可调功率传感器
阅读：783发布：2021-11-02
专利汇可以提供可调功率传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且功率 传感器 施加具有基本相等的大小的各自第一和第二 电流 到相互热耦合的参考检测器和测量检测器。功率传感器用测量检测器感测输入 信号 ，并且它将第一和第二电流的各自大小调整基本相等的量，以相应地调整测量检测器的测量特性。，下面是可调功率传感器专利的具体信息内容。
1.一种操作功率传感器或检测器的方法，包括：
分别施加具有基本相等大小的第一和第二电流到参考检测器和测量检测器，其中所述参考检测器和测量检测器热耦合；
用所述测量检测器感测输入信号；以及
将所述第一和第二电流的各自大小调整基本相等的量，以相应地调整所述测量检测器的测量特性。
2.如权利要求1所述的方法，其中调整所述第一和第二电流的各自大小基于由所述测量检测器感测的功率电平。
3.如权利要求1所述的方法，其中调整所述第一和第二电流的各自大小包括操作至少一个电流镜，以保持所述第一和第二电流处于基本相等的大小。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
进一步调整所述第一和第二电流的各自大小，以实现所述测量检测器的目标测量带宽或目标测量灵敏度。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一和第二电流由可变电流源提供，并且进一步调整所述第一和第二电流的各自大小包括控制所述可变电流源，以调整所述第一和第二电流的各自偏置分量。
6.如权利要求5所述的方法，其中调整所述测量特性包括扩展所述测量检测器的线性功率转换的区域。
7.如权利要求1所述的方法，还包括在调整所述第一和第二电流的各自大小的同时，监控所述功率传感器。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述参考检测器和所述测量检测器每个包括二极管检测器。
9.一种包括功率传感器或检测器的装置，包括：
测量检测器，配置为接收输入信号；
可变电流源，配置为分别提供基本相等大小的第一和第二电流到参考检测器和所述测量检测器，其中所述参考检测器和测量检测器热耦合；以及
电路，配置为将所述第一和第二电流调整基本相等的量，以相应地调整所述测量检测器的测量特性。
10.如权利要求9所述的装置，其中调整所述第一和第二电流的各自大小基于由所述测量检测器感测的输入信号的功率电平。
11.如权利要求9所述的装置，其中所述电路包括至少一个电流镜。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述至少一个电流镜包括：
第一电流镜，配置为调节表现在所述测量检测器的正输出端子的第一测量电压和表现在所述参考检测器的正输出端子的第一参考电压；以及
第二电流镜，配置为调节表现在所述测量检测器的负输出端子的第二测量电压和表现在所述参考检测器的负输出端子的第二参考电压。
13.如权利要求12所述的装置，还包括仪器放大器，配置为接收所述第一和第二测量电压以及所述第一和第二参考电压，并且还配置为放大所述第一测量电压和所述第一参考电压之间的差以生成第一输出信号，并且放大所述第二测量电压和所述第二参考电压之间的差以生成第二输出信号，其中所述第一和第二输出信号构成代表输入信号的功率电平的差动信号对。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述仪器放大器包括配置为放大所述第一测量电压和所述第一参考电压之间的差的第一块，以及配置为放大所述第二测量电压和所述第二参考电压之间的差的第二块，其中所述第一和第二块的每个包括至少四个运算放大器。
15.如权利要求9所述的装置，其中所述可变电流源进一步配置为调整所述第一和第二电流的各自大小，以实现所述测量检测器的目标测量带宽或测量灵敏度。
16.如权利要求9所述的装置，其中所述参考检测器和所述测量检测器位于同一芯片上。
17.如权利要求9所述的装置，其中所述参考检测器和所述测量检测器位于不同芯片上，并且通过连接在所述不同芯片之间的热导管热耦合。
18.如权利要求17所述的装置，其中所述不同芯片安装在印刷电路板(PCB)的不同热焊盘上，并且所述热导管在所述不同热焊盘之间延伸。
19.如权利要求9所述的装置，其中所述参考检测器和所述测量检测器每个包括至少一个二极管。
可调功率传感器
技术领域
[0001] 本发明涉及可调功率传感器。
背景技术
[0002] 功率传感器通常用于测量射频（RF）或微波频率（MW）信号的功率。这样的测量例如可以用于表征在诸如雷达和蜂窝电话的RF或MW应用中使用的电子组件的输出性能。典型的功率传感器使用功率检测器或换能器，以便将RF或MW功率转换为可容易测量的电参量。功率检测器在许多类型的RF和MW系统中也具有应用。
[0003] 用于RF和MW测量的通常类型的功率传感器称为二极管功率传感器或二极管检测器。在标题为“Fundamentals of RF and Microwave Power Measurements（RF和微波功率测量的基本原理）”的安捷伦应用笔记1449-2中详细描述了二极管功率传感器的示例。
[0004] 尽管传统的二极管功率检测器具有趋于限制它们的性能和灵活性的若干缺点，当在作为功率测量系统的一部分的功率传感器中使用时，可以应用复杂的校正和数据处理技术来解决这些缺点中的一些。一个缺点是它们的带宽和灵敏度根据诸如温度和输入功率电平的不同运行条件而变化。例如，传统二极管传感器的输出电压可能响应于传感器温度的增加而显著减小。传统二极管功率传感器的另一缺点在于它们在检测带宽和灵敏度之间展现一般的折衷。换句话说，带宽随着灵敏度增加而趋向减小，并且反之亦然。传统二极管功率传感器的另一缺点在于它们的带宽和灵敏度通常由在设计时固定的组件参数确定。因此，传感器通常设计用于特定目标应用。
[0005] 鉴于传统功率检测器以及使用它们建立的功率传感器的这些和其他缺点，通常需要在不同运行条件下提供稳定运行并且能够基于不同应用的要求自适应优化的功率检测器和传感器。
发明内容
[0006] 在代表性实施例中，一种操作功率传感器的方法，包括：分别施加具有基本相等大小的第一和第二电流到参考检测器和测量检测器，其中所述参考检测器和测量检测器热耦合；用所述测量检测器感测输入信号；并且将所述第一和第二电流的各自大小调整基本相等的量，以相应地调整所述测量检测器的测量特性。
[0007] 在另一代表性实施例中，一种装置，包括：测量检测器，配置为接收输入信号；可变电流源，配置为分别提供基本相等的大小的第一和第二电流到参考检测器和所述测量检测器，其中所述参考检测器和测量检测器热耦合；以及电路，配置为将所述第一和第二电流调整基本相等的量，以相应地调整所述测量检测器的测量特性。附图说明
[0008] 当结合附图阅读时，从以下详细描述最好地理解描述的实施例。在任何可应用和实际地方，相同的参考标号指示相同元件。
[0009] 图1A是根据代表性实施例的功率传感器的示意图。
[0010] 图1B是根据代表性实施例的功率传感器的框图。
[0011] 图2是诸如图1中图示的功率传感器的二极管电路的电路图。
[0012] 图3是诸如图1中图示的功率传感器的另一二极管电路的电路图。
[0013] 图4是根据代表性实施例的功率传感器的框图。
[0014] 图5是图示操作根据代表性实施例的功率传感器的方法的流程图。
[0015] 图6是根据代表性实施例的功率传感器的电路图。
[0016] 图7是根据另一代表性实施例的功率传感器的电路图。
[0017] 图8是根据代表性实施例的功率传感器的透视图，该功率传感器包括通过通孔（through-hole vias）相互热耦合的测量检测器和参考检测器。
[0018] 图9是根据代表性实施例的可以结合功率传感器使用的仪器放大器的框图。
[0019] 图10是根据代表性实施例的可以结合功率传感器使用的仪器放大器的电路图。
[0020] 图11是根据另一代表性实施例的可以结合功率传感器使用的仪器放大器的电路图。
[0021] 图12A到12C是根据代表性实施例的包括功率传感器和仪器放大器的装置的图。
[0022] 图13A到13D是图示根据代表性实施例的功率传感器的仿真性能的曲线图。
具体实施方式
[0023] 在以下详细描述中，为了说明而非限制的目的，阐述公开特定细节的代表性实施例，以便提供本教导的彻底理解。然而，对于得益于本公开的本领域的普通技术人员明显的是，背离在此公开的特定细节的根据本教导的其他实施例保持在所附权利要求的范围内。此外，可以省略公知的装置和方法的描述，以便不使示例实施例的描述模糊。这样的方法和装置明显地在本教导的范围内。
[0024] 在此使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制。除了定义的术语的技术和科学含义外，定义的术语如在本教导的技术领域中通常理解和接受的。如在说明书和所附权利要求中使用的，“一（a）”、“一个（an）”和“该（the）”包括单数和复数指示物，除非上下文另外清楚地指示。因此，例如，“一设备”包括一个设备和多个设备。
[0025] 描述的实施例一般涉及用于测量RF或MW信号的电功率的功率传感器。在某些实施例中，功率传感器包括相互热耦合的测量检测器和参考检测器。可变电流源分别提供基本相等大小的第一和第二电流到参考检测器和测量检测器，并且电路通过基本相等量调整第一和第二电流，以便实现测量检测器的希望特性。通常，如果两个值（例如，电流大小或调整量）相差不超过诸如由于典型的操作余量、制造容限或相关背景中的其他可变因素的最低量，则它们被视为基本相等。如果两个值的差小到以至于与它们精确相等的值相比对于性能具有最小或可忽略的影响，则它们也被视为基本相等。
[0026] 测量和参考检测器典型地包括功率传感器二极管，并且调整的测量特性典型地包括功率传感器的带宽或灵敏度。可以根据不同应用调整带宽、灵敏度和其他测量特性，以改变功率传感器的性能。还可以调整它们以补偿功率传感器的温度依赖行为。
[0027] 测量和参考检测器典型地以桥式配置安排，其中生成测量值作为测量检测器的输出和参考检测器的输出之间的差。桥式配置的使用允许减去传统偏置二极管中遇到的偏移。
[0028] 典型地使用电流镜电路控制第一和第二电流。电流镜电路提供偏置电流，其降低功率传感器的视频电阻并且允许以高阻抗放大器测量，因此增加灵敏度。此外，可以通过电流镜控制偏置电流，以便延伸到二极管功率传感器的平方律区域的上部范围。
[0029] 图1A是根据代表性实施例的功率测量系统的二极管功率传感器100的图。提供该图以便图示二极管功率传感器的一种可能形状因数和应用。然而，描述的实施例可以在许多替代形式或环境中实施，例如，作为执行RF和MW系统内的功率检测的集成电路。
[0030] 参照图1，二极管功率传感器100包括输入接口105、传感器主体110和输出接口115。输入接口105包括类型N连接器，配置为通过同轴电缆接收从DUT传输的输入RF信号。可替代地，它可以包括其他类型的连接器，诸如尼尔-康塞曼卡口（Bayonet Neill–Concelman，BNC）连接器。传感器主体110包括配置为测量输入RF信号的电功率以产生测量值的电路。输出接口115包括通用串行总线（USB）连接器，配置为接收控制命令并且传输测量值到诸如测量仪器或计算机的电子设备。测量仪器或计算机然后可以用于显示和分析测量值。
[0031] 图1B是根据代表性实施例的功率传感器100’的框图。该框图代表图1A中示出的二极管功率传感器100的一个可能实施。
[0032] 参照图1B，功率传感器100’包括RF输入端子120、换能器（或功率检测器）125、模拟信号调节单元130、数字化器135、处理器140和用户界面145。这些特征以如图1B所示的顺序运行，以便将RF输入信号转换为要在用户界面145上显示的数字测量值。
[0033] 图2是诸如图1中图示的二极管功率检测器的二极管电路200的电路图。二极管电路200典型地用于测量输入RF或MW信号的功率。
[0034] 参照图2，二极管电路200包括驱动源205、分流电阻器210、二极管215（例如，肖特基二极管）、分流电容器220、负载电阻器225和输出端子230。驱动源205是到DUT源功率PIN的直接连接，其中在终接(terminating)功率传感器应用中使用检测器。驱动源205也可以是电路的一部分，该电路包括采样DUT源功率PIN的定向耦合器。分流电阻器210为驱动源205提供低电压驻波比（VSWR）终端，并且分流电容器220滤波二极管215的输出信号，以便在输出端子230产生输出信号VOUT。
[0035] 由于它的简单设计，二极管电路200相对廉价地实施。然而，它具有受限的应用，因为它的输出电压具有相对于输入功率的不良线性度，并且它的性能趋于作为温度和附接到输出端子230的负载的函数变化。特别地，二极管电路200的带宽和灵敏度趋于根据负载的大小并且作为温度改变的结果变化。依赖温度的行为是特别麻烦的，因为随着功率传感器或周围组件在运行期间升温，它可能导致测量值的实质偏差。
[0036] 图3是诸如图1中图示的功率检测器的另一二极管电路300的电路图。二极管电路300设计为减少诸如二极管电路200展现的温度依赖行为。
[0037] 参照图3，二极管电路300类似于二极管电路200，除了它进一步包含连接在二极管215和输出端子230之间的输出电阻器305、分流电阻器310和分流二极管315。输出电阻器
305和分流电阻器310的存在趋于改进二极管电路300的线性度，并且分流二极管315补偿二极管215的温度依赖行为。因此，二极管电路300的运行趋于比二极管电路200的运行更稳定。
305和分流电阻器310的存在趋于改进二极管电路300的线性度，并且分流二极管315补偿二极管215的温度依赖行为。因此，二极管电路300的运行趋于比二极管电路200的运行更稳定。
[0038] 然而，二极管电路300遭受灵敏度和带宽之间的通常折衷，其影响它的性能和灵活度。特别地，二极管电路300的灵敏度和带宽根据连接到输出端子230的负载电阻的大小而相反地变化。因此，灵敏度的增加通常伴随带宽的减小，反之亦然。此外，二极管电路300中各组件的值典型地在设计时固定，并且如果出现对于更大灵敏度或带宽的需要，则不能在此后调整。
[0039] 图4是根据代表性实施例的功率传感器400的框图。与图2和3的实施例相比，图4的实施例允许响应于特定应用或环境的要求自适应地修改带宽和灵敏度。它允许调整以补偿基于温度的性能变化。如下所述，通过改变提供到测量检测器和参考检测器的各个偏置电流的大小执行这些调整。
[0040] 参照图4，功率传感器400包括测量检测器405、参考检测器410、可变电流源415和控制电路420。共同地，这些特征运行来将来自DUT的输入信号（例如RF或MW信号）转换为代表信号的功率的测量值。可以通过各种替代接口提供输入信号。例如，在一些实施例中，通过诸如同轴电缆或定向耦合器的有线接口提供输入信号；在其他实施例中，可以通过诸如天线的无线接口提供。
[0041] 测量检测器405接收输入信号和第一电流i1，并且它产生测量值。尽管在图4中未示出，测量值典型地输出到可以用于捕获和分析测量值的装置。例如，它可能输出到模拟到数字转换器（ADC），其可以将测量值数字化，并且将它输出到诸如计算机或电子测试仪器的电子设备。
[0042] 参考检测器410接收控制为具有与电流i1基本相同大小的第二电流i2。用与测量检测器405的那些组件类似的组件实施参考检测器410，并且它热耦合到测量检测器405，使得温度依赖变化在两个检测器中以基本相同方式出现。如下所述，热耦合可以采取若干替代形式。例如，热耦合可以出现在位于相同芯片的各组件之间，或者它可以出现在经由热导管连接的不同芯片上的各组件之间。
[0043] 因为测量检测器405和参考检测器410以基本相同方式响应于温度波动，所以它们趋于抵消或补偿它们个别的温度依赖行为。因此，响应于温度改变，对应于第一和第二电流i1和i2的第一和第二前向电压改变基本相同的量，允许测量检测器405即使在存在温度改变时也产生稳定的测量。
[0044] 可变电流源415提供基本相同大小的第一和第二电流i1和i2到参考检测器410和测量检测器405。例如，可以通过电流镜控制电流的各个大小。
[0045] 控制电路420控制可变电流源415，以将第一和第二电流i1和i2调整基本相等量，以便相应地调整测量检测器405的测量特性。例如，控制电路420可以控制可变电流源415，以增加或减小第一和第二电流i1和i2，以便调整测量检测器405的带宽和灵敏度。可以基于预定设置、代码、用户指令等自适应地（例如，编程地或自动地）进行这样的调整。例如，可以进行调整，以便满足要求不同灵敏度或带宽量的不同应用的性能要求。它们还可以在单个应用的环境中进行，以便实现跨越更宽参数范围的测量。
[0046] 在图4的示例中，由测量检测器405输出的测量值反馈到控制电路420，使得可以以闭环方式执行调整。然而，在其他实施例中，控制电路420可以执行调整而不实际接收调整值。此外，在一些实施例中，控制电路420可以监控第一和第二电流i1和i2，以便基于反馈或一般监控调整它们各自的大小。在这样的实施例中，控制电路420例如可以包括驱动电流源或电流镜的数字到模拟转换器（DAC）或数字电位计。
[0047] 图5是图示操作根据代表性实施例的功率传感器的方法的流程图。为了说明目的，将假设图5的方法由图4的功率传感器400执行。然而，该方法不限于特定平台，并且可以由各种替代装置执行。在随后的描述中，将由括号指示示例方法特征。
[0048] 参照图5，该方法包括分别施加具有基本相等大小的第一和第二电流到测量检测器和参考检测器，其中测量检测器和参考检测器热耦合（S505）。例如，该法方法可以使用可变电流源415分别施加第一和第二电流i1和i2到测量检测器405和参考检测器410。
[0049] 该方法进一步包括用测量检测器感测输入信号的功率（S510）。例如，测量检测器405可以使用二极管功率检测器感测图4中示出的输入信号。与输入功率成比例的测量值将是测量检测器405输出和参考检测器410输出之间的差。
[0050] 最后，该方法包括将第一和第二电流的各自大小调整基本相等量，以便相应地调整测量检测器的测量特性（S515）。例如，可以由控制电路420调整第一和第二电流i1和i2，以便实现测量检测器405的目标测量带宽或目标测量灵敏度。例如，可以通过扩展测量检测器405的线性功率转换的区域实现目标灵敏度。
[0051] 在一些实施例中，通过操作至少一个电流镜执行调整，以便维持第一和第二电流在基本相等大小。典型地通过可变电流源提供第一和第二电流，控制可变电流源以调整各自第一和第二电流的偏置分量。该调整典型地基于由测量检测器内的二极管功率传感器感测的功率电平。
[0052] 图6是根据代表性实施例的功率传感器600的电路图。图6的功率传感器可以视为图4的功率传感器400的具体实施。
[0053] 参照图6，功率传感器600包括配置为分别生成第一和第二电流i1和i2的第一和第二电流源605和610。这些电流源安排在电流镜配置中，并且具有公共电压源Vsupply。此外，它们由公共电流控制机制控制，使得可以组合地调整第一和第二电流i1和i2，以修改功率传感器600中的偏置电流的量。电流控制机制可以根据自动或编程的控制方案、根据用户输入、或根据其组合操作。
[0054] 功率传感器600进一步包括测量检测器615和参考检测器620，它们如由虚线框指示的相互热耦合，并且都通过功率传感器二极管或二极管检测器实施。测量检测器615具有连接到功率传感器600的输入端子Pin并且此外通过第一电阻器R1连接到地的输出，以及连接到功率传感器600的第一输出端子Vout并且此外连接到第一电流源605的输出的输入。参考检测器620具有通过第二电阻器R2连接到地的输入，以及连接到功率传感器600的第二输出端子Vref并且此外连接到第二电流源610的输出的输出。
[0055] 在典型的操作期间，功率传感器600通过输入端子Pin接收RF或MW输入信号，并且它产生检测为第一和第二输出端子Vout和Vref处的信号之间的差的差分输出信号。
[0056] 图7是根据另一代表性实施例的功率传感器700的电路图。功率传感器700是功率传感器600的变种，其中两个电流镜而不是一个电流镜用于产生输出信号。
[0057] 参照图7，功率传感器700包括配置为分别生成第一和第二电流i1和i2的第一和第二电流源705和710，以及配置为分别生成第三和第四电流i3和i4的第三和第四电流源735和740。第一和第二电流源705和710安排在第一电流镜中，并且第三和第四电流源735和740安排在第二电流镜中。电流镜之一具有正电源电压，并且另一个具有负电源电压。电源电压两者具有基本相同大小，并且它们典型地通过公共的控制机制控制，使得基本相同或类似大小的第一到第四电流i1到i4组合地调整，以便修改功率传感器700中偏置电流的量。电流控制机制可以根据自动或编程的控制方案、根据用户输入、或根据其组合操作。
[0058] 功率传感器700进一步包括第一和第二测量检测器715和715以及第一和第二参考检测器720和730，它们如由虚线框指示的相互热耦合，并且都通过功率传感器二极管或二极管检测器实施。
[0059] 第一测量检测器715具有连接到功率传感器700的输入端子Pin并且此外通过第一电阻器R1连接到地的输入。第一测量检测器715还具有连接到功率传感器700的第一正输出端子V+out并且此外连接到第一电流源705的输出的输出。第二测量检测器725具有连接到功率传感器700的第一负输出端子V-out并且此外连接到第三电流源735的输出的输出。第二测量检测器725还具有连接到功率传感器700的输入端子Pin并且此外通过第一电阻器R1连接到地的输入。
[0060] 第一参考检测器720具有通过第二电阻器R2连接到地的输入。第一参考检测器720还具有连接到功率传感器700的第二正输出端子V+ref并且此外连接到第二电流源710的输出的输出。第二参考检测器730具有连接到功率传感器700的第二负输出端子V-ref并且此外连接到第四电流源740的输出的输出。第二参考检测器730还具有通过第二电阻器R2连接到地的输入。
[0061] 在典型的操作期间，功率传感器700通过输入端子Pin接收RF或MW输入信号，并且它产生检测为第一和第二正输出端子V+out和V+ref以及第一和第二负输出端子V-out和V-ref处的信号之间的差的差分输出信号。该差可以由以下等式代表：(V+out-V+ref)–(V-out-V-ref)。
[0062] 通常，第一和第二正输出端子V+out和V+ref处的信号分别可以称为第一测量电压和第一参考电压，并且第一和第二负输出端子V-out和V-ref处的信号分别可以称为第二测量电压和第二参考电压。因此，图7的第一电流镜可以调节第一测量电压和第一参考电压，并且第二电流镜调节第二测量电压和第二参考电压。
[0063] 图8是根据代表性实施例的功率传感器800的透视图，该功率传感器包括通过通孔相互热耦合的测量检测器和参考检测器。例如，在通过图8所示的额外特征提供热耦合的情况下，功率传感器800可以用类似于功率传感器600或700的电路配置实施。可以通过其他电路板实施中的紧密接近或通过单个集成电路中所有检测器元件的实施，应用其他形式的热耦合。
[0064] 参照图8，功率传感器800包括测量设备805和参考设备810。这些设备典型地包括分离封装，其分别包含测量检测器和参考检测器，例如诸如图7或8中图示的那些。尽管图8中未示出，但是测量设备805和参考设备810典型地安装在印刷电路板（PCB）的相对侧，以便保持它们之间相对短的热路径。作为示例，测量设备805标注为在PCB的顶部侧，并且参考设备810标注为在PCB的底部侧。此外，尽管图8中未示出，但是测量设备805和参考设备810可以安装在PCB上的不同热焊盘上，以便便于有效的热传导。
[0065] 功率传感器800还包括用于提供输入信号到测量设备805的RF输入轨迹815，以及用于输出指示对输入信号执行的功率测量的差分输出信号的二极管输出轨迹820。功率传感器800此外仍包括用于测量设备805和参考设备810中的电路轨迹的轨迹填充825。最后，功率传感器800包括通孔830，其形成在测量设备805和参考设备810之间延伸以提供热耦合的热导管。通孔830典型地延伸通过PCB中的孔，并且它们连接到其上安装测量设备805和参考设备810的各个热焊盘。
[0066] 图9是根据代表性实施例的可以结合功率传感器使用的仪器放大器900的框图。例如，仪器放大器900可以用于将诸如由功率传感器700产生的那些信号的输出信号转换为差分信号对，该差分信号对可以由诸如ADC、计算机或电子测试仪器的下游电子组件使用。
[0067] 参照图9，仪器放大器900接收由功率传感器输出的第一和第二测量电压和第一和第二参考电压。在该示例中，将假设通过功率传感器700的第一正输出端子V+out和第一负输出端子V-out提供第一和第二测量电压，并且通过功率传感器700的第二正输出端子V+ref和第二负输出端子V-ref提供第一和第二参考电压。
[0068] 仪器放大器900包括第一放大器块905和第二放大器块910，第一放大器块905配置为放大第一测量电压和第一参考电压之间的差以生成第一输出信号Vout1，并且第二放大器块910配置为放大第二测量电压和第二参考电压之间的差以生成第二输出信号Vout2。第一和第二输出信号Vout1和Vout2构成代表功率传感器700的输入信号的功率电平的差分信号对。
[0069] 图10是根据代表性实施例的可以结合功率传感器使用的仪器放大器1000的电路图。仪器放大器1000例如可以用于实施图9的第一和第二放大器块905和910的一个或多个。
[0070] 参照图10，仪器放大器1000包括第一和第二放大器U1和U2（例如，运算放大器）以及第一到第四电阻器R1到R4，其中R1=R4并且R2=R3。第一和第二放大器U1和U2接收各自第一和第二输入信号，并且它们放大如图10所示的接收信号之间的差。如图10所示，根据等式Vout=((V+)-(V-))*(1+(R4/R3))+Voffset确定仪器放大器1000的输出“Out”。在该等式中，Vout代表输出“Out”的电压电平，V+代表第一输入信号的电压电平，V-代表第二输入信号的电压电平，Voffset代表可变偏置电压“Offset”的电压电平，并且R3和R4代表电阻器R3和R4的各自电阻值。
[0071] 尽管用正（+）和负（-）符号标注第一和第二输入信号，这些标注不必限制各自第一和第二输入信号的极性。例如，第一和第二输入信号可以对应于图9所示的第一测量电压和第一参考电压。
[0072] 第一和第二输入信号典型地接收为功率传感器的输出，并且它们的放大提供测量的功率电平的指示。如由图9的示例所图示的，两个仪器放大器可以组合使用以放大两对信号，以便生成差分输出信号。
[0073] 仪器放大器1000趋于展现可能限制功率传感器的总体性能的若干缺点。例如，它具有受限的增益带宽和受限的转换速率。此外，当用快速放大器实施时，它具有潜在地不良偏置规范，并且它还具有不良的驱动能力。
[0074] 图11是根据另一代表性实施例的可以结合功率传感器使用的仪器放大器1100的电路图。仪器放大器1100解决仪器放大器1000的若干缺点，并且可以提供改进的性能。特别地，它使用四个放大器执行图10中放大器的特定功能，以提高速度和精度。
[0075] 参照图11，仪器放大器1100包括放大器U10、U11、U12和U13、电阻器R11、R12、R13、R14、R15、R16、R20、R21、R22和R23、以及电容器C1和C2。仪器放大器1100接收第一和第二输入信号和偏置电压“Offset”，并且它通过处理如图11所示的信号产生输出信号“Out”。
[0076] 放大器U10和U12是高精度、低增益带宽放大器，并且它们典型地实施为电压反馈（VFB）放大器。这些放大器用于校正放大器U11和U13的固有大电压偏置误差。放大器U11和U13是快速、高增益带宽、高转换速率放大器，并且它们典型地实施为电流反馈（CFB）型放大器。放大器U11缓冲放大器U10的输出信号，并且在全信号带宽上提供低阻抗驱动到放大器U13。放大器U13提供增益带宽和低输出阻抗驱动。
[0077] 类似于图10中所示的电阻器，电阻器R11、R12、R13和R14是增益设置电阻器。电容器C1和电阻器R23提供交流（AC）耦合到放大器U13，由在放大器U13的输出处恢复直流（DC）运行条件的放大器U12旁路放大器U13。电容器C2和电阻器R22保持仪器放大器1100中的环路稳定性。
[0078] 图12A到12C是根据代表性实施例的包括功率传感器1205和仪器放大器1210的装置1200的图。图12A是装置1200的框图，图12B是功率传感器1205的示例的电路图，并且图12C是仪器放大器1210的示例的电路图。
[0079] 参照图12A，装置1200将RF输入信号RF_IN转换为差分输出信号Out+/Out-。RF输入信号RF_IN典型地从DUT提供到功率传感器1205。功率传感器1205采用测量二极管检测器和参考二极管检测器，以将RF输入信号RF_IN转换为第一和第二测量电压“测量二极管+”和“测量二极管-”以及第一和第二参考电压“参考二极管+”和“参考二极管-”。这些输出电压类似于图7和图12B中图示的输出电压。仪器放大器1210放大第一测量电压和第一参考电压之间的差，并且输出作为第一输出电压“Out+”的结果。它还放大第二测量电压和第二参考电压之间的差，并且输出作为第二输出电压“Out-”的结果。可以通过例如如图9和图12C中图示的分离放大器块执行这些各个放大。
[0080] 在各种替代实施例中，功率传感器1205和仪器放大器1210可以采取许多不同形式，其中诸如如图4和6到11中图示的那些。为了说明目的，图12B和12C示出可以相互结合使用的功率传感器1205和仪器放大器1210的两个特定示例。
[0081] 参照图12B，功率传感器1205包括连接在各个第一和第二电流镜1225和1230之间的测量检测器1215和参考检测器1220。第一和第二电流镜1225和1230的每个包括如图12B所示的两个电流源。共同地，测量检测器1215、参考检测器1220和第一和第二电流镜1225和1230将RF输入信号RF_IN转换为第一和第二测量电压和第一和第二参考电压，如图12B所示。
[0082] 参照图12C，仪器放大器1210包括标注“放大器块1”和“放大器块2”的第一和第二放大器块。第一和第二放大器块的每个包括基于与图11的仪器放大器1100相同的电路。尽管未在图12C中具体标注，但是仪器放大器1210中的特定运算放大器可以由电流反馈放大器（CFA）或电压反馈放大器（VFA）实施。在这个和类似的实施中，第一和第二块的每个可以包括至少四个运算放大器。
[0083] 图12C中的第一放大器块放大第一参考电压（“参考二极管+”）和第一测量电压（“测量二极管+”）之间的差，以产生第一输出电压（“Out+”）。在这样做时，如果需要，则它还施加增益和可选偏移到放大的信号。第二放大器块对于第二参考电压（“参考二极管-”）和第二测量电压（“测量二极管-”）执行类似的功能，以产生第二输出电压（“Out-”）。第一和第二输出电压一起形成差分信号，其例如可以施加到模拟到数字转换器（ADC）的差分输入。
[0084] 图13A到13D是图示根据代表性实施例的装置1200的仿真性能的曲线图。
[0085] 图13A和13B分别示出在标准检测器实施中和在装置1200中变化的二极管检测器灵敏度的表现，在标准检测器实施中二极管负载电阻器用于控制灵敏度，在装置1200二极管偏置电流用于控制灵敏度。在两个情况中获得的灵敏度值的范围是类似的，尽管装置1200可能实现更高灵敏度值。然而，装置1200提供允许灵敏度的动态控制的益处。
[0086] 图13C和13D分别图示在标准检测器实施中和装置1200中用于跟随输入信号功率的变化的二极管检测器的能力。这样的变化可能在特定频率的情况下出现，并且RF信号的调制的带宽代表这样变化的最大频率。在一个理想情况下，检测器的灵敏度不随着功率变化的频率改变。在典型的情况下，特定信号带宽匹配到随着频率的灵敏度的可接受劣化，使得充分地表现输入功率中的变化。由图13A和13C图示对于标准二极管检测器的灵敏度和灵敏度的改变相对频率之间的紧密关系。如由这些图所示，对于灵敏度相对频率的小改变，可能需要接受相应的低灵敏度。例如，负载电阻330欧姆具有图13C中灵敏度随着频率的最低变化，但是它也具有图13A中所示的最低总体灵敏度。在装置1200中，对于灵敏度的类似范围，图13D中示出的相对频率的灵敏度变化具有比13C所示更小的大小。在特定实施例中，可以改变该特定的测量特性，以便匹配测量信号的要求。
[0087] 如由前述指示的，描述的实施例与传统功率传感器技术相比可以提供若干益处。例如，它们在不同温度条件和不同电阻条件下可以提供稳定的性能。此外，根据不同目标应用或测量目的，它们可以允许自动地或编程地调整灵敏度和带宽。
[0088] 除了上面的益处外，在一些实施例中的功率传感器可以提供距低噪声运行点的高检测带宽和/或在扩展的平方律运算区域上的高灵敏度。此外，在特定实施例中，可以用数字电位计调整第一和第二电流，同时监控功率传感器，以便调谐或优化传感器的性能。与此相比，在传统的零偏置电路中，由于寄生元件，在作为可变负载的变阻器配置中使用数字电位计可能不利地影响性能。
[0089] 尽管在此公开了代表性实施例，但是本领域的普通技术人员理解根据本教导的许多改变是可能的，并且保持在所附权利要求的范围内。因此没有限制本发明，除了在所附权利要求的范围内。
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