与温度无关的cmos射频功率检测器的制造方法
【专利说明】与温度无关的CMOS射频功率检测器
[0001] 相关申请案交叉申请
[0002] 本发明要求2012年12月31日递交的发明名称为"与温度无关的CMOS射频功 率检测器（A Temperature Independent CMOS Radio Frequency Power Detector) " 的第 13/731815号美国非临时申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引用的方式并入 本文。
[0003] 关于由联邦政府赞助
[0004] 研宄或开发的声明
[0005] 不适用。
[0006] 参考缩微胶片附录
[0007] 不适用。
【背景技术】
[0008] 本发明大体涉及射频（RF)功率检测器，具体而言，涉及互补金属氧化物半导体 (CMOS)RF功率检测器。RF功率检测器可在无线RF通信系统中用于监控RF发射器的输出 功率和/或RF接收器的输入功率。RF检测器可产生指示RF信号功率的电压信号。无论工 作温度如何，需要RF功率检测器为同一测得的RF功率产生一致的电压。重申，需要RF功 率检测器的输出可能与温度无关。
[0009] 由于温度的变化，传统RF功率检测器的输出往往会改变。而且，由于大多数现代 通信系统为手持式和/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RF功率检测器以得到与该RF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RF功率检测器工作期间使 用。这些偏移系数可由设备用于校正在不同温度下测得的RF功率。然而，该解决方案可能 需要在RF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RF功率检测器关联。
【发明内容】
[0010] 在一项实施例中，本发明包括一种功率检测器电路，所述功率检测器电路包括用 于接收射频（RF)输入信号并生成第一电压的第一部分，其中所述第一电压包括与所述RF 输入信号的均方成正比的电压和所述第一部分的电压特性的总和，所述第一电压是第三部 分的输入；用于生成第二电压的第二部分，其中所述第二电压包括输出电压和与所述第一 部分的所述电压特性成正比的电压的组合，所述输出电压与所述RF输入信号的均方根成 正比；以及用于通过组合所述第一电压和所述第二电压生成所述输出电压的所述第三部 分，其中所述第二部分为所述第三部分产生负反馈回路，所述第三部分生成的所述输出电 压是所述功率检测器电路的输出。
[0011] 在另一项实施例中，本发明包括一种RF功率检测器，所述RF功率检测器包括第一 电路，用于接收输入RF信号并在所述第一电路的输出处生成与所述输入RF信号的均方成 正比的DC电压和所述第一电路工作的电压特性；第二电路，用于在所述第二电路的输出处 生成输出电压和与所述第一电压相等的电压；以及第一运算放大器，具有耦合到所述第一 电路的所述输出的第一输入、耦合到所述第二电路的所述输出的第二输入，以及通过跨导 体耦合到所述第二电路的所述第一运算放大器的输出，其中所述第一运算放大器的所述输 出与所述输出电压成正比，所述输出电压是所述输入RF信号的均方根。
[0012] 在又一项实施例中，本发明包括一种用于产生RF功率检测器的输出电压的方法， 所述方法包括第一电路接收RF输入信号；所述第一电路生成第一电压，所述第一电压包括 与所述RF输入信号的均方成正比的DC电压和所述第一电路的温度相关电压特性；所述第 二电路生成第二电压，所述第二电压包括输出电压和与所述第一电压相等的电压；运算放 大器组合所述第一电压和所述第二电压；所述运算放大器生成所述输出电压，其中所述输 出电压与温度无关并且是所述RF输入信号的均方根。
[0013] 结合附图和权利要求书，可从以下的详细描述中更清楚地理解这些和其它特征。
【附图说明】
[0014] 为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述， 其中相同参考标号表不相同部分。
[0015] 图1示出了使用RF功率检测器的RF发射器实施例。
[0016] 图2是传统RF均方根（RMS)功率检测器的实施例的电路图。
[0017] 图3是与温度无关的CMOS RF功率检测器的实施例的电路图。
[0018] 图4是图示用于生成与温度无关的RF RMS功率检测器输出的方法的实施例的方 框图。
【具体实施方式】
[0019] 最初应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但可使用任意 数目的当前已知或现有的技术来实施所公开的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所 说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方 案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。
[0020] 随着无线RF通信系统的发展，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RF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。
[0021] 图1示出了无线RF通信系统100的实施例。无线通信系统100包括如图1所示 进行配置的基带处理器l〇2、RF模块104、功率放大器106、功率检测器108和天线110。无 线通信系统100可用于发射RF信号。例如，无线通信系统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RF模块104 的数据信号。随后，RF模块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。RF模块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RF模块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。
[0022] 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。如果无线通信系统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。如果无线通信系统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。此外，联邦通信委员会（Federal Communication Commission)对基站和手持式设备 的最大允许输出功率均有准则。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。
[0023] 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RF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RF模块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系统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。
[0024] 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。
[0025] 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 似于无线通信系统100的无线通信系统中利用并可表示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