平方电路、集成电路、无线通信单元以及相关方法技术

本发明专利技术提供一种平方电路、集成电路、无线通信单元及相关方法，平方电路包含第一MOS装置，第二MOS装置和第三MOS装置，每一MOS装置的源极耦接至第一电流源；第四MOS装置，第五MOS装置和第六MOS装置，每一MOS装置的源极耦接至第二电流源。第一、第四MOS装置的漏极耦接至第一电源，第二、第五MOS装置的漏极耦接至第一差分输出端，第三、第六MOS装置的漏极耦接至第二差分输出端。第一、第二和第六MOS装置的栅极耦接至第一差分输入端，第三、第四和第五MOS装置的栅极耦接至第二差分输入端，以使从第一差分输出端和第二差分输出端看到的差分输出电流与差分输入信号的电压的平方成比例。本发明专利技术能够在一宽频率范围内提供具有高精准平方律的转换函数，简化电路的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术有关于一种平方电路、集成电路、无线通信单元及相关方法。本专利技术应用于，但不限于应用于一包含用于无线通信单元的平方电路的集成电路中。
技术介绍
在无线通信系统的
中，需要在无线电接入网络中应用功率控制技术以准许基站(全球移动通信系统(universal mobile telecommunication system, UMTSTM)中的第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project, 3GPPTM)通信标准中的Node-B)中的收发器以及用户无线电通信单元(3GPPTM通信标准中的一用户设备(Userequipment, UE))中的收发器去校正其传送器的输出功率电平，从而计算出他们彼此间的地理距离。UE与基站(例如Node-Β)的收发器之间的距离越近，UE与Node-B的收发器需要传送的功率则越低，这是因为被传送的信号将会被其他的通信单元所接收。这样的传送‘功 率控制’特征不但节省了 UE的电池功率，还有助于降低通信系统中的潜在干扰电平。UE的初始功率配置，以及其他的控制信息，通常依据每一特定通信单元中的信标物理通道所提供的信息来进行设置。对这样的无线通信单元的输出功率电平的精准控制通常通过应用一反馈路径从传送器的输出端传送一部分传送信号至处理电路，以使传送信号的当前功率电平得到测量，藉此调整所需的增益予以实现。此外，现有的射频(RF)传送器大多使用线性功率放大器(PA)去开启无线通信单元以传送大量的处于一有限频宽内的资料。因此，这样的现有RF传送器的功效通常很低，这是由于低效率的线性PA被使用的缘故。因此，作为对RF传送器内的现有线性PA的一替代实作方式，线性化技术通常应用于线性PA中。且大部分线性化技术需要使用来自线性PA的一输出的反馈信号。因此，基于上述功率控制和/或线性化的原因，需要对将被传送的射频信号进行反馈，以使得对初始基频信号的适度信号处理和/或传送路径中的成分或电路可以得到控制。从而，现在的无线传送器通常包含一反馈路径以将传送信号回送至数字处理模块，以测量即将被传送信号的功率电平或线性度。该测量到的信息用于控制例如传送链的增益级。因此，该反馈路径通常包含一功率侦测器电路/架构。通常该功率侦测器电路包含一下变频接收器，用于转换及减弱该传送RF信号至一基频输出信号，该基频输出信号能够被数字化处理以计算出该传送信号的均方根(rootmean square, RMS)值。通常该RF下变频低噪声放大器(LNA)以及该下变频混频器被设计为温度稳定增益，以确保于一宽温度范围内，电路的增益不会发生变化。该输入信号通常来自一功率放大稱合器，该功率放大稱合器置于该PA输出端与一双联开关之间。在上述反馈路径中，一用于转换RMS信号至一 DC信号的转换电路,亦指一 RMS至DC转换器，可得以使用。RMS至DC转换器用于将任意一信号的RMS值转换至一表示该信号实际功率电平的类似DC的信号。通常在RMS至DC转换器中，会使用一用于对微波频率的功率进行近似测量的平方单元架构，如图I所示。高性能的平方单元通常可分为下面两种类型(i)用于实现上述平方功能的乘法器电路；(ii)直接使用MOS晶体管的跨导平方律特性的电路。图I所示为一种包含宽频带匹配的平方电路的温度稳定的RMS至DC转换器的架构100的结构示意图。该RMS至DC转换器通过将一输入信号105提供至一第一平方单元/电路(标记为X2) 110予以实现。该平方单元/电路的输出端产生一输出电压，该输出电压藉由输出电流信号可被判定为一负载电阻，该负载电阻的另一端耦接至一供给电压。该第一平方单元/电路110的输出端电压具有高频成分，该高频成分经由一滤波电容以滤波产生一低频信号至一误差放大器的非反向输入端。该误差放大器的反馈 路径115中包含一第二平方单元/电路(标记为X2) 120，且该反馈路径115形成一模拟追踪回路使得该误差放大器的输入端的电压被设置为零。该误差放大器的输出端的信号则代表输入信号105的RMS值，该输出端信号同时作为该第二平方单元/电路120的输入信号。在该电路中，该RMS电压还经由一缓冲器进行测量以增加该测量后电压的幅度，以用于功率测量系统中。通过将该平方单元/电路110，120实现为三个晶体管串行连接的双曲线(multi-tanh)跨导单元，在该电路中近似从DC至微波频率的平方律可予以实现。但是需要注意的是，图I所示意的架构还会使得该误差放大器输入端对DC偏移很灵敏，从而会限制电路的实际动态范围。因此为了降低输入端对上述DC偏移的灵敏度，需要增加电路复杂度以对内部偏移进行自动调零。此外，图I的架构还会在误差放大器的输出端产生噪声，该输出端噪声取决于该反馈路径的增益。由于该反馈路径包含一平方功能，该反馈路径的增益与信号幅度成正比例。因此，该系统的噪声增益还会增加小信号电平，从而再次限制了上述动态范围。此外需注意的是，若该系统运作于一集成电路中，上述侦测系统包含的模拟滤波器由于尺寸较大还会占据较大的电路板面积。文献“一种使用具有源极跟随器的二输入端平方电路的MOS四象限模拟乘法器”(Ho-Jun Song , Choong-Ki Kim, IEEE JSSC, vol. 25, No. 3, June 1990)揭露了两个电压(VI和V2)的乘法功能，该乘法功能基于计算“该两个电压的总和的平方”与“该两个电压的差值的平方”之间的差值予以实现，其中Vo = (V^V2)2- (V1-V2)2 = 4 · V1 · V2(I)上述平方功能藉由使用一实作于饱和区域的MOS晶体管的漏极电流ID与栅极-源极间电压VGS之间的平方律关系予以实现。若Vl与V2分别应用至MOS晶体管的栅极与源极，其漏极电流系与上述电压差值的平方成正比例1D=Y其中，K=μ。.Cox(2)其中，μ ^代表载子迁移率，Cox代表单位面积内的栅极电容值，Vt代表上述MOS晶体管的阈值电压。该平方电路核心200具有两个差分输入对电压Vl (VI+与Vl-)及V2 (V2+与V2-)以及一单端输出电流(Isq)，如图2所示。在图2中，晶体管Ml与M2作为源极追随器级分别将差分输入电压(V2+与V2-)传送至晶体管M3与Μ4的源极。由于上述平方功能，该源极追随器两端的电压与栅极输入信号的电压电平无关。实际运行中，该源极追随器的电流会随着输入电压而发生变化，因此需要在“平方晶体管”(M3与M4)中流过更多的电流。而为了减低这种影响，上述源极追随器晶体管的宽长比与“平方晶体管”的宽长比之间的关系应该如下 (W)(W)y 了 V J Μ Μ2 V(3)以及需要满足下述条件ι, --Mt)把a)2 ^ V L Ju3,M4(4)依据上述程式(I)，通过将两个输入电压的“差值的平方”与“总和的平方”相减， 可以实现两个输入电压的乘法功能。因此，若第二平方单元配置为实现该“差值的平方”，以及若Vl=V2=Vin，如同图3中所示的同时具有差分输入以及差分输出(Il-IO)的核心平方电路就很有可能得以实现。(Λ-4)Ivm2 [V L JmS,6JS J(5)但是，对上述电路的分析存在一个重要的前提条件，即源极追随器设备(M1-M4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平方电路，其特征在于，包含用于接收一差分输入信号的一第一差分输入端与一第二差分输入端，以及用于输出一差分输出信号的一第一差分输出端与第二差分输出端，其中该平方电路包含：一第一组电流模式三态MOS装置，包含一第一MOS装置，一第二MOS装置和一第三MOS装置，该第一MOS装置，第二MOS装置和第三MOS装置的源极均耦接至一第一电流源，该第一MOS装置的漏极耦接至一第一电源，该第二MOS装置的漏极耦接至该第一差分输出端，以及该第三MOS装置的漏极耦接至该第二差分输出端；一第二组电流模式三态MOS装置，包含一第四MOS装置，一第五MOS装置和一第六MOS装置，该第四MOS装置，第五MOS装置和第六MOS装置的源极均耦接至一第二电流源，该第四MOS装置的漏极耦接至该第一电源，该第五MOS装置的漏极耦接至该第一差分输出端，以及该第六MOS装置的漏极耦接至该第二差分输出端；其中该第一MOS装置，第二MOS装置和第六MOS装置的每一者的栅极耦接至该第一差分输入端，该第三MOS装置，第四MOS装置和第五MOS装置的每一者的栅极耦接至该第二差分输入端，以使从该第一差分输出端和该第二差分输出端看到的差分输出电流与该差分输入信号的电压的平方成比例。...

【技术特征摘要】
2011.07.28 US 61/512,701;2012.07.04 US 13/541,6761.一种平方电路,其特征在于,包含用于接收一差分输入信号的一第一差分输入端与一第二差分输入端，以及用于输出一差分输出信号的一第一差分输出端与第二差分输出端，其中该平方电路包含 一第一组电流模式三态MOS装置，包含一第一 MOS装置，一第二 MOS装置和一第三MOS装置，该第一 MOS装置，第二 MOS装置和第三MOS装置的源极均耦接至一第一电流源，该第一 MOS装置的漏极耦接至一第一电源，该第二 MOS装置的漏极耦接至该第一差分输出端，以及该第三MOS装置的漏极耦接至该第二差分输出端； 一第二组电流模式三态MOS装置，包含一第四MOS装置，一第五MOS装置和一第六MOS装置，该第四MOS装置，第五MOS装置和第六MOS装置的源极均耦接至一第二电流源，该第四MOS装置的漏极耦接至该第一电源，该第五MOS装置的漏极耦接至该第一差分输出端，以及该第六MOS装置的漏极耦接至该第二差分输出端； 其中该第一 MOS装置，第二 MOS装置和第六MOS装置的每一者的栅极耦接至该第一差分输入端，该第三MOS装置，第四MOS装置和第五MOS装置的每一者的栅极耦接至该第二差分输入端，以使从该第一差分输出端和该第二差分输出端看到的差分输出电流与该差分输入信号的电压的平方成比例。2.如权利要求I所述的平方电路，其特征在于，该第一组电流模式三态MOS装置与该第二组电流模式三态MOS装置具有大致相等的尺寸。3.如权利要求I所述的平方电路，其特征在于，该第一组电流模式三态MOS装置中的一MOS装置的栅极与该第一组电流模式三态MOS装置中的其他MOS装置的栅极具有不相同的宽长比，以及该第二组电流模式三态MOS装置中的一 MOS装置的栅极与该第二组电流模式三态MOS装置中的其他MOS装置的栅极具有不相同的宽长比。4.如权利要求I所述的平方电路，其特征在于，该第一MOS装置的栅极的宽长比为该第二 MOS装置和第三MOS装置的栅极的宽长比的N倍，以及该第四MOS装置的栅极的宽长比为该第五MOS装置和第六MOS装置的栅极的宽长比的N倍，其中N为小于、等于或大于I的数值。5.如权利要求4所述的平方电路，其特征在于，该第二MOS装置、第三MOS装置、第五MOS装置和第六MOS装置的栅极具有大致相等的尺寸和大致相等的宽长比。6.如权利要求4所述的平方电路，其特征在于，该第一组电流模式MOS装置中的一MOS装置的栅极的宽长比大致上是该第一组电流模式MOS装置中其他MOS装置的栅极的宽长比的两倍，以及该第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·雅奎·比尔，柏纳得·马克·坦博克，
申请(专利权)人：联发科技新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：