具有溫度補償的功率檢測器的制造方法
【專利摘要】公開了具有溫度補償且具有改進的隨溫度的準確性的功率檢測器。通過改變功率檢測器內的MOS晶體管的柵極電壓和漏極電壓兩者來減小功率檢測器增益隨溫度的變化。在示例性設計中，一種裝置包括至少一個MOS晶體管(320)，該至少一個MOS晶體管接收輸入信號(V輸入)，基于功率檢測增益來檢測該輸入信號(V輸入)的功率，以及提供指示該輸入信號(V輸入)的功率的輸出信號(l輸出)。該至少一個MOS晶體管(320)被施加可變柵極偏置電壓和可變漏極偏置電壓，以減小功率檢測增益隨溫度的變化。至少一個附加MOS晶體管(322)可以接收第二可變柵極偏置電壓，并且提供用于該至少一個MOS晶體管的可變漏極偏置電壓。
【專利說明】具有溫度補償的功率檢測器
[0001] 本申請要求于2012年6月1日提交的題為"POWER DETECTOR WITH TEMPERATURE COMPENSATION具有溫度補償的功率檢測器）"的美國臨時申請S/N. 61/654, 655的優先權， 該臨時申請已轉讓給本申請受讓人并全部通過引用納入于此。
【背景技術】
[0002] I ?領域
[0003] 本公開一般涉及電子器件，且更具體而言涉及功率檢測器。
[0004] II ?背景
[0005] 無線設備（例如，蜂窩電話或智能電話）可傳送和接收數據以與無線通信系統進 行雙向通信。無線設備可包括用于數據傳輸的發射機以及用于數據接收的接收機。對于數 據傳送，發射機可用數據來調制發射本地振蕩器（L0)信號以獲得經調制射頻（RF)信號，放 大該經調制RF信號以獲得具有恰當輸出功率電平的輸出RF信號，并經由天線將該輸出RF 信號發射到基站。對于數據接收，接收機可經由天線獲得收到RF信號，放大該收到RF信號 并用接收L0信號對該收到RF信號進行下變頻，并處理該經下變頻信號以恢復由基站發送 的數據。
[0006] 無線設備可以包括用以測量RF信號功率的功率檢測器。功率檢測器可提供可以 是輸入信號的平方函數的輸出信號并且可被稱作平方律檢波器。功率檢測器可以用互補 金屬氧化物半導體（CMOS)晶體管來實現，并且可以使用CMOS晶體管的漏極電流與柵極電 壓之間的平方律關系將輸入信號功率轉換成輸出電流。功率檢測器與功率檢測器增益相關 聯，功率檢測器增益是輸出電流與輸入信號功率之間的轉換增益。功率檢測器增益可以與 電子遷移率成比例，電子遷移率可以是溫度的函數。因此，功率檢測器增益將隨溫度而變， 例如，對于某些集成電路（1C)工藝而言改變高達7分貝（dB)。功率檢測器增益隨溫度的變 化將不利地影響功率檢測器隨溫度的準確性。
[0007] 概述
[0008] 本文公開了具有溫度補償且具有改進的隨溫度的準確性的功率檢測器。這些功率 檢測器還可以針對1C工藝、電源電壓等的變化而被補償。
[0009] 在本公開的一個方面，可通過改變功率檢測器內的M0S晶體管的柵極電壓和漏極 電壓兩者來減小功率檢測器增益隨溫度的變化。在示例性設計中，一種裝置（例如，無線設 備或1C)可以包括至少一個M0S晶體管，該至少一個M0S晶體管可以接收輸入信號，基于功 率檢測增益來檢測該輸入信號的功率，以及提供指示該輸入信號的功率的輸出信號。該輸 入信號可以包括輸入RF信號，并且該輸出信號可以包括指示該輸入RF信號的功率的包絡 信號。該至少一個M0S晶體管可以被施加可變柵極偏置電壓和可變漏極偏置電壓，以減小 功率檢測增益隨溫度的變化。該裝置可進一步包括耦合到該至少一個M0S晶體管的至少一 個附加M0S晶體管。該至少一個附加M0S晶體管可以被施加第二可變柵極偏置電壓，并且 可以為該至少一個M0S晶體管提供可變漏極偏置電壓。
[0010] 在本公開的另一個方面，功率檢測器的功率檢測器增益可以被估計，并且可以或 者在功率檢測器之前或者在功率檢測器之后執行補償以計及功率檢測器增益的變化。在示 例性設計中，一種裝置可以包括功率檢測器、增益估計電路以及信號補償電路。功率檢測器 可以接收輸入信號及提供輸出信號，并且可以具有依賴于溫度的增益。增益估計電路可以 估計功率檢測器的增益。信號補償電路可基于功率檢測器的所估計增益來補償輸入信號和 /或輸出信號。
[0011] 以下更加詳細地描述本公開的各種方面和特征。
[0012] 附圖簡述
[0013] 圖1示出無線通信設備的框圖。
[0014] 圖2示出功率檢測器的示意圖。
[0015] 圖3示出具有溫度補償的功率檢測器的示意圖。
[0016] 圖4A至4C示出具有對溫度依賴型功率檢測器增益的補償的功率檢測模塊的三個 示例性設計。
[0017] 圖5示出增益估計電路的示例性設計。
[0018] 圖6示出用于執行功率檢測的過程。
[0019] 圖7示出用于執行具有補償的功率檢測的過程。
[0020] 詳細描述
[0021] 以下闡述的詳細描述旨在作為本公開的示例性設計的描述，而無意表示可在其中 實踐本公開的僅有設計。術語"示例性"在本文中用于表示"用作示例、實例或解說"。本文 中描述為"示例性"的任何設計不必被解釋為優于或勝過其他設計。本詳細描述包括具體 細節以提供對本公開的示例性設計的透徹理解。對于本領域技術人員將明顯的是，沒有這 些具體細節也可實踐本文描述的示例性設計。在一些實例中，公知的結構和器件以框圖形 式示出以免湮沒本文中給出的示例性設計的新穎性。
[0022] 本文公開了具有溫度補償且具有改進性能的功率檢測器。這些功率檢測器還可以 針對1C工藝、電源電壓等的變化而得到補償。這些功率檢測器可以用于各種電子設備，諸 如無線通信設備、智能電話、平板計算機、個人數字助理（PDA)、手持式設備、無線調制解調 器、膝上型計算機、智能本、上網本、無繩電話、無線本地環路（WLL)站、藍牙設備、消費電子 設備，等等。為清楚起見，以下描述功率檢測器在無線通信設備中的用途。
[0023] 圖1示出了無線通信設備100的示例性設計的框圖。在此示例性設計中，無線設 備100包括數據處理器/控制器110以及耦合到天線148的收發機120。收發機120包括 支持雙向無線通信的發射機130和接收機150。一般而言，無線設備100可包括用于任何數 目的通信系統、任何數目的頻帶以及任何數目的天線的任何數目的發射機和任何數目的接 收機。
[0024] 在發射路徑中，數據處理器110可以處理待傳送的數據并且向發射機130提供模 擬輸出基帶信號。在發射機130內，模擬輸出基帶信號可以被放大器（Amp) 132放大，被低 通濾波器134濾波以移除由數模轉換造成的鏡頻，被可變增益放大器（VGA) 136放大，并且 被上變頻器138從基帶上變頻至RF。經上變頻的信號可以被濾波器140濾波，被功率放大 器（PA) 142放大，被路由通過定向耦合器144和天線接口電路146,并且經由天線148被發 射。
[0025] 在接收路徑中，天線148可以接收來自基站和/或其他發射機站的信號并且可以 提供收到RF信號，該收到RF信號可以被路由通過天線接口電路146并且提供給接收機 150。在接收機150內，收到RF信號可被低噪聲放大器（LNA) 152放大，被帶通濾波器154 濾波，并被下變頻器156從RF下變頻至基帶。經下變頻的信號可以被VGA 158放大，被低 通濾波器160濾波，并且被放大器162放大以獲得可以提供給數據處理器110的模擬輸入 基帶信號。
[0026] L0發生器170可以生成用于上變頻器138的發射L0信號。L0發生器176可以生 成用于下變頻器156的接收L0信號。鎖相環（PLL) 172和174可以接收來自數據處理器 110的控制信息，并且分別向L0發生器170和172提供控制信號以生成處于恰當頻率的發 射L0信號和接收L0信號。
[0027] 功率檢測器180可以耦合至定向耦合器144的一個或多個端口并且可以測量定向 耦合器144的輸入端口、輸出端口、所耦合的端口、和/或反射端口處的RF信號功率。功率 檢測器182可以耦合至LNA 152的輸入（如圖1中所示）、或者LNA 152的輸出（圖1中未 示出）、或者接收路徑中的某個點。功率檢測器182可以檢測收到RF信號的RF信號功率。 來自功率檢測器180和/或182的檢出RF信號功率可以被用來控制收發機120的操作。
[0028] 圖1示出了發射機130和接收機150的示例性設計。一般而言，在發射機和接收 機中對信號的調理可由一級或多級的放大器、濾波器、混頻器等執行。這些電路可與圖1中 所示的配置不同地安排。另外，圖1中未示出的其他電路也可用在發射機和接收機中。例 如，匹配電路可被用于匹配圖1中的各個有源電路。還可省略圖1中的一些電路。收發機 120的全部或一部分可被實現在一個或多個模擬1C、射頻IC (RFIC)、混合信號1C等上。例 如，功率檢測器180和/或182可以實現在RFIC上。
[0029] 數據處理器/控制器110可執行無線設備100的各種功能，例如，對正被無線設備 100傳送的數據和正被其接收的數據進行處理。存儲器112可存儲供數據處理器110使用 的程序代碼和數據。數據處理器/控制器110可以實現在一個或多個專用集成電路（ASIC) 和/或其他1C上。
[0030] 具有溫度補償的功率檢測器可用各種方式來實現。此類功率檢測器的一些示例性 設計在以下描述。
[0031] 圖2示出功率檢測器200的示例性設計的示意圖。功率檢測器200包括耦合成差 分對的一對N溝道金屬氧化物半導體（NM0S)晶體管220和230。NM0S晶體管220的源極耦 合至電路接地，其柵極耦合至電阻器214的一端，并且其漏極提供第一輸出電流（^。NM0S 晶體管230的源極耦合至電路接地，其柵極耦合至電阻器216的一端，并且其漏極提供第二 輸出電流（1 2)。電阻器214和216的另一端稱合在一起并被施加柵極偏置電壓(^_)。AC 耦合電容器212的一端接收輸入信號（V fl5A)并且另一端耦合至NM0S晶體管220的柵極。 電容器224耦合在NM0S晶體管220的漏極與電路接地之間。
[0032] 功率檢測器200在NM0S晶體管220的柵極處接收Vfl5A信號并且從NM0S晶體管 220和230的漏極提供差分輸出電流（I輸出）。電流I輸出與信號的平方（V%^)之間的 傳遞函數可以表達為：
[0033]
【權利要求】
1. 一種用于無線通信的裝置，包括： 至少一個金屬氧化物半導體（MOS)晶體管，所述至少一個MOS晶體管被配置成接收輸 入信號，基于功率檢測增益來檢測所述輸入信號的功率，以及提供指示所述輸入信號的功 率的輸出信號，所述至少一個MOS晶體管被施加可變柵極偏置電壓和可變漏極偏置電壓， 以減小所述功率檢測增益隨溫度的變化。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括： 耦合至所述至少一個MOS晶體管的至少一個附加 MOS晶體管，所述至少一個附加 MOS 晶體管被施加第二可變柵極偏置電壓，并且為所述至少一個MOS晶體管提供所述可變漏極 偏置電壓。
3. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述至少一個MOS晶體管包括： 第一 N溝道MOS(NMOS)晶體管，所述第一 NMOS晶體管具有耦合至電路接地的源極、 接收所述可變柵極偏置電壓和所述輸入信號的柵極、以及接收所述可變漏極偏置電壓的漏 極，以及 第二NM0S晶體管，所述第二NM0S晶體管具有耦合至電路接地的源極、接收所述可變柵 極偏置電壓的柵極、以及接收所述可變漏極偏置電壓的漏極，所述第一 NM0S晶體管和所述 第二NM0S晶體管提供差分輸出信號。
4. 如權利要求3所述的裝置，其特征在于，進一步包括： 第三NM0S晶體管，所述第三NM0S晶體管具有耦合至所述第一 NM0S晶體管的漏極的源 極以及接收第二可變柵極偏置電壓的柵極；以及 第四NM0S晶體管，所述第四NM0S晶體管具有耦合至所述第二NM0S晶體管的漏極的源 極以及接收所述第二可變柵極偏置電壓的柵極，所述第三NM0S晶體管和所述第四NM0S晶 體管為所述第一 NM0S晶體管和所述第二NM0S晶體管提供所述可變漏極偏置電壓。
5. 如權利要求4所述的裝置，其特征在于，進一步包括： 耦合在所述第一 NM0S晶體管的漏極與電路接地之間的第一電容器；以及 耦合在所述第三NM0S晶體管的漏極與電路接地之間的第二電容器。
6. 如權利要求2所述的裝置，其特征在于，進一步包括： 偏置發生器，所述偏置發生器配置成生成用于所述至少一個M0S晶體管的所述可變柵 極偏置電壓以及用于所述至少一個附加 M0S晶體管的所述第二可變柵極偏置電壓。
7. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述偏置發生器配置成基于與絕對溫度互 補（CTAT)來生成用于所述至少一個M0S晶體管的所述可變柵極偏置電壓。
8. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述偏置發生器配置成基于與絕對溫度成 比例（PTAT)來生成用于所述至少一個附加 M0S晶體管的所述第二可變柵極偏置電壓。
9. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述偏置發生器配置成生成在預定電壓范 圍內的用于所述至少一個M0S晶體管的所述可變柵極偏置電壓和用于所述至少一個附加 M0S晶體管的所述第二可變柵極偏置電壓。
10. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述偏置發生器配置成生成用于所述至少 一個M0S晶體管的所述可變柵極偏置電壓以及用于所述至少一個附加 M0S晶體管的所述第 二可變柵極偏置電壓以將每一 M0S晶體管的偏置電流維持在預定范圍內。
11. 一種執行功率檢測的方法，包括： 基于與隨溫度變化的功率檢測增益相關聯的至少一個金屬氧化物半導體（MOS)晶體 管來檢測輸入信號的功率；以及 生成用于所述至少一個M0S晶體管的可變柵極偏置電壓和可變漏極偏置電壓，以減小 所述功率檢測增益隨溫度的變化。
12. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述生成可變柵極偏置電壓和可變漏極 偏置電壓包括用被施加第二可變柵極偏置電壓的至少一個附加 M0S晶體管來生成用于所 述至少一個M0S晶體管的所述可變漏極偏置電壓。
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述生成可變柵極偏置電壓和可變漏極 偏置電壓包括基于與絕對溫度互補（CTAT)來生成用于所述至少一個M0S晶體管的所述可 變柵極偏置電壓，或者基于與絕對溫度成比例（PTAT)來生成用于所述至少一個附加 M0S晶 體管的所述第二可變柵極偏置電壓，或這兩者。
14. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述生成可變柵極偏置電壓和可變漏極 偏置電壓包括生成在預定電壓范圍內或用于將每一 M0S晶體管的偏置電流維持在預定范 圍內或這兩者的用于所述至少一個M0S晶體管的所述可變柵極偏置電壓以及用于所述至 少一個附加 M0S晶體管的所述第二可變柵極偏置電壓。
15. -種用于無線通信的裝置，包括： 功率檢測器，所述功率檢測器配置成接收輸入信號及提供輸出信號，所述功率檢測器 具有依賴于溫度的增益； 增益估計電路，所述增益估計電路配置成估計所述功率檢測器的增益；以及 信號補償電路，所述信號補償電路配置成基于所述功率檢測器的所估計增益來補償所 述輸入信號或所述輸出信號或這兩者。
16. 如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述增益估計電路包括： 耦合成第一二極管的第一金屬氧化物半導體（M0S)晶體管， 耦合成第二二極管的第二M0S晶體管，以及 電壓檢測器，所述電壓檢測器配置成測量所述第一M0S晶體管的第一柵源電壓（VJ和 所述第二M0S晶體管的第二^電壓，其中所述功率檢測器的增益是基于所述第一 ^電壓 和所述第二\s電壓來估計的。
17. 如權利要求16所述的裝置，其特征在于，所述第一 M0S晶體管包括第一 N溝道 MOS(NMOS)晶體管，所述第一 NM0S晶體管具有耦合至電路接地的源極和耦合至所述第一 NM0S晶體管的漏極的柵極，并且所述第二M0S晶體管包括第二NM0S晶體管，所述第二NM0S 晶體管具有耦合至電路接地的源極和耦合至所述第二NM0S晶體管的漏極的柵極。
18. 如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述信號補償電路配置成接收所述輸入 信號并基于所述功率檢測器的所估計增益來補償所述輸入信號并且向所述功率檢測器提 供經補償的輸入信號。
19. 如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述信號補償電路配置成接收所述輸出 信號并基于所述功率檢測器的所估計增益來補償所述輸出信號并且提供經補償的輸出信 號。
20. 如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述信號補償電路配置成對來自所述功 率檢測器的所述輸出信號執行模擬補償。
21. 如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述信號補償電路配置成對來自所述功 率檢測器的所述輸出信號執行數字補償。
22. -種執行功率檢測的方法，包括： 用功率檢測器檢測輸入信號的功率以獲得輸出信號，所述功率檢測器具有依賴于溫度 的增益； 估計所述功率檢測器的增益；以及 基于所述功率檢測器的所估計增益來補償所述輸入信號或所述輸出信號或這兩者。
23. 如權利要求22所述的方法，其特征在于，估計所述功率檢測器的增益包括 測量耦合成第一二極管的第一金屬氧化物半導體（MOS)晶體管的第一柵源電壓（VJ， 測量耦合成第二二極管的第二MOS晶體管的第二電壓；以及 基于所述第一 電壓和所述第二電壓來估計所述功率檢測器的增益。
24. 如權利要求22所述的方法，其特征在于，補償所述輸入信號或所述輸出信號或這 兩者包括基于所述功率檢測器的所估計增益來補償所述輸入信號以獲得用于所述功率檢 測器的經補償的輸入信號。
25. 如權利要求22所述的方法，其特征在于，補償所述輸入信號或所述輸出信號或這 兩者包括基于所述功率檢測器的所估計增益來補償所述輸出信號以獲得經補償的輸出信 號。
26. -種用于無線通信的設備，包括： 用于基于功率檢測器增益來檢測輸入信號的功率以獲得輸出信號的裝置，所述功率檢 測器增益依賴于溫度； 用于估計所述功率檢測器增益的裝置；以及 用于基于所估計的功率檢測器增益來補償所述輸入信號或所述輸出信號或這兩者的 裝直。
27. 如權利要求26所述的設備，其特征在于，所述用于估計所述功率檢測器增益的裝 置包括 用于測量耦合成第一二極管的第一金屬氧化物半導體（MOS)晶體管的第一柵源電壓 (Vcs)的裝置， 用于測量耦合成第二二極管的第二MOS晶體管的第二電壓的裝置；以及 用于基于所述第一 電壓和所述第二電壓來估計所述功率檢測器增益的裝置。
28. 如權利要求26所述的設備，其特征在于，所述用于補償所述輸入信號或所述輸出 信號或這兩者的裝置包括：用于基于所述功率檢測器的所估計增益來補償所述輸入信號以 獲得用于所述用于檢測功率的裝置的經補償的輸入信號的裝置。
29. 如權利要求26所述的設備，其特征在于，所述用于補償所述輸入信號或所述輸出 信號或這兩者的裝置包括：用于基于所述功率檢測器的所估計增益來補償所述輸出信號以 獲得經補償的輸出信號的裝置。
30. -種計算機程序產品，包括： 非瞬態計算機可讀介質，包括： 用于使至少一個處理器指導基于功率檢測器增益來檢測輸入信號的功率以獲得輸出 信號的代碼，所述功率檢測器增益依賴于溫度； 用于使所述至少一個處理器指導對所述功率檢測器增益進行估計的代碼；以及 用于使所述至少一個處理器指導基于所估計的功率檢測器增益對所述輸入信號或所 述輸出信號或這兩者進行補償的代碼。
【文檔編號】G01R21/14GK104335485SQ201380028590
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年5月30日 優先權日:2012年6月1日
【發明者】X·王, Y·左, X·張, M·G·迪斯克 申請人:高通股份有限公司