测量工作周期的装置及补偿电路的制作方法

1.本发明关于电子电路，特别是一种测量工作周期的装置及补偿电路。


背景技术：

2.前端模块为一种射频电路，用以将传输信号转换为适合无线传送的射频信号。前端模块广泛应用于各种通讯装置、网络装置及电子装置中。前端模块需要转换及传送各种长度的数据。
3.然而，当前端模块传送数据一段时间后温度会升高，造成前端模块的增益产生变化而无法维持稳定，使误差向量幅度增加，增加数据传送的错误率。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种测量工作周期的装置，包含阻容电路及控制电路。阻容电路用以于参考信号在第一状态时产生第一电压，及于参考信号在第二状态时产生第二电压及第三电压。控制电路耦接于阻容电路，用以依据第一电压、第二电压及第三电压获得开启时间，开启时间约等于参考信号在第一状态的时间。
5.本发明实施例提供另一种补偿电路，包含阻容电路及控制电路。阻容电路用以于参考信号在第一状态时产生第一电压，及于参考信号在第二状态时产生第二电压及第三电压。控制电路耦接于阻容电路，用以依据第一电压、第二电压及第三电压获得前端模块的开启时间，及包含调整电路，用以依据开启时间产生偏压信号，及输出偏压信号至前端模块。
附图说明
6.图1显示相应于工作周期的增益变化。图2为本发明实施例中的一种测量工作周期的装置的模块图。图3为图2中的一种阻容电路的电路示意图。图4显示图3中的阻容电路的电压。图5为图2中的另一种阻容电路的电路示意图。图6为取代第5图中的储存电容的储存电容电路的电路示意图。图7为图2中的一种调整电路的示意图。图8为图2中的另一种调整电路的示意图。图9为图2中的另一种调整电路的示意图。图10为图2中的一种前端模块的示意图。符号说明10至16:增益曲线2:装置20:电流源22:阻容电路
221及222:阻容电路单元24:控制电路240:调整电路26:前端模块40至44:仿真曲线50:电阻电路60:储存电容电路70:偏压电流源81,83:电流电压转换器91,93:阻抗101至103:放大阶段c1,c2,c61,c62:储存电容gnd:接地端ib1,ib2:偏压电流r1至r4:电阻s21,g0:增益sb,sb2,sb3:偏压信号sc,sc_bar,sc1,sc2:调整信号sin:输入信号sref:参考信号sout:输出信号sw31,sw32,sw51,sw52,sw61,71,82,84,90,92:开关t,t0至t2:时间ton:开启时间toff:截止时间v1至v3:电压
具体实施方式
7.前端模块会依据不同的工作周期被致能而传送相应长度的数据。当数据的长度越长，则工作周期越大。图1显示相应于工作周期的增益变化，其中横轴表示时间t，纵轴表示增益s21。图1显示所有工作周期的理想增益曲线10、10％工作周期的实际增益曲线12、50％工作周期的实际增益曲线14及90％工作周期的实际增益曲线16。在时间t0，前端模块处于冷却状态，曲线10至16分别显示所有工作周期的理想增益、10％工作周期的实际增益、50％工作周期的实际增益及90％工作周期的实际增益皆为增益g0。在时间t1，前端模块已运作一段时间且温度上升，曲线12至16分别显示10％工作周期的实际增益、50％工作周期的实际增益及90％工作周期的实际增益依序减小且皆小于增益g0，及曲线10显示理想增益维持在增益g0。随着时间增加，逐渐累积的热量会使前端模块的增益降低。在相关技术中，由于前端模块产生的热量随工作周期增加而增加，因此90％工作周期的实际增益曲线16下降的比50％工作周期的实际增益曲线14快，50％工作周期的实际增益曲线14下降的比10％工作周期的实际增益曲线12快。前端模块的实际增益和时间及工作周期成负相关，造成线性度
下降及误差向量幅度(error vector magnitude，evm)增加。本发明实施例中的装置2可产生曲线10的增益，在如10％、50％及90％等所有工作周期都提供实质上相同的增益，维持线性度不变同时降低误差向量幅度以提供较佳性能。
8.图2为本发明实施例中的一种测量工作周期的装置2的模块图。装置2可用于通讯装置、网络装置或电子装置中。装置2可测量前端模块26的工作周期并依据工作周期补偿前端模块26的偏压信号sb，使线性度维持不变，进而降低误差向量幅度。
9.装置2包含依序耦接的电流源20、阻容电路22、控制电路24及前端模块26。
10.图2的电流源20可为定电流源、能隙电路或低压差稳压器，用以产生参考信号sref。参考信号sref可具有第一状态及第二状态，举例来说，在第一状态时参考信号sref可为定电流，在第二状态时参考信号sref可为零电流。
11.图2的阻容电路22可于参考信号sref在第一状态时产生第一电压，及于参考信号sref在第二状态时产生第二电压及第三电压。在第一状态时，参考信号sref可对阻容电路22充电以产生第一电压；在第二状态时，阻容电路22可放电以产生第二电压及第三电压。
12.图2的控制电路24可依据第一电压、第二电压及第三电压获得开启时间及/或截止时间，开启时间约等于参考信号sref在第一状态的时间，截止时间约等于参考信号sref在第二状态的时间。在一些实施例中，控制电路24可依据第一电压、第二电压及第三电压计算开启时间及截止时间。在另一些实施例中，控制电路24可依据第一电压、第二电压及第三电压从查找表获得开启时间。控制电路24包含调整电路240，调整电路240可依据开启时间产生调整信号，及依据调整信号调整前端模块26。在一些实施例中，调整电路240可依据调整信号产生偏压信号sb，及输出偏压信号sb至前端模块26。举例来说，偏压信号sb可为偏压电压或偏压电流。
13.图2的前端模块26可为放大电路。前端模块26可接收偏压信号sb以产生输出信号sout。输出信号sout可为射频信号。偏压信号sb及开启时间可呈正相关。当开启时间越长，工作周期越大，偏压信号sb也越大，藉以将前端模块26的增益维持在增益g0。
14.图3为一种阻容电路22的电路示意图。阻容电路22包含阻容电路单元221及阻容电路单元222。阻容电路单元221及阻容电路单元222耦接于电流源20及控制电路24。阻容电路单元221包含电阻r1、储存电容c1、电阻r2及开关sw31。电阻r1包含第一端及第二端。电阻r2包含第一端；及第二端，耦接于接地端gnd。接地端gnd的电压可为0v。储存电容c1包含第一端；及第二端，耦接于接地端gnd。开关sw31可选择性地将储存电容c1的第一端耦接至接地端gnd、电阻r1的第二端或电阻r2的第一端。当重置储存电容c1时，开关sw31可将储存电容c1的第一端耦接至接地端gnd；当对储存电容c1充电时，开关sw31可将储存电容c1的第一端耦接至电阻r1的第二端；当对储存电容c1放电时，开关sw31可将储存电容c1的第一端耦接至电阻r2的第一端。相似地，阻容电路单元222包含电阻r3、储存电容c2、电阻r4及开关sw32。电阻r3包含第一端及第二端。电阻r4包含第一端；及第二端，耦接于接地端gnd。电容c2包含第一端；及第二端，耦接于接地端gnd。开关sw32选择性地将电容c2的第一端耦接至接地端gnd、电阻r3的第二端或电阻r4的第一端。当重置储存电容c2时，开关sw31可将储存电容c2的第一端耦接至接地端gnd；当对储存电容c2充电时，开关sw31可将储存电容c2的第一端耦接至电阻r3的第二端；当对储存电容c2放电时，开关sw31可将储存电容c2的第一端耦接至电阻r4的第一端。开关sw31及开关sw32的切换可由装置2的外部电路控制。
15.如图3所示，阻容电路单元221包含第一路径及第二路径。第一路径为充电路径，其沿电阻r1至储存电容c1形成。第二路径为放电路径，其沿储存电容c1至电阻r2形成。第一路径及第二路径共享储存电容c1。相似地，阻容电路单元222包含第三路径及第四路径。第三路径为充电路径，其沿电阻r3至储存电容c2形成。第四路径为放电路径，其沿储存电容c2至电阻r4形成。第三路径及第四路径共享储存电容c2。
16.在一些实施例中，电阻r1的电阻值及电阻r3的电阻值可相等，电阻r2的电阻值及电阻r4的电阻值可相异，且储存电容c1的电容值及储存电容c2的电容值可相等。当参考信号sref在第一状态时，参考信号sref经由第一路径对储存电容c1充电以产生第一电压v1，及经由第三路径对储存电容c2充电以产生第一电压v1。当参考信号sref在第二状态时，阻容电路单元221可经由第二路径对储存电容c1放电，经过关闭时间后产生第二电压v2，及阻容电路单元222可经由第四路径对储存电容c2放电，经过关闭时间后产生第三电压v3。阻容电路单元221及阻容电路单元222可分别同时产生第二电压v2及第三电压v3。阻容电路单元221及阻容电路单元222可同时运作以计算开启时间。图4显示阻容电路22的电压，其中横轴表示时间t，纵轴表示电压v。以下搭配图4以说明阻容电路22的运作方式。
17.时间t0至t1之间为开启时间ton，时间t1至t2之间为截止时间toff。仿真曲线40显示储存电容c1及储存电容c2的充电电压，仿真曲线42显示储存电容c1的放电电压，及仿真曲线44显示储存电容c2的放电电压。
18.在时间t0，储存电容c1被重置至0v，且储存电容c2被重置至0v。在时间t0至t1之间，参考信号sref对储存电容c1及储存电容c2充电，仿真曲线40显示储存电容c1及储存电容c2的电压持续增加。电阻r1的电阻值及储存电容c1的电容值的乘积可称为阻容电路单元221的充电时间常数，电阻r3的电阻值及储存电容c2的电容值的乘积可称为阻容电路单元222的充电时间常数。充电时间常数和充电速度呈负相关。若电阻r1的电阻值及电阻r3的电阻值相等，且储存电容c1的电容值及电感c2的电容值相等，则阻容电路单元221的充电时间常数等于阻容电路单元222的充电时间常数，且储存电容c1的第一端的电压及储存电容c2的第一端的电压以相同的充电速度增加。在时间t1，储存电容c1及储存电容c2达到第一电压v1，如公式(1)所示：v1＝ic
×
ton
ꢀꢀꢀ
公式(1)
19.其中v1为第一电压；
20.ic为充电电流，与参考信号sref的定电流相等；及
21.ton为开启时间。
22.在时间t1至t2之间，储存电容c1及储存电容c2放电，储存电容c1及储存电容c2的电压持续减少，仿真曲线42及仿真曲线44显示储存电容c1以比储存电容c2慢的速度放电。电阻r2的电阻值及储存电容c1的电容值的乘积可称为阻容电路单元221的放电时间常数，电阻r4的电阻值及储存电容c2的电容值的乘积可称为阻容电路单元222的放电时间常数。放电时间常数和放电速度呈负相关。若电阻r2的电阻值大于电阻r4的电阻值，且储存电容c1的电容值及电感c2的电容值相等，则阻容电路单元221的放电时间常数大于阻容电路单元222的放电时间常数，阻容电路单元221的放电速度小于阻容电路单元222的放电速度。在时间t2，储存电容c1达到第二电压v2，如公式(2)所示：
23.其中v2为第二电压；
24.ic为充电电流；
25.ton为开启时间。
26.toff为截止时间；及
27.τ1为阻容电路单元221的放电时间常数。
28.在时间t2，储存电容c2达到第二电压v3，如公式(3)所示：
29.其中v3为第三电压；
30.ic为充电电流；
31.ton为开启时间。
32.toff为截止时间；及
33.τ2为阻容电路单元222的放电时间常数。
34.由于开启时间ton及截止时间toff为未知，充电电流ic、第二电压v2、第三电压v3、时间常数τ1及时间常数τ2为已知，因此控制电路24可依据公式(2)及(3)计算开启时间ton及截止时间toff。在一些实施例中，充电电流ic、时间常数τ1及时间常数τ2为固定值，控制电路24可使用查找表，依据第二电压v2及第三电压v3找出相应的开启时间ton及截止时间toff。
35.图3的阻容电路22可在时间t2同时获得第二电压v2及第三电压v3，加速获得开启时间ton及截止时间toff的时间。
36.图5为另一种阻容电路22的示意图。图5的阻容电路22耦接于电流源20及控制电路24，且包含电阻r1、储存电容c1、可变电阻电路50及开关sw51。电阻r1包含第一端，可从电流源20接收参考信号sref；及第二端。可变电阻电路可包含电阻r2、电阻r3及开关sw52。可变电阻电路50包含第一端；及第二端，耦接于接地端gnd。电阻电路50可经由开关sw52选择性提供电阻r2的电阻值或电阻r3的电阻值。电阻r2包含第一端；及第二端，耦接于接地端gnd。电阻r3包含第一端；及第二端，耦接于接地端gnd。开关sw52包含第一端，耦接于电阻电路50的第一端，及第二端，选择性耦接于电阻r2的第一端或电阻r3的第一端。电阻r2的电阻值及电阻r3的电阻值可相异。储存电容c1包含第一端，可经由开关sw51选择性耦接于接地端gnd、电阻r1的第二端或可变电阻电路50的第一端；及第二端，耦接于接地端gnd。开关sw51及开关sw52的切换可由装置2的外部电路控制。请参考图4，开关sw51可于时间t0时用以重置储存电容c1，于时间t0及t1之间用以对储存电容c1充电，及于时间t1及t2之间用以对储存电容c1放电。当重置储存电容c1时，开关sw51可将储存电容c1的第一端耦接至接地端gnd；当对储存电容c1充电时，开关sw51可将储存电容c1的第一端耦接至电阻r1的第二端；当对储存电容c1放电时，开关sw51可将储存电容c1的第一端耦接至可变电阻电路50的第一端。
37.图5的阻容电路22可依序获得第二电压v2及第三电压v3。储存电容c1可预先充电以产生第一电压v1，于第一时段中进行放电以产生第二电压v2，接着再次充电以重产生第
一电压v1，于第二时段中进行再次放电以产生第三电压v3。于第一时段及第二时段时，开关sw51可将储存电容c1的第一端耦接至可变电阻电路50的第一端。于第一时段中，开关sw52切换至电阻r2，电阻电路50提供电阻r2的电阻值，储存电容c1经由电阻r2放电，且在经过第一时段后储存电容c1的第一端产生第二电压v2。于第二时段中，开关sw52切换至电阻r3，电阻电路50提供电阻r3的电阻值，储存电容c1经由电阻r3放电，且在经过第二时段后储存电容c1的第一端产生第三电压v3。第一时段及第二时段不互相重迭。在一些实施例中，第二时段可接续于第一时段之后，第一时段的长度及第二时段的长度可相等。例如，第一时段的长度及第二时段的长度可等于图4的(t2-t0)。在一些实施例中，第一时段与第二时段分别对应到一个封包中的两个周期，每个封包对应到的周期数量可以不同。
38.图2的控制电路24可依据图4提出的方法，依据第二电压v2及第三电压v3获得开启时间ton及截止时间toff。相较于图3，图5的阻容电路22使用较少组件，藉以减少电路面积。
39.在一些实施例中，可变电阻电路50中的电阻r2、电阻r3及开关sw52可由可变电阻取代。可变电阻可受控制以在第一时段提供第一电阻值，及第二时段提供第二电阻值，第一电阻值及第二电阻值相异。储存电容c1可预先充电以产生第一电压v1，于第一时段中使可变电阻提供第一电阻值以进行放电而产生第二电压v2，接着再次充电以重产生第一电压v1，于第二时段中进行使可变电阻提供第二电阻值以再次进行放电以产生第三电压v3。
40.在一些实施例中，图5的储存电容c1可由图6的储存电容电路60取代。储存电容电路60包含第一端，耦接于开关sw51。储存电容电路60包含电容c61、电容c62及开关sw61。电容c61包含第一端，及第二端，耦接于接地端gnd。电容c62包含第一端，及第二端，耦接于接地端gnd。电容c61具有第一电容值，电容c62具有第二电容值，第一电容值及第二电容值相异。开关sw61包含第一端，耦接于储存电容电路60的第一端，及第二端，选择性耦接于电容c61的第一端或电容c62的第一端。
41.储存电容电路60可提供第一电容值或第二电容值，用以调整第一电压v1、第二电压v2及第三电压v3。当开关sw61切换至电容c61的第一端时，储存电容电路60可提供第一电容值；当开关sw61切换至电容c62的第一端时，储存电容电路60可提供第二电容值。
42.图7为根据图2的调整电路240的一实施例的示意图。在一些实施例中，调整电路240可依据调整信号sc调整偏压信号sb，及将偏压信号sb传送至前端模块26，偏压信号sb为电流信号。调整电路240包含互相耦接的偏压电流源70及开关71。偏压电流源70可产生偏压电流ib1及偏压电流ib2。偏压电流ib1及偏压电流ib2可相同或不同。调整电路240可依据开启时间ton产生调整信号sc。在一些实施例中，当开启时间ton小于预定开启时间时，调整信号sc可为逻辑低，开关71截止，调整信号sc等于偏压电流ib1。当开启时间ton超过预定开启时间时，调整信号sc可为逻辑高，开关71导通，调整信号sc等于偏压电流ib1及偏压电流ib2的总和。以此方式，调整电路240可于开启时间ton超过预定开启时间(较大工作周期)时增加调整信号sc，藉以使前端模块26的增益维持不变。
43.图8为图2的调整电路240另一实施例的示意图。在一些实施例中，调整电路240可依据调整信号sc及调整信号sc_bar调整偏压信号sb，及将偏压信号sb传送至前端模块26，偏压信号sb为电压信号。调整电路240包含偏压电流源70、电流电压转换器(current-to-voltage converter，i2v)81、开关82、电流电压转换器83及开关84。电流电压转换器81及电流电压转换器83皆耦接于偏压电流源70。开关82耦接于电流电压转换器81及前端模块26。
开关84耦接于电流电压转换器83及前端模块26。
44.偏压电流源70可产生偏压电流ib1及偏压电流ib2。偏压电流ib1及偏压电流ib2可不同。例如偏压电流ib1可小于偏压电流ib2。电流电压转换器81可依据偏压电流ib2产生低电压，电流电压转换器83可依据偏压电流ib1产生高电压，高电压可大于低电压。调整电路240可依据开启时间ton产生调整信号sc及调整信号sc_bar。调整信号sc及调整信号sc_bar可互为反相。在一些实施例中，当开启时间ton小于预定开启时间时，调整信号sc可为逻辑低，开关82截止，调整信号sc_bar可为逻辑高，开关84导通，调整信号sc等于低电压。当开启时间ton超过预定开启时间时，调整信号sc可为逻辑高，开关82导通，调整信号sc_bar可为逻辑低，开关84截止，调整信号sc等于高电压。以此方式，调整电路240可于开启时间ton超过预定开启时间(较大工作周期)时增加调整信号sc，藉以使前端模块26的增益维持不变。
45.虽然图7、8的实施例仅产生2段偏压信号sb，本发明不限于此，熟习此技艺者可依据相似的原则产生更多段的偏压信号sb。
46.图9为图2的调整电路240再一实施例的示意图。在一些实施例中，调整电路240可依据调整信号sc1及调整信号sc2调整前端模块26的输入阻抗。调整电路240包含开关90、开关92、阻抗91及阻抗93。开关90可耦接于阻抗91及前端模块26。开关92可耦接于开关90、阻抗93及前端模块26。阻抗91的阻抗值及阻抗93的阻抗值可相同或不同。
47.调整电路240可依据开启时间ton产生调整信号sc1及调整信号sc2。在一些实施例中，当开启时间ton小于第一预定开启时间时，调整信号sc1可为逻辑高，开关90导通，调整信号sc2可为逻辑高，开关92导通，前端模块26的输入阻抗等于前端模块26的内部输入阻抗、阻抗91及阻抗93构成的第一等效阻抗。
48.当开启时间ton超过第一预定开启时间及小于第二预定开启时间时，调整信号sc1可为逻辑高，开关90导通，调整信号sc2可为逻辑低，开关92截止，前端模块26的输入阻抗等于前端模块26的内部输入阻抗及阻抗91的第二等效阻抗。第二预定开启时间可大于第一预定开启时间，第二等效阻抗可小于第一等效阻抗。
49.当开启时间ton超过第二预定开启时间时，调整信号sc1可为逻辑低，开关90截止，调整信号sc2可为逻辑低，开关92截止，前端模块26的输入阻抗等于前端模块26的内部输入阻抗。前端模块26的内部输入阻抗可小于第二等效阻抗。调整电路240可依据调整信号sc1及调整信号sc2提供第一等效阻抗、第二等效阻抗；换句话说，藉此可以依据开启时间ton产生调整信号sc1及调整信号sc2提供第一等效阻抗、第二等效阻抗，以依据需求调整阻抗，达到适当的阻抗匹配。
50.以此方式，调整电路240可于较大工作周期时增加调整信号sc，藉由调整阻抗，以使得前端模块26维持适当的输入阻抗，使前端模块26具有较佳性能，例如较好的线性度、较好的讯杂比、较高的功率、维持增益不变、较良好的稳定度。由于前端模块26的设计不同，前端模块26的增益与输入阻抗具有正相关关系或负相关关系，藉由调整输入阻抗的大小可帮助维持前端模块26的增益。
51.虽然图9的实施例仅使用阻抗91的阻抗值及阻抗93的阻抗值的设计和切换来控制阻抗匹配，本发明不限于此，熟习此技艺者可依据相似的原则产生更多段的阻抗匹配路径，以动态调整阻抗匹配。此外，虽然图9显示用于调整前端模块26的输入阻抗的实施例，熟习此技艺者可依据相似的原则调整前端模块26的输出阻抗。比方说，将调整电路240耦接于前
端模块26的输出端，以调整前端模块26的输出阻抗。
52.图10为前端模块26的示意图。前端模块26可包含放大器，放大器包含依序耦接的放大阶段101至103。放大阶段101接收输入信号sin及偏压信号sb以产生第一放大信号。放大阶段102接收第一放大信号及偏压信号sb2以产生第二放大信号。放大阶段103接收第二放大信号及偏压信号sb3以产生输出信号sout。偏压信号sb可为电流信号。开启时间亦为放大器开启的时间。当开启时间越长，偏压信号sb越大，藉以使放大阶段101及前端模块26的增益维持不变，进而降低误差向量幅度。
53.虽然图10的实施例仅依据工作周期调整放大阶段101的偏压信号sb，在一些实施例中，偏压信号sb2及/或偏压信号sb3也可依据相同原则加以调整。此外，前端模块26不限于3阶段的放大器，本发明亦可应用于具有其他数量的前端组件的前端模块26。例如前端组件亦可为滤波器或缓冲器。
54.本发明实施例亦揭露补偿电路，包含阻容电路22及控制电路24。图2的阻容电路22可于参考信号sref在第一状态时产生第一电压v1，及于参考信号sref在第二状态时产生第二电压v2及第三电压v3。控制电路24耦接于阻容电路22，可依据第一电压v1、第二电压v2及第三电压v3获得前端模块26的开启时间ton；控制电路24包含调整电路240，可依据开启时间ton产生偏压信号sb，及输出偏压信号sb至前端模块26。前端模块26为包含n个放大阶段的放大器，n为正整数。例如n等于3。在一些实施例中，偏压信号sb及开启时间ton呈正相关。调整电路240输出偏压信号sb至3个放大阶段中的第一放大阶段101。在其他实施例中，随着设计需求不同，偏压信号sb及开启时间ton亦可呈反相关。以及随着设计需求不同，调整电路240亦可输出偏压信号sb至3个放大阶段中其他放大阶段，依此调整电路240可输出偏压信号sb至3个放大阶段中一个或多个放大阶段，维持前端模块26的增益。
55.在一些实施例中，图9的调整电路240亦可耦接于前端模阻26的输入端，藉由对调整电路240的阻抗进行调整以维持前端模块26的增益。在其他实施例中，图9的调整电路240亦可耦接至放大阶段102的输入端及放大阶段103的输入端，用于调整放大阶段102及103的输入阻抗，以维持前端模块26的增益。
56.图2、3、5至10的实施例用于测量工作周期，及依据工作周期对前端模块26进行增益补偿，维持前端模块26的线性度不变，及降低误差向量幅度。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。