专利名称：功率数字转换器的制作方法
技术领域：
本发明有关于功率数字转换器，特别是有关于具有高分辨率的小面积功 率数字转换器。
背景技术：
功率数字转换器经常被使用于射频通信系统中，图1所示为现有技术的
功率数字转换器的方框图。功率数字转换器ioo接收信号功率并将其转换为
数字编码，其包括功率探测器110与耦接至功率数字转换器的模数转换器120， 功率探测器110接收信号功率并提供直流输出信号给模数转换器120，模数转 换器120将功率探测器110的直流输出信号转换成数字编码。在此架构中， 假若模数转换器120为M位的模数转换器，则数字编码的分辨率为M位。换 句话说，现有技术的功率数字转换器的平均分辨率为功率探测器110的动态 范围(Dynamic Range; DR)除以模数转换器120的位分辨率，其可表示为 DR/2M。举例来说，若现有技术的功率数字转换、器使用具有80dBc的动态范围 的功率探测器与8位的模数转换器，功率数字转换器便拥有28 (256)个可能的 数字编码，且其平均分辨率为80/28(二0.31)。
图2为图1中现有技术的功率数字转换器内的现有技术的功率探测器的 示意图，功率探测器200包括多个放大器210、多个整流器220以及低通滤波 器230。每一个整流器220都耦接于对应的放大器210的输出与低通滤波器 230之间，由于功率探测器200需要大量的放大器210与整流器220，功率探 测器200便占用了许多面积。此外，具有图2的功率探测器200的功率数字 转换器内的连续近似模数转换器(Successive AppRoximation Analog-to-DigidtalConverter, SARADC)便涵盖了功率数字转换器所需的全部位分辨率，但连续 近似模数转换器(SAR ADC)需要大量的电阻与电容，于是电阻与电容数组也 占据了大量面积，因此，因为大面积的功率探测器与连续近似模数转换器， 现有技术的功率数字转换器消耗了大量的硅面积。
发明内容
为了解决占据大量硅面积的技术问题，需要一种新的功率数字转换器， 其不需要大面积的功率探测器与连续近似模数转换器。
依据本发明的实施方式的一种功率数字转换器，将信号功率转换成数字 编码，包括功率探测器、模数转换器以及时序与逻辑控制电路，功率探测器 接收信号功率并产生直流输出与第一既定数目的比特，模数转换器耦接至功 率探测器，接收直流输出并将其转换成第二既定数目的比特，时序与逻辑控 制电路耦接至功率探测器与模数转换器，并依序使能功率探测器与模数转换 器，第一与第二既定数目的比特分别为数字编码的最高有效位与最低有效位， 且数字编码的位分辨率为第一与第二既定数目的和。
本发明提供的功率数字转换器，其中的功率探测器提取出上述数字编码 的最高有效位，因此，功率数字转换器内的模数转换器不需要高分辨率，因 此本发明的功率数字转换器占据了最小的空间，或者在与传统功率数字转换 器占据相同面积的情况下，提供较高的分辨率。
图1所示为现有技术的功率数字转换器的方框图。
图2为图1中现有技术的功率数字转换器内的现有技术的功率探测器的 示意图。
图3所示为依据本发明实施方式的功率数字转换器的方框图。 图4所示为依据本发明实施方式的N位功率探测器的示意图。图5A与图5B分别为依据本发明实施方式的功率数字转换器的示意图。 图6A与图6B为显示图5A的功率探测器操作所需的控制信号的波形图。 图7为显示功率探测器的直流输出的波形图以及其对应的3位数码。 图8为显示图5B所示的模数转换器在操作时所需的信号波形图。 图9为依据本发明另一个实施方式的N位功率探测器的示意图。
具体实施例方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来称呼特定的元件。本领域 的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。 本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元 件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求书当中所提 及的"包含"是开放式的用语，故应解释成"包含但不限定于"。此外，"耦 接" 一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第 一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或通 过其它装置或连接手段间接地电气连接到第二装置。
图3所示为依据本发明实施方式的功率数字转换器的方框图。功率数字 转换器300接收信号功率并将其转换成数字编码，功率数字转换器300包括 功率探测器310、模数转换器320以及时序与逻辑控制电路330。功率探测器 310接收信号功率并提供直流输出给模数转换器320，功率探测器310也将信 号功率转换成N位的数码。模数转换器320接收功率探测器310的直流输出 并将其转换成(M-N+n)位的数码。时序与逻辑控制电路330耦接至功率探测器 310与模数转换器320，并依序使能功率探测器310与模数转换器320，同时 从它们接收第N位的数字编码与第(M-N+n)位的数字编码。时序与逻辑控制电 路330将第N位的数字编码与第(M-N+n)位的数字编码分别转换成为数字编码 的最高有效位与最低有效位。
图4所示为依据本发明实施方式的N位功率探测器的示意图。N位功率探测器400包括多个串联的放大器410、整流器430、多个开关420以及低通 滤波器440。多个放大器410中的第一个接收信号功率，每一个开关420连接 于对应的放大器410的输出与整流器430之间，低通滤波器440耦接至整流 器430的输出。更明确地说，有2W个串联的放大器，并有2W个开关，每一个 开关连接于对应的放大器410的输出与整流器430之间。
图5A与图5B分别为依据本发明实施方式的功率数字转换器的示意图。 依据图4的3位功率探测器的详细建构如图5A所示。在图5A中，8个差动 放大器510是串联连接，传输闸520被当作开关并耦接于对应的放大器510 的输出与整流器530之间，低通滤波器540耦接至整流器530的输出并产生 直流输出V_out。图6A与图6B为显示图5A的功率探测器操作所需的控制信 号的波形图，当功率探测器的信号转换时，控制信号bmsb是高逻辑态以便启 动功率探测器的操作，控制信号PO是用来对来自功率探测器的直流输出 V一out进行采样，控制信号B1 B8控制传输闸的切换。功率探测器的信号转 换可分为8个阶段，在每一个阶段中，只有一对传输闸被导通，使得对应放 大器的差动输出信号可以传送到整流器，开关(传输闸)是一个接一个依序地导 通。此外，模数转换器的控制信号bO b5在功率探测器的信号转换时是低逻 辑状态。图7为显示功率探测器的直流输出的波形图以及其对应的3位数码。 在图7中，O，l毫伏特的输入信号产生3位数码:l 1100000，而10毫伏特的输 入信号产生3位数码:l 1111100， 1毫伏特的输入信号产生3位数码:l 1110000。
6位连续近似模数转换器的详细构造如图5B所示，6位连续近似模数转 换器包括3位电阻串以及3位电容数组。图8为显示图5B所示的模数转换 器在操作时所需的信号波形图，在功率探测器的操作之后，控制信号bmsb被 拉至低逻辑态，信号PO随后被拉至低电平，而6位连续近似模数转换器开始 迸行信号转换，此外，连续近似模数转换器的控制信号b5至b0依序被拉至 高电平使得可进行二元搜索(binary search),信号comp—out代表了连续近似模 数转换器的数字输出。图9为依据本发明另一个实施方式的N位功率探测器的示意图。N位功 率探测器900包括可变增益放大器910，整流器920以及低通滤波器930。可 变增益放大器910接收信号功率，整流器耦接至可变增益放大器910的输出， 低通滤波器930耦接至整流器920的输出，并产生直流输出，图9的N位功 率探测器可被用来当作图3的N位功率探测器，以形成小面积的功率数字转 换器。
本发明提供一种将信号功率转换成数字编码的功率数字转换器，功率数 字转换器内的功率探测器提取(extract)出数字编码的最高有效位，因此，功率
数字转换器内的模数转换器不需要高分辨率。因此本发明的功率数字转换器 占据了最小的空间，或者在与现有技术的功率数字转换器占据相同面积之下， 提供较高的分辨率。
本发明虽用较佳实施方式说明如上，然而其并非用来限定本发明的范围， 任何本领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，做的任何更动与 改变，都在本发明的保护范围内，具体以权利要求界定的范围为准。
权利要求
1. 一种功率数字转换器，将信号功率转换成数字编码，其特征在于，所述功率数字转换器包括功率探测器，接收所述信号功率并产生直流输出与第一既定数目的比特；模数转换器，耦接至上述功率探测器，接收上述直流输出并将其转换成第二既定数目的比特；以及时序与逻辑控制电路，耦接至所述功率探测器与所述模数转换器，并依序使能所述功率探测器与所述模数转换器；其中，所述第一与第二既定数目的比特分别为所述数字编码的最高有效位与最低有效位，且所述数字编码的位分辨率为所述第一与第二既定数目的和。
2. 如权利要求1所述的功率数字转换器，其特征在于，所述功率探测器 包括多个串联的放大器、整流器、多个开关以及低通滤波器，每一个所述多 个开关都耦接于对应的所述放大器的输出与所述整流器的输入之间，所述低 通滤波器耦接至上述整流器的输出并产生上述直流输出。
3. 如权利要求2所述的功率数字转换器，其特征在于，所述多个放大器 与所述多个开关的数量都是2的所述第一既定数目的次方个。
4. 如权利要求3所述的功率数字转换器，其特征在于，所述多个开关是 一个接一个地开启。
5. 如权利要求3所述的功率数字转换器，其特征在于，所述多个放大器 为差动放大器。
6. 如权利要求3所述的功率数字转换器，其特征在于，所述多个幵关为 传输闸。
7. 如权利要求1所述的功率数字转换器，其特征在于，所述功率探测器 包括接收所述信号功率的可变增益放大器、耦接至所述可变增益放大器的输 出的整流器以及耦接至所述整流器的输出并产生所述直流输出的低通滤波器。
8. 如权利要求7所述的功率数字转换器，其特征在于，所述可变增益放 大器的可变增益是具有2的所述第一既定数目的次方阶。
9. 如权利要求1所述的功率数字转换器，其特征在于，所述模数转换器 为连续近似模数转换器。
全文摘要
本发明提供一种功率数字转换器，将信号功率转换成数字编码，该功率数字转换器包括功率探测器、模数转换器以及时序与逻辑控制电路，功率探测器接收信号功率并产生直流输出与第一既定数目的比特，模数转换器耦接至功率探测器，接收直流输出并将其转换成第二既定数目的比特，时序与逻辑控制电路耦接至功率探测器与模数转换器，并依序使能功率探测器与模数转换器，第一与第二既定数目的比特分别为数字编码的最高有效位与最低有效位，且数字编码的位分辨率为第一与第二既定数目的和。本发明的功率数字转换器占据了最小的空间，或在与传统功率数字转换器占据相同面积的情况下，提供较高的分辨率。
文档编号H04B1/06GK101286746SQ200810092430
公开日2008年10月15日 申请日期2008年4月11日 优先权日2007年4月13日
发明者郭秉捷 申请人:联发科技股份有限公司