功率數字轉換器的製作方法

2023-05-06 00:58:41 1

專利名稱：功率數字轉換器的製作方法
技術領域：
本發明有關於功率數字轉換器，特別是有關於具有高解析度的小面積功 率數字轉換器。
背景技術：
功率數字轉換器經常被使用於射頻通信系統中，圖1所示為現有技術的
功率數字轉換器的方框圖。功率數字轉換器ioo接收信號功率並將其轉換為
數字編碼，其包括功率探測器110與耦接至功率數字轉換器的模數轉換器120， 功率探測器110接收信號功率並提供直流輸出信號給模數轉換器120，模數轉 換器120將功率探測器110的直流輸出信號轉換成數字編碼。在此架構中， 假若模數轉換器120為M位的模數轉換器，則數字編碼的解析度為M位。換 句話說，現有技術的功率數字轉換器的平均解析度為功率探測器110的動態 範圍(Dynamic Range; DR)除以模數轉換器120的位解析度，其可表示為 DR/2M。舉例來說，若現有技術的功率數字轉換、器使用具有80dBc的動態範圍 的功率探測器與8位的模數轉換器，功率數字轉換器便擁有28 (256)個可能的 數字編碼，且其平均解析度為80/28(二0.31)。
圖2為圖1中現有技術的功率數字轉換器內的現有技術的功率探測器的 示意圖，功率探測器200包括多個放大器210、多個整流器220以及低通濾波 器230。每一個整流器220都耦接於對應的放大器210的輸出與低通濾波器 230之間，由於功率探測器200需要大量的放大器210與整流器220，功率探 測器200便佔用了許多面積。此外，具有圖2的功率探測器200的功率數字 轉換器內的連續近似模數轉換器(Successive AppRoximation Analog-to-DigidtalConverter, SARADC)便涵蓋了功率數字轉換器所需的全部位解析度，但連續 近似模數轉換器(SAR ADC)需要大量的電阻與電容，於是電阻與電容數組也 佔據了大量面積，因此，因為大面積的功率探測器與連續近似模數轉換器， 現有技術的功率數字轉換器消耗了大量的矽面積。

發明內容
為了解決佔據大量矽面積的技術問題，需要一種新的功率數字轉換器， 其不需要大面積的功率探測器與連續近似模數轉換器。
依據本發明的實施方式的一種功率數字轉換器，將信號功率轉換成數字 編碼，包括功率探測器、模數轉換器以及時序與邏輯控制電路，功率探測器 接收信號功率並產生直流輸出與第一既定數目的比特，模數轉換器耦接至功 率探測器，接收直流輸出並將其轉換成第二既定數目的比特，時序與邏輯控 制電路耦接至功率探測器與模數轉換器，並依序使能功率探測器與模數轉換 器，第一與第二既定數目的比特分別為數字編碼的最高有效位與最低有效位， 且數字編碼的位解析度為第一與第二既定數目的和。
本發明提供的功率數字轉換器，其中的功率探測器提取出上述數字編碼 的最高有效位，因此，功率數字轉換器內的模數轉換器不需要高解析度，因 此本發明的功率數字轉換器佔據了最小的空間，或者在與傳統功率數字轉換 器佔據相同面積的情況下，提供較高的解析度。


圖1所示為現有技術的功率數字轉換器的方框圖。
圖2為圖1中現有技術的功率數字轉換器內的現有技術的功率探測器的 示意圖。
圖3所示為依據本發明實施方式的功率數字轉換器的方框圖。 圖4所示為依據本發明實施方式的N位功率探測器的示意圖。圖5A與圖5B分別為依據本發明實施方式的功率數字轉換器的示意圖。 圖6A與圖6B為顯示圖5A的功率探測器操作所需的控制信號的波形圖。 圖7為顯示功率探測器的直流輸出的波形圖以及其對應的3位數碼。 圖8為顯示圖5B所示的模數轉換器在操作時所需的信號波形圖。 圖9為依據本發明另一個實施方式的N位功率探測器的示意圖。
具體實施例方式
在說明書及權利要求書當中使用了某些詞彙來稱呼特定的元件。本領域 的技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。 本說明書及權利要求書並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元 件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及權利要求書當中所提 及的"包含"是開放式的用語，故應解釋成"包含但不限定於"。此外，"耦 接" 一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第 一裝置耦接於第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接於第二裝置，或通 過其它裝置或連接手段間接地電氣連接到第二裝置。
圖3所示為依據本發明實施方式的功率數字轉換器的方框圖。功率數字 轉換器300接收信號功率並將其轉換成數字編碼，功率數字轉換器300包括 功率探測器310、模數轉換器320以及時序與邏輯控制電路330。功率探測器 310接收信號功率並提供直流輸出給模數轉換器320，功率探測器310也將信 號功率轉換成N位的數碼。模數轉換器320接收功率探測器310的直流輸出 並將其轉換成(M-N+n)位的數碼。時序與邏輯控制電路330耦接至功率探測器 310與模數轉換器320，並依序使能功率探測器310與模數轉換器320，同時 從它們接收第N位的數字編碼與第(M-N+n)位的數字編碼。時序與邏輯控制電 路330將第N位的數字編碼與第(M-N+n)位的數字編碼分別轉換成為數字編碼 的最高有效位與最低有效位。
圖4所示為依據本發明實施方式的N位功率探測器的示意圖。N位功率探測器400包括多個串聯的放大器410、整流器430、多個開關420以及低通 濾波器440。多個放大器410中的第一個接收信號功率，每一個開關420連接 於對應的放大器410的輸出與整流器430之間，低通濾波器440耦接至整流 器430的輸出。更明確地說，有2W個串聯的放大器，並有2W個開關，每一個 開關連接於對應的放大器410的輸出與整流器430之間。
圖5A與圖5B分別為依據本發明實施方式的功率數字轉換器的示意圖。 依據圖4的3位功率探測器的詳細建構如圖5A所示。在圖5A中，8個差動 放大器510是串聯連接，傳輸閘520被當作開關並耦接於對應的放大器510 的輸出與整流器530之間，低通濾波器540耦接至整流器530的輸出並產生 直流輸出V_out。圖6A與圖6B為顯示圖5A的功率探測器操作所需的控制信 號的波形圖，當功率探測器的信號轉換時，控制信號bmsb是高邏輯態以便啟 動功率探測器的操作，控制信號PO是用來對來自功率探測器的直流輸出 V一out進行採樣，控制信號B1 B8控制傳輸閘的切換。功率探測器的信號轉 換可分為8個階段，在每一個階段中，只有一對傳輸閘被導通，使得對應放 大器的差動輸出信號可以傳送到整流器，開關(傳輸閘)是一個接一個依序地導 通。此外，模數轉換器的控制信號bO b5在功率探測器的信號轉換時是低邏 輯狀態。圖7為顯示功率探測器的直流輸出的波形圖以及其對應的3位數碼。 在圖7中，O，l毫伏特的輸入信號產生3位數碼:l 1100000，而10毫伏特的輸 入信號產生3位數碼:l 1111100， 1毫伏特的輸入信號產生3位數碼:l 1110000。
6位連續近似模數轉換器的詳細構造如圖5B所示，6位連續近似模數轉 換器包括3位電阻串以及3位電容數組。圖8為顯示圖5B所示的模數轉換 器在操作時所需的信號波形圖，在功率探測器的操作之後，控制信號bmsb被 拉至低邏輯態，信號PO隨後被拉至低電平，而6位連續近似模數轉換器開始 迸行信號轉換，此外，連續近似模數轉換器的控制信號b5至b0依序被拉至 高電平使得可進行二元搜索(binary search),信號comp—out代表了連續近似模 數轉換器的數字輸出。圖9為依據本發明另一個實施方式的N位功率探測器的示意圖。N位功 率探測器900包括可變增益放大器910，整流器920以及低通濾波器930。可 變增益放大器910接收信號功率，整流器耦接至可變增益放大器910的輸出， 低通濾波器930耦接至整流器920的輸出，並產生直流輸出，圖9的N位功 率探測器可被用來當作圖3的N位功率探測器，以形成小面積的功率數字轉 換器。
本發明提供一種將信號功率轉換成數字編碼的功率數字轉換器，功率數 字轉換器內的功率探測器提取(extract)出數字編碼的最高有效位，因此，功率
數字轉換器內的模數轉換器不需要高解析度。因此本發明的功率數字轉換器 佔據了最小的空間，或者在與現有技術的功率數字轉換器佔據相同面積之下， 提供較高的解析度。
本發明雖用較佳實施方式說明如上，然而其並非用來限定本發明的範圍， 任何本領域中技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，做的任何更動與 改變，都在本發明的保護範圍內，具體以權利要求界定的範圍為準。
權利要求
1. 一種功率數字轉換器，將信號功率轉換成數字編碼，其特徵在於，所述功率數字轉換器包括功率探測器，接收所述信號功率並產生直流輸出與第一既定數目的比特；模數轉換器，耦接至上述功率探測器，接收上述直流輸出並將其轉換成第二既定數目的比特；以及時序與邏輯控制電路，耦接至所述功率探測器與所述模數轉換器，並依序使能所述功率探測器與所述模數轉換器；其中，所述第一與第二既定數目的比特分別為所述數字編碼的最高有效位與最低有效位，且所述數字編碼的位解析度為所述第一與第二既定數目的和。
2. 如權利要求1所述的功率數字轉換器，其特徵在於，所述功率探測器 包括多個串聯的放大器、整流器、多個開關以及低通濾波器，每一個所述多 個開關都耦接於對應的所述放大器的輸出與所述整流器的輸入之間，所述低 通濾波器耦接至上述整流器的輸出並產生上述直流輸出。
3. 如權利要求2所述的功率數字轉換器，其特徵在於，所述多個放大器 與所述多個開關的數量都是2的所述第一既定數目的次方個。
4. 如權利要求3所述的功率數字轉換器，其特徵在於，所述多個開關是 一個接一個地開啟。
5. 如權利要求3所述的功率數字轉換器，其特徵在於，所述多個放大器 為差動放大器。
6. 如權利要求3所述的功率數字轉換器，其特徵在於，所述多個幵關為 傳輸閘。
7. 如權利要求1所述的功率數字轉換器，其特徵在於，所述功率探測器 包括接收所述信號功率的可變增益放大器、耦接至所述可變增益放大器的輸 出的整流器以及耦接至所述整流器的輸出並產生所述直流輸出的低通濾波器。
8. 如權利要求7所述的功率數字轉換器，其特徵在於，所述可變增益放 大器的可變增益是具有2的所述第一既定數目的次方階。
9. 如權利要求1所述的功率數字轉換器，其特徵在於，所述模數轉換器 為連續近似模數轉換器。
全文摘要
本發明提供一種功率數字轉換器，將信號功率轉換成數字編碼，該功率數字轉換器包括功率探測器、模數轉換器以及時序與邏輯控制電路，功率探測器接收信號功率並產生直流輸出與第一既定數目的比特，模數轉換器耦接至功率探測器，接收直流輸出並將其轉換成第二既定數目的比特，時序與邏輯控制電路耦接至功率探測器與模數轉換器，並依序使能功率探測器與模數轉換器，第一與第二既定數目的比特分別為數字編碼的最高有效位與最低有效位，且數字編碼的位解析度為第一與第二既定數目的和。本發明的功率數字轉換器佔據了最小的空間，或在與傳統功率數字轉換器佔據相同面積的情況下，提供較高的解析度。
文檔編號H04B1/06GK101286746SQ200810092430
公開日2008年10月15日 申請日期2008年4月11日 優先權日2007年4月13日
發明者郭秉捷 申請人:聯發科技股份有限公司