具有温度补偿的功率检测器的制造方法
【专利摘要】公开了具有温度补偿且具有改进的随温度的准确性的功率检测器。通过改变功率检测器内的MOS晶体管的栅极电压和漏极电压两者来减小功率检测器增益随温度的变化。在示例性设计中，一种装置包括至少一个MOS晶体管(320)，该至少一个MOS晶体管接收输入信号(V输入)，基于功率检测增益来检测该输入信号(V输入)的功率，以及提供指示该输入信号(V输入)的功率的输出信号(l输出)。该至少一个MOS晶体管(320)被施加可变栅极偏置电压和可变漏极偏置电压，以减小功率检测增益随温度的变化。至少一个附加MOS晶体管(322)可以接收第二可变栅极偏置电压，并且提供用于该至少一个MOS晶体管的可变漏极偏置电压。
【专利说明】具有温度补偿的功率检测器
[0001] 本申请要求于2012年6月1日提交的题为"POWER DETECTOR WITH TEMPERATURE COMPENSATION具有温度补偿的功率检测器）"的美国临时申请S/N. 61/654, 655的优先权， 该临时申请已转让给本申请受让人并全部通过引用纳入于此。
【背景技术】
[0002] I ?领域
[0003] 本公开一般涉及电子器件，且更具体而言涉及功率检测器。
[0004] II ?背景
[0005] 无线设备（例如，蜂窝电话或智能电话）可传送和接收数据以与无线通信系统进 行双向通信。无线设备可包括用于数据传输的发射机以及用于数据接收的接收机。对于数 据传送，发射机可用数据来调制发射本地振荡器（L0)信号以获得经调制射频（RF)信号，放 大该经调制RF信号以获得具有恰当输出功率电平的输出RF信号，并经由天线将该输出RF 信号发射到基站。对于数据接收，接收机可经由天线获得收到RF信号，放大该收到RF信号 并用接收L0信号对该收到RF信号进行下变频，并处理该经下变频信号以恢复由基站发送 的数据。
[0006] 无线设备可以包括用以测量RF信号功率的功率检测器。功率检测器可提供可以 是输入信号的平方函数的输出信号并且可被称作平方律检波器。功率检测器可以用互补 金属氧化物半导体（CMOS)晶体管来实现，并且可以使用CMOS晶体管的漏极电流与栅极电 压之间的平方律关系将输入信号功率转换成输出电流。功率检测器与功率检测器增益相关 联，功率检测器增益是输出电流与输入信号功率之间的转换增益。功率检测器增益可以与 电子迁移率成比例，电子迁移率可以是温度的函数。因此，功率检测器增益将随温度而变， 例如，对于某些集成电路（1C)工艺而言改变高达7分贝（dB)。功率检测器增益随温度的变 化将不利地影响功率检测器随温度的准确性。
[0007] 概述
[0008] 本文公开了具有温度补偿且具有改进的随温度的准确性的功率检测器。这些功率 检测器还可以针对1C工艺、电源电压等的变化而被补偿。
[0009] 在本公开的一个方面，可通过改变功率检测器内的M0S晶体管的栅极电压和漏极 电压两者来减小功率检测器增益随温度的变化。在示例性设计中，一种装置（例如，无线设 备或1C)可以包括至少一个M0S晶体管，该至少一个M0S晶体管可以接收输入信号，基于功 率检测增益来检测该输入信号的功率，以及提供指示该输入信号的功率的输出信号。该输 入信号可以包括输入RF信号，并且该输出信号可以包括指示该输入RF信号的功率的包络 信号。该至少一个M0S晶体管可以被施加可变栅极偏置电压和可变漏极偏置电压，以减小 功率检测增益随温度的变化。该装置可进一步包括耦合到该至少一个M0S晶体管的至少一 个附加M0S晶体管。该至少一个附加M0S晶体管可以被施加第二可变栅极偏置电压，并且 可以为该至少一个M0S晶体管提供可变漏极偏置电压。
[0010] 在本公开的另一个方面，功率检测器的功率检测器增益可以被估计，并且可以或 者在功率检测器之前或者在功率检测器之后执行补偿以计及功率检测器增益的变化。在示 例性设计中，一种装置可以包括功率检测器、增益估计电路以及信号补偿电路。功率检测器 可以接收输入信号及提供输出信号，并且可以具有依赖于温度的增益。增益估计电路可以 估计功率检测器的增益。信号补偿电路可基于功率检测器的所估计增益来补偿输入信号和 /或输出信号。
[0011] 以下更加详细地描述本公开的各种方面和特征。
[0012] 附图简述
[0013] 图1示出无线通信设备的框图。
[0014] 图2示出功率检测器的示意图。
[0015] 图3示出具有温度补偿的功率检测器的示意图。
[0016] 图4A至4C示出具有对温度依赖型功率检测器增益的补偿的功率检测模块的三个 示例性设计。
[0017] 图5示出增益估计电路的示例性设计。
[0018] 图6示出用于执行功率检测的过程。
[0019] 图7示出用于执行具有补偿的功率检测的过程。
[0020] 详细描述
[0021] 以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中 实践本公开的仅有设计。术语"示例性"在本文中用于表示"用作示例、实例或解说"。本文 中描述为"示例性"的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体 细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这 些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形 式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。
[0022] 本文公开了具有温度补偿且具有改进性能的功率检测器。这些功率检测器还可以 针对1C工艺、电源电压等的变化而得到补偿。这些功率检测器可以用于各种电子设备，诸 如无线通信设备、智能电话、平板计算机、个人数字助理（PDA)、手持式设备、无线调制解调 器、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路（WLL)站、蓝牙设备、消费电子 设备，等等。为清楚起见，以下描述功率检测器在无线通信设备中的用途。
[0023] 图1示出了无线通信设备100的示例性设计的框图。在此示例性设计中，无线设 备100包括数据处理器/控制器110以及耦合到天线148的收发机120。收发机120包括 支持双向无线通信的发射机130和接收机150。一般而言，无线设备100可包括用于任何数 目的通信系统、任何数目的频带以及任何数目的天线的任何数目的发射机和任何数目的接 收机。
[0024] 在发射路径中，数据处理器110可以处理待传送的数据并且向发射机130提供模 拟输出基带信号。在发射机130内，模拟输出基带信号可以被放大器（Amp) 132放大，被低 通滤波器134滤波以移除由数模转换造成的镜频，被可变增益放大器（VGA) 136放大，并且 被上变频器138从基带上变频至RF。经上变频的信号可以被滤波器140滤波，被功率放大 器（PA) 142放大，被路由通过定向耦合器144和天线接口电路146,并且经由天线148被发 射。
[0025] 在接收路径中，天线148可以接收来自基站和/或其他发射机站的信号并且可以 提供收到RF信号，该收到RF信号可以被路由通过天线接口电路146并且提供给接收机 150。在接收机150内，收到RF信号可被低噪声放大器（LNA) 152放大，被带通滤波器154 滤波，并被下变频器156从RF下变频至基带。经下变频的信号可以被VGA 158放大，被低 通滤波器160滤波，并且被放大器162放大以获得可以提供给数据处理器110的模拟输入 基带信号。
[0026] L0发生器170可以生成用于上变频器138的发射L0信号。L0发生器176可以生 成用于下变频器156的接收L0信号。锁相环（PLL) 172和174可以接收来自数据处理器 110的控制信息，并且分别向L0发生器170和172提供控制信号以生成处于恰当频率的发 射L0信号和接收L0信号。
[0027] 功率检测器180可以耦合至定向耦合器144的一个或多个端口并且可以测量定向 耦合器144的输入端口、输出端口、所耦合的端口、和/或反射端口处的RF信号功率。功率 检测器182可以耦合至LNA 152的输入（如图1中所示）、或者LNA 152的输出（图1中未 示出）、或者接收路径中的某个点。功率检测器182可以检测收到RF信号的RF信号功率。 来自功率检测器180和/或182的检出RF信号功率可以被用来控制收发机120的操作。
[0028] 图1示出了发射机130和接收机150的示例性设计。一般而言，在发射机和接收 机中对信号的调理可由一级或多级的放大器、滤波器、混频器等执行。这些电路可与图1中 所示的配置不同地安排。另外，图1中未示出的其他电路也可用在发射机和接收机中。例 如，匹配电路可被用于匹配图1中的各个有源电路。还可省略图1中的一些电路。收发机 120的全部或一部分可被实现在一个或多个模拟1C、射频IC (RFIC)、混合信号1C等上。例 如，功率检测器180和/或182可以实现在RFIC上。
[0029] 数据处理器/控制器110可执行无线设备100的各种功能，例如，对正被无线设备 100传送的数据和正被其接收的数据进行处理。存储器112可存储供数据处理器110使用 的程序代码和数据。数据处理器/控制器110可以实现在一个或多个专用集成电路（ASIC) 和/或其他1C上。
[0030] 具有温度补偿的功率检测器可用各种方式来实现。此类功率检测器的一些示例性 设计在以下描述。
[0031] 图2示出功率检测器200的示例性设计的示意图。功率检测器200包括耦合成差 分对的一对N沟道金属氧化物半导体（NM0S)晶体管220和230。NM0S晶体管220的源极耦 合至电路接地，其栅极耦合至电阻器214的一端，并且其漏极提供第一输出电流（^。NM0S 晶体管230的源极耦合至电路接地，其栅极耦合至电阻器216的一端，并且其漏极提供第二 输出电流（1 2)。电阻器214和216的另一端稱合在一起并被施加栅极偏置电压(^_)。AC 耦合电容器212的一端接收输入信号（V fl5A)并且另一端耦合至NM0S晶体管220的栅极。 电容器224耦合在NM0S晶体管220的漏极与电路接地之间。
[0032] 功率检测器200在NM0S晶体管220的栅极处接收Vfl5A信号并且从NM0S晶体管 220和230的漏极提供差分输出电流（I输出）。电流I输出与信号的平方（V%^)之间的 传递函数可以表达为：
[0033]
【权利要求】
1. 一种用于无线通信的装置，包括： 至少一个金属氧化物半导体（MOS)晶体管，所述至少一个MOS晶体管被配置成接收输 入信号，基于功率检测增益来检测所述输入信号的功率，以及提供指示所述输入信号的功 率的输出信号，所述至少一个MOS晶体管被施加可变栅极偏置电压和可变漏极偏置电压， 以减小所述功率检测增益随温度的变化。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括： 耦合至所述至少一个MOS晶体管的至少一个附加 MOS晶体管，所述至少一个附加 MOS 晶体管被施加第二可变栅极偏置电压，并且为所述至少一个MOS晶体管提供所述可变漏极 偏置电压。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个MOS晶体管包括： 第一 N沟道MOS(NMOS)晶体管，所述第一 NMOS晶体管具有耦合至电路接地的源极、 接收所述可变栅极偏置电压和所述输入信号的栅极、以及接收所述可变漏极偏置电压的漏 极，以及 第二NM0S晶体管，所述第二NM0S晶体管具有耦合至电路接地的源极、接收所述可变栅 极偏置电压的栅极、以及接收所述可变漏极偏置电压的漏极，所述第一 NM0S晶体管和所述 第二NM0S晶体管提供差分输出信号。
4. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，进一步包括： 第三NM0S晶体管，所述第三NM0S晶体管具有耦合至所述第一 NM0S晶体管的漏极的源 极以及接收第二可变栅极偏置电压的栅极；以及 第四NM0S晶体管，所述第四NM0S晶体管具有耦合至所述第二NM0S晶体管的漏极的源 极以及接收所述第二可变栅极偏置电压的栅极，所述第三NM0S晶体管和所述第四NM0S晶 体管为所述第一 NM0S晶体管和所述第二NM0S晶体管提供所述可变漏极偏置电压。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，进一步包括： 耦合在所述第一 NM0S晶体管的漏极与电路接地之间的第一电容器；以及 耦合在所述第三NM0S晶体管的漏极与电路接地之间的第二电容器。
6. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，进一步包括： 偏置发生器，所述偏置发生器配置成生成用于所述至少一个M0S晶体管的所述可变栅 极偏置电压以及用于所述至少一个附加 M0S晶体管的所述第二可变栅极偏置电压。
7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述偏置发生器配置成基于与绝对温度互 补（CTAT)来生成用于所述至少一个M0S晶体管的所述可变栅极偏置电压。
8. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述偏置发生器配置成基于与绝对温度成 比例（PTAT)来生成用于所述至少一个附加 M0S晶体管的所述第二可变栅极偏置电压。
9. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述偏置发生器配置成生成在预定电压范 围内的用于所述至少一个M0S晶体管的所述可变栅极偏置电压和用于所述至少一个附加 M0S晶体管的所述第二可变栅极偏置电压。
10. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述偏置发生器配置成生成用于所述至少 一个M0S晶体管的所述可变栅极偏置电压以及用于所述至少一个附加 M0S晶体管的所述第 二可变栅极偏置电压以将每一 M0S晶体管的偏置电流维持在预定范围内。
11. 一种执行功率检测的方法，包括： 基于与随温度变化的功率检测增益相关联的至少一个金属氧化物半导体（MOS)晶体 管来检测输入信号的功率；以及 生成用于所述至少一个M0S晶体管的可变栅极偏置电压和可变漏极偏置电压，以减小 所述功率检测增益随温度的变化。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述生成可变栅极偏置电压和可变漏极 偏置电压包括用被施加第二可变栅极偏置电压的至少一个附加 M0S晶体管来生成用于所 述至少一个M0S晶体管的所述可变漏极偏置电压。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述生成可变栅极偏置电压和可变漏极 偏置电压包括基于与绝对温度互补（CTAT)来生成用于所述至少一个M0S晶体管的所述可 变栅极偏置电压，或者基于与绝对温度成比例（PTAT)来生成用于所述至少一个附加 M0S晶 体管的所述第二可变栅极偏置电压，或这两者。
14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述生成可变栅极偏置电压和可变漏极 偏置电压包括生成在预定电压范围内或用于将每一 M0S晶体管的偏置电流维持在预定范 围内或这两者的用于所述至少一个M0S晶体管的所述可变栅极偏置电压以及用于所述至 少一个附加 M0S晶体管的所述第二可变栅极偏置电压。
15. -种用于无线通信的装置，包括： 功率检测器，所述功率检测器配置成接收输入信号及提供输出信号，所述功率检测器 具有依赖于温度的增益； 增益估计电路，所述增益估计电路配置成估计所述功率检测器的增益；以及 信号补偿电路，所述信号补偿电路配置成基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所 述输入信号或所述输出信号或这两者。
16. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述增益估计电路包括： 耦合成第一二极管的第一金属氧化物半导体（M0S)晶体管， 耦合成第二二极管的第二M0S晶体管，以及 电压检测器，所述电压检测器配置成测量所述第一M0S晶体管的第一栅源电压（VJ和 所述第二M0S晶体管的第二^电压，其中所述功率检测器的增益是基于所述第一 ^电压 和所述第二\s电压来估计的。
17. 如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述第一 M0S晶体管包括第一 N沟道 MOS(NMOS)晶体管，所述第一 NM0S晶体管具有耦合至电路接地的源极和耦合至所述第一 NM0S晶体管的漏极的栅极，并且所述第二M0S晶体管包括第二NM0S晶体管，所述第二NM0S 晶体管具有耦合至电路接地的源极和耦合至所述第二NM0S晶体管的漏极的栅极。
18. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述信号补偿电路配置成接收所述输入 信号并基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输入信号并且向所述功率检测器提 供经补偿的输入信号。
19. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述信号补偿电路配置成接收所述输出 信号并基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输出信号并且提供经补偿的输出信 号。
20. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述信号补偿电路配置成对来自所述功 率检测器的所述输出信号执行模拟补偿。
21. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述信号补偿电路配置成对来自所述功 率检测器的所述输出信号执行数字补偿。
22. -种执行功率检测的方法，包括： 用功率检测器检测输入信号的功率以获得输出信号，所述功率检测器具有依赖于温度 的增益； 估计所述功率检测器的增益；以及 基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输入信号或所述输出信号或这两者。
23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，估计所述功率检测器的增益包括 测量耦合成第一二极管的第一金属氧化物半导体（MOS)晶体管的第一栅源电压（VJ， 测量耦合成第二二极管的第二MOS晶体管的第二电压；以及 基于所述第一 电压和所述第二电压来估计所述功率检测器的增益。
24. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，补偿所述输入信号或所述输出信号或这 两者包括基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输入信号以获得用于所述功率检 测器的经补偿的输入信号。
25. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，补偿所述输入信号或所述输出信号或这 两者包括基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输出信号以获得经补偿的输出信 号。
26. -种用于无线通信的设备，包括： 用于基于功率检测器增益来检测输入信号的功率以获得输出信号的装置，所述功率检 测器增益依赖于温度； 用于估计所述功率检测器增益的装置；以及 用于基于所估计的功率检测器增益来补偿所述输入信号或所述输出信号或这两者的 装直。
27. 如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述用于估计所述功率检测器增益的装 置包括 用于测量耦合成第一二极管的第一金属氧化物半导体（MOS)晶体管的第一栅源电压 (Vcs)的装置， 用于测量耦合成第二二极管的第二MOS晶体管的第二电压的装置；以及 用于基于所述第一 电压和所述第二电压来估计所述功率检测器增益的装置。
28. 如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述用于补偿所述输入信号或所述输出 信号或这两者的装置包括：用于基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输入信号以 获得用于所述用于检测功率的装置的经补偿的输入信号的装置。
29. 如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述用于补偿所述输入信号或所述输出 信号或这两者的装置包括：用于基于所述功率检测器的所估计增益来补偿所述输出信号以 获得经补偿的输出信号的装置。
30. -种计算机程序产品，包括： 非瞬态计算机可读介质，包括： 用于使至少一个处理器指导基于功率检测器增益来检测输入信号的功率以获得输出 信号的代码，所述功率检测器增益依赖于温度； 用于使所述至少一个处理器指导对所述功率检测器增益进行估计的代码；以及 用于使所述至少一个处理器指导基于所估计的功率检测器增益对所述输入信号或所 述输出信号或这两者进行补偿的代码。
【文档编号】G01R21/14GK104335485SQ201380028590
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】X·王, Y·左, X·张, M·G·迪斯克 申请人:高通股份有限公司