CN114428185A - 功率检测器及射频模块 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种功率检测器及射频模块。该功率检测器包括：输入电路，其第一端接收射频信号，第二端连接至偏置电压，输入电路基于射频信号和偏置电压进行分压处理，以生成多个交流信号；多分支检测电路，分别对多个交流信号进行功率检测，以获得多个检测信号；求和电路，对多个检测信号进行求和处理，以生成总检测电压；温度补偿电路，对总检测电压进行电平转换，並抵消溫度變化以生成输出电压，输出电压表征射频信号的功率大小。该功率检测器可以对放大的射频信号进行功率调节，并生成进行温度补偿后的输出电压，以提高功率检测器的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，更具体地，涉及一种功率检测器及射频模块。
背景技术
射频(Radio Frequency,RF)表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围大致在300KHz到30GHz之间，广泛应用于通信、医学、等离子体检测等领域。为了对射频的功率进行实时检测，通常需要辅以功率检测器，以便于进行射频前端链路的发射功率、增益、功耗和效率控制。功率检测器可产生指示射频信号功率的电压信号。在不同温度下，需要功率检测器为同一测得的射频信号功率产生一致的电压。
由于温度的变化，传统功率检测器的输出往往会改变。而且，由于大多数现代通信***为手持式和/或在极端环境中操作，所以经常遇到高温工作条件。该问题的当前解决方案可能涉及在多种温度下测试功率检测器以得到与该功率检测器相关的偏移系数，这些偏移系数可通过该功率检测器被加载到设备中以在功率检测器工作期间使用，以校正在不同温度下测得的射频信号功率。然而，该解决方案可能需要在功率检测器制造完毕后对其进行广泛测试并且需要进行计算和存储偏移系数等额外任务，使得这些系数与合适的功率检测器关联。在另一些解决方案中，在功率检测器中设置两个完全相同的检测电路，通过计算两个检测电路之间的电压差来进行温度补偿，然而，这样的复杂电路结构会占用大量的电路面积，不利于设备小型化。
因此，期望提供一种功率检测器，可以简化工作任务和电路结构，同时达到温度补偿的目的。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种功率检测器及射频模块，从而对功率检测器进行温度补偿，提高功率检测器的灵敏度和准确度。
根据本发明的一方面，提供一种功率检测器，包括：
输入电路，其第一端接收射频信号，第二端连接至偏置电压，所述输入电路基于所述射频信号和所述偏置电压进行分压处理，以生成多个交流信号；
多分支检测电路，分别对所述多个交流信号进行功率检测，以获得多个检测信号；
求和电路，对所述多个检测信号进行求和处理，以生成总检测电压；
温度补偿电路，对所述总检测电压进行电平转换，並因晶體管本身的溫度係數而抵消電路的溫度變化以生成输出电压，所述输出电压表征所述射频信号的功率大小。
可选的，还包括：功率放大器，连接在所述射频信号和所述输入电路的第一端之间，对所述射频信号进行放大处理。
可选的，所述功率放大器包括：
第一晶体管，基极经由基极电阻、第一电容接收射频信号，集电极经由电感连接至电源，并经由第二电容提供放大的射频信号，发射极接地；
第二晶体管，集电极经由第一电阻连接至所述电源，基极经由第二电阻连接至所述电源，发射极接地；以及
第三电阻，连接在所述电源和所述第一晶体管的基极之间。
可选的，所述输入电路包括串联连接的多个分压电阻，
所述射频信号经由电容连接至所述多个分压电阻的第一端，所述偏置电压经由偏置电阻连接至所述多个分压电阻的第二端，或者所述偏置电压经由偏置电阻连接至所述多个分压电阻的第一端，
所述多个分压电阻的第一端、所述多个分压电阻的第二端和所述多个分压电阻之间的各个串联节点分别提供相应的所述交流信号。
可选的，所述多分支检测电路包括多个检测分支，每个所述检测分支连接至相应的所述交流信号，并对相应的所述交流信号进行功率检测，以获得相应的所述检测信号。
可选的，所述多个检测分支分为初级检测分支和多个后级检测分支，所述检测信号由各个所述检测分支中二极管的正极提供，
所述初级检测分支包括正极连接至所述多个分压电阻的第一端、负极接地的二极管，
每个所述后级检测分支包括串联连接在所述多个分压电阻之间的一个串联节点和地之间的二极管和检测电阻，或者串联连接在所述多个分压电阻的第二端和地之间的二极管和检测电阻。
可选的，所述求和电路包括初级求和分支和多个后级求和分支，
所述初级求和分支包括初级晶体管，初级晶体管的基极经由初级电阻连接至相应的所述检测信号，集电极经由求和电阻连接至电源，发射极接地，
每个所述后级求和分支包括后级晶体管，后级晶体管的基极经由后级电阻连接至相应的所述检测信号，集电极经由求和电阻连接至电源，发射极经由电阻接地，
所述初级晶体管和多个所述后级晶体管的集电极共同连接作为所述求和电路的输出端，以提供所述总检测电压。
可选的，所述温度补偿电路包括晶体管，所述晶体管的基极接收所述总检测电压，集电极连接至电源，发射极经由第一发射极电阻和第二发射极电阻接地，所述第一发射极电阻和所述第二发射极电阻之间的节点提供所述输出电压。
可选的，所述温度补偿电路包括晶体管，所述晶体管的基极接收所述总检测电压，集电极连接至电源，发射极经由第二发射极电阻接地，所述发射极和所述第二发射极电阻之间的节点提供所述输出电压。
可选的，所述温度补偿电路包括晶体管，所述晶体管的基极接收所述总检测电压，集电极连接至电源，发射极经由第一发射极电阻和电流源接地，所述第一发射极电阻和所述电流源之间的节点提供所述输出电压。
根据本发明的第二方面，提供一种射频模块，包括：
射频信号发生器，生成射频信号；以及
如上所述的功率检测器，检测所述射频信号的功率大小。
本发明提供的功率检测器及射频模块，通过设置输入电路、多分支检测电路和求和电路，可以将非线性放大的射频信号进行功率调节，从而调整为线性放大的射频信号，从而增强了对低功率的射频信号的功率检测的灵敏度，并保证射频信号是线性增大的；进一步的，通过设置温度补偿电路，进行了温度补偿，对于相同的射频信号功率，输出电压基本稳定，当温度发生变化时，输出电压的变化范围较小。该功率检测器产生的输出电压基本稳定，不会随温度产生明显变化，具有良好的稳定性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了具有RF功率检测器的RF发射器的框图；
图2示出了传统RF均方根功率检测器的电路图；
图3示出了传统具有温度补偿功能的RF均方根功率检测器的电路图；
图4示出了根据本发明实施例的功率检测器的框图；
图5示出了根据本发明实施例的功率放大器的电路图；
图6示出了根据本发明第一实施例的功率检测器的电路图；
图7示出了根据本发明第二实施例的功率检测器的电路图；
图8示出了根据本发明第三实施例的功率检测器的电路图；
图9示出了根据本发明第三实施例的功率检测器的电路图；
图10a和10b分别示出了根据本发明实施例的输入电路的电路图；
图11示出了根据本发明实施例的功率检测器的输出电压随射频信号功率变化的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应理解，本申请实施例中的A与B连接/耦接，表示A与B可以串联连接或并联连接，或者A与B通过其他的器件，本申请实施例对此不作限定。
本申请提供的功率检测器可以应用于各种通信***中的发送端的射频模块，例如应用于雷达设备、通信设备、导航设备、卫星地面站、电子对抗设备等。其中，通信***例如但不限于为：全球移动通讯(global system of mobile communication,GSM)***、码分多址(code division multiple access,CDMA)***、宽带码分多址(wideband codedivision multiple access,WCDMA)***、通用分组无线业务(general packet radioservice,GPRS)、长期演进(long term evolution,LTE)***、LTE频分双工(frequencydivision duplex,FDD)***、LTE时分双工(time division duplex,TDD)、通用移动通信***(universal mobile telecommunication system,UMTS)、全球互联微波接入(worldwideinteroperability for microwave access,WiMAX)通信***、无线局域网(wirelesslocal area network,WLAN)、第五代无线通信***等。
功率检测器的主要功能是检测射频信号的功率。随着无线RF通信***的发展，全球的手持式设备和基站数目剧增。伴随着通信电子设备的发展，基站和手持式设备的功率消耗均增加。由于无线技术在我们世界的各个方面中的使用或扩展都不会减少，所以可能需要解决功耗降低这个问题。可能需要解决无线行业的功耗问题以降低操作成本、减少总体消耗并潜在地解决射频信号无线能量和人体生理之间相互影响这一越来越引人关注的问题。
图1示出了无线RF通信***100的实施例。无线通信***100包括如图1所示进行配置的基带处理器102、射频信号发生器104、功率放大器106、功率检测器108和天线110。无线通信***100可用于发射RF信号。例如，无线通信***100可用于将RF信号从基站发射到手持式设备或从手持式设备发射到基站。基带处理器102可产生或引入到射频信号发生器104的数据信号。随后，射频信号发生器104可将数据信号的频率升至指定用于发射的频率并将RF信号输出至功率放大器106。射频信号发生器104还可拥有由基带处理器102控制的相关增益。功率放大器106可放大从射频信号发生器104接收到的RF信号以发射到基站或从基站进行发射。功率放大器106还可拥有由基带处理器102改变的相关增益。功率检测器108可用于测量功率放大器106发射的信号的RF功率。定向耦合器(未示出)可用于将已发射的信号耦合到功率检测器108。
基带处理器102可从接收其发射的基站或手持式设备接收信号以改变发射的信号的功率。如果无线通信***100在手持式设备中实施，那么基站可通知手持式设备改变已发射信号的功率。如果无线通信***100在基站中实施，那么手持式设备可通知基站改变已发射信号的功率。如上所述，发射功率的管理在成本节约以及可能在安全性方面非常重要。当手持式设备发射过多功率或过少功率时，基站可指示手持式设备改变其发射功率。如果发射过多功率，那么可能会浪费功率、损害设备，并且可能导致设备的使用者出现不安全的状况。如果发射过少功率，那么设备用户可能会经历信号丢失和高噪声。当基站实施无线通信设备100时，可以采用同样的分析。
为了使基带处理器102改变发射功率量，其可能需要知道实际已发射的功率量。由于无线通信设备100中射频信号发生器和天线之间的潜在阻抗失配，所以实际输出功率可能不等于预期的输出功率。因此，基带处理器102可能需要调整射频信号发生器104或功率放大器106或者这两者的增益。为了协助调整无线通信***100的发射功率，功率检测器108测量正从功率放大器106发射到天线的RF功率。功率检测器108随后将测得的输出功率传送到基带处理器102。
功率检测器108可设计用于以不同的方式检测功率。一种方法可检测峰值功率，该方法可在波形的峰值振幅间隔期间测量波形递送的功率量。或者，功率检测器可测量已发射的波形或RF信号的RMS值。当测量RF信号的RMS时，测得的值可能与RF信号的平均功率成正比。此外，使用测量RMS功率的检测器时，检测器可能较少受到被测信号的频率和信号的峰均功率的影响。峰均功率可表示为波峰因子。另一方面，峰值功率检测器可能无法准确地测量具有较大波峰因子的RF信号的功率电平。
图2是传统单晶体管RMS功率检测器200的电路图。RMS功率检测器200可在类似于无线通信***100的无线通信***中利用并可表示RMS功率检测器的传统实施例。RMS功率检测器200可包括一个晶体管202、一个偏置电压源204、一个负载电阻器206和两个电容器。可实施这两个电容器使得一个电容器将晶体管202的栅极耦合到输入，另一个电容器将晶体管202的漏极耦合到接地。输入上的电容器可用于滤掉不需要的低频噪声。将漏极耦合到接地的电容器可结合负载电阻器产生滤波器，其过滤掉所有极低频率信号。RMS功率检测器200的输出取自漏极。该输出可为与输入RF信号的RMS值成正比的电压。
可对RMS功率检测器200的晶体管202进行偏置以在晶体管特性的饱和区工作。图2中的晶体管202表示N沟道金属氧化物半导体(NMOS)结构，而RMS功率检测器200还可使用P沟道金属氧化物半导体(PMOS)结构、双极(bi-polar)或双CMOS(bi-CMOS)技术来实施。当晶体管202在饱和区工作时，输出电压可为VDD、漏极电流(ID)和负载电阻器206的函数。VDD是通过负载电阻器206连接到晶体管202的漏极的DC偏置电压并且可为由类似于无线通信***100的无线通信***使用的电路电压。ID是流过晶体管202的漏极的电流并且可为栅极电压、阈值电压和VDD的函数。由于晶体管202可接收RF输入信号，栅极电压可包括RF输入信号的分量。一般而言，ID可被漏极到源极电压(Vds)影响，但是晶体管202的源极在RMS功率检测器200中连接到接地，使得源极电压为零。如果源极电压为零，那么Vds可等于晶体管202的漏极处的电压VDD，或者等于ID生成的电压降乘以从VDD中减去的负载电阻器206。
由于温度影响电路的输出，单晶体管RMS功率检测器(例如，RMS功率检测器200)可能要求不同温度下的多个校准步骤。除多个校准步骤外，单晶体管RMS功率检测器可要求多个温度下的测试以得到温度校正系数。温度校正系数可由无线通信***(例如，无线通信***100)使用以校正不同温度下得到的功率检测器测量。在没有温度校正系数的情况下，功率检测器测量在温度变化时可能不正确。
多个校准和测试步骤可增加生产时间和生产成本。由于功率检测电路对温度的依赖性，需要其它实施功率检测器的方法，这些方法可消除或降低温度影响并降低测试相关的生产成本。
图3是传统具有温度补偿功能的RF均方根功率检测器的电路图。RMS功率检测器300包括两个对称设置的检测电路，其中一个检测电路与图2所示的RMS功率检测器200完全相同，另一个检测电路与图2所示的RMS功率检测器200相类似，只是其输入端不接收RF信号。RMS功率检测器300根据两个检测电路输出电压之间的电压差来进行温度补偿。RMS功率检测器300包含的两个检测电路的具体原理可参照图2，在此不再赘述其相同之处。
图3所示的RMS功率检测器300虽然可以达到温度补偿的效果，但是由于其电路结构变成了双倍，因此占用的面积、生产成本都很高，不利于设备小型化和成本控制。
本发明实施例提供的功率检测器通过设置功率放大器和多分支检测模块，可以对检测的射频信号进行温度补偿，避免因自发热或环境温度的变化造成射频信号功率检测不稳定，并且电路尺寸较小，易于集成和降低成本。
下面将结合附图对本申请提供的功率检测器的实施例进行描述。
图4示出了根据本发明实施例的功率检测器的框图；图5示出了根据本发明实施例的功率放大器的电路图。
如图4所示，该功率检测器400包括功率放大器410、输入电路420、多分支检测电路430、求和电路440、温度补偿电路450和低通滤波电路460。
功率放大器410连接至射频信号RFin，对射频信号RFin进行放大处理。在该实施例中，功率放大器410可以提高射频信号RFin的输入强度以提高低功率检测灵敏度，其带通拓扑可以限制噪声带宽，并且功率放大器410提供负温度系数(TC)来补偿功率检测器，对温度补偿起到一定的作用。在一些替代的实施例中，可以省去功率放大器410，直接将射频信号RFin发送至输入电路420。
作为一个示例，如图5所示，功率放大器410包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电感L1、第一电容C1、第二电容C2以及基极电阻Rb。具体的，第一晶体管Q1的基极依次经由基极电阻Rb、第一电容C1接收射频信号RFin，集电极经由电感L1连接至电源Vcc1，并经由第二电容C2提供放大的射频信号RFout，发射极接地；第二晶体管Q2的集电极经由第一电阻R1连接至电源Vcc1，基极经由第二电阻R2连接至电源Vcc1，发射极接地；第三电阻R3连接在电源Vcc1和第一晶体管Q1的基极之间。
在替代的实施例中，电感L1可以被相应的微带线、螺旋电感或其他等效结构替代，即：本发明实施例不对各个电感和各个电容的实现方式做限制。
功率放大器410的输入输出曲往往是非线性的，通常是一个指数函数。为此，本申请在功率放大器410设计了输入电路420、多分支检测电路430、求和电路440，以调整射频信号的强度，使得最终输出信号基本或完全呈线性，有利于低功率的射频信号的功率检测。
输入电路420的第一端接收射频信号RFin(或者是经过功率放大器410进行放大的射频信号RFout)，第二端连接至偏置电压Vcc2，输入电路420基于射频信号RFin和偏置电压Vcc2进行分压处理，以生成多个交流信号VDC1-VDCN。各个交流信号VDC1-VDCN均是由射频信号RFin和偏置电压Vcc2在各个节点的分压叠加而成的，射频信号RFin和偏置电压Vcc2的分压和叠加是为了按照预定的比例来调整射频信号RFin的功率强度，以提高低功率射频信号功率检测的灵敏度。
多分支检测电路430具有多个检测分支Branch1-BranchN，多个检测分支4300-430N分别对与其相应的交流信号VDC1-VDCN进行功率检测，以获得多个检测信号。多分支检测电路430对交流信号进行半波整流。
求和电路440具有多个输入端，多个输入端分别接收相应的检测信号，求和电路440可对多个检测信号进行求和处理，以生成总检测电压Vo1。该总检测电压Vo1可表征射频信号的功率大小，但是由于未经过温度补偿，因此即使检测相同的射频信号，在不同的温度下，得到的各个总检测电压Vo1的差异较大。
为此，本发明实施例还设计了温度补偿电路450，连接至求和电路，用于对总检测电压Vo1进行电平转换，以生成输出电压Vout，从而可以达到温度补偿的效果。输出电压Vout表征射频信号RFin的功率大小，并且输出电压Vout的电平受温度影响非常小。
可选的，该功率检测器400还包括低通滤波电路460，连接至温度补偿电路450的输出端，用于对输出电压Vout进行低通滤波处理，以输出稳定的直流输出电压。
本发明实施例还提供了一种射频模块，其至少包括射频信号产生器和功率检测器400。一种示例性的射频模块可参见图1，应当理解，本发明不限于此，射频信号产生器和功率检测器400可以以任何形式进行组合，以达到射频信号功率检测的目的。
下面将参照图6-10b对本发明实施例的功率检测器400的具体电路结构进行详细说明。
图6示出了根据本发明第一实施例的功率检测器的电路图。如图6所示，在本发明提供的第一个实施例中，功率检测器400包括输入电路4201、多分支检测电路430、求和电路440和温度补偿电路4501。
输入电路4201包括依次串联连接的多个分压电阻Rv1-RvN，分压电阻Rv1的一端(作为多个分压电阻Rv1-RvN的第一端)经由电容C接收射频信号RFin，分压电阻RvN的一端(作为多个分压电阻Rv1-RvN的第二端)经由偏置电阻RCC连接至偏置电压Vcc2。各个分压电阻Rv1-RvN的端子输出相应的交流信号VDC1-VDCN，即，多个分压电阻Rv1-RvN的第一端、多个分压电阻Rv1-RvN的第二端和多个分压电阻Rv1-RvN之间的各个串联节点分别提供相应的交流信号VDC1-VDCN。
多分支检测电路430包括多个检测分支Branch1-BranchN，每个检测分支Branch1-BranchN连接至相应的交流信号Rv1-RvN，并对相应的交流信号Rv1-RvN进行功率检测，以获得相应的检测信号。多个检测分支Branch1-BranchN可划分为初级检测分支Branch1和多个后级检测分支Branch2-BranchN，初级检测分支Branch1和多个后级检测Branch2-BranchN分支均至少包括一个二极管，检测信号由各个检测分支中二极管的正极提供。
初级检测分支Branch包括二极管D1，其正极连接至分压电阻Rv1的一端、负极接地的；每个后级检测分支Branch2-BranchN包括串联连接在多个分压电阻之间的一个串联节点和地之间的二极管和检测电阻，或者串联连接在分压电阻RvN的一端和地之间的二极管和检测电阻。
求和电路440包括初级求和分支和多个后级求和分支，初级求和分支包括初级晶体管Q1，初级晶体管Q1的基极经由初级电阻Rb1连接至相应的检测信号，集电极经由求和电阻RL连接至电源Vcc1，发射极接地；每个后级求和分支包括后级晶体管Q2-QN中的一个，例如，后级晶体管Q2的基极经由后级电阻Rb2连接至相应的检测信号，集电极经由求和电阻RL连接至电源Vcc1，发射极经由电阻Rdg1接地。初级求和分支和多个后级求和分支中的各个晶体管Q1-QN的集电极共同连接作为求和电路440的输出端，以提供总检测电压Vo1。
温度补偿电路450包括晶体管Qef，晶体管Qef的基极接收总检测电压Vo1，集电极连接至电源Vcc1，发射极依次经由第一发射极电阻Ref1和第二发射极电阻Ref2接地，第一发射极电阻Ref1和第二发射极电阻Ref2之间的节点提供输出电压Vout。在该实施例中，晶体管Qef、第一发射极电阻Ref1和第二发射极电阻Ref2构成了一个射极跟随器，可以对总检测电压Vo1进行电平转换，从而达到温度补偿的效果。
在该实施例中，输出电压Vout＝总检测电压Vo1-Vbe-Ie*Ref1，Vbe是指晶体管Qef的基极与发射极间的电压，Ie是晶体管Qef的发射极电流，晶体管Qef的Vbe呈现负的温度系数(Temperature-Coefficient,TC)，即，Vbe的数值随温度上升而降低，第一发射极电阻Ref1也具有负温度系数，以加强温度补偿。
图7示出了根据本发明第二实施例的功率检测器的电路图。
如图7所示，在本发明提供的第二个实施例中，功率检测器400包括输入电路4201、多分支检测电路430、求和电路440和温度补偿电路4502，其中，输入电路4201、多分支检测电路430和求和电路440的电路结构与图6所示的输入电路4201、多分支检测电路430和求和电路440的电路结构相同，在此不再赘述其相同之处。
在该实施例中，温度补偿电路4502包括晶体管Qef，晶体管Qef的基极接收总检测电压Vo1，集电极连接至电源Vcc1，发射极经由第二发射极电阻Ref2接地，晶体管Qef的发射极与第二发射极电阻Ref2之间的节点提供输出电压Vout。在该实施例中，晶体管Qef和第二发射极电阻Ref2构成了一个射极跟随器，可以对总检测电压Vo1进行电平转换，从而达到温度补偿的效果。
在该实施例中，输出电压Vout＝总检测电压Vo1-Vbe，Vbe是指晶体管Qef的基极与发射极间的电压，晶体管Qef的Vbe呈现负的温度系数(Temperature-Coefficient,TC)，即，Vbe的数值随温度上升而降低，从而达到温度补偿的效果。
图8示出了根据本发明第三实施例的功率检测器的电路图。
如图8所示，在本发明提供的第三个实施例中，功率检测器400包括输入电路4201、多分支检测电路430、求和电路440和温度补偿电路4503，其中，输入电路4201、多分支检测电路430和求和电路440的电路结构与图6所示的输入电路4201、多分支检测电路430和求和电路440的电路结构相同，在此不再赘述其相同之处。
在该实施例中，温度补偿电路4503包括晶体管Qef，晶体管Qef的基极接收总检测电压Vo1，集电极连接至电源Vcc1，发射极依次经由第一发射极电阻Ref1和电流源I接地，第一发射极电阻Ref1和电流源I之间的节点提供输出电压Vout。在该实施例中，晶体管Qef、第一发射极电阻Ref1和电流源I构成了一个射极跟随器，可以对总检测电压Vo1进行电平转换，从而达到温度补偿的效果。
在该实施例中，输出电压Vout＝总检测电压Vo1-Vbe-I*Ref1，Vbe是指晶体管Qef的基极与发射极间的电压，I是电流源I的电流大小，晶体管Qef的Vbe呈现负的温度系数(Temperature-Coefficient,TC)，即，Vbe的数值随温度上升而降低，第一发射极电阻Ref1也具有负温度系数，以加强温度补偿。
图9示出了根据本发明第三实施例的功率检测器的电路图。
如图9所示，在本发明提供的第四个实施例中，功率检测器400包括输入电路4202、多分支检测电路430、求和电路440和温度补偿电路4501，其中，分支检测电路430、求和电路440和温度补偿电路4501的电路结构与图6所示的分支检测电路430、求和电路440和温度补偿电路4501的电路结构相同，在此不再赘述其相同之处。
在该实施例中，输入电路4202包括依次串联连接的多个分压电阻Rv1-RvN，分压电阻Rv1的一端(作为多个分压电阻Rv1-RvN的第一端)经由电容C接收射频信号RFin，并且分压电阻Rv1的一端经由偏置电阻RCC连接至偏置电压Vcc2。各个分压电阻Rv1-RvN的端子输出相应的交流信号VDC1-VDCN，即，多个分压电阻Rv1-RvN的第一端、多个分压电阻Rv1-RvN的第二端和多个分压电阻Rv1-RvN之间的各个串联节点分别提供相应的交流信号VDC1-VDCN。
基于一种示例性的配置，图10a和10b分别示出了根据本发明实施例的输入电路的电路图。
请参考图10a，输入电路420结合功率检测电路430可对射频信号RFin进行分压。在图10a所示的电路图中，射频信号RFin进行分压得到的射频分压由上至下依次为Vp，Vp2，Vp3，……，VpN，其中，Vp是射频信号RFin波峰值，射频信号RFin满足
根据电路分压的原理，Vp2满足：
其中，
是功率检测电路中的二极管的输入电阻，Rx是连接至分压电阻的多个后级分压电阻之和。
同理可得：
以此类推，可以得到射频分压在各个分压电阻上得到的射频分压。
请参考图10b，输入电路420可对偏置电压Vcc2进行分压处理，流经由上至下的各个分压电阻的电流值依次为I1，I2，I3，……IN，流经偏置电阻的电流值为Itot，各个电流值之间的关系满足：
则下至上的各个分压电阻的直流偏置电压分别满足：
VDCl＝VDC2-(I1+I2)*Rv2，
VDC0＝VDCl-I1*Rvl。
上文描述了本发明实施例的功率检测器400的一些示例，然而本发明实施例不限于此，还可能存在其他方式的扩展和变形。
例如，应当理解，前述实施例中的地电位可以在替代实施例中替换为其他非零的基准电位(具有正电压幅值或负电压幅值)或受控变化的参考信号。
又例如，本申请实施例提供的电感、电容可以是集总参数的电容元件和电感元件，也可以是其他功能与电容和电感类似的等效元件，这里所述的等效结构例如但不限于为微带线、变容管、具有一定图案的导体结构等可提供感性阻抗和/或容性阻抗的结构。
再例如，前述的功率检测器400可以为分立器件，也可以作为一个电路单元。在另一些实现方式中，前述的射频模块可以被封装在某器件中，而功率检测器400可以作为该器件***的负载线结构。
同时，本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的结构和方法，可以使用不同的配置方法或调节方法对每个结构或该结构的合理变形来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。并且，应理解，本申请实施例中前述的图的放大器各个部件之间的连接关系为示意性举例，并不对本申请实施例造成任何限制。
基于一种示例性的配置方式，图11示出了根据本发明实施例的功率检测器的输出电压随射频信号功率变化的示意图。
如图11所示，曲线S1表征传统技术中未进行温度补偿时功率检测器的输出电压随射频信号功率变化的规律，曲线S2表征本发明实施例的进行温度补偿之后功率检测器的输出电压随射频信号功率变化的规律。
如曲线S1所示，当未进行温度补偿时，对于相同的射频信号功率Input Power，传统工艺的功率检测器的输出电压不稳定，当温度发生变化时，输出电压的变化范围较大。
如曲线S2所示，在本发明实施例中，进行了温度补偿，对于相同的射频信号功率Input Power，输出电压基本稳定，当温度发生变化时，输出电压的变化范围较小。尤其在射频信号功率Input Power在-15dBm至5dBm范围内时，对于相同的射频信号功率InputPower，该功率检测器产生的输出电压基本稳定，不会随温度产生明显变化，具有良好的稳定性。
应当说明的是，在本文中，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。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (11)
1.一种功率检测器，其特征在于，包括：
输入电路，其第一端接收射频信号，第二端连接至偏置电压，所述输入电路基于所述射频信号和所述偏置电压进行分压处理，以生成多个交流信号；
多分支检测电路，分别对所述多个交流信号进行功率检测，以获得多个检测信号；
求和电路，对所述多个检测信号进行求和处理，以生成总检测电压；
温度补偿电路，对所述总检测电压进行电平转换，并抵消温度变化以生成输出电压，所述输出电压表征所述射频信号的功率大小。
2.根据权利要求1所述的功率检测器，其特征在于，还包括：功率放大器，连接在所述射频信号和所述输入电路的第一端之间，对所述射频信号进行放大处理。
3.根据权利要求2所述的功率检测器，其特征在于，所述功率放大器包括：
第一晶体管，基极经由基极电阻、第一电容接收射频信号，集电极经由电感连接至电源，并经由第二电容提供放大的射频信号，发射极接地；
第二晶体管，集电极经由第一电阻连接至所述电源，基极经由第二电阻连接至所述电源，发射极接地；以及
第三电阻，连接在所述电源和所述第一晶体管的基极之间。
4.根据权利要求1所述的功率检测器，其特征在于，所述输入电路包括串联连接的多个分压电阻，
所述射频信号经由电容连接至所述多个分压电阻的第一端，所述偏置电压经由偏置电阻连接至所述多个分压电阻的第二端，或者所述偏置电压经由偏置电阻连接至所述多个分压电阻的第一端，
所述多个分压电阻的第一端、所述多个分压电阻的第二端和所述多个分压电阻之间的各个串联节点分别提供相应的所述交流信号。
5.根据权利要求4所述的功率检测器，其特征在于，所述多分支检测电路包括多个检测分支，每个所述检测分支连接至相应的所述交流信号，并对相应的所述交流信号进行功率检测，以获得相应的所述检测信号。
6.根据权利要求5所述的功率检测器，其特征在于，所述多个检测分支分为初级检测分支和多个后级检测分支，所述检测信号由各个所述检测分支中二极管的正极提供，
所述初级检测分支包括正极连接至所述多个分压电阻的第一端、负极接地的二极管，
每个所述后级检测分支包括串联连接在所述多个分压电阻之间的一个串联节点和地之间的二极管和检测电阻，或者串联连接在所述多个分压电阻的第二端和地之间的二极管和检测电阻。
7.根据权利要求5所述的功率检测器，其特征在于，所述求和电路包括初级求和分支和多个后级求和分支，
所述初级求和分支包括初级晶体管，初级晶体管的基极经由初级电阻连接至相应的所述检测信号，集电极经由求和电阻连接至电源，发射极接地，
每个所述后级求和分支包括后级晶体管，后级晶体管的基极经由后级电阻连接至相应的所述检测信号，集电极经由求和电阻连接至电源，发射极经由电阻接地，
所述初级晶体管和多个所述后级晶体管的集电极共同连接作为所述求和电路的输出端，以提供所述总检测电压。
8.根据权利要求1所述的功率检测器，其特征在于，所述温度补偿电路包括晶体管，所述晶体管的基极接收所述总检测电压，集电极连接至电源，发射极经由第一发射极电阻和第二发射极电阻接地，所述第一发射极电阻和所述第二发射极电阻之间的节点提供所述输出电压。
9.根据权利要求1所述的功率检测器，其特征在于，所述温度补偿电路包括晶体管，所述晶体管的基极接收所述总检测电压，集电极连接至电源，发射极经由第二发射极电阻接地，所述发射极和所述第二发射极电阻之间的节点提供所述输出电压。
10.根据权利要求1所述的功率检测器，其特征在于，所述温度补偿电路包括晶体管，所述晶体管的基极接收所述总检测电压，集电极连接至电源，发射极经由第一发射极电阻和电流源接地，所述第一发射极电阻和所述电流源之间的节点提供所述输出电压。
11.一种射频模块，其特征在于，包括：
射频信号发生器，生成射频信号；以及
如权利要求1至10任一项所述的功率检测器，检测所述射频信号的功率大小。
Priority Applications (1)
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| CN202210122036.1A CN114428185A (zh) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | 功率检测器及射频模块 |
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| CN114428185A true CN114428185A (zh) | 2022-05-03 |
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|---|---|---|---|---|
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