CN108123760A - 发射器功率检测电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种发射器功率检测电路及方法。本公开揭示一种电路，所述电路包含：第一装置，其位于第一输入节点与内部节点之间；第二装置，其位于第二输入节点与所述内部节点之间；第三装置，其位于所述内部节点与接地之间；第四装置，其位于所述内部节点与输出节点之间；及第五装置，其位于所述输出节点与接地之间。所述第二装置及所述第三装置通过在所述第二输入节点上划分偏压电压而在所述内部节点上产生直流DC电压。所述第四装置从所述DC电压在所述输出节点上产生输出电压的第一分量。所述第一装置及所述第三装置通过在所述第一输入节点上划分射频RF信号而在所述内部节点上产生调制信号。所述第五装置对所述调制信号进行整流以产生第二输出电压分量。

Description

发射器功率检测电路及方法
技术领域
本公开涉及一种发射器功率检测电路及方法。
背景技术
射频(RF)发射器通常设计成满足通过维持与其他装置的兼容性而促进所要通信且避免非所要干扰的行业标准。为了确保此兼容性，行业标准通常包括针对于发射器功率水平的规定。
在某些RF发射器电路应用中，输出级包括是集成电路(IC)芯片的一部分的功率放大器。发射器组件可包括额外IC电路以及组件，例如位于IC芯片外部的天线。
发明内容
本公开涉及一种功率检测电路，其包含：接地节点；第一输入节点；第二输入节点；内部节点；输出节点；第一装置，其耦合于所述第一输入节点与所述内部节点之间；第二装置，其耦合于所述第二输入节点与所述内部节点之间；第三装置，其耦合于所述内部节点与所述接地节点之间；第四装置，其耦合于所述内部节点与所述输出节点之间；及第五装置，其耦合于所述输出节点与所述接地节点之间。其中，所述第二装置及所述第三装置配置成在所述第二输入节点上划分直流(DC)偏压电压以在所述内部节点上产生DC节点电压，所述第四装置配置成基于所述DC节点电压而在所述输出节点上产生输出电压的第一分量，所述第一装置及所述第三装置配置成在所述第一输入节点上划分射频(RF)信号以在所述内部节点上产生调制信号，且所述第五装置配置成至少部分地对所述调制信号进行整流以在所述输出节点上产生所述输出电压的第二分量。
本公开涉及一种发射器电路，其包含：放大器，其配置成在输出节点上输出射频(RF)信号；功率检测电路，其与所述输出节点耦合；参考电压产生器；比较器，其配置成接收所述功率检测电路的输出电压及所述参考电压产生器的参考电压；及模拟转数字转换器(ADC)，其耦合于所述比较器与所述放大器之间。其中，所述功率检测电路配置成产生具有基于直流(DC)偏压电压的第一分量及基于所述RF信号的功率水平的第二分量的所述输出电压，所述参考电压产生器配置成基于所述DC偏压电压而产生所述参考电压，且所述放大器配置成响应于所述ADC的输出而调整所述RF信号的所述功率水平。
本公开涉及一种检测射频(RF)信号的功率水平的方法，所述方法包含：将功率检测电路的内部节点驱动至直流(DC)节点电压水平；基于所述DC节点电压水平在所述功率检测电路的输出节点上产生输出电压的第一分量；在所述功率检测电路的输入节点上接收所述RF信号；划分所述RF信号以在所述内部节点上产生调制信号；及通过至少部分地对所述调制信号进行整流而在所述功率检测电路输出节点上产生所述输出电压的第二分量。
附图说明
当与附图一起阅读时，依据以下详细说明最佳地理解本公开的方面。注意，根据行业中的标准实践，各种构件并未按比例绘制。实际上，为论述的清晰起见，可任意地增加或减小各种构件的尺寸。
图1是根据某些实施例的发射器电路的图式。
图2是根据某些实施例的功率检测电路的图式。
图3是根据某些实施例的参考电压电路的图式。
图4是根据某些实施例的比较器电路的图式。
图5是根据某些实施例的图2的功率检测电路的各种节点处的电压及电流信号的时序图。
图6是根据某些实施例的图2的功率检测电路的转移函数的图式。
图7A及图7B是根据某些实施例的图1的发射器电路的各种节点处的电压信号的时序图。
图8是根据某些实施例的检测RF信号的功率水平的方法的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供用于实施所提供目标物的不同构件的诸多不同实施例或实例。为了简化本公开，下文阐述组件、值、操作、材料、配置或例如此类的特定实例。当然，这些组件、值、操作、材料、配置或例如此类仅是实例且并不意图是限制性的。预期其他组件、值、操作、材料、配置或例如此类。举例来说，以下说明中的第一构件形成于第二构件上方或所述第二构件上可包括其中第一构件与第二构件直接接触地形成的实施例，且还可包括其中额外构件可形成于第一构件与第二构件之间使得第一构件与第二构件可不直接接触的实施例。另外，本公开可在各种实例中重复组件符号及/或字母。此重复是出于简化及清晰的目的且本身不指定所论述的各种实施例及/或配置之间关系。
进一步地，为便于说明，本文中可使用空间相对术语(例如“在...的下”、“在...下面”、“下部”、“在...上面”、“上部”及例如此类)来阐述一个组件或构件与另一(些)组件或构件的关系，如图中所图解说明。除图中所说明的定向以外，所述空间相对术语还意图囊括装置在使用或操作中的不同定向。可以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)设备且同样可相应地解释本文中所使用的空间相对描述符。
在某些实施例中，发射器电路包括：放大器，其在输出节点上输出RF信号；功率检测电路，其与所述输出节点耦合；参考电压产生器；比较器，其接收所述功率检测电路的输出电压及所述参考电压产生器的参考电压；及ADC，其耦合于所述比较器与所述放大器之间。功率检测电路产生输出电压，所述输出电压具有基于DC偏压电压的第一分量及基于所述RF信号的功率水平的第二分量。参考电压产生器基于DC偏压电压而产生参考电压，且放大器响应于ADC的输出而调整RF信号的功率水平。
图1是根据某些实施例的发射器电路100的图式。发射器电路100包括放大器110、功率检测电路120、参考电压产生器130、比较器140及模拟转数字转换器(ADC)150。放大器110通过节点115而电耦合至功率检测电路120，功率检测电路120通过节点125而电耦合至比较器140，参考电压产生器130通过节点135而电耦合至比较器140，比较器140通过节点145而电耦合至ADC 150，且ADC 150通过信号路径155而电耦合至放大器110。
在某些实施例中，发射器电路100是RF发射器的组件。在某些实施例中，发射器电路100是具有自2.2吉赫(GHz)至2.6GHz的操作频率的RF发射器的组件。在某些实施例中，发射器电路100是具有自5.6GHz至6.0GHz的操作频率的RF发射器的组件。
在某些实施例中，发射器电路100是符合于无线网络标准的RF发射器的组件。在某些实施例中，发射器电路100是符合于蓝牙标准的RF发射器的组件。
放大器110是RF功率放大器，所述RF功率放大器配置成在一或多个输入端子(未展示)上接收一或多个输入信号(未展示)且在节点115上输出一信号RFOUT。放大器110配置成通过使一或多个输入信号的振幅增加达具有增益水平的增益而产生信号RFOUT，且配置成响应于在信号路径155上接收的多个位n而调整所述增益水平。
在某些实施例中，放大器110配置成通过相对于接地或其他参考水平增加输入信号的振幅而产生信号RFOUT。在某些实施例中，放大器110配置成通过增加差分输入信号的振幅而产生信号RFOUT。
通过响应于多个位n而调整增益水平，放大器110能够输出具有受多个位n控制的预定功率水平的信号RFOUT。在某些实施例中，多个位n介于自一最低值至一最高值的范围内，且放大器110配置成与多个位n的值相反地调整增益水平。在某些实施例中，多个位n介于自一最低值至一最高值的范围内，且放大器110配置成与多个位n的值成比例地调整增益水平。
在某些实施例中，放大器110配置成响应于信号路径155上的多个位n(具有介于4个位至6个位的范围内的一数目)。在某些实施例中，放大器110配置成响应于信号路径155上的多个位n(具有少于4个位)。在某些实施例中，放大器110配置成响应于信号路径155上的多个位n(具有多于6个位)。
在某些实施例中，放大器110配置成响应于串行接收的多个位n。在某些实施例中，信号路径155包括一个以上传导路径，且放大器110配置成响应于并列接收的多个位n。
功率检测电路120配置成在节点115上接收信号RFOUT且配置成在节点125上输出电压VRF。功率检测电路120配置成产生具有直流(DC)电压水平的电压VRF，所述直流电压水平包括与第二分量求和的第一分量。在某些实施例中，电压VRF包括一或多个交流(AC)分量或其他时变分量，所述一或多个交流分量或其他时变分量相对于DC电压水平的第一分量及第二分量是小的。
DC电压水平的第一分量对应于预定电压水平，且DC电压水平的第二分量基于信号RFOUT的振幅而变化。
在某些实施例中，功率检测电路120配置成产生具有关于信号RFOUT的增加的振幅或功率水平而增加的量值的DC电压水平的第二分量。在某些实施例中，功率检测电路120配置成产生具有关于信号RFOUT的增加的振幅或功率水平而减小的量值的DC电压水平的第二分量。
参考电压产生器130配置成产生参考电压VREF且在节点135上输出参考电压VREF。参考电压产生器130配置成产生具有对应于电压VRF的DC电压水平的第一分量的DC电压水平的参考电压VREF。
在某些实施例中，参考电压产生器130配置成产生具有等于电压VRF的DC电压水平的第一分量的DC电压水平的参考电压VREF。在某些实施例中，参考电压产生器130配置成产生具有等于电压VRF的DC电压水平的第一分量加或减一偏移值的DC电压水平的参考电压VREF。在某些实施例中，参考电压产生器130配置成产生具有与电压VRF的DC电压水平的第一分量成比例的DC电压水平的参考电压VREF。
比较器140配置成在节点125上接收电压VRF，在节点135上接收参考电压VREF，基于电压VRF与参考电压VREF之间的差而产生电压VCMP，且在节点145上输出电压VCMP。在某些实施例中，比较器140配置成产生等于电压VRF与参考电压VREF之间的差的电压VCMP。
由于参考电压VREF对应于电压VRF的DC水平的第一分量，且电压VCMP是基于电压VRF与参考电压VREF之间的差，因此电压VCMP具有基于电压VRF的DC水平的第二分量且因此基于信号RFOUT的振幅或功率水平而变化的量值。
ADC 150配置成在节点145上接收电压VCMP且基于电压VCMP在信号路径155上产生多个位n。在某些实施例中，ADC 150配置成产生介于自一最低值至一最高值的范围内的多个位n，其中所述值与电压VCMP的一值成比例地变化。在某些实施例中，ADC 150配置成产生介于自一最低值至一最高值的范围内的多个位n，其中所述值与电压VCMP的值相反地变化。在某些实施例中，ADC 150是逐次近似缓存器(SAR)ADC。
在某些实施例中，ADC 150配置成在信号路径155上产生多个位n(具有介于4个位至6个位的范围内的一数目)。在某些实施例中，ADC 150配置成在信号路径155上产生多个位n(具有少于4个位)。在某些实施例中，ADC 150配置成在信号路径155上产生多个位n(具有多于6个位)。
在某些实施例中，ADC 150配置成在信号路径155上串行地产生多个位n。在其中信号路径155包括一个以上传导路径的某些实施例中，ADC 150配置成在信号路径155上并列地产生多个位n。
在操作中，基于电压VCMP的多个位n为放大器110提供回馈，使得对放大器110的增益水平的调整维持信号RFOUT的预定功率水平。在某些实施例中，在操作中，放大器110响应于具有一或多个第一值的多个位n而增加增益水平且响应于具有不同于所述一或多个第一值的一或多个第二值的多个位n而减小增益水平。在某些实施例中，在操作中，放大器110响应于具有一或多个第一值的多个位n而调整增益水平且响应于具有不同于所述一或多个第一值的一或多个第二值的多个位n而维持一先前增益水平。
在某些实施例中，在操作中，放大器110将增益水平设定为多个水平中的一水平，每一水平对应于多个位n的多个值中的一值。
通过此配置，发射器电路100能够在放大器110的输出功率下补偿程序及温度变化。与用于进行放大器增益调整的其他方法相比，发射器电路100的基于比较器的架构使程序及温度变化补偿能够具有较低功率及较小区域需求。
在某些实施例中，放大器110、功率检测电路120、参考电压产生器130、比较器140及ADC 150是单IC芯片的组件，且与使用用于进行放大器增益调整的其他方法所需要的相比，发射器电路100使用较少芯片外组件及较小空间。
图2是根据某些实施例的功率检测电路200的图式。功率检测电路200可用作上文关于发射器电路100及图1所阐述的功率检测电路120。功率检测电路200包括装置C1、R1、M1、M2、M3及C2。功率检测电路200还包括配置成接收RF信号RFIN的输入节点IN及输出节点OUT。在某些实施例中，RF信号RFIN是RF信号RFOUT，输入节点IN是节点115，且输出节点OUT是节点125，其各自在上文中关于发射器电路100及图1而阐述。
装置C1耦合于输入节点IN与内部节点INT1之间。装置R1耦合于输入节点BIAS与内部节点INT1之间。装置M1耦合于内部节点INT1、信号节点CLK与接地节点GND之间。装置M2耦合于内部节点INT1、功率节点PWR与输出节点OUT之间。装置M3耦合于输出节点OUT、信号节点CLK与接地节点GND之间。装置C2耦合于输出节点OUT与接地节点GND之间。
功率检测电路200配置成响应于信号节点CLK处的信号而在第一操作模式与第二操作模式之间切换，如下文所阐述。
装置C1是电路组件，所述电路组件配置成在输入节点IN上接收RF信号RFIN且通过将输入节点IN电容性地耦合至内部节点INT1而将RF信号RFIN的至少一部分转移至内部节点INT1。
在图2中所说明的实施例中，装置C1是电容性组件。在某些实施例中，装置C1是电容器。在某些实施例中，装置C1是配置成将RF信号RFIN的至少一部分自输入节点IN转移至内部节点INT1的晶体管或其他适合装置。
装置R1是电路组件，所述电路组件配置成通过将输入节点BIAS电阻性地耦合至内部节点INT1而将DC电压VBIAS的至少一部分自输入节点BIAS转移至内部节点INT1。在图2中所说明的实施例中，装置R1是电阻性组件。在某些实施例中，装置R1是电阻器。在某些实施例中，装置R1是配置成将DC电压VBIAS的至少一部分自输入节点BIAS转移至内部节点INT1的晶体管或其他适合装置。
装置M1是电路组件，所述电路组件配置成响应于信号节点CLK上的信号而选择性地将内部节点INT1耦合至接地节点GND。
在第一操作模式中，装置M1通过响应于信号的第一逻辑状态而以用于电压VIN的AC分量及DC分量两者的低阻抗路径将内部节点INT1耦合至接地节点GND。在第二操作模式中，装置M1响应于信号的不同于第一状态的第二逻辑状态而将内部节点INT1电容性地耦合至接地节点GND，由此提供用于电压VIN的DC分量的高电阻路径。
在图2中所说明的实施例中，装置M1是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，所述n型金属氧化物半导体晶体管配置成响应于具有对应于第一逻辑状态的高电压值的信号而在第一模式中操作，且响应于具有对应于第二逻辑状态的低电压值的信号而在第二模式中操作。在某些实施例中，装置M1是配置成响应于信号而选择性地在第一模式及第二模式中操作的p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管或其他适合装置，如上文所阐述。
通过装置R1及M1的配置，划分DC电压VBIAS以在内部节点INT1上产生电压VIN的DC节点电压分量。在第一操作模式中，由于装置M1在内部节点INT1与接地节点GND之间提供低电阻路径，因此电压VIN的DC节点电压分量具有处于或接近接地节点GND上的接地电压水平的值。
在第二操作模式中，由于装置M1在内部节点INT1与接地节点GND之间提供高电阻路径，因此DC节点电压具有介于DC电压VBIAS的值与接地电压水平之间的值。当在第二操作模式中操作时，通过装置R1与M1的相对电阻值来确定电压VIN的DC节点电压分量的值。
通过装置C1及M1的配置，划分RF信号RFIN以在内部节点INT1上产生电压VIN的RF分量。在第一操作模式中，由于装置M1在内部节点INT1与接地节点GND之间提供低阻抗路径，因此电压VIN的RF分量具有处于或接近接地节点GND上的接地电压水平的值。
在第二操作模式中，由于装置M1将内部节点INT1电容性地耦合至接地节点GND，因此装置C1及M1划分RF信号RFIN以产生RF调制信号作为电压VIN的AC分量。RF调制信号具有是RF信号RFIN的量值的分数的量值。当在第二操作模式中操作时，通过装置C1与M1的相对电容值来确定RF调制信号的量值对RF信号RFIN的量值的比率。
由此，装置C1、R1及M1配置成在第一操作模式中产生具有处于或接近接地电压水平的DC分量及AC分量的电压VIN，且在第二操作模式中产生具有是DC电压VBIAS的分数的DC节点电压及是RF信号RFIN的分数的RF调制信号的电压VIN。
当在第二操作模式中操作时，DC节点电压的分数值由装置R1的电阻值RR1与装置M1的高电阻路径的电阻值RM1的分压器配置产生，且因此由以下方程序确定：
DC节点电压值＝VBIAS×RM1/(RM1+RR1)。(1)
当在第二操作模式中操作时，RF调制信号的分数值由装置C1的电容值CC1与装置M1的电容值CM1的分压器配置产生，且因此由以下方程序确定：
RF调制信号值＝RFIN×CC1/(CM1+CC1)。(2)
装置M2是电路组件，所述电路组件配置成选择性地将电压VIN自内部节点INT1转移或追踪至输出节点OUT。装置M2配置成在功率节点PWR上接收电源供应电压VDD且在输出节点OUT上选择性地输出电流ID。
在图2中所说明的实施例中，装置M2是NMOS晶体管，所述NMOS晶体管配置成为源极随耦器。在某些实施例中，装置M2是配置成选择性地将电压VIN自内部节点INT1转移至输出节点OUT且在输出节点OUT上选择性地输出电流ID的PMOS晶体管或其他适合装置。
装置M3是电路组件，所述电路组件配置成响应于信号节点CLK上的信号而选择性地将输出节点OUT耦合至接地节点GND。
在第一操作模式中，装置M3响应于信号的第一逻辑状态而以低阻抗AC及DC路径将输出节点OUT耦合至接地节点GND。在第二操作模式中，装置M3响应于信号的第二逻辑状而将输出节点OUT电容性地耦合至接地节点GND，由此提供用于输出节点OUT上的电压VRF的DC节点电压分量的高电阻路径。装置M3配置成使得在第二操作模式中输出节点OUT与接地节点GND之间的电容性耦合是不对称的，使得对电压VRF的RF调制信号分量进行整流。
在图2中所说明的实施例中，装置M3是NMOS晶体管，所述NMOS晶体管配置成响应于具有对应于第一逻辑状态的高电压值的信号而在第一模式中操作，且响应于具有对应于第二逻辑状态的低电压值的信号而在第二模式中操作。在某些实施例中，装置M3是配置成响应于信号而选择性地在第一模式及第二模式中操作的PMOS晶体管或其他适合装置，如上文所阐述。
装置C2是电路组件，所述电路组件配置成将输出节点OUT电容性地耦合至接地节点GND。在图2中所说明的实施例中，装置C2是电容性组件。在某些实施例中，装置C2是电容器。在某些实施例中，装置C2是配置成将输出节点OUT电容性地耦合至接地节点GND的晶体管或其他适合装置。
在第一操作模式中，具有处于或接近接地电压水平的DC分量及AC分量的电压VIN(如上文所阐述)致使装置M2被关断且电流ID处于零或接近零。由于装置M3还配置成在第一操作模式中以低阻抗AC及DC路径将输出节点OUT耦合至接地节点GND，因此在输出节点OUT上产生具有处于或接近接地电压水平的值的电压VRF。
在第二操作模式中，由于装置M2配置成为源极随耦器且装置M3及C2两者皆配置成为高电阻DC路径，因此将电压VIN的DC节点电压分量转移至输出节点OUT以产生电压VRF的第一DC分量。
在第二操作模式中，装置M3及C2用以对自内部节点INT1转移至输出节点OUT的电压VIN的RF调制信号分量进行整流。因此，将内部节点INT1上的电压VIN的RF调制信号分量转移至输出节点OUT作为电压VRF的第二DC分量。
在第二操作模式中，由于通过划分RF信号RFIN而产生电压VIN的RF调制信号分量(如上文所阐述)，因此输出节点OUT上的电压VRF的第二DC分量的量值关于RF信号RFIN的增加的量值而增加，且关于RF信号RFIN的减小的量值而减小。
功率检测电路200配置成通过划分DC电压VBIAS而产生电压VIN的DC分量；因此，功率检测电路200的转移函数的敏感度能够通过调整DC电压VBIAS的电压水平而被调整。由于在第二操作模式中装置M3被接通，因此功率检测电路200配置成响应于具有介于自装置M3的阈值电压至电源供应电压VDD的范围内的电压水平的DC电压VBIAS。
如上文所阐述，功率检测电路200配置成产生具有基于DC电压VBIAS的第一DC分量及基于RF信号RFIN的量值或功率水平的第二DC分量的电压VRF。由此，功率检测电路200能够产生电压VRF的第一DC分量及第二DC分量以用于与用于检测RF信号的功率水平的其他方法相比使用较小功率检测RF信号RFIN的功率水平。
图3是根据某些实施例的参考电压产生器300的图式。参考电压产生器300可用作上文关于发射器电路100及图1所阐述的参考电压产生器130。参考电压产生器300包括装置R2、M4、M5、M6及C3。参考电压产生器300还包括输出节点REF。在某些实施例中，输出节点REF是上文关于发射器电路100及图1所阐述的节点135。
装置R2耦合于输入节点BIAS与内部节点INT2之间。装置M4耦合于内部节点INT2、信号节点CLK与接地节点GND之间。装置M5耦合于内部节点INT2、功率节点PWR与输出节点REF之间。装置M6耦合于输出节点REF、信号节点CLK与接地节点GND之间。装置C3耦合于输出节点REF与接地节点GND之间。
装置R2、M4、M5、M6及C3分别对应于上文参考图2所阐述的功率检测电路200的装置R1、M1、M2、M3及C2，且参考电压产生器300具有匹配功率检测电路200的配置的配置，惟对应于功率检测电路200的装置C1的装置除外。
因此，参考电压产生器300配置成在输出节点REF上产生输出电压VREF，输出电压VREF具有包括电压VRF的第一DC分量但不包括电压VRF的第二DC分量的电压水平，上文关于功率检测电路200及图2而阐述。
类似于功率检测电路200，参考电压产生器300配置成响应于信号节点CLK上的信号而在第一操作模式与第二操作模式之间切换。在第一操作模式期间，电压产生器300在输出节点REF上产生具有处于或接近接地电压水平的值的电压VREF。在第二操作模式期间，电压产生器300在输出节点REF上产生具有电压VRF的第一DC分量的值的电压VREF。
由于功率检测电路200及参考电压产生器300两者均配置成响应于同一信号而在第一操作模式与第二操作模式之间切换，因此功率检测电路200及参考电压产生器300同时在操作中于第一操作模式与第二操作模式之间切换。
在某些实施例中，功率检测电路200或参考电压产生器300中的至少一者配置成响应于是频率信号的信号在某些实施例中，功率检测电路200或参考电压产生器300中的至少一者配置成响应于具有100赫兹(Hz)至1000Hz的切换频率的信号在某些实施例中，功率检测电路200或参考电压产生器300中的至少一者配置成响应于具有低于100Hz的切换频率的信号在某些实施例中，功率检测电路200或参考电压产生器300中的至少一者配置成响应于具有1000Hz以上的切换频率的信号
图4是根据某些实施例的比较器400的图式。比较器400可用作上文关于发射器电路100及图1所阐述的比较器140。比较器400包括耦合于携载电源供应电压VDD的功率节点PWR与节点INT3之间的晶体管M1A、M2A、M1B及M2B以及在接地电压水平处耦合于节点INT3与接地节点GND之间的晶体管MBIAS。
比较器400还包括输入节点INP、输入节点INN及输出节点CMPOUT。在某些实施例中，输入节点INP是节点125，输入节点INN是节点135，且输出节点CMPOUT是节点145，其各自在上文中关于发射器电路100及图1而阐述。
晶体管M2A及M2B是PMOS晶体管，所述PMOS晶体管具有耦合至功率节点PWR的源极端子及彼此耦合且耦合至晶体管M2A的漏极端子的栅极端子。由此，晶体管M2A及M2B配置成为电流镜使得在操作中流动穿过晶体管M2A的电流IM2A具有与流动穿过晶体管M2B的电流IM2B的值相同的值。
晶体管M1A是NMOS晶体管，所述NMOS晶体管具有耦合至节点INT3的源极端子、耦合至晶体管M2A的漏极端子的漏极端子及耦合至携载电压VRF的节点INP的栅极端子。由此，晶体管M1A配置成为与晶体管M2A串联使得在操作中电流IM2A流动穿过晶体管M1A。
晶体管M1B是NMOS晶体管，所述NMOS晶体管具有耦合至节点INT3的源极端子、耦合至晶体管M2B的漏极端子及节点CMPOUT的漏极端子及耦合至携载电压VREF的节点INN的栅极端子。节点CMPOUT配置成使得在操作中节点CMPOUT上的电流是不显著的。由此，晶体管M1B配置成为与晶体管M2B串联，使得在操作中实质上所有电流IM2B流动穿过晶体管M1B。
由于电流IM2A经镜射至电流IM2B，因此在操作中穿过晶体管M1A及M1B的电流是相同的。在操作中，晶体管M1A的栅极端子处的电压VRF还通过控制穿过晶体管M1A的电流流动而控制穿过晶体管M1B的电流流动。
在操作中，晶体管M1B受晶体管M1B的栅极端子处的电压VREF及晶体管M1A的栅极端子处的电压VRF两者控制。通过晶体管M1A及M1B的配置，在操作中，跨越晶体管M1B的漏极端子及源极端子的电压降随着电压VRF相对于电压VREF增加而增加且随着电压VRF相对于电压VREF减小而减小。因此，晶体管M1A及M1B被称为差分对。
晶体管MBIAS是NMOS晶体管，所述NMOS晶体管具有耦合至节点INT3的漏极端子、耦合至接地节点GND的源极端子及耦合至携载DC电压VBIAS的节点BIAS的栅极端子。在操作中，节点INT3上相对于接地电压水平的电压受晶体管MBIAS的栅极端子处的DC电压VBIAS的值控制。
节点CMPOUT上的电压VCMP是跨越晶体管M1B的电压降与节点INT3上的电压的总和。针对DC电压VBIAS的给定值，电压VCMP受电压VRF与VREF的差分值控制。由此，比较器400配置成为放大器使得在操作中比较器400在节点INP上接收电压VRF，在节点INN上接收电压VREF，基于电压VREF减去电压VRF而产生电压VCMP，且在输出节点CMPOUT上输出电压VCMP。
比较器400配置成在节点BIAS上接收DC电压VBIAS且将差分对的晶体管M1A及M1B的敏感度调整至电压VRF及VREF。在操作中，DC电压VBIAS的充分大的值(例如，VDD)致使晶体管MBIAS被完全接通，使得节点INT3上的电压接近接地电压水平。随着DC电压VBIAS的值减小，节点INT3及晶体管M1A及M1B的源极端子上的电压增加。由于晶体管M1A及M1B受如上文所论述的电压VRF及VREF控制，因此增加节点INT3上的电压会将晶体管M1A及M1B的敏感度增加至晶体管M1A及M1B的栅极端子处的电压VRF及VREF的值的改变。
除比较器400以外，功率检测电路200及参考电压产生器300两者均配置成接收DC电压VBIAS，如上文所论述。在其中发射器电路100包括功率检测电路200、参考电压产生器300及比较器440的某些实施例中，发射器电路100由此配置成在操作中将总体敏感度调整至信号RFOUT的功率水平。
图5是根据某些实施例的功率检测电路200的各种节点处的电压及电流信号的时序图。图5说明上文关于检测电路200及图2所阐述的电压VIN及VRF、电流ID以及信号
在时间t1处，信号自高逻辑水平切换至低逻辑水平，且在时间t2处，信号自所述低逻辑水平切换至所述高逻辑水平。
在时间t1处，电压VIN自处于或接近接地电压水平的值渐近地上升至包括叠加于电压VIN的DC节点电压分量上的RF调制信号的第二值，如上文所阐述。在时间t2处，电压VIN返回至处于或接近接地电压水平的值。
在时间t1处，电压VRF自处于或接近接地电压水平的值渐近地上升至包括溯源于电压VIN的DC节点电压分量的第一DC分量及在节点INT1上自经整流RF调制信号产生的第二DC分量的第二值，如上文所阐述。在时间t2处，电压VRF返回至处于或接近接地电压水平的值。
在时间t1处，电流ID在输出节点OUT被充电至电压VRF的第二值时瞬时地增加，然后衰减至基本上包括具有处于或接近接地电压水平的平均值的RF分量的值。
图6是根据某些实施例的功率检测电路200的转移函数的图式。图6说明随上文关于检测电路200及图2所阐述的RF信号RFIN的振幅而变化的电压VRF。在图6中所说明的实施例中，电压VRF关于RF信号RFIN的增加的振幅而线性地增加。
图7A及图7B是根据某些实施例的发射器电路100的各种节点处的电压信号的时序图。图7A及图7B中的每一个说明上文关于发射器电路100及图1所阐述的电压VIN、VRF、VREF及VCMP以及信号图7A说明其中信号RFOUT具有第一振幅的第一情形，且图7B说明其中信号RFOUT具有大于所述第一振幅的第二振幅的第二情形。
在所述两种情形中，在时间t1(在彼点处信号自高逻辑水平切换至低逻辑水平)与时间t2(在彼点处信号自低逻辑水平切换至高逻辑水平)之间，信号VIN、VRF及VREF中的每一个渐近地上升至一最终值。
响应于信号RFOUT的相对量值，图7A中所说明的电压VIN的RF分量小于图7B中所说明的电压VIN的RF分量。因此，与图7B中所说明的第二情形相比，电压VRF的DC值在图7A中所说明的第一情形中是较小的。由于电压VREF独立于信号RFOUT的量值，因此电压VREF在图7A及图7B的说明中并未改变。
由于电压VRF的值响应于信号RFOUT的经增加振幅而增加，因此图7B中所说明的第二情形中的电压VCMP的值大于图7A中所说明的第一情形中的VCMP的值。
在操作中，由ADC 150自电压VCMP产生的多个位n因此表示信号RFOUT的相对量值，且用以相应地对放大器110做出增益调整。
如上文关于功率检测电路200及图5所阐述，当输出指示信号RFOUT的功率的电压VRF时，电流ID具有处于或接近接地参考值的平均值。如上文关于比较器400以及图7A及图7B所阐述，当输出指示信号RFOUT的功率的电压VCMP时，在比较器400的高阻抗栅极端子处接收电压VRF及VREF。
通过包括功率检测电路200，发射器电路100能够在使用具有小值的电流ID时产生对信号RFOUT的振幅的指示，由此在低功率水平下操作。通过包括经类似配置的参考电压产生器300，发射器电路100能够在于低功率水平下操作时产生参考电压。由此，发射器电路100配置成使用比其他RF信号校准方法中所需要的功率及DC电流小的功率及DC电流来校准输出信号RFOUT的功率。在某些实施例中，发射器电路100配置成使用介于自50微安(μA)至100μA的范围内的DC电流来校准信号RFOUT。
在某些实施例中，由于功率检测电路200及参考电压产生器300配置成在其中产生具有处于或接近接地电压水平的值的电压VRF及VREF的第一操作模式中操作，因此与其他方法相比，对第一操作模式及第二操作模式求平均的功率消耗被进一步减小。
图8是根据一或多个实施例的检测RF信号的功率水平的方法的方法800的流程图。在某些实施例中，实施方法800以检测上文参考图1所阐述的发射器电路100的信号RFOUT的功率水平。
在某些实施例中，在图8中所说明的操作之前、之间及/或之后执行除图8中所说明的那些操作以外的操作。在某些实施例中，以除图8中所说明的次序以外的次序执行图8中所说明的操作。
在操作810处，在某些实施例中，使用放大器产生RF信号。所述RF信号具有对应于RF信号的功率水平的振幅。在某些实施例中，产生RF信号包括使用RF发射器电路的功率放大器产生RF信号。在某些实施例中，产生RF信号包括使用上文关于发射器电路100及图1所阐述的放大器110产生信号RFOUT。
在操作820处，将功率检测电路的内部节点驱动至DC节点电压水平。在某些实施例中，将功率检测电路的内部节点驱动至DC节点电压水平包括用分压器划分输入电压。在某些实施例中，将功率检测电路的内部节点驱动至DC节点电压水平包括响应于频率信号而驱动功率检测电路的内部节点。在某些实施例中，将功率检测电路的内部节点驱动至DC节点电压水平包括将内部节点INT1驱动至电压VIN的DC节点电压分量，上文关于功率检测电路200及图2而阐述。
在操作830处，依据DC节点电压水平在功率检测电路的输出节点上产生输出电压的第一分量。在某些实施例中，产生输出电压的第一分量包括产生输出电压的第一DC分量。在某些实施例中，产生输出电压的第一分量包括使用源极随耦器追踪DC节点电压水平。
在某些实施例中，产生输出电压的第一分量包括使用功率检测电路120在节点125上产生电压VRF，上文关于发射器电路100及图1而阐述。在某些实施例中，产生输出电压的第一分量包括在输出节点OUT上产生电压VRF的第一DC分量，上文关于功率检测电路200及图2而阐述。
在操作840处，在功率检测电路的输入节点上接收RF信号。在某些实施例中，接收RF信号包括用耦合至功率检测电路的输入节点的电容性组件接收RF信号。在某些实施例中，接收RF信号包括在输入节点IN上接收信号RFIN，上文关于功率检测电路200及图2而阐述。
在操作850处，划分RF信号以在功率检测电路的内部节点上产生调制信号。在某些实施例中，划分RF信号以产生调制信号包括响应于频率信号而划分RF信号。在某些实施例中，划分RF信号以产生调制信号包括使用用以产生DC节点电压水平的一或多个装置来划分RF信号。在某些实施例中，划分RF信号以产生调制信号包括划分RF信号RFIN以在内部节点INT1上产生电压VIN的RF调制信号分量，上文关于功率检测电路200及图2而阐述。
在操作860处，通过至少部分地对调制信号进行整流而在输出节点上产生输出电压的第二分量。在某些实施例中，产生输出电压的第二分量包括产生输出电压的第二DC分量。在某些实施例中，产生输出电压的第二分量包括响应于频率信号而产生输出电压的第二分量。
在某些实施例中，产生输出电压的第二分量包括使用功率检测电路120在节点125上产生电压VRF，上文关于发射器电路100及图1而阐述。在某些实施例中，产生输出电压的第二分量包括在输出节点OUT上产生输出电压VRF的第二DC分量，上文关于功率检测电路200及图2而阐述。
在操作870处，在某些实施例中，在参考电路输出节点上产生参考电压。在某些实施例中，产生参考电压包括产生具有与输出电压的第一分量的值相同的值的参考电压。
在某些实施例中，产生参考电压包括使用参考电压产生器130在节点135上产生电压VREF，上文关于发射器电路100及图1而阐述。在某些实施例中，产生参考电压包括在输出节点REF上产生电压VREF，上文关于参考电压产生器300及图3而阐述。
在操作880处，在某些实施例中，基于输出电压与参考电压之间的差而产生比较电压。在某些实施例中，产生比较电压包括产生等于输出电压与参考电压之间的差的比较电压。
在某些实施例中，产生比较电压包括使用比较器140在节点145上产生电压VCMP，上文关于发射器电路100及图1而阐述。在某些实施例中，产生比较电压包括在输出节点CMPOUT上产生电压VCMP，上文关于比较器400及图4而阐述。
在操作890处，在某些实施例中，基于比较电压而调整放大器的增益。在某些实施例中，调整放大器的增益包括调整放大器以具有足以输出具有预定功率水平的RF信号的增益。在某些实施例中，调整放大器的增益包括调整放大器110的增益以输出具有预定功率水平的信号RFOUT，上文关于发射器电路100及图1而阐述。
在某些实施例中，调整放大器的增益包括将比较电压转换为数字信号。在某些实施例中，调整放大器的增益包括使用ADC 150在信号路径155上将电压VCMP转换为位n，上文关于发射器电路100及图1而阐述。
在某些实施例中，调整放大器的增益包括通过在ADC中起始逐次近似序列而将比较电压转换为数字信号。在某些实施例中，调整放大器的增益包括在第二操作模式期间将比较电压转换为数字信号，上文关于功率检测电路200、参考电压产生器300以及图2及图3而阐述。
通过执行方法800的某些操作或全部操作，在获得功率及电路大小益处时检测RF信号的功率水平，上文关于发射器电路100、功率检测电路200、参考电压产生器300及比较器400而阐述。
在某些实施例中，一种功率检测电路包含：接地节点；第一输入节点；第二输入节点；内部节点；输出节点；第一装置，其耦合于所述第一输入节点与所述内部节点之间；第二装置，其耦合于所述第二输入节点与所述内部节点之间；第三装置，其耦合于所述内部节点与所述接地节点之间；第四装置，其耦合于所述内部节点与所述输出节点之间；及第五装置，其耦合于所述输出节点与所述接地节点之间。所述第二装置及所述第三装置配置成在所述第二输入节点上划分DC偏压电压以在所述内部节点上产生DC节点电压，所述第四装置配置成自所述DC节点电压在所述输出节点上产生输出电压的第一分量，所述第一装置及所述第三装置配置成在所述第一输入节点上划分RF信号以在所述内部节点上产生调制信号，且所述第五装置配置成至少部分地对所述调制信号进行整流以在所述输出节点上产生所述输出电压的第二分量。
在某些实施例中，一种发射器电路包含：放大器，其配置成在输出节点上输出RF信号；功率检测电路，其与所述输出节点耦合；参考电压产生器；比较器，其配置成接收所述功率检测电路的输出电压及所述参考电压产生器的参考电压；及ADC，其耦合于所述比较器与所述放大器之间。所述功率检测电路配置成产生具有基于DC偏压电压的第一分量及基于所述RF信号的功率水平的第二分量的所述输出电压，所述参考电压产生器配置成基于所述DC偏压电压而产生所述参考电压，且所述放大器配置成响应于所述ADC的输出而调整所述RF信号的所述功率水平。
在某些实施例中，一种检测RF信号的功率水平的方法包含：将功率检测电路的内部节点驱动至DC节点电压水平；基于所述DC节点电压水平而在所述功率检测电路的输出节点上产生输出电压的第一分量；在所述功率检测电路的输入节点上接收所述RF信号；划分所述RF信号以在所述内部节点上产生调制信号；及通过至少部分地对所述调制信号进行整流而在所述功率检测电路输出节点上产生所述输出电压的第二分量。
前述内容概述数个实施例的构件，使得所属领域的技术人员可较佳地理解本公开的方面。所属领域的技术人员应了解，其可容易地将本公开用作用于设计或修改其他程序及结构以实施与本文中所引入的实施例相同的目的及/或实现与本文中所引入的实施例相同的优点的基础。所属领域的技术人员还应认识到，这些等效构造并不背离本公开的精神及范围，且其可在不背离本公开的精神及范围的情况下在本文中做出各种改变、替换及更改。
符号说明
100 发射器电路
110 放大器
115 节点
120 功率检测电路
125 节点
130 参考电压产生器
135 节点
140 比较器
145 节点
150 模拟转数字转换器
155 信号路径
200 功率检测电路/检测电路
300 参考电压产生器/电压产生器
400 比较器
BIAS 输入节点/节点
C1 装置
C2 装置
C3 装置
CLK 信号节点
CMPOUT 输出节点/节点
GND 接地节点
ID 电流
IM2A 电流
IM2B 电流
IN 输入节点
INN 输入节点/节点
INP 输入节点/节点
INT1 内部节点/节点
INT2 内部节点
INT3 节点
M1 装置
M1A 晶体管
M1B 晶体管
M2 装置
M2A 晶体管
M2B 晶体管
M3 装置
M4 装置
M5 装置
M6 装置
MBIAS 晶体管
n 位
OUT 输出节点
PWR 功率节点
R1 装置
R2 装置
REF 输出节点
RFIN 射频信号/信号
RFOUT 信号
t1 时间
t2 时间
VBIAS 直流电压
VCMP 电压
VDD 电源供应电压
VIN 电压/信号
VREF 参考电压/输出电压/电压/信号
VRF 电压/信号
信号

Claims (1)

1.一种功率检测电路，其包含：
接地节点；
第一输入节点；
第二输入节点；
内部节点；
输出节点；
第一装置，其耦合于所述第一输入节点与所述内部节点之间；
第二装置，其耦合于所述第二输入节点与所述内部节点之间；
第三装置，其耦合于所述内部节点与所述接地节点之间；
第四装置，其耦合于所述内部节点与所述输出节点之间；及
第五装置，其耦合于所述输出节点与所述接地节点之间，
其中
所述第二装置及所述第三装置配置成在所述第二输入节点上划分直流DC偏压电压以在所述内部节点上产生DC节点电压，
所述第四装置配置成基于所述DC节点电压而在所述输出节点上产生输出电压的第一分量，
所述第一装置及所述第三装置配置成在所述第一输入节点上划分射频RF信号以在所述内部节点上产生调制信号，
且
所述第五装置配置成至少部分地对所述调制信号进行整流以在所述输出节点上产生所述输出电压的第二分量。
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