CN114077272B - 一种射频功率整流器电路 - Google Patents

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Abstract

提供了一种射频(RF)功率整流器电路。该RF功率整流器电路包括一对差分电压输入节点，分别电连接到该对差分电压输入节点的一对输入晶体管，包括第一、第二和第三晶体管的电流镜，电连接在输入晶体管对和第一晶体管之间的一对级联晶体管，控制电阻器和控制晶体管，以及输出节点。该控制电阻器电连接到控制晶体管的源极和地以向该控制晶体管提供DC偏置，该控制晶体管电连接到该第二晶体管以向该对级联晶体管提供动态偏置。这种结构可以提高输入电压范围并且降低功耗。

Description

一种射频功率整流器电路
技术领域
本申请涉及一种整流器电路，特别涉及一种射频(RF)功率整流器电路。
背景技术
射频功率整流器电路广泛用于电子设备中，例如用于自动增益控制、线性度和偏移补偿的RF收发机的功率指示电路。通常，功率指示电路可以包括例如前置放大电路、RF功率整流器电路和滤波电路。输入电压范围和功耗可能会严重影响电源指示电路的性能。
发明内容
根据一个实施例，射频(RF)功率整流器电路可以包括：一对差分电压输入节点；分别电连接到所述一对差分电压输入节点的一对输入晶体管；包括第一、第二和第三晶体管的电流镜；串联在所述一对输入晶体管和所述第一晶体管之间的一对级联晶体管；串联在所述一对输入晶体管和所述第一晶体管之间的一对级联晶体管；控制电阻器和控制晶体管；输出节点，所述输出节点与所述第三晶体管电连接以输出整流电压。所述第一晶体管被配置为将来自所述一对输入晶体管的输入电流添加到组合电流中，并且所述第二晶体管和所述第三晶体管分别被配置为按比例复制来自所述第一晶体管的所述组合电流。所述控制电阻器电连接到所述控制晶体管的源极和地以向所述控制晶体管提供DC偏置，所述控制晶体管电连接到所述第二晶体管以向所述一对级联晶体管提供动态偏置。
根据一个实施例，所述功率指示电路可以包括串联电连接的前置放大电路、射频(RF)功率整流器电路和滤波电路。所述RF功率整流器电路可以包括：一对差分电压输入节点；分别电连接到所述一对差分电压输入节点的一对输入晶体管；包括第一、第二和第三晶体管的电流镜；电连接在所述一对输入晶体管和所述第一晶体管之间的一对级联晶体管；控制电阻器和控制晶体管；输出节点，所述输出节点电连接到所述第三晶体管以输出整流电压。所述第一晶体管被配置为将来自所述一对输入晶体管的输入电流添加到组合电流中，并且所述第二晶体管和所述第三晶体管分别被配置为按比例复制来自所述第一晶体管的所述组合电流。所述控制电阻器电连接到所述控制晶体管的源极和地以向所述控制晶体管提供DC偏置，所述控制晶体管电连接到所述第二晶体管以向所述一对级联晶体管提供动态偏置。优选地，所述控制电阻器一端连接到地，并且所述控制电阻器的另一端电连接到所述控制晶体管的源极。优选地，所述控制晶体管的栅极和漏极电连接到所述电流镜的所述第二晶体管的漏极，并且所述控制晶体管的栅极和漏极电连接到所述一对级联晶体管的栅极。优选地，所述第三晶体管电连接到负载电阻器和电容器以产生整流电压。
根据一个实施例，一种整流电压信号的方法可以包括：用射频(RF)功率整流器电路接收差分输入电压，通过所述RF功率整流器电路对所述差分输入电压进行整流以产生整流后的输出电压；通过所述RF功率整流器电路的所述输出节点输出所述整流后的输出电压。所述射频功率整流器电路可以包括：一对差分电压输入节点；分别电连接到所述一对差分电压输入节点的一对输入晶体管；包括第一、第二和第三晶体管的电流镜；电连接在所述一对输入晶体管和所述第一晶体管之间的一对级联晶体管；控制电阻器和控制晶体管；输出节点，所述输出节点电连接到所述第三晶体管以输出整流电压。所述第一晶体管被配置为将来自所述一对输入晶体管的输入电流添加到组合电流中，并且所述第二晶体管和所述第三晶体管分别被配置为按比例复制来自所述第一晶体管的所述组合电流。所述控制电阻器电连接到所述控制晶体管的源极和地以向所述控制晶体管提供DC偏置，所述控制晶体管电连接到所述第二晶体管以向所述一对级联晶体管提供动态偏置。
附图的简要说明
参照以下附图描述本申请的非限制性和非穷举性的实施例，其中，除非另外说明，相同的附图标记指代相同的部件。
图1是示出根据一个实施例的包括RF功率整流器电路的功率指示电路的电路图。
图2是示出根据一个实施例的RF功率整流器电路的电路图。
图3是示出根据一个实施例的整流电压信号的方法的流程图。
具体实施方式
现在将描述本申请的各个方面和示例。以下描述提供了特定的细节，以对这些示例进行透彻的理解和描述。然而，本领域的技术人员将理解，本申请可以在没有这些细节的情况下被实施。
另外，为了简洁的目的并且避免不必要地使相关描述不清楚，可能没有示出或详细描述一些公知的结构或功能。
尽管与特定应用示例的详细说明结合使用，但以下呈现的描述中使用的术语仍旨在以其最广泛的合理方式进行解释。以下甚至可能会强调某些术语，但是，任何旨在以任何受限制的方式解释的术语将在本详细描述部分中明确且具体地定义。
在不失一般性的前提下，将通过以RF功率整流器电路为例来参考说明性实施例。本领域普通技术人员应理解，这仅是为了清楚、充分地描述本申请，而不是限制由所附权利要求书限定的本申请的范围。
图1是示出根据实施例的功率指示电路100的电路图。RF收发器(图中未示出)的功率指示电路100可以包括例如依次串联电连接的前置放大电路1、RF功率整流器电路2和滤波电路3。
前置放大电路1被配置为预放大输入电压信号Vin，并输出预放大后的信号Vamp。RF功率整流器电路2被配置为接收并整流该预放后的信号Vamp，并输出整流后的信号Vrec。滤波电路3被配置为接收和滤波整流后的信号Vrec，并输出滤波后的信号Vfil作为输出信号Vout，该输出信号Vout可以被另一电路(未在图中示出)使用或进一步处理。
RF功率整流器电路2的输入电压范围和功耗会极大地影响功率指示电路100的性能。因此，迫切需要一种具有提高的输入电压范围和降低的功耗的新型RF功率整流器电路。
图2是示出根据一个实施例的RF功率整流器电路200的电路图。RF功率整流器电路200可以包括一对差分电压输入节点(Vip，Vin)，以接收差分电压输入；电连接到该对差分电压输入节点(Vip，Vin)的一对输入晶体管或电子管(M1，M2)；电流镜，其包括第一、第二和第三晶体管(M7，M8，M9)；电连接在该对输入晶体管与该电流镜的第一晶体管(M7)之间的一对级联晶体管或电子管(M4，M5)；控制电阻器和控制晶体管(R0，M6)；输出节点(Vo)，其电连接到该电流镜的第三晶体管(M9)以输出整流电压。
级联晶体管或电子管可以是两级放大器，例如，包括一个共射极级馈入一个共基极级。
电流镜的第一晶体管(M7)被配置为将来自该对输入晶体管(M1，M2)的输入电流I1和I2分别添加到组合电流I7中。电流镜的第二和第三晶体管(M8，M9)分别被配置为按比例复制来自第一晶体管(M7)的组合电流I7。
电流镜的第三晶体管(M9)电连接到负载电阻器(R)和电容器(CL)以产生整流电压。例如，电流镜的第三晶体管(M9)可以将电流镜的第一晶体管(M7)的组合电流I7放大为放大后的电流Iamp，该电流Iamp流经负载电阻器(R)，然后在输出节点(Vo)被转换为电压输出。具有大容量的电容器(CL)和负载电阻器(R)可以构成滤波电路，该滤波电路阻挡来自电流镜的第三晶体管(M9)的栅极的高频电压信号，并且仅使低频电压信号通过。
控制电阻器(R0)连接到地和控制晶体管(M6)之间，并且可以向控制晶体管(M6)提供DC偏置。控制晶体管(M6)电连接到电流镜的第二晶体管(M8)和该对级联晶体管(M4，M5)，并且可以向该对级联晶体管(M4，M5)提供动态偏置。这样，该电流镜的第二晶体管(M8)可以经由控制晶体管(M6)向该对级联晶体管(M4，M5)提供动态偏置。
该对输入晶体管(M1，M2)可以包括一对NMOS输入晶体管。电流镜的第一、第二和第三晶体管(M7，M8，M9)可以包括第一、第二和第三PMOS晶体管。该对级联晶体管(M4，M5)可以包括一对NMOS级联晶体管。控制电阻器和控制晶体管(R0，M6)可以包括控制电阻器和NMOS控制晶体管。然而，上述各晶体管(M1-M9)的类型不限于上面列出的。
下面将参照图2说明工作原理。
在输入电压信号的摆幅较大(大于一阈值)的情况下，该对输入晶体管(M1，M2)可以在开关(导通或截止)状态下工作。该输入电压信号由该对输入晶体管(M1，M2)转换为极性相同(正极或负极)的输入电流I1和I2。该输入电流I1和I2在电流镜的第一晶体管(M7)的漏极处添加到组合电流I7中。该组合电流I7流经电流镜的第一晶体管(M7)，并被电流镜的第三晶体管(M9)放大为放大后的电流Iamp，该电流Iamp由负载电阻器(R)转换成电压信号以通过输出节点(Vo)输出。
在该输入电压信号的摆幅较小(小于一阈值)的情况下，来自该对输入晶体管(M1，M2)的输入电流I1和I2可以表示如下：
Figure BDA0002684938340000051
假设vip-vin＝vi＝A*sine(ωt)，那么流入电流镜的第一晶体管(M7)组合电流I7，如下所示：
Figure BDA0002684938340000052
在这里，直流分量可以表示为
Figure BDA0002684938340000053
假定该输入电压信号的摆幅较小，则该对级联晶体管(M4，M5)可能会限制该对输入晶体管(M1，M2)的漏极处的电压，因此可能会增加RF功率整流器电路的输入电压范围。随着电压输入信号的增大，来自该对输入晶体管(M1，M2)的输入电流I1和I2可能增大，使得电流镜的第二晶体管(M8)的DC电流可能增大，该对级联晶体管(M4，M5)的栅极处的电压水平可能会增大，该对输入晶体管(M1，M2)的漏极处的电压水平也可能增大，因此，由于该对输入晶体管(M1，M2)沟道长度调制(CLM)效应，来自它们的输入电流I1和I2可能会进一步增大。
以此方式，当RF功率整流器电路200接收到摆幅较小的输入电压信号时，在电路中形成正反馈，从而提高了电路的跨导。当RF功率整流器电路200接收到具有足够大摆幅的输入电压信号时，该对级联晶体管(M4，M5)的栅极处的电压水平接近电源，因此该对级联晶体管(M4，M5)就像处于闭合(或导通)状态的开关，因此不会影响该对输入晶体管(M1，M2)。因此，RF功率整流器电路200可以具有提高的输入电压范围和降低的功耗。
在一个实施例中，控制电阻器(R0)一端连接到地，另一端连接到控制晶体管(M6)的源极。这样，控制电阻器(R0)可以向控制晶体管(M6)提供DC偏置。
在一个实施例中，控制晶体管(M6)的栅极和漏极电连接到第二晶体管(M8)的漏极，控制晶体管(M6)的栅极和漏极在例如公共点A1处电连接该对级联晶体管(M4，M5)栅极。这样，第二晶体管(M8)可以经由控制晶体管(M6)向该对级联晶体管(M4，M5)提供动态偏置。
在一个实施例中，该对输入晶体管(M1，M2)经由一对电阻器(R1，R2)电连接到偏置电路(vbn)。该对输入晶体管(M1，M2)的源极可以接地。
在一个实施例中，一对电容器(C1，C2)分别电连接在该对差分电压输入节点(Vip和Vin)和该对输入晶体管(M1，M2)之间，以阻挡DC输入信号。一对电阻器(R1，R2)分别电连接在偏置电路(vbn)和该对输入晶体管(M1，M2)的栅极之间。
在一个实施例中，例如，偏置电路(vbn)在公共点A2处电连接到该对电阻器(R1，R2)。
在一个实施例中，电流镜的第一、第二和第三晶体管(M7，M8，M9)的源极共同电连接到电源(Vcc)。电流镜的第一、第二和第三晶体管(M7，M8，M9)的栅极例如在公共点A3处共同电连接到该对级联晶体管(M4，M5)的漏极。
在一个实施例中，负载电阻器(R)电连接在第三晶体管的漏极与地之间，并且电容器(CL)电连接在第三晶体管的栅极和地(GND)之间。
图3是示出通过使用RF功率整流器电路(例如，如图2所示的RF功率整流器电路200)来整流电压信号的方法300的流程图。如图2所示，RF功率整流器电路200可以包括一对差分电压输入节点(Vip，Vin)，以接收差分电压输入；电连接到该对差分电压输入节点(Vip，Vin)的一对输入晶体管或电子管(M1，M2)；电流镜，其包括第一、第二和第三晶体管(M7，M8，M9)；电连接在该对输入晶体管与电流镜的第一晶体管(M7)之间的一对级联晶体管或电子管(M4，M5)；控制电阻器(R0)和控制晶体管(M6)；输出节点(Vo)，其电连接到第三晶体管(M9)以输出整流电压。
在一个实施例中，在框302中，用RF功率整流器电路200的该对差分电压输入节点(Vip，Vin)接收差分输入电压；在框304中，用该RF功率整流器电路对该差分输入电压进行整流以产生整流后的输出电压；在框306，通过该RF功率整流器电路200的输出节点(Vo)输出该整流后的输出电压。
各种实施例的特征和方面可以被集成到其他实施例中，并且可以在没有示出或描述的所有特征或方面的情况下实现本说明书中示出的实施例。
本领域的技术人员将理解，尽管出于说明的目的已经描述了系统和方法的特定示例和实施例，但是可以在不脱离本申请的精神和范围的情况下进行各种修改。而且，一个实施例的特征可以被合并到其他实施例中，即使那些特征在本说明书内的单个实施例中没有一起描述。因此，本申请由所附权利要求书描述。

Claims (10)

1.一种射频(RF)功率整流器电路，包括：
一对差分电压输入节点；
分别电连接到所述一对差分电压输入节点的一对输入晶体管；
包括第一、第二和第三晶体管的电流镜，其中所述第一晶体管配置为将来自所述一对输入晶体管的输入电流添加到组合电流中，以及其中所述第二晶体管和所述第三晶体管分别配置为按比例复制来自所述第一晶体管的所述组合电流；
电连接在所述一对输入晶体管和所述第一晶体管之间的一对级联晶体管；
控制电阻器和控制晶体管，其中所述控制电阻器电连接到所述控制晶体管的源极和地以向所述控制晶体管提供DC偏置，以及其中所述控制晶体管电连接到所述第二晶体管以向所述一对级联晶体管提供动态偏置；和
输出节点，所述输出节点与所述第三晶体管电连接以输出整流电压。
2.根据权利要求1所述的RF功率整流器电路，其特征在于，所述控制电阻器的一端电连接到所述控制晶体管的源极，并且所述控制电阻器的另一端和所述一对输入晶体管的源极共同接地；
所述控制晶体管的栅极和漏极电连接到所述第二晶体管的漏极，并且所述控制晶体管的栅极和漏极电连接到所述一对级联晶体管的栅极。
3.根据权利要求1所述的RF功率整流器电路，其特征在于，所述一对输入晶体管通过一对电阻器电连接到偏置电路。
4.根据权利要求1所述的RF功率整流器电路，其特征在于，所述电流镜的所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管的源极共同电连接到电源；
所述电流镜的所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管的栅极共同电连接到所述一对级联晶体管的漏极。
5.根据权利要求1所述的RF功率整流器电路，其特征在于，所述第三晶体管电连接到负载电阻器(R)和电容器(CL)以产生整流电压。
6.根据权利要求5所述的RF功率整流器电路，其特征在于，所述负载电阻器电连接在所述第三晶体管的漏极和地之间；
所述电容器电连接在所述第三晶体管的栅极和地之间。
7.根据权利要求1所述的RF功率整流器电路，其特征在于，一对电容器分别电连接在所述一对差分电压输入节点和所述一对输入晶体管之间；
一对电阻器分别电连接在偏置电路和所述一对输入晶体管的栅极之间。
8.根据权利要求1所述的RF功率整流器电路，其特征在于，所述一对输入晶体管包括一对NMOS输入晶体管，其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管包括第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体管，其中，所述一对级联晶体管包括一对NMOS级联晶体管，以及所述控制电阻器和所述控制晶体管包括控制电阻器和控制NMOS晶体管。
9.一种功率指示电路，包括串联电连接的前置放大电路、射频功率整流器电路和滤波电路，其中，所述射频功率整流器电路包括：
一对差分电压输入节点；
分别电连接到所述一对差分电压输入节点的一对输入晶体管；
包括第一、第二和第三晶体管的电流镜，其中所述第一晶体管被配置为将来自所述一对输入晶体管的输入电流添加到组合电流中，以及其中所述第二晶体管和所述第三晶体管分别被配置为按比例复制来自所述第一晶体管的所述组合电流；
电连接在所述一对输入晶体管和所述第一晶体管之间的一对级联晶体管；
控制电阻器和控制晶体管，其中所述控制电阻器电连接到所述控制晶体管的源级和地以向所述控制晶体管提供DC偏置，以及其中所述控制晶体管电连接到所述第二晶体管以向所述一对级联晶体管提供动态偏置；和
输出节点，所述输出节点与所述第三晶体管电连接以输出整流电压。
10.一种整流电压信号的方法，包括：
通过射频(RF)功率整流器电路的一对差分电压输入节点接收差分输入电压，所述RF功率整流器电路包括：
一对差分电压输入节点；
分别电连接到所述一对差分电压输入节点的一对输入晶体管；
包括第一、第二和第三晶体管的电流镜，其中所述第一晶体管被配置为将来自所述一对输入晶体管的输入电流添加到组合电流中，以及其中所述第二晶体管和所述第三晶体管分别被配置为按比例复制来自所述第一晶体管的所述组合电流；
电连接在所述一对输入晶体管和所述第一晶体管之间的一对级联晶体管；
控制电阻器和控制晶体管，其中所述控制电阻器电连接到所述控制晶体管的源极和地以向所述控制晶体管提供DC偏置，以及其中所述控制晶体管电连接到所述第二晶体管以向所述一对级联晶体管提供动态偏置；和
输出节点，所述输出节点电连接到所述第三晶体管以输出整流电压；
通过所述RF功率整流器电路对所述差分输入电压进行整流，以产生整流后的输出电压；以及
通过所述RF功率整流器电路的所述输出节点输出所述整流后的输出电压。
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