用于放大器的峰值檢測器的制造方法
【專利說明】用于放大器的峰值檢測器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本公開要求于2013年10月11日提交的題為“Peak Detector of Amplifier”的第61/889，792號美國臨時申請的權利，本文通過引用的方式引入其公開的全部內容。
【背景技術】
[0003]本文提供的【背景技術】的描述是為了總體上給出本公開上下文的目的。從該【背景技術】部分中描述的工作范圍而言，本發明人的工作以及在提交時可以不作為現有技術的描述的多個方面，既不明確地也不暗示地承認是對于本公開的現有技術。
[0004]在某些電路中，諸如雙極型晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)之類的晶體管承受的電壓遠高于電源電壓。在示例中，在E類放大器中使用的晶體管所承受的電壓是電源電壓的三倍以上。
【發明內容】
[0005]本公開的各方面提供了一種用于峰值電壓檢測的電路。該電路包括基于二極管的峰值檢測器和補償電路。基于二極管的峰值檢測器具有第一二極管，并且被配置為接收用于峰值電壓檢測的信號并且基于第一二極管生成穩定電平的第一電壓，該第一電壓表示信號的峰值電壓。補償電路具有第二二極管。補償電路被配置為接收第一電壓并且生成穩定電平的第二電壓，第二電壓不不依賴于第一二極管。
[0006]根據本公開的一方面，基于二極管的峰值檢測器包括:第一二極管，其被配置為接收第一二極管的陰極處的信號；以及電容器，其被耦合至第一二極管的陽極，該電容器待根據經由第一二極管的信號充電，從而生成第一電壓。此外，在實施例中，補償電路包括:電阻器網絡，其被配置為使得第二電壓按比例減小；以及第二二極管，其被配置為匹配第一二極管。
[0007]在實施例中，基于二極管的峰值檢測器被耦合至在E類功率放大器中使用的晶體管。該電路進一步包括控制器，其被配置為基于第二電壓調節向E類功率放大器供電的電源。
[0008]本公開的各方面提供了一種用于峰值檢測的方法。該方法包括:接收用于峰值電壓檢測的信號；基于第一二極管生成穩定電平的第一電壓，第一電壓表不信號的峰值電壓；并且基于第二二極管補償第一電壓中的二極管依賴性，從而生成穩定電平的第二電壓，該第二電壓不具有二極管依賴性。
[0009]本公開的各方面提供了一種裝置，其包括放大器電路、基于二極管的峰值檢測器和補償電路。放大器電路被配置為輸出用于峰值檢測的信號。基于二極管的峰值檢測器包括第一二極管。基于二極管的峰值檢測器被配置為接收用于峰值檢測的信號，并且生成穩定電平的第一電壓，該第一電壓表示信號的峰值電壓。補償電路具有第二二極管。補償電路被配置為接收第一電壓并且生成穩定電平的第二電壓，該第二電壓不依賴于第一二極管。
【附圖說明】
[0010]下面將參照接下來的附圖詳細地描述作為示例而提出的本公開的各實施例，其中，相同的附圖標記表示相同的元件，并且其中:
[0011]圖1示出了根據本公開的實施例的電子設備100的圖示；以及
[0012]圖2示出了根據本公開的實施例的概述過程200的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1不出了根據本公開的實施例的電子設備100的圖不。電子設備100包括峰值檢測器120，其被配置為檢測信號的峰值電壓。盡管有諸如工藝變化、溫度變化等的變化，峰值檢測器120都被配置為實現基本一致的峰值電壓檢測。
[0014]電子設備100可以是任何適合的包含放大器電路的設備，諸如臺式電腦、膝上電腦、平板電腦、移動設備、手機、智能電話、無線接入點、調制解調器等。在實施例中，峰值檢測器120被配置為檢測放大器電路中的峰值電壓。峰值電壓用于控制向放大器電路供電的電源，從而保護放大器電路中的電子部件免受電壓應力。
[0015]在圖1的示例中，如圖1所示，電子設備100包括放大器電路110和與峰值檢測器120耦合的控制器190。放大器電路110包括一個或多個晶體管，諸如雙極型晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)等。當晶體管兩端的電壓大于一定限度時，晶體管處于電壓應力下。電壓應力會使晶體管的電性參數偏移，因而使電路性能降級。此外，當電壓應力過大時，晶體管可能會永久損壞。
[0016]具體地，在示例中，放大器電路110是功率放大器，并且具有E類功率放大器拓撲。例如，放大器電路110包括MOSFET晶體管111、第一電感器112和負載網絡118。第一電感器112耦合在電源Vp與MOSFET晶體管111的漏極端之間。負載網絡118被配置用于為E類功率放大器的操作提供所需的相移。
[0017]在圖1的示例中，負載網絡118包括第一電容器113、第二電感器114、第二電容器115、和電阻負載116。第一電容器113為分路(shunt)電容器。在不例中，第一電容器113共同地表示由負載網絡118添加的外部電路電容器和MOSFET晶體管111的固有的源極-漏極寄生電容。第二電感器114和第二電容器115形成串聯LC電路。負載網絡118中的電子部件的電感和電容被適當地調整，以使MOSFET晶體管111能夠作為在導通狀態和截止狀態之間進行開關的基本完美的開關進行工作。
[0018]根據本公開的一方面，負載網絡118中電子部件的電感和電容被適當調整，以將MOSFET晶體管111的電流和電壓波形定形為不使高電流同時與高電壓重疊，以便最小化MOSFET晶體管111的功耗并且最大化功率放大器效率。當MOSFET晶體管111導通以傳導電流時，MOSFET晶體管111的壓降約為零，因而MOSFET晶體管111上的功耗約為零；當MOSFET晶體管111截止時，流經MOSFET晶體管111的電流約為零，因而MOSFET晶體管111上的功耗約為零。
[0019]此外，在實施例中，MOSFET晶體管111上的功耗在開關過程中約為零。例如，一旦MOSFET晶體管111導通以開始傳導電流，負載網絡118就使MOSFET晶體管111的源極-漏極電壓能夠迅速降至零，因而MOSFET晶體管111的功耗在開關過程中為零。因而，放大器電路110被適當地用于諸如射頻(RF)信號、微波頻率信號等的高頻信號的功率放大。在示例中，電子設備100包括配置為傳輸RF信號的發射器。放大器電路110在發射器中使用，以對該RF信號進行功率放大。例如，MOSFET晶體管111的柵極端接收例如用于發射的RF信號，并且放大器電路110對該RF信號進行功率放大并且發射所放大的RF信號作為空氣中的電磁波。
[0020]根據本公開的一方面，當MOSFET晶體管111截止時，由于第一電感器112的存在和操作，MOSFET晶體管111的漏極端上的電壓可以高于直流輸入電壓VP。在示例中，MOSFET晶體管111的漏極端上的峰值電壓是直流輸入電壓Vp的三倍以上。在示例中，直流輸入電壓Vp是1.5V，而漏極端上的峰值電壓約為4.5V。
[0021]在實施例中，隨著工藝尺寸減小，沒有晶體管參數偏移的晶體管兩端的最大電壓也在降低。一旦晶體管兩端的電壓超過最大電壓，晶體管的參數就會偏移，而晶體管的物理性狀可能會改變。
[0022]在圖1的示例中，放大器電路110、峰值檢測器120和控制器190形成控制環路以限制MOSFET晶體管111兩端的峰值電壓，從而避免MOSFET晶體管111上的電壓應力。峰值檢測器120檢測放大器電路110中的節點的峰值電壓(諸如MOSFET晶體管的漏極電壓Vdkain、電阻負載116上的負載電壓Vum等)并且向控制器190提供峰值電壓。在示例中，控制器190控制直流輸入電壓Vp的電平以限制MOSFET晶體管111兩端的峰值電壓低于最大電壓。
[0023]根據本公開的一方面，峰值檢測器120生成檢測電壓Vdetect,表示漏極電壓Vdeain的峰值電壓電平。盡管有工藝變化和溫度變化，檢測電壓Vdetect都相對恒定。
[0024]具體地，峰值檢測器120包括基于二極管的峰值檢測器130和補償電路140。基于二極管的峰值檢測器130包括第一二極管131和電容器132。補償電路140包括電流源141、第二二極管142和由電阻器143-148形成的電阻器網絡。這些元件如圖1所示被耦合在一起。
[0025]在圖1的示例中，當漏極電壓Vdkain大于電容器132上的電壓電平時，第一二極管131被正向偏置以對電容器132進行充電。當漏極電壓Vdeain小于電容器132上的電壓電平時，第一二極管131被反向偏置，并且電容器132保持該電壓。因而，電容器132上的電壓電平可以表不為Vpeak-Vdi,其中Vpeak是漏極電壓VD_的峰值電壓,而Vdi是第一二極管131的前向(forword)壓降。電容器132上的電壓電平是二極管131的前向壓降的函數。前向壓降隨著工藝和溫度的變化而變化。
[0026]補償電路140被配置為補償二極管參數依賴性，并且生成獨立(不依賴)于二極管參數的檢測電壓Vdetect。例如，第二二極管142是第一二極管131的匹配二極管。在示例中，第二二極管142和第一二極管131通過集成電路(IC)制造而使得尺寸相同并且由相同的層形成。因而，第二二極管142的前向壓降Vd2與第一二極管131的前向壓降Vdi基本相同。此外，電阻器網絡被配置為按比例縮放峰值電壓。在圖1的示例中，電阻器143-148是具有基本相同的電阻R的匹配電阻器。峰值電壓Vpeak和檢測電壓Vdetect的關系可以根據等式1-5計算，其中I1表示流經電阻器143的電流，I2表示流經電阻器144的電流，I3表示流經電阻器145和146的電流，I4表示流經電阻器147的電流，以及I5表示流經電阻器148的電流。
[0027]Vpeak=I1XIHI2XIHVdi 公式 I
[0028]Vpeak = (I2+I3) XR+I2XR+Vd2