[發明專利]一種逆RSSI架構的射頻功率檢測器

在審

• 申請號: 201710207580.5
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107202917A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 葉樂;田帆;廖懷林;鄭永安;楊帆
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01R21/00
• 分類號: G01R21/00;G01R19/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙)11200
• 代理人: 俞達成

技術領域

本發明屬于集成電路設計領域，涉及一種射頻功率檢測器，具體涉及一種大動態工作范圍、能檢測高功率的逆RSSI型射頻功率檢測器。

背景技術

在現今的發射機中，功率檢測器至關重要。隨著越來越多的頻帶向民用開放，被使用的頻帶越來越多，不同頻帶同時工作的并存網絡彼此間為獨立的干擾源，干擾著彼此工作；同時，在同一網絡中，不同用戶終端也彼此干擾，所以，為與其他用戶共存，保證用戶終端通信質量，必須要確保彼此之間的干擾在容許范圍內。同時，在滿足正常通信的前提下，現代通信系統更期望盡可能降低發射功率，提高系統性能，延長終端用戶的使用時間。因此，控制發射功率的模塊，已經成為發射鏈路中不可或缺的組成部分。其中的功率檢測器必不可少。

傳統的功率控制模塊如圖1所示，一般由兩個部分組成，第一部分為功率檢測器(Power Detector，PD)，確定發射器端功率放大器(PowerAmplifier，PA)的實際輸出功率；第二部分為控制信號產生模塊，其輸出控制信號，控制數字基帶、RF前端，進而控制功率放大器功率的大小。其中，功率檢測器是整個功率控制模塊的基礎。

射頻功率檢測器實現方式多種多樣。一種傳統的方式為采用熱敏電阻，將電能轉化為熱能，改變熱敏電阻的阻值，然后再轉化為電信號，由于熱敏電阻，不能被集成，因此面積較大、成本較高。另一種是根據信號幅度檢測其功率，根據幅度進行功率檢測的基本原理為：讓信號通過一個非線性器件，產生一些直流分量，由于直流分量跟信號幅度成正比，而信號幅度與其功率成正比，因此可根據直流分量的大小推斷功率。常用的非線性器件有三極管或工作于弱反型區的MOS管、工作于飽和區的MOS管。但是由于標準的CMOS工藝能夠承受的電壓較小，因此其檢測大功率的能力較弱，檢測功率低，而且動態范圍較小。

傳統接收機結構如圖2所示，RSSI(Received Signal Strength Indication，RSSI)架構是用于傳統接收機中接受的信號強度的一種結構，其傳統架構如圖3所示。

圖4所示為一種傳統整流器架構示意圖。其單個整流器的輸出特性如圖5所示，當輸入功率過小時，即Pin<PIL時，其輸出電流恒為IOM；當輸入功率足夠大時，即Pin>PIM時，其輸出電壓恒為IOL，當輸入PIL<Pin<PIM時，其輸出電流近似和輸入信號功率呈線性。由此可知，單階整流器具有在一定功率范圍內，隨輸入功率增加，輸出電流呈線性減小的物理特性，但單階整流器的動態工作范圍極小。

發明內容

針對傳統的射頻功率檢測器的缺點，本發明提出一種逆RSSI架構的射頻功率檢測器，將RSSI架構逆用，提出逆RSSI架構，將級聯放大改換成級聯衰減，無需直流失調消除模塊，簡化其結構的同時，增大射頻功率檢測器的動態范圍，能夠檢測高功率射頻信號。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種逆RSSI架構的射頻功率檢測器，包括衰減陣列、整流器和穩定電阻，該衰減陣列采用逆RSSI架構，包括多級衰減單元，將輸入的功率信號進行逐級衰減，產生不同幅度的功率信號；每一級衰減單元的輸出端都連接一相同架構的整流器，該整流器接收功率信號并產生幅度相關的直流電流；所有整流器的輸出端共同連接一穩定電阻，直流電流通過該穩定電阻產生電壓信號。

進一步地，每一級衰減單元由第一電容和第二電容串聯組成，第二電容的遠離第一電容的一端接地；從衰減陣列的輸入端起，下一級的第一電容的輸入端連接于上一級的第一電容和第二電容之間；電容大小選取應避免MOS管寄生的影響。

進一步地，電容為MIM電容，避免電容因輸入功率過大被擊穿。

進一步地，每一整流器連接于所在級衰減單元的第一電容和第二電容之間。

進一步地，每一級衰減單元由第一電阻和第二電阻串聯組成，第二電阻的遠離第一電阻的一端接地；從衰減陣列的輸入端起，下一級的第一電阻的輸入端連接于上一級的第一電阻和第二電阻之間；電阻大小選取應避免MOS管寄生的影響。

進一步地，每一整流器連接于所在級衰減單元的第一電阻和第二電阻之間。

進一步地，整流器為含有一非平衡交叉耦合對的CMOS整流器，包括作為輸入對管的兩對非平衡NMOS管、作為電流鏡的兩對PMOS管和尾電流源；尾電流源提供輸入對管的總電流；兩對NMOS管漏端交叉耦合，并連接到相應的PMOS管漏端；還包括兩個輔助電容，連接于該兩對NMOS管的漏端，輔助電容的大小應能穩定電壓。