一种宽带大动态范围对数检波器的制作方法

本发明涉及宽带检波器技术领域，特别涉及一种宽带大动态范围对数检波器。

背景技术：

对数检波器技术是一种将射频功率信号对数转换到基带的技术。检波器器件既可作为独立的检波器芯片用于信号处理、广播、电视、雷达、手持电子设备等领域，也可作为子模块用于射频模拟前端，实现将射频输入功率信号转换成基带信号的功能。

随着电子信息产业的发展以及5G的推进，尤其是电子产品的发展，对接收设备的精度、灵敏度和动态范围等参数的要求越来越高，检波器作为接收机的关键模块，决定了接收机的灵敏度、带宽等重要因素，影响着整个通信系统的性能。

检波器的带宽性能由检波器中的级联限幅放大器的带宽决定。目前国内外已研究了多种技术用于拓展限幅放大器的带宽性能，但引入了其他问题，比如牺牲了面积、降低了低频增益、增加了功耗、结构复杂等。随着电子信息技术的发展，对电路的面积、功耗、集成度等各个指标之间的折衷提出了更高的要求。传统的结构已经不能够保证高性能检波器电路的实现。因此，在系统中设计宽带限幅放大器、宽带大动态范围检波器非常有必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种宽带大动态范围对数检波器，以解决目前难以实现高性能检波器电路的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种宽带大动态范围对数检波器，包括：

限幅放大器模块，用于对输入信号进行限幅放大；

整流器模块，用于将所述限幅放大器模块的输入信号转换为检测电流；

加法器模块，用于将所述多个整流器模块的检测电流汇总至电阻转换为电压输出。

可选的，所述宽带大动态范围对数检波器还包括直流失调消除模块和温度补偿模块；其中，

所述直流失调消除模块用于调整减小所述限幅放大器模块的查分信号的直流电平误差；所述温度补偿模块与所述加法器模块相连，用于改善所述宽带大动态范围对数检波器输出的温度一致性。

可选的，所述宽带大动态范围对数检波器还包括带隙基准模块和偏置模块，用于为所述限幅放大器模块、所述整流器模块、所述直流失调消除电路和所述温度补偿模块提供稳定偏置电压、电流。

可选的，所述限幅放大器模块包括第一NPN型双极管N1~第十NPN型双极管N10、第一电阻R1~第十电阻R10；第三NPN型双极管N3的基极接差分输入正端口INP，第四NPN型双极管N4的基极接差分输入负端口INN，第七NPN型双极管N7~第十NPN型双极管N10的基极均接偏置电压输入端口VB，第一NPN型双极管N1的集电极接差分输出正端口VOP，第二NPN型双极管N2的集电极接差分输出负端口VON，第五NPN型双极管N5的发射极接差分输出正端口OUTP，第六NPN型双极管N6的发射极接差分输出负端口OUTN；第一NPN型双极管N1的集电极分别接第五NPN型双极管N5的基极和第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端分别接第二NPN型双极管N2的基极、第六NPN型双极管N6的集电极和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接电源正端VDD；第一NPN型双极管N1的基极分别接第八NPN型双极管N8的集电极、第二电阻R2的一端、第四电阻R4的一端；第二电阻R2的另一端接电源正端VDD，第四电阻R4的另一端分别接第二NPN型双极管N2的集电极、第六NPN型双极管N6的基极；第一NPN型双极管N1的发射极接第三NPN型双极管N3的集电极，第三NPN型双极管N3的发射极接第五电阻R5的一端；第五电阻R5的另一端分别接第七NPN型双极管N7的集电极、第八NPN型双极管N8的集电极、第六电阻R6的一端；第六电阻R6的另一端接第四NPN型双极管N4的发射极；第七NPN型双极管N7的发射极接第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端接电源负端GND；第二NPN型双极管N2的发射极接第四NPN型双极管N4的集电极，第八NPN型双极管N8的发射极接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端接电源负端GND；第五NPN型双极管N5的发射极接第九NPN型双极管N9的集电极，第九NPN型双极管N9的发射极接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端接电源负端GND；第六NPN型双极管N6的发射极接第十NPN型双极管N10的集电极，第十NPN型双极管N10的发射极接第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端接电源负端GND。

可选的，所述整流器模块包括第十一NPN型双极管N11~第十四NPN型双极管N14、第十一电阻R11~第十三电阻R13；其中，

第十一NPN型双极管N11的基极、第十二电阻R12的一端均接差分输入正端口DIN；第十二电阻R12的另一端分别接第十三电阻R13的一端、第十三NPN型双极管N13的基极；第十二NPN型双极管N12的基极、第十三电阻R13的一端均接差分输入负端口DIN，第十三NPN型双极管N13的集电极接第一电流输出端IOUT1，第十四NPN型双极管N14的基极接第二偏置电压输入端口VBIAS2；第十一NPN型双极管N11的集电极分别接第十二NPN型双极管N12的集电极、第十一电阻R11的一端；第十一电阻R11的另一端接电源正端VDD，第十一NPN型双极管N11的发射极分别接第十二NPN型双极管N12的发射极、第十三NPN型双极管N13的发射极、第十四NPN型双极管N14的集电极，第十四NPN型双极管N14的发射极接电源负端GND。

可选的，所述温度补偿模块包括第十五NPN型双极管N15~第十九NPN型双极管N19、第十四电阻R14~第十七电阻R17和运放模块；其中，

第十四电阻R14的一端接第三偏置电压输入端口VBIAS3，第十四电阻R14的另一端分别接第十五电阻R15的一端、第十六电阻R16的一端和所述运放模块的正输入端，第十五电阻R15的另一端接电源负端GND；第十六电阻R16的另一端接电源负端GND；第十七NPN型双极管N17的基极、第十五NPN型双极管N15的发射极均接第一偏置电流输入端IBIAS1，第十五NPN型双极管N15的基极接电源正端VDD，第十五NPN型双极管N15的集电极电源正端VDD，第十八NPN型双极管N18的基极、第十六NPN型双极管N16的发射极均接第二偏置电流输入端IBIAS2，第十六NPN型双极管N16的基极接电源正端VDD，第十六NPN型双极管N16的集电极电源正端VDD，第十七NPN型双极管N17的集电极接第二电流输出端IOUT2，第十八NPN型双极管N18的集电极接第三电流输出端IOUT3，第十七NPN型双极管N17的发射极分别接第十八NPN型双极管N18的发射极和第十九NPN型双极管N19的集电极，第十九NPN型双极管N19的基极接所述运放模块的输出端，第十九NPN型双极管N19的发射极分别接所述运放模块的负输入端、第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端接电源负端GND。

可选的，所述宽带大动态范围对数检波器基于SiGe HBT器件设计流片。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的宽带大动态范围对数检波器采用宽带、较高增益限幅放大器结构，与传统结构相比，功耗较低、采用NPN和电阻数量较少，有很好的面积、功耗、性能折衷；

（2）本发明采用温度补偿模块结构，经验证，电路经温度补偿后，检波输出曲线温度一直性好；

（3）本发明基于SiGe HBT器件设计流片，充分发挥HBT器件特征频率高的优势，经验证，可以实现1MHz~8GHz宽带频率，50dB动态范围、小的温度漂移的宽带大动态范围检波器。

附图说明

图1是本发明提供的宽带大动态范围对数检波器的结构示意图；

图2是宽带大动态范围对数检波器中限幅放大器模块的电路示意图；

图3是宽带大动态范围对数检波器中整流器模块的电路示意图；

图4是宽带大动态范围对数检波器中温度补偿模块的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种宽带大动态范围对数检波器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明提供了一种宽带大动态范围对数检波器，其结构如图1所示。所述宽带大动态范围对数检波器包括限幅放大器模块LA、整流器模块DET和加法器模块Σ；具体的，所述限幅放大器模块LA用于对输入信号VIN进行限幅放大；所述整流器模块DET用于将所述限幅放大器模块LA的输入信号转换为检测电流；所述加法器模块Σ用于将所述多个整流器模块DET的检测电流汇总至电阻R0转换为电压VO输出。进一步的，所述宽带大动态范围对数检波器还包括直流失调消除模块、温度补偿模块、带隙基准模块和偏置模块；所述直流失调消除模块用于调整减小所述限幅放大器模块LA的查分信号的直流电平误差；所述温度补偿模块与所述加法器模块Σ相连，用于改善所述宽带大动态范围对数检波器输出的温度一致性；所述带隙基准模块和所述偏置模块用于为所述限幅放大器模块LA、所述整流器模块DET、所述直流失调消除电路和所述温度补偿模块提供稳定偏置电压、电流。

具体的，图2为所述限幅放大器模块LA的电路结构示意图。所述限幅放大器模块包括第一NPN型双极管N1~第十NPN型双极管N10、第一电阻R1~第十电阻R10；第三NPN型双极管N3的基极接差分输入正端口INP，第四NPN型双极管N4的基极接差分输入负端口INN，第七NPN型双极管N7~第十NPN型双极管N10的基极均接偏置电压输入端口VB，第一NPN型双极管N1的集电极接差分输出正端口VOP，第二NPN型双极管N2的集电极接差分输出负端口VON，第五NPN型双极管N5的发射极接差分输出正端口OUTP，第六NPN型双极管N6的发射极接差分输出负端口OUTN；第一NPN型双极管N1的集电极分别接第五NPN型双极管N5的基极和第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端分别接第二NPN型双极管N2的基极、第六NPN型双极管N6的集电极和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接电源正端VDD；第一NPN型双极管N1的基极分别接第八NPN型双极管N8的集电极、第二电阻R2的一端、第四电阻R4的一端；第二电阻R2的另一端接电源正端VDD，第四电阻R4的另一端分别接第二NPN型双极管N2的集电极、第六NPN型双极管N6的基极；第一NPN型双极管N1的发射极接第三NPN型双极管N3的集电极，第三NPN型双极管N3的发射极接第五电阻R5的一端；第五电阻R5的另一端分别接第七NPN型双极管N7的集电极、第八NPN型双极管N8的集电极、第六电阻R6的一端；第六电阻R6的另一端接第四NPN型双极管N4的发射极；第七NPN型双极管N7的发射极接第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端接电源负端GND；第二NPN型双极管N2的发射极接第四NPN型双极管N4的集电极，第八NPN型双极管N8的发射极接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端接电源负端GND；第五NPN型双极管N5的发射极接第九NPN型双极管N9的集电极，第九NPN型双极管N9的发射极接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端接电源负端GND；第六NPN型双极管N6的发射极接第十NPN型双极管N10的集电极，第十NPN型双极管N10的发射极接第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端接电源负端GND。

具体的，图3为所述整流器模块DET的电路结构示意图。所述整流器模块包括第十一NPN型双极管N11~第十四NPN型双极管N14、第十一电阻R11~第十三电阻R13；其中，第十一NPN型双极管N11的基极、第十二电阻R12的一端均接差分输入正端口DIN；第十二电阻R12的另一端分别接第十三电阻R13的一端、第十三NPN型双极管N13的基极；第十二NPN型双极管N12的基极、第十三电阻R13的一端均接差分输入负端口DIN，第十三NPN型双极管N13的集电极接第一电流输出端IOUT1，第十四NPN型双极管N14的基极接第二偏置电压输入端口VBIAS2；第十一NPN型双极管N11的集电极分别接第十二NPN型双极管N12的集电极、第十一电阻R11的一端；第十一电阻R11的另一端接电源正端VDD，第十一NPN型双极管N11的发射极分别接第十二NPN型双极管N12的发射极、第十三NPN型双极管N13的发射极、第十四NPN型双极管N14的集电极，第十四NPN型双极管N14的发射极接电源负端GND。

具体的，图4为所述温度补偿模块的电路结构示意图。所述温度补偿模块包括第十五NPN型双极管N15~第十九NPN型双极管N19、第十四电阻R14~第十七电阻R17和运放模块；其中，第十四电阻R14的一端接第三偏置电压输入端口VBIAS3，第十四电阻R14的另一端分别接第十五电阻R15的一端、第十六电阻R16的一端和所述运放模块的正输入端，第十五电阻R15的另一端接电源负端GND；第十六电阻R16的另一端接电源负端GND；第十七NPN型双极管N17的基极、第十五NPN型双极管N15的发射极均接第一偏置电流输入端IBIAS1，第十五NPN型双极管N15的基极接电源正端VDD，第十五NPN型双极管N15的集电极电源正端VDD，第十八NPN型双极管N18的基极、第十六NPN型双极管N16的发射极均接第二偏置电流输入端IBIAS2，第十六NPN型双极管N16的基极接电源正端VDD，第十六NPN型双极管N16的集电极电源正端VDD，第十七NPN型双极管N17的集电极接第二电流输出端IOUT2，第十八NPN型双极管N18的集电极接第三电流输出端IOUT3，第十七NPN型双极管N17的发射极分别接第十八NPN型双极管N18的发射极和第十九NPN型双极管N19的集电极，第十九NPN型双极管N19的基极接所述运放模块的输出端，第十九NPN型双极管N19的发射极分别接所述运放模块的负输入端、第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端接电源负端GND。

所述限幅放大器模块LA采用交叉耦合正反馈NPN负载提升限幅放大器的带宽，正反馈有两个作用：一是使得输入NPN型双极管的基极和集电极的电压相互靠近，因此可以消除密勒效应，增加带宽；二是作为负阻，对增益有提升的作用，从而进一步提升对数检波器的大动态范围检波性能。所述整流器模块可检测频率大于8GHz，从而保证检波器的宽带性能。

本发明的宽带大动态范围对数检波器采用0.18μm SiGe HBT器件设计流片。在本实施例一中的电源电压为3.3V，带隙基准模块输出电压1.2V，所述限幅放大器模块LA增益为9dB，输入频率在1MHz~8GHz时，±1dB误差范围内的动态范围达50dB以上；输入频率在1MHz~5GHz时，±1dB误差范围内的动态范围达60dB以上；在输入功率8GHz时，±3dB误差范围内的动态范围达55dB以上；输入频率在1MHz~8GHz时，检波输出温度一致性在±1dB误差范围内。

本发明提出的宽带大动态范围对数检波器，适用于1MHz~8GHz高频高性能检波器器的设计，可基于现有成熟的SiGe HBT工艺平台，实现宽带、大动态范围、低功耗、低芯片面积性能之间的折衷。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。