CN112740558A - 实时和自适应射频功率保护 - Google Patents

Abstract

一种装置，包括放大器电路和保护电路。放大器电路可以被配置为通过放大在输入端口处接收到的输入信号来生成输出信号。输入信号可以是射频信号。保护电路可以被配置为(i)通过检测输入信号的电平何时超过对应的阈值来生成检测信号，其中该电平是功率电平、电压电平或两者，(ii)响应于检测信号持续处于活动状态达至少第一持续时间而将输入信号从放大器电路的输入端口路由离开并且禁用放大器电路，以及(iii)响应于检测信号持续处于不活动状态达至少第二持续时间而将输入信号路由到放大器电路的输入端口并且启用放大器电路。

Description

实时和自适应射频功率保护

本申请涉及2018年5月17日提交的美国临时申请No.62/672,716，该申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明一般而言涉及收发器电路，并且更具体而言，涉及用于实时和自适应射频功率保护的方法和/或装置。

背景技术

典型的通信系统具有包括接收链和发射链的前端射频(RF)电路。接收链被设计为接收和放大低功率RF信号。通信系统内邻近的发送器和泄漏有时允许相对高功率的信号进入前端电路系统的接收链。这样的高功率信号可以超过最大输入信号额定值并对接收链造成损坏。

期望实现实时和自适应射频功率保护。

发明内容

本发明涉及一种包括放大器电路和保护电路的装置。放大器电路可以被配置为通过放大在输入端口处接收到的输入信号来生成输出信号。输入信号可以是射频信号。保护电路可以被配置为(i)通过检测输入信号的电平何时超过对应的阈值来生成检测信号，其中该电平是功率电平、电压电平或两者，(ii)响应于检测信号持续处于活动状态达至少第一持续时间而将输入信号从放大器电路的输入端口路由离开并且禁用放大器电路，以及(iii)响应于检测信号持续处于不活动状态达至少第二持续时间而将输入信号路由到放大器电路的输入端口并且启用放大器电路。

在上述装置方面的一些实施例中，保护电路还被配置为响应于检测信号持续处于活动状态达至少第一持续时间而将输入信号路由到发射信道中。

在上述装置方面的一些实施例中，(i)保护电路还被配置为响应于检测信号而生成接收开关信号，并且(ii)响应于检测信号持续处于活动状态达至少第一持续时间而使接收开关信号处于禁用状态。

在上述装置方面的一些实施例中，接收开关连接在输入信号的源和放大器电路的输入端口之间，其中，接收开关被配置为在接收开关信号处于禁用状态的同时阻止来自放大器电路的输入端口的输入信号。

在上述装置方面的一些实施例中，(i)保护电路还被配置为响应于检测信号而生成发射开关信号，并且(ii)响应于检测信号持续处于活动状态达至少第一持续时间而使发射开关信号处于启用状态。

在上述装置方面的一些实施例中，发射开关连接在输入信号的源与负载阻抗之间，其中发射开关被配置为在发射开关信号处于启用状态的同时将输入信号传递到负载阻抗。

在上述装置方面的一些实施例中，(i)保护电路还被配置为响应于检测信号而生成使能信号，并且(ii)响应于检测信号持续处于活动状态达至少第一持续时间而使使能信号处于禁用状态。

在上述装置方面的一些实施例中，放大器电路还被配置为(i)接收使能信号，并且(ii)在使能信号处于禁用状态的同时限制内部消耗的偏置电流。

在上述装置方面的一些实施例中，射频信号具有在2吉赫兹至44吉赫兹范围内的频率。

在上述装置方面的一些实施例中，放大器电路和保护电路形成第五代无线通信系统的一部分。

本发明还涵盖涉及放大器电路的装置的方面，被配置为通过放大在输入端口处接收到的输入信号来生成输出信号，其中(i)放大器电路消耗偏置电流并且(ii)输入信号是射频信号；以及第一保护电路，被配置为(i)通过检测输入信号的电平何时超过对应的第一阈值来生成第一检测信号，其中电平是(a)功率电平、(b)电压电平或(c)功率电平和电压电平两者，(ii)响应于第一检测信号持续处于活动状态达至少第一持续时间而限制流向放大器电路的偏置电流，以及(iii)响应于检测信号持续处于不活动状态达至少第二持续时间而取消到放大器电路的偏置电流的限制。

在上述装置方面的一些实施例中，第二保护电路被配置为(i)通过检测输入信号的电平何时超过对应的第二阈值来生成第二检测信号，(ii)响应于第二检测信号持续处于活动状态达至少第三持续时间而将输入信号从放大器电路的输入端口路由离开并且禁用放大器电路；以及(iii)响应于检测信号持续处于不活动状态达至少第四持续时间而将输入信号路由到放大器电路的输入端口并且启用放大器电路。

在上述装置方面的一些实施例中，第一阈值低于第二阈值。

在上述装置方面的一些实施例中，由第一保护电路确定的第一持续时间短于由第二保护电路确定的第三持续时间。

在上述装置方面的一些实施例中，接收开关(i)连接到放大器电路的输入端口并且(ii)连接在第一保护电路和第二保护电路之间。

在上述装置方面的一些实施例中，第二保护电路连接在输入信号的源和接收开关之间，以持续地监视输入信号。

在上述装置方面的一些实施例中，射频信号具有在2吉赫兹至44吉赫兹范围内的频率。

在上述装置方面的一些实施例中，放大器电路和第一保护电路形成第五代无线通信系统的一部分。

附图说明

通过下面的详细描述以及所附权利要求书和附图，本发明的实施例将变得显而易见，其中：

图1是图示本发明的环境的系统的图；

图2是图示根据本发明示例实施例的单极化相控阵天线面板的图；

图3是图示根据本发明示例实施例的单极化波束形成器电路的图；

图4是图示根据本发明示例实施例的四个收发器信道单极化波束形成器电路的图；

图5是图示根据本发明示例实施例的具有路由保护的装置的图；

图6是图示根据本发明示例实施例的图5的装置的波形的图；

图7是图示根据本发明示例实施例的图5的装置的测得的波形的图；

图8是图示根据本发明示例实施例的具有路由保护和电流限制保护的装置的图；

图9是图示根据本发明示例实施例的图8的装置的波形的图；以及

图10是图示根据本发明示例实施例的具有偏置电流限制保护的另一个装置的图。

具体实施方式

本发明的实施例包括提供实时和自适应射频功率保护，其可以(i)用于任何接收链中，(ii)提供增强的坚固性，(iii)比普通收发器更稳健；(iv)与低噪声放大器集成，(v)与功率放大器集成，(vi)与驱动器集成，(vii)与缓冲器集成，和/或(viii)被实现为一个或多个集成电路。

本发明的实施例可以为收发器和/或接收器的接收信道中的放大器电路系统提供实时和自适应的射频功率保护。可以通过限制放大器中使用的偏置电流和/或将高功率输入射频信号从放大器路由离开来实现实时保护。可以通过将输入射频信号中的功率电平和/或电压电平与多个对应的阈值(例如，两个功率电平和/或两个电压电平)进行比较来提供自适应保护。当超过初始电流阈值时，可以激活偏置电流限制。当超过较高的功率阈值和/或电压阈值时，可以激活输入射频信号的重新路由。在各种实施例中，仅功率电平可以被检测并与功率阈值进行比较。在其它实施例中，可以仅检测电压电平并将其与电压阈值进行比较。

可以将偏置电流限制保护设计为检测输入的射频信号何时超过功率的大约-14分贝-毫瓦(dBm)，并触发放大器消耗的偏置电流的限制。包络检测器后可以接可选的定时/滤波器电路和电流限制电路。定时/滤波器电路一般用作数字滤波器，以摒弃检测器毛刺并设置电流保护接合/脱离定时。电流限制电路可以允许/限制放大器消耗的电流。

路由保护可以被设计为检测输入的射频信号何时超过大约-9dBm的功率，并触发电路系统从接收模式到发射模式的过渡。包络检测器之后可以是定时/滤波器电路。定时/滤波器电路一般用作数字滤波器，以摒弃检测器的毛刺并设置功率保护接合/脱离定时。

参考图1，示出了图示本发明的示例环境的系统80的框图。系统(或模块或电路或装置)80可以实现根据本发明示例实施例的射频(RF)收发器系统。RF收发器系统80可以被配置为以常见的无线射频、毫米波频率和/或微波频率操作。在示例中，RF收发器系统80可以被配置为促进与多个通信设备(或终端)90a-90n和/或其之间的通信。在示例中，通信设备90a-90n可以包括但不限于蜂窝电话、移动设备、平板电脑、物联网(IoT)装备等。在各种实施例中，根据本发明的示例实施例，RF收发器系统80和通信设备90a-90n可以使用至少一个相控阵天线面板100来耦合。

在示例中，RF收发器系统80可以形成通信链路的一部分。在一些实施例中，通信链路可以是第五代(5G)无线通信系统的一部分(例如，下一代移动网络(NGMN)联盟当前正在为其开发标准)。在其它实施例中，通信链路可以是系统的一部分，该系统包括但不限于第四代(4G)无线通信系统(例如，国际电信单位无线电通信部门(ITU-R)发布的高级国际移动电信(IMT-A)标准))、卫星通信(SATCOM)系统和点对点通信系统(诸如公共数据链路(CDL))。但是，可以实现其它通信标准来满足特定应用的设计标准。

在示例中，RF收发器系统80可以包括方框(或电路)82、方框(或电路)84、方框(或电路)86和方框(或电路)88。在各种实施例中，方框82-88可以用硬件、硬件和软件的组合来实现，和/或用软件来模拟。

可以在电路82和电路84之间交换信号(例如，IF)。信号IF可以实现中频信号。在示例中，信号IF可以被配置为(例如，使用各种调制方案)以携带要从RF收发器系统80发射和/或接收的信息。在示例中，可以将信号(例如，LO)呈现给电路84。信号LO可以实现本地振荡器信号。可以在电路84和相控阵天线面板100之间交换信号(例如，RF)。信号RF可以是射频、毫米波频率或微波频率信号，其传达也在中频信号IF中找到的信息。

在发射模式下，射频信号RF可以将要从相控阵天线面板100广播的信息传达给设备90a-90n。在接收模式下，射频信号RF可以经由相控阵列天线面板100传达从设备90a-90n接收的信息。信号(例如，FSW)和一个或多个信号(例如，CTRL)可以在电路86和相控阵天线面板100之间交换。信号FSW可以在发射模式和接收模式之间切换相控阵天线面板100。(一个或多个)信号CTRL可以传达数据、时钟和控制元素。在示例中，信号FSW和CTRL可以是相控阵天线面板100的数字接口的一部分。在示例中，(一个或多个)信号CTRL可以被实现为串行链路，该串行链路传达用于配置和/或确定相控阵列天线面板100的天线元件的相位和/或增益设置的信息。在示例中，(一个或多个)信号CTRL可以符合一个或多个串行通信协议或接口(例如，串行外围设备接口(SPI)、集成电路间通信(I²C)、菊花链等)。可以将一个或多个信号(例如，PG)从电路88传送到电路86。在示例中，(一个或多个)信号PG可以传达由电路86用来使用相控阵天线面板100实现(控制)波束操控(steer)的相位信息和增益信息。在示例中，(一个或多个)信号PG可以传达多个相位和增益值，这些相位和增益值可以经由(一个或多个)信号CTRL被编程到相控阵列天线面板100的多个波束形成器电路中。

相控阵天线面板100一般实现硬连线地址方案。硬连线地址方案可以被用于唯一地识别旨在用于相控阵天线面板100的元件(例如，波束形成器电路)的串行通信。在各种实施例中，可以将多个相控阵天线面板100组合，以形成可以提供更多传输信道的更大的天线阵列。多个相控阵天线面板可以共享串行通信信道、链路或总线。组成更大天线阵列的每个相控阵天线面板100可以使用相应的硬连线地址被唯一寻址。

相控阵天线面板100可以生成一个或多个场(或波束)102a-102n。场102a-102n可以表示由相控阵天线面板100的波束形成器电路基于经由(一个或多个)信号CTRL接收的相位和增益信息(值)创建的场模式(或射频波束模式)。相控阵天线面板100可以被配置为产生用于与通信设备90a-90n通信的定向波束102a-102n。在示例中，相控阵天线面板100可以被控制为基于经由(一个或多个)信号CTRL接收的相位和增益信息来操控波束102a-102n，以跟踪通信设备90a-90n的移动和/或在通信设备90a-90n之间切换。

电路82可以实现基带处理器电路。电路82可以操作以处理由中频信号IF发送和/或在中频信号IF中接收的信息。电路82可以处理RF收发器系统80内的信息。处理可以包括但不限于包含信息的信号的调制/解调和RF收发器系统80与多个远程终端90a-90n之间的同时通信的管理。

电路84可以实现一个或多个混频器电路。电路84一般可操作以在用于信号IF的中频与用于信号RF的射频、毫米波频率或微波频率之间进行频率转换(例如，上变频、下变频等)。频率转换可以基于由信号LO提供的一个或多个本地振荡器频率。在各种实施例中，射频信号RF可以处于近似以或者28吉赫兹(GHz)或者39GHz的中心频率为中心的频率范围(例如，24GHz至30GHz或37GHz至44GHz)内。在实现多个中频的实施例中，每个中频可以覆盖从近似2GHz至近似6GHz的频带(例如，近似4-GHz的带宽)。在示例中，当信号RF近似以28GHz为中心时，每个本地振荡器频率的范围可以从近似22GHz至26GHz。在另一个示例中，当信号RF近似以39GHz为中心时，每个本地振荡器频率的范围可以从近似33GHz至37GHz。但是，可以实现其它频率范围以满足特定应用的设计标准。

电路86可以实现控制电路。在各种实施例中，可以使用专用集成电路(ASIC)、控制器、微处理器或相应配置的电路系统中的一个或多个来实现电路86。电路86一般可操作以控制相控阵天线面板100的操作。在一些实施例中，电路86可以确定在相控阵天线面板100的波束形成器电路内的每个收发器信道中使用的设置值。设置值可以建立(一个或多个)场或(一个或多个)波束102a-102n的几何形状。在各种实施例中，电路86可以被实现为一个或多个集成电路。

在示例中，电路88可以实现值表(例如，实施在存储器电路中)。在示例中，电路88中实施的值表可以被配置为存储多个增益(G)值和多个相位(P)值。相位和增益值可以被相控阵天线面板100中的收发器信道用来建立场102a-102b。可以经由信号PG从电路88获取相位值和增益值，并通过电路86将其编程到与相控阵天线面板100的波束形成器电路相关联的缓冲器中。在各种实施例中，电路86和88可以或者在相同的集成电路上或者在不同的(分离的)集成电路上实现。

在示例中，相控阵天线面板100可以被实现为包括单极化(或单极)天线元件或双极化(或双极或偶极)天线元件。相控阵天线面板100可以操作以向设备(或终端)90a-90n发射无线信号，以及从设备(或终端)90a-90n接收无线信号。设备(或终端)90a-90n可以远离RF收发器系统80定位。对无线信号的灵敏度可以由相控阵天线面板100创建的字段102a-102n确定。相控阵天线面板100可以包括多个天线元件和多个波束形成器电路。每个波束形成器电路可以实现多个收发器信道。每个收发器信道一般包括发射信道和接收信道。收发器信道可以通过对应的双向射频信号耦合到天线元件。收发器信道和天线元件一般形成二维天线网络。

参考图2，示出了图示根据本发明示例实施例的相控阵天线面板100的单极化版本的示例实施方式的图。在示例中，相控阵天线面板100可以包括多个方框(或电路)110、多个方框(或电路)112a-112m以及多个方框(或电路)114a-114k。在实现单极化相控阵天线面板的实施例中，方框110一般被实现为单极化(或单极)天线元件。电路112a-112m中的每一个可以实现单极化波束形成器电路(或设备)。电路114a-114k中的每一个可以实现组合器/拆分器电路。电路112a-112m和114a-114k可以用硬件、硬件和软件的组合来实现，和/或用软件来模拟。在示例中，可以与电路114a-114k之一交换信号RF。信号FSW和CTRL可以以电路112a-112m交换。

相控阵天线面板100中的天线元件110可以被用于传输和接收两者。天线元件110的物理定位一般提供场102a-102n的二维(例如，水平和垂直)控制。在示例中，天线元件110可以以二维(例如，NxN)网格图案布置，其中N是可被2整除的整数值。但是，可以相应地实现网格图案的其它维度，以满足特定实施方式的设计标准。

电路112a-112m一般可操作以将信号RF与多个天线元件110多路复用/解复用。在各种实施例中，电路112a-112m中的每一个可以被安装在相交阵列天线面板100的基板上，该基板与多个(或成组的)天线元件110相邻(例如，在当中居中)。在示例中，每个电路112a-112m一般包括耦合到相应天线元件110的多个收发器信道。在示例中，每个电路112a-112m可以耦合到四个相邻的天线元件110(例如，围绕每个电路112a-112m以2x2网格布置)。但是，可以实现其它数量(例如，1、2、4、18等)的相邻天线元件110，以满足特定实现方式的设计标准。电路112a-112m可以被配置为响应于信号FSW而在发射模式和接收模式之间切换。在发射模式下，电路112a-112m可以操作以快速改变由收发器信道使用的设置值(例如，相位值、增益值等)，以便操控由相控阵天线面板100形成的波束(或场)102a-102n。在各种实施例中，电路112a-112m中的每一个可以被实现为一个或多个集成电路(例如，在封装或多芯片模块(MCM)中)。

在各种实施例中，电路114a-114k中的每一个可以被实现为组合器/拆分器电路。在示例中，电路114a-114k可以被实现为Wilkinson组合器/拆分器。在各种实施例中，电路114a-114k可以耦合在一起以形成将电路112a-112m耦合到被配置为呈现/接收信号RF的相控阵天线面板100的输入/输出的网络。在发射模式下，电路114a-114k一般可操作以在电路112a-112m之间分配信号RF中的功率。在接收模式下，电路114a-114k可以操作以将在来自电路112a-112m的信号中接收到的功率组合到信号RF中。电路112a-112n和114a-114k一般被配置为在相控阵天线面板100的RF输入/输出与电路112a-112m中的每一个之间提供基本等效的路径长度。

参考图3，示出了图示根据本发明示例实施例的单极化波束形成器电路112i的示例实施方式的图。在示例中，单极化波束形成器电路112i可以代表图2的单极化波束形成器电路112a-112m。在示例中，单极化波束形成器电路112i可以具有被配置为接收信号FSW和(一个或多个)信号CTRL的数字接口、公共RF输入/输出端口(RFC)，以及多个天线输入/输出端口(RF1-RFN)。一般而言，可以相应地实现任何数量的(例如，N个)天线输入/输出端口(或信道)，以满足特定实现方式的设计标准。

在各种实施例中，信号RF可以由公共RF输入/输出RFC来呈现/接收，并且天线输入/输出端口RF1-RFN可以耦合到相应的天线元件110。单极化波束形成器电路112i一般实现与天线输入/输出端口RF1-RFN的数量对应的多个收发器信道。在各种实施例中，每个收发器信道可以包括相应的发射信道和相应的接收信道。收发器信道一般被配置为基于信号FSW在发射和接收之间切换。

单极化波束形成器电路112i一般实现发射模式和接收模式。在示例中，信号FSW的状态可以确定发射模式还是接收模式处于活动状态。在发射模式下，单极化波束形成器电路112i一般被配置为在公共输入/输出端口RFC处接收射频信号RF，并且在天线输入/输出端口RF1-RFN处呈现射频信号。响应于在公共输入/输出端口RFC处接收到的射频信号RF和与每个天线输入/输出端口RF1-RFN对应的每个收发器信道的相应的设置值数量(例如，增益，相位等)，由单极化波束形成器电路112i生成在天线输入/输出端口RF1-RFN中的每一个上呈现的信号。在接收模式下，单极化波束形成器电路112i一般被配置为组合在天线输入/输出端口RF1-RFN处接收到的射频信号，以在公共输入/输出端口RFC处呈现为信号RF。

单极化波束形成器电路112i可以包括方框(或电路)302、方框(或电路)304、多个方框(或电路)306a-306n以及方框(或电路)308。电路302可以实现接口电路。在各种实施例中，电路302可以实现数字接口。电路304可以为波束形成器电路112i实现硬连线地址(例如，芯片ID)。电路306a-306n可以实现收发器(TRX)信道。电路308可以实现1对N组合器/拆分器网络。

在示例中，信号FSW和CTRL以电路302交换。在示例中，电路302可以包括串行接口。电路302可以被配置为符合一个或多个串行接口标准，包括但不限于串行外围设备接口(SPI)、集成电路间通信(I²C)、菊花链等。在示例中，电路302可以被配置为允许使用串行通信链路(或总线)对单极化波束形成器电路112i进行编程和控制。在示例中，电路302可以被配置为响应于信号CTRL和FSW来对电路306a-306n进行编程和控制。在示例中，电路302可以响应于信号FSW来控制电路306a-306n是在发射模式还是在接收模式下操作。在示例中，电路302可以实现4线嵌入式SPI核。在示例中，电路304可以基于硬件编码的地址位(或引脚)来设置波束形成器电路112i的物理地址。在一些实施例中，可以在实现波束形成器112i的芯片内对硬连线的地址位进行硬编码。在一些实施例中，可以在制造期间在实现射波束形成器112i的芯片内对硬连线地址位可编程。在示例中，可以使用熔丝、反熔丝或其它常规技术对硬连线的地址位进行编程。

参考图4，示出了图示根据本发明示例实施例的通用2x2四元件单极化收发器波束形成器电路112i的示例实施方式的图。在各种实施例中，波束形成器电路可以实现多个收发器信道。每个收发器信道一般包括发射信道和接收信道。在示例中，2x2四元件单极化收发器波束形成器电路112i可以实现四个收发器信道306a-306d。四个收发器信道(或电路)306a-306d中的每一个可以包括发射/接收(T/R)开关310，该开关可以通过对应的双向射频信号(例如，RF1-RF4)耦合到一组相邻的天线元件中的相应天线元件。四个收发器信道306a-306d的每一个可以包括放大器(或电路)400。收发器信道和天线元件一般形成二维天线网络。

在示例中，电路308可以被实现为1-4组合器/拆分器网络。在示例中，电路308可以包括多个组合器/拆分器。在示例中，组合器/拆分器可以被实现为Wilkinson组合器/拆分器。在各种实施例中，组合器/拆分器可以耦合在一起以形成将电路306a-306d耦合到波束形成器电路112i的公共RF输入/输出端口RFC的网络。在发射模式下，电路308一般可操作以在电路306a-306d当中的公共RF输入/输出端口RFC处分配信号中的功率。在接收模式下，电路308可以操作以将在来自电路306a-306d的信号中接收到的功率组合到在公共RF输入/输出端口RFC处呈现的信号中。电路306a-306d和308一般被配置为在公共RF输入/输出端口RFC与电路306a-306d中的每一个之间提供基本等效的路径长度。波束形成器电路112i的拓扑可以被缩放，以提供其它数量的收发器信道以满足特定实施方式的设计标准。

每个开关310可以被实现为分布式收发器开关电路(或设备)。每个开关310的一部分可以在用于形成电路306a-306d的集成电路(或芯片)中(上)实现。每个开关310的另一个部分可以在容纳集成电路的封装中(上)的传输线上实现。每个开关310的又一个部分可以在用于将集成电路连接到封装中的传输线的焊料凸块中实现。

放大器400可以被配置为分别放大在输入信号RF1-RF4中的输入端口处接收的数据。每个放大器400可以包括具有输入端口和一个或多个保护电路的低噪声放大器。保护电路可以被配置为检测输入信号RF1-RF4的功率电平和/或电压电平何时超过相应的功率阈值/电压阈值之一或二者，并且响应于功率/电压电平中的至少一个被持续监视到高于功率/电压阈值达至少一个持续时间而将输入信号RF1-RF4从输入端口路由离开并且禁用低噪声放大器。保护电路还可以被配置为响应于功率/电压电平两者都被持续监视到低于功率/电压阈值达至少另一个持续时间而将输入信号路由到低噪声放大器电路的输入端口并且启用低噪声放大器电路。

另一个保护电路可以被配置为检测输入信号RF1-RF4的功率/电压电平何时超过初始功率/电压阈值，并且响应于功率/电压电平被持续监视到高于初始功率/电压阈值达至少另一个持续时间而调整到低噪声放大器的偏置电流。另一个保护电路也可以被配置为响应于功率/电压电平被持续监视到低于初始功率/电压阈值达至少又一个持续时间而恢复到低噪声放大器电路的全偏置电流。

参考图5，示出了图示根据本发明示例实施例的具有路由保护的装置400的示例实施方式的图。装置(或系统)400可以实现具有实时和自适应射频(RF)功率保护的收发器开关。装置400一般包括方框(或电路)402、方框(或电路)404、方框(或电路)406、方框(或电路)408和方框(或电路)410。电路402可以包括方框(或电路)412和方框(或电路)414。电路404可以具有输入端口416和输出端口418。电路402-414可以用硬件实现和/或用软件模拟。在各种实施例中，电路402-414可以被实现为一个或多个集成电路。

信号(例如，RF_IN)可以由电路402、412、402和408接收。信号RF_IN可以实现输入的射频信号。信号(例如，DP)可以由电路412生成并且被传送到电路414。信号DP可以是用于信号RF_IN中的功率电平和/或电压电平的检测信号。电路414可以生成由电路404接收的信号(例如，E)。信号E可以控制电路404的启用/禁用条件。信号(例如，R)可以由电路414生成并且被传送到电路406。信号R可以控制电路406的打开/闭合条件。信号(例如，T)可以由电路414生成并且被传送到电路408。信号T可以控制电路408的打开/闭合条件。信号(例如，RX_IN)可以从电路406传送到电路404。信号RX_IN可以实现接收信号。电路404可以生成信号(例如，RX_OUT)。信号RX_OUT可以是信号RX_IN的放大版本。信号(例如，TX_OUT)可以从电路408传送到电路410。信号TX_OUT可以实现发射输出信号。

电路402可以实现保护电路。保护电路402一般可操作以响应于在输入信号RF_IN中检测到的功率电平和/或电压电平而生成信号E、R和T。当输入信号RF_IN的包络的功率/电压电平超过功率/电压阈值中的至少一个时，保护电路402可以生成处于活动(或逻辑高)状态的信号DP。否则，可以生成处于不活动(或逻辑低)状态的信号DP。当信号DP持续处于活动状态达至少电源/电压接合时间段时，保护电路402可以(i)生成处于打开状态的接收开关信号R和处于闭合状态的发射开关信号T以将输入信号RF_IN从电路404的输入端口416路由离开，并且(ii)生成处于禁用状态的使能信号E以限制电路404消耗的偏置电流。流入电路404的受限的偏置电流可以保护电路404免受信号RX_IN中的过多功率/电压的损害。当信号DP持续处于不活动状态达至少脱离时间段时，保护电路402可以(i)生成处于闭合状态的接收开关信号R和处于打开状态的发射开关信号T以将输入信号RF_IN路由到电路404的输入端口416，并且(ii)生成处于启用状态的使能信号E，以使电路404能够消耗不受限制的偏置电流。不受限制的偏置电流可以使电路404能够对信号RX_IN执行正常的放大功能。在各种实施例中，输入信号RF_IN可以是从兆赫兹(MHz)到太赫兹(THz)的范围内的射频信号。在一些实施例中，输入信号RF_IN可以处于从近似2吉赫兹(GHz)至近似5GHz的频率范围内。在其它实施例中，输入信号RF_IN可以处于以近似28GHz或近似39GHz为中心的频率范围(例如，24GHz至30GHz或37GHz至44GHz)内。在还有其它实施例中，输入信号RF_IN可以在近似2GHz至44GHz的频率范围内。可以实现其它频率范围以满足特定应用的设计标准。

电路404可以实现放大器电路。在一些实施例中，放大器电路404可以是低噪声放大器(LNA)电路(例如，如在波束形成器电路112i中实现的)。在各种实施例中，放大器电路404可以是功率放大器电路。在其它实施例中，放大器电路404可以是驱动器电路或缓冲电路。放大器电路404一般可操作以在处于启用条件(例如，信号E处于启用状态)时通过将信号RX_IN放大来生成输出信号RX_OUT。当信号E处于禁用状态时，放大器电路404可以以低偏置电流在禁用条件下操作。在处于禁用条件时，与在启用条件下相比，放大器电路404一般更不受信号RX_IN中的功率电涌的影响(例如，更稳健)。

电路406可以实现由接收开关信号R控制的接收开关(RX_SW)。接收开关406一般在处于闭合条件(例如，信号R处于闭合状态)时可操作以将信号RF_IN传递到信号RX_IN。当处于打开条件时(例如，信号R处于打开状态)，接收开关406可以在信号RF_IN和信号RX_IN之间呈现高阻抗。

电路408可以实现由发射开关信号T控制的发射开关(TX_SW)。发射开关408一般在处于闭合条件(例如，信号T处于闭合状态)时可操作以将信号RF_IN传递到信号TX_OUT。当处于打开条件(例如，信号T处于打开状态)时，发射开关408可以在信号RF_IN和信号TX_OUT之间呈现高阻抗。

电路410可以实现负载阻抗电路。在各种实施例中，负载电路410可以是电阻器(例如，50欧姆电阻器)。在一些实施例中，负载电路410可以被实现为装置400的发射信道(或链)的一部分(例如，发射驱动器电路)。可以实现其它类型的负载电路410和/或其它负载阻抗以满足特定应用的设计标准。

电路412可以实现检测电路。检测电路412一般可操作以通过检测相对于功率/电压阈值存在于信号RF_IN中的功率和/或电压的量来生成信号DP。当信号RF_IN中的功率电平和/或电压电平中的至少一个高于功率/电压阈值时，检测电路412可以生成处于高功率/电压状态(例如，逻辑高)的信号DP。否则，检测电路412可以生成处于低功率/电压状态(例如，逻辑低)的信号DP。在各种实施例中，功率阈值可以是-7±2dBm。可以实现其它功率阈值和/或电压阈值以满足特定应用的设计标准。

电路414可以实现定时器/滤波器电路。定时器/滤波器电路414一般可操作以相对于接合时间段和脱离时间段基于信号DP来生成信号E、R和T。如果信号DP持续处于高功率/电压电平达至少接合时间段，那么定时器/滤波器电路414可以生成信号R和T以将信号RF_IN从放大器电路404路由离开，并生成信号E以将放大器404置于禁用条件。在各种实施例中，接合时间段可以在2微秒至4微秒的范围内可编程。如果信号DP持续处于低功率/电压电平达至少脱离时间段，那么定时器/滤波器电路414可以生成信号R和T，以将信号RF_IN路由到放大器电路404，并生成信号E以将放大器404置于启用条件。脱离时间段可以在2微秒至4微秒的范围内分别可编程。信号E、R和T的电压电平和/或极性可以各自彼此独立地设置。

参考图6，示出了图示根据本发明示例实施例的装置400的示例波形的图440。在所示的实施例中，信号R和E可以使用相同的电压电平和极性，因此可以一起作为同一个信号生成。波形442可以表示输入信号RF_IN。信号DP可以由波形444表示。波形446可以表示信号T。信号R和E可以由波形448表示。

在时间450，输入信号RF_IN中的包络功率/电压可以超过检测到的功率/电压阈值，从而使得检测电路412在高功率状态下断言(assert)信号DP。在时间452，输入信号RF_IN中的功率/电压可以降回到检测到的功率/电压阈值以下，从而使得检测电路412在低功率状态下对信号DP取消断言(deassert)。输入信号RF_IN中检测到的功率/电压可以在时间454和458超过功率/电压阈值，具有在高功率状态下信号DP的对应断言。输入信号RF_IN中检测到的功率/电压可以在时间456和460降回到功率/电压阈值以下，从而导致信号DP取消断言为低功率状态。

当信号DP在高功率状态下被持续断言的时间大于最小接合时间段(T_ENGAGE_MIN)时，定时器/滤波器电路414可以将信号T断言为闭合状态、将信号R取消断言为打开状态，并且将信号E取消断言为禁用状态，以将高功率信号RF_IN路由到负载电路410并离开放大电路404，从而保护放大电路404。由于两个持续时间都短于最小脱离时间段，因此定时器/滤波器电路414可以对(i)时间452和454之间以及(ii)时间456和458之间的过渡进行滤波。当信号DP在低功率状态下被持续取消断言的时间大于最小脱离时间段(T_DISENGAGE_MIN)时，定时器/滤波器电路414可以将信号T取消断言为打开状态、将信号R断言为闭合状态，并且将信号E断言为启用状态，以将低功率信号RF_IN路由到放大器电路404以进行后续放大。

参考图7，示出了图示根据本发明示例实施例的装置400的测得的波形的图380。波形482可以表示输入信号RF_IN。信号RF_IN可以包括-20dBm至-4dBm的附加功率电平波动。信号TX_OUT可以由波形484表示。信号DP可以由波形486表示。波形488可以表示信号T和R(具有相同的电压电平和极性)。

在输入信号RF_IN中的帧的开始，包络功率/电压电平可以从低功率/电压电平过渡492到高功率/电压电平。在时间494，包络功率/电压水平可以超过功率/电压阈值达至少最小接合时间段。在时间494之前，保护电路402可以将输入信号RF_IN路由到放大器电路404，因此可以由负载电路410将信号TX_OUT保持为低。在时间494，保护电路402可以将输入信号从放大器电路404路由离开并路由到信号TX_OUT中(例如，信号R和T可以改变状态)。

从时间496开始，输入信号RF_IN中的帧可以过渡498回到低功率/电压电平。在时间500，输入信号RF_IN中的功率/电压电平可以低于功率/电压阈值达至少最小脱离时间段。响应于信号RF_IN中的低功率持续大于脱离时间段，保护电路402可以将输入信号RF_IN的路由改回放大器电路(例如，信号R和T可以改变状态)。

参考图8，示出了图示根据本发明示例实施例的具有路由保护和电流限制保护的装置400a的示例实施方式的图。装置(或系统)400a可以是装置400的变体。装置400a一般包括保护电路402、放大器电路404、接收开关406、发射开关408、负载电路410和方框(或电路)510。电路510一般包括方框(或电路)512和方框(或电路)514。电路402-514可以用硬件实现和/或用软件模拟。在各种实施例中，电路402-514可以被实现为一个或多个集成电路。

信号RX_IN可以由电路512接收。信号(例如，C)可以由电路512生成并呈现给电路514。信号C可以携带由电路514使用的控制信息，以控制到放大器404的偏置电流。电路514可以生成由放大器404接收的信号(例如，IB)。信号IB可以传达由放大器404使用的偏置电流。

电路510可以实现另一个保护电路。与保护电路402对信号RF_IN敏感相比，保护电路510对信号RX_IN中的包络功率/电压电平可以更敏感。保护电路510也可以位于接收开关406之后，以避免在系统处于发射模式时暴露于信号RF_IN中的高功率/电压电平。保护电路402一般具有比保护电路510更高的阈值电平。保护电路402可以持续地监视信号RF_IN(例如，在发射模式和接收模式两者之下)，并且因此在接收开关406之前被连接。

电路512可以实现检测电路。检测电路512一般可操作以通过检测相对于初始功率/电压阈值存在于信号RX_IN中的功率和/或电压的量来生成信号C。当信号RX_IN中的包络功率/电压电平低于初始功率/电压阈值时，检测电路512可以生成处于非限制性状态的信号C。当信号RX_IN中的包络功率/电压电平中的至少一个高于初始功率/电压阈值时，检测电路512可以生成处于可变限制状态的信号C。可变限制状态可以随着信号RX_IN中的包络功率/电压电平的增加而增加。初始功率/电压电平可以低于由检测电路412检测到的功率/电压阈值。在各种实施例中，初始功率阈值可以是近似-13±2dBm。可以实现其它功率阈值和/或电压阈值以满足特定应用的设计标准。

电路514可以实现响应于信号C的电流限制电路。当信号C处于可变受限状态时，电流限制电路514可以操作以基于信号C中的值来限制由放大器电路404使用的偏置电流IB。当信号C处于非受限状态时，电流限制电路514可以操作以将信号IB中的全偏置电流传递到放大器电路404。

保护电路402和保护电路510的组合可以为放大器电路404提供两级过电压/过功率保护机制。当信号RX_IN(和RF_IN)中的输入功率/电压超过初始功率/电压阈值时，保护电路510可以接合。接合的保护电路510可以减小(或限制)到放大器电路404的信号IB中的电流。保护电路510一般以最小延迟来实现快速反应保护，以对信号RX_IN的调制包络做出反应。当信号RF_IN中的输入功率/电压超过较高的功率/电压阈值达最小时间时，保护电路402可以接合。如果输入功率/电压超过对应的功率/电压阈值并且满足定时标准，那么保护电路402可以打开接收开关406、闭合发射开关408并且禁用放大器404。

参考图9，示出了图示根据本发明示例实施例的装置400a的示例波形的图540。波形542可以表示被放大到-15dBm的信号RX_OUT，而信号RF_IN的包络功率/电压电平小于在保护电路510中建立的初始功率/电压阈值(例如，都被示为THA)。波形544可以表示被放大到-3dBm的信号RX_OUT，而信号RF_IN的包络功率/电压电平超过初始阈值THA并小于在保护电路402中建立的功率/电压阈值(例如，都表示为THB)。波形546可以表示被放大到1dBm的信号RX_OUT，而信号RF_IN的包络功率/电压电平超过功率/电压阈值THB。波形548可以表示放大器电路404消耗的偏置电流IB。

虽然输入信号RF_IN的包络功率/电压电平小于初始功率/电压阈值THA，但是保护电路510可以不限制偏置电流IB，并且保护电路402可以将输入信号RF_IN路由到放大器电路404。波形542中所示的信号RX_OUT可以是输入信号RF_IN的放大版本。随着输入信号RF_IN中的包络功率/电压电平增加，放大器电路404消耗的偏置电流IB一般增加，参见区域550。

当信号RF_IN的包络功率/电压电平超过初始功率/电压阈值THA达至少最小接合时间段时(例如，在时间560)，保护电路510可以将偏置电流IB限制到放大器电路404。如波形544中所示，随着由放大器电路404提供的放大率的减小，输出信号RX_OUT的振幅可以减小。随着输入信号RF_IN中的包络功率/电压电平进一步增加，放大器电路404消耗的偏置电流IB一般随着保护电路510增加对偏置电流IB的限制而减小，参见区域552。

当信号RF_IN的包络功率/电压电平都返回到初始阈值THA以下(例如，在时间562)达至少最小电流脱离时间段时，保护电路510可以恢复到放大器电路404的全部可用偏置电流。随着由放大器电路404提供的放大被更大的偏置电流IB恢复，输出信号RX_OUT的振幅可以恢复到正常。由于输入信号RF_IN中的功率/电压电平小于功率/电压阈值THB，因此保护电路402可以针对整个波形544保持输入信号RF_IN被路由到放大电路404。

当信号RF_IN中的包络功率/电压电平中的至少一个初始超过初始功率/电压阈值THA时(例如，在时间564)，放大器电路404可以继续放大信号RF_IN，如波形546中所示。随着信号RF_IN中的功率/电压电平增加，保护电路510可以增加对偏置电流IB的限制，参见时段552。当信号RF_IN中的包络功率/电压电平中的至少一个保持高于功率/电压阈值THB以上达至少最小接合时间段时(例如，在时间566)，保护电路402可以将信号RF_IN从放大电路404路由离开。由于放大器电路404不再放大输入信号(例如，信号RX_IN为零)，因此输出信号RX_OUT下降至零，并且放大器电路404消耗的偏置电流IB可以减小至低值，参见区域554。在信号RF_IN中用过大的功率测得的所有实现两级保护的测试部件都可以承受由于两种功率保护机制引起的应力。

参考图10，示出了图示根据本发明示例实施例的另一个保护电路510a的示例实施方式的示图。电路510a可以是电路510的变体。电路510a一般包括方框(或电路)512a和电流限制电路514。电路512a可以包括方框(或电路)570和方框(或电路)572。电路512a-572可以用硬件实现和/或用软件模拟。电路512a-572可以被实现为一个或多个集成电路。

信号(例如，IA)可以从电压导轨(例如，V)传送到电流限制电路514。信号IA可以实现放大器电路404可用的输入偏置电流。电路570可以生成由电路572接收的信号(例如，DI)。信号DI可以是用于信号RF_IN中的功率/电压电平的检测信号。电路572可以生成由电流限制电路514接收的信号C。信号IB可以由电流限制电路514生成并且被传送到放大电路404。

电路570可以实现检测电路。检测电路570一般可操作以测量信号RF_IN中的包络功率/电压电平。当信号RF_IN中的包络功率/电压电平中的至少一个超过对应的阈值电平时，检测电路570可以生成处于活动(或逻辑高)状态的信号DI。否则，可以生成处于不活动(或逻辑低)状态的信号DI。

电路572可以实现定时器/滤波器电路。定时器/滤波器电路572一般可操作以相对于接合时间段和脱离时间段基于信号DI来生成信号C。如果信号DI持续处于活动状态(例如，高功率/电压电平)达至少接合时间段，那么定时器/滤波器电路572可以生成处于限制状态的信号C。在各种实施例中，接合时间段可以在2微秒至4微秒的范围内可编程。如果信号DI持续处于不活动状态(例如，低功率/电压电平)达至少脱离时间段，那么定时器/滤波器电路572可以生成处于非受限状态的信号C。脱离时间段可以在2微秒至4微秒的范围内分别可编程。

当信号DI持续处于活动状态达至少接合时间段时，电流限制电路514可以限制由放大器电路404接收的偏置电流IB。流入放大器电路404的受限的偏置电流可以保护放大器电路404免受信号RX_IN中的过大功率和/或电压的损害。当信号DI持续处于不活动状态达至少脱离时间段时，电流限制电路514可以取消对偏置电流IB的限制。不受限制的偏置电流IB可以使放大器电路404能够对信号RX_IN执行正常的放大功能。

虽然已经在第五代(5G)应用的环境中描述了本发明的实施例，但是本发明不限于5G应用，而是还可以应用于其中不同的快速切换、多通道和多个用户问题可能存在的其它高速数据速率无线和有线通信应用中。本发明解决了与高速无线通信、移动和固定收发器以及点对点链路相关的问题。可以预期使用射频(RF)、微波和毫米波链路的未来几代无线通信应用提供增加的速度、增加的灵活性以及增加的互连和层数。本发明还可以适用于根据或者现有(遗留、2G、3G、4G)规范或者未来规范实现的无线通信系统。

可以使用根据本说明书的教导编程的常规通用处理器、数字计算机、微处理器、微控制器、分布式计算机资源和/或类似的计算机器中的一个或多个来设计、建模、仿真和/或模拟图1至10的图中所示的功能和结构，如对于(一个或多个)相关领域的技术人员来说将是显而易见的。普通技术人员中的程序员可以基于本公开的教导容易地准备适当的软件、固件、编码、例程、指令、操作码、微代码和/或程序模块，如对于(一个或多个)相关领域的技术人员来说也将是显而易见的。软件一般体现在一个或多个介质中，例如非瞬态存储介质，并且可以由一个或多个处理器顺序地或并行地执行。

本发明的实施例也可以在ASIC(专用集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)、PLD(可编程逻辑器件)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)、门海、ASSP(专用标准产品)和集成电路中的一个或多个中实现。可以基于一种或多种硬件描述语言来实现电路系统。本发明的实施例可以与闪存、非易失性存储器、随机存取存储器、只读存储器、磁盘、软盘、诸如DVD和DVDRAM之类的光盘、磁光盘和/或分布式存储系统结合使用。

当在本文中结合“是”和动词使用时，术语“可以”和“一般”旨在表达该描述是示例性的并且被认为足够广泛以便既涵盖本公开中呈现的具体示例的意图又涵盖可以基于本公开导出的替代示例。如本文所使用的，术语“可以”和“一般”不应当被解释为必然意味着省略对应元素的期望性或可能性。

虽然已经参考其实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (15)

1.一种装置，包括：

放大器电路，被配置为通过放大在输入端口处接收到的输入信号来生成输出信号，其中所述输入信号是射频信号；以及

保护电路，被配置为：(i)通过检测所述输入信号的电平何时超过对应的阈值来生成检测信号，其中所述电平是(a)功率电平、(b)电压电平或(c)所述功率电平和所述电压电平两者，(ii)响应于所述检测信号持续处于活动状态达至少第一持续时间，将所述输入信号从所述放大器电路的所述输入端口路由离开并且禁用所述放大器电路，以及(iii)响应于所述检测信号持续处于不活动状态达至少第二持续时间，将所述输入信号路由到所述放大器电路的所述输入端口并且启用所述放大器电路。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述保护电路还被配置为响应于所述检测信号持续处于活动状态达至少所述第一持续时间而将所述输入信号路由到发射信道中。

3.根据权利要求1所述的装置，其中(i)所述保护电路还被配置为响应于所述检测信号而生成接收开关信号，以及(ii)响应于所述检测信号持续处于活动状态达至少所述第一持续时间而使所述接收开关信号处于禁用状态。

4.根据权利要求3所述的装置，还包括接收开关，其连接在所述输入信号的源和所述放大器电路的所述输入端口之间，其中所述接收开关被配置为在所述接收开关信号处于所述禁用状态时阻止来自所述放大器电路的所述输入端口的所述输入信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其中(i)所述保护电路还被配置为响应于所述检测信号而生成发射开关信号，以及(ii)响应于所述检测信号持续处于活动状态达至少所述第一持续时间而使所述发射开关信号处于启用状态。

6.根据权利要求5所述的装置，还包括发射开关，其连接在所述输入信号的源与负载阻抗之间，其中所述发射开关被配置为在所述发射开关信号处于所述启用状态时将所述输入信号传递到所述负载阻抗。

7.根据权利要求1所述的装置，其中(i)所述保护电路还被配置为响应于所述检测信号而生成使能信号，以及(ii)响应于所述检测信号持续处于活动状态达至少所述第一持续时间而使所述使能信号处于禁用状态。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述放大器电路还被配置为(i)接收所述使能信号，以及(ii)在所述使能信号处于所述禁用状态时限制内部消耗的偏置电流。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述射频信号具有在2吉赫兹至44吉赫兹范围内的频率。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的装置，其中所述放大器电路和所述保护电路形成第五代无线通信系统的一部分。

11.一种装置，包括：

放大器电路，被配置为：通过放大在输入端口处接收到的输入信号来生成输出信号，其中(i)所述放大器电路消耗偏置电流并且(ii)所述输入信号是射频信号；以及

第一保护电路，被配置为：(i)通过检测所述输入信号的电平何时超过对应的第一阈值来生成第一检测信号，其中所述电平是(a)功率电平、(b)电压电平或(c)所述功率电平和所述电压电平两者，(ii)响应于所述第一检测信号持续处于活动状态达至少第一持续时间而限制到所述放大器电路的所述偏置电流，以及(iii)响应于所述检测信号持续处于不活动状态达至少第二持续时间而取消到所述放大器电路的所述偏置电流的所述限制。

12.根据权利要求11所述的装置，还包括第二保护电路，该第二保护电路被配置为：(i)通过检测所述输入信号的所述电平何时超过对应的第二阈值来生成第二检测信号，(ii)响应于所述第二检测信号持续处于活动状态达至少第三持续时间，将所述输入信号从所述放大器电路的所述输入端口路由离开并且禁用所述放大器电路，以及(iii)响应于所述检测信号持续处于不活动状态达至少第四持续时间，将所述输入信号路由到所述放大器电路的所述输入端口并且启用所述放大器电路。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一阈值低于所述第二阈值。

14.根据权利要求12所述的装置，其中由所述第一保护电路确定的所述第一持续时间短于由所述第二保护电路确定的所述第三持续时间。

15.根据权利要求11-14中的任一项所述的装置，还包括接收开关，所述接收开关(i)连接到所述放大器电路的所述输入端口，并且(ii)连接在所述第一保护电路和所述第二保护电路之间。

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