包络检测器及其方法 |
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申请号 | CN202310977044.9 | 申请日 | 2023-08-04 | 公开(公告)号 | CN118018132A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
申请人 | 瑞昱半导体股份有限公司; | 发明人 | 林嘉亮; | ||||
摘要 | 本 申请 涉及包络检测器及其方法。包络检测方法包含接收射频 信号 ,该 射频信号 包含第一 电压 及第二电压;通过第一电压控制 电流 源,将第一电压转换为第一电流;通过第二电压控制电流源,将第二电压转换为第二电流;通过第三电压控制电流源,将第一偏电压转换为第三电流;通过第四电压控制电流源,将 输出电压 转换为第四电流;将第一电流及第二电流加总为流经第一内部电压的第一内部 节点 的输入电流;将第三电流及第四电流加总为流经第二内部电压的第二内部节点的镜射电流;通过源极随耦器,接收第二内部电压并输出该输出电压;及通过 电流镜 以使镜射电流实质相同于输入电流。 | ||||||
权利要求 | 1.一种包络检测器,包含: |
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说明书全文 | 包络检测器及其方法技术领域[0001] 本发明涉及包络检测器,尤其涉及低失真的包络检测器及其方法。 背景技术[0003] [0004] 其中,t为时间变数,A(t)为包络信号,fC为载波频率, 为相位信号。包络信号及相位信号可以用以携带信息。包络信号中所嵌入的信息可以通过包络检测器(envelope detector)来获取。如图1所示,现有技术的包络检测器100根据直流偏电压接收射频信号并输出包络信号。此系统包含二极管101、两个电容102、104及两个电阻103、105。包络检测器 100在现有技术中是众所周知的,因此不再进行详细说明。需注意的是,若射频信号已经具有适当的直流值时,则无需提供有交流耦合(AC(alternate current)coupling)的电容 104,以及无需在交流耦合后建立直流值给射频信号的电阻105。包络检测器100的缺点是失真(distortion),此失真是由二极管101的临界电压及跨态特性(crossover characteristic)所造成。虽然此问题可以通过适当地选择直流偏电压的值来缓解,然而直流偏电压的值可能会很依赖于温度及工艺,并且由于二极管101所固有的跨态特性,此改善仍是有限的。 [0005] 本领域技术人员所期望的是一种包络检测器,其可以具有低失真,且对于温度及工艺的变化具有良好的抗扰度。 发明内容[0006] 本发明的一目的是减轻包络检测器对于温度及工艺的依赖性。 [0007] 本发明的另一目的是减轻包络检测器的跨态失真。 [0008] 在一实施例中,包络检测器包含:第一电压控制电流源(voltage controlled current source,VCCS),用以根据射频信号的第一电压,将第一电流输出至第一内部电压的第一内部节点;第二电压控制电流源,用以根据射频信号的第二电压,将第二电流输出至第一内部节点;第三电压控制电流源,用以根据第一偏电压,将第三电流输出至第二内部电压的第二内部节点;第四电压控制电流源,用以根据输出电压,将第四电流输出至第二内部节点;源极随耦器,用以接收第二内部电压并输出该输出电压;及电流镜,用以使第二内部节点的第三电流及第四电流的总和实质相同于第一内部节点的第一电流及第二电流的总 和。 [0009] 在一实施例中,包络检测方法包含:接收射频信号,该射频信号包含第一电压及第二电压;通过第一电压控制电流源,将第一电压转换为第一电流;通过第二电压控制电流源,将第二电压转换为第二电流;通过第三电压控制电流源,将第一偏电压转换为第三电 流;通过第四电压控制电流源,将输出电压转换为第四电流;将第一电流及第二电流加总为流经第一内部电压的第一内部节点的输入电流;将第三电流及第四电流加总为流经第二内 部电压的第二内部节点的镜射电流;通过源极随耦器,接收第二内部电压并输出该输出电 压;及通过电流镜以使镜射电流实质相同于输入电流。 附图说明 [0010] 图1为现有技术的包络检测器的示意图。 [0011] 图2为本公开根据一实施例的包络检测器的示意图。 [0012] 图3为可以被实体化以用于图2的包络检测器的电压控制电流源的示意图。 [0013] 图4为可以用于图2的包络检测器的电流镜的示意图。 [0014] 图5为可以用于图2的包络检测器的源极随耦器的示意图。 [0015] 符号说明 [0016] 100:包络检测器 [0017] 101:二极管 [0018] 102:电容 [0019] 103:电阻 [0020] 104:电容 [0021] 105:电阻 [0022] 200:包络检测器 [0023] 201:第一内部节点 [0024] 202:第二内部节点 [0025] 203:节点 [0026] 204:节点 [0027] 211、212、213、214:电压控制电流源 [0028] 220:电流镜 [0029] 230:交流耦合网络 [0030] 231、232:电容 [0031] 233、234:电阻 [0032] 240:源极随耦器 [0033] V’i+、V’i‑:电压 [0034] Vcm:共模电压 [0035] Vi+、Vi‑:电压 [0036] V201:第一内部电压 [0037] V202:第二内部电压 [0038] Vb:偏电压 [0039] Vo:输出电压 [0040] I1:第一电流 [0041] I2:第二电流 [0042] I3:第三电流 [0043] I4:第四电流 [0044] Ii:输入电流 [0045] Im:镜射电流 [0046] 300:电压控制电流源 [0047] 311、312:NMOSFET [0048] Vss:接地节点 [0049] Vb1:偏电压 [0050] 400:电流镜 [0051] 411、412、413、414:NMOSFET [0052] VDD:电源节点 [0053] 500:源极随耦器 [0054] 511、512:NMOSFET [0055] Vb3:偏电压 [0056] Vb2:偏电压 具体实施方式[0057] 本公开涉及包络检测。尽管说明书描述了本公开的若干个实施例,且该些实施例被认为是实现本发明的优选方式。但是应当理解的是,本发明可以以多种方式实现,并不限于以下描述的特定示范例,或是不限于实现这些示范例的任何特征的特定方式。在其他情 况下,未示出或描述众所周知的细节,以避免使本公开的各方面不清楚。 [0058] 本领域中技术人员可以理解本文中使用的与微电子技术有关的用语及基础概念,例如“电压”、“电流”、“电路节点”、“信号”、“电源”、“接地(ground)”、“偏电压”、“直流”、“交流”、“N型金属氧化物半导体场效晶体管(NMOSFET,n‑channel metal oxide semiconductor field effect transistor)”、“P型金属氧化物半导体场效晶体管 (PMOSFET,p‑channel metal oxide semiconductor field effect transistor)”、“电流镜”、“电流源”、“共源放大器”、“叠接(cascode)”及“阻抗”。像这样的用语是在微电子学的背景下使用的,相关的概念对于本领域中技术人员来说是显而易见的,因此于此不再做详 细解释。 [0059] 本领域中技术人员可以识别电阻符号、电容符号及用于PMOSFET与NMOSFET的金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET,metal‑oxide semiconductor field effect transistor)符号,并且可以识别MOSFET的“源极”端、“栅极”端及“漏极”端。本领域中技术人员可以阅读包含有电阻、电容、NMOSFET及PMOSFET的电路的示意图,因而无需对示意图中的一个晶体管、电阻或是电容如何与另一个晶体管、电阻或是电容连接进行冗赘的描述。 [0060] 本公开是用工程观念的用语来表达。举例来说,关于两个变数X与Y,当提到“X等于Y”或“X相同于Y”时,这表示“X大约等于Y”,亦即“X与Y之间的差异小于一特定的工程误差”;当提到“X为零”时,这表示“X大约为零”,亦即“X小于一特定的工程误差”;当提到“X实质小于Y(X is substantially smaller than Y)”时,这表示“X对于Y而言是可忽略的”,亦即“X与Y之间的比值小于一工程误差,从而X相较于Y是可忽略的”。 [0061] 在本文中,“VDD”表示电源节点,“VSS”表示为接地节点。需注意的是,接地节点是电压电平实质为零的节点,且电源节点是电压电平实质固定且高于零的节点。 [0062] 电路是由晶体管、电容、电阻及/或其他电子装置整合成,且它们以某种方式相互连接,以实现特定功能。 [0063] 网络为一电路或是电路的集合,以实现特定功能。 [0064] 在本文中,“电路节点”经常在从微电子学技术的观点来看上下文中即可清楚得知“节点”的涵义为“电路节点”而不会混淆时,被简称为“节点”。 [0065] 在本文中,信号是一种具有可变电平的电压,其可以随着时间变化。在某一时点的信号的电平(电压电平)表示信号在该时点的状态。差分信号或是差分实施例中的信号包含第一电压及第二电压,且第一电压及第二电压之间的电平差异代表差分信号的状态。 [0066] 参照图2,为本公开根据一实施例的包络检测器200的示意图。包络检测器200接收一输入信号。输入信号是射频信号,且在差分实施例中输入信号包含两个电压Vi+及Vi‑。包络检测器200输出一输出电压Vo,输出电压Vo是输入信号的经检测的包络信号。包络检测器 200包含:一第一电压控制电流源211,用以接收电压Vi+并将第一电流I1输出至第一内部电压V201的第一内部节点201;一第二电压控制电流源212,用以接收电压Vi‑并将第二电流I2输出至第一内部节点201;一第三电压控制电流源213,用以接收偏电压Vb并将第三电流I3输出至第二内部电压V202的第二内部节点202;一第四电压控制电流源214,用以接收输出电压Vo并将第四电流I4输出至第二内部节点202;一电流镜220,用以将输入电流Ii(其是第一内部节点201的第一电流I1及第二电流I2的总和)映射为镜射电流Im(其是第二内部节点202的第 三电流I3及第四电流I4的总和);及一源极随耦器240,用以接收第二内部电压V202并输出该输出电压Vo。 [0067] 两个电压Vi+及Vi‑共同实现射频信号。在一实施例中,两个电压Vi+及Vi‑是互补的,即,当电压Vi+上升/下降一量值时,电压Vi‑将下降/上升同一量值。当电压Vi+达到峰值时,电压Vi‑将达到谷值,反之亦然。射频信号的包络是由电压Vi+的峰值及电压Vi‑的峰值中的较高者来定义。 [0068] 电压控制电流源是电压电流转换电路,用以根据控制电压输出一输出电流。如图3所示的电压控制电流源300,其可以被实体化以实现电压控制电流源211、212、213、214。电压控制电流源300包含第一NMOSFET 311及第二NMOSFET 312。NMOSFET 311用以作为共源放 大器。NMOSFET 311在其源极连接接地节点VSS,以其栅极接收控制电压并通过其漏极输出漏极电流。NMOSFET 312用以作为共栅放大器,NMOSFET 312根据提供至其栅极的偏电压Vb1,从其源极接收漏极电流并通过其漏极输出一输出电流。NMOSFET 312也被称为叠接装置,以用于提高电压控制电流源300的输出阻抗。然而,NMOSFET 312是可酌情使用的(optional);换言之,若NMOSFET 312被移除且漏极电流成为输出电流时,电压控制电流源300的功能仍能 被保留。电压控制电流源300、共源放大器、共栅放大器、叠接装置、及输出阻抗的提高的概念是被本领域中技术人员所熟知,因此不再进行详细说明。当电压控制电流源300用于实现电压控制电流源211(212、213、214)时,控制电压是指电压Vi+(电压Vi‑、偏电压Vb、输出电压Vo),且输出电流是指第一电流I1(第二电流I2、第三电流I3、第四电流I4)。 [0069] 如图4所示的电流镜400,其可以用于实现电流镜220。电流镜400包含四个NMOSFET 411、412、413、414。NMOSFET 411、412为相同的,并用以作为共源放大器对,其是共享第一内部电压V201的同一栅极电压及共享电源节点VDD的同一源极电压。NMOSFET 413、414为相同的,并用以作为叠接装置对,其是共享偏电压Vb2的同一栅极电压。电流镜400的功能是使镜射电流Im实质相同于输入电流Ii,电流镜400是在现有技术中被广泛应用,且被本领域技术人员所熟知,因此不再进行详细说明。NMOSFET 413、414用于提高电流镜400的输出阻抗,NMOSFET 413、414是可酌情使用的(optional),且可以在不影响电流镜功能的情形下被移 除。 [0070] 如图5所示的源极随耦器500,其用于实现源极随耦器240。源极随耦器500包含两个NMOSFET 511、512。NMOSFET 512用以作为共漏放大器以接收第二内部电压V202并输出该输出电压Vo。NMOSFET 511用以作为电流源以根据偏电压Vb3提供用于NMOSFET 512的偏电 流。电流源是在现有技术中被广泛应用,且被本领域技术人员所熟知,因此不再进行详细说明。 [0071] 再参照图2,电压Vi+的直流值相同于共模电压Vcm,且电压Vi‑也是如此。在一实施例中,共模电压Vcm相同于偏电压Vb。在进一步的实施例中,包络检测器200还包含交流耦合网络230,用以分别将两个电压V’i+、V’i‑耦合至电压Vi+、Vi‑。其中,电压V’i+、V’i‑共同实现差分实施例中的输入信号(incoming signal)。交流耦合网络230包含两个电容231、232及两个电阻233、234。电容231、232分别用以从电压V’i+、V’i‑提供交流耦合给电压Vi+、Vi‑。电阻233、 234分别用以从共模电压Vcm提供直流耦合给电压Vi+、Vi‑。在一实施例中,电容231、232的电容值是实质大于节点203、204的寄生电容(图未示,但其概念是本领域技术人员所熟知);如此,电容231、232的交流耦合功能即可有效地发挥。在一实施例中,电阻233、234的电阻值是实质大于电容231、232于输入信号的频率下的阻抗值;如此,电阻233、234可以使电压Vi+、Vi‑的直流值相同于共模电压Vcm,而不会给输入信号带来明显的交流信号损失,因此电压V’i+的振幅可以大致相同于电压Vi+的振幅,电压Vi‑的振幅可以大致相同于电压V’i‑的振幅。 [0072] 相较于现有技术的包络检测器100,包络检测器200具有一些优点。第一点,包络检测器200并不敏感于温度及工艺的变化。当温度及工艺变化时,电压控制电流源211、212、213、214将会随之变化。然而,无论温度及/或是工艺如何变化,电流镜220皆会使第一电流I1及第二电流I2的总和实质相同于第三电流I3及第四电流I4的总和。鉴于电压控制电流源 211、212、213、214是由同一电路实体化,因而其电压电流转移特性是以同一方式变化且相互追踪。因此,无论温度及/或是工艺如何变化,从电压Vi+、Vi‑至输出电压Vo的转移特性皆是相同的。第二点,跨态失真(crossover distortion)可以得到缓解。尽管在电压电流转换中电压控制电流源211、212、213、214皆表现有跨态失真,但其失真方式皆是相同的且可以相互追踪。因此,这些失真可以在从电压Vi+、Vi‑至输出电压Vo的转移特性中被实质地追踪、消除且几乎消失。 |