ＣＭＯＳ差分射频信号幅度检测电路制造技术

本发明专利技术公开了一种ＣＭＯＳ差分射频信号幅度检测电路，包括由工作在弱反型偏置下的ＭＯＳ晶体管Ｍ１、Ｍ２，…Ｍｎ及滤波电阻Ｒ０和电容Ｃ０组成。所述ＭＯＳ晶体管Ｍ１、Ｍ２，…Ｍｎ串联相接，由所述电流源Ｉ１提供偏置，所述晶体管Ｍ１、Ｍ２，…Ｍｎ栅极或漏级分别通过所述电容Ｃ１、Ｃ２…Ｃｎ分别与所述射频信号输入正端Ｒｆｉｎ＋或所述射频信号输入负端Ｒｆｉｎ－相连，幅度检测结果通过所述滤波电阻Ｒ０和电容Ｃ０输出。本发明专利技术中ＭＯＳ晶体管工作在弱反型偏置下时的电流变化服从指数特性，比平方率特性获得更高的幅度检测增益，尤其是在微弱信号检测时，更为明显，同时所需功耗很低近于零功耗；采用多个ＭＯＳ晶体管串联使得每个ＭＯＳ晶体管的幅度检测输出串联相加，从而获得ｎ倍的检测增益；同时对于射频输入每个ＭＯＳ晶体管的输入阻抗是并联的，整体的输入阻抗值减小了ｎ倍，降低了高频信号输入匹配电路Ｑ值的要求，可以实现与射频天线直接相接；采用差分信号输入，易于芯片的集成和减小对芯片封装的要求。本发明专利技术特别适用于应用短程通信系统中作为唤醒信号检测及在ＲＦＩＤ系统中做微弱射频信号检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于CMOS实现的射频信号幅度检测电路，尤其是涉及微波专用短程通信 中的唤醒信号检测和RFID系统中的微弱射频信号检测。
技术介绍
专用短程通讯(Dedicated Short Range Communication,简称DSRC)技术主要基于无线 通信实现，用于电子不停车收费(ETC)、车辆自动识别等领域。移动的接收端通常通过对射 频信号强度的检测，使其唤醒进入通信状态，并且对射频信号幅度进行解调。中国DSRC的通 信频段是5.8GHz，车载电子标签(On Board Unit，简称0BU)和路测设备(Road Side Unit, 简称RSU)就是通过这种方式工作的。CMOS电路用于信号幅度检测，由于受限于高的阈值电压、高输入阻抗和大的寄生电容， 所以通常只能用于低频率大信号的检波和幅度检测。在现有的解决方案中，是通过微波肖特 基检波二极管对5. 8Ghz射频信号的幅度进行检测来实现的。要求这种微波肖特基检波二极管 具有低阈值电压，低输入阻抗和低寄生电容，这些恰恰与CMOS工艺特点相违背。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于CMOS实现的射频信号幅度检测电路，在实现对高频弱信 号幅度检测的同时，易于芯片集成、降低成本，易于大量生产。本专利技术CMOS差分射频信号幅度检测电路的技术方案是:包括由工作在弱反型偏置下的MOS 晶体管M1、 M2，…Mn及滤波电阻RO和电容CO组成。所述M0S晶体管M1、 M2，…Mn，串 联相接，由所述电流源II提供偏置，所述晶体管M1、 M2，…Mn栅极或漏级分别通过所述电 容Cl、 C2…Cn与所述射频信号输入正端Rf in+或所述射频信号输入负端Rf in-相连，奇数编 号电容与所述射频信号输入正端Rfin+相连，偶数编号电容与所述射频信号输入正端Rfin-相连，幅度检测结果通过所述滤波电阻R0和电容CO输出。 本专利技术具有以下几个优点 (1)本专利技术中MOS晶体管工作在弱反型偏置下时的电流变化服从指数特性，比平方率 特性获得更高的幅度检测增益，尤其是在微 弱信号检测时，更为明显，同时所需 功耗很低近于零功耗；(2) 采用多个M0S晶体管串联使得每个MOS晶体管的幅度检测输出串联相加，从而获 得n倍的检测增益；(3) 多个M0S晶体管串联同时对于射频输入每个M0S晶体管的输入阻抗是并联的，整 体的输入阻抗值减小了 n倍，降低了高频信号输入匹配电路Q值的要求，可以实 现与射频天线直接相接；(4) 采用差分信号输入，易于芯片的集成和减小对芯片封装的要求；(5) CMOS集成了全部射频信号幅度检测电路，降低了成本，易于大量生产和调试。附图说明图1亚阈值M0S晶体管幅度检测电路图(a)为单端输入，(b)为差分输入图2本专利技术N型M0S晶体管实现的CMOS差分射频信号幅度检测电路的电路3本专利技术P型M0S晶体管实现的CMOS差分射频信号幅度检测电路的电路4本专利技术N型和P型M0S晶体管实现的CMOS差分射频信号幅度检测电路的电路5本专利技术在图2基础上改进对称性的CMOS差分射频信号幅度检测电路的电路图具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一歩详细的说明如图l(a)所示，MOS晶体管M1由电流源II提供偏置，Rfin射频信号经由CI单端输入。 滤波电阻R0和电容CO将射频信号滤掉得到直流分量Vout。当Ml工作在强反型状态时，电 流与电压成平方率的关系，即为式(1):I1=K* (Vin*sin (wt) +Vout-Vth) 2 (1) 由于I1恒定不变，可以得到AVout变化与Rfin射频信号幅度Vin的关系为式(2):△Vout=Vin2(Vout-Vth) ] (2)当M1工作在弱反型状态时，电流与电压成指数关系，即为式(3):Il=I0*exp{[Vin*sin(wt)+Vout-Vth]*q/nKT} (3)同样由于II恒定不变，可以得到AVout变化与Rfin射频信号幅度Vin的关系为式(4):△Vout=Vin2/[4*nKT/q] (4)通常在Vout-Vth〉 nKT/q时，Ml即工作在强反型状态了，所以由式(3)、 (4)可知，在 弱反型状态下M1的幅度检测增益大于工作在强反型状态的增益；并且这个增益是恒定值，所以在很小的偏置电流Il下，Ml对射频信号幅度仍然具有检测功能。这时电流可以是微安级。 但考虑到系统对噪声的要求，Il不能无限的小。噪声可由式(5)计算得到-<formula>formula see original document page 5</formula>在图1 (a)的基础上采用差分输入，如图l(b)所示，MOS晶体管M1， M2串联，由电流源 II提供偏置，Rfin+和Rfin-射频信号分别经由Cl和C2输入。滤波电阻RO和电容CO将射频 信号滤掉得到直流分量Vout。图b相比图a，由于引入了差分输入，相当于Vin大了一倍， 由式(4)可知，幅度检测增益也相应大了4倍。图2是本专利技术N型MOS晶体管实现的CMOS差分射频信号幅度检测电路的电路图。包括由 工作在弱反型偏置下的N型MOS晶体管Ml、 M2， Mn，及滤波电阻RO和电容CO组成。多 个N型MOS晶体管Ml、 M2,…Mn串联相接，由电流源II提供偏置，幅度检测结果通过滤波 电阻RO和电容CO输出。由于采用多个MOS晶体管串联使得每个MOS晶体管的幅度检测输出 串联相加，从而获得n倍的检测增益。同时晶体管M1、 M2，…Mn栅极或漏级分别通过电容 Cl、 C2…与射频信号输入正端Rf in+或射频信号输入负端Rf in-交叉相连，对于射频输入 每个MOS晶体管的输入阻抗是并联的，整体的输入阻抗值减小了 n倍，利于射频输入的匹配 实现。图3是本专利技术P型MOS晶体管实现的CMOS差分射频信号幅度检测电路的电路图。由多个 P型M0S晶体管M1、 M2，…Mn串联相接，由电流源I1提供偏置，幅度检测结果通过滤波电 阻RO和电容CO输出。由于最下面的P型MOS管的栅极、漏级与地相连，需要串接一电阻在 栅极与地之间，将射频输入与地隔离开来。射频信号的输入与图2结构相同。图4是本专利技术N型和P型MOS晶体管混合实现的CMOS差分射频信号幅度检测电路的电路 图。N型和P型MOS晶体管的串联顺序无固定要求。如果是最下面的P型MOS管的栅极、漏 级与地相连，需要串接一电阻在栅极与地之间，将射频输入与地隔离开来。图5本专利技术在图2基础上改进对称性的CMOS差分射频信号幅度检测电路的电路图。引入 了MOS晶体管Mll、 M21， Mnl、电流源111、滤波电阻R01和电容Cll、 C21…Cnl。它们 与M0S晶体管M1、 M2，…Mn、电流源II、滤波电阻R0和电容C1、 C2…Cn完全对称，但与 射频信号输入正端Rfin+和射频信号输入负端Rfin-相连顺序是相反的。这样保证了射频信号 输入正端Rfin+和射频信号输入负端Rfin-的输入阻抗完全相同，整个电路的工作方式是完全 差分的。差分结构更易于芯片的集成和而且大大减小对芯片封装的要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＣＭＯＳ差分射频信号幅度检测电路，其特征在于：所述ＭＯＳ晶体管Ｍ１、Ｍ２，…Ｍｎ串联相接，由所述电流源Ｉ１提供偏置；　　　　所述ＭＯＳ晶体管Ｍ１、Ｍ２，…Ｍｎ的数量为１至ｎ个；　　　　所述ＭＯＳ晶体管Ｍ１、Ｍ２，…Ｍｎ可以是Ｎ型ＭＯＳ管或是Ｐ型ＭＯＳ管，也可以分别是Ｎ型和Ｐ型ＭＯＳ管；ＭＯＳ晶体管的栅极与漏级相接，构成偏置导通状态；Ｐ型ＭＯＳ管的漏级与地相连时，需要其栅极串接一电阻与漏级相接。

【技术特征摘要】
1、CMOS差分射频信号幅度检测电路，其特征在于所述MOS晶体管M1、M2，…Mn串联相接，由所述电流源I1提供偏置；所述MOS晶体管M1、M2，…Mn的数量为1至n个；所述MOS晶体管M1、M2，…Mn可以是N型MOS管或是P型MOS管，也可以分别是N型和P型MOS管；MOS晶体管的栅极与漏级相接，构成偏置导通状态；P型MOS管的漏级与地相连时，需要其栅极串接一电阻与漏级相接。2、 根据权利要求1所述CMOS差分射频信号幅度检测电路，其特征在于所述M0S晶体 管M1、 M2，…Mn串联相接，由所述电流源I1提供偏置，并且工作在弱反型状态。3、 根据权利要求l、 2所述CM0S差分射频信号幅度检测电路，其特征在于所述晶体管 Ml、 M2，…Mn栅极或漏级分别通过所述电容Cl、 C2、…Cn与所述射频信号输入正端Rf in+ 或所述射频信号输入负端Rfin-相连；奇数编号电容选择所述射频信号输入正端Rfin+或负端 Rfin-之一与其相连，偶数编号电容则选择另一个所述射频信号输入正端Rfin+...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树甫，
申请(专利权)人：王树甫，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]