功率侦测器的制作方法

1.本发明关于一种功率侦测器，特别是一种可产生实质上不随温度变化或仅有微幅变化的功率指示信号的功率侦测器。


背景技术：

2.功率侦测器在通信领域中被广泛应用，用以侦测信号的振幅，并产生对应的功率指示信号。然而由于功率侦测器内部电路的电气特性，使得功率指示信号会受温度影响，以致无法确切的获知其对应功率，在实际应用中带来不便。


技术实现要素：

3.实施例提供一种功率侦测器，包括侦测电路及偏压电路。侦测电路包括输入端及输出端。侦测电路的输入端用以接收输入信号，输出端用以输出功率指示信号。偏压电路包括第一端、第二端、输出端、第一及第二阻抗单元及晶体管。偏压电路的第一端用以接收第一操作电压，第二端用以接收第二操作电压，输出端耦接于侦测电路的输入端，用以输出偏压信号。第一阻抗单元包括第一端及第二端。第一阻抗单元的第一端耦接于偏压电路的第一端。晶体管包括第一端、第二端及控制端。晶体管的第一端耦接于第一阻抗单元的第二端，第二端耦接于偏压电路的第二端，控制端耦接于第一阻抗单元的第二端。第二阻抗单元包括第一端及第二端。第二阻抗单元的第一端耦接于晶体管的第一端，且第二端耦接于偏压电路的输出端；或第二阻抗单元的第一端耦接于晶体管的第二端，第二端耦接于偏压电路的第二端，且晶体管的第一端还耦接于偏压电路的输出端。
附图说明
4.图1是本发明实施例中一种功率侦测器的电路图。图2是本发明实施例中另一种功率侦测器的电路图。图3是本发明实施例中另一种功率侦测器的电路图。图4是显示在不同温度下功率侦测器产生的功率指示信号及其对应功率的关系图。图5是本发明实施例中另一种功率侦测器的电路图。图6及图7是显示偏压电路的选定信号的温度响应。图8是显示在不同温度下功率侦测器产生的功率指示信号及其对应功率的关系图。图9是图1至图3及图5中一种低通滤波器的电路图。图10是图1至图3及图5中另一种低通滤波器的电路图。【符号说明】1、2、3、5
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功率侦测器10
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侦测电路12、22、32、52
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偏压电路100
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pn接面组件
102
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低通滤波器300
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开关单元40、42、60至66、70、80、82
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仿真曲线cb、cf
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电容i
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电流q1至q3
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晶体管rf1、rf2
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电阻sbias
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偏压信号sin
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输入信号spd
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功率指示信号vbeq1至vbeq3
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电压vref1至vref3
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操作电压z1至z4
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阻抗单元
具体实施方式
5.图1是本发明实施例中一种功率侦测器1的电路图。功率侦测器1可接收输入信号sin，及侦测输入信号sin的振幅，以产生实质上不随温度变化或仅有微幅变化的功率指示信号spd。输入信号sin可以是交流信号，特别是射频(radio frequency,rf)信号。功率指示信号spd可以是直流电压，对应于输入信号sin的功率大小。功率侦测器1可包括电容cb、侦测电路10及偏压电路12。电容cb及偏压电路12可耦接于侦测电路10。电容cb可为直流阻隔(block)电容。
6.侦测电路10可包括输入端及输出端。侦测电路10的输入端可接收输入信号sin，输出端可输出功率指示信号spd。偏压电路12可包括第一端、第二端、输出端、阻抗单元z1至z2及晶体管q1。偏压电路12的第一端可接收操作电压vref1，第二端可接收操作电压vref2，输出端可耦接于侦测电路10的输入端，用以输出偏压信号sbias，以提供侦测电路10适当的工作点(operating point)。偏压信号sbias可以是直流电压。阻抗单元z1可包括第一端及第二端，阻抗单元z1的第一端可耦接于偏压电路12的第一端。晶体管q1可包括第一端、第二端及控制端，晶体管q1的第一端可耦接于阻抗单元z1的第二端，第二端可耦接于偏压电路12的第二端，控制端可耦接于阻抗单元z1的第二端。阻抗单元z2可包括第一端及第二端，阻抗单元z2的第一端可耦接于晶体管q1的第一端，第二端可耦接于偏压电路12的输出端。在一些实施例中，阻抗单元z2的第一端可耦接于晶体管q1的第二端，第二端可耦接于偏压电路12的第二端，在此情况下，晶体管q1的第一端还可耦接于偏压电路12的输出端。阻抗单元z1可为电阻、电容、电感或其中一种结合，图1是以电阻为例。阻抗单元z1可为限流电阻，用以限制流至晶体管q1的电流。阻抗单元z2可为电阻、电容、电感或其中一种结合，图1是以电阻为例。阻抗单元z2可为隔离(isolation)电阻，用以减少或阻挡输入信号sin透过晶体管q1泄漏至偏压电路12的第一端及第二端。
7.操作电压vref1可为偏压电路12的供电电压或偏压电路12的控制电压。操作电压vref2可为接地电压，例如可为0伏特(volt,v)。当操作电压vref1为偏压电路12的供电电压时，例如可为3v。当操作电压vref1为偏压电路12的控制电压时，操作电压vref1例如可在0v
至3v的范围。举例而言，若操作电压vref1小于晶体管q1的控制端和第二端间的电压vbeq1，例如操作电压vref1可为0v，晶体管q1可被截止，偏压电路12为关闭状态，偏压电路12可不产生偏压信号sbias；若操作电压vref1大于电压vbeq1，例如操作电压vref1可为3v，晶体管q1可被导通，偏压电路12为开启状态，偏压电路12可产生偏压信号sbias。在一些实施例中，操作电压vref1可由外部电路提供，外部电路例如可为低压差稳压器(low dropout regulator,ldo)。
8.侦测电路10还可包括pn接面组件100，pn接面组件100可包括第一端及第二端，pn接面组件100的第一端可耦接于侦测电路10的输入端，第二端可耦接于侦测电路10的输出端。pn接面组件100可包括二极管或晶体管，其顺向电压(forward voltage)与温度之间的关系为负相关。在图1中，是以pn接面组件100包括晶体管q2为例。晶体管q2可包括第一端、第二端及控制端，晶体管q2的第一端可耦接于pn接面组件100的第一端，第二端可耦接于pn接面组件100的第二端，控制端可耦接于晶体管q2的第一端。由于晶体管q2为以二极管形式连接(diode-connected)的晶体管，因此可将晶体管q2的控制端和第二端间的电压vbeq2视为顺向电压。此外，在pn接面组件100包括二极管的实施例中，二极管可包括第一端及第二端，二极管的第一端可耦接于pn接面组件100的第一端，第二端可耦接于pn接面组件100的第二端。二极管的第一端可为阳极，第二端可为阴极。侦测电路10还可包括低通滤波器102，可耦接于pn接面组件100的第二端与侦测电路10的输出端之间。pn接面组件100可作为半波整流器，接收输入信号sin以产生经整流的输入信号sin。低通滤波器102可减少经整流的输入信号sin中的涟波(ripple)以产生功率指示信号spd。低通滤波器102可包括串联或并联的电阻及电容。
9.晶体管q1及q2可为相同类型的晶体管，例如可为双极结型晶体管(bipolar junction transistor,bjt)、异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistor,hbt)或场效应晶体管(field effect transistor,fet)，且可为以二极管形式连接。在一些实施例中，晶体管q1的尺寸可实质上等于晶体管q2的尺寸。在另一些实施例中，晶体管q1的尺寸可和晶体管q2的尺寸不同。在另一些实施例中，晶体管q1及q2可具有同向的温度系数。同向的温度系数可为负温度系数，亦即电压vbeq1及vbeq2与温度之间的关系为负相关。在另一些实施例中，同向的温度系数可为正温度系数。
10.由于pn接面组件100的顺向电压与温度之间的关系为负相关，举例来说，在低温时，pn接面组件100的顺向电压可为1.3v，然而在高温时，pn接面组件100的顺向电压可为1.2v。习知技术中，功率侦测器的偏压电路是用以提供固定电压值的偏压信号至侦测电路，在此情况下，当侦测电路于高温及低温皆是用以接收相同输入信号时，则侦测电路于高温时所输出的功率指示信号会高于低温时所输出的功率指示信号，导致高温时的功率指示信号与低温时的功率指示信号存在误差值。在使用实施例提供的偏压电路12的情况下，当侦测电路10于高温及低温皆是用以接收相同输入信号sin时，可先选择将低温时的功率指示信号spd或高温时的功率指示信号spd作为侦测电路10的输出基准。
11.以低温时的功率指示信号spd作为侦测电路10的输出基准为例说明，当温度上升，pn接面组件100的顺向电压相较于低温时的顺向电压会降低，由于电压vbeq1与温度之间的关系亦为负相关，电压vbeq1也会下降，因此偏压电路12产生的偏压信号sbias会随电压vbeq1而下降，偏压信号sbias与温度之间的关系为负相关。相较于习知技术，侦测电路10将
可接收具有较低电压值的偏压信号sbias，如此一来，侦测电路10便可输出相对低电压值的功率指示信号spd，使高温时的功率指示信号spd更趋近低温时的功率指示信号spd。换言之，具有较低电压值的偏压信号sbias可用以补偿因pn接面组件100的顺向电压变化而增加的功率指示信号spd，例如，具有较低电压值的偏压信号sbias可用以降低相较于低温时的功率指示信号spd所增加的部份，因此侦测电路10输出的功率指示信号spd可实质上不随温度的上升而增加或仅微幅增加。相似地，以高温时的功率指示信号spd作为侦测电路10的输出基准为例说明，当温度下降，pn接面组件100的顺向电压相较于高温时的顺向电压会增加，由于电压vbeq1与温度之间的关系亦为负相关，电压vbeq1也会增加，因此偏压电路12产生的偏压信号sbias会随电压vbeq1而增加，偏压信号sbias与温度之间的关系为负相关。相较于习知技术，侦测电路10将可接收具有较高电压值的偏压信号sbias，如此一来，侦测电路10便可输出相对高电压值的功率指示信号spd，使低温时的功率指示信号spd更趋近高温时的功率指示信号spd。换言之，具有较高电压值的偏压信号sbias可用以补偿因pn接面组件100的顺向电压变化而降低的功率指示信号spd，例如，具有较高电压值的偏压信号sbias可用以增加相较于高温时的功率指示信号spd所降低的部份，因此侦测电路10输出的功率指示信号spd可实质上不随温度的下降而降低或仅微幅降低。在另一些实施例中，可选用顺向电压与温度之间的关系为正相关的pn接面组件100，并设计偏压电路12产生的偏压信号sbias与温度之间的关系为正相关，以使侦测电路10产生的功率指示信号spd实质上不随温度变化或仅微幅变化。
12.图2是本发明实施例中另一种功率侦测器2的电路图。功率侦测器2的设置、连接及运作方式和功率侦测器1相似，差别在于功率侦测器2使用偏压电路22代替偏压电路12。相较于偏压电路12，偏压电路22中是以阻抗单元z2的第一端可耦接于晶体管q1的第二端，第二端可耦接于偏压电路22的第二端，晶体管q1的第一端还可耦接于偏压电路22的输出端为例。进一步而言，晶体管q1的第二端是透过阻抗单元z2耦接偏压电路22的第二端。
13.图3是本发明实施例中另一种功率侦测器3的电路图。功率侦测器3的设置及连接和功率侦测器1相似，差别在于功率侦测器3使用偏压电路32代替偏压电路12。
14.偏压电路32相较于偏压电路12还包括阻抗单元z3及开关单元300，以下针对阻抗单元z3及开关单元300进行说明。阻抗单元z3可包括第一端及第二端，阻抗单元z3的第一端可用以接收操作电压vref3。开关单元300可包括第一端、第二端及控制端。开关单元300的第一端可耦接于偏压电路32的第一端，用以接收操作电压vref1，第二端可耦接于阻抗单元z1的第一端，控制端可耦接于阻抗单元z3的第二端，用以透过阻抗单元z3接收操作电压vref3。阻抗单元z1的第一端是透过开关单元300耦接于偏压电路32的第一端。阻抗单元z3可为电阻、电容、电感或其中一种结合，图3是以电阻为例。阻抗单元z3可为限流电阻，用以限制流至晶体管q3的控制端的电流。在一些实施例中，阻抗单元z3可以省略，开关单元300的控制端可直接接收操作电压vref3。
15.开关单元300可包括晶体管q3，晶体管q3可包括第一端、第二端及控制端，晶体管q3的第一端可耦接于开关单元300的第一端，第二端可耦接于开关单元300的第二端，控制端可耦接于开关单元300的控制端。操作电压vref1可为偏压电路32的供电电压。操作电压vref3可为偏压电路32的控制电压。开关单元300可用于控制偏压电路32的开启及关闭，当操作电压vref3为低电压时，例如操作电压vref3小于晶体管q3的控制端和第二端间的电压
vbeq3，晶体管q3可被截止，偏压电路32为关闭状态，偏压电路32可不产生偏压信号sbias。当操作电压vref3为高电压时，例如操作电压vref3大于电压vbeq3，晶体管q3可被导通，偏压电路32为开启状态，偏压电路32可产生偏压信号sbias。在一些实施例中，操作电压vref3可由外部电路提供，外部电路例如可为ldo。晶体管q3可为bjt、hbt、fet或其他种类的晶体管。在一些实施例中，晶体管q1至q3可为相同类型的晶体管。在另一些实施例中，晶体管q3的晶体管类型可与晶体管q1及q2不同，例如晶体管q3可为fet，而晶体管q1及q2可为bjt或hbt。在一些实施例中，当晶体管q1、q2或q3为bjt或hbt时，第一端可为集极，第二端可为射极，控制端可为基极；当晶体管q1、q2或q3为fet时，第一端可为漏极，第二端可为源极，控制端可为栅极。在一些实施例中，晶体管q1至q3具有同向的温度系数，例如负温度系数或正温度系数。
16.图4是显示在不同温度下功率侦测器3产生的功率指示信号spd及其对应功率的关系图，其中横轴表示功率，纵轴表示功率指示信号spd。图4包括仿真曲线40及42，其中当功率侦测器3于低温时(例如摄氏-20度)及高温时(例如摄氏120度)皆是用以接收相同输入信号sin，仿真曲线40表示在高温时功率侦测器3产生的功率指示信号spd及其对应功率的关系，仿真曲线42表示在低温时功率侦测器3产生的功率指示信号spd及其对应功率的关系。以低温时的功率指示信号spd作为侦测电路10的输出基准时，仿真曲线40及42显示对应任一功率的高温时的功率指示信号spd及低温时的功率指示信号spd之间的差值大约在97mv的范围内，高温时的功率指示信号spd实质上趋近低温时的功率指示信号spd。习知技术中，功率侦测器的偏压电路是用以提供固定电压值的偏压信号，高温时的功率指示信号及低温时的功率指示信号之间的差值大约在160mv的范围内。因此，相较于习知技术，功率侦测器3可以减少高温时的功率指示信号spd与低温时的功率指示信号spd之间的误差值，使功率指示信号spd随温度变化的幅度较小。
17.图5是本发明实施例中另一种功率侦测器5的电路图。功率侦测器5的设置及连接和功率侦测器3相似，差别在于功率侦测器5使用偏压电路52代替偏压电路32。
18.偏压电路52相较于偏压电路32还包括阻抗单元z4，以下针对阻抗单元z4进行说明。阻抗单元z4可包括第一端及第二端，阻抗单元z4的第一端可耦接于阻抗单元z1的第二端，第二端可耦接于晶体管q1的第一端。进一步而言，晶体管q1的第一端是透过阻抗单元z4耦接于阻抗单元z1的第二端。阻抗单元z4可为电阻、电容、电感或其中一种结合，图4是以电阻为例。阻抗单元z4可为限流电阻。阻抗单元z1及z4可用以调整流至偏压电路52的电流i，以将电流i控制于1ma以下，例如在300μa至500μa的范围。阻抗单元z1及/或z4还可用以调整偏压信号sbias的斜率，以补偿因pn接面组件100的顺向电压变化而变化的功率指示信号spd，使功率指示信号spd实质上不随温度变化或仅有微幅变化。在一些实施例中，阻抗单元z1及/或z4可为可变电阻。在一些实施例中，阻抗单元z1的阻抗可大于阻抗单元z4的阻抗，例如阻抗单元z1可为500ω，阻抗单元z4可为200ω。在另一些实施例中，阻抗单元z1的阻抗也可小于或等于阻抗单元z4的阻抗。在一些实施例中，阻抗单元z3可以省略。在另一些实施例中，阻抗单元z3及开关单元300可以省略。
19.图6及图7是显示偏压电路52的选定信号的温度响应，用以说明偏压电路52的运作方式。图6的横轴表示温度，纵轴表示电压，仿真曲线60为晶体管q3的第二端的电压，仿真曲线62为晶体管q1的控制端的电压，仿真曲线64为晶体管q1的第一端的电压，仿真曲线66为
功率指示信号spd。图7的横轴表示温度，纵轴表示电流，仿真曲线70为流至偏压电路52的电流i。当温度上升时，若操作电压vref3为高电压，晶体管q3可被导通，由于电压vbeq3与温度之间的关系为负相关，电压vbeq3会小于低温时的电压vbeq3，晶体管q3的第二端的电压可约为操作电压vref3减去电压vbeq3，因此仿真曲线60显示晶体管q3的第二端的电压上升，与温度之间的关系为正相关。电压vbeq1与温度之间的关系为负相关，电压vbeq1会小于低温时的电压vbeq1，因此仿真曲线62显示晶体管q1的控制端的电压下降，与温度之间的关系为负相关。流至偏压电路52的电流i可约为操作电压vref3减去电压vbeq3及vbeq1后再除以阻抗单元z1的阻抗，阻抗单元z1的第一端的电压可对应于仿真曲线60，阻抗单元z1的第二端的电压可对应于仿真曲线62，从仿真曲线60及62可得知，当温差越大，阻抗单元z1的跨压会越大，因此仿真曲线70显示流至偏压电路52的电流i与温度之间的关系为正相关。晶体管q1的第一端的电压可约为阻抗单元z1的第二端的电压减去电流i与阻抗单元z4的阻抗的乘积，由于阻抗单元z1的第二端的电压与温度之间的关系为负相关，且电流i与温度之间的关系为正相关，因此电流i在通过阻抗单元z4后，晶体管q1的第一端的电压会下降的更剧烈，图6显示仿真曲线64具有比仿真曲线62更陡的斜率，与温度之间的关系为负相关。偏压电路32输出的偏压信号sbias可视为对应于仿真曲线62，偏压电路52输出的偏压信号sbias可视为对应于仿真曲线64，相较于偏压电路32，偏压电路52可提供更为低电压值的偏压信号sbias。如此一来，侦测电路10将可接收具有更低电压值的偏压信号sbias，藉以输出相对更低电压值的功率指示信号spd。换言之，偏压电路52输出的偏压信号sbias可更有利于补偿因pn接面组件100的顺向电压变化而增加的功率指示信号spd，例如，偏压电路52输出的偏压信号sbias可更用以大幅减少相较于低温时的功率指示信号spd所增加的部份，因此仿真曲线66显示经补偿后的功率指示信号spd实质上不随温度变化或仅有微幅变化。
20.图8是显示在不同温度下功率侦测器5产生的功率指示信号spd及其对应功率的关系图，其中横轴表示功率，纵轴表示功率指示信号spd。图8包括仿真曲线80及82，其中当功率侦测器5于低温时(例如摄氏-20度)及高温时(例如摄氏120度)皆是用以接收相同输入信号sin，仿真曲线80表示在高温时功率侦测器5产生的功率指示信号spd及其对应功率的关系，仿真曲线82表示在低温时功率侦测器5产生的功率指示信号spd及其对应功率的关系。以低温时的功率指示信号spd作为侦测电路10的输出基准时，仿真曲线80及82显示对应任一功率的高温时的功率指示信号spd及低温时的功率指示信号spd之间的差值大约在22mv的范围内，高温时的功率指示信号spd实质上趋近低温时的功率指示信号spd。相较于习知技术及图4，功率侦测器5更可以大幅减少高温时的功率指示信号spd与低温时的功率指示信号spd之间的误差值，使功率指示信号spd随温度变化的幅度更小或实质上趋近于0。在一些实施例中，可藉由调整阻抗单元z1及/或z4的阻抗来改变图6中的仿真曲线64的斜率，以对应改变图8中的仿真曲线80及82之间的差值，进而调整功率指示信号spd随温度变化的幅度。
21.图9是图1至图3及图5中一种低通滤波器102的电路图。低通滤波器102可包括电阻rf1及电容cf。电阻rf1及电容cf可以互相并联。电阻rf1可包括第一端及第二端，电阻rf1的第一端可耦接于pn接面组件100的第二端，第二端可接收操作电压vref2。电容cf可包括第一端及第二端，电容cf的第一端可耦接于电阻rf1的第一端及侦测电路10的输出端，第二端可接收操作电压vref2。
22.图10是图1至图3及图5中另一种低通滤波器102的电路图。图10相较于图9还包括电阻rf2，电阻rf2可串联于电阻rf1及电容cf的并联电路。电阻rf2可包括第一端及第二端，电阻rf2的第一端可耦接于pn接面组件100的第二端，第二端可耦接于电阻rf1的第一端。进一步而言，电阻rf1的第一端是透过电阻rf2耦接于pn接面组件100的第二端。相较于图9的低通滤波器102，图10的低通滤波器102可更加减少经整流的输入信号sin中的涟波，以产生功率指示信号spd。
23.实施例提供的功率侦测器透过偏压电路提供适当的偏压信号(例如与温度呈负相关的偏压信号)至侦测电路，藉以补偿因侦测电路的电气特性(例如侦测电路中的pn接面组件，其顺向电压与温度之间的关系为负相关)而变化的功率指示信号，使功率指示信号实质上不随温度变化或仅有微幅变化，有利于准确的获知其对应功率。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。