TWI591349B

TWI591349B - 功率偵測電路及其射頻電路

Info

Publication number: TWI591349B
Application number: TW104126018A
Authority: TW
Inventors: 萬光烈
Original assignee: 立積電子股份有限公司
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2017-07-11
Also published as: US9952260B2; US20170045559A1; TW201706612A

Description

功率偵測電路及其射頻電路

本發明係指一種功率偵測電路及其射頻電路，尤指一種透過斜率控制，提高功率偵測準確性的功率偵測電路及其射頻電路。

許多通信及雷達系統操作在Ku頻帶或更高的射頻（Radio Frequency，RF）頻帶。在這些通信系統中，射頻功率需要持續地被監視，以補償變化的通信條件，例如氣侯條件中的氣壓變化、干擾、位移或端點方位的改變。為了達到這個目的，射頻功率級使用射頻功率偵測器取樣，再根據偵測結果，調整射頻增益或訊號等級。然而，由於電路技術的限制，偵測結果與理想值常有落差。因此，提高偵測結果的準確性，已成為業界的努力目標之一。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種功率偵測電路及其射頻電路。

本發明揭露一種功率偵測電路，包含有一輸入端，用來接收一交流之輸入訊號；一整流電路，用來轉換該交流之輸入訊號為一整流訊號；一輸出端，電性耦接於該整流電路，用來輸出該整流訊號；以及至少二電壓鉗位電路，每一個電壓鉗位電路電性耦接於該輸出端與一參考電位之間，係於該整流訊號大於該電壓鉗位電路之一導通電壓時，於該輸出端與該參考電位之間提供一導通路徑；其中至少一個電壓鉗位電路的導通電壓與另一個電壓鉗位電路的導通電壓不同。

本發明另揭露一種射頻電路，包含有一基頻電路，用來根據一整流訊號，產生一基頻訊號；一收發器，電性耦接於該基頻電路，用來轉換該基頻訊號為一射頻輸出訊號；一放大器，電性耦接於該收發器，用來放大該射頻輸出訊號，以產生一交流之放大射頻訊號；以及一功率偵測電路，包含有一輸入端，用來接收該交流之放大射頻訊號；一整流電路，用來轉換該交流之放大射頻訊號為該整流訊號；一輸出端，電性耦接於該整流電路，用來輸出該整流訊號；以及至少二電壓鉗位電路，每一個電壓鉗位電路電性耦接於該輸出端與一參考電位之間，係於該整流訊號大於該電壓鉗位電路之一導通電壓時，於該輸出端與該參考電位之間提供一導通路徑；其中至少一個電壓鉗位電路的導通電壓與另一個電壓鉗位電路的導通電壓不同。

根據上述實施例，本發明透過斜率控制，改善整流訊號對放大射頻訊號功率之線性，來提升功率偵測的準確性。

10、38‧‧‧功率偵測電路

20、30‧‧‧射頻電路

101‧‧‧輸入端

103‧‧‧輸出端

100‧‧‧輸入電容

110‧‧‧整流電路

112‧‧‧第一電晶體

122‧‧‧輸出電容

124‧‧‧輸出電阻

130_1、130_2‧‧‧電壓鉗位電路

132_1、132_2‧‧‧電阻模組

133_1、133_2‧‧‧電阻

134_1、134_2‧‧‧二極體模組

135_1、135_2‧‧‧二極體

141、143、145、147、149‧‧‧偏壓電阻

150‧‧‧電源開關端

32、260‧‧‧基頻電路

34、270‧‧‧收發器

36、280‧‧‧放大器

BB、BB1‧‧‧基頻訊號

C1、C2‧‧‧曲線

RF1‧‧‧第一射頻訊號

RF2‧‧‧第二射頻訊號

RFOUT‧‧‧射頻輸出訊號

VARF‧‧‧放大射頻訊號

VSW‧‧‧開關電壓

VFB‧‧‧回授訊號

GND‧‧‧參考電位

VDD‧‧‧電源電壓

VDC‧‧‧整流訊號

VAC‧‧‧交流訊號

Vth1、Vth2、Vdth1、Vdth1‧‧‧導通電壓

P_ARF、P_RF2‧‧‧功率

第1圖為本發明實施例一射頻電路之示意圖。

第2圖為第1圖之射頻電路中一回授訊號對一功率之關係圖。

第3圖為本發明另一實施例一射頻電路之示意圖。

第4圖為第3圖之射頻電路中一整流訊號對一功率之關係圖。

第5圖為本發明實施例一功率偵測電路之示意圖。

第6圖為第3圖之射頻電路之一變化實施例之示意圖。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一射頻電路30之示意圖。射頻電路30包含有一基頻(baseband)電路32、一收發器(transceiver)34、一放大器36及一功率偵測電路38。基頻電路32產生一基頻訊號BB1，並根據一回授訊號VFB調整基頻訊號BB1的大小，也就是說，基頻電路32根據回授訊號VFB產生基頻訊號BB1。收發器34轉換基頻訊號BB1為一第一射頻訊號RF1。放大器36放大第一射頻訊號RF1，以產生一第二射頻訊號RF2。功率偵測電路38偵測第二射頻訊號RF2的功率，並根據功率，產生回授訊號VFB，回授訊號VFB之電壓值與第二射頻訊號RF2之一功率P_RF2(以dBm為單位)成正比。請參考第2圖，在本實施例中，回授訊號VFB對功率P_RF2之一曲線C1其線性度較不理想，表示較不容易由回授訊號VFB準確偵測功率P_RF2。且隨著功率P_RF2的增加，回授訊號VFB會大幅上升，會使得回授訊號VFB容易超出可偵測的範圍。

請參考第3圖，第3圖為本發明另一實施例一射頻電路20之示意圖。射頻電路20包含有一基頻電路260、一收發器270、一放大器280及一功率偵測電路10。基頻電路260用來產生一基頻訊號BB，並根據一整流訊號VDC調整基頻訊號BB的大小，也就是說，基頻電路260根據整流訊號VDC，產生基頻訊號BB。收發器270用來轉換基頻訊號BB為一射頻輸出訊號RFOUT。放大器280用來放大射頻輸出訊號RFOUT，以產生一交流之放大射頻訊號VARF。功率偵測電路10 包含有一輸入端101、一整流電路110、一輸出端103及至少二電壓鉗位(clamp)電路130_1、130_2。輸入端101用來接收放大射頻訊號VARF，整流電路110用來轉換交流的放大射頻訊號VARF為直流的整流訊號VDC，輸出端103用來輸出整流訊號VDC。當整流訊號VDC之電壓分別大於電壓鉗位電路130_1、130_2之導通電壓Vth1、Vth2時，二極體135_1、135_2對應導通，使電壓鉗位電路130_1、130_2分別於輸出端103與一參考電位GND之間提供等效電阻VE1、VE2(即電阻133_1、133_2的阻值分別加上二極體135_1、135_2的導通電阻)。需注意的是，至少一個電壓鉗位電路的導通電壓與另一個電壓鉗位電路的導通電壓不同，也就是電壓鉗位電路130_1、130_2之導通電壓Vth1、Vth2不相同，因此，等效電阻VE1、VE2的阻值可不相同、或二極體135_1、135_2的導通電壓Vdth1、Vdth2可不相同。

簡單來說，為了改善第2圖中回授訊號VFB之非線性曲線C1，並使得回授訊號VFB較不容易超出可偵測的範圍，本發明透過設計導通電壓Vth1、Vth2之電壓值，使整流訊號VDC對放大射頻訊號VARF之一功率P_ARF之一曲線C2趨近於直線，如第4圖所示。舉例來說，若設計導通電壓Vth1=0.4伏特，導通電壓Vth2=0.6伏特，則當功率P_ARF=14dBm時，電壓鉗位電路130_1導通，電壓鉗位電路130_2不導通。當功率P_ARF=20.5dBm時，電壓鉗位電路130_1、130_2皆導通，使得曲線C2相較於曲線C1更接近直線，達到提升整流訊號VDC準確性(與功率P_ARF成正比)的目的。

根據本發明一實施例，電壓鉗位電路130_1包含有串聯之一電阻模組132_1及一二極體模組134_1，電壓鉗位電路130_2包含有串聯之一電阻模組132_2及一二極體模組134_2。電阻模組132_1、132_2分別包含有電阻133_1、 133_2，而二極體模組134_1、134_2分別包含有二極體(diode)135_1、135_2(或二極體接法的電晶體(transistor))，其具有門檻電壓(即導通電壓)Vdth1、Vdth2。在本發明一實施例中，電阻133_1、133_2的阻值相同，且二極體135_1、135_2的導通電壓Vdth1、Vdth2彼此不同。在本發明另一實施例中，電阻133_1、133_2的阻值彼此不同，且二極體135_1、135_2的導通電壓Vdth1、Vdth2相同。在本發明另一實施例中，電壓鉗位電路130_1、130_2的導通電壓Vth1、Vth2是可變的，例如電阻133_1、133_2包括可變電阻，可微調電壓鉗位發生的效果。

在本發明一實施例中，電阻模組132_1、132_2分別包含有：一第一端，電性耦接於該輸出端103；一第二端；且電阻133_1、133_2電性耦接於該第一端及該第二端之間。該二極體135_1、135_2之陽極電性耦接於該電阻模組132_1、132_2之該第二端，該二極體135_1、135_2之陰極電性耦接於該參考電位GND。在本發明另一實施例中，如第6圖所示，該電阻模組與該二極體的連結關係可互換，例如該二極體135_1、135_2之陽極電性耦接於該輸出端103；電阻模組132_1、132_2分別包含有：一第一端，電性耦接於該二極體135_1、135_2之陰極；一第二端，耦接於該參考電位GND；且電阻133_1、133_2電性耦接於該第一端及該第二端之間。

需注意的是，第3圖實施例中電壓鉗位電路130_1、130_2僅為方便說明本發明的精神，本領域者可根據實際需求增加電壓鉗位電路的數目或調整其組成元件，來更進一步改善整流訊號VDC的線性程度。根據本發明一實施例，電壓鉗位電壓鉗位電路130_2的等效電阻是電壓鉗位電路130_1的等效電阻的2~10倍時，曲線C2能有良好的線性特性。二極體模組134_1、134_2亦可包含多個二極體，透過彼此串聯，來達到目標的門檻電壓Vth1、Vth2。在本發明另一實施例中，電壓鉗位電路的數目為超過2個，且每一個電壓鉗位電路的導通電壓均與其他電壓鉗位電路的導通電壓不同。

整流電路110例如包含有一二極體。在另外一實施例中，整流電路110包含有一二極體接法(diode connected)的第一電晶體112、一輸出電容122及一輸出電阻124。在一實施例中，該輸出電容122與該輸出電阻124為並聯，且該輸出電容122電性耦接於該輸出端103及該參考電位GND之間，且該輸出電阻124電性耦接於該輸出端103及該參考電位GND之間。詳細來說，如第3圖所示，第一電晶體112的射極電性耦接於輸出端103，基極與集極以非直接連接的方式電性耦接，使得第一電晶體112具有整流的功能，能將交流的放大射頻訊號VARF轉換為直流的整流訊號VDC。以第4圖的關係圖為例，當功率P_ARF小於14dBm時，整流電路110單獨決定整流訊號VDC的電壓，亦即曲線C2的斜率單獨由輸出電容122與輸出電阻124產生的等效阻抗決定。

需注意的是，偵測放大射頻訊號VARF會產生功耗，為了適時關閉功率偵測功能，功率偵測電路10可另包含有一開關模組140，用來根據一開關電壓VSW，關閉第一電晶體112。開關模組140係由一電源電壓VDD與參考電位GND之電位差所驅動。參考電位GND可為一地端或一固定電位。而在此例中，參考電位GND為一地端。開關模組140包含有一電源開關端150、一第二電晶體142、一第三電晶體144及偏壓電阻141、143、145、147、149。該第二電晶體142包含有：一基極，電性耦接於該電源開關端150，用來接收該開關電壓VSW；一集極，電性耦接於該第一電晶體112之該集極，用來接收該電源電壓VDD；以及一射極，電性耦接於該第一電晶體112之該基極。該第三電晶體144包含有：一集極，電性耦接於該第二電晶體142之該射極；一基極，電性耦接該集極；以及一射極，電性耦接於該參考電位GND。該第一偏壓電阻141電性耦接於該電源開關端150及該第二電晶體142之該基極之間。該第二偏壓電阻143電性耦接於該第二電晶體142之該射極及該第三電晶體144之該集極之間。該第三偏壓電阻145電性耦接於該第三電晶體144之該射極及該參考電位GND之間。該第四偏壓電阻147電性耦接於該第三電晶體144之該集極及該第一電晶體112之該基極之間。該第五偏壓電阻149電性耦接於該第一電晶體112之該集極及該第二電晶體142之該集極之間。

詳細來說，如第3圖所示，第二電晶體142的基極接收開關電壓VSW，集極接收電源電壓VDD。舉例來說，開關電壓VSW可設計為3伏特代表邏輯「1」，0伏特代表邏輯「0」，電源電壓VDD為3.3伏特。當開關電壓VSW為3伏特時，第二電晶體142導通，第一電晶體112之集極與基極係電性導通，第一電晶體112具有二極體的整流功能，達到啟動功率偵測電路10的目的。相反地，當開關電壓VSW為0伏特時，第二電晶體142被關閉，第一電晶體112不再具有二極體的功能，電源電壓VDD與參考電位GND之間亦不存在導通路徑，能達到關閉功率偵測電路10降低功耗的目的。

由上述可知，以第4圖的關係圖為例，當功率P_ARF小於14dBm時，整流電路110單獨決定曲線C2的斜率，當功率P_ARF大於14dBm並小於20.5dBm時，整流電路110結合電壓鉗位電路130_1決定曲線C2的斜率，可減緩整流訊號VDC上升的幅度。當功率P_ARF大於20.5dBm時，整流電路110結合電壓鉗位電路130_1、130_2共同決定曲線C2的斜率，能進一步抑制整流訊號VDC上升的幅度。換言之，電壓鉗位電路130_1、130_2的導通電壓Vth1、Vth2能決定曲線C2的兩個轉折點，電壓鉗位電路130_1、130_2提供等效電阻VE1、VE2能決定曲線C2於兩個轉折點後的斜率。本領域具通常知識者能透過設計導通電壓Vth1、Vth2值與等效電阻VE1、VE2值，使曲線C2趨近於直線，或增加更多的電壓鉗位電路來加入新的轉折點與斜率控制。如此一來，整流訊號VDC與功率P_ARF的關係，更接近於成正比。

在另一實施例中，功率偵測電路10更包括一輸入電容100，輸入電容100電性耦接於輸入端101及整流電路110之間，用來耦合放大射頻訊號VARF。

須注意的是，第3圖的功率偵測電路10可以視為單獨的元件，如第5圖所示。功率偵測電路10包含有一輸入端101、一整流電路110、一輸出端103及至少二電壓鉗位(clamp)電路130_1、130_2。輸入端101用來接收交流訊號VAC，整流電路110用來轉換交流訊號VAC為直流的整流訊號VDC，輸出端103用來輸出整流訊號VDC。當整流訊號VDC之電壓分別大於電壓鉗位電路130_1、130_2之導通電壓Vth1、Vth2時，電壓鉗位電路130_1、130_2對應導通，且電壓鉗位電路130_1、130_2之導通電壓Vth1、Vth2不相同。本領域具通常知識者可根據不同的需求，將功率偵測電路10應用在其他的電路中，而不限於射頻電路20。功率偵測電路10之功能與組成已詳述於前文，為求敘述簡潔，在此不贅述。

綜上所述，本發明透過兩個以上的電壓鉗位電路，控制回授的整流訊號對輸入射頻訊號功率的曲線斜率，使其趨近於直線，來改善功率偵測電路的準確性。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0059"><TBODY><tr><td> 10 </td><td> 功率偵測電路 </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 射頻電路 </td></tr><tr><td> 101 </td><td> 輸入端 </td></tr><tr><td> 103 </td><td> 輸出端 </td></tr><tr><td> 100 </td><td> 輸入電容 </td></tr><tr><td> 110 </td><td> 整流電路 </td></tr><tr><td> 112 </td><td> 第一電晶體 </td></tr><tr><td> 122 </td><td> 輸出電容 </td></tr><tr><td> 124 </td><td> 輸出電阻 </td></tr><tr><td> 130_1、130_2 </td><td> 電壓鉗位電路 </td></tr><tr><td> 132_1、132_2 </td><td> 電阻模組 </td></tr><tr><td> 133_1、133_2 </td><td> 電阻 </td></tr><tr><td> 134_1、134_2 </td><td> 二極體模組 </td></tr><tr><td> 135_1、135_2 </td><td> 二極體 </td></tr><tr><td> 141、143、145、147、149 </td><td> 偏壓電阻 </td></tr><tr><td> 150 </td><td> 電源開關端 </td></tr><tr><td> 260 </td><td> 基頻電路 </td></tr><tr><td> 270 </td><td> 收發器 </td></tr><tr><td> 280 </td><td> 放大器 </td></tr><tr><td> BB </td><td> 基頻訊號 </td></tr><tr><td> RFOUT </td><td> 射頻輸出訊號 </td></tr><tr><td> VARF </td><td> 放大射頻訊號 </td></tr><tr><td> VSW </td><td> 開關電壓 </td></tr><tr><td> GND </td><td> 參考電位 </td></tr><tr><td> VDD </td><td> 電源電壓 </td></tr><tr><td> VDC </td><td> 整流訊號 </td></tr></TBODY></TABLE>

Claims

一種功率偵測電路，包含有：一輸入端，用來接收一交流之輸入訊號；一整流電路，用來轉換該交流之輸入訊號為一整流訊號；一輸出端，電性耦接於該整流電路，用來輸出該整流訊號；以及至少二電壓鉗位電路，每一個電壓鉗位電路電性耦接於該輸出端與一參考電位之間，係於該整流訊號大於該電壓鉗位電路之一導通電壓時，於該輸出端與該參考電位之間提供一導通路徑；其中至少一個電壓鉗位電路的導通電壓與另一個電壓鉗位電路的導通電壓不同。
如請求項1所述之功率偵測電路，其中該每一個電壓鉗位電路於該導通路徑提供一等效電阻，且該至少一個電壓鉗位電路的等效電阻與該另一個電壓鉗位電路的等效電阻不同。
如請求項1所述之功率偵測電路，其中該整流電路係一二極體接法之第一電晶體，該第一電晶體包含有：一射極，電性耦接於該輸出端，用來輸出該整流訊號；一基極，用來接收該輸入訊號；以及一集極，電性耦接於該基極。
如請求項3所述之功率偵測電路，其中該整流電路另包含有：一輸出電容，電性耦接於該輸出端及該參考電位之間；以及一輸出電阻，電性耦接於該輸出端及該參考電位之間。
如請求項1所述之功率偵測電路，其中每一電壓鉗位電路包含有：一電阻模組，包含有：一第一端，電性耦接於該輸出端；一第二端；以及至少一電阻，電性耦接於該第一端及該第二端之間；以及一二極體模組，包含有至少一二極體，其中該至少一二極體之陽極電性耦接於該電阻模組之該第二端，該至少一二極體之陰極電性耦接於該參考電位。
如請求項1所述之功率偵測電路，其中每一電壓鉗位電路包含有：一電阻模組，包含有：一第一端；一第二端，電性耦接於該參考電位；以及至少一電阻，電性耦接於該第一端及該第二端之間；以及一二極體模組，包含有至少一二極體，其中該至少一二極體之陽極電性耦接於該輸出端，該至少一二極體之陰極電性耦接於該電阻模組之該第一端。
如請求項2所述之功率偵測電路，其中該另一個電壓鉗位電壓鉗位電路的等效電阻是該至少一個電壓鉗位電路的等效電阻的2~10倍。
一種射頻電路，包含有：一基頻電路，用來根據一整流訊號，產生一基頻訊號；一收發器，電性耦接於該基頻電路，用來轉換該基頻訊號為一射頻輸出訊號；一放大器，電性耦接於該收發器，用來放大該射頻輸出訊號，以產生一交流之放大射頻訊號；以及一功率偵測電路，包含有：一輸入端，用來接收該交流之放大射頻訊號；一整流電路，用來轉換該交流之放大射頻訊號為該整流訊號；一輸出端，電性耦接於該整流電路，用來輸出該整流訊號；以及至少二電壓鉗位電路，每一個電壓鉗位電路電性耦接於該輸出端與一參考電位之間，係於該整流訊號大於該電壓鉗位電路之一導通電壓時，於該輸出端與該參考電位之間提供一導通路徑；其中至少一個電壓鉗位電路的導通電壓與另一個電壓鉗位電路的導通電壓不同。
如請求項8所述之功率偵測電路，其中該每一個電壓鉗位電路於該導通路徑提供一等效電阻，且該至少一個電壓鉗位電路的等效電阻與該另一個電壓鉗位電路的等效電阻不同。
如請求項8所述之射頻電路，其中該整流電路係一二極體接法之第一電晶體，該第一電晶體包含有：一射極，電性耦接於該輸出端，用來輸出該整流訊號；一基極，用來接收該放大射頻訊號；以及一集極，電性耦接於該基極。
如請求項8所述之射頻電路，其中該整流電路另包含有：一輸出電容，電性耦接於該輸出端及該參考電位之間；以及一輸出電阻，電性耦接於該輸出端及該參考電位之間。
如請求項10所述之射頻電路，另包含有一開關模組，包含有：一第二電晶體，包含有：一基極，電性耦接於一電源開關端，用來接收一開關電壓；一集極，電性耦接於該第一電晶體之該集極，用來接收一電源電壓；以及一射極，電性耦接於該第一電晶體之該基極；以及一第三電晶體，包含有：一集極，電性耦接於該第二電晶體之該射極；一基極，電性耦接該集極；以及一射極，電性耦接於該參考電位。
如請求項12所述之射頻電路，其中該開關模組另包含有：一第一偏壓電阻，電性耦接於該電源開關端及該第二電晶體之該基極之間；一第二偏壓電阻，電性耦接於該第二電晶體之該射極及該第三電晶體之該集極之間；一第三偏壓電阻，電性耦接於該第三電晶體之該射極及該參考電位之間；一第四偏壓電阻，電性耦接於該第三電晶體之該集極及該第一電晶體之該基極之間；以及一第五偏壓電阻，電性耦接於該第一電晶體之該集極及該第二電晶體之該集極之間。
如請求項8所述之射頻電路，其中每一電壓鉗位電路包含有：一電阻模組，包含有：一第一端，電性耦接於該輸出端；一第二端；以及至少一電阻，電性耦接於該第一端及該第二端之間；以及一二極體模組，包含有至少一二極體，其中該至少一二極體之陽極電性耦接於該電阻模組之該第二端，該至少一二極體之陰極電性耦接於該參考電位。
如請求項8所述之射頻電路，其中每一電壓鉗位電路包含有：一電阻模組，包含有：一第一端；一第二端，電性耦接於該參考電位；以及至少一電阻，電性耦接於該第一端及該第二端之間；以及一二極體模組，包含有至少一二極體，其中該至少一二極體之陽極電性耦接於該輸出端，該至少一二極體之陰極電性耦接於該電阻模組之該第一端。
如請求項9所述之射頻電路，其中該另一個電壓鉗位電壓鉗位電路的等效電阻是該至少一個電壓鉗位電路的等效電阻的2~10倍。
如請求項8所述之射頻電路，另包含有一輸入電容，電性耦接於該輸入端及該整流電路之間。