基于CMOS工艺的双模宽带功率检波器.pdfVIP

摘要

随着科学技术迅猛发展，通信系统的应用场景逐渐多元化和复杂化，通信频

段日趋拥挤，信号模式从单频信号逐渐拓展为调制信号，因此宽带和多模式通信

技术研究十分重要。在通信发射机中，功率检波器常被用在监测环路中检测负载

状态或反射系数；在通信接收机中，功率检波器常被用于信号检测。常见的功率

检波器多数只能检测脉冲信号平均功率，而有效功率检测需用处理器计算，额外

开销较大。针对上述问题，本文设计了基于CMOS工艺双模式宽带功率检波器，

工作频率为2~14GHz，该检波器既可直接检测脉冲有效功率，又可兼容连续波和

脉冲波模式。具体工作内容和创新点如下：

1.在传统功率检波电路中引入脉冲控制链路，实现了连续波和脉冲波双模式

功率检波：基于峰值检波器和比较器，完成了有效功率和脉冲间隙判断，辅助实

现脉冲波有效功率检测；基于并联相加准对数放大器理论及级联限幅放大器拟合

对数特性曲线，提高了功率检波器的灵敏度和动态范围。芯片测试结果显示，连

续波模式下，功率检测动态范围为20~25dB，灵敏度为-20~-15dBm；脉冲波模式

下，脉冲链路基本实现高低电平判断。

2.基于晶体管亚阈值特性，研究并设计了一款可应用于1MHz低频脉冲信号

的双模宽带功率检波器：针对漏电流导致脉冲检波电压下降的现象，本文深入分

析了低漏电流开关管基础理论，通过降低漏源电压、引入“虚拟”开关抵消电荷

注入效应、降低寄生反偏二极管压降三个措施减小了开关管漏电流；利用运算放

大器对处于亚阈值区的MOS管进行反运算，本文实现了对数放大，拓展了功率检

波器动态范围。仿真结果显示，输入功率为-20~0dBm时，检波电容漏电流约为

400aA~1.2fA。连续波模式下，动态范围为25~30dB，灵敏度为-25~-10dBm；脉

冲波模式下，动态范围为15~24dB，灵敏度为-24~-15dBm。

关键词：功率检波，脉冲检波，对数放大器，低漏电流开关

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationscenariosof

communicationsystemshavegraduallybecomediversifiedandcomplex.Thecommuni-

cationfrequencybandshavebecomeincreasinglycongested,andthesignalpatternis

expandingfromsingle-frequencysignalstomodulatedsignals.Therefore,thestudyof

broadbandandmulti-modecommunicationtechnologyisveryimportant.Incommunica-

tiontransmitters,thepowerdetectorisoftenusedinmonitoringloopstodetectloadstatus

orreflectioncoefficients.Incommunicationreceivers,thepowerdetectoriscommonly

usedforsignaldetection.Mostcommonpowerdetectorscanonlydetecttheaverage

powerofpulsesignals,whiletheeffectivepowerdetectionrequiresprocessorcalculation,

whichincursadditionalcosts.Inresponsetotheaforementionedissues,thisthesisdesigns

adual-modebroadbandpowerdetectorbasedonCMOStechnology,Operatingfrequency

rangeis2GHzto14GHz,whichcandir