射频检测器电路以及对应的射频检测方法与流程

本说明书涉及射频检测器，该射频检测器包括平方器(squarer)电路，平方器电路包括第一分支和第二分支，第一分支和第二分支被耦合在电压供电(voltage supply)与地之间，第一分支包括第一平方器晶体管，第一平方器晶体管至少一个接收rf正弦输入电压，第一平方器晶体管通过相应的负载而被耦合到电压供电，第二分支包括第二参考晶体管，第二参考晶体管通过相应的负载而被耦合到电压供电，输出电压被形成在第一分支的输出节点处，并且参考电压被形成在第二分支的输出节点处，平方电压通过输出电压与参考电压的差值电压而被获得。一个或多个实施例可以被例如应用于rf装置，诸如rf接收器或收发器(rx或rtx)，特别是包括rf自动增益控制或高频模拟处理的rf装置。

背景技术：

1、用以检测和测量(例如，通过天线或射频(rf)输入端口接收的)rf信号的强度或存在的rf检测器可以使用平方器电路来将rf信号转换为平方输出信号。rf信号可以来自于各种源，诸如无线电发射器、无线通信设备、或其他rf发射设备。

2、放大的rf信号可以例如在放大之后被馈送到平方器电路中。平方器电路被设计为将输入信号与其自身相乘，从而产生表示输入的平方值的输出信号。

3、平方器电路使用非线性元件(诸如二极管或晶体管)来执行平方运算。这些非线性元件生成谐波并且有效地将输入信号与其自身相乘。来自平方器电路的平方输出信号可以例如用低通滤波器进行滤波，以去除谐波和不需要的频率分量。平方器电路的滤波输出表示rf信号幅值的平方值。可以利用此平方值来检测rf信号的存在或强度。它可以由附加的电路装置进一步处理，以测量信号的功率水平或基于某些阈值而触发具体的动作。平方输出表示rf信号强度的指示，其可以被进一步处理以用于各种应用，包括rf功率测量、信号检测、或干扰监测。

4、在这方面，图1a中示意性地示出了根据现有技术的rms平方器核心的电路图。特别地，图中示出了单端rms平方核心电路10，该电路包括第一平方器晶体管，特别是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)m1，mosfet m1在其栅极处接收射频电压vrf，射频电压vrf可以对应于频率为w且输入电压幅值为vi的正弦电压，例如，vi*cos(wt)。第一平方器mosfet m1的漏极电极通过相应的第一负载zl1而被耦合到电压供电vcc，第一负载zl1包括并联的负载电阻rl1和负载电容器cl1。

5、第一平方器mosfet m1的源极被耦合到地gnd，使得在栅极与地gnd之间施加了电压vrf+vgs，vgs是被施加到第一平方器mosfet m1的偏置栅源电压。

6、然后，单端rms平方核心电路10包括第二参考晶体管，在本示例中是像晶体管m1、m2一样的mosfet，其漏极电极通过相应的第二负载zl2也被耦合到电压供电vcc，第二负载zl2包括并联的负载电阻rl2和负载电容器cl2，并且具有与第一平方器mosfet m1的第一负载zl1相同的值。

7、第二参考mosfet m2的源极被耦合到地gnd，使得在栅极与地gnd之间存在栅源电压，vgs也是第二参考mosfet m2的偏置栅源电压，等于第一平方器mosfet m1的偏置栅源电压vgs，因为晶体管m1和m2是相同的mosfet，例如，匹配的mosfet或者具有相同的设计(特别是宽长比)的mosfet。

8、在mosfet m1和m2的两个漏极电极(即，输出)之间测量差值输出电压vdiff。

9、通过计算mosfet m1和m2的漏源电流ids1和ids2，可以按下式来评估差值输出电压vdiff：

10、

11、

12、vrf＝vi*cos(wt)

13、然后，在第一mosfet m1的漏极处的电压vout与第二mosfet m2的漏极处的电压vref之间测量的差值输出电压是

14、这两个mosfet m1和m2基本相同，因此它们具有相同的宽长比w/l(宽度w与长度l)和相同的氧化硅容量uncox。因此，它们的漏源电流ids1、ids2的不同之处仅在于在第一漏源电流ids1中存在射频电压vrf，该射频电压是频率为w且输入电压幅值为vi的正弦电压。因此，差值输出电压vdiff与输入电压幅值vi的平方成比例。

15、图1a中描述的解决方案是单端的，即，正弦电压vrf被施加到第一平方器mosfetm1的栅极。

16、图1b中示出了电路10的差分实现10’，其包括电路10的相同的两个分支，然而在平方器分支中，不是只有一个第一mosfet m1，而是存在第一mosfet m1n和第一mosfet m1p，第一mosfet m1n在输入(即，栅极)处接收差分rf输入信号的负部分vrfn，第一mosfet m1p在输入处接收差分rf输入信号的正部分vrfp，第一mosfet m1n与第一mosfet m1p并联，即，它们的漏极被一起耦合到负载zl，并且它们的源极被一起耦合到地gnd。

17、这种类型的平方器电路存在一些缺点，因为输入偏移会降低灵敏度，而校准方法对于得到功率目标范围(例如，-25…-5dbm)内的功能是必需的。

18、然后，考虑到数字调制可以具有高达12db的波峰因数，低通滤波器特性(数百khz)可能需要提取宽带数字调制(例如，10mhz ofdm)的rms电压，以避免负载电阻(例如，rl1)中的动态电压变化。

19、已知的rf检测器无法为rf低功率输入电平提供足够的灵敏度，并且通常需要修剪和/或校准程序，或者有时需要用数字环路的复杂伪影从例如rf agc闭环系统取得必要的最小灵敏度和所需的动态范围。

技术实现思路

1、一个或多个实施例的目的是有助于解决在如在前文中讨论的上下文中存在的许多问题。

2、根据一个或多个实施例，该目的可以借助于具有在所附的权利要求中阐述的特征的检测器来实现。

3、一个或多个实施例可以涉及对应的检测方法。

4、如前所提及的，本公开的各种实施例涉及射频检测器，该射频检测器包括平方器电路，该平方器电路包括第一分支和第二分支，第一分支和第二分支被耦合在电压供电与地之间，第一分支至少包括第一平方器晶体管，第一平方器晶体管接收rf正弦输入电压，第一平方器晶体管通过相应的负载而被耦合到电压供电，第二分支包括第二参考晶体管，第二参考晶体管接收rf正弦输入电压，第二参考晶体管通过相应的负载而被耦合到电压供电，输出电压被形成在第一分支的输出节点处，并且参考电压被形成在特别是耦合到第二分支的负载的相应的输出节点处，平方电压通过输出电压与参考电压的差值电压被获得，其中该电路被配置为将反馈信号反馈到第二参考晶体管的控制电极，该反馈信号是差值电压的函数。

5、在变体实施例中，该电路包括感测放大器，该感测放大器具有输入，该输入被耦合到输出电压和参考电压，感测放大器被配置为输出信号，该信号与在感测放大器的输入处的信号的差值电压成比例，该信号被施加到第二参考晶体管的控制电极。

6、在变体实施例中，平方器电路包括：共源共栅晶体管，共源共栅晶体管在第一分支和第二分支中的每一者上，该共源共栅晶体管被分别布置在第一晶体管或第二晶体管之间；以及电流导引(steering)电路，该电流导引电路在第一晶体管或第二晶体管与相应的共源共栅晶体管(mcasc1、mcasc2)之间共用的节点中注入电流。

7、在变体实施例中，第二参考晶体管的控制电极是第二参考晶体管的栅极。

8、在变体实施例中，第二参考晶体管的控制电极是第二参考晶体管的主体(bulk)电极栅极。

9、在变体实施例中，它包括低通滤波器，低通滤波器接收输出电压和参考电压，并且将对应的低通滤波信号输出到感测放大器的输入。

10、在变体实施例中，平方器电路是单端的。

11、在变体实施例中，平方器电路是差分的并且包括并联的两个平方器晶体管，该两个平方器晶体管在输入处接收正rf输入信号和负rf输入信号。

12、在变体实施例中，第一晶体管和第二晶体管是mosfet。

13、在变体实施例中，该检测器包括包络检测器，该包络检测器至少被耦合到输出电压，该包络检测器至少包括p沟道mos(pmos)，该p沟道mos通过其栅极而被耦合到第一分支和第二分支中的至少一者，并且该p沟道mos的输出节点通过相应的电容器而被耦合到电压供电节点或地参考节点。

14、在变体实施例中，该包络检测器包括第二pmos，该第二pmos在其栅极处接收参考电压，并且该第二pmos的输出通过另外的相应电容器而被耦合到电力供应，特别地，第一pmos的输出和第二pmos的输出被耦合到相应的缓冲器。

15、在变体实施例中，将相应的检测器参考电压施加到包络检测器(施加到至少一个pmos的栅极)，相应的电容器被耦合到地以及差分放大器的输入，该差分放大器的输出被耦合到第二pmos的栅极，第二pmos的输出被耦合回到差分放大器的另一输入，特别是第二pmos的输出，特别是其源极。

16、在变体实施例中，第一pmos的源极和/或第二pmos的源极通过衰减(decay)电流生成器而被耦合到供电电压，该衰减电流生成器在第一pmos的源极中注入衰减电流。

17、在变体实施例中，缓冲器的输出或第二pmos的输出被耦合到模数转换器。

18、这里描述的解决方案还涉及用于射频检测的方法，该射频检测包括根据实施例的检测器，该方法包括将反馈信号反馈到第二参考晶体管的控制电极，该反馈信号是差分电压的函数。

19、权利要求是本文提供的实施例的技术公开的组成部分。