TWI768926B - 訊號強度指標電路與傳輸電路 - Google Patents
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Abstract
一種訊號強度指標電路用以偵測功率放大器輸出的輸出訊號的輸出功率,其包含電壓增益電路、電流增益電路、乘法器及緩衝級。電壓增益電路用來在當輸出訊號的電位不大於閾值時,提供第一電壓增益給輸出訊號以產生指標電壓的第一值,及當輸出訊號的電位大於閾值時,提供第二電壓增益給輸出訊號以產生指標電壓的第二值。第一電壓增益大於第二電壓增益。電流增益電路用以依據對應輸出訊號的輸入訊號產生指標電流。乘法器用以將指標電壓與指標電流相乘以產生指標功率。緩衝級用以將指標功率轉換為指標訊號以指示輸出訊號的輸出功率。
Description
本發明是關於一種電路,尤指一種強度指標電路及相關傳輸電路。
傳輸電路應用於各種不同的無線通訊中,而不同的傳輸協定規範了傳輸電路的發射功率其可具有的功率範圍。在現有技術中,傳輸電路利用功率偵測器來偵測輸出訊號的強度,並依據偵測的強度產生發射訊號強度指標,其用以指示傳輸電路的發射功率。然而,不同的傳輸裝置(例如天線)或環境因子(例如溫度)可能會使發射功率改變,進而使輸出訊號的強度不符合傳輸協定的規範。再者,有些傳輸協定所規範的發射功率範圍可達35dB,現有技術中的功率偵測器無法涵蓋這樣的測量範圍,造成測量的不準確。因此,要如何調整功率偵測器的測量範圍以涵蓋傳輸協定所規範的功率範圍,已成為本領域極欲解決的問題之一。
本發明揭露一種訊號強度指標電路,用以偵測功率放大器輸出的輸出訊號的輸出功率,其包含電壓增益電路、電流增益電路、乘法器及緩衝級。電壓增益電路用來在當輸出訊號的電位不大於閾值時,提供
第一電壓增益給輸出訊號以產生指標電壓的第一值,及當輸出訊號的電位大於閾值時,提供第二電壓增益給輸出訊號以產生指標電壓的第二值。第一電壓增益大於第二電壓增益。電流增益電路用以依據對應輸出訊號的輸入訊號產生指標電流。乘法器用以將指標電壓與指標電流相乘以產生指標功率。緩衝級用以將指標功率轉換為指標訊號以指示輸出訊號的輸出功率。
本發明揭露一種傳輸電路,其包含功率放大器、處理電路及訊號強度指標電路。功率放大器用以依據該功率放大器的功率增益值放大輸入訊號以產生輸出訊號。處理電路用以依據指標訊號調整功率增益。訊號強度指標電路具有多個功率偵測範圍,用以利用該些功率偵測範圍中的一者來偵測輸出訊號的功率以產生指標訊號。
相較於習知技術,本申請的訊號強度指標電路與傳輸電路利用多個不同的增益對應的多個不同的功率偵測範圍來偵測輸出訊號的強度,以提升訊號強度指標電路的動態範圍。
10:傳輸電路
11:處理電路
12:訊號強度指標電路
13:輸出負載
122:電壓增益電路
123:電流增益電路
124:乘法器
125:緩衝級
ADC:類比數位轉換器
C1:電容
C10:電容
C2:電容
C3:電容
C4:電容
C5:電容
C6:電容
C7:電容
C8:電容
C9:電容
I-:負指標電流
I+:正指標電流
Iind:指標電流
M1:跨導體
M2:跨導體
OP:放大器
P-:負指標功率
P+:正指標功率
PA:功率放大器
Pind:指標功率
R1:電阻
R2:電阻
Sc:控制訊號
Si:指標訊號
Sin:輸入訊號
Sout:輸出訊號
SW1:開關
SW2:開關
SW3:開關
SW4:開關
V-:負指標電壓
V+:正指標電壓
Vi:輸入電壓
Vin:負輸入電壓
Vind:指標電壓
Vip:正輸入電壓
Vout:輸出電壓
Vvn:負輸出電壓
Vvp:正輸出電壓
在閱讀了下文實施方式以及附隨圖式時,能夠最佳地理解本申請的多種態樣。應注意到,根據本領域的標準作業習慣,圖中的各種特徵並未依比例繪製。事實上,為了能夠清楚地進行描述,可能會刻意地放大或縮小某些特徵的尺寸。
圖1為本發明一些實施例中,傳輸電路的示意圖。
圖2為本發明一些實施例中,訊號強度指標電路的示意圖。
圖1為本發明一些實施例中,傳輸電路10的示意圖。傳輸
電路10包含處理電路11、功率放大器PA、訊號強度指標電路12與輸出負載13。傳輸電路10用以向接收端(未繪示於圖中)傳輸輸出訊號Sout,其中,處理電路11依據指標訊號Si產生控制訊號Sc來調整功率放大器PA的功率增益,功率放大器PA依據功率增益放大輸入訊號Sin而產生輸出訊號Sout。功率放大器PA用以接收輸入訊號Sin的輸入端具有輸入電壓Vi。而由於輸出負載13,功率放大器PA用以輸出輸出訊號Sout的輸出端上具有輸出電壓Vout。訊號強度指標電路12用來偵測輸出訊號Sout的功率並依據輸入訊號Sin與輸出訊號Sout來產生指標訊號Si。
在一些實施例中,傳輸電路10受限於傳輸協定的規範,使得傳輸電路10輸出的輸出訊號Sout的功率須被限制在預設上限與預設下限之間。因此,訊號強度指標電路12用來測量輸出訊號Sout的功率,其依據輸入訊號Sin與輸出訊號Sout來產生指標訊號Si用以指示輸出訊號Sout的功率是否有落在規定的範圍內。在一些實施例中,指標訊號Si亦稱為發射訊號強度指標(transmitted signal strength indicator,TSSI)。舉例來說,WiFi 6使用的802.11ax標準中規定了輸出訊號Sout的功率需在-10dBm至25dBm之間。基於上述的功率範圍,訊號強度指標電路12須能夠測量該功率範圍內的輸出訊號Sout。在一些現有技術中,功率偵測器難以偵測功率介於-10dBm至25dBm內所有的範圍,使得測量準確度不佳。本申請所提供的訊號強度指標電路12可透過不同的增益來測量不同的功率範圍,以解決現有技術中遇到的問題。其細節說明如下。
參考圖2。圖2為訊號強度指標電路12的示意圖。訊號強度指標電路12包含電壓增益電路122、電流增益電路123、乘法器124與緩衝級125。圖1的功率放大器PA依據功率增益將輸入電壓Vi(對應輸入訊號
Sin)轉換為訊號Vout。電壓增益電路122接收輸出電壓Vout以產生指標電壓Vind。電流增益電路123接收輸入電壓Vi以產生指標電流Iind。乘法器124用以將指標電壓Vind與指標電流Iind相乘而產生指標功率Pind。緩衝級125將指標功率Pind轉換成指標訊號Si輸出。
在一些實施例中,輸出電壓Vout為差動對,包含正輸出電壓Vvp與負輸出電壓Vvn。電壓增益電路122接收正輸出電壓Vvp與負輸出電壓Vvn,並輸出指標電壓Vind中的正指標電壓V+與負指標電壓V-。輸入電壓Vi為差動對,包含正輸入電壓Vip與負輸出電壓Vin。電流增益電路123接收正輸入電壓Vip與負輸入電壓Vin,並輸出指標電流Iind中的正指標電流I+與負指標電流I-。
在一些實施例中,電壓增益電路122包含電容C1、電容C2、電容C3、開關SW1與開關SW2形成的一組正電壓路徑。如圖2所示,電容C1的第一端與電容C2的第一端接收輸出電壓Vout中的正輸出電壓Vvp,開關SW1的第一端與開關SW2的第一端分別耦接電容C1的第二端與電容C2的第二端,開關SW1的第二端與開關SW2的第二端耦接電容C3的第一端,電容C3的第二端接地,其中電容C3的第一端更耦接乘法器124。
電壓增益電路122可藉由控制開關SW1及開關SW2的導通狀況於第一電壓增益組態與第二電壓增益組態之間切換,其用以對應地切換多個功率偵測範圍。不同的電壓增益組態可產生具有不同值的的指標電壓Vind.
當開關SW1導通及開關SW2不導通時(第一電壓增益組態),正輸出電壓Vvp在電容C1的第一端被接收,並在電容C3的第一端產
生正指標電壓V+。因為電容C3的第二端接地,所以正指標電壓V+的電位可由正輸出電壓Vvp的電位以及電容C1與電容C3的分壓比例來表示(V+=Vvp*C1/(C1+C3))。
當開關SW1不導通及開關SW2導通時(第二電壓增益組態),正輸出電壓Vvp在電容C2的第一端被接收,並在電容C3的第一端產生正指標電壓V+。同理,正指標電壓V+的電位可由正輸出電壓Vvp的電位以及電容C2與電容C3的分壓比例來表示(V+=Vvp*C2/(C2+C3))。
在一些實施例中,電容C1的電容值大於電容C3的電容值,且電容C3的電容值大於電容C2的電容值。基於上述電容值的關係,當開關SW1導通及開關SW2不導通時,電壓增益電路122形成第一電壓增益組態,產生的正指標電壓V+較大,而當開關SW1不導通及開關SW2導通時,電壓增益電路122形成第二電壓增益組態,產生的正指標電壓V+較小。換言之,電壓增益電路122可透過開關SW1及開關SW2的導通狀況來決定從正輸出電壓Vvp到正指標電壓V+之間的電壓增益。亦即,當電壓增益電路122形成第一電壓增益組態時(開關SW1導通及開關SW2不導通),電壓增益電路122提供一個較大的電壓增益,而當電壓增益電路122形成第一電壓增益組態時(開關SW1不導通及開關SW2導通時),電壓增益電路122提供一個較小的電壓增益。
當正輸出電壓Vvp的電位大於一閾值時,為了要使正指標電壓V+的電位不超過乘法器124可處理的上限,電壓增益電路122可以利用將開關SW1不導通及開關SW2導通(即第二電壓增益組態),以得到較小的電壓增益將正輸出電壓Vvp增益為正指標電壓V+。相對而言,當正輸出電壓Vvp的電位小於該閾值時,為了要使正指標電壓V+的電位不低於
乘法器124可處理的下限,電壓增益電路122可以利用將開關SW1導通及開關SW2不導通(即第一電壓增益組態),以得到較大的電壓增益將正輸出電壓Vvp增益為正指標電壓V+。綜上所述,電壓增益電路122可利用不同的電壓增益將不同電位範圍的正輸出電壓Vvp產生為正指標電壓V+,以利後續功率偵測的操作。
在一些實施例中,開關SW1及開關SW2的至少其中之一導通。
在一些實施例中,電壓增益電路122更包含電容C4、電容C5、電容C6、開關SW3與開關SW4形成的一組負電壓路徑。電容C4、電容C5、電容C6、開關SW3與開關SW4用以依據負輸出電壓Vvn產生負指標電壓V-。其中,電容C4、電容C5、電容C6、開關SW3與開關SW4分別對應電容C1、電容C2、電容C3、開關SW1與開關SW2,且具相同的連接關係與操作(例如:負電壓路徑可具有相同於正電壓路徑的第一電壓增益組態及第二電壓增益組態,且兩路徑可操作於對應的增益組態)。因此,電容C4、電容C5、電容C6、開關SW3與開關SW4之細節於此不再贅述。
電流增益電路123包含跨導體(transconductor)M1、跨導體M2、電容C7與電容C8。跨導體M1與跨導體M2的接收端分別用以接收正輸入電壓Vip與負輸入電壓Vin,並分別在跨導體M1與跨導體M2的輸出端產生負指標電流I-與正指標電流I+。跨導體M1與跨導體M2具有電流源(未繪示),在一些實施例中,跨導體M1與跨導體M2共享同一電流源。電容C7的第一端耦接跨導體M1的接收端,及電容C7的第二端耦接跨導體M2的輸出端。對應地,電容C8的第一端耦接跨導體M2的接收端,及電容C8的第二端耦接跨導體M1的輸出端。在一些實施例中,電容C7與電容C8用
以調整正指標電流I+與負指標電流I-的相位,以增進偵測的準確度。
跨導體M1與跨導體M2分別具有多個並聯設置的電晶體(為了圖式簡潔,圖2中僅繪示一個電晶體,並以一箭號標示其為可變),當不同數量的電晶體導通時,跨導體M1與跨導體M2可提供不同的電流增益給正輸入電壓Vip與負輸入電壓Vin。換言之,跨導體M1與跨導體M2透過導通不同電晶體以形成不同的電流增益組態,其各自對應一個功率偵測範圍。例如,當導通的電晶體較多或較大時,因為等效通道較寬,跨導體M1與跨導體M2可產生較大的電流,因此電流增益較大。相對而言,當導通的電晶體較少或較小時,因為等效通道較窄,跨導體M1與跨導體M2僅能產生較小的電流,因此電流增益較小。
乘法器124用以接收電壓增益電路122產生的正指標電壓V+與負指標電壓V-及電流增益電路123產生的正指標電流I+與負指標電流I-,並將正指標電壓V+與正指標電流I+相乘,及將負指標電壓V-與負指標電流I-相乘,以產生指標功率Pind。指標功率Pind包含由正指標電壓V+與正指標電流I+相乘得到的指標功率P+以及由負指標電壓V-與負指標電流I-相乘得到的指標功率P-。
緩衝級125包含放大器OP、類比數位轉換器ADC、電容C9、電容C10、電阻R1與電阻R2。放大器OP耦接乘法器124,用以放大指標功率Pind。類比數位轉換器ADC耦接放大器OP,用以將放大後的指標功率Pind轉換成指標訊號Si。電容C9、電容C10、電阻R1與電阻R2跨接在放大器OP的輸入端與輸出端之間。
在一些實施例中,緩衝級125具有正輸入端、負輸入端、正輸出端與負輸出端。電容C9與電阻R1跨接在放大器OP的正輸入端與正
輸出端之間,及電容C10與電阻R2跨接在放大器OP的負輸入端與負輸出端之間。正輸入端與負輸入端分別用以接收指標功率P+與指標功率P-。
在一些實施例中,類比數位轉換器ADC具有低阻抗,耦接在類比數位轉換器ADC之前的電阻R1、電阻R2、電容9與電容10實施為低通濾波器,其用以消除指標功率Pind上的雜訊。在一些實施例中,電阻R1與電阻R2為可變電阻。調整電阻R1與電阻R2的阻值可調整緩衝級125的增益以及上述低通濾波器的通帶。
上文的敘述簡要地提出了本申請某些實施例之特徵,而使得本申請所屬技術領域具有通常知識者能夠更全面地理解本申請內容的多種態樣。本申請所屬技術領域具有通常知識者當可明瞭,其可輕易地利用本申請內容作為基礎,來設計或更動其他製程與結構,以實現與此處該之實施方式相同的目的和/或達到相同的優點。本申請所屬技術領域具有通常知識者應當明白,這些均等的實施方式仍屬於本申請內容之精神與範圍,且其可進行各種變更、替代與更動,而不會悖離本申請內容之精神與範圍。
12:訊號強度指標電路
122:電壓增益電路
123:電流增益電路
124:乘法器
125:緩衝級
ADC:類比數位轉換器
C1:電容
C10:電容
C2:電容
C3:電容
C4:電容
C5:電容
C6:電容
C7:電容
C8:電容
C9:電容
I-:負指標電流
I+:正指標電流
Iind:指標電流
M1:跨導體
M2:跨導體
OP:放大器
P-:負指標功率
P+:正指標功率
Pind:指標功率
R1:電阻
R2:電阻
Si:指標訊號
SW1:開關
SW2:開關
SW3:開關
SW4:開關
V-:負指標電壓
V+:正指標電壓
Vi:輸入電壓
Vin:負輸入電壓
Vind:指標電壓
Vip:正輸入電壓
Vout:輸出電壓
Vvn:負輸出電壓
Vvp:正輸出電壓
Claims (10)
- 一種訊號強度指標電路,用以偵測一功率放大器輸出的一輸出訊號的一輸出功率,包含:一電壓增益電路,用來在當該輸出訊號的一電位不大於一閾值時,提供一第一電壓增益給該輸出訊號以產生一指標電壓的一第一值,及當該輸出訊號的該電位大於該閾值時,提供一第二電壓增益給該輸出訊號以產生該指標電壓的一第二值,其中該第一電壓增益大於該第二電壓增益;一電流增益電路,用以依據對應該輸出訊號的一輸入訊號產生一指標電流;一乘法器,用以將該指標電壓與該指標電流相乘以產生一指標功率;及一緩衝級,用以將該指標功率轉換為一指標訊號以指示該輸出訊號的該輸出功率。
- 如請求項1中的訊號強度指標電路,其中該電壓增益電路包含:一第一電容;一第二電容,其中該第一電容的一第一端與該第二電容的一第一端用以接收該輸出訊號;一第一開關,其中該第一開關的一第一端耦接該第一電容的一第二端,該第一開關的一第二端耦接該乘法器;一第二開關,其中該第二開關的一第一端耦接該第二電容的一第 二端,該第二開關的一第二端耦接該乘法器,其中在該電壓增益電路操作時,該第一開關與該第二開關的至少其中之一導通;及一第三電容,耦接與該第一開關的該第二端及一接地端之間。
- 如請求項2中的訊號強度指標電路,其中當該第一開關導通及該第二開關不導通時,該電壓增益電路利用該第一電壓增益,及當該第二開關導通及該第一開關不導通時,該電壓增益電路利用該第二電壓增益。
- 如請求項1中的訊號強度指標電路,其中該電流增益電路提供一第一電流增益該輸入訊號以產生該指標電流的一第一值或提供一第二電流增益給該輸入訊號以產生該指標電流的一第二值。
- 如請求項4中的訊號強度指標電路,其中該電流增益電路包含:一跨導體,用以依據該輸入訊號產生該指標電流。
- 如請求項5中的訊號強度指標電路,其中該跨導體包含並聯設置的一第一電晶體與一第二電晶體,其中當該第一電晶體導通時,該電流增益電路提供該第一電流增益給該輸入訊號,當該第一電晶體不導通時,該電流增益電路提供該第二電流增益給該輸入訊號。
- 一種傳輸電路,包含:一功率放大器,用以依據該功率放大器的一功率增益放大一輸入訊號以產生一輸出訊號; 一處理電路,用以依據一指標訊號調整該功率增益;及一訊號強度指標電路,具有複數個功率偵測範圍,該訊號強度指標電路用以接收該輸入訊號與該輸出訊號,並用以利用該些功率偵測範圍中的一者來偵測該輸出訊號的一功率,其中該訊號強度指標電路更用以依據該輸入訊號與該輸出訊號產生該指標訊號以指示該功率是否符合該傳輸電路的一規範。
- 如請求項7中的傳輸電路,其中當該輸出訊號的功率超過一預設上限值時,該訊號強度指標電路產生該指標訊號使該處理電路降低該功率增益。
- 如請求項7中的傳輸電路,其中當該輸出訊號的功率低於一預設下限值時,該訊號強度指標電路產生該指標訊號使該處理電路提高該功率增益。
- 如請求項7中的傳輸電路,其中該訊號強度指標電路包含:一電壓增益電路,可於一第一電壓增益組態與一第二電壓增益組態之間切換來對應地在該些功率偵測範圍中的至少二者間切換,該電壓增益電路並利用該第一電壓增益組態或該第二電壓增益組態對應的一電壓增益來將該輸出訊號輸出為一指標電壓的一第一值或一第二值;一電流增益電路,可於一第一電流增益組態與一第二電流增益組態之間切換來對應地在該些功率偵測範圍中的至少二者間切換,該 電流增益電路並利用該第一電流增益組態或第二電流增益組態對應的一電流增益來將該輸入訊號輸出為一指標電流的一第一值或一第二值;一乘法器,用以將該指標電壓與該指標電流相乘以產生一指標功率;及一緩衝級,用以將該指標功率轉換為該指標訊號。
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