专利名称：一种宽动态范围射频功率检测装置及其检测方式的制作方法
技术领域：
本发明涉及宽动态范围射频功率检测领域，特别涉及一种宽动态范围射频功率检测装置及其检测方式。
背景技术：
功率检波器在无线通信系统中应用非常广泛，它可以应用于GSM/EDGE、CDMA、LTE 等多种通信标准的发射功率控制，也可用于手持式射频信号功率测量，由于均方根功率检波器的输出随着输入交流信号的均方根电压线性变化，与输入信号的调制方式无关，因此对于射频通信系统来说，宽动态范围的功率检波器有助于系统更好的工作。目前检波器可分为两类对数检波器和均方根功率检波器，但是前者是对输入信号的幅值做出响应，所以对于功率相同但调制方式不同的输入信号输出会有所区别；后者是对输入信号的功率做出响应，对于射频系统的功率控制更为准确，但是传统均方根转换器的实现方式如图1所示， 输入信号经过平方单元处理输出滤波平均后送至输出缓冲器，缓冲器的输出反馈至平方单元，这样平方单元的输出为Vin2 /
Vout,由于输出缓冲器是单位增益放大器，所以最终可得Vout= ^vemn1),输出随着输入
信号的均方根值线性变化，这种结构有三个缺点一、因为这种结构是一个闭环系统，Cave 是用来滤波平均平方单元的输出，一般取值在几百PF到nF之间，因此整个环路的稳定时间较长，系统的输出响应较慢；二、因为Wll2 /Vout特性是通过将输出反馈至平方单元调节内部偏置电流实现，但是平方单元工作在高频时要求合适的偏置电流，所以这种结构局限于低频信号应用；三、输出随输入信号的均方根值线性变化，其输入动态范围相比随输入信号均方根值的对数变化而变化小，因此由于传统功率检波器的放大链路中存在匹配问题，会导致检波器的输入信号被链路中匹配带来的偏差淹没，检波器的输入动态范围下限会受到限制。
发明内容
为此本发明提出了一种新的实现宽动态范围均方根功率检波器的方法及检测装置，利用自动校零实现检波器内部放大电路失配补偿，从而使得均方根功率检波器的输入动态范围下限得到扩展，为达到此目的，本发明提供一种宽动态范围射频功率检测装置，包括信号输入端口、5个开关、平方单元、对数转换器、电流电压转换器、缓冲器和6个电容，所述平方单元有两个输入端和两个输出端，所述信号输入端口一端接地，信号输入端口另一端与平方单元一个输入端相连，所述信号输入端口与平方单元之间连有第一开关，所述第六电容一端接地，第六电容另一端与平方单元另一个输入端相连，所述第六电容与平方单元之间连有第二开关，所述第三开关一端连接在第一开关与平方单元之间，所述第三开关另一端连接在第二开关与平方单元之间，所述平方单元两个输出端与对数转换器两个输入端相连，所述第二电容一端和第三电容一端分别连接在平方单元两个输出端与对数转换器两个输入端之间，所述第二电容另一端和第三电容另一端相连并接地，所述对数转换器两个输出端与电流电压转换器两个输入端相连，对数转换器两个输出端还与对数转换器两个输入端相连，所述第四开关和第五开关分别设置在对数转换器两个输出端还与对数转换器两个输入端之间，对数转换器两个输出端还分别与第四电容一端和第五电容一端相连，第四电容一端和第五电容一端与第二电容一端和第三电容一端相连并接地，所述电流电压转换器输出端与缓冲器输入端相连，所述缓冲器输出端与第一电容一端相连，所述第一电容另一端接地。作为本发明的一种改进，所述对数转换器包括放大器和检测器，所述放大器为2-8 个，所述检测器为2-8个，本专利可采用内设放大器和检测器的对数转换器对输入信号进行处理。作为本发明的一种改进，所述对数转换器内有4个放大器和4个检测器，所述平方单元两个输出端与第一放大器输入端相连，所述第一放大器输出端与第二放大器输入端和第一检测器输入端相连，所述第二放大器输出端与第三放大器输入端和第二检测器输入端相连，所述第三放大器输出端与第四放大器输入端和第三检测器输入端相连，所述第四放大器输出端与第四检测器输入端相连，所述第一检测器输出端、第二检测器输出端、第三检测器输出端和第四检测器输出端均与电流电压转换器两个输入端相连，本专利采用此结构对数转换器对输入信号进行处理可得到最好处理结果，输入信号范围下限甚至可扩展至-55dBm0本专利所述的宽动态范围射频功率检测装置检测方式，具体检测步骤如下
首先打开第一开关和第二开关闭合第三开关、第四开关和第五开关使得平方单元和对数转换器与第二电容、第三电容、第四电容和第五电容构成闭合环路，待环路电流稳定后， 输入信号经过平方单元以及对数转换器内放大器的器件失配被存储在第四电容和第五电容中；
然后闭合第一开关和第二开关打开第三开关、第四开关和第五开关，待系统处于正常功率检测状态后，输入信号经过平方单元后至对数转换器，输出差分电流，差分电流经过电流电压转换器电流转换成电压输出至缓冲器，此时系统中固有失配与第四电容和第五电容上存储的失配抵消。本发明提出了一种新的实现宽动态范围均方根功率检波器的方法及检测装置，利用自动校零实现检波器内部放大电路失配补偿，从而使得均方根功率检波器的输入动态范围下限得到扩展，输入信号范围下限甚至可扩展至_55dBm，使得整个器件具有宽的输入动态范围、小的输出电压的温度漂移、且由于输出电压与输入信号调制方式无关、因此输出响应快、功耗低。
图1为本发明现有技术示意图； 图2为本发明具体实现模块框图；图3为本发明对数转换器示意图； 图中的构件为
1、信号输入端口 ； 2-1、第一开关； 2-2、第二开关； 2-3、第三开关； 2-4、第四开关； 2-5、第五开关； 3、平方单元； 4、对数转换器； 4-1-1、第一放大器； 4-1-2、第二放大器；4-1-3、第三放大器；4-1-4、第四放大器； 4-2-1、第一检测器；4-2-2、第二检测器；4-2-3、第三检测器； 4-2-4、第四检测器；5、电流电压转换器；6、缓冲器； 7-1、第一电容； 7-2、第二电容； 7-3、第三电容； 7-4、第四电容； 7-5、第五电容； 7-6、第六电容；
具体实施例方式以下结合附图和实施例对发明做详细的说明
本发明提出了一种新的实现宽动态范围均方根功率检波器的方法及检测装置，利用自动校零实现检波器内部放大电路失配补偿，从而使得均方根功率检波器的输入动态范围下限得到扩展。作为本专利一种具体实施例本发明提供实现框图如图2所示一种宽动态范围射频功率检测装置，包括信号输入端口 1、5个开关、平方单元3、对数转换器4、电流电压转换器5、缓冲器6和6个电容，所述对数转换器4包括放大器和检测器，所述放大器为2-8个， 所述检测器为2-8个，本专利可采用内设放大器和检测器的对数转换器对输入信号进行处理，所述平方单元3有两个输入端和两个输出端，所述信号输入端口 1 一端接地，信号输入端口 1另一端与平方单元3 —个输入端相连，所述信号输入端口 1与平方单元3之间连有第一开关2-1，所述第六电容7-6 —端接地，第六电容7-6另一端与平方单元3另一个输入端相连，所述第六电容7-6与平方单元3之间连有第二开关2-2，所述第三开关2-3 —端连接在第一开关2-1与平方单元3之间，所述第三开关2-3另一端连接在第二开关2-2与平方单元3之间，所述平方单元3两个输出端与对数转换器4两个输入端相连，所述第二电容 7-2 —端和第三电容7-3 —端分别连接在平方单元3两个输出端与对数转换器4两个输入端之间，所述第二电容7-2另一端和第三电容7-3另一端相连并接地，所述对数转换器4两个输出端与电流电压转换器5两个输入端相连，对数转换器4两个输出端还与对数转换器4 两个输入端相连，所述第四开关2-4和第五开关2-5分别设置在对数转换器4两个输出端还与对数转换器4两个输入端之间，对数转换器4两个输出端还分别与第四电容7-4 —端和第五电容7-5 —端相连，，第四电容7-4 —端和第五电容7-5 —端与第二电容7-2 —端和第三电容7-3 —端相连并接地，所述电流电压转换器5输出端与缓冲器6输入端相连，所述缓冲器6输出端与第一电容7-1 —端相连，所述第一电容7-1另一端接地，本专利利用自动校零实现检波器内部放大电路失配补偿，从而使得均方根功率检波器的输入动态范围下限得到扩展。所述的宽动态范围射频功率检测装置检测方式，具体检测步骤如下
首先打开第一开关2-1和第二开关2-2闭合第三开关2-3、第四开关2-4和第五开关 2-5使得平方单元3和对数转换器4与第二电容7-2、第三电容7-3、第四电容7_4和第五电容7-5构成闭合环路，待环路电流稳定后，输入信号经过平方单元3以及对数转换器4内放大器的器件失配被存储在第四电容7-4和第五电容7-5中；
然后闭合第一开关2-1和第二开关2-2打开第三开关2-3、第四开关2-4和第五开关 2-5，待系统处于正常功率检测状态后，输入信号经过平方单元3后至对数转换器4，输出差分电流，差分电流经过电流电压转换器5电流转换成电压输出至缓冲器6，此时系统中固有失配与第四电容7-4和第五电容7-5上存储的失配抵消。作为本专利一种最佳实施例，本发明提供如图2所示的一种宽动态范围射频功率检测装置，包括信号输入端口 1、5个开关、平方单元3、对数转换器4、电流电压转换器5、缓冲器6和6个电容，所述对数转换器4如图3所示内有4个放大器和4个检测器，所述平方单元3两个输出端与第一放大器4-1-1输入端相连，所述第一放大器4-1-1输出端与第二放大器4-1-2输入端和第一检测器4-2-1输入端相连，所述第二放大器4-1-2输出端与第三放大器4-1-3输入端和第二检测器4-2-2输入端相连，所述第三放大器4-1-3输出端与第四放大器4-1-4输入端和第三检测器4-2-3输入端相连，所述第四放大器4-1-4输出端与第四检测器4-2-4输入端相连，所述第一检测器4-2-1输出端、第二检测器4-2-2输出端、第三检测器4-2-3输出端和第四检测器4-2-4输出端均与电流电压转换器5两个输入端相连，本专利采用此结构对数转换器对输入信号进行处理可得到最好处理结果，输入信号范围下限甚至可扩展至_55dBm，所述平方单元3有两个输入端和两个输出端，所述信号输入端口 1 一端接地，信号输入端口 1另一端与平方单元3—个输入端相连，所述信号输入端口 1与平方单元3之间连有第一开关2-1，所述第六电容7-6 —端接地，第六电容7-6另一端与平方单元3另一个输入端相连，所述第六电容7-6与平方单元3之间连有第二开关 2-2，所述第三开关2-3 —端连接在第一开关2-1与平方单元3之间，所述第三开关2-3另一端连接在第二开关2-2与平方单元3之间，所述平方单元3两个输出端与对数转换器4 两个输入端相连，所述第二电容7-2 —端和第三电容7-3 —端分别连接在平方单元3两个输出端与对数转换器4两个输入端之间，所述第二电容7-2另一端和第三电容7-3另一端相连并接地，所述对数转换器4两个输出端与电流电压转换器5两个输入端相连，对数转换器4两个输出端还与对数转换器4两个输入端相连，所述第四开关2-4和第五开关2-5分别设置在对数转换器4两个输出端还与对数转换器4两个输入端之间，对数转换器4两个输出端还分别与第四电容7-4 —端和第五电容7-5 —端相连，第四电容7-4 —端和第五电容7-5 —端与第二电容7-2 —端和第三电容7-3 —端相连并接地，所述电流电压转换器5输出端与缓冲器6输入端相连，所述缓冲器6输出端与第一电容7-1 —端相连，所述第一电容 7-1另一端接地，本专利利用自动校零实现检波器内部放大电路失配补偿，从而使得均方根功率检波器的输入动态范围下限得到扩展。作为本专利最佳实施例的宽动态范围射频功率检测装置检测方式，具体检测步骤如下
首先打开第一开关2-1和第二开关2-2闭合第三开关2-3、第四开关2-4和第五开关 2-5使得平方单元3和对数转换器4与第二电容7-2、第三电容7-3、第四电容7_4和第五电容7-5构成闭合环路，待环路电流稳定后，输入信号经过平方单元3以及对数转换器4内4 个放大器的器件失配被存储在第四电容7-4和第五电容7-5中；
然后闭合第一开关2-1和第二开关2-2打开第三开关2-3、第四开关2-4和第五开关2-5，待系统处于正常功率检测状态后，输入信号经过平方单元3后至对数转换器4，输出差分电流，差分电流经过电流电压转换器5电流转换成电压输出至缓冲器6，此时系统中固有失配与第四电容7-4和第五电容7-5上存储的失配抵消，利用此方法，可使得均方根功率检波器的输入动态范围下限扩展至_55daii。 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
权利要求
1.一种宽动态范围射频功率检测装置，包括信号输入端口(1)、5个开关、平方单元 (3)、对数转换器(4)、电流电压转换器(5)、缓冲器(6)和6个电容，其特征在于所述平方单元(3)有两个输入端和两个输出端，所述信号输入端口(1) 一端接地，信号输入端口(1) 另一端与平方单元(3) —个输入端相连，所述信号输入端口(1)与平方单元(3)之间连有第一开关(2-1)，所述第六电容(7-6)—端接地，第六电容(7-6)另一端与平方单元(3)另一个输入端相连，所述第六电容(7-6)与平方单元(3)之间连有第二开关(2-2)，所述第三开关 (2-3 ) 一端连接在第一开关(2-1)与平方单元(3 )之间，所述第三开关(2-3 )另一端连接在第二开关(2-2)与平方单元(3)之间，所述平方单元(3)两个输出端与对数转换器(4)两个输入端相连，所述第二电容(7-2 ) —端和第三电容(7-3 ) —端分别连接在平方单元(3 )两个输出端与对数转换器(4)两个输入端之间，所述第二电容(7-2)另一端和第三电容(7-3)另一端相连并接地，所述对数转换器(4)两个输出端与电流电压转换器(5)两个输入端相连， 对数转换器(4)两个输出端还与对数转换器(4)两个输入端相连，所述第四开关(2-4)和第五开关(2-5)分别设置在对数转换器(4)两个输出端还与对数转换器(4)两个输入端之间， 对数转换器(4)两个输出端还分别与第四电容(7-4) —端和第五电容(7-5) —端相连，第四电容(7-4) —端和第五电容(7-5) —端与第二电容(7-2) —端和第三电容(7-3) —端相连并接地，所述电流电压转换器(5)输出端与缓冲器(6)输入端相连，所述缓冲器(6)输出端与第一电容(7-1) —端相连，所述第一电容(7-1)另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种宽动态范围射频功率检测装置，其特征在于所述对数转换器(4)包括放大器和检测器，所述放大器为2-8个，所述检测器为2-8个。
3.根据权利要求2所述的一种宽动态范围射频功率检测装置，其特征在于所述对数转换器(4)内有4个放大器和4个检测器，所述平方单元(3)两个输出端与第一放大器 (4-1-1)输入端相连，所述第一放大器(4-1-1)输出端与第二放大器(4-1-2)输入端和第一检测器(4-2-1)输入端相连，所述第二放大器(4-1-2)输出端与第三放大器(4-1-3)输入端和第二检测器(4-2-2)输入端相连，所述第三放大器(4-1-3)输出端与第四放大器(4-1-4) 输入端和第三检测器(4-2-3)输入端相连，所述第四放大器(4-1-4)输出端与第四检测器 (4-2-4)输入端相连，所述第一检测器(4-2-1)输出端、第二检测器(4-2-2)输出端、第三检测器(4-2-3)输出端和第四检测器(4-2-4)输出端均与电流电压转换器(5)两个输入端相连。
4.根据权利要求1所述的宽动态范围射频功率检测装置检测方式，具体检测步骤如下，其特征在于首先打开第一开关(2-1)和第二开关(2-2)闭合第三开关(2-3)、第四开关(2-4)和第五开关(2-5)使得平方单元(3)和对数转换器(4)与第二电容(7-2)、第三电容(7-3)、第四电容(7-4 )和第五电容(7-5 )构成闭合环路，待环路电流稳定后，输入信号经过平方单元 (3)以及对数转换器(4)内放大器的器件失配被存储在第四电容(7-4)和第五电容(7-5) 中；然后闭合第一开关(2-1)和第二开关(2-2)打开第三开关(2-3)、第四开关(2-4)和第五开关(2-5)，待系统处于正常功率检测状态后，输入信号经过平方单元(3)后至对数转换器(4)，输出差分电流，差分电流经过电流电压转换器(5)电流转换成电压输出至缓冲器 (6)，此时系统中固有失配与第四电容(7-4)和第五电容(7-5)上存储的失配抵消。
全文摘要
本发明提供一种宽动态范围射频功率检测装置及其检测方式，其结构包括信号输入端口、5个开关、平方单元、对数转换器、电流电压转换器、缓冲器和6个电容，本发明提出了一种新的实现宽动态范围均方根功率检波器的方法及检测装置，利用自动校零实现检波器内部放大电路失配补偿，从而使得均方根功率检波器的输入动态范围下限得到扩展，输入信号范围下限甚至可扩展至-55dBm。
文档编号H04B17/00GK102497235SQ20111036081
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者曹正军, 邹闽中 申请人:南京国睿嘉源微电子有限公司