[发明专利]高动态范围射频信号功率检测电路

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域。具体地涉及一种无线通信系统中的收发射机，模拟、射频电路的内嵌式自我检测和纠错的射频信号功率检测电路。

背景技术

射频信号功率检测电路是功率检测电路中的一种。它在无线通信系统、模拟射频电路的可测性设计和自我检测纠错中有着广泛的应用。图1说明了功率检测电路10在模拟、射频电路中所起的作用。它是连接控制模块或指示模块9和信号通路中信号11之间的桥梁，它可以检测出信号通路中所要求的点的即时信号功率大小，通过其检测所得的表征信号功率大小的电学量，来指示提供系统反馈控制的控制量，也可以指示信号功率，也可以指示系统是否正常工作等。近年来，随着无线传感网络、无线局域网以及射频识别技术的快速发展，CMOS工艺技术的不断提高，模拟射频电路的设计难度越来越大，设计代价和周期越来越大，越来越长，电路所需处理的信号强度要求苛刻，信号功率检测电路在这样的系统设计中的重要性越来越突出。

一方面，由图1可知，信号功率检测电路是独立于信号通路以外的一个子系统，其主要作用是检测信号功率供反馈控制或功率指示。因此功率检测电路必须保持其自身的独立性，不能对信号通路产生影响，同时又要适应各种输入信号条件。尤其在射频电路应用领域，信号频率和功率大小变化很大，而且多要求对数-线性检测，这对射频高动态范围、高精度信号功率检测提出了巨大的挑战。另一方面，由于这个系统并不是信号通路上的信号处理模块，因此对其功耗和面积也都有很高的要求，必须以最小代价的功耗和面积实现所需的信号功率检测功能。

目前通用的功率检测电路主要问题在于对数-线性检测的实现和高精度高动态范围的实现。目前普遍采用的办法是通过二极管或射级跟随器对信号滤波，得到电压的平方关系或者只是简单的电压幅度(包络)，并未实现对数线性检测。而且即使实现了对数线性检测，也都是利用MOS管的亚阈值特性或者是对指数关系的级数展开近似。容易知道，这样的利用管子的整流特性实现的检测往往有效精度的工作范围有限，尤其是在要实现对数-线性关系时，亚阈值工作范围小，指数近似范围也很有限，难以实现高动态范围高精度的射频信号功率检测。

发明内容

本发明目的在于提出一种射频信号功率检测电路。它利用RC充放电电路及其校准电路，通过跨阻放大器的可编程控制，实现了高动态范围的对数-线性功率检测。

本发明提出的功率检测电路，包括整流器(1)、可编程增益跨阻放大器(2)、电平调整电路(3)、比较器(4)、计数器与编程控制电路(5)、RC充放电电路(6)、RC校准电路(7)、时钟产生电路(8)。电路的连接方式如图(2)所示。其中待检测的功率信号送入整流器，整流器(1)将实现对输入信号电压值平方的转换，并输出一个与其成正比的电流信号I。此电流信号再送入跨阻放大器(2)，转化为电压信号V1，此V1通过电平调整电路(3)调整到适合比较器(4)工作的比较电平。比较器(4)的另一输入来自一个RC周期性的充放电电路(6)，此电压与时间满足指数关系，通过此RC充放电电压与上述检测电压值比较，得到一系列脉冲波V4，此脉冲波的脉宽即反映了信号功率大小。将此脉宽作为后续数字模块(5)的计数使能端，其计数值即反映了所检测信号的功率大小。

本发明采用了整流器，形成电压与电流的平方转换关系，将信号功率大小转换为与之成正比的电流大小。实现了功率的检测。它可以由二极管整流实现，也可以由MOS器件的平方律实现，也可以由MOS器件的亚阈值特性实现。

本发明使用了可编程的跨阻放大器，实现了功率检测的动态范围的扩展。它可以通过电阻反馈实现，也可以通过电容反馈实现，也可以通过共基(共栅)放大器实现。编程办法可以对负载编程，也可以对运放编程。

本发明利用RC充放电电路，实现了功率信号的高精度对数线性检测。

本发明使用了RC校准电路，实现了电路的高精度。

本发明使用了时钟产生与控制电路(8)，通过其合理系统中各模块的工作时间，在不需要工作时停止工作，实现了系统的低功耗。

本发明对比较器进行了去失调处理，实现了电路检测的高精度，去失调可以通过前置电容实现，也可以通过内部反馈实现。

本发明对代表输入信号功率大小的脉冲波脉宽计数，将其转化为数字信号，方便系统其他模块使用和处理。

本发明的一方面，提供了高精度的射频信号功率的对数-线性检测，由图2可以看出，利用RC的充放电电压和时间精确的满足指数关系，精确的是实现了对数-线性检测。