CN218099369U - 相位检测系统和功率检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及无线通信及集成电路设计领域，公开了一种相位检测系统和功率检测系统。该相位检测系统包括：信号采集与转换单元，用于获取一电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，将电流信号转换为电压信号组成电压信号对，并将电压信号对中的一个电压信号转换为与之同相的方波信号；延迟单元，用于将方波信号依次进行N次等时长的延迟得到N路延迟信号，一次延迟的时长＜T，N次延迟的总时长≥T；采样单元，用于使用该N路延迟信号分别对电压信号对中的另一个电压信号进行采样；相位确定单元，用于根据采样结果的极性变化时刻确定电压信号和电流信号之间的相位差。本申请的实施方式能够准确地检测电路的实际输出功率的大小。

Description

相位检测系统和功率检测系统

技术领域

本申请涉及无线通信及集成电路设计领域，特别涉及相位及功率检测技术。

背景技术

无线收发机芯片需要对发射功率精确控制满足协议要求，准确检测发射功率受到很多因素的影响。功率放大器的负载天线阻抗变化是影响功率检测精度的因素之一。由于制造或其他不确定性，导致实时检测出天线阻抗变化比较困难。检测发射功率最直接的方法是：在ATE产线上利用频谱仪直接测量PA的发射功率，但这个办法的ATE产线成本开销大；并且这种办法可以校准芯片本身和PCB影响产生的功率偏差，但并不能消除实际产品中天线的负载变化带来的影响。另一种检测发射功率的方法是通过集成片上功率检测电路来实现，通过芯片上校准环路自动校准，但与上述方案类似，因为无法提前获取实际产品中天线阻抗信息，这种功率检测电路通常忽略天线阻抗变化的影响，最终天线阻抗变化直接发射功率的变化。

对于通过集成片上功率检测电路来检测发射功率的方法，如图1所示，发射机功率放大器实际发射功率Power＝Vrms*Irms*Cosθ；其中Vrms为功率放大器输出端，也就是天线输入端的电压信号的有效值，Irms是功率放大器输出给天线的电流信号有效值，θ表示天线负载电压和电流信号之间的相位。目前片上集成功率检测电路能检测Vrms和Irms，但不能检测θ的大小。并且，由于θ受到很多因素的影响，其中主要的因素来自功率放大器的天线负载的阻抗变化。因为无法预先确定实际产品上天线阻抗大小，相位的θ的变化往往就忽略了。这就直接导致了所检测的功率值Power_detect＝Vrms*Irms和实际发射功率Power＝Vrms*Irms*Cosθ存在误差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种相位检测系统和功率检测系统，能够准确地检测电路的实际输出功率值。

本申请公开了一种相位检测系统，包括：

信号采集与转换单元，用于获取一电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，将所述电流信号转换为电压信号，组成电压信号对，并且将所述电压信号对中的一个电压信号转换为与之同相的方波信号；

延迟单元，用于将所述方波信号依次进行N次等时长的延迟得到对应的N路延迟信号，一次所述延迟的时长＜T，所述N次延迟的总时长≥T，N为大于1的正整数；

采样单元，用于使用所述N路延迟信号分别对所述电压信号对中的另一个电压信号进行采样；

相位确定单元，用于根据采样结果的极性变化时刻确定所述电压信号和电流信号之间的相位差。

在一个优选例中，所述延迟单元包括延迟线，所述方波信号输入到所述延迟线的输入端，使用所述延迟线实现将所述方波信号依次进行所述N次等时长的延迟得到对应的N路延迟信号，所述延迟线的N个输出端并行输出所述N路延迟信号。

在一个优选例中，所述采样单元包括N个比较器；

所述延迟线的N个输出端并行连接到所述N个比较器的时钟信号端，所述电压信号对中的另一个电压信号分别输入到所述N个比较器的输入端，所述N个比较器的N个输出端并行输出所述N路延迟信号对该另一个电压信号进行采样的采样结果。

本申请还公开了另一种相位检测系统，包括：

信号采集与转换单元，用于获取一电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，将所述电流信号转换为电压信号，组成电压信号对，将所述电压信号对中的一个电压信号转换为与之同相的方波信号；

数控延迟装置，用于依次获取N组方波信号，其中第i组方波信号被延迟的时长为i*Δ，Δ＜T，N*Δ≥T，每组包含M个周期的方波信号，Δ为延迟的步长，M为正整数，N为大于1的正整数，1≤i≤N；

采样单元，用于使用所述数控延迟装置依次输出的N组方波信号对所述电压信号对中的另一个电压信号进行采样；

相位确定单元，用于根据采样结果的极性变化时刻确定所述电压信号和电流信号之间的相位差。

在一个优选例中，所述采样单元包括单个比较器；

所述数控延迟装置的输出端耦合到该比较器的时钟信号端以依次输出N组方波信号到该时钟信号端，所述电压信号对中的另一个电压信号输入该比较器的输入端，该比较器的输出端输出所述数控延迟装置依次输出的N组方波信号对该另一个电压信号进行采样的采样结果。

本申请还公开了一种功率检测系统包括待检测电路、分别与所述待检测电路耦合的电压检测电路和电流检测电路、前文描述的相位检测系统、以及功率计算单元；

所述电压检测电路和电流检测电路分别获取所述待检测电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，并分别提供给所述相位检测系统和所述功率计算单元，所述相位检测系统根据所述电压信号和电流信号检测得到所述电压信号和电流信号之间的相位差，所述功率计算单元根据所述电压信号和电流信号分别确定电压信号的有效值和电流信号的有效值并结合所述电压信号和电流信号之间的相位差计算得到所述待检测电路输出的功率值。

本申请实施方式中，至少包括以下优点和有益效果：获取待检测电路的输出电压和输出电流，通过电压采样电流或者电流采样电压，把采样方进行时间上的延迟后再采样另一方，根据采样结果极性的变化时刻准确地计算得到输出电压和输出电流的相位差。进一步地，根据该输出电压和输出电流以及所计算的相位差直接计算得到待检测电路的精准输出功率。并且本申请的实施方式经过验证：①在保证天线端S11-10dB的前提下，对相位差的检测相对没有相位检测的方案，功率检测的精度可以提升1dB；②通过对发射功率的精确估计，能保证满足频谱MASK的前提下实现最大功率发射，从而提升无线覆盖范围；③通过相位、电压和电流同时检测的功率检测方案可以降低ATE产线校准的成本。

本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

图1是现有技术中发射机功率放大电路电路图。

图2是根据本申请第一实施方式的相位检测系统结构示意图。

图3是根据本申请经由延迟线得到延迟信号的示例波形图。

图4是根据本申请一个实施例的相位检测系统结构示意图。

图5是根据本申请第二实施方式的功率检测系统结构示意图。

图6是根据一个示例数控延迟装置电路图。

图7是根据另一个示例数控延迟装置电路图。

图8是根据本申请另一个实施例的功率检测系统结构示意图。

图9是根据本申请第三实施方式的功率检测系统结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

第一实施方式：

本申请的第一实施方式涉及一种相位检测系统，如图2所示，该系统包括信号采集与转换单元、延迟单元、采样单元和相位确定单元。

该信号采集与转换单元用于获取功率放大电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，将该电流信号转换为电压信号，组成电压信号对，并且将该电压信号对中的一个电压信号转换为与之同相的方波信号。其中，所获取的功率放大电路输出的电压信号和电流信号可以是差分信号，也可以是单端信号。

其中，该信号采集与转换单元获取的功率放大电路输出的电压信号和电流信号可以是差分信号，也可以是单端信号。在一个实施例中，该电压信号对中的该一个电压信号为差分信号，可以先将其转换为单端信号后再转换为与之同相的方波信号。可选地，经由例如限幅放大器将该一个电压信号转换为与之同相的方波信号。

可选地，该系统还可以包括该功率放大电路，该功率放大电路的输出端连接有例如天线。

可选地，该信号采集与转换单元包括电流转电压器件和限幅放大器，并且经由该电流转电压器件将该电流信号转换为电压信号，然后组成电压信号对；并且经由该限幅放大器将该电压信号对中的一个电压信号转换为与之同相的方波信号。该电流转电压器件例如可以是电流电压转换器，例如但不限于可以由电阻和放大器的组合电路构成，或者由电阻构成。

该延迟单元用于将该方波信号依次进行N次等时长的延迟得到对应的N路延迟信号，一次该延迟的时长＜T，该N次延迟的总时长≥T，N为大于1的正整数。可选地，该延迟单元包括延迟线，该方波信号输入到该延迟线的输入端，使用该延迟线实现将该方波信号依次进行该N次等时长的延迟得到对应的N路延迟信号，该延迟线的N个输出端并行输出该N路延迟信号，如图3示出了通过延迟线将该方波信号依次进行9次等时长延迟得到的9路延迟信号的示例波形图。

在一个实施例中，该电压信号对中的该一个电压信号为差分信号，可以先将其转换为单端信号后再转换为与之同相的方波信号。可选地，经由例如限幅放大器将该一个电压信号转换为与之同相的方波信号。

该采样单元用于使用该N路延迟信号分别对该电压信号对中的另一个电压信号进行采样。在一个实施例中，如图4所示，该采样单元包括N个比较器；该延迟线的N个输出端并行连接到该N个比较器的时钟信号端，该电压信号对中的另一个电压信号分别输入到该N个比较器的输入端，该N个比较器的N个输出端并行输出该N路延迟信号对该另一个电压信号进行采样的采样结果。其中，该电压信号对中的另一个电压信号为差分信号时，分别将差分信号输入到比较器的两个输入端；该电压信号对中的另一个电压信号为单端信号时，将该单端信号输入到比较器的第一输入端，比较器的第二输入端接地。

该相位确定单元用于根据采样结果的极性变化时刻确定该电压信号和电流信号之间的相位差。因为当负载阻抗符合期望时，电压信号过零点和电流信号的过零点是在同一时刻的，而阻抗偏差导致了过零点时刻不一致。那么当延迟时间和阻抗偏差导致的相位差(本质上就是过零时刻偏差)一样时，电压采样电流得到的结果极性会发生变化，通过记录当前延迟的时长就可以得到相位差的大小。例如N比较器输出得到N比特码字的采样结果，则N比特码字中码字翻转时刻对应的那一路采样信号对应的延迟时长就可以计算得到相位差的大小。

第二实施方式：

本申请的第二实施方式涉及一种相位检测系统，如图5所示，该系统包括信号采集与转换单元、数控延迟装置、采样单元和相位确定单元。

该信号采集与转换单元用于获取功率放大电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，将该电流信号转换为电压信号，组成电压信号对，将该电压信号对中的一个电压信号转换为与之同相的方波信号。该信号采集与转换单元与第一实施方式的信号采集与转换单元基本相同，因此第一实施方式中的信号采集与转换单元的所有技术细节均适用本实施方式，在此不做赘述。

该数控延迟装置用于依次获取N组方波信号，其中第i组方波信号被延迟的时长为i*Δ，Δ＜T，N*Δ≥T，每组包含M个周期的方波信号，Δ为延迟的步长，M为正整数，N为大于1的正整数，1≤i≤N。

数控延迟装置包括输入端、输出端和控制端，其中，控制端用于输入表示需要延迟的时间长度D的数字信号，数控延迟装置对输入端输入的信号(例如时钟信号)进行延迟D后从输出端输出。该数控延迟装置实现方式多种多样。可选地，可以由多路复用器及多个延迟件组成，参见图6示出的示例1。可选地，可以由可调电容器开关阵列及延迟件组成，参见图7示出的示例2。需要说明的是，本申请的数控延迟装置不限于该两个示例，所有满足上述数控延迟装置定义的装置均在本申请的保护范围内。

该采样单元用于使用该数控延迟装置依次输出的N组方波信号对该电压信号对中的另一个电压信号进行采样。在一个具体实施例中，如图8所示，该采样单元包括单个比较器；该数控延迟装置的输出端耦合到该比较器的时钟信号端以依次输出N组方波信号到该时钟信号端，该电压信号对中的另一个电压信号输入该比较器的输入端，该比较器的输出端输出该数控延迟装置依次输出的N组方波信号对该另一个电压信号进行采样的采样结果。

该相位确定单元用于根据采样结果的极性变化时刻确定该电压信号和电流信号之间的相位差。例如该比较器输出得到N组M比特码字的采样结果，转换为对应的M*N比特矩阵形式，则矩阵中的每列比特码字中码字翻转时刻对应的延迟时长就可以计算得到相位差的大小。

需要指出的是，本申请中第一实施方式和第二实施方式区别在于，前者是并行的实现方式(一次操作就能出结果，但需要N个比较器)，后者是串行的实现方式(要操作N次，只需要一个比较器)。并且二者涉及的产生时间延迟的方法很多，文中列举了两种延迟方式(其他方法本质上都可以归结到这两种方式上)：一个是时间延迟线方式(可以有N个输出口，一次输出N组延迟的时钟)，另一个是数控延迟装置方式，只有一个输出口，每次改变一次数字控制输入，得到一个与之对应的时间延迟的方波信号。

第三实施方式：

本申请的第三实施方式涉及一种功率检测系统，如图9所示，该系统包括待检测电路、分别与该待检测电路耦合的电压检测电路和电流检测电路以及第一或第二实施方式中该的任一相位检测系统、以及功率计算单元。可以理解，第一或第二实施方式中的技术细节均可以应用于本实施方式涉及的相位检测系统，在此不做赘述。其中，该电压检测电路和电流检测电路分别获取该待检测电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，并分别提供给该相位检测系统和该功率计算单元，该相位检测系统根据该电压信号和电流信号检测得到该电压信号和电流信号之间的相位差，该功率计算单元根据该电压信号和电流信号分别确定电压信号的有效值和电流信号的有效值并结合该电压信号和电流信号之间的相位差计算得到该待检测电路输出的功率值。该待检测电路可以是可输出功率的任意电路。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。

在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种相位检测系统，其特征在于，包括：

信号采集与转换单元，用于获取一电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，将所述电流信号转换为电压信号，组成电压信号对，并且将所述电压信号对中的一个电压信号转换为与之同相的方波信号；

延迟单元，用于将所述方波信号依次进行N次等时长的延迟得到对应的N路延迟信号，一次所述延迟的时长＜T，所述N次延迟的总时长≥T，N为大于1的正整数；

采样单元，用于使用所述N路延迟信号分别对所述电压信号对中的另一个电压信号进行采样；

相位确定单元，用于根据采样结果的极性变化时刻确定所述电压信号和电流信号之间的相位差。

2.根据权利要求1所述的相位检测系统，其特征在于，所述延迟单元包括延迟线，所述方波信号输入到所述延迟线的输入端，使用所述延迟线实现将所述方波信号依次进行所述N次等时长的延迟得到对应的N路延迟信号，所述延迟线的N个输出端并行输出所述N路延迟信号。

3.根据权利要求2所述的相位检测系统，其特征在于，所述采样单元包括N个比较器；

所述延迟线的N个输出端并行连接到所述N个比较器的时钟信号端，所述电压信号对中的另一个电压信号分别输入到所述N个比较器的输入端，所述N个比较器的N个输出端并行输出所述N路延迟信号对该另一个电压信号进行采样的采样结果。

4.一种相位检测系统，其特征在于，包括：

信号采集与转换单元，用于获取一电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，将所述电流信号转换为电压信号，组成电压信号对，将所述电压信号对中的一个电压信号转换为与之同相的方波信号；

数控延迟装置，用于依次获取N组方波信号，其中第i组方波信号被延迟的时长为i*Δ，Δ＜T，N*Δ≥T，每组包含M个周期的方波信号，Δ为延迟的步长，M为正整数，N为大于1的正整数，1≤i≤N；

采样单元，用于使用所述数控延迟装置依次输出的N组方波信号对所述电压信号对中的另一个电压信号进行采样；

相位确定单元，用于根据采样结果的极性变化时刻确定所述电压信号和电流信号之间的相位差。

5.根据权利要求4所述的相位检测系统，其特征在于，所述采样单元包括单个比较器；

所述数控延迟装置的输出端耦合到该比较器的时钟信号端以依次输出N组方波信号到该时钟信号端，所述电压信号对中的另一个电压信号输入该比较器的输入端，该比较器的输出端输出所述数控延迟装置依次输出的N组方波信号对该另一个电压信号进行采样的采样结果。

6.一种功率检测系统，其特征在于，包括待检测电路、分别与所述待检测电路耦合的电压检测电路和电流检测电路、权利要求1-5中任一项所述的相位检测系统、以及功率计算单元；

所述电压检测电路和电流检测电路分别获取所述待检测电路输出的周期为T的电压信号和电流信号，并分别提供给所述相位检测系统和所述功率计算单元，所述相位检测系统根据所述电压信号和电流信号检测得到所述电压信号和电流信号之间的相位差，所述功率计算单元根据所述电压信号和电流信号分别确定电压信号的有效值和电流信号的有效值并结合所述电压信号和电流信号之间的相位差计算得到所述待检测电路输出的功率值。

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