专利名称：输入功率过载保护电路的制作方法
技术领域：
本公开的实施例总体上涉及电路领域，更具体地，涉及输入功率过载保护电路。
背景技术：
功率放大器在输入功率过载状况下可能遭到显著损坏。由于诸如在无线码分多 址(W-CDMA)系统中发现的复合数字调制信号之类的具有高的峰均比(peak-to-average ratio)的复合数字调制信号，对这种过载状况的防止是复杂的。高的峰均比在时域中建立 射频(RF)波形的快速的升高时间和下降时间。传统的电子保护系统不能做到足够快速地 进行反应以避免RF波形的峰值被永久地破坏，同时提供足以不使频谱再生劣化的线性。
在附图的图中以示例方式而非限定方式示出了实施例，在附图中，相似的附图标 记表示类似的要素，其中图1示出了输入功率过载保护电路；图2是描述输入功率过载保护电路的操作的流程图；图3是输入功率过载保护电路的电路图；图4是示出了功率输出相对于功率输入的比率的曲线图；图5是示出了散射参数性能的曲线图；图6是示出了相对的邻信道泄漏比性能的曲线图；以及图7示出了实现全部根据至少一些实施例的输入功率过载保护电路的无线传输
直ο
具体实施例方式将使用本领域技术人员通常用来向其他的本领域技术人员传达其工作实质的术 语来描述示例性实施例的各个方面。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以仅 使用所描述的方面中的一些方面来实施替代性实施例。为了进行说明，描述了特定的装置 和配置，以提供对示例性实施例的全面理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的 是，在不具有特定细节的情况下可以实施替代性实施例。为了不使示例性实施例费解，在其 它示例中省略或简化了公知的特征。此外，将以最有助于理解本公开的方式将各个操作依次描述为多个分立的操作； 然而，该描述的顺序不应被理解为暗示这些操作必须是与顺序相关的。具体地，不需要以所 呈现的顺序来执行这些操作。重复使用了措词“在一个实施例中”。该措词通常不是指同一实施例；但该措词可 以指同一实施例。除非上下文另外指出，否则术语“包括”、“具有”和“具备”是同义的。为了对可能结合各个实施例使用的语言提供一些澄清性语境，措词“A/B”和“A和 / 或 B” 意为(A)、(B)或(A 和 B)；措词 “A、B 和 / 或 C” 意为(A)、(B)、(C)、(A 和 B)、(A 和C)、(B 和 C)或(A、B 和 C)。这里可以使用术语“耦合到”以及其衍生词。“耦合”可以意为以下情况中的一个 或更多个。“耦合”可以意为两个或更多个元件直接地物理接触或电接触。然而，“耦合” 还 可以意为两个或更多个元件间接地相互接触但仍然相互协作或交互，并且可以意为一个或 更多个其它元件耦合或连接在被称为相互耦合的元件之间。图1示出了根据一些实施例的输入功率过载保护电路100，该输入功率过载保护 电路100包括具有耦合器108和与耦合器108相耦合的控制元件112的传输线路104。输 入功率过载保护电路100 (下文中称为“电路100”)还可以包括与耦合器108和控制元件 112这两者相耦合的保护模块116。保护模块116可以包括检测器120，检测器120连同保护模块116的其它部件一起 与传输线路104物理上分离。检测器120可以具有与诸如单次触发定时器等的定时器124 以及或(OR)逻辑元件128的第一输入相耦合的输出。OR逻辑元件128的第二输入可以与 定时器124的输出相耦合。OR逻辑元件128的输出可以被提供到控制元件112以及提供 到反相器132的输入。反相器132的输出还可以与控制元件112相耦合。OR逻辑元件128 和反相器132 (统称为“逻辑元件”)均可以在相应的电源输入处被提供偏置电压Vcc。另外参考图2所示的流程图200描述电路100的操作。在块204处，耦合器108 可以基于在传输线路104上传输的输入RF信号RFin而生成导出的RF信号。该导出的RF 信号可以等于RFin或与RFin成比例。耦合器108可以将该导出的RF信号提供到保护模 块116的检测器120。在块208处，检测器120可以针对RFin的过载状况进行检测。可以通过将导出的 RF信号的值与预定阈值相比较来实现对过载状况的检测。可以设置该预定阈值，使得如果 该导出的RF信号在该阈值以上则表示过载状况。在其它实施例中可以使用其它比较功能。如果在块208处检测到过载状况，则检测器120可以在其输出处断言(assert)信 号。这可以在决212处触发定时器124，而这又可以在块216处触发逻辑元件以将控制元件 112设置为衰减状态。检测器120的断言信号(asserted signal)可以通过被直接提供到 OR逻辑元件128来触发逻辑元件。在OR逻辑元件128的输入中的至少一个输入上具有断 言信号的OR逻辑元件128可以在OR逻辑元件128的输出处具有Vcc的断言信号。然后可 以将该断言信号直接提供到控制元件112的Vc输入，这可以导致控制元件112通过将至少 部分的RFin信号朝向输入向后反射来使RFin信号衰减。在一些实施例中，向控制元件112 的Vc输入提供断言信号可以表示控制元件112的正向偏置。如果在块208处判断为未检测到过载状况，则可以在块220处判断定时器124的 输出是否被断言。在一个实施例中，可以通过OR逻辑元件128基本上同时地完成在块208 处的判断和在块220处的判断。如上文所述地，定时器124的断言输出可以在块216处触 发逻辑元件以将控制元件112设置为衰减状态。如果在块220处判断为定时器124的输出信号未被断言，则在块224处，逻辑元件 可以将控制元件112设置为非衰减状态。可以由被去断言(de-assert)的OR逻辑元件128 的输入上的两个信号而导致该非衰减状态。这可以导致OR逻辑元件128的输出被去断言， 且导致反相器132的输出被断言为Vcc。可以将反相器132的断言输出提供到控制元件112 的E输入，使得控制元件112允许RFin信号大部分不受影响地通过。在一些实施例中，向控制元件112的巧输入提供断言信号表示控制元件112的反向偏置。
以这种方式，保护模块116可以通过使用与传输线路104上的RFin信号相反的导 出的RF信号来去耦合检测功能。此外，被直接提供到OR逻辑元件128的检测器120的输 出可以提供对过载状况的初始出现的快速响应，而定时器124的使用可以提供后续的RF脉 冲的峰值之间的保持功能，使得保护模块116不会比期望的更频繁地触发控制元件112的 衰减状态。该保持功能可以考虑到来自控制元件112的更充分地展开的衰减响应。在一些实施例中，控制元件112可以单独地包括二极管或场效应晶体管(FET)，该 二极管或场效应晶体管除了提供上面讨论的衰减之外还使RFin信号预失真，以增大与电 路100相耦合的功率放大器的线性响应。当控制元件112处于非衰减状态时，可以进行该 预失真线性化。与针对衰减功能和预失真功能中的每个功能而使用不同的元件相比，使用 诸如二极管或FET之类的一个元件来使RFin信号衰减和预失真可以与更少的插入损耗和 更多的总增益相关联。图3是根据一些实施例的电路100的电路图300。用类似的附图标记标注与在图 1中描述的元件相对应的电路图300的一般区域。耦合器108可以具有区段304，区段304被配置用于在通过耦合器108的区段308 产生作为RFin信号的结果的导出的RF信号时提供宽带响应。区段304和308可以是四分 之一波长微带，并且在本实施例中可以将耦合器108称为四分之一波长微带耦合器。耦合 器108可以结合旨在实现低插入损耗和高隔离的微波设计技术。通过使用电容器R14至 R17提供电容补偿，可以增强耦合器108的方向性。在耦合器108中以及传输线路104上的其它位置中包括的电感调谐区间可以补偿 与和传输线路104相并联的元件相关联的寄生电容。可以选择旁路电容器C5和C3以抵消 寄生电感，并且偏置线圈Ll可以被选择成在工作频带上无谐振。可以通过包括例如放大器Ul以及衰减器RIO、Rll和R12的检测器120的元件来 对导出的RF信号进行衰减和放大。可以选择衰减器以调节与过载状况相对应的过载阈值 水平。可以将该阈值水平设置为频率或功率水平的函数。检测器120可以包括肖特基二极管Dl ；用于提供例如50欧姆RF终端的电阻器 R18 ；以及用于提供RF旁路的电容器C2。肖特基二极管Dl可以驱动可作为OR逻辑元件128 的第一输入而工作的高速开关Q1。肖特基二极管Dl可以经由电阻器R6和加速电容器C7 来驱动Q1。加速电容器C7可以加快从肖特基二极管Dl到高速开关Ql的信号的上升沿的提供。来自肖特基二极管Dl的信号还将驱动定时器124的元件，例如开关Q3、电容器C6 和电阻器R8。开关Q3可以以比高速开关Ql更低的速度工作；然而，一旦被激活，开关Q3将 在由电容器C6和电阻器R8的值所确定的时间常数之内保持激活。发光二极管D3可以用 于提供定时器124的状态的可视表示。可以向可作为OR逻辑元件128的第二输入的开关 Q4提供定时器124的输出。当高速开关Ql断开(例如当不存在过载状况时)且开关Q4断开(例如当定时器 124已到期时)时，反相器132的开关Q2可断开。在开关Q2断开的情况下，电阻器R2和 R3可以将在控制元件112的PIN 二极管D2的阴极处的电压设置成大于在该PIN 二极管D2 的阳极处的电压。这可以向二极管D2提供禁止电流流过的反向偏置电位。可以通过例如调节Vcc的值来调节该反向偏置电位的值，以用于期望的预失真线性化。以这种方式，保护 模块可以提供PIN 二极管D2两端的反向偏置电位，以将控制元件112设置为非衰减状态。当高速开关Ql接通(例如当存在过载状况时)或开关Q4接通(例如当定时器 124未到期时)时，开关Q2也将接通。这将使该阴极电压被设置在该阳极电压以下，由此使 PIN 二极管D2上的偏置 从反向偏置电位翻转为正向偏置电流。通过PIN 二极管D2的正向 偏置电流将导致低阻抗状态，该低阻抗状态工作用于将高功率输入波朝向源向后反射，而 不是朝向传输线路104的输出传输。以这种方式，保护模块116可以提供通过PIN 二极管 D2的正向偏置电流，以将控制元件112设置成处于衰减状态。在一些实施例中，控制元件112可以包括场效应晶体管(FET)而不是PIN 二极管 D2。在这些实施例中，通过在FET的栅极处提供正向偏置电位的保护模块116，可以将控制 元件112设置为衰减状态。在实现电路图300时，可能期望使二极管D2位于紧邻耦合器108的输出。当耦合 器108是四分之一波长微带耦合器时，耦合器108的输入可以位于与二极管D2相距约额定 频率的四分之一波长。二极管D2与耦合器108的输入的该物理上的邻近可以建立正反馈 机制，在该正反馈机制中耦合器108上的信号便利于二极管D2切换成衰减状态。虽然电路图300示出了不同的电路元件的特定布置，但是可以理解，可以在各种 实施例中实现各种变型。例如，可以用诸如FET之类的特定半导体器件或者与给定的单片 工艺相关联的器件来替换其它元件，例如可以用FET替换上面讨论的PIN二极管D2。此外， 虽然示出了各种无源器件，但是在一些实施例中，可以在期望增益时使用有源器件。此外， 取决于频率，可以利用波导或传统的导线或印刷电路迹线来实现电路100。应当理解，可以 根据所提供的公开对本发明进行诸多变型和变化。图4是示出了两个实施例的功率输出(Pout)相对于功率输入(Pin)的比率的曲 线图400。Pout对应于RFout信号的dBm值，Pin对应于RFin信号的dBm值，其中dBm表 示以相对于一个毫瓦(mW)的分贝(dB)为单位的功率比。在这些实施例中，在5伏(V)Vcc 偏置的情况下额定频率是900兆赫(MHz)。从这两个实施例可以看出，Pout跟随Pin上升， 直到达到Pin的过载阈值为止。在该点处，Pout信号可以大大衰减，以避免否则可能由于 过载状况而出现的损坏。如上文所述，可以使用衰减器RlO至R12来调节过载阈值水平，以调节肖特基二极 管Dl的功率输入。从曲线图400可以看出，在由线404表示的实施例中将过载阈值设置成 比由线408表示的实施例更低。图5是示出了根据一些实施例工作的电路100的散射参数(或“S参数”)的曲线 图500。具体地，曲线图500示出了针对线504、508、512和516的、作为工作频率的函数的 插入损耗和返回损耗。具体地，线504提供了针对在控制元件112处于非衰减状态的情况 下工作的电路100的插入损耗；线508提供了针对在控制元件112处于衰减状态的情况下 工作的电路100的插入损耗；并且线512和516分别提供了与线504的插入损耗相关联的 输入返回损耗和输出返回损耗。在本实施例中，衰减状态与非衰减状态之间的隔离可以为 约21dB。参见例如线504和508的900MHz隔离损耗之间的差。可以通过选择C3的合适的 电容器值来调节该隔离，以便以特定实施例的期望的额定频率而谐振出寄生电感。图6是示出了根据一些实施例的线604所示的不使用电路100的放大电路以及线608所示的使用电路100的放大电路的对比的邻信道泄漏比(ACLR)性能的曲线图600。在 图7中可以看到使用电路100的放大电路的示例。曲线图600中绘制的结果可以是利用以 下的W-CDMA第三代合作伙伴项目(3GPP)测试参数来操作放大电路的功率放大器的结果 1-64专用物理信道(DPCH)；以0. 01%概率的10. 2dB的峰均比(PAR)；以及3. 84MHz带宽。 下文中可以将这些测试参数称为“3GPP测试参数”。线608表示至少部分地由于由控制元 件112提供的预失真线性化的、相对于线604的改善的ACLR性能。下面的表1提供了所测量的具有根据一些实施例的电路100的放大电路的性能的 概述。表 1
插入损耗0.5dB
权利要求
1.一种电路，包括传输线路，所述传输线路被配置用于传输射频(RF)信号；耦合器，所述耦合器与所述传输线路相耦合，并被配置用于生成与所述RF信号相对应 的导出的RF信号；控制元件，所述控制元件与所述传输线路相耦合，并被配置用于当处于非衰减状态时 传输所述RF信号以及当处于衰减状态时反射至少部分的所述RF信号；以及保护模块，所述保护模块与所述耦合器相耦合，并被配置用于至少部分地基于所述导 出的RF信号而使所述控制元件在所述非衰减状态和所述衰减状态之间进行切换。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制元件包括二极管。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述保护模块被配置用于通过所述二极管提供正 向偏置电流，以将所述控制元件设置成处于所述衰减状态。
4.根据权利要求2所述的电路，其中所述保护模块被配置用于提供所述二极管两端的 反向偏置电位，以将所述控制元件设置成处于所述非衰减状态。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述保护模块包括检测器，所述检测器与所述耦 合器相耦合，所述检测器被配置用于对所述导出的RF信号超过预定阈值的状况进行检测， 所述保护模块还被配置用于至少部分地基于对所述状况的检测而将所述控制元件设置为 所述衰减状态。
6.根据权利要求5所述的电路，其中所述检测器被配置用于当检测到所述状况时断言 第一信号，所述保护模块还包括定时器，所述定时器与所述检测器相耦合，并被配置用于在所述第一信号被断言之后 的预定量的时间之内断言第二信号；以及一个或更多个逻辑元件，所述一个或更多个逻辑元件与所述检测器和所述定时器相耦 合，并被配置用于当所述第一信号或所述第二信号被断言时将所述控制元件设置成处于所 述衰减状态。
7.根据权利要求6所述的电路，其中所述一个或更多个逻辑元件包括OR逻辑元件，所述OR逻辑元件具有与所述定时器相耦合的第一输入以及与所述检测 器相耦合的第二输入；以及反相器，所述反相器与所述OR逻辑元件的输出相耦合。
8.根据权利要求5所述的电路，其中所述检测器包括衰减器、放大器和肖特基二极管。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制元件被配置用于当处于所述非衰减状态 时提供对所述RF信号的预失真线性化。
10.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制元件包括二极管，所述耦合器是四分之 一波长微带，所述二极管位于紧邻所述耦合器的输出且与所述耦合器的输入相距约额定频 率的四分之一波长。
11.一种方法，包括利用与传输线路相耦合的耦合器生成与所述传输线路上的射频(RF)信号相对应的导 出的RF信号；利用物理上与所述传输线路相分离的检测器至少部分地基于所述导出的RF信号而检 测过载状况；以及至少部分地基于对所述过载状况的所述检测而将控制元件设置为衰减状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述将所述控制元件设置为所述衰减状态包括通过所述控制元件的二极管提供正向偏置电流。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括 在检测到过载状况时设置定时器；以及至少进一步地部分地基于对所述定时器的所述设置而将所述控制元件设置为所述衰 减状态。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括 检测过载状况的不存在；以及至少部分地基于对所述过载状况的不存在的所述检测而将所述控制元件设置为非衰 减状态。
15.一种系统，包括收发器，所述收发器被配置用于提供射频(RF)信号和控制信号；以及 放大电路，所述放大电路与所述收发器相耦合，所述放大电路包括 功率放大器，所述功率放大器被配置用于接收并放大所述射频信号；以及 输入功率过载保护电路，所述输入功率过载保护电路具有与传输线路相耦合的耦合 器，所述耦合器被配置用于生成与所述RF信号相对应的导出的RF信号；控制元件，所述控制元件与所述传输线路相耦合，并被配置用于当处于非衰减状态时 传输所述RF信号以及当处于衰减状态时反射至少部分的所述RF信号；以及保护模块，所述保护模块与所述耦合器相耦合，并被配置用于至少部分地基于所述导 出的RF信号而使所述控制元件在所述非衰减状态和所述衰减状态之间进行切换。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制元件包括二极管或场效应晶体管。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制元件还被配置用于当处于所述非衰减 状态时提供对所述RF信号的预失真线性化。
18.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制元件包括二极管，所述耦合器是四分 之一波长微带，所述二极管位于紧邻所述耦合器的输出且与所述耦合器的输入相距约额定 频率的四分之一波长。
19.一种电路，包括传输线路，被配置用于传输射频(RF)信号；以及控制元件，所述控制元件包括二极管或场效应晶体管，并与所述传输线路相耦合，所述 控制元件被配置用于选择性地对所述RF信号进行衰减和预失真。
20.根据权利要求19所述的电路，还包括耦合器，所述耦合器与所述传输线路相耦合，并被配置用于生成与所述RF信号相对应 的导出的RF信号；以及保护模块，所述保护模块与所述耦合器相耦合，并被配置用于至少部分地基于所述导 出的RF信号而使所述控制元件在非衰减状态和衰减状态之间进行切换。
全文摘要
公开了输入功率过载保护电路。公开了用于保护电路的电路、设备和系统的实施例，其中该保护电路包括具有衰减状态的控制元件，以防止过载状况。可以描述并要求保护其它实施例。
文档编号H03F1/52GK102142817SQ201010622619
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月28日 优先权日2009年12月30日
发明者约翰·贝兰托尼 申请人:特里奎恩特半导体公司