CN113419107A - 功率探测器和功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及射频电路领域,具体涉及一种功率探测器和功率放大器。其中,功率探测器包括:输入滤波电路,用于获取变压器的抽头电压信号,对抽头电压信号进行滤波输出;电流探测温度补偿电路,连接输入滤波电路的输出端,用于获取滤波输出的抽头电压信号,将抽头电压信号转换为具有正温度系数的第一电流信号;电流探测温度补偿电路还用于产生负温度系数的第二电流信号,并将第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号;输出滤波电路,连接电流探测温度补偿电路的输出端,用于获取温度补偿电流信号,将温度补偿电流信号进行滤波,产生温度补偿电压信号,温度补偿电压信号能够反映抽头电压信号的变化。功率放大器包括上述功率探测器。
Description
技术领域
本申请涉及射频电路领域,具体涉及一种功率探测器和功率放大器。
背景技术
功率放大器件作为射频前端发射链路的关键器件,用于将所产生的功率较小的射频信号放大至足够的射频功率。
为了对功率放大器的输出功率进行实时测量,通常需要辅以功率探测器,以便进行射频前端发射链路的发射功率、增益、功耗与效率控制。
相关技术通常采用电容耦合接触式功率探测器,通常带来功率放大器输出阻抗失配、功率损耗及效率降低问题,而且该接触式功率探测器缺乏温度补偿设计,在射频前端发射链路高功率输出时,由于器件的自加热效应而出现局部升温的现象,该现象会对功率探测器的线性功率探测感知能力造成不利影响,即在射频前端发射链路高功率输出时,功率探测器对功率放大器输出功率的实时探测结果偏差较大。
发明内容
本申请提供了一种功率探测器和功率放大器,可以解决相关技术中功率探测方式对功率放大器影响及在射频前端发射链路高功率输出时,功率探测器的线性功率探测感知能力下降的问题。
为了解决上述技术问题,本申请的第一方面提供一种实时温度补偿功率探测器,所述功率探测器包括:输入滤波电路、电流探测温度补偿电路和输出滤波电路;
所述输入滤波电路,用于获取变压器的抽头电压信号,对所述抽头电压信号进行滤波输出;
所述电流探测温度补偿电路,连接所述输入滤波电路的输出端,用于获取滤波输出的所述抽头电压信号,将所述抽头电压信号转换为具有正温度系数的第一电流信号;所述电流探测温度补偿电路还用于产生负温度系数的第二电流信号,并将所述第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号;
所述输出滤波电路,连接所述电流探测温度补偿电路的输出端,用于获取所述温度补偿电流信号,将所述温度补偿电流信号进行滤波,产生温度补偿电压信号,所述温度补偿电压信号能够反映所述抽头电压信号的变化。
可选地,所述电流探测温度补偿电路包括:电流转换电路、补偿电路和电流镜像电路;
所述电流转换电路,用于获取滤波输出的所述抽头电压信号,将所述抽头电压信号转换为具有正温度系数的第一电流信号;
所述补偿电路,用于根据所述第一电流信号的温度系数,产生具有负温度系数的第二电流信号;
所述电流镜像电路,用于将所述第一电流信号和所述第二电流信号进行镜像,并将镜像的所述第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号。
可选地,所述电流转换电路包括第一二极管、第一电阻和第二电阻;
所述第一二极管的输入端连接所述输入滤波电路的输出端,和所述第二电阻的一端,所述第一二极管的输出端连接所述第一电阻一端,所述第一电阻的另一端接地,所述第二电阻的另一端连接所述电流镜像电路。
可选地,所述电流镜像电路包括:
第一镜像电路,所述第一镜像电路用于将所述第一电流信号进行镜像输出;
第二镜像电路,所述第二镜像电路用于将产生的第二电流信号进行镜像输出;
所述第一镜像电路的输出端和所述第二镜像电路的输出端连接,用于将所述第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号。
可选地,所述第一镜像电路包括第一电流镜和第二电流镜;
所述第一电流镜的输入端用于获取所述电流转换电路产生的第一电流信号;
所述第一电流镜的输出端连接所述第二电流镜的输入端;
所述第一电流镜复制所述第一电流信号输出给所述第二电流镜;
所述第二镜像电路包括第三电流镜;
所述第三电流镜的输入端用于获取所述补偿电路产生的第二电流信号;
所述第三电流镜的输出端,与所述第二电流镜的输出端在叠加节点处相连;
所述第三电流镜复制所述第二电流信号输出给所述叠加节点;
所述第二电流镜再次复制所述第一电流信号输出给所述叠加节点;
在所述叠加节点处,将所述第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号。
可选地,所述补偿电路包括:第二二极管、第三电阻和第四电阻;
所述第四电阻的电阻值可控;
所述第二二极管的输入端连接所述第四电阻的一端,所述第二二极管的输出端连接所述第三电阻的一端,所述第三电阻的另一端接地,所述第四电阻的另一端连接所述电流镜像电路。
可选地,所述变压器包括变压线圈绕组和抽头线圈绕组;
所述变压线圈绕组包括交错缠绕的第一侧线圈绕组和第二侧线圈绕组;所述变压线圈绕组的中间形成空白区域;
所述抽头线圈绕组,位于所述空白区域,与所述变压线圈绕组无接触。
本申请的第二方面提供,一种功率放大器,所述功率放大器包括放大电路、非接触功率感知变压器和如本申请第一方面所述的功率探测器;
所述变压器,用于将所述放大电路输出的放大信号输出并实现感性电磁耦合探取输出功率;
所述功率探测器的输入端连接所述变压器的抽头,用于获取变压器的抽头电压信号进行补偿输出温度补偿电压信号。
本申请技术方案,至少包括如下优点:本申请提出非接触功率感知的实时温度补偿功率探测器设计,优化功率探测器在功放高功率输出时的线性功率探测感知能力,并可以改善相关技术所采用的接触式功率探测设计,在高功率输出时,该功率放大器出现输出阻抗匹配及功率损耗问题,并且能降低功率探测对功放输出功率及效率影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施方式,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示出了本申请一实施例提供的功率探测器结构框图;
图2示出了本申请一实施例提供的电流探测温度补偿电路的结构框图;
图3示出了本申请一实施例提供的功率探测器电路原理图;
图4示出了一实施例中电流镜像电路的结构示意图;
图5示出了本申请一实施例提供的功率放大器的电路原理图;
图6示出了本申请一实施例中变压器的结构示意图;
图7示出了功率探测器的功率探测能力曲线对比图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电气连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,还可以是两个元件内部的连通,可以是无线连接,也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外,下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1示出了本申请一实施例提供的功率探测器结构框图,参照图1,该功率探测器包括:输入滤波电路110、电流探测温度补偿电路120和输出滤波电路130。
其中,该输入滤波电路110,用于获取变压器的抽头电压信号RFc,对该抽头电压信号RFc进行滤波输出。
该电流探测温度补偿电路120,连接该输入滤波电路110的输出端,用于获取滤波输出的抽头电压信号RFc,将所述抽头电压信号RFc转换为具有正温度系数的第一电流信号;该电流探测温度补偿电路120还用于产生负温度系数的第二电流信号,并将该第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号Id。
该输出滤波电路130,连接电流探测温度补偿电路120的输出端,用于获取所述温度补偿电流信号Id,将该温度补偿电流信号Id进行滤波,产生温度补偿电压信号VDET,该温度补偿电压信号VDET能够反映所述抽头电压信号RFc的变化。
本实施例,通过具有负温度系数的第二电流信号,对具有正温度系数的第一电流信号的温度补偿,使得最终的温度补偿电压信号VDET受到温度的影响减小,从而提高该功率探测器的线性功率探测能力。
图2示出了本申请一实施例提供的电流探测温度补偿电路的结构框图,参照图2,可以看出,该电流探测温度补偿电路包括:电流转换电路210、补偿电路220和电流镜像电路230。
其中,该电流转换电路210,用于获取滤波输出的所述抽头电压信号,将该抽头电压信号转换为具有正温度系数的第一电流信号ΔID1。
该补偿电路220,用于根据所述第一电流信号ΔID1的温度系数,产生具有负温度系数的第二电流信号ΔIR22。该第二电流信号ΔIR22温度系数的绝对值与第一电流信号ΔID1温度系数的绝对值一致,符号相反。
该电流镜像电路230,用于将该第一电流信号ΔID1和所述第二电流信号ΔIR22分别进行镜像,并将镜像的第一电流信号ΔID1和第二电流信号ΔIR22叠加输出温度补偿电流信号Id。
从图2中可以看出,该电流镜像电路230将具有正温度系数的第一电流信号ΔID1,和具有负温度系数的第二电流信号ΔIR22进行叠加输出温度补偿电流信号Id,从而能够补偿第一电流信号ΔID1的正温度系数,使得最终的温度补偿电压信号VDET受到温度的影响减小,从而提高该功率探测器的线性功率探测能力。
图3示出了本申请一实施例提供的功率探测器电路原理图,从图3中可以看出,该电流探测温度补偿电路包括:电流转换电路210、补偿电路220和电流镜像电路。
该电流转换电路210包括第一二极管D1、第一电阻R11和第二电阻R21;第一二极管D1的输入端连接输入滤波电路110的输出端,和该第二电阻R21的一端,该第一二极管D1的输出端连接第一电阻R11一端,该第一电阻R11的另一端接地,该第二电阻R21的另一端连接电流镜像电路。
该补偿电路220包括第二二极管D2、第三电阻和R12第四电阻R22;该第四电阻R22的阻值可控。该第二二极管D2的输入端连接该第四电阻R22的一端,该第二二极管D2的输出端连接该第三电阻R12的一端,该第三电阻R12的另一端接地,该第四电阻R22的另一端连接电流镜像电路。
参照图4,其示出了一实施例中电流镜像电路230的结构示意图,从图4中可以看出,该电流镜像电路230包括第一镜像电路231和第二镜像电路232,该第一镜像电路231用于将所述第一电流信号ΔID1进行镜像输出;该第二镜像电路232用于将产生的第二电流信号ΔIR22进行镜像输出,第一镜像电路231的输出端和所述第二镜像电路232的输出端连接,用于将所述第一电流信号ΔID1和第二电流信号ΔIR22叠加输出温度补偿电流信号Id。
继续参照图3,该该第一镜像电路包括第一电流镜2311和第二电流镜2312,该第二镜像电路232包括第三电流镜2323。该第一电流镜2311的输入端连接电流转换电路210中第二电阻R21的另一端,用于获取该电流转换电路210产生的第一电流信号ΔID1。该第一电流镜2311的输出端连接第二电流镜2312的输入端,用于复制该第一电流信号ΔID1并输出给该第二电流镜2312。该第二电流镜2312的输出端与第三电流镜2323的输出端在叠加节点X处相连,该第二电流镜2312用于再次复制该第一电流信号ΔID1,并输出该第一电流信号ΔID1至所述叠加节点X。该第三电流镜2323的输入端连接补偿电路220中第四电阻R22的另一端,用于获取该补偿电路220产生的第二电流信号ΔIR22,复制该第二电流信号ΔIR22,并输出该第二电流信号ΔIR22至该叠加节点X处,在该叠加节点X处,该第一电流信号ΔID1和第二电流信号ΔIR22叠加输出温度补偿电流信号Id。
在本实施例中,第一电阻R11的阻值和第三电阻R12的阻值相同,且通过调节第四电阻R22的阻值,使得该第四电阻R22与第二电阻R21出现可控电阻失调,以形成能够补偿第一电流信号ΔID1温度系数的第二电流信号ΔIR22。另外,该第一电阻R11、第二电阻R21、第三电阻R12和第四电阻R22均为正温度系数的电阻,即温度越高阻值越大,从而使得所形成的第二电流信号ΔIR22的温度系数为负。可选地,可以通过数字译码控制第四电阻R22阻值,实现第四电阻R22与第二电阻R21出现可控电阻失调,即根据第一电流信号ΔID1的电流值,调节第四电阻R22的阻值,从而校准第二电流信号ΔIR22的电流值。
继续参照图3,可以看出该输入滤波电路110包括输入电容Cin、输入电阻Rin和耦合电容Cc,耦合电容Cc的一端为该滤波电路110的输入端,耦合电容Cc的另一端为该滤波电路110的输出端,该输入电容Cin的一端接地,另一端连接该耦合电容Cc的一端,该输入电阻Rin的一端接地,输入电阻Rin的另一端连接该耦合电容Cc的一端。
该输出滤波电路130包括第一输出电阻Ro、第二输出电阻Rdet、第三输出电阻Rb、输出电容Co和输出NMOS管。该输出NMOS管的漏极为该输出滤波电路130的输出点,连接该叠加节点X,输出NMOS管的栅极连接第三输出电阻Rb的一端,该第三输出电阻Rb的另一端连接输出NMOS管的漏极,该输出NMOS管的源极连接第一输出电阻Ro的一端、第二输出电阻Rdet的一端和输出电容Co的一端,第一输出电阻Ro的另一端和输出电容Co的另一端接地,该第二输出电阻Rdet的另一端为输出滤波电路130的输出端,从该第二输出电阻Rdet的另一端获取温度补偿电压信号VDET。
图5示出了本申请一实施例提供的功率放大器的电路原理图,参照图5,该功率放大器包括放大电路510、非接触功率感知变压器520和图1至图4任一幅图所示的功率探测器530。
参照图6,其示出了该变压器520的结构示意图,该变压器520包括变压线圈绕组和抽头线圈绕组523,变压线圈绕组包括交错缠绕的第一侧线圈绕组521和第二侧线圈绕组522;所述变压线圈绕组的中间形成空白区域W;所述抽头线圈绕组523,位于所述空白区域W,与所述变压线圈绕组无接触,能够节省感性电磁耦合无源器件面积、降低成本。
继续参照图5,该放大电路510的输入端连接输入匹配电路540,该输入匹配电路用于获取射频输入信号RFin,该射频输入信号RFin为未放大的射频信号。该放大电路510的输出端连接变压器520的第一侧线圈绕组,该变压器520的第二侧线圈绕组为该功率放大器的输出端。该功率探测器530的输入端连接该变压器520的抽头线圈绕组,通过该抽头线圈绕组获取变压器520的抽头电压信号,以便进行补偿输出温度补偿电压信号VDET,优化功率探测器530的线性功率探测感知能力。
本实施例中,由于该变压器520的抽头线圈绕组523,与变压线圈绕组无接触,从而使得该功率探测器530实现与功率放大器无接触功率探测,能够,改善相关技术所采用的接触式功率探测设计,在高功率输出时,该功率放大器出现输出阻抗匹配及功率损耗问题,并且能降低功率探测对功放输出功率及效率影响。
图7示出了功率探测器的功率探测能力曲线对比图,参照图7,其中,曲线A为理想状态下功率探测器的功率探测能力,即理想状态下,随着功率放大器输出功率的增大,功率探测器的探测电压也线性增大,即该功率探测器功率探测能力为线性。其中,曲线B为本申请功率探测器的功率探测能力,即在功率放大器输出功率小于30dBm时,随着该功率放大器输出功率的增大,本申请功率探测器的探测电压也线性增大,在功率放大器输出功率大于30dBm时,该功率探测器功率探测能力的线性度减弱。其中,曲线C为本相关技术中功率探测器的功率探测能力,即对于相关技术,在功率放大器输出功率小于27dBm时,随着该功率放大器输出功率的增大,其功率探测器的探测电压也线性增大,但是在功率放大器输出功率大于27dBm时,该功率探测器功率探测能力的线性度较迅速减弱。
由此,可以看出,与相关技术相比,本申请功率探测器的线性功率探测能力提高3dB,优化功率感测器的线性功率探测感知能力,以改善相关技术所采用的接触式功率探测设计,在高功率输出时,该功率放大器出现输出阻抗匹配及功率损耗问题,并且能降低功率探测对功放输出功率及效率影响。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种功率探测器,其特征在于,所述功率探测器包括:输入滤波电路、电流探测温度补偿电路和输出滤波电路;
所述输入滤波电路,用于获取变压器的抽头电压信号,对所述抽头电压信号进行滤波输出;
所述电流探测温度补偿电路,连接所述输入滤波电路的输出端,用于获取滤波输出的所述抽头电压信号,将所述抽头电压信号转换为具有正温度系数的第一电流信号;所述电流探测温度补偿电路还用于产生负温度系数的第二电流信号,并将所述第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号;
所述输出滤波电路,连接所述电流探测温度补偿电路的输出端,用于获取所述温度补偿电流信号,将所述温度补偿电流信号进行滤波,产生温度补偿电压信号,所述温度补偿电压信号能够反映所述抽头电压信号的变化。
2.如权利要求1所述的功率探测器,其特征在于,所述电流探测温度补偿电路包括:电流转换电路、补偿电路和电流镜像电路;
所述电流转换电路,用于获取滤波输出的所述抽头电压信号,将所述抽头电压信号转换为具有正温度系数的第一电流信号;
所述补偿电路,用于根据所述第一电流信号的温度系数,产生具有负温度系数的第二电流信号;
所述电流镜像电路,用于将所述第一电流信号和所述第二电流信号进行镜像,并将镜像的所述第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号。
3.如权利要求2所述的功率探测器,其特征在于,所述电流转换电路包括第一二极管、第一电阻和第二电阻;
所述第一二极管的输入端连接所述输入滤波电路的输出端,和所述第二电阻的一端,所述第一二极管的输出端连接所述第一电阻一端,所述第一电阻的另一端接地,所述第二电阻的另一端连接所述电流镜像电路。
4.如权利要求2所述的功率探测器,其特征在于,所述电流镜像电路包括:
第一镜像电路,所述第一镜像电路用于将所述第一电流信号进行镜像输出;
第二镜像电路,所述第二镜像电路用于将产生的第二电流信号进行镜像输出;
所述第一镜像电路的输出端和所述第二镜像电路的输出端连接,用于将所述第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号。
5.如权利要求4所述的功率探测器,其特征在于,所述第一镜像电路包括第一电流镜和第二电流镜;
所述第一电流镜的输入端用于获取所述电流转换电路产生的第一电流信号;
所述第一电流镜的输出端连接所述第二电流镜的输入端;
所述第一电流镜复制所述第一电流信号输出给所述第二电流镜;
所述第二镜像电路包括第三电流镜;
所述第三电流镜的输入端用于获取所述补偿电路产生的第二电流信号;
所述第三电流镜的输出端,与所述第二电流镜的输出端在叠加节点处相连;
所述第三电流镜复制所述第二电流信号输出给所述叠加节点;
所述第二电流镜再次复制所述第一电流信号输出给所述叠加节点;
在所述叠加节点处,将所述第一电流信号和第二电流信号叠加输出温度补偿电流信号。
6.如权利要求2所述的功率探测器,其特征在于,所述补偿电路包括:第二二极管、第三电阻和第四电阻;
所述第四电阻的电阻值可控;
所述第二二极管的输入端连接所述第四电阻的一端,所述第二二极管的输出端连接所述第三电阻的一端,所述第三电阻的另一端接地,所述第四电阻的另一端连接所述电流镜像电路。
7.如权利要求1所述的功率探测器,其特征在于,所述变压器包括变压线圈绕组和抽头线圈绕组;
所述变压线圈绕组包括交错缠绕的第一侧线圈绕组和第二侧线圈绕组;所述变压线圈绕组的中间形成空白区域;
所述抽头线圈绕组,位于所述空白区域,与所述变压线圈绕组无接触。
8.一种功率放大器,其特征在于,所述功率放大器包括放大电路、变压器和如权利要求1至7中任一项所述的功率探测器;
所述变压器,用于将所述放大电路产生的放大信号变压输出;
所述功率探测器的输入端连接所述变压器的抽头,用于获取变压器的抽头电压信号进行补偿输出温度补偿电压信号。
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