CN109799386B - 一种功率检测器 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种功率检测器。本申请实施例提供一种具有高动态范围且低功耗的功率检测器，该功率检测器结构简单，由供电电源，电容，开关组件，低通滤波电路和负载电阻组成，有并联和串联两种实现方法，原理相同。本申请实施例所述的功率检测器输入差分信号，利用开关组件的电压电流特性，通过开关组件和电容形成的放电电路，实现对输入的差分信号的功率检测。
Description
技术领域
本申请实施例涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种功率检测器。
背景技术
现代通信***中，为了保持通信的稳定性和延长电池的使用时间，在发射机中采用功率控制技术来控制发射机发射信号的功率是不可缺少的。功率检测器(PowerDetector,PD)是功率控制技术中不可缺少的模块。功率检测器的动态范围(DynamicRange,DR)决定了可以准确检测到的输入信号的功率范围。随着信号调制方式越来越复杂，信号的峰均比变大，使得输入信号的功率范围变化增大，因此对于高动态范围的功率检测器的研究越来越多。
现有研究中，具有高动态范围的功率检测器包含较多的电路模块，当输入功率较大时，随之地，功率检测器的功耗也较高；如此，功率检测器虽具有高动态范围，但因此带来的高功耗，也限制了其应用。
发明内容
鉴于此，本申请实施例提供一种具有高动态范围且低功耗的功率检测器。
第一方面，本申请实施例提供一种功率检测器，包括：电源、电容C1、电容C2、开关组件1、开关组件2、开关组件3、开关组件4、低通滤波电路、电阻R、信号输入端1、信号输入端2和检测输出端1，所述开关组件1的一端、所述开关组件2的一端与所述电源连接，所述开关组件1的另一端与所述电容C1的一端、所述开关组件3的一端连接，所述开关组件2的另一端与所述电容C2的一端、所述开关组件4的一端连接，所述开关组件3的另一端、所述开关组件4的另一端与所述电阻R的一端、所述低通滤波电路的输入端连接，所述电容C1的另一端与信号输入端1连接，所述电容C2的另一端与信号输入端2连接，所述低通滤波电路的输出端与所述检测输出端1连接。
第二方面，本申请实施例提供一种功率检测器，包括：电源、电容C1、电容C2、开关组件1、开关组件2、开关组件3、开关组件4、低通滤波电路、电阻R、信号输入端1、信号输入端2和检测输出端1，所述开关组件1的一端与所述电源连接，所述开关组件1的另一端与所述电容C1的一端、所述开关组件3的一端连接，所述开关组件2的一端与所述电源连接，所述开关组件2的另一端与所述电容C2的一端、所述开关组件4的一端连接，所述开关组件3的另一端、所述开关组件4的另一端与所述电阻R的一端、所述低通滤波电路的输入端连接，所述电阻R的另一端接地，所述低通滤波电路的输出端与所述检测输出端1连接，所述电容C1的另一端与所述信号输入端1连接，所述电容C2的另一端与所述信号输入端2连接。
在上述两方面的一种可能的实现方式中，所述开关组件1为二极管或场效应管，所述开关组件2为二极管或场效应管，所述开关组件3为二极管或场效应管，所述开关组件4为二极管或场效应管。
在上述两方面的另一种可能的实施方式中，所述低通滤波电路为二阶电阻电容滤波电路。
第三方面，本申请实施例还提供一种功率放大器，所述终端包括上述两方面或上述两方面的任意可能的实施方式中所述的功率检测器。
第四方面，本申请实施例还提供一种发射机，所述发射机包括上述两方面或上述两方面的任意可能的实施方式中所述的功率检测器。
第五方面，本申请实施例还提供一种接收机，所述接收机包括上述两方面或上述两方面任意可能的实施方式中所述的功率检测器。
本申请实施例输入差分信号，利用开关组件的电压电流特性，通过开关组件和电容形成的充电放电电路，实现对输入的差分信号的功率检测。
附图说明
图1为本申请实施例提供的并联方式实现的功率检测器；
图2为本申请实施例提供的串联方式实现的功率检测器；
图3为本申请实施例提供的并联方式实现的功率检测器的电路原理图；
图4为本申请实施例提供的串联方式实现的功率检测器的电路原理图；
图5为一个具体的并联方式实现的功率检测器；
图6为图5所示的功率检测器的一个仿真结果图；
图7为图5所示的功率检测器的另一个仿真结果图；
图8为另一个具体的并联方式实现的功率检测器；
图9为包含本申请实施例所述功率检测器的发射机；
图10为包含本申请实施例所述功率检测器的接收机。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
如图1、图2所示，本申请实施例提供一种具有高动态范围且低功耗的功率检测器；该功率检测器结构简单，由供电电源，电容，开关组件，低通滤波电路和负载电阻组成，有并联和串联两种实现方法，原理相同。
图1为本申请实施例提供的并联方式实现的功率检测器。如图1所示，一种功率检测器，包括：电源、电容C1、电容C2、开关组件1、开关组件2、开关组件3、开关组件4、低通滤波电路、电阻R、信号输入端1、信号输入端2和检测输出端1，所述开关组件1的一端、所述开关组件2的一端与所述电源连接，所述开关组件1的另一端与所述电容C1的一端、所述开关组件3的一端连接，所述开关组件2的另一端与所述电容C2的一端、所述开关组件4的一端连接，所述开关组件3的另一端、所述开关组件4的另一端与所述电阻R的一端、所述低通滤波电路的输入端连接，所述电容C1的另一端与信号输入端1连接，所述电容C2的另一端与信号输入端2连接，所述低通滤波电路的输出端与所述检测输出端1连接。该并联方式实现的功率检测器的工作原理，如图3所示：输入差分信号，在信号输入端1处输入差分信号IN+，在信号输入端2处输入差分信号IN-；当差分信号处于负半周时，差分信号IN+为负，通过供电电源电压和差分信号电压的合理设置，可形成适当的偏置电压，可使开关组件1闭合；与此同时，差分信号处于负半周时，差分信号IN-为正，通过差分信号电压和电阻R大小的合理设置，可形成适当的偏置电压，可使开关组件4闭合；如图3(左)所示，此时电容C1充电，电容C2放电。同理，当差分信号处于正半周时，差分信号IN+为正，通过差分信号电压和电阻R大小的合理设置，可形成适当的偏置电压，可使开关组件3闭合；与此同时，差分信号处于正半周时，差分信号IN-为负，通过供电电源电压和差分信号电压的合理设置，可形成适当的偏置电压，可使开关组件2闭合；如图3(右)所示，此时电容C2充电，电容C1放电。充电电流取决于开关组件两端的电压差，即偏置电压与IN+/IN-的电压差，输入的差分信号功率越大，此电压差也越大，充电电流越大。放电电流取决于放电电路中开关组件两端的电压差，输入的差分信号的功率越大，则放电电路中开关组件两端的电压差越大，放电电流越大，继而负载电阻R的电压值越高。再通过低通滤波电路滤除高频信号，就可以得到输入的差分信号的功率对应的输出电压，从而达到通过输出电压检测输入功率的目的；如图3所示，输出电压在检测输出端1处采集，即检测输出端1采集的电压值的大小，可用来表征差分信号的功率的大小。
图2为本申请实施例提供的串联方式实现的功率检测器。如图2所示，一种功率检测器，包括：电源、电容C1、电容C2、开关组件1、开关组件2、开关组件3、低通滤波电路、电阻R、信号输入端1、信号输入端2和检测输出端1，所述开关组件1的一端与所述电源连接，所述开关组件1的另一端与所述电容C1的一端、所述开关组件3的一端连接，所述开关组件2的一端与所述电源连接，所述开关组件2的另一端与所述电容C2的一端、所述开关组件4的一端连接，所述开关组件3的另一端、所述开关组件4的另一端与所述电阻R的一端、所述低通滤波电路的输入端连接，所述电阻R的另一端接地，所述低通滤波电路的输出端与所述检测输出端1连接，所述电容C1的另一端与所述信号输入端1连接，所述电容C2的另一端与所述信号输入端2连接。该串联方式实现的功率检测器的工作原理，如图4所示：输入差分信号，在信号输入端1处输入差分信号IN+，在信号输入端2处输入差分信号IN-；当差分信号处于负半周时，差分信号IN+为负，通过供电电源电压和差分信号电压的合理设置，可形成适当的偏置电压，可使开关组件1闭合；与此同时，差分信号处于负半周时，差分信号IN-为正，通过差分信号电压和电阻R大小的合理设置，可形成适当的偏置电压，可使开关组件3闭合；如图4(左)所示，此时电容C1充电，电容C2放电。同理，当差分信号处于正半周时，差分信号IN+为正，差分信号IN-为负,通过差分信号电压差，可形成适当的偏置电压，可使开关组件2闭合；如图4(右)所示，此时电容C2充电，电容C1放电。放电电流取决于放电电路中开关组件两端的电压差，输入的差分信号的功率越大，则放电电路中开关组件两端的电压差越大，放电电流越大，继而负载电阻R的电压值越高。再通过低通滤波电路滤除高频信号，就可以得到输入的差分信号的功率对应的输出电压，从而达到通过输出电压检测输入功率的目的；如图4所示，输出电压在检测输出端1处采集，即检测输出端1采集的电压值的大小，可用来表征差分信号的功率的大小。
上述图1并联方式实现的功率检测器中，所述开关组件1为二极管或场效应管，所述开关组件2为二极管或场效应管，所述开关组件3为二极管或场效应管，所述开关组件4为二极管或场效应管，即上述图1并联方式实现的功率检测器有16种具体的实现。当然，本申请实施例对上述功率检测器中的开关组件的具体实现不做限制，上述的16种具体实现仅仅为举例，本申请实施例功率检测器中的开关组件包括但不限于上述16种具体实现。
与此同时，低通滤波电路也有多种实现方式，关于低通滤波电路的实现方式，可参考现有技术，本申请实施例不赘述。
以下，提供本申请实施例的两个具体实现。
图5为一个具体的并联方式实现的功率检测器。如图5所示，这个具体的并联方式实现的功率检测器的电路组成和连接关系，与图1所示的功率检测器相同，此处不再赘述。在这个具体的并联方式实现的功率检测器中，所述开关组件1、所述开关组件2、所述开关组件3和所述开关组件4均为二极管；所述低通滤波电路为二阶电阻电容滤波电路(即所述低通滤波电路包括电阻R3、电阻R4、电容C3和电容C4，所述电阻R3的一端与所述电阻R4的一端、所述电容C3的一端连接，所述电阻R3的另一端为低通滤波电路的输入端，所述电容C3的另一端接地，所述电阻R4的另一端与所述电容C4的一端、所述低通滤波电路的输出端连接，所述电容C4的另一端接地)；开关组件由二极管实现的好处是放电电流取决于放电电路中二极管两端的电压差，在不同电压下，二极管的电压电流关系均为指数关系。
图5所示的这个具体的并联方式实现的功率检测器，其动态范围的仿真结果如图6、图7所示。如图6所示，该功率检测器的动态范围显著增加，可以达到49dB；如图7所示，该动态范围的误差在±0.5dB范围内。且通过测试，图5所示的功率检测器的静态功率消耗仅为0.33毫瓦。
图8为另一个具体的并联方式实现的功率检测器。如图8所示，这个具体的并联方式实现的功率检测器的电路组成和连接关系，与图1所示的功率检测器相同，此处不再赘述。在这个具体的并联方式实现的功率检测器中，所述开关组件1、所述开关组件2、所述开关组件3和所述开关组件4均为场效应管；所述低通滤波电路为二阶电阻电容滤波电路。在该实例中，开关组件由场效应管实现，原因为二极管在频率较高时存在额外的寄生效应；用场效应管作为开关组件，可以避免这个问题，使得这种功率检测器在高频电路甚至毫米波电路中也可以应用。
本申请实施例所述的功率检测器，可用在功率放大器、接收机、发射机等多种组件或设备中。
例如，如图9所示，图9为包含本申请实施例所述功率检测器的发射机。该发射机包括：基带部分，混频器，功率放大器，天线，功率检测器和增益/功率控制器。在该结构中，功率检测器检测功率放大器的输出功率，通过增益/功率控制器来调节基带、混频器和功率放大器的增益或者输出功率。
例如，如图10所示，图10为包含本申请实施例所述功率检测器的发射机机。该发射机包括：模数转换器、滤波器、功率检测器、参考电压、自动增益控制器、混频器、本振信号，低噪声放大器和天线。在该结构中，天线接收到的信号通过低噪声放大器放大，再通过混频器变频，滤波器滤波，经过功率检测器和自动增益控制器调节输出信号强弱，再经过滤波器和模数转换器转变为数字信号进行处理。
以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种功率检测器，其特征在于，包括：
电源、电容C1、电容C2、开关组件1、开关组件2、开关组件3、开关组件4、低通滤波电路、电阻R、信号输入端1、信号输入端2和检测输出端1，
其中，所述开关组件1的一端、所述开关组件2的一端与所述电源连接，所述开关组件1的另一端与所述电容C1的一端、所述开关组件3的一端连接，所述开关组件2的另一端与所述电容C2的一端、所述开关组件4的一端连接，所述开关组件3的另一端和所述开关组件4的另一端与所述电阻R的一端连接、所述开关组件3的另一端和所述开关组件4的另一端与所述低通滤波电路的输入端连接，所述电容C1的另一端与信号输入端1连接，所述电容C2的另一端与信号输入端2连接，所述低通滤波电路的输出端与所述检测输出端1连接；
其中，
所述信号输入端1用于输入差分信号IN+；
所述信号输入端2用于输入差分信号IN-。
2.根据权利要求1所述的功率检测器，其特征在于，所述开关组件1为二极管或场效应管，所述开关组件2为二极管或场效应管，所述开关组件3为二极管或场效应管，所述开关组件4为二极管或场效应管。
3.根据权利要求1至2任意一项所述的功率检测器，其特征在于，所述低通滤波电路为二阶电阻电容滤波电路。
4.一种功率检测器，其特征在于，包括：电源、电容C1、电容C2、开关组件1、开关组件2、开关组件3、低通滤波电路、电阻R、信号输入端1、信号输入端2和检测输出端1，
其中，所述开关组件1的一端与所述电源连接，所述开关组件1的另一端与所述电容C1的一端、所述开关组件2的一端连接，所述开关组件2的另一端与所述电容C2的一端、所述开关组件3的一端连接，所述开关组件3的另一端与所述电阻R的一端、所述低通滤波电路的输入端连接，所述电阻R的另一端接地，所述低通滤波电路的输出端与所述检测输出端1连接，所述电容C1的另一端与所述信号输入端1连接，所述电容C2的另一端与所述信号输入端2连接；
其中，
所述信号输入端1用于输入差分信号IN+；
所述信号输入端2用于输入差分信号IN-。
5.根据权利要求4所述的功率检测器，其特征在于，所述开关组件1为二极管或场效应管，所述开关组件2为二极管或场效应管，所述开关组件3为二极管或场效应管。
6.根据权利要求4-5任一项所述的功率检测器，其特征在于，所述低通滤波电路为二阶电阻电容滤波电路。
7.一种功率放大器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的功率检测器。
8.一种发射机，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的功率检测器。
9.一种接收机，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的功率检测器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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