CN1906494B - 对偶信号rf功率电平检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种RF输出信号电平检测电路，其具有在第一和第二检测器电路之间进行选择的功能。所述检测器电路提供不同的运作特征。使用连到所述检测器电路的同一外部联接，当在选择内部功率电平检测器电路时允许有改进的性能。
Description
技术领域
本发明涉及功率电平检测器领域，并且尤其涉及RF信号功率检测领域。
背景技术
在射频(RF)功率放大器集成电路(PAIC)中，输入RF信号被提供到PAIC以便放大，来提供放大的RF信号。所述放大的RF信号通常沿着RF发射机路径传播到天线。许多情况下，在反馈电路中用被放大的RF信号的输出功率来控制所述PAIC。因此，常使用一个安置在PAIC自身当中的检测器电路或借助一个安置在RF发射机路径中更下游并且在天线附近的外部耦合器电路来检测放大的RF信号的输出功率。使用所述内部检测电路或外部检测器电路给予最终用户一个选择：测定RF输出信号功率的高精度和材料单(BOM)的相应提高，或使用内部检测器感测输出信号电平的中等精度并且BOM花费没有提高。
一些最终用户要求在检测RF输出信号功率时有高精度水平以符合发射规范和802.11标准。其它最终用户较少关注精度而对最终装配的成本最小化更感兴趣。
所属领域的技术人员已熟知，一种测量传递到与发射机的PAIC相耦合的天线的输出信号RF电平的精确方法是：使用一耦合器电路连同一RF信号电平检测器来耦合所述信号的一部分。在使用耦合器电路时，PA和连接到天线的馈线之间的失配被内在地解决，因为耦合器电路不顾失配而仍耦合RF信号的一致部分。相反，由于未考虑PAIC和馈线或天线之间的任何失配，所以测量PAIC内的RF输出信号电平将带来测量误差。当然，这种失配减少实际由馈线或天线接受的RF信号的量。
一般来说，为了测量外部RF信号功率电平而提供分立组件解决方案，这种方案在成本和配电板面积方面是不经济的。例如，人们可能考虑使用外部RF耦合器和电配板电平检测器一起将信号电平传回PAIC或其它控制电路。在此情况下，PAIC被用作RF放大器，而传入馈线或天线中的实际RF输出信号能以相对较高的精确度来测量。不幸的是，耦合器和外部检测器有额外成本而且耗费配电板面积。
或者，仅使用安置在PAIC内的内部检测器电路来测量PAIC所提供的RF输出信号电平。这种方法因为检测器电路是在内部所以成本最低，然而精确度降低，因为内部检测器电路不考虑失配和馈线中的其它损耗。
因此需要提供一种检测器电路，其从内部并且通过使用外部RF耦合器来便利RF输出信号电平的测量。因此本发明的一个目标是提供一种克服现有技术限制的检测器电路。
发明内容
根据本发明，提供一种在集成电路中进行功率检测的方法，其包含：
提供包括第一功率电平检测器和第二功率电平检测器的集成功率电平检测器；
提供内部信号端口，所述内部信号端口耦合到第一功率电平检测器，用以从所述集成电路内部提供信号到所述第一功率电平检测器；
提供外部信号端口，所述外部信号端口耦合到第二功率电平检测器，用以从所述集成电路外部提供信号到所述第二功率电平检测器；
提供检测器，用以检测在所述外部信号端口上是否存在RF信号，并依据所检测到的是否RF信号的存在情况来提供控制信号；
其中来自所述第一和第二功率电平检测器中每一者的所述输出信号可被选择，以便依据所述控制信号而提供到一输出端口；
当在所述外部信号端口上不存在RF信号时，从所述内部信号端口提供信号到所述检测器并以其为依据从所述检测器提供输出信号；和
当在所述外部信号端口上存在RF信号时，从所述外部信号端口提供信号到所述检测器并以其为依据从所述检测器提供输出信号。
根据本发明，提供一种集成电路，其包含：
用以接收RF信号的外部信号输入端口；
用以检测功率的第一功率电平检测器和第二功率电平检测器电路，一个内部信号端口耦合到第一功率电平检测器，一个外部信号端口耦合到第二功率电平检测器，分别用来检测来自内部和外部的RF信号；和
用以可切换地在以下二者之间进行选择的切换电路：依据所述内部信号端口提供输出信号和依据所述外部信号输入端口上接收到的信号来提供输出信号。
根据本发明，提供一种集成电路，其包含：
第一功率电平检测器电路，其经过耦合而用以接收在所述集成电路内传播的RF信号并检测所述RF信号内的功率，所述第一功率电平检测器电路包含第一输出端口；
第二功率电平检测器电路，其包含外部信号输入端口和第二输出端口，所述外部信号输入端口用以接收在所述集成电路外部的RF信号；和
切换电路，其包含切换输出端口并且耦合到所述第一输出端口和所述第二输出端口，所述切换电路用以可切换地将在所述第一输出端口上接收到的信号或在所述第二输出端口上提供的信号提供到所述切换输出端口。
附图说明
现在本发明的示范性实施例将结合以下图式加以描述，其中：
图1a说明根据本发明第一实施例的对偶信号RF功率电平检测器电路；
图1b说明本发明的第二实施例，其为图1a所示第一实施例的变化形式；
图2a说明根据本发明所述第一实施例的、当和功率放大器集成电路(PAIC)一起使用时的对偶信号RF功率电平检测器电路；
图2b说明当与功率放大器集成电路(PAIC)和外部耦合器电路一起使用时的对偶信号RF功率电平检测器电路；
图3a说明坡度选择信号指示一正坡度的内部耦合检测器响应，其中指示传播RF能量的信号具有相对RF输出信号功率的正变化率；
图3b说明指示负坡度的内部耦合检测器响应，其中指示传播RF能量的信号具有相对RF输出信号功率的负变化率；
图4a说明坡度选择信号指示一正坡度的外部耦合检测器响应，其中指示传播RF能量的信号具有相对从耦合器电路接收的输入信号功率的正变化率；
图4b说明指示负坡度的外部耦合检测器响应，其中指示传播RF能量的信号具有相对从耦合器电路接收的输入信号功率的负变化率；
图5是提供负坡度的输出响应与输入信号功率电平比的功率电平检测器电路的示意图；及
图6是以可切换方式提供正、负两种坡度的输出响应与输入信号功率电平比的功率电平检测电路的示意图。
具体实施方式
图1a说明根据本发明第一实施例的对偶信号RF功率电平检测器电路100。功率电平检测器电路的第一部分是使用第一晶体管Q1 111形成的，而功率电平检测器电路的第二部分是使用第四晶体管Q4 114形成的。因此，晶体管Q1 111和Q4 114充当两个检测晶体管。这两个检测晶体管是通过以下方式供电的：通过可切换地选择电流流自其各自的电流源晶体管Q2 112和Q3 113来可切换地选择提供到其基极端子的电流。第一切换电路121、第二切换电路122和第三切换电路123控制提供到所述检测晶体管和电流源晶体管的电流。切换电路121、122和123由判定逻辑电路150控制，所述判定逻辑电路150具有切换控制端口150a以用于从其提供切换控制信号。切换控制信号被各个开关所接收，以用于控制其切换状态。第一切换电路121具有直接连接到Q2 112的基极端子的第一被切换端子、直接连接到Q3 113的基极端子的第二被切换端子和耦合到切换控制端口100c的第一控制端子。第二切换电路122具有(使用串联电阻器R2 132)有电阻地连接到Q1 111的基极端子的第一被切换端子。所述第二切换电路122的第二被切换端子具有使用串联电阻器R3 133连接到Q4 114的基极端子的第二被切换端子和耦合到切换控制端口101c的第二控制端子。第三切换电路123具有直接连接到Q1 111的发射器端子的第一被切换端子、直接连接到Q4 114的发射器端子的第二被切换端子和耦合到切换控制端口100c的第三控制端子。第三切换电路123的共用端子充当输出端口100c，其依据判定逻辑150所选的所述切换开关的状态来提供指示检测到的RF信号功率的信号，所述RF信号功率来自包含Q1 111和Q2 112的第一检测器电路或包含Q3 113和Q4 114的第二检测器电路。
耦合电容器CO 140安置在第一信号输入端口100a和Q1 111的基极端子之间，而另一耦合电容器安置在第二输入端口100b和Q4 114之间。电容器C2安置在Q1 111的发射器端子和Q5 115的发射器端子之间。电容器C4安置在Q4 114的发射器端子和Q5115的发射器端子之间。
安置在判定逻辑电路150内的是第一MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)151和第二MOSFET 152，其每个MOSFET的汲极和源极端子中的一者连接在一起，同时第一MOSFET 151的另一端子连接到正电压电源端子100d而第二MOSFET 152的另一端子连接到负电压电源端子100e。MOSFET的门极端子直接连接在一起，并和第二输入端口100b(RFin_ext)串联耦合到电阻器R7 135的一个节点。滤波电容器141安置在MOSFET的门极端子和负电压电源端子100e之间，用以从提供自判定逻辑电路的逻辑信号中滤出RF信号。
两个RF信号输入端口也安置在对偶信号RF功率电平检测器电路100上。第一RF信号输入端口100a(标为RFin)最好直接连接到RF放大器电路(图2a)以便接收RF信号。第二RF信号输入端口100b(标为RFin_ext)最好和RF耦合器一起使用(图2b中所示)，所述RF耦合器在天线和与其耦合的功率放大器集成电路(PAIC)之间的馈线上存在失配情况时提供更精确的测量RF功率的方法。
电流源101和与晶体管Q5 115串联的电阻器R4 134结合，其经过安置来提供电流到Q1 111和Q4 114的基极端子，并提供到其各自的电流源晶体管Q2 112和Q3 113。来自两个检测器电路的单个检测器电路是通过对以下三个切换连接进行路线选择而选择的：到各个检测器晶体管(Q1 111或Q2 112)的串联基极晶体管(R2 132或R3 133)的第一切换连接，到各个检测器晶体管(Q1 111或Q2 112)的电流源晶体管(Q2 112或Q3 113)的第二切换连接和到检测器晶体管(Q1 111或Q2 112)的发射器端子的第三切换连接。
图1b说明本发明的第二实施例101，其为图1a所示第一实施例的变化形式。图1b中所说明的与图1a所列电路组件具有相同编号的电路组件与其提供相同的功能。然而，在第二实施例中，第二RF信号输入端口100b最好与RF耦合器(图2b所示)一起使用，所述RF耦合器在天线和与其耦合的功率放大器集成电路(PAIC)之间的馈线上存在失配情况时(图2b)提供更精确的测量RF功率的方法。此外，RF输出信号电平坡度选择电路160耦合到第三切换电路123的共用端子(图1a中所示的输出端口100c)，用以依据提供到坡度电路控制端口160a的坡度选择信号来改变指示检测到的RF信号功率的信号的坡度，所述RF信号功率来自第一检测器电路(包含Q1 111和Q2 112)或第二检测器电路(包含Q3 113和Q4 114)。代表传播RF能量的信号从输出端口100c提供。
通过感测第二RF信号输入端口100b(RFin_ext)上的平均电压，来完成以下二者之间的切换：使用第一检测器电路(包含Q1 111)以检测来自PAIC内部信号路径的RF信号电平(图2a)，或是使用第二检测器电路(包含Q4)以检测来自PAIC外部信号路径的RF信号电平(图2b)。当所述第二RF信号输入端口100b经由电容器C5 141接线到RF耦合器电路(210图2b)并且针脚上所述端口处的平均电压被上拉电阻器R1 131“上拉”时，判定电路150通过感测电阻器135感测第二RF信号输入端口101b上的平均电压，并从切换控制端口150a提供切换控制信号到所有三个切换电路121、122和123，以可切换地选择第二检测电路和关联电路。如果第二RF信号输入端口100b接地，那么判定逻辑150提供可切换地选择第一检测电路和关联电路的切换控制信号。因此，依据对偶信号RF功率电平检测器电路100是否和外部耦合器电路一起使用，从输出端口100c提供指示检测到的RF信号功率的信号。
图2a说明根据本发明所述第一实施例的、当与功率放大器集成电路(PAIC)200一起使用时的对偶信号RF功率电平检测器电路100。RF输入信号被提供到PAIC的输入端口200a。RF输入信号经由第一放大级201、第二放大级202和第三放大级203传播。输出端口200b耦合到PAIC的第三放大级以从其提供RF输入信号。在此情况下，对偶信号RF功率电平检测器电路100使用第一RF信号输入端口100a耦合到第三放大级203的输出端口，并且没有外部耦合器电路连接到第二RF信号输入端口100b。在此情况下，第二RF信号输入端口100b最好接地。输出端口101c提供指示检测到的RF信号功率的信号，所述RF信号功率来自第一检测器电路(包含Q1 111和Q2 112)。
图2b说明当与功率放大器集成电路(PAIC)200和外部耦合器电路210一起使用时的对偶信号RF功率电平检测器电路101。RF输入信号被提供到PAIC的输入端口200a。RF输入信号经由第一放大级201、第二放大级202和第三放大级203传播。输出端口200b耦合到PAIC的第三放大级203以从其提供放大器RF输入信号。输出端口200b连接到耦合器电路210的输入端口。外部耦合器电路210将RF信号的一部分耦合到第二RF信号输入端口100b(RFin_ext)中。由于这个端口上存在信号，所以判定电路150可切换地改变三个切换开关的状态，并且第二检测电路使用外部耦合器来提供来自输出端口100c的代表传播RF能量的信号。RF输出信号电平坡度选择电路160耦合到输出端口100c，所述输出端口100c连接到第三切换电路123的共用端子。RF输出信号电平坡度选择电路160的功能是用来依据提供到坡度电路控制端口160a的坡度选择信号，改变指示检测到的RF信号功率的信号的坡度，所述RF信号功率来自第二检测器电路(包含Q3 113和Q4 114)。
优选的利用反极性逻辑的方案视情况允许在Q4 114的基极端子上具有第二RF信号输入端口100b，从而从所述电路中移除耦合电容器C5 141。然而，如果不使用这个耦合电容器141，那么将导致第二RF信号输入端口100b变成在接地电位处偏压并且叠加有较大的RF信号。不幸的是，当所述电路是用常规硅技术实现时，这将导致为第二RF信号输入端口100b提供的ESD保护二极管(未图示)触发。当然，如果不要求ESD保护，那么这种限制不会适用。
图3a说明坡度选择信号的指示正坡度的内部耦合检测器响应，其中指示传播RF能量的信号具有相对RF输出信号功率的正变化率。图3b说明指示负坡度的内部耦合检测器响应，其中指示传播RF能量的信号具有相对RF输出信号功率的负变化率。图4a说明坡度选择信号的指示正坡度的外部耦合检测器响应，其中指示传播RF能量的信号具有相对从耦合器电路210接收的输入信号功率的正变化率。图4b说明指示负坡度的外部耦合检测器响应，其中指示传播RF能量的信号具有相对从耦合器电路210接收的输入信号功率的负变化率。
为了简单和低电流消耗起见，每个功率电平检测器电路最好依照Robert G.Meyer的公开案“Low Power Monolithic RF Peak Detector Analysis”(IEEE JSSC.1995年1月，pp.65-67)中可见的检测器电路设计。这种检测器最适合检测约1伏特的RF信号电平，其容易在RF PAIC的输出端或中间级上获得。或者，可使用现有技术已知的负坡度功率电平检测器。
参看图5，图中展示了一个新的功率电平检测器电路。所述功率电平检测器电路包括PMOSFET(功率金属氧化物半导体场效应晶体管)M1，其配置有以折叠式的级联来排列的NPN(负极-正极-负极)。正坡度功率电平检测器的发射器负载中的电流宿由电阻器R2代替。在所述电路中，输入电压被R2转化为电流。所述电流从I1中减除，从而使得传递到R3的总电流为I1减去和输入电压成比例的电流。R3上的电压随信号增长而降低。操作特性是基于R2、I1和R3的选择来确定的，包括偏移(offset)、坡度和任何明显的分流电阻。视情况可包括C3以在需要时用于过滤。因此，图5的电路消除了对反相器逻辑(包括运算放大器)的需要，例如负坡度现有技术电路中所使用的反相器逻辑。此外，图5的电路具有相对较高的能效，其遵照一种与现有技术正坡度集成功率电平检测器相似的模式。
参看图6，图中展示了一个功率电平检测器电路，其可切换地在相对于输入RF功率电平的正、负两种坡度的输出信号之间进行选择。如所属领域中已知，正坡度功率电平检测器电路与负坡度功率电平检测器并联，如图5所示。检测器输入针脚耦合到切换电路，以便可切换地在所述并联的检测器电路之间进行选择。所得的电路提供了对正或负坡度功率电平检测器的使用。另外增加切换逻辑将允许使用外部功率电平检测器或任一内部功率电平检测器。这就为设计者提供了最大的灵活性，并且对许多应用而言减少了部件成本。
如上所述，通过经由外部线将输入信号提供到功率电平检测器电路而实现了优点。本发明可根据上述教示来实施。在这样一个实施例中，配置了两个并联的功率电平检测器电路，一个用来接收来自集成电路内部的信号，而另一个用来接收来自集成电路外部的信号。来自集成电路外部的信号最好发源于集成电路内部。所述两个不同功率电平检测器电路之间的切换最好是依据外部RF信号输入端口上存在或不存在RF信号而自动执行。这就避免了对控制针脚(在模上)的需要，从而为其它设计需要节省了重要资源。
如上所述，在同一集成电路内包括两个功率电平检测器电路非常有利。对于所属领域的技术人员而言以及通过使用所述电路后，其进一步的优势将显而易见。
有利地，本发明的实施例允许使用一对成对集成RF功率电平检测器中的一个。使用第一检测器电路，其分接并测量IC内的放大的RF信号的一部分；或使用第二检测器，其中RF输出信号电平的一部分被用作输入集成到同一PAIC上的第二检测器电路的输入信号。
参看附录A，其进一步描述了本发明的第一和第二实施例以及本发明的更多细节。在不偏离本发明的精神和范围的前提下可设想许多其它的实施例。
Claims (12)
1.一种在集成电路中进行功率检测的方法，其包含：
提供包括第一功率电平检测器和第二功率电平检测器的集成功率电平检测器；
提供内部信号端口，所述内部信号端口耦合到第一功率电平检测器，用以从所述集成电路内部提供信号到所述第一功率电平检测器；
提供外部信号端口，所述外部信号端口耦合到第二功率电平检测器，用以从所述集成电路外部提供信号到所述第二功率电平检测器；
提供检测器，用以检测在所述外部信号端口上是否存在RF信号，并依据所述检测到的是否存在RF信号的情况来提供控制信号；
其中来自所述第一和第二功率电平检测器中每一者的所述输出信号可被选择，以便依据所述控制信号而提供到一输出端口；
当在所述外部信号端口上不存在RF信号时，从所述内部信号端口提供信号到所述检测器并以其为依据从所述检测器提供输出信号；和
当在所述外部信号端口上存在RF信号时，从所述外部信号端口提供信号到所述检测器并以其为依据从所述检测器提供输出信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中来自所述第一和第二检测器的所述输出信号中所选出的一个输出信号被提供到所述集成电路上的同一输出针脚。
3.一种集成电路，其包含：
用以接收RF信号的外部信号输入端口；
用以检测功率的第一功率电平检测器和第二功率电平检测器电路，一个内部信号端口耦合到第一功率电平检测器，一个外部信号端口耦合到第二功率电平检测器，分别用来检测来自内部和外部的RF信号；和
用以可切换地在以下二者之间进行选择的切换电路：依据所述内部信号端口提供所述输出信号和依据所述外部信号端口上接收到的信号来提供所述输出信号。
4.根据权利要求3所述的集成电路，其中所述切换电路对在所述外部信号输入端口上存在RF信号的情况作出响应。
5.根据权利要求3或4中任一权利要求所述的集成电路，其中所述检测器电路包含第一检测器电路和第二检测器电路，所述第一检测器电路用以接收在所述集成电路内部的信号，而所述第二检测器电路用以接收在所述外部信号输入端口上提供的信号，并且来自所述第一和第二检测器电路中每一者的输出由所述切换电路可切换地耦合。
6.一种集成电路，其包含：
第一功率电平检测器电路，其经过耦合用以接收在所述集成电路内部传播的RF信号并检测所述RF信号内部的功率，所述第一功率电平检测器电路包含第一输出端口；
第二功率电平检测器电路，其包含外部信号输入端口和第二输出端口，所述外部信号输入端口用以接收在所述集成电路外部的RF信号；和
切换电路，其包含切换输出端口并且耦合到所述第一输出端口和所述第二输出端口，所述切换电路用以可切换地将在所述第一输出端口上接收到的信号或在所述第二输出端口上提供的信号提供到所述切换输出端口。
7.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述切换电路对在所述外部信号输出端口上存在RF信号的情况作出响应。
8.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述第二功率电平检测器安置成与所述第一功率电平检测器并联，所述第二功率电平检测器提供负坡度的检测响应，而所述第一功率电平检测器提供正坡度的检测响应。
9.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述切换电路依据从所述集成电路外部接收到的控制信号，在所述第一输出端口上接收的信号和所述第二输出端口上接收的信号之间进行选择。
10.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述第二功率电平检测器并不包含运算放大器。
11.根据权利要求6到11中任一权利要求所述的集成电路，其包含PAIC，并且其中被所述PAIC放大的信号用来由所述功率电平检测器检测。
12.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的集成电路，其中所述第二功率电平检测器包含用以接收RF信号的RF输入端口，以折叠式的级联排列而排列的PMOSFET和NPN晶体管，所述NPN晶体管的发射器有电阻地耦合到接地。
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Family Applications (1)
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| CN2004800214895A Active CN1906494B (zh) | 2003-07-28 | 2004-07-28 | 对偶信号rf功率电平检测器 |
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| CN (1) | CN1906494B (zh) |
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Families Citing this family (1)
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| EP1969930A1 (de) | 2007-03-12 | 2008-09-17 | Bayer CropScience AG | Phenoxyphenylamidine und deren Verwendung als Fungizide |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US4317083A (en) * | 1979-03-19 | 1982-02-23 | Rca Corporation | Bias adjustment responsive to signal power |
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Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2000101456A (ja) * | 1998-09-24 | 2000-04-07 | Fujitsu Ltd | 無線送信装置 |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4317083A (en) * | 1979-03-19 | 1982-02-23 | Rca Corporation | Bias adjustment responsive to signal power |
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