CN107528582A - 一种用于射频开关的功耗控制电路 - Google Patents

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林剑欣
余凯
李思臻
章国豪
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    • H03L7/0995—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop the oscillator comprising a ring oscillator

Abstract

本发明公开了一种用于射频开关的功耗控制电路，通过引入分压电路和电压比较电路，能够动态调整环形振荡器中反相器的个数，从而动态调整射频开关控制电路中环形振荡器和电荷泵电路的工作频率。在负电压稳定时，采用低频工作，降低动态功耗，在负压启动和开关切换时，采用高频工作，减小启动时间和转换时间。由此可见，相比于现有技术中减小静态功耗的方法而言，本电路能显著降低动态功耗，最终实现平均功耗的减小。

Description

一种用于射频开关的功耗控制电路
技术领域
本发明涉及电子及通信技术领域，特别是涉及一种用于射频开关的功耗控制电路。
背景技术
射频开关是控制射频功率放大器的重要部件，由开关核10和开关控制器11构成，如图1所示。开关核10包括多路开关，每路开关又包括用于传输射频信号的串联支路和用于提高隔离度的并联支路。开关控制器11为开关核提供偏置电压，由电压调节器、振荡器、电荷泵电路、电平移位电路、控制逻辑等模块组成。其中，电压调节器输出正电压，电荷泵电路输出负电压。正电压、负电压、零电压被送入电平移位电路产生开关核所需的偏置电压，而控制逻辑根据逻辑输入信号来决定哪一路开关导通。
虽然，开关控制器的运用会提高射频开关的性能，但是使射频开关从无源变为有源，增加了功耗。因此，需要一种新颖的功耗控制电路结构与设计方法，降低开关控制器的功耗。在降低开关控制器的功耗方面，现有技术主要是降低各模块的静态功耗，即降低电压调节器的静态功耗，而各模块的动态功耗被忽略，特别是提供负电压的振荡器和电荷泵电路，二者一直处在工作状态，所以会产生很大的动态功耗。
由此可见，如何降低振荡器和电荷泵电路的动态功耗是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于射频开关的功耗控制电路，用于降低振荡器和电荷泵电路的动态功耗。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于射频开关的功耗控制电路，包括与电荷泵电路的输出端连接的分压电路，与所述分压电路的输出端连接的电压比较电路，所述电压比较电路的输出端与环形振荡器连接以在所述电荷泵电路的输出端的电压高于阈值时控制所述环形振荡器中的第一开关管导通，第二开关管截止，在所述电荷泵电路的输出端的电压低于所述阈值时控制所述环形振荡器中的第一开关管截止，第二开关管导通；
其中，所述环形振荡器中包含多个反相器，所述第一开关管导通时所述环形振荡器中的所述反相器的数量大于所述第二开关管导通时的数量。
优选地，所述分压电路具体包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与电源端连接，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接以作为所述分压电路的输出端，所述第二电阻的第二端与所述电荷泵电路的输出端连接。
优选地，所述电压比较电路包括电压比较器和反相电路，所述电压比较器的同相输入端与所述分压电路的输出端连接，所述电压比较器的反相输入端接地，所述电压比较器的输出端与所述反相电路的输入端连接，所述电压比较器的输出端作为所述电压比较电路的第一输出端与所述第一开关管连接，所述反相电路的输出端作为所述电压比较电路的第二输出端与所述第二开关管连接。
优选地，所述反相电路具体为反相器。
优选地，所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相同。
优选地，所述阈值为-2.5V，则所述电源端所对应的电源为输出2.5V的电源。
本发明所提供的用于射频开关的功耗控制电路，通过引入分压电路和电压比较电路，能够动态调整环形振荡器中反相器的个数，从而动态调整射频开关控制电路中环形振荡器和电荷泵电路的工作频率。在负电压稳定时，采用低频工作，降低动态功耗，在负压启动和开关切换时，采用高频工作，减小启动时间和转换时间。由此可见，相比于现有技术中减小静态功耗的方法而言，本电路能显著降低动态功耗，最终实现平均功耗的减小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种射频开关的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种用于射频开关的功耗控制电路的结构图；
图3为本发明实施例提供的一种用于射频开关的功耗控制电路的电路图；
图4为本发明所提供的一种图3对应的时序关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明的核心是提供一种用于射频开关的功耗控制电路，用于降低振荡器和电荷泵电路的动态功耗。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图2为本发明实施例提供的一种用于射频开关的功耗控制电路的结构图。如图2所示，该电路包括与电荷泵电路的输出端连接的分压电路20，与分压电路20的输出端连接的电压比较电路21，电压比较电路21的输出端与环形振荡器连接以在电荷泵电路的输出端的电压高于阈值时控制环形振荡器中的第一开关管M1导通，第二开关管M2截止，在电荷泵电路的输出端的电压低于阈值时控制环形振荡器中的第一开关管M1截止，第二开关管M2导通；
其中，环形振荡器中包含多个反相器，第一开关管M1导通时环形振荡器中的反相器的数量大于第二开关管导通时的数量。
在具体实施中，为了实现对产生负电压的振荡器和电荷泵电路的功耗控制，需要采用图2所示的功耗控制电路，该电路通过动态控制振荡器的输出端的频率从而动态地控制振荡器和电荷泵电路的动态功耗。具体工作原理是：分压电路20主要用于检测电荷泵电路的输出电压，由于电荷泵电路的输出电压为负电压，在启动过程和开关切换过程中，其电压的变化分为两个阶段，第一个阶段是从0V下降到-2.5V(电荷泵电路的阈值)，第二个阶段是低于-2.5V。电压比较电路21的作用是根据分压电路20输出的电压输出高低电平信号，从而控制环形振荡器中的第一开关管M1和第二开关管M2的导通或截止。在第一个阶段，分压电路20的输出电压使得电压比较电路21的输出端的电压控制第一开关管M1导通，第二开关管M2截止；在第二个阶段，分压电路20的输出电压使得电压比较电路21的输出端的电压控制第一开关管M1截止，第二开关管M2导通。
在第一阶段，即当第一开关管M1导通，第二开关管M2截止时，环形振荡器中的反相器的数目增多，因此环形振荡器产生的频率就会变高，此时动态功耗较大，但可以加快启动过程，减小启动时间。
在第二阶段，即当第一开关管M1截止，第二开关管M2导通时，环形振荡器中的反相器的数目减少，因此环形振荡器产生的频率就会变低，此时动态功耗较小。
本实施例提供的用于射频开关的功耗控制电路，通过引入分压电路和电压比较电路，能够动态调整射频开关控制电路中振荡器和电荷泵电路的工作频率。在负电压稳定时，采用低频工作，降低动态功耗，在负压启动和开关切换时，采用高频工作，减小启动时间和转换时间。由此可见，相比于现有技术中减小静态功耗的方法而言，本电路能显著降低动态功耗，最终实现平均功耗的减小。
图3为本发明实施例提供的一种用于射频开关的功耗控制电路的电路图。如图3所示，作为优选地实施方式，分压电路20具体包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端与电源端VDD连接，第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端连接以作为分压电路20的输出端，第二电阻R2的第二端与电荷泵电路的输出端V-2P5连接。
如图3所示，电压比较电路21包括电压比较器U和反相电路，电压比较器U的同相输入端与分压电路20的输出端连接，电压比较器U的反相输入端接地，电压比较器U的输出端与反相电路的输入端连接，电压比较器U的输出端OUT作为电压比较电路21的第一输出端与第一开关管M1连接，反相电路的输出端作为电压比较电路21的第二输出端与第二开关管M2连接。
优选地，反相电路具体为反相器V。
以阈值为-2.5V，为例说明，电荷泵电路的输出电压从0V下降到-2.5V的启动过程中，电压比较器U的输出端OUT为高电平，经过反相器V，则反相器V的输出端OUTB为低电平。此时，环形振荡器中第一开关管M1导通，而第二开关管M2截至，参与工作的反相器数目增多，因此产生的频率高，此时动态功耗较大，但可以加快启动过程，减小启动时间。当电荷泵电路的输出电压降低到阈值电压-2.5V以下时，电压比较器U的输出端OUT为低电平，，经过反相器V，则反相器V的输出端OUTB为高电平。此时，环形振荡器中的第一开关管M1截至，而第二开关管M2导通，参与工作的反相器数目减少，因此产生的频率低，此时动态功耗较小。
图4为本发明所提供的一种图3对应的时序关系示意图。如图4所示，包括电荷泵电路的输出端V-2P5，电压比较器的输出端OUT，环形振荡器的输出端CK以及阈值。图中电荷泵电路的输出端V-2P5在启动过程中和开关切换过程中，都有可能高于阈值电压VTH。当电压比较器检测到电荷泵电路的输出端V-2P5比阈值电压VTH大时，电压比较器U的输出端OUT变为高电平，时钟频率变高，动态功耗增大，但是可以获得更快的启动时间和切换时间。当电压比较器U检测到电荷泵电路的输出端V-2P5比阈值电压VTH小时，电压比较器U的输出端OUT变为低电平，时钟频率变低，动态功耗减小，由于此时没有启动过程和切换过程，所以电荷泵电路的输出端V-2P5保持恒定，从而降低时钟频率可以减小动态功耗。
可以理解的是，在图3的基础上，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值可以根据阈值和电源端的电压共同决定，作为优选地实施方式，第一电阻R1的阻值与第二电阻R2的阻值相同。在此基础上，当阈值为-2.5V，则电源端所对应的电源为输出2.5V的电源。
以上对本发明所提供的用于射频开关的功耗控制电路进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种用于射频开关的功耗控制电路，其特征在于，包括与电荷泵电路的输出端连接的分压电路，与所述分压电路的输出端连接的电压比较电路，所述电压比较电路的输出端与环形振荡器连接以在所述电荷泵电路的输出端的电压高于阈值时控制所述环形振荡器中的第一开关管导通，第二开关管截止，在所述电荷泵电路的输出端的电压低于所述阈值时控制所述环形振荡器中的第一开关管截止，第二开关管导通；
其中，所述环形振荡器中包含多个反相器，所述第一开关管导通时所述环形振荡器中的所述反相器的数量大于所述第二开关管导通时的数量。
2.根据权利要求1所述的用于射频开关的功耗控制电路，其特征在于，所述分压电路具体包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与电源端连接，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接以作为所述分压电路的输出端，所述第二电阻的第二端与所述电荷泵电路的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的用于射频开关的功耗控制电路，其特征在于，所述电压比较电路包括电压比较器和反相电路，所述电压比较器的同相输入端与所述分压电路的输出端连接，所述电压比较器的反相输入端接地，所述电压比较器的输出端与所述反相电路的输入端连接，所述电压比较器的输出端作为所述电压比较电路的第一输出端与所述第一开关管连接，所述反相电路的输出端作为所述电压比较电路的第二输出端与所述第二开关管连接。
4.根据权利要求3所述的用于射频开关的功耗控制电路，其特征在于，所述反相电路具体为反相器。
5.根据权利要求2所述的用于射频开关的功耗控制电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相同。
6.根据权利要求5所述的用于射频开关的功耗控制电路，其特征在于，所述阈值为-2.5V，则所述电源端所对应的电源为输出2.5V的电源。
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