基于电流反馈环路的功率检测器电路及功率信号检测方法技术

本发明专利技术公开了基于电流反馈环路的功率检测器电路及功率信号检测方法，包括大功率检测支路、宽频带低噪声放大器和小功率检测支路，功率检测方法如下：对于小功率输入信号，先由宽频带低噪声放大器进行放大，再由小功率检测支路检测，对于大功率输入信号，由大功率检测支路检测，大功率检测支路和小功率检测支路，均采用电流反馈环路结构，包括射频电流平方单元、均方根电流平方单元、跨导放大器和输出缓冲器，电流反馈环路将输入射频电压信号转换成均方根电流信号，输出缓冲器将均方根电流信号转换成均方根电压信号输出，本发明专利技术通过电流反馈环路实现了宽动态范围均方根功率检测，通过级联两级电流反馈环路和宽频带低噪声放大器扩大了动态范围。

【技术实现步骤摘要】
基于电流反馈环路的功率检测器电路及功率信号检测方法
本专利技术涉及功率检测器
，特别涉及一种基于电流反馈环路的均方根功率检测器电路及其功率信号检测方法。
技术介绍
随着现代无线通信技术的发展，功率检测器被广泛应用于发射极、接收机等射频应用当中。在发射机中，功率检测器用于检测功率放大器的输出功率和功率自动控制，以满足通信协议要求，同时节省功耗。在接收机中，功率检测器用于实现信号强度指示和自动增益控制，以提升接收信号的动态范围。除此之外，功率检测器还广泛应用于信号幅度调制和解调、内建自测试、六端口测试等系统。目前常用的功率检测器为均方根功率检测器，由于均方根功率检测器可对信号按照时间进行平均，同时可以精确地测量各种类型的高峰均比动态信号和含噪声信号的均方根功率，因而被广泛应用于射频通讯和测试系统中。但目前常用的均方根功率检测器为单级均方根功率检测器，存在动态范围不足等缺陷，当检测到的发射信号和接收信号功率相差巨大时，均方根功率检测器需要具有相当宽的动态范围来同时满足小功率信号和大功率信号的检测需要。但传统的宽动态范围的均方根功率检测器设计技术无法满足现代集成电路设计的要求，例如，基于焦耳加热的均方根功率检测器，要求复杂的封装工艺，而且易受到衬底耦合过来的临近电路热量的影响，因此不适合于单片集成电路的设计；基于二极管的均方根功率检测器，随温度的漂移较大，需要额外的温度补偿电路，限制了它的使用范围；基于二极管连接的PMOS管作为负载的均方根功率检测器，在测量大功率输入信号时表现出较大的测量误差。现有技术中提供一种多级均方根功率检测器，可以克服上述单级均方根功率检测器动态范围不足的问题，但现有常用的多级均方根功率检测器为多级衰减器和功率检测器级联结构、或多级增益放大器和功率检测器级联结构，具有多个输出端口，需要复杂的方法来判断哪个输出端可以正确反映输入信号功率。因此，专利技术一种电路结构简单，不仅可进一步扩大动态范围，而且可以简化输出信号判别方法的多级均方根功率检测器，成为本领域人员亟待解决的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于电流反馈环路的均方根功率检测器扩展电路，其电路结构设计简单合理，可扩大其检测的功率信号动态范围，同时可简化功率信号检测方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种电流反馈环路，其包括均方根电流平方单元、缓冲器，其特征在于，其还包括射频电流平方单元、第一放大器，所述第一放大器的同相输入端、反相输入端分别与所述射频电流平方单元、所述均方根电流平方单元的输出端相连，所述射频电流平方单元的输入端为射频电压信号的输入端，所述均方根电流平方单元的输入端分别与所述第一放大器的输出端、所述缓冲区的输入端相连，所述缓冲器的输入端与所述第一放大器的输出端相连，所述缓冲器的输出端为整个所述功率检测器的电压输出端，所述电源输出端的输出电压为直流电压。进一步的，所述均方根电流平方单元作为反馈网络，用于接收所述第一放大器输出的反馈电流，转化成平方电流信号，并在其负载上产生平方电压信号，注入到所述第一放大器的反相输入端；所述均方根电流平方单元的电路结构包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、电阻R1、R2、Re、Rbase、Ra、电容C1；进一步的，所述射频电流平方单元的电路结构与所述均方根电流平方单元的结构一致，所述射频电流平方单元作为输入阻抗终端，用于将输入的所述射频电压信号转换为平方电流信号并滤波，并在其负载上产生滤波后的平方电压信号，注入到所述第一放大器的同相输入端；进一步的，所述第一放大器为跨导放大器，所述跨导放大器作为前馈放大器，用于放大所述射频电流平方单元和所述均方根电流平方单元之间的误差信号，并将所述误差信号转换成反馈电流，所述缓冲器用于复制所述反馈电流，并将所述反馈电流转换成电压信号，缓冲后输出，输出的所述直流电压为与输入的所述射频信号功率相对应的均方根电压。所述跨导放大器、缓冲器的电路结构包括三极管Q6～Q22、电阻R3～R17。利用基于上述电流反馈环路的均方根功率检测器进行均方根功率检测，均方根功率信号检测方法包括：将所述射频电流平方单元作为阻抗终端，将输入射频电压信号转化成平方电流信号并滤波，并在其负载上产生滤波后的平方电压信号，注入到所述跨导放大器的同相输入端；所述均方根电流平方单元与射频电流平方单元、跨导放大器共同构成电流模反馈环路，其中反馈电流经过均方根电流平方单元平方后，在其负载上产生平方电压，注入到所述跨导放大器的反相输入端，当环路建立后，反馈电流即为输入射频信号功率相对应的均方根电流。所述输出缓冲器，复制电流反馈环路的反馈电流，转换成电压信号，缓冲后输出，即为与输入射频信号功率相对应的均方根电压。另一方面，本专利技术提供了一种基于所提出的电流反馈环路的均方根功率检测器扩展电路，包括大功率检测支路、小功率检测支路，其特征在于，其还包括第二放大器，所述大功率检测支路的输入端、第二放大器的输入端为功率信号的输入端，所述第二放大器的输出端与所述小功率检测支路的输入端相连，所述大功率检测支路的输出端输出第一电压信号Vout_A，所述小功率检测支路的输出端输出第二电压信号Vout_B，所述大功率检测支路、小功率检测支路均包括电流反馈环路；所述功率信号包括小功率信号、大功率信号，所述大功率检测支路、小功率检测支路分别用于检测所述功率信号，所述第二放大器用于将所述小功率信号放大。进一步的，所述大功率检测支路包括第二电容，所述小功率检测支路包括第三电容，所述第一电容的一端与所述功率信号的输入端相连，另一端分别与所述大功率检测支路的输入端、第二放大器的输入端相连，所述第三电容的一端与所述第二放大器的输出端相连，所述第三电容的另一端与所述小功率检测支路的输入端相连。所述第二放大器为宽频带低噪声放大器，所述宽频带低噪声放大器是一种基于电流-电流反馈和电压-电压反馈的双反馈环路的宽频带低噪声放大器，所述双反馈宽频带低噪声放大器结构包括三极管Q23～Q29、电阻R18～R24。进一步的，所述小功率信号指功率小于0dBm的信号，所述大功率信号指功率大于0dBm的信号，输入的所述功率信号动态范围为-45dBm至15dBm。利用上述均方根功率检测器扩展电路实现功率信号检测，功率信号检测方法包括：对于小功率输入信号，即信号功率小于大功率检测支路灵敏度的输入信号，先由宽频带低噪声放大器进行放大，再由小功率检测支路检测；对于大功率输入信号，即信号功率大于大功率检测支路灵敏度的输入信号，则直接由大功率检测支路检测。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果如下：(1)本专利技术基于电流反馈环路，提供了一种宽动态范围均方根功率检测器电路，该功率检测器包括第二放大器，将第二放大器与小功率检测支路连接，可以有效地放大小功率信号，从而使小功率检测支路的输出电压信号扩大，即实现了功率信号的动态范围扩大，进而克服了传统均方根功率检测器动态范围较小、易受温度漂移影响的弱点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率检测器电路，包括大功率检测支路、小功率检测支路，其特征在于，其还包括第二放大器，所述大功率检测支路的输入端、第二放大器的输入端为功率信号的输入端，所述第二放大器的输出端与所述小功率检测支路的输入端相连，所述大功率检测支路的输出端输出第一电压信号Vout_A，所述小功率检测支路的输出端输出第二电压信号Vout_B，所述大功率检测支路、小功率检测支路均包括电流反馈环路；/n所述功率信号包括小功率信号、大功率信号，所述大功率检测支路、小功率检测支路分别用于检测所述功率信号，所述第二放大器用于将所述小功率信号放大。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率检测器电路，包括大功率检测支路、小功率检测支路，其特征在于，其还包括第二放大器，所述大功率检测支路的输入端、第二放大器的输入端为功率信号的输入端，所述第二放大器的输出端与所述小功率检测支路的输入端相连，所述大功率检测支路的输出端输出第一电压信号Vout_A，所述小功率检测支路的输出端输出第二电压信号Vout_B，所述大功率检测支路、小功率检测支路均包括电流反馈环路；
所述功率信号包括小功率信号、大功率信号，所述大功率检测支路、小功率检测支路分别用于检测所述功率信号，所述第二放大器用于将所述小功率信号放大。


2.根据权利要求1所述的功率检测器电路，其特征在于，其还包括第一电容，所述大功率检测支路包括第二电容，所述小功率检测支路包括第三电容，所述第一电容的一端与所述功率信号的输入端相连，另一端分别与所述大功率检测支路的输入端、第二放大器的输入端相连，所述第三电容的一端与所述第二放大器的输出端相连，所述第三电容的另一端与所述小功率检测支路的输入端相连。


3.根据权利要求2所述的功率检测器电路，其特征在于，所述第二放大器为宽频带低噪声放大器，所述宽频带低噪声放大器为包含有电流-电流反馈和电压-电压反馈的双反馈宽频带低噪声放大器结构，所述双反馈宽频带低噪声放大器结构包括三极管Q23～Q29、电阻R18～R24。


4.一种用于权利要求1或3所述功率检测器电路的电流反馈环路，其包括均方根电流平方单元、缓冲器，其特征在于，其还包括射频电流平方单元、第一放大器，所述第一放大器的同相输入端、反相输入端分别与所述射频电流平方单元、所述均方根电流平方单元的输出端相连，所述射频电流平方单元的输入端为射频电压信号的输入端，所述均方根电流平方单元的输入端分别与所述第一放大器的输出端、所述缓冲区的输入端相连，所述缓冲器的输入端与所述第一放大器的输出端相连，所述缓冲器的输出端为整个所述功率检测器的电压输出端。


5.根据权利要求4所述的电流反馈环路，其特征在于，所述均方根电流平方单元为反馈网络，所述均方根电流平方单元用于接收所述第一放大器输出的反馈电流，转化成平方电流信号，并在其负载上产生平方电压信号，注入到所述第一放大器的反相输入端，所述均方根电流平方单元的电路结构包括三极管Q1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩涵，樊晓华，蔡青松，杨中，陈文亚，宋佳音，付江铎，郭晓旭，
申请(专利权)人：江苏集萃智能集成电路设计技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32