CN115189656A - 改善动态evm的电路系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善动态EVM的电路系统，其主要包括射频通道与主控芯片，其中，射频通道还包括功率检测单元，功率检测单元包括第一晶体管、小功率检波子单元及大功率检波子单元，小功率检波子单元对输入信号进行小功率检波以形成第一线性区域，大功率检波子单元对输入信号进行大功率检波以形成第二线性区域，第一晶体管的基极分别与小功率检波子单元的输出端、大功率检波子单元的输出端连接，以对小功率检波子单元与大功率检波子单元的输出进行叠加以形成连续的线性区域；第一晶体管的发射极与主控芯片连接，其集电极与电源连接。本发明的改善动态EVM的电路系统，实现了动态的补偿偏置电路，实现DEVM性能的改善。

Description

改善动态EVM的电路系统
技术领域
本发明涉及射频微波领域，更具体地涉及一种改善动态EVM的电路系统。
背景技术
在WiFi射频前端芯片设计过程中往往存在动态矢量误差值(DEVM)不能满足指标要求，而为了改善WiFi射频前端芯片的DEVM性能，实际在设计中往往需要实时的动态调整功放的静态偏置电流。目前主流的设计方案是采用有源偏置电路并将温度检测管内置到功放内部对温度动态调整静态电流，但这一案法随着WiFi的更新换代，而愈发的难以满足要求，且设计难度进一步增大。
目前多数的WiFi射频前端芯片的设计方案大多采用有源偏置电路，并通过将温度检测管等置于功率管温度较高的附近进行温度补偿，进而得到较为良好的DEVM特性。如keysight应用工程师Matthew ozalas在2014年发表的文章《The Impact ofElectro-thermal Coupling On HBT PowerAmplifiers》中采用如图1所示的有源偏置电路，并将Qmir作为温度检测管至于HBT中间，得到了较好的动态EVM性能。但是随着WiFi标准的逐步演进，对EVM的要求也越来越严格，单纯的依靠如图1所示或者其他类似的有源偏置电路进行改善热记忆效应，从而改善动态EVM的特性也变得越加困难。
另外，skyworks的专利US10158333B2,如图2所示，该专利主要通过D触发器进行选择不同电流源对各级HBT功率管的静态电流进行动态的调整。如第三级，在IRFE电流源的基础上，增加了一个ISMOOTH电流源和一个与可变的VCC无关的ISMOOTH幅度控制电流源，通过调整ISMOOTH值来改善动态EVM指标。该专利的方案对ISMOOTH电流源和可变的与VCC无关的ISMOOTH幅度控制电流源设计相对较复杂，设计难度也比较大。
一般对于WiFi射频前端芯片而言，其动态EVM指标是一项关键指标，直接影响了产品的性能。随着WiFi标准的逐步演进，对动态EVM的指标要求也越来越严格，如11ac(WiFi5标准)时，动态EVM指标要求达到-35dB,而到了11ax(WiFi6标准)时，由于采用了1024QAM的调制方式以及一些其他相关技术，导致了对WiFi射频前端芯片的动态EVM变为了-43dB，甚至是-47dB。而对于采用类似于图1所示的有源偏置电路而言，设计难度逐渐增大，无形中增加了产品研发周期。而对于图2所示的电路结构而言，虽然可以改善动态EVM，但是由于设计到多个电流源，并且需要触发器实时的去调整这些电流源进而改善动态EVM，导致系统对触发器和电流源的要求较高，具有一定的设计难度。
因此，有必要提供一种改进的改善动态EVM性能的电路系统来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善动态EVM的电路系统，依据芯片环境本征温度和功率单元的内部相对温度以及功率检测单元输出的电压三个变量，来共同调整控制器上的可变电压元单元，从而实现动态的补偿偏置电路，实现DEVM性能的改善。
为实现上述目的，本发明提供了一种改善动态EVM的电路系统，其主要用应用于WiFi射频的前端芯片，用以改善WiFi射频的前端芯片的动态EVM，其主要包括射频通道与主控芯片，所述主控芯片用以采集、获取所述射频通道的温度、功率信息，并根据获取的信息动态调节所述射频通道的静态偏置电流；其中射频通道包括，三级放大器，每一级放大器的输入端均设置有偏置单元，且每个所述偏置单元均与所述主控芯片连接，主控芯片控制偏置单元为对应的放大器提供偏置电流；其中，所述射频通道还包括功率检测单元，所述功率检测单元检测所述第三级放大器输出信号的功率，将检测结果输入所述主控芯片，以供所述主控芯片调节所述射频通道的静态偏置电流；所述功率检测单元包括第一晶体管、小功率检波子单元及大功率检波子单元，小功率检波子单元、大功率检波子单元分别接收第三级所述放大器输出的信号，所述小功率检波子单元对输入信号进行小功率检波以形成第一线性区域，所述大功率检波子单元对输入信号进行大功率检波以形成第二线性区域，所述第一晶体管的基极分别与所述小功率检波子单元的输出端、所述大功率检波子单元的输出端连接，以对所述小功率检波子单元与大功率检波子单元的输出进行叠加以形成连续的线性区域；所述第一晶体管的发射极与主控芯片连接，其集电极与电源连接。
较佳地，所述小功率检波子单元包括第二晶体管、耦合电路及偏置电路，所述耦合电路将第三级所述放大器输出信号的小功率部分耦合至所述小功率检波子单元，并将耦合后的信号输入所述第二晶体管，所述第二晶体管将输入的信号整流后形成电压信号输出至所述第一晶体管；所述偏置电路与所述第二晶体管的基极连接，以为所述第二晶体管提供偏置电流。
较佳地，所述耦合电路包括第一电容与第二电容，所述第一电容的一端与第三级放大器的输出端连接，其另一端与所述第二电容的一端、所述偏置电路共同连接，所述第二电容的另一端接地。
较佳地，所述偏置电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及第三晶体管，所述第一电阻的一端与所述第一电容的另一端、所述第三晶体管的集电极、所述第二电阻的一端及所述第三电阻的一端共同连接，所述第一电阻的另一端与所述大功率检波子单元连接；所述第二电阻的另一端与所述第三晶体管的基极连接，所述第三晶体管的发射极接地，所述第三电阻的另一端与第二晶体管的基极连接。
较佳地，所述小功率检波子单元还包括第三电容，所述第三电容一端与所述第二晶体管的基极连接，其另一端接地。
较佳地，所述大功率检波子单元具有与所述小功率检波子单元完全相同的结构特征。
较佳地，所述小功率检波子单元的个数大于或等于1，所述大功率检波子单元的个数大于或等于1。
较佳地，所述功率检测单元还包括第一防静电子电路与第二防静电子电路，所述第一防静电子电路与所述第一晶体管的发射极连接，所述第二防静电子电路与所述第一晶体管的集电极连接。
较佳地，所述功率检测单元还包括第四电阻与第五电阻，所述第四电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，另一端与所述第一晶体管的基极连接；所述第五电阻一端与所述第一晶体管的发射极连接，另一端与所述第一防静电子电路连接。
较佳地，所述功率检测单元还包括第四电容，所述第四电容的一端与所述第一晶体管的集电极连接，其另一端接地。
与现有技术相比，本发明的改善动态EVM的电路系统通过功率检测单元，依据实时检测到的功率对静态电流进行微调，而且通过小功率检波子单元与大功率检波子单元的配合工作，可在不同的功率条件下均能得到相应的线性区域，可以更好地进行偏置调节，强化偏置单元的补偿性能，从而实现射频前端芯片的动态EVM性能优化。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为现有技术1的有源偏置电路的结构示意图。
图2为现有技术2的改善动态EVM的电路系统的结构示意图。
图3为本发明改善动态EVM的电路系统的射频通道的结构示意图。
图4为本发明改善动态EVM的电路系统的射频通道的功率检测子单元的结构示意图。
图5为本发明改善动态EVM的电路系统的测试结果曲线图。
图6为本发明改善动态EVM的电路系统与现有的有源偏置方案EVM对应功率变化曲线对比图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种改善动态EVM的电路系统，依据芯片环境本征温度和功率单元的内部相对温度以及功率检测单元输出的电压三个变量，来共同调整控制器上的可变电压元单元，从而实现动态的补偿偏置电路，实现DEVM性能的改善。
本发明的改善动态EVM的电路系统其主要用应用于WiFi射频的前端芯片，用以改善WiFi射频的前端芯片的动态EVM，其主要包括射频通道与主控芯片，所述主控芯片用以采集获取所述射频通道的温度、功率信息，并根据获取的信息动态调节所述射频通道的静态偏置电流。
进一步地，请再结合参考图3，如图所示，所述射频通道包括，三级放大器OP1、OP2、OP3，每级放大器依次对输入的射频信号RFin进行放大，每一级放大器的输入端均设置有偏置单元(BC1、BC2、BC3)，且每个所述偏置单元均与所述主控芯片连接，主控芯片控制偏置单元为对应的放大器提供偏置电流；如所述偏置单元BC1为第一级所述放大器OP1提供偏置电流，所述偏置单元BC2为第二级所述放大器OP2提供偏置电流，所述偏置单元BC3为第三级所述放大器OP3提供偏置电流；其中，在本发明的优选实施方式中，所述射频通道还包括功率检测单元CK，所述功率检测单元CK检测所述第三级放大器OP3输出信号的功率，并将检测结果输入所述主控芯片，以供所述主控芯片调节所述射频通道的静态偏置电流(各个偏置单元BC1、BC2、BC3的输出电流)，增强所述偏置单元的补偿性能。
在本发明的主控芯片上设置有多个温度检测单元，其中一个温度检测单元设置于芯片上,做环境温度检测，用以实时检测芯片环境温度，调整环境温度对静态电流的影响；另外在各级放大器的中间或边缘(温度相对较高处)也设置有温度检测单元，即采集各级放大器的相对温度，并将所采集到的温度以电流的形式经比较放大后进入主控芯片，以动态的调整各级静态电流。具体地，通过温度检测单元检测芯片环境温度，获得与环境温度信息对应的电压信号，该电压信号经过主控芯片上的比较器放大后，在主控芯片内与寄存器数据对比，查找该环境温度下的静态电流配置，再通过电流检测单元确定配置正确，该功能主要是配置环境温度，如高低温下的整体温度补偿；各级偏置单元给定的具体静态偏置电流，通过各级内的温度检测单元，通过比较放大后，在寄存器中查找对应的温度补偿曲线，然后在主控芯片通过调节可变电压源，动态的调整各级静态偏置电流。
具体地，请再结合参考图4，所述功率检测单元包括第一晶体管我、小功率检波子单元及大功率检波子单元，小功率检波子单元、大功率检波子单元分别接收第三级所述放大器OP3输出的信号，所述小功率检波子单元对输入信号进行小功率检波以形成第一线性区域，所述大功率检波子单元对输入信号进行大功率检波以形成第二线性区域；所述第一晶体管Q1的基极分别与所述小功率检波子单元的输出端、所述大功率检波子单元的输出端连接，以对所述小功率检波子单元与大功率检波子单元的输出进行叠加以形成连续的线性区域；所述第一晶体管Q1的发射极与主控芯片连接，其集电极与电源连接。在本发明中，通过所述第一晶体管Q1将第一线性区域与第二线性区域叠加而获得设计功率范围内的一条趋于理想线性的检波曲线，从而通过对功率的检测实现对偏置电路的偏置电流的调整，增强了偏置电路的补偿性能。
更进一步地，所述小功率检波子单元包括第二晶体管Q2、耦合电路及偏置电路，所述耦合电路将第三级所述放大器OP3输出信号的小功率部分耦合至所述小功率检波子单元，并将耦合后的信号输入所述第二晶体管Q2，所述第二晶体管Q2将输入的信号整流后输出至所述第一晶体管Q1；所述偏置电路与所述第二晶体管Q2的基极连接，以为所述第二晶体管Q2提供偏置电流。具体地，所述耦合电路包括第一电容C1与第二电容C2，所述第一电容C1的一端与第三级放大器OP3的输出端连接，其另一端与所述第二电容C2的一端、所述偏置电路共同连接，所述第二电容C2的另一端接地；所述偏置电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第三晶体管Q3，所述第一电阻R1的一端与所述第一电容C1的另一端、所述第三晶体管Q3的集电极、所述第二电阻R2的一端及所述第三电阻R3的一端共同连接，所述第一电阻R1的另一端与所述大功率检波子单元连接；所述第二电阻R2的另一端与所述第三晶体管Q3的基极连接，所述第三晶体管Q3的发射极接地，所述第三电阻R3的另一端与第二晶体管Q2的基极连接。所述小功率检波子单元还包括第三电容C3，所述第三电容C3一端与所述第二晶体管Q2的基极连接，其另一端接地，以对输入所述第二晶体管Q2的信号进行滤波。
所述大功率检波子单元具有与所述小功率检波子单元完全相同的结构特征，其包括电容C11、电容C12、电阻R11、电阻R12、电阻R13、晶体管Q12、晶体管Q13及电容C13，具体如图4所示；区别仅在于，所述大功率检波子单元对所述第三级放大器OP3输出信号中的大功率部分进行检测，并获得与大功率对应的第二线性区域，在此不在赘述。
在本发明的优选实施方式中，为使所述功率检测单元获得的线性区域更稳定且与所述第三级放大器OP3输出功率的对应关系更为精准，所述小功率检波子单元与大功率检波子单元均可设置为多个；也即是，所述小功率检波子单元的个数大于或等于1，所述大功率检波子单元的个数大于或等于1；在实际应用过程中，所述小功率检波子单元与大功率检波子单元的使用个数可根据所需线性区域精度要求与成本控制等因素综合考虑而灵活选择。另外，所述小功率检波子单元与大功率检波子单元的组合方式也可根据具体情况而灵活组合，在本发明中并不做具体限制。
另外，在本发明中，为保证输出信号的准确度，同时避免输入电源Vsup的静电干扰，所述功率检测单元还包括第一防静电子电路ESD1与第二防静电子电路ESD2，所述第一防静电子电路ESD1与所述第一晶体管Q1的发射极连接，以防止静电影响输出信号的精准度，所述第二防静电子电路ESD2与所述第一晶体管Q1的集电极连接，由于所述第一晶体管Q1还与输入电源Vsup连接，从而所述第二防静电子电路ESD2可以有效避免输入电源Vsup的静电干扰。
进一步地，所述功率检测单元还包括第四电阻R4、第五电阻R5及第四电容C4，所述第四电阻R4的一端与所述第一电阻R1的另一端连接，另一端与所述第一晶体管Q1的基极连接，用以调节控制所述第一晶体管Q1的偏置电流；所述第五电阻R5一端与所述第一晶体管Q1的发射极连接，另一端与所述第一防静电子电路ESD1连接，用以对输出信号进行有效的隔离，保证输出信号的纯净；所述第四电容C4的一端与所述第一晶体管Q1的集电极连接，其另一端接地，用以滤除电源纹波并且对射频信号进行旁路。
请再结合参考图5描述本发明改善动态EVM的电路系统的功率检测单元的工作原理：所述第三级放大器OP3的输出信号RFin3进入所述功率检测单元中，首先在所述小功率检波子单元中，第一电容C1和第二电容C2组成一个电容耦合端元，耦合一部分功率(小功率部分)进入小功率检波子单元，经过第二晶体管Q2作为射随器进行整流后形成一电压信号，并通过所述第一晶体管Q1输出，第三晶体管Q3起到稳压作用，配合第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3为所述第二晶体管Q2提供一个合适的偏置状态。同样的，在所述大功率检波子电路中，电容C11和电容C12组成一个电容耦合单元，耦合一部分功率(大功率部分)，经过晶体管Q12作为射随器整流后形成另一电压信号，并通过第一晶体管Q1输出，晶体管Q13配合电阻R11、电阻R12、电阻R12给晶体管Q2提供一个稳定的合适的偏置电流；所述晶体管Q2和和晶体管Q12整流后分别形成一个电压信号，在所述第一晶体管Q1作为射随器的基极进行叠加，并进行二次整流，从而形成一个相对线性的检测器。其中，所述小功率检波子单元与大功率检波子单元这两个检波器通过合理的选择电容C1,电容11等耦合电容值，以及合理的配置晶体管Q3,晶体管Q13的静态点，可以获得两个近乎于线性的区域区(图5中，3dBm-15dBm之间为小功率检波子单元形成的线性区域，即第一线性区域，15dBm以后的线性区域(第二线性区域)主要由大功率检波子单元来实现)，通过所述第一晶体管Q1叠加后可获得设计功率范围内的一条趋于理想线性的检波曲线。从而通过对功率的检测实现对偏置电路的偏置电流的调整，增强了偏置电路的补偿性能。
请再结合参考图6，本发明改善动态EVM的电路系统与现有的有源偏置方案EVM对应功率变化曲线对比图，如图所示，在输出功率为24dBm以前，尤其在输出功率为21dBm之前，本发明的方案的EVM曲线明显低于现有的有源偏置方案的EVM曲线，因此极大地改善了EVM功率的情况。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种改善动态EVM的电路系统，其主要用应用于WiFi射频的前端芯片，用以改善WiFi射频的前端芯片的动态EVM，其主要包括射频通道与主控芯片，所述主控芯片用以采集、获取所述射频通道的温度、功率信息，并根据获取的信息动态调节所述射频通道的静态偏置电流；其中射频通道包括，三级放大器，每一级放大器的输入端均设置有偏置单元，且每个所述偏置单元均与所述主控芯片连接，主控芯片控制偏置单元为对应的放大器提供偏置电流；其特征在于，所述射频通道还包括功率检测单元，所述功率检测单元检测所述第三级放大器输出信号的功率，将检测结果输入所述主控芯片，以供所述主控芯片调节所述射频通道的静态偏置电流；所述功率检测单元包括第一晶体管、小功率检波子单元及大功率检波子单元，小功率检波子单元、大功率检波子单元分别接收第三级所述放大器输出的信号，所述小功率检波子单元对输入信号进行小功率检波以形成第一线性区域，所述大功率检波子单元对输入信号进行大功率检波以形成第二线性区域，所述第一晶体管的基极分别与所述小功率检波子单元的输出端、所述大功率检波子单元的输出端连接，以对所述小功率检波子单元与大功率检波子单元的输出进行叠加以形成连续的线性区域；所述第一晶体管的发射极与主控芯片连接，其集电极与电源连接。
2.如权利要求1所述的改善动态EVM的电路系统，其特征在于，所述小功率检波子单元包括第二晶体管、耦合电路及偏置电路，所述耦合电路将第三级所述放大器输出信号的小功率部分耦合至所述小功率检波子单元，并将耦合后的信号输入所述第二晶体管，所述第二晶体管将输入的信号整流后形成电压信号输出至所述第一晶体管；所述偏置电路与所述第二晶体管的基极连接，以为所述第二晶体管提供偏置电流。
3.如权利要求2所述的改善动态EVM的电路系统，其特征在于，所述耦合电路包括第一电容与第二电容，所述第一电容的一端与第三级放大器的输出端连接，其另一端与所述第二电容的一端、所述偏置电路共同连接，所述第二电容的另一端接地。
4.如权利要求3所述的改善动态EVM的电路系统，其特征在于，所述偏置电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及第三晶体管，所述第一电阻的一端与所述第一电容的另一端、所述第三晶体管的集电极、所述第二电阻的一端及所述第三电阻的一端共同连接，所述第一电阻的另一端与所述大功率检波子单元连接；所述第二电阻的另一端与所述第三晶体管的基极连接，所述第三晶体管的发射极接地，所述第三电阻的另一端与第二晶体管的基极连接。
5.如权利要求4所述的改善动态EVM的电路系统，其特征在于，所述小功率检波子单元还包括第三电容，所述第三电容一端与所述第二晶体管的基极连接，其另一端接地。
6.如权利要求5所述的改善动态EVM的电路系统，其特征在于，所述大功率检波子单元具有与所述小功率检波子单元完全相同的结构特征。
7.如权利要求5所述的改善动态EVM的电路系统，其特征在于，所述小功率检波子单元的个数大于或等于1，所述大功率检波子单元的个数大于或等于1。
8.如权利要求1所述的改善动态EVM的电路系统，其特征在于，还包括第一防静电子电路与第二防静电子电路，所述第一防静电子电路与所述第一晶体管的发射极连接，所述第二防静电子电路与所述第一晶体管的集电极连接。
9.如权利要求8所述的改善动态EVM的电路系统，其特征在于，还包括第四电阻与第五电阻，所述第四电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，另一端与所述第一晶体管的基极连接；所述第五电阻一端与所述第一晶体管的发射极连接，另一端与所述第一防静电子电路连接。
10.如权利要求9所述的改善动态EVM的电路系统，其特征在于，还包括第四电容，所述第四电容的一端与所述第一晶体管的集电极连接，其另一端接地。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117498808A (zh) * 2023-12-29 2024-02-02 苏州悉芯射频微电子有限公司 一种提升射频功率放大器性能的电路及方法

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