CN114123984A - 一种功率检波电路以及集成芯片 - Google Patents

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CN114123984A CN202010905221.9A CN202010905221A CN114123984A CN 114123984 A CN114123984 A CN 114123984A CN 202010905221 A CN202010905221 A CN 202010905221A CN 114123984 A CN114123984 A CN 114123984A
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Abstract

本发明公开了一种功率检波电路以及集成芯片。该功率检波电路包括：顺次连接的第一温度补偿模块、阻抗匹配网络、检波模块和滤波放大模块；其中，阻抗匹配网络将毫米波信号转发给检波模块；第一温度补偿模块的第二等效电阻的动态单位温度变化量与检波模块的第一等效电阻的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相等；第一温度补偿模块用于生成电压补偿信号；阻抗匹配网络将电压补偿信号和毫米波信号合并后转发给检波模块，检波模块根据合并信号输出原始补偿检波信号，滤波放大模块将原始补偿检波信号滤波放大后得到补偿检波信号。本发明的技术方案，其可实现在一种随着温度变化可以准确反映毫米波信号功率大小的检波信号的功率检波电路。

Description

一种功率检波电路以及集成芯片
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种功率检波电路以及集成芯片。
背景技术
在毫米波通信系统中，信号幅度的大小是表征毫米波的一项非常重要的指标。近年来，随着通信技术的发展，各种调制技术所采用的毫米波信号的频率范围、功率范围、调制方式以及信号频谱各不相同，功率检波电路可以实现毫米波信号幅度的准确测量。检波是调制的逆过程，是指从已调电磁波信号中检出调制电磁波信号的过程。
现有的功率检波电路，随着温度的变化，输出的检波信号不稳定，进而导致其输出的检波信号不能准确反映毫米波信号功率的大小。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提出一种功率检波电路以及集成芯片，旨在实现一种随着温度变化可以输出稳定检波信号，进而可以准确反映毫米波信号功率大小的功率检波电路。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种功率检波电路，包括：
顺次连接的第一温度补偿模块、阻抗匹配网络、检波模块和滤波放大模块；其中，
所述阻抗匹配网络将毫米波信号转发给所述检波模块，所述检波模块根据所述毫米波信号输出原始检波信号，所述滤波放大模块将所述原始检波信号滤波放大后得到检波信号；
所述检波模块的第一等效电阻随环境温度变化，所述第一温度补偿模块的第二等效电阻随环境温度变化，且所述第二等效电阻的动态单位温度变化量与所述第一等效电阻的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相等；所述第一温度补偿模块用于所述检波模块的环境温度发生变化时根据所述第二等效电阻的动态单位温度变化量生成电压补偿信号；所述阻抗匹配网络将所述电压补偿信号和毫米波信号合并后，将合并信号转发给所述检波模块，所述检波模块根据所述合并信号输出原始补偿检波信号，所述滤波放大模块将所述原始补偿检波信号滤波放大后得到补偿检波信号。
为实现上述目的，本发明实施例还提出了一种集成芯片，包括上述技术方案中任意所述的功率检波电路。
本发明实施例提供的功率检波电路以及集成芯片，毫米波信号输入阻抗匹配网络，从而可以避免反射回毫米波信号输入系统，造成回波损耗；第一温度补偿模块的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量与检波模块的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相同，即在各个温度变化范围内，第一温度补偿模块可以对检波模块随温度变化导致输出的电信号的增加量或者减少量进行补偿，以得到随着温度变化可以输出稳定检波信号的功率检波电路。第一温度补偿模块用于检波模块的环境温度发生变化时根据第二等效电阻的动态单位温度变化量生成电压补偿信号，阻抗匹配网络将电压补偿信号和毫米波信号合并后，将合并信号转发给检波模块。检波模块可以从阻抗匹配网络接收的合并信号检出调制信号，该调制信号是可以反映输入毫米波信号功率的检波信号，称之为原始补偿检波信号，滤波放大模块用于将原始补偿检波信号放大，后得到补偿检波信号，以提高功率检测的灵敏度，并滤除原始补偿检波信号中的高频信号之后输出，以得到合适带宽的补偿检波信号，该补偿检波信号可以反映毫米波信号功率的大小。且功率检波电路内部包含第一温度补偿模块，无需在功率检波电路外部设计外围电路，对功率检波电路进行温度补偿。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种功率检波电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种功率检波电路的结构示意图；
图3是现有技术中的一种功率检波电路的结构示意图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特有的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
正如上述背景技术中所述，现有的功率检波电路，随着温度的变化，输出的检波信号不稳定，进而导致该检波信号不能准确反映毫米波信号功率的大小。究其原因，现有的检波电路采用非线性器件从已调毫米波信号中检出调制毫米波信号，以实现检波过程，由于非线性器件的等效电阻随着温度呈非线性变化，而现有技术中通常采用随温度呈线性变化的电阻作为温度补偿电路，故而不能保证电阻随温度变化的动态单位温度变化量与检波器件的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相同，因此现有的温度补偿电路对功率检波电路对温度的补偿效果并不好，进而导致其输出的检波信号不能准确反映毫米波信号功率的大小。
针对上述技术问题，本发明实施例提供一种功率检波电路，旨在实现随着温度变化可以输出稳定检波信号，进而可以准确反映毫米波信号功率大小的功率检波电路。
图1是本发明实施例提供的一种功率检波电路的结构示意图。参见图1，顺次连接的第一温度补偿模块30、阻抗匹配网络10、检波模块20和滤波放大模块40；其中，阻抗匹配网络10将毫米波信号转发给检波模块20，检波模块20根据毫米波信号输出原始检波信号，滤波放大模块40将原始检波信号滤波放大后得到检波信号；检波模块20的第一等效电阻随环境温度变化，第一温度补偿模块的第二等效电阻随环境温度变化，且第二等效电阻的动态单位温度变化量与第一等效电阻的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相等；第一温度补偿模块30用于检波模块的环境温度发生变化时根据第二等效电阻的动态单位温度变化量生成电压补偿信号；阻抗匹配网络10将电压补偿信号和毫米波信号合并后，将合并信号转发给检波模块20，检波模块20根据合并信号输出原始补偿检波信号，滤波放大模块40将原始补偿检波信号滤波放大后得到补偿检波信号。
在本实施例中，阻抗匹配网络10的信号输入端10A用于输入毫米波。具体的，波长1-10毫米的电磁波称之为毫米波。它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。随着人们对电子信息系统的高宽带、高速率、小型化需求，无线通信频谱将扩展到毫米波段、亚毫米波段和太赫兹波段，而系统中重要的毫米波集成电路就成了必不可少的核心芯片。为了满足高速吉比特、大带宽的通信系统、智能交通系统、汽车防撞系统以及反恐安检系统的应用，毫米波集成电路的需求越来越大。随着工艺成本和设计、测试成本的降低，毫米波集成电路及其系统应用已经成为军民两用领域不可缺少的先进技术之一。本发明实施例提供的功率检测电路，可以用于毫米波集成电路中，检测毫米波信号功率。
示例性的，功率检波电路可以通过峰值包络检波、均方根(Root Mean Square，RMS)检波、对数检波和连续检波对数视频放大器(Successive Detection LogarithmicVideo Amplifier,SDLVA)等方式从已调毫米波信号中检出调制毫米波信号，得到检波信号，完成检波过程，得到的检波信号可以反映毫米波信号功率的大小。
具体的，阻抗匹配(impedance matching)网络10，用在毫米波信号输入系统和负载点之间，其中，在本实施例中毫米信号输入系统用于产生毫米波信号。毫米波信号输入系统的等效阻抗一般在50欧姆左右，因此需要将阻抗匹配网络10的阻抗配置在50欧姆左右，这样可以避免从阻抗匹配网络10输入的毫米波信号反射回毫米波信号输入系统，造成回波损耗。
检波模块20可以从阻抗匹配网络10接收的毫米波信号中检出调制信号，该调制信号是可以反映输入毫米波信号功率的原始检波信号，滤波放大模块40用于将原始检波信号放大，以提高功率检测的灵敏度，并滤除检波信号中的高频信号之后输出，以得到合适带宽的检波信号，该检波信号可以反映毫米波信号功率的大小。
第一温度补偿模块30的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量与检波模块20的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相同，即在各个温度变化范围内，第一温度补偿模块30可以对检波模块20随温度变化导致输出的电信号的增加量或者减少量进行补偿，以得到随着温度变化可以输出稳定检波信号的功率检波电路。需要说明的是，第一温度补偿模块30的温度补偿信号是通过阻抗匹配网络10传递给检波模块20的，即第一温度补偿模块30用于检波模块20的环境温度发生变化时根据第二等效电阻的动态单位温度变化量生成电压补偿信号，阻抗匹配网络10将电压补偿信号和毫米波信号合并后，将合并信号转发给检波模块20。检波模块20可以从阻抗匹配网络10接收的合并信号检出调制信号，该调制信号是可以反映输入毫米波信号功率的检波信号，称之为原始补偿检波信号，滤波放大模块40用于将原始补偿检波信号放大，后得到补偿检波信号，以提高功率检测的灵敏度，并滤除原始补偿检波信号中的高频信号之后输出，以得到合适带宽的补偿检波信号，该补偿检波信号可以反映毫米波信号功率的大小。且功率检波电路内部包含第一温度补偿模块30，无需在功率检波电路外部设计外围电路，对功率检波电路进行温度补偿。
本发明实施例提供的技术方案，毫米波信号输入阻抗匹配网络10，从而可以避免反射回毫米波信号输入系统，造成回波损耗；第一温度补偿模块30的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量与检波模块20的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相同，即在各个温度变化范围内，第一温度补偿模块30可以对检波模块20随温度变化导致输出的电信号的增加量或者减少量进行补偿，以得到随着温度变化可以输出稳定检波信号的功率检波电路。第一温度补偿模块30用于检波模块20的环境温度发生变化时根据第二等效电阻的动态单位温度变化量生成电压补偿信号，阻抗匹配网络10将电压补偿信号和毫米波信号合并后，将合并信号转发给检波模块20。检波模块20可以从阻抗匹配网络10接收的合并信号检出调制信号，该调制信号是可以反映输入毫米波信号功率的检波信号，称之为原始补偿检波信号，滤波放大模块40用于将原始补偿检波信号放大，后得到补偿检波信号，以提高功率检测的灵敏度，并滤除原始补偿检波信号中的高频信号之后输出，以得到合适带宽的补偿检波信号，该补偿检波信号可以反映毫米波信号功率的大小。且功率检波电路内部包含第一温度补偿模块30，无需在功率检波电路外部设计外围电路，对功率检波电路进行温度补偿。
需要说明的是，本发明实施例提供的功率检波电路可以工作的温度范围在-55℃-125℃之间。
下面具体细化检波模块20的具体结构。图2是本发明实施例提供的另一种功率检波电路的结构示意图。可选地，参见图2，检波模块20包括差分放大单元21和第一负载单元22，差分放大单元21用于提取毫米波信号中的偶次谐波信号中的直流信号，并滤除奇次谐波信号得到原始补偿检波信号，第一负载单元22的第一端连接第一电源VDD1，第一负载单元22的第二端与差分放大单元21的输出端20B电连接；阻抗匹配网络10包括第一信号输出端10B1和第二信号输出端10B2，用于输入相位相反的毫米波信号，差分放大单元21的第一信号输入端20A1与阻抗匹配网络10的第一信号输出端10B1电连接，差分放大单元21的第二信号输入端20A2与阻抗匹配网络10的第二信号输出端10B2电连接，差分放大单元21的信号输出端20B用于输出原始补偿检波信号；第一温度补偿模块30的电压补偿信号输出端30A与差分放大单元21的第一信号输入端20A1和差分放大单元21的第二信号输入端20A2电连接。需要说明的是，差分放大单元21的输出端作为检波模块20的信号输出端20B，因此差分放大单元21的输出端也用附图标记20B来表示。差分放大单元21的第一信号输入端20A1和差分放大单元21的第二信号输入端20A2作为检波模块20的信号输入端20A。
具体的，差分放大单元21的输入输出架构均采用集成芯片的差分信号传输设计，可以与毫米波系统的集成芯片相匹配。此外，第一负载单元22的第一端连接第一电源VDD1，第一负载单元22的第二端与差分放大单元21的输出端20B电连接，用于为差分放大单元21提供偏置电压。差分放大单元21用于提取毫米波信号中的偶次谐波信号中的直流信号，并滤除奇次谐波信号得到原始补偿检波信号，该原始补偿检波信号可以反映输入毫米波信号的功率。
可选地，参见图2，差分放大单元21包括第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2，第一PNP型三极管M1的集电极和第二PNP型三极管M2的集电极接地，第一PNP型三极管M1的基极和第二PNP型三极管M2的基极与第一温度补偿模块30的电压补偿信号输出端30A电连接，第一PNP型三极管M1的发射极、第二PNP型三极管M2的发射极与第一负载单元22的第二端电连接。
具体的，第一PNP型三极管M1的基极和第二PNP型三极管M2的基极用于从阻抗匹配网络10接收相位相反的毫米波信号以及电压补偿信号，第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2工作在深三级管区，根据晶体管工作在深三极管区具有的平方律特性实现均方根检波的功能，以提取毫米波信号中的偶次谐波信号中的直流信号，并滤除奇次谐波信号得到原始补偿检波信号，该原始补偿检波信号可以反映输入毫米波信号功率。具体的，第一PNP型三极管M1的发射极输出的检波信号和第二PNP型三极管M2的发射极输出的检波信号在检波模块20的信号输出端20B叠加在一起，毫米波信号中的偶次谐波信号中的直流信号相互叠加，奇次谐波信号将会相互抵消。在此过程中，相互抵消的奇次谐波信号包括高频信号，因此差分放大单元21可以提取毫米波信号中的偶次谐波信号中的直流信号，并滤除奇次谐波信号得到原始补偿检波信号。
其中，第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2工作在深三级管区，根据晶体管工作在深三极管区具有的平方律特性实现均方根检波的功能时，第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极需要精确的偏置电压，但是第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的等效电阻随着温度的变化呈非线性变化，进而导致开启电压随着温度的变化呈非线性变化，因此第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极需要的偏置电压随着温度的变化呈非线性变化。本实施例中第一温度补偿模块30的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量与检波模块20的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相等，即在各个温度变化范围内，第一温度补偿模块30用于第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的环境温度发生变化时生成电压补偿信号，以对第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿，进而第一温度补偿模块30可以对检波模块20随温度变化导致输出的电信号的增加量或者减少量进行补偿，以得到随着温度变化可以输出稳定检波信号的功率检波电路，进而功率检波电路输出的检波信号可以准确反映毫米波信号功率大小的功率检波电路。
可选地，参见图2，第一温度补偿模块30包括基准电源31和第二负载单元32；基准电源31包括第一NMOS管M3、第二NMOS管M4和第三NMOS管M5，第二负载单元32包括第三PNP型三极管M6和第一电阻R1；第一NMOS管M3的漏极与第二电源VDD2电连接，第一NMOS管M3的源极与第二NMOS管M4的漏极电连接，第二NMOS管M4的源极接地，第一NMOS管M3的栅极与第一NMOS管M3的漏极电连接，第二NMOS管M4的栅极与第二NMOS管M4的漏极电连接，第二NMOS管M4的漏极与第三NMOS管M5的漏极电连接，第三NMOS管M5的栅极与第一NMOS管M3的栅极电连接，第三NMOS管M5的源极与第一电阻R1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端与第三PNP型三极管M6的发射极电连接，第三PNP型三极管M6的集电极与第三电源VDD3电连接，第三PNP型三极管M6的基极和第三PNP型三极管M6的发射极电连接，第一电阻R1的第一端与阻抗匹配网络10的电压补偿信号输入端10C电连接，阻抗匹配网络10用于将电压补偿信号和毫米波信号合并后，将合并信号转发给检波模块20，即发送第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极。
具体的，第一电阻R1的第一端与阻抗匹配网络10的电压补偿信号输入端10C电连接。阻抗匹配网络10将电压补偿信号和毫米波信号合并后传递给检波模块20中差分放大单元21包括的第一PNP型三极管M1基极和第二PNP型三极管M2的基极。第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2工作在深三级管区，根据晶体管工作在深三极管区具有的平方律特性实现均方根检波的功能时，第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极需要精确的偏置电压，但是第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的等效电阻随着温度的变化呈非线性变化，进而导致开启电压随着温度的变化呈非线性变化，因此第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极需要的偏置电压随着温度的变化呈非线性变化。本实施例中的第一温度补偿模块30的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量与检波模块20的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相等，即在各个温度变化范围内，第一温度补偿模块30可以对第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿，进而第一温度补偿模块30可以对检波模块20随温度变化导致输出的电信号的增加量或者减少量进行补偿，以得到可以准确反映毫米波信号功率大小的检波信号。
具体的，第一NMOS管M3和第二NMOS管M4采用二极管接法，且分别处于饱和区，可以作用电阻，由于其电阻较小，故在此处连接具有三极管接法的第三NMOS管M5，第三NMOS管M5在深线性区可用作电阻，其电阻大于此处第一NMOS管M3和第二NMOS管M4的电阻。第一NMOS管M3和第二NMOS管M4可组成电流镜，输出基准电流，通过第三NMOS管M5转化为基准电压。第三PNP型三极管M6和差分放大单元21中第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的类型相同，以保证第一温度补偿模块30的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量与检波模块20的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量符号相反，且通过调节第一电阻R1的阻值用于保证绝对值相同。因此第一温度补偿模块30的第一电阻R1的第一端输出的基准电压信号(电压补偿信号)可以对第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿，进而第一温度补偿模块30可以对检波模块20随温度变化导致输出的电信号的增加量或者减少量进行补偿，以得到可以准确反映毫米波信号功率大小的检波信号。其中，可以通过调节第一电阻R1的阻值来调整第一端输出的基准电压信号的幅值。
可选地，第一温度补偿模块30还可以通过温度传感器和电压放大电路来组成，即用温度传感器检测温度，通过电压放大电路输出和当前温度匹配的电压对第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿。
可选地，第一温度补偿模块30还可以通过较为简单的分压电路和较为成熟的抵押差线性稳压器(low dropout regulator，LDO)输出温度补偿电压对第一PNP型三极管M1和第二PNP型三极管M2的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿。
可选地，参见图2，第一负载单元22包括第一PMOS管M7，第一PMOS管M7的源极与第一电源VDD1电连接，第一PMOS管M7的漏极与差分放大单元21的信号输出端20B电连接，第一PMOS管M7的栅极与第一PMOS M7的漏极电连接。
具体的，第一PMOS管M7采用二极管接法，且处于饱和区，其可以用作电阻使用。采用第一PMOS管M7作为负载，第一PMOS管M7的漏极输出的电压为差分放大单元21提供偏置电压，相比直接采用电阻作为第一负载单元，第一PMOS管M7可以根据输入毫米波的功率通过改变第一PMOS管M7的尺寸来改变等效电阻的阻值，且可以避免直接使用电阻面对高频信号的噪声较大的问题。
可选地，参见图2，第一负载单元22还包括第一电容C1，第一电容C1的第一电极与第一PMOS管M7的源极电连接，第一电容C1的第二端接地。
具体的，第一电容C1第一电极与第一PMOS管M7的源极电连接，第一电容C1的第二端接地，可以避免电源纹波和外部高频信号的干扰。
可选地，检波模块20还包括差分隔离单元23和第二温度补偿模块24；差分隔离单元23包括第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9，第四PNP型三极管M8的集电极与第一PNP型三极管M1的发射极电连接，第五PNP型三极管M9的集电极与第二PNP型三极管M2的发射极电连接，第四PNP型三极管M8的发射极、第五PNP型三极管M9的发射极与第一负载单元22的第二端电连接；第二温度补偿模块24的结构和第一温度补偿模块30的结构相同，第二温度补偿模块24的电压补偿信号输出端30A与第四PNP型三极管M8以及第五PNP型三极管M9的基极电连接。
具体的，第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9工作在深三级管区，根据晶体管工作在深三极管区具有的平方律特性实现均方根检波的功能时，第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9的基极需要精确的偏置电压，但是第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9的等效电阻随着温度的变化呈非线性变化，进而导致开启电压随着温度的变化呈非线性变化，因此第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9的基极需要的偏置电压随着温度的变化呈非线性变化。第一温度补偿模块30的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量与检波模块20的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相等，即在各个温度变化范围内，第二温度补偿模块24和第一温度补偿模块30的结构相同，第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9与第一PNP型三极管和第二PNP型三极管的结构相同，因此第二温度补偿模块24可以对第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿。需要说明的是，第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9的基极接入的是相同的信号，设置在差分放大单元21和滤波放大模块40之前，起到信号隔离的作用，且第四PNP型三极管M8的发射极输出的检波信号和第五PNP型三极管M9的发射极输出的检波信号在检波模块20的信号输出端20B叠加在一起，毫米波信号中的偶次谐波信号中的直流信号相互叠加，奇次谐波信号将会相互抵消。在此过程中，相互抵消的奇次谐波信号包括高频信号，因此差分隔离单元23和差分放大单元21共同起到了提取毫米波信号中的偶次谐波信号中的直流信号，并滤除奇次谐波信号得到原始补偿检波信号。
需要说明的是，检波模块20包括差分放大单元21和第一负载单元22时，检波模块20的第一等效电阻随环境温度变化，第一温度补偿模块30的第二等效电阻随环境温度变化，且第二等效电阻的动态单位温度变化量与第一等效电阻的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相等；第一温度补偿模块30用于检波模块20的环境温度发生变化时根据第二等效电阻的动态单位温度变化量生成电压补偿信号，对第一PNP型三极管和第二PNP型三极管的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿。
检波模块20包括差分放大单元21和第一负载单元22、差分隔离单元23和第二温度补偿模块24时，第二温度补偿模块24和第一温度补偿模块30的结构相同，第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9与第一PNP型三极管和第二PNP型三极管的结构相同，因此第二温度补偿模块24可以对第四PNP型三极管M8和第五PNP型三极管M9的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿。第一温度补偿模块30用于对第一PNP型三极管和第二PNP型三极管的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿即可。
可选地，参见图2,滤波放大模块40包括放大单元42和滤波单元41，放大单元42包括第一电流镜421、第二电流镜422、第一电流调节单元423和第二电流调节单元424，第一电流镜421的镜像电流和第二电流镜422的镜像电流之和大于第一电流镜421的输入电流；第一电流镜421包括第二PMOS管M10和第三PMOS管M11，第二电流镜422包括第四PMOS管M12和第五PMOS管M13，第一电流调节单元423包括第四NMOS管M14和第二电阻R2，第二电流调节单元424包括第五NMOS管M15和第三电阻R3，滤波单元41包括第二电容C2和第四电阻R4；第二PMOS管M10的栅极和第三PMOS管M11的栅极电连接，第二PMOS管M10的源极、第三PMOS管M11的源极与第四电源电连接，第三PMOS管M11的栅极和第三PMOS管M11的漏极电连接；第四PMOS管M12的栅极与第四电阻R4的第一端电连接，第四电阻R4的第二端与第五PMOS管M13的栅极电连接，第四PMOS管M12的源极、第五PMOS管M13的源极与第四电源VDD4电连接，第二电容C2的第一电极与第四电阻R4的第二端电连接，第二电容C2的第二电极与第四电源VDD4电连接，第四PMOS管M12的栅极与第四PMOS管M12的漏极电连接，第四PMOS管M12的漏极和第二PMOS管M10的漏极电连接；第四NMOS管M14的漏极与第三PMOS管M11的漏极电连接，第四NMOS管M14的源极接地，第四NMOS管M14的栅极与第二电阻R2的第二端电连接；第五NMOS管M15的漏极与第五PMOS管M13的漏极电连接，第五NMOS管M15的栅极与第三电阻R3的第一端电连接，第三电阻R3的第二端与第二电阻R2的第二端电连接；检波模块20的信号输出端20B与第二PMOS管M10的漏极电连接；第二电阻R2的第二端、第三电阻R3的第二端与偏置电源电连接。
第一电流镜421的镜像电流和第二电流镜422的镜像电流之和大于第一电流镜421的输入电流,在本实施例中，检波模块20的信号输出端20B输出的原始补偿检波信号作为第一电流镜421和第二电流镜422的输入电流，第一电流镜421的镜像电流和第二电流镜422的镜像电流之和大于第一电流镜421的输入电流，即第一电流镜421和第二电流镜422将检波模块20的信号输出端20B输出的原始补偿检波信号进行了放大，提高了功率检波电路的检测灵敏度。且第一电流镜421和第二电流镜422电流功耗低，不超过3mW,在提高了功率检波电路的检测灵敏度的基础上，并没有增加毫米波集成芯片以及系统的功耗。
可选地，第二PMOS管M10和第三PMOS管M11的镜像比为3：2,第四PMOS管M12和第五PMOS管M13的镜像比为2：1,当第一电流镜421和第二电流镜422的输入电流为i时，第一电流镜421的镜像电流为1.5i，第二电流镜422的镜像电流为0.5i，第一电流镜421的镜像电流和第二电流镜422的镜像电流之和为2i，大于第一电流镜421的输入电流i，即第一电流镜421和第二电流镜422将检波模块20的信号输出端20B输出的原始补偿检波信号进行了放大，提高了功率检波电路的检测灵敏度。
第一电流调节单元包括第四NMOS管M14和第二电阻R2，可以通过调节第四NMOS管M14基极的偏置电压，调整第一电流镜421的第三PMOS管M11的漏极电流。第二电阻R2设置在偏置电源和第四NMOS管M14之间，用于调整第四NMOS管M14基极的偏置电压。
第二电流调节单元424包括第五NMOS管M15和第三电阻R3，可以通过调节第五NMOS管M15和第五PMOS管M13的尺寸，调整第五PMOS管M13的漏极电流，第五PMOS管M13的漏极电流改变，滤波放大模块40的信号输出端40B输出的补偿检波信号的电压幅值会发生变化。其中，第三电阻R3设置在偏置电源和第五PMOS管M13之间，用于调整第五NMOS管M15基极的偏置电压。
滤波单元41包括第二电容C2和第四电阻R4，用于滤除原始补偿检波信号中的高频信号，得到合适带宽的补偿检波信号。
可选地，参见图2，滤波放大模块40还包括第三温度补偿模块43，第三温度补偿模块43的电压补偿信号输出端30A与第二电阻R2的第二端、第三电阻R3的第二端电连接，第三温度补偿模块43的电压补偿信号输出端输出30A的电压信号作为偏置电源的电压信号。
第三温度补偿模块43可以对第四NMOS管M14和第五NMOS管M15的基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿，以得到可以准确反映毫米波信号功率大小的检波信号。
可选地，阻抗匹配网络10包括第一阻抗匹配单元11和第二阻抗匹配单元12，第一阻抗匹配单元11包括第三电容C3、第一电感L1和第二电感L2，第二阻抗匹配单元12包括第四电容C4、第三电感L3和第四电感L4；第三电容C3的第一电极和第四电容C4的第一电极用于输入相位相反的毫米波信号，第三电容C3的第二电极与第一电感L1的第一端电连接，第一电感L1的第二端与第二电感L2的第一端电连接，第二电感L2的第二端与第一温度补偿模块30的电压补偿信号输出端30A电连接，第一电感L1的第二端与差分放大单元21的第一信号输入端20A1电连接，第四电容C4的第二电极与第三电感L3的第一端电连接，第三电感L3的第二端与第四电感L4的第一端电连接，第四电感L4的第二端与第一温度补偿模块30的电压补偿信号输出端30A电连接，第三电感L3的第二端与差分放大单元21的第二信号输入端20A2电连接。
差分放大单元21的输入输出架构均采用集成芯片的差分信号传输设计，可以与毫米波系统的集成芯片相匹配。因此阻抗匹配网络10包括第一阻抗匹配单元11和第二阻抗匹配单元12，用于提供差分放大单元21相位相反的毫米波信号。
图3是现有技术中提供的一种功率检波器的结构示意图。具体的，参见图3，现有的功率滤波器包括第五电容C5、第五电感L5、第六电感L6、NPN型三极管M16、第六电容C6、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电容C7和第七电感L7。第六电感L6的一端接基准电压V基准，第五电阻R5的一端接第五电源VDD5。其中，第五电容C5、第五电感L5、第六电感L6组成阻抗匹配网络，NPN型三极管M16处于深三极管区用于检波。第六电阻R6和第七电容C7用于滤除高频信号。第七电感L7用作负反馈电感。第六电容C6用于出去电源纹波。NPN型三极管M16工作在深三级管区，根据晶体管工作在深三极管区具有的平方律特性实现均方根检波的功能时，NPN型三极管M16的等效电阻随着温度的变化呈非线性变化，NPN型三极管M16的基极需要的偏置电压随着温度的变化呈非线性变化。但是第五电阻R5的阻值随着温度的变化呈线性变化。第五电阻R5不能对NPN型三极管M16基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿，导致现有的功率检测电路输出的检波信号不能准确反应输入的毫米波的输入功率。
其中NPN型三极管M16处于深三极管区用于检波，其输入信号和输出信号的电压满足公式(1)：
Figure BDA0002661173380000091
其中，VT为NPN型三极管M16的热电压，RL为第五电阻R5的阻值，Vi为输入的毫米波的电压，Vdd为第五电源VDD5提供的电压，Id为NPN型三极管M16输出的直流电流，Vout为输出的检波信号对应的电压。
其中，现有的功率检波电路输出端的噪声功率密度满足公式(2)：
Figure BDA0002661173380000092
其中，
Figure BDA0002661173380000093
为输出端的噪声功率密度，q为电荷，IDC为NPN型三极管M16输出的直流电流，R为第五电阻R5的阻值，T为温度，K为气体常数。
从公式(2)可以看出现有的功率检波电路输出端的噪声功率密度与直流电流之间是正比例关系，即对输入的毫米波信号检波后得到的检波信号中直流电流越大，即输入的毫米波信号的输入功率越大，当第五电阻作为负载单元时，功率检波电路输出端的噪声功率密度越大，导致现有的功率检波电路对于输入毫米波信号的功率检测灵敏度越低。即现有的功率检波电路存在第五电阻不能对NPN型三极管M16基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿的问题，且当第五电阻作为负载单元时，在输出端引起的噪声密度大，进而导致对于输入毫米波信号的功率检测灵敏度低的问题。
本发明实施例提供的功率检波电路，输入信号和输出信号的电压满足公式(3)，参见公式(3)，功率检波电路输入的毫米波的功率和输出的补偿检波信号的电压存在一定的比例关系，可以通过调整第一负载单元22包括的第一PMOS管M7的合适尺寸(比如宽长比)来调整毫米波的输入功率和输出的补偿检波信号的电压值的比例关系，进而提高功率检波电路的功率检测范围。本发明实施例中的功率检波电路相比现有的功率检波电路，检测性能大大提升，示例性的，对于毫米波信号的输入功率的检测灵敏度可达到100mV/dBm左右，其中对于毫米波信号的功率检测范围可达-8dBm-15dBm左右。
Figure BDA0002661173380000101
其中，Vout为功率检波电路输出的检波信号电压值，Vth,p是第一PMOS管M7的阈值电压，Vi是输入的毫米波的电压值，
Figure BDA0002661173380000102
是第一PMOS管M7的宽长比，IDC是功率检波电路输出的直流电流，Kp为气体常数。
功率检波电路输出端的噪声功率密度满足公式(4)：
Figure BDA0002661173380000103
其中，
Figure BDA0002661173380000104
为输出端的噪声功率密度，q为电荷，IDC为检波模块20输出的直流电流，R为第五电阻R5的阻值，T为温度，K为常数，gm,PMOS为第一PMOS管M7的跨导。IDS为第一PMOS管M7的源漏极电流，Kp为气体常数。
从公式(2)可以看出现有的功率检波电路输出端的噪声功率密度与直流电流之间是正比例关系，即输入的毫米波信号中直流电流越大，当第五电阻R5作为第一负载单元时，在输出端引起的噪声密度越大,进而导致毫米波信号的输入功率的检测灵敏度变小。而本发明实施例提供的功率检波电路，从公式(4)可以看出，可见输出端的噪声功率密度和直流电流之间是反比例关系，即输入毫米波检波之后的直流电流越大，即输入信号的功率越大，输出端的噪声功率密度越小，进而不会导致对毫米波信号的输入功率的检测灵敏度变小。因此本发明实施例提供的功率检波电路解决了现有的功率检波电路存在的第五电阻R5不能对NPN型三极管M16基极随温度变化需要的偏置电压的增加量或者减少量进行补偿的问题，以及当第五电阻作为第一负载单元时，在输出端引起的噪声密度大，进而导致对毫米波信号的输入功率的检测灵敏度变小的问题。
本发明实施例还提供了一种集成芯片，包括上述技术方案中任意所述的功率检波电路。
本发明实施例中采用的毫米波集成芯片是以SiGe工艺的基础的集成芯片。在该集成芯片上集成有上述技术方案中任意所述的功率检波电路，无需设计外围电路对功率检波电路进行温度补偿。且该功率检波电路中，阻抗匹配网络10可以避免阻抗匹配网络10输入的毫米波信号反射回毫米波信号输入系统，造成回波损耗；第一温度补偿模块30的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量与检波模块20的等效电阻随温度变化的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相同，即在各个温度变化范围内，第一温度补偿模块30可以对检波模块20随温度变化导致输出的电信号的增加量或者减少量进行补偿，以得到随着温度变化可以输出稳定检波信号的功率检波电路。第一温度补偿模块30用于检波模块20的环境温度发生变化时根据第二等效电阻的动态单位温度变化量生成电压补偿信号，阻抗匹配网络10将电压补偿信号和毫米波信号合并后，将合并信号转发给检波模块20。检波模块20可以从阻抗匹配网络10接收的合并信号检出调制信号，该调制信号是可以反映输入毫米波信号功率的检波信号，称之为原始补偿检波信号，滤波放大模块40用于将原始补偿检波信号放大，后得到补偿检波信号，以提高功率检测的灵敏度，并滤除原始补偿检波信号中的高频信号之后输出，以得到合适带宽的补偿检波信号，该补偿检波信号可以反映毫米波信号功率的大小，进而功率检波电路是可以输出准确反映毫米波信号功率大小检波信号的功率检波电路以及集成芯片。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。
在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一级物理组件可以具有多级功能，或者一级功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (11)

1.一种功率检波电路，其特征在于，包括：顺次连接的第一温度补偿模块、阻抗匹配网络、检波模块和滤波放大模块；其中，
所述阻抗匹配网络将毫米波信号转发给所述检波模块，所述检波模块根据所述毫米波信号输出原始检波信号，所述滤波放大模块将所述原始检波信号滤波放大后得到检波信号；
所述检波模块的第一等效电阻随环境温度变化，所述第一温度补偿模块的第二等效电阻随环境温度变化，且所述第二等效电阻的动态单位温度变化量与所述第一等效电阻的动态单位温度变化量符号相反，且绝对值相等；所述第一温度补偿模块用于所述检波模块的环境温度发生变化时根据所述第二等效电阻的动态单位温度变化量生成电压补偿信号；所述阻抗匹配网络将所述电压补偿信号和毫米波信号合并后，将合并信号转发给所述检波模块，所述检波模块根据所述合并信号输出原始补偿检波信号，所述滤波放大模块将所述原始补偿检波信号滤波放大后得到补偿检波信号。
2.根据权利要求1所述的功率检波电路，其特征在于，所述检波模块包括差分放大单元和第一负载单元，所述差分放大单元用于提取所述毫米波信号中的偶次谐波信号中的直流信号，并滤除奇次谐波信号得到所述原始补偿检波信号，所述第一负载单元的第一端连接第一电源，所述第一负载单元的第二端与所述差分放大单元的输出端电连接；
所述阻抗匹配网络包括第一信号输出端和第二信号输出端，用于输入相位相反的毫米波信号，所述差分放大单元的第一信号输入端与所述阻抗匹配网络的第一信号输出端电连接，所述差分放大单元的第二信号输入端与所述阻抗匹配网络的第二信号输出端电连接，所述差分放大单元的信号输出端用于输出所述原始补偿检波信号；
所述第一温度补偿模块的电压补偿信号输出端与所述差分放大单元的第一信号输入端和所述差分放大单元的第二信号输入端电连接。
3.根据权利要求2所述的功率检波电路，其特征在于，所述差分放大单元包括第一PNP型三极管和第二PNP型三极管，所述第一PNP型三极管的集电极和所述第二PNP型三极管的集电极接地，所述第一PNP型三极管的基极和所述第二PNP型三极管的基极与所述第一温度补偿模块的电压补偿信号输出端电连接，所述第一PNP型三极管的发射极、所述第二PNP型三极管的发射极与所述第一负载单元的第二端电连接。
4.根据权利要求1所述的功率检波电路，其特征在于，所述第一温度补偿模块包括基准电源和第二负载单元，所述基准电源包括第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管，所述第二负载单元包括第三PNP型三极管和第一电阻；
所述第一NMOS管的漏极与第二电源电连接，所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的漏极电连接，所述第二NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的漏极电连接，所述第二NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的漏极电连接，所述第二NMOS管的漏极与所述第三NMOS管的漏极电连接，所述第三NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极电连接，所述第三NMOS管的源极与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第三PNP型三极管的发射极电连接，所述第三PNP型三极管的集电极与第三电源电连接，所述第三PNP型三极管的基极和所述第三PNP型三极管的发射极电连接，所述第一电阻的第一端与所述阻抗匹配网络的电压补偿信号输入端电连接。
5.根据权利要求2所述的功率检波电路，其特征在于，所述第一负载单元包括第一PMOS管，所述第一PMOS管的源极与所述第一电源电连接，所述第一PMOS管的漏极与所述差分放大单元的信号输出端电连接，所述第一PMOS管的栅极与所述第一PMOS的漏极电连接。
6.根据权利要求5所述的功率检波电路，其特征在于，所述第一负载单元还包括第一电容，所述第一电容的第一电极与所述第一PMOS管的源极电连接，所述第一电容的第二端接地。
7.根据权利要求3所述的功率检波电路，其特征在于，所述检波模块还包括差分隔离单元和第二温度补偿模块；
所述差分隔离单元包括第四PNP型三极管和第五PNP型三极管，所述第四PNP型三极管的集电极与所述第一PNP型三极管的发射极电连接，所述第五PNP型三极管的集电极与所述第二PNP型三极管的发射极电连接，所述第四PNP型三极管的发射极、所述第五PNP型三极管的发射极与所述第一负载单元的第二端电连接；
所述第二温度补偿模块的结构和所述第一温度补偿模块的结构相同，所述第二温度补偿模块的电压补偿信号输出端与所述第四PNP型三极管以及所述第五PNP型三极管的基极电连接。
8.根据权利要求1所述的功率检波电路，其特征在于，所述滤波放大模块包括放大单元和滤波单元，所述放大单元包括第一电流镜、第二电流镜、第一电流调节单元和第二电流调节单元，所述第一电流镜的镜像电流和所述第二电流镜的镜像电流之和大于所述第一电流镜的输入电流；
所述第一电流镜包括第二PMOS管和第三PMOS管，所述第二电流镜包括第四PMOS管和第五PMOS管，所述第一电流调节单元包括第四NMOS管和第二电阻，所述第二电流调节单元包括第五NMOS管和第三电阻，所述滤波单元包括第二电容和第四电阻；
所述第二PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的栅极电连接，所述第二PMOS管的源极、所述第三PMOS管的源极与第四电源电连接，所述第三PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的漏极电连接；
所述第四PMOS管的栅极与所述第四电阻的第一端电连接，所述第四电阻的第二端与所述第五PMOS管的栅极电连接，所述第四PMOS管的源极、所述第五PMOS管的源极与所述第四电源电连接，所述第二电容的第一电极与所述第四电阻的第二端电连接，所述第二电容的第二电极与所述第四电源电连接，所述第四PMOS管的栅极与所述第四PMOS管的漏极电连接，所述第四PMOS管的漏极和所述第二PMOS管的漏极电连接；
所述第四NMOS管的漏极与所述第三PMOS管的漏极电连接，所述第四NMOS管的源极接地，所述第四NMOS管的栅极与所述第二电阻的第二端电连接；
所述第五NMOS管的漏极与所述第五PMOS管的漏极电连接，所述第五NMOS管的栅极与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第二电阻的第二端电连接；
所述检波模块的信号输出端与所述第二PMOS管的漏极电连接；
所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第二端与偏置电源电连接。
9.根据权利要求8所述的功率检波电路，其特征在于，所述滤波放大模块还包括第三温度补偿模块，所述第三温度补偿模块的电压补偿信号输出端与所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第二端电连接，所述第三温度补偿模块的电压补偿信号输出端输出的电压信号作为所述偏置电源的电压信号。
10.根据权利要求2所述的功率检波电路，其特征在于，所述阻抗匹配网络包括第一阻抗匹配单元和第二阻抗匹配单元，所述第一阻抗匹配单元包括第三电容、第一电感和第二电感，所述第二阻抗匹配单元包括第四电容、第三电感和第四电感；
所述第三电容的第一电极和所述第四电容的第一电极用于输入相位相反的毫米波信号，所述第三电容的第二电极与所述第一电感的第一端电连接，所述第一电感的第二端与所述第二电感的第一端电连接，所述第二电感的第二端与所述第一温度补偿模块的电压补偿信号输出端电连接，所述第一电感的第二端与所述差分放大单元的第一信号输入端电连接，所述第四电容的第二电极与所述第三电感的第一端电连接，所述第三电感的第二端与所述第四电感的第一端电连接，所述第四电感的第二端与所述第一温度补偿模块的电压补偿信号输出端电连接，所述第三电感的第二端与所述差分放大单元的第二信号输入端电连接。
11.一种集成芯片，其特征在于，包括权利要求1-10任一所述的功率检波电路。
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