功率放大器201的电流和相位校准；

所述衰减器204的第二端与所述乘法器205耦接；

所述乘法器205与所述功率检测电路的输出端207耦接，所述乘法器205适于将所述电流检测单元检测出的电流与检测到的电压相乘。

在本发明一实施例中，所述电流检测单元203，可以包括：感应线圈和电容并联形成的谐振网络。

在本发明一实施例中，通过在所述巴伦内或者巴伦的旁边放置一感应线圈检测所述功率放大器的输出电流，此处对所述感应线圈的具体位置不做限定。

在具体实施中，假设功率放大器的输出电压V_out和输出电流I_out为：

V_out＝V cos(ωt+θ₁) (4)

I_out＝I cos(ωt+θ₂) (5)

则对应的输出功率PA_out为：

PA_out＝VI cos(θ₁-θ₂)＝VI cosθ (6)

其中θ为所述功率放大器的输出电压和所述输出电流之间的相位差，即θ＝θ₁-θ₂。而功率检测电路检测出的电压V_det和电流I_det分别为：

V_det＝αV cos(ωt+θ₁) (7)

I_det＝βI cos(ωt+θ₂+φ) (8)

其中φ是由于寄生等非理想因素带来的相位偏差。相应地，所述乘法器205适于将所述电流检测单元检测出的电流与检测到的电压相乘，从而可以得到功率检测电路的输出端207检测到的功率PD_out为：

PD_out＝αβVI cos(θ+φ) (9)

则整个功率检测电路的增益G为：

$\frac{{\mathrm{PD}}_{out}}{{\mathrm{PA}}_{out}}=\mathrm{\α}\mathrm{\β}\frac{cos(\mathrm{\θ}+\mathrm{\φ})}{\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}---\left(10\right)$

由上式(10)可以看到，由于所述相位偏差φ的存在，当负载阻抗Z_L发生变化时，所述功率放大器的输出电压和所述输出电流之间的相位差θ会发生变化，因此上式(10)并不能够保持恒定，即整个功率检测电路的增益G并不为常数。

在具体实施中，本发明的实施例中包括了所述电流检测单元203，所述电流检测单元203为感应线圈L和电容C的并联形成的谐振网络，适于通过调整所述电容C的大小来改变I_det的相位，得到相位调整后的检测电流I_det为：

最终得到功率检测电路的增益G”为：

理论上只要就对所述功率检测电路的增益G进行了相位校准，所述增益G即是一个恒定值，从而可以消除负载的阻抗对功率检测电路的增益的影响，从而可以提高功率检测的精度。

上述实施例中的输出功率检测电路，因为与巴伦耦合连接的电流检测单元所检测得到的电流大小可以真实反映功率放大器的输出电流大小，与负载阻抗的大小无关，且检测功率放大器的输出电压是在经过巴伦之后检测的，故不受巴伦的插入损耗影响，且所述电流检测单元还可以进行相位校准，消除由于寄生等非理想因素带来的相位偏差。

综上可知，所述本发明实施例中的功率检测电路的增益不受负载的阻抗的影响，故可以提高功率检测的精度。

图3示出了本发明实施例中的另一种功率检测电路的结构图。相对于上一实施例，所述功率检测电路还可以包括：第二相位校准单元208，其中所述第二相位校准单元208耦接在所述衰减器204及乘法器205之间。

在本发明一实施例中，所述第二相位校准单元208可以由电阻和电容串联组成的延时网络的组成。

所述第二相位校准单元208适于通过改变RC延时网络的延时来改变V_det的相位，可以得到功率检测电路检测到的电压V_det为：

V_det^＝αV cos(ωt+θ₁+α) (13)

最终得到功率检测电路的增益G^为：

$G^=\frac{{\mathrm{PD}}_{out}}{{\mathrm{PA}}_{out}^}=\mathrm{\α}\mathrm{\β}\frac{cos(\mathrm{\θ}+\mathrm{\φ}+\mathrm{\α})}{\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}---\left(14\right)$

理论上只要就进行了相位校准，所述功率检测电路的增益G即是一个恒定值，从而也可以消除负载的阻抗对功率检测电路的增益的影响，从而可以提高功率检测的精度。

在具体实施中，所述电流检测单元203可以用于粗调相位，所述第二相位校准单元208可用于精调相位，也可以把所述电流检测单元203和所述第二相位校准单元208两种方案结合来进行相位的校准。

本发明一实施例中还提供了一种功率放大器模块，包括功率放大器和设置在所述功率放大器输出端的功率检测电路，所述功率检测电路为上述实施例中所述的图2或图3任意一种功率检测电路，不再赘述。

如图4所示，为使本领域的技术人员更好的理解和应用本发明，本发明实施例还提供了一种功率校准电路。下面结合图4对所述功率校准电路进行说明，所述功率校准电路包括：功率放大器406、模/数转换器401、处理器402、数/模转换器403、增益调节器404及调制器405，以及图2或图3所示的任意一种功率检测电路400，其中：

所述功率放大器406一端耦接所述调制器405，另一端耦接所述功率检测电路400；

所述功率检测电路400，一端耦接所述模/数转换器401，另一端耦接所述功率放大器406，适于检测所述功率放大器406的输出功率信号；

所述模/数转换器401，一端耦接所述功率检测电路400，另一端耦接所述处理器402，适于将所述功率检测电路400检测得到的输出功率信号转换为数字信号，得到所述功率放大器406的输出功率值；

所述处理器402，一端耦接所述模/数转换器401，另一端耦接至所述数/模转换器403，适于根据接收到的所述功率放大器406的输出功率值，输出控制调节信号，所述控制调节信号适于调节所述增益调节器404、所述数/模转换器403以及所述调制器405至少其中之一的增益；

所述数/模转换器403，一端耦接所述处理器402，另一端耦接所述增益调节器404，适于将所述控制调节信号转变为模拟信号；

所述增益调节器404，一端耦接所述数/模转换器403，另一端耦接所述调制器405。

在本发明具体实施中，所述处理器402可以为数字基带电路。

为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明实施例，以下对上述功率校准电路的工作原理详细介绍如下：

功率检测电路400检测所述功率放大器406的输出功率信号，并将所述输出功率信息传送到模/数转换器401，所述模/数转换器401将所述功率检测电路400检测得到的输出功率信号转换为数字信号，将所述数字信号传送给处理器402，所述处理器402根据接收到的所述功率放大器406的输出功率值，输出控制调节信号，所述控制调节信号适于调节所述增益调节器404、所述数/模转换器403以及所述调制器405至少其中之一的增益以调节所述功率放大器406的输出功率。

因为所述功率检测电路400可以精确检测所述功率放大器406的功率，从而所述功率校准电路可以精确的控制所述功率放大器406的输出功率。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种功率检测电路，其特征在于，包括：巴伦、电流检测单元、衰减器和乘法器，其中：

所述巴伦的输入端连接功率放大器的输出端，第二输出端连接地，第一输出端连接负载的第一端及所述衰减器的第一端；

所述电流检测单元与所述巴伦耦合连接，与所述乘法器耦接，适于检测所述功率放大器的电流和相位校准；

所述衰减器的第二端与所述乘法器耦接；

所述乘法器与所述功率检测电路的输出端耦接，所述乘法器适于将所述电流检测单元检测出的电流与检测到的电压相乘。

2.根据权利要求1所述的功率检测电路，其特征在于，还包括：耦接在所述衰减器及所述乘法器之间的第二相位校准单元。

3.根据权利要求2所述的功率检测电路，其特征在于，所述第二相位校准单元，包括：电阻和电容串联形成的延时网络。

4.根据权利要求1所述的功率检测电路，其特征在于，所述电流检测单元，包括：感应线圈和电容并联形成的谐振网络。

5.一种功率放大器模块，其特征在于，包括功率放大器，以及权利要求1-4任一项所述的功率检测电路，所述功率检测电路设置在所述功率放大器输出端。

6.一种功率校准电路，其特征在于，包括：功率放大器、模/数转换器、处理器、数/模转换器、增益调节器及调制器，以及权利要求1-4任一项所述的功率检测电路，其中：

所述功率放大器一端耦接所述调制器，另一端耦接所述功率检测电路；

所述功率检测电路，一端耦接所述模/数转换器，另一端耦接所述调制器，适于检测功率放大器的输出功率信号；

所述模/数转换器，一端耦接所述功率检测电路，另一端耦接所述处理器，适于将所述功率检测电路检测得到的输出功率信号转换为数字信号，得到所述功率放大器的输出功率值；

所述处理器，一端耦接所述数/模转换器，另一端耦接至所述数/模转换器，适于根据接收到的所述功率放大器的输出功率值，输出控制调节信号，所述控制调节信号适于调节所述增益调节器、所述数/模转换器以及所述调制器至少其中之一的增益；

所述数/模转换器，一端耦接所述处理器，另一端耦接所述增益调节器，适于将所述控制调节信号转变为模拟信号；

所述增益调节器，一端耦接所述数/模转换器，另一端耦接所述调制器。

7.根据权利要求6所述的功率校准电路，其特征在于，所述处理器为数字基带电路。