与温度无关的CMOS射频功率检测器.pdf

一种功率检测器电路包括用于接收射频(RF)输入信号并生成第一电压的第一部分，其中所述第一电压包括与所述RF输入信号的均方成正比的电压和所述第一部分的电压特性的总和，所述第一电压是第三部分的输入；用于生成第二电压的第二部分，其中所述第二电压包括输出电压和与所述第一部分的所述电压特性成正比的电压的组合，所述输出电压与所述RF输入信号的均方根成正比；以及用于通过组合所述第一电压和所述第二电压生成所述输出电压的所述第三部分，其中所述第二部分为所述第三部分产生负反馈回路，所述第三部分生成的所述输出电压是所述功率检测器电路的输出。

1.  一种功率检测器电路，其特征在于，包括：
用于接收射频(RF)输入信号并生成第一电压的第一部分，其中所述第一电压包括与所述RF输入信号的均方成正比的电压和所述第一部分的电压特性的总和，以及所述第一电压是第三部分的输入；
用于生成第二电压的第二部分，其中所述第二电压包括输出电压和与所述第一部分的所述电压特性成正比的电压的组合，所述输出电压与所述RF输入信号的均方根成正比；
用于通过组合所述第一电压和所述第二电压生成所述输出电压的所述第三部分，
其中所述第二部分为所述第三部分产生负反馈回路，以及所述第三部分生成的所述输出电压是所述功率检测器电路的输出。

2.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一部分包括：
具有栅极和漏极的第一晶体管，其中所述栅极用于接收所述RF输入信号；
耦合到所述第一晶体管的所述栅极的偏置电压源；
耦合到所述第一晶体管的所述漏极和所述源极电压的第一电阻器；以及
其中所述第一电压在所述第一晶体管的所述漏极处生成。

3.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二部分包括：
电阻器网络；
具有栅极和漏极的第二晶体管；
具有栅极和漏极的第三晶体管；
其中所述电阻器网络耦合到所述第二晶体管和第三晶体管的所述栅极，使得所述第一晶体管的所述栅极上的电压等于所述偏置电压加上所述输出电压，所述第三晶体管的所述栅极上的电压等于所述偏置电压减去所述输出电压；以及
所述第一晶体管和第二晶体管的所述漏极通过第二电阻器耦合到所述源极电压，并且还耦合到所述运算放大器的第二输入。

4.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第三部分包括：
所述运算放大器；
跨导体；以及
其中所述运算放大器的输出通过所述跨导体耦合到所述电阻器网络。

5.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电阻器网络包括具有相等电阻值的第三电阻器和第四电阻器。

6.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电阻器和所述第二电阻器具有相等的电阻值。

7.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管均具有包括宽度和长度的沟道，并且所述第二晶体管的所述沟道宽度和所述第三晶体管的所述沟道宽度等于所述第一晶体管的所述沟道宽度的一半。

8.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，第一晶体管、第二晶体管、和第三晶体管的所述信道长度均相等。

9.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述运算放大器的所述输出通过所述跨导体与所述电阻器网络的所述连接产生负反馈回路。

10.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第三部分生成的所述输出电压是所述RF输入信号的与温度无关的均方根。

11.  一种射频(RF)功率检测器，其特征在于，包括：
第一电路，用于：
接收输入RF信号；以及
在所述第一电路的输出处生成与所述输入RF信号的均方成正比的直流(DC)电压和所述第一电路工作的电压特性；
第二电路，用于在所述第二电路的输出处生成输出电压和与所述第一电压相等的电压；以及
第一运算放大器，具有耦合到所述第一电路的所述输出的第一输入、耦合到所述第二电路的所述输出的第二输入，以及通过跨导体耦合到所述第二电路的所述第一运算放大器的输出，其中所述第一运算放大器的所述输出与所述输出电压成正比，所述输出电压是所述输入RF信号的均方根。

12.  根据权利要求11所述的RF功率检测器，其特征在于，所述输出电压与温度无关。

13.  根据权利要求11所述的RF功率检测器，其特征在于，所述第一电路包括：
具有栅极和漏极的第一晶体管，其中所述第一晶体管的所述栅极用于耦合到输入RF信号和偏置电压源，所述第一晶体管的所述漏极用于通过第一电阻器耦合到源极电压，所述第一电路的所述输出在所述第一晶体管的所述漏极处生成，以及所述第一电路配置为RF功率检测器。

14.  根据权利要求13所述的RF功率检测器，其特征在于，所述第二电路包括：
与所述跨导体串联的电阻器网络；
第二晶体管，所述第二晶体管具有栅极和漏极，其中所述漏极通过第二电阻器耦合到所述源极电压，所述第二晶体管的所述栅极耦合到所述电阻器网络，使得栅极电压等于所述偏置电压加上所述输出电压；以及
第三晶体管，所述第三晶体管具有栅极和漏极，其中所述漏极通过所述第二电阻器耦合到所述源极电压，所述第三晶体管的所述栅极耦合到所述电阻器网络，使得所述栅极电压等于所述偏置电压减去所述输出电压。

15.  根据权利要求11所述的RF功率检测器，其特征在于，来自所述第一运算放大器的所述输出的所述连接通过所述跨导体、所述电阻器网络和所述第二晶体管和第三晶体管形成负反馈回路。

16.  根据权利要求11所述的RF功率检测器，其特征在于，所述运算放大器的第一输入耦合到所述第一晶体管的所述漏极，所述第二输入耦合到所述第二晶体管和第三晶体管的所述漏极，以及所述运算放大器的所述输出电压是RF输入信号的均方根电压。

17.  根据权利要求11所述的RF功率检测器，其特征在于，所述电阻器网络包括两个串联且具有相等值的电阻器，其中所述电阻器网络的一端耦合到所述跨导体，所述电阻器网络的另一端耦合到第四晶体管的所述源极，所述两个电阻器之间的所述连系点耦合到第二运算放大器的输入。

18.  根据权利要求11所述的RF功率检测器，其特征在于，所述第二运算放大器通过另一输入耦合到所述偏置电压源，并且所述第二运算放大器的输出驱动所述第四晶体管的栅极。

19.  根据权利要求11所述的RF功率检测器，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、和第三晶体管均具有沟道宽度和沟道长度，所述第二晶体管和第三晶体管的所述沟道宽度是所述第一晶体管的所述沟道宽度的一半，三个晶体管的所述沟道长度均相等。

20.  一种用于产生射频(RF)功率检测器的输出电压的方法，其特征在于，包括：
第一电路接收RF输入信号；
所述第一电路生成第一电压，所述第一电压包括与所述RF输入信号的均方成正比的直流(DC)电压和所述第一电路的温度相关电压特性；
所述第二电路生成第二电压，所述第二电压包括输出电压和与所述第一电压相等的电压；
运算放大器组合所述第一电压和所述第二电压；以及
所述运算放大器生成所述输出电压，其中所述输出电压与温度无关并且是所述RF输入信号的均方根。

与温度无关的CMOS射频功率检测器
相关申请案交叉申请
本发明要求2012年12月31日递交的发明名称为“与温度无关的CMOS射频功率检测器(A Temperature Independent CMOS Radio Frequency Power Detector)”的第13/731815号美国非临时申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引用的方式并入本文。
关于由联邦政府赞助
研究或开发的声明
不适用。
参考缩微胶片附录
不适用。
背景技术
本发明大体涉及射频(RF)功率检测器，具体而言，涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)RF功率检测器。RF功率检测器可在无线RF通信系统中用于监控RF发射器的输出功率和/或RF接收器的输入功率。RF检测器可产生指示RF信号功率的电压信号。无论工作温度如何，需要RF功率检测器为同一测得的RF功率产生一致的电压。重申，需要RF功率检测器的输出可能与温度无关。
由于温度的变化，传统RF功率检测器的输出往往会改变。而且，由 于大多数现代通信系统为手持式和/或在极端环境中操作，所以经常遇到高温工作条件。该问题的当前解决方案可能涉及在多种温度下测试RF功率检测器以得到与该RF功率检测器相关的偏移系数。这些偏移系数可通过该功率检测器被加载到设备中以在RF功率检测器工作期间使用。这些偏移系数可由设备用于校正在不同温度下测得的RF功率。然而，该解决方案可能需要在RF功率检测器制造完毕后对其进行广泛测试并且需要进行计算和存储偏移系数等额外任务，使得这些系数与合适的RF功率检测器关联。
发明内容
在一项实施例中，本发明包括一种功率检测器电路，所述功率检测器电路包括用于接收射频(RF)输入信号并生成第一电压的第一部分，其中所述第一电压包括与所述RF输入信号的均方成正比的电压和所述第一部分的电压特性的总和，所述第一电压是第三部分的输入；用于生成第二电压的第二部分，其中所述第二电压包括输出电压和与所述第一部分的所述电压特性成正比的电压的组合，所述输出电压与所述RF输入信号的均方根成正比；以及用于通过组合所述第一电压和所述第二电压生成所述输出电压的所述第三部分，其中所述第二部分为所述第三部分产生负反馈回路，所述第三部分生成的所述输出电压是所述功率检测器电路的输出。
在另一项实施例中，本发明包括一种RF功率检测器，所述RF功率检测器包括第一电路，用于接收输入RF信号并在所述第一电路的输出处生成与所述输入RF信号的均方成正比的DC电压和所述第一电路工作的电压特性；第二电路，用于在所述第二电路的输出处生成输出电压和与所述第一电压相等的电压；以及第一运算放大器，具有耦合到所述第一电路的所述输出的第一输入、耦合到所述第二电路的所述输出的第二输入，以 及通过跨导体耦合到所述第二电路的所述第一运算放大器的输出，其中所述第一运算放大器的所述输出与所述输出电压成正比，所述输出电压是所述输入RF信号的均方根。
在又一项实施例中，本发明包括一种用于产生RF功率检测器的输出电压的方法，所述方法包括第一电路接收RF输入信号；所述第一电路生成第一电压，所述第一电压包括与所述RF输入信号的均方成正比的DC电压和所述第一电路的温度相关电压特性；所述第二电路生成第二电压，所述第二电压包括输出电压和与所述第一电压相等的电压；运算放大器组合所述第一电压和所述第二电压；所述运算放大器生成所述输出电压，其中所述输出电压与温度无关并且是所述RF输入信号的均方根。
结合附图和权利要求书，可从以下的详细描述中更清楚地理解这些和其它特征。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相同参考标号表示相同部分。
图1示出了使用RF功率检测器的RF发射器实施例。
图2是传统RF均方根(RMS)功率检测器的实施例的电路图。
图3是与温度无关的CMOS RF功率检测器的实施例的电路图。
图4是图示用于生成与温度无关的RF RMS功率检测器输出的方法的实施例的方框图。
具体实施方式
最初应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但可使用任意数目的当前已知或现有的技术来实施所公开的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。
随着无线RF通信系统的发展，全球的手持式设备和基站数目剧增。伴随着通信电子设备的发展，基站和手持式设备的功率消耗均增加。由于无线技术在我们世界的各个方面中的使用或扩展都不会减少，所以可能需要解决功耗降低这个问题。可能需要解决无线行业的功耗问题以降低操作成本、减少总体消耗并潜在地解决RF无线能量和人体生理之间相互影响这一越来越引人关注的问题。
图1示出了无线RF通信系统100的实施例。无线通信系统100包括如图1所示进行配置的基带处理器102、RF模块104、功率放大器106、功率检测器108和天线110。无线通信系统100可用于发射RF信号。例如，无线通信系统100可用于将RF信号从基站发射到手持式设备或从手持式设备发射到基站。基带处理器102可产生或引入到RF模块104的数据信号。随后，RF模块104可将数据信号的频率升至指定用于发射的频率并将RF信号输出至功率放大器106。RF模块104还可拥有由基带处理器102控制的相关增益。功率放大器106可放大从RF模块104接收到的RF信号以发射到基站或从基站进行发射。功率放大器106还可拥有由基带处理器102改变的相关增益。功率检测器108可用于测量功率放大器106发射的信号的RF功率。定向耦合器(未示出)可用于将已发射的信号耦合到功率检测器108。
基带处理器102可从接收其发射的基站或手持式设备接收信号以改变发射的信号的功率。如果无线通信系统100在手持式设备中实施，那么基站可通知手持式设备改变已发射信号的功率。如果无线通信系统100在基站中实施，那么手持式设备可通知基站改变已发射信号的功率。如上所述，发射功率的管理在成本节约以及可能在安全性方面非常重要。此外，联邦通信委员会(Federal Communication Commission)对基站和手持式设备的最大允许输出功率均有准则。当手持式设备发射过多功率或过少功率时，基站可指示手持式设备改变其发射功率。如果发射过多功率，那么可能会浪费功率、损害设备，并且可能导致设备的使用者出现不安全的状况。如果发射过少功率，那么设备用户可能会经历信号丢失和高噪声。当基站实施无线通信设备100时，可以采用同样的分析。
为了使基带处理器102改变发射功率量，其可能需要知道实际已发射的功率量。由于无线通信设备100中RF发生器和天线之间的潜在阻抗失配，所以实际输出功率可能不等于预期的输出功率。因此，基带处理器102可能需要调整RF模块104或功率放大器106或者这两者的增益。为了协助调整无线通信系统100的发射功率，功率检测器108测量正从功率放大器106发射到天线的RF功率。功率检测器108随后将测得的输出功率传送到基带处理器102。
功率检测器108可设计用于以不同的方式检测功率。一种方法可检测峰值功率，该方法可在波形的峰值振幅间隔期间测量波形递送的功率量。或者，功率检测器可测量已发射的波形或RF信号的RMS值。当测量RF信号的RMS时，测得的值可能与RF信号的平均功率成正比。此外，使用测量RMS功率的检测器时，检测器可能较少受到被测信号的频率和信号的峰均功率的影响。峰均功率可表示为波峰因子。另一方面，峰值功率检测器可能无法准确地测量具有较大波峰因子的RF信号的功率电平。
图2是传统单晶体管RMS功率检测器200的电路图。RMS功率检测器200可在类似于无线通信系统100的无线通信系统中利用并可表示RMS功率检测器的传统实施例。RMS功率检测器200可包括一个晶体管202、一个偏置电压源204、一个负载电阻器206和两个电容器。可实施这两个电容器使得一个电容器将晶体管202的栅极耦合到输入，另一个电容器将晶体管202的漏极耦合到接地。输入上的电容器可用于滤掉不需要的低频噪声。将漏极耦合到接地的电容器可结合负载电阻器产生滤波器，其过滤掉所有极低频率信号。RMS功率检测器200的输出取自漏极。该输出可为与输入RF信号的RMS值成正比的电压。
可对RMS功率检测器200的晶体管202进行偏置以在晶体管特性的饱和区工作。图2中的晶体管202表示N沟道金属氧化物半导体(NMOS)结构，而RMS功率检测器200还可使用P沟道金属氧化物半导体(PMOS)结构、双极(bi-polar)或双CMOS(bi-CMOS)技术来实施。当晶体管202在饱和区工作时，输出电压可为V_DD、漏极电流(I_D)和负载电阻器206的函数。V_DD是通过负载电阻器206连接到晶体管202的漏极的DC偏置电压并且可为由类似于无线通信系统100的无线通信系统使用的电路电压。I_D是流过晶体管202的漏极的电流并且可为栅极电压、阈值电压和V_DD的函数。由于晶体管202可接收RF输入信号，栅极电压可包括RF输入信号的分量。一般而言，I_D可被漏极到源极电压(V_ds)影响，但是晶体管202的源极在RMS功率检测器200中连接到接地，使得使得源极电压为零。如果源极电压为零，那么V_ds可等于晶体管202的漏极处的电压V_DD，或者等于I_D生成的电压降乘以从V_DD中减去的负载电阻器206。
此外，在饱和区工作的CMOS晶体管通常显示I_D和栅极到源极电压(V_GS)之间的平方律关系(square-law relationship)。随后晶体管的平方律关系可用于求解输出电压。对于RMS功率检测器200，输出电压可取自 晶体管202的漏极。从RMS功率监测器200角度而言，假设RF输入信号为正弦信号并且形式为A sin(ωt)，其中A为信号的振幅，ω为信号的角频率，随后输出可以定义为：
输出＝VDD–[K*(A²/2)+K*(V_b–V_T)²]     (1)
在等式1中，K可定义为(0.5)*μ*C_ox*(W/L)，其中μ可为载波移动度，C_ox可为晶体管的栅极氧化物电容上的电荷，W可为晶体管202的沟道宽度，以及可为晶体管202的沟道长度。
等式1随后可用于确定输入RF信号的RMS功率。设计RMS功率检测器200使得输出电压与RF输入信号的RMS功率成正比。因此，由于等式1中的所有参数为已知量，所以可求解输出，输出可等于给定RF输入的然而，对于给定RF输入信号而言，所得的输出值会随温度而变化，因为μ与温度有关。阈值电压V_T也与温度有关，但是对输出电压的影响比对载波移动度的影响要小的多。
载波移动度μ可为半导体晶格(crystal lattice)的函数并可测量应用电场时载波(电子或空穴)如何在半导体中移动或漂移。晶格中的原子在温度升高时更加有力地移动，所以载波的漂移可能降低，因为在半导体中载波与原子的相互作用增强。载波与原子的相互作用增强可能使移动度降低，这可能影响晶体管中的电流I_D。电流上的温度效应可在输出电压中显现。因此，如果在不同温度下测量同一RF输入信号的功率，那么可以得到不同的输出值。
由于温度影响电路的输出，单晶体管RMS功率检测器(例如，RMS功率检测器200)可能要求不同温度下的多个校准步骤。除多个校准步骤外，单晶体管RMS功率检测器可要求多个温度下的测试以得到温度校正 系数。温度校正系数可由无线通信系统(例如，无线通信系统100)使用以校正不同温度下得到的功率检测器测量。在没有温度校正系数的情况下，功率检测器测量在温度变化时可能不正确。
多个校准和测试步骤可增加生产时间和生产成本。由于功率检测电路对温度的依赖性，需要其它实施功率检测器的方法，这些方法可消除或降低温度影响并降低测试相关的生产成本。
本文公开的是改善CMOS RF功率检测器的温度影响的系统和装置。改善温度效应的一种实施例可涉及通过使用多个利用运算放大器的反馈回路抵消功率检测器的单晶体管输入级的温度相关特性。另一实施例可涉及在反馈回路中使用两个晶体管，这两个晶体管的物理尺寸与功率检测器的单晶体管输入级的相当。在后一种实施例中，由于晶体管的物理相似性，除RF输入信号的DC部分之外，接收RF输入信号时晶体管所产生的电流和电压可相等。通过在输入级和反馈回路中产生相当的电压并使这些电压流经运算放大器，运算放大器的输出可产生与RF输入信号的RMS功率成正比的电压。该解决方案可能涉及生成输出电压，不管温度如何，输出电压都具有与RF输入信号相同的传递函数。
图3是与温度无关的CMOS RF功率检测器300的实施例的电路图。RF功率检测器300可包括第一部分或第一级326，其可为类似于图2所示的RMS功率检测器200的单晶体管RMS功率检测器。RF功率检测器300还可包括利用运算放大器、晶体管、电阻器和跨导体的一系列反馈回路。RF功率检测器300可包括两个反馈回路，反馈回路可抵消RMS功率检测器200可能遭受的温度效应。含有第一级326和两个反馈回路的RF功率检测器300可如图3所示进行配置。
第一部分326可包括晶体管304、偏置电压源(V_b)302和负载电阻器306。类似于RMS功率检测器200，第一部分326可通过将晶体管304的栅极交流耦合(ac-couple)到输入作为RF功率检测器300的输入。第一部分326可在漏极产生电压，其可表示为V_filt。V_filt可为运算放大器的输入，运算放大器可为RF功率检测器300的两个反馈回路中的一个反馈回路的一部分。V_filt还可显示与RMS功率检测器200的上述等式1相同的特性。
如图3所示进行配置的RF功率检测器300中的两个反馈回路包括与运算放大器OP2324关联的第一反馈回路和与运算放大器OP1310关联的第二反馈回路。第一反馈回路或第二部分328可包括OP2324、晶体管322、负载电阻器308、晶体管312、晶体管314、电阻器320和电阻器318。第二反馈回路或第三部分可包括OP1310和跨导体316，其中第一反馈回路还可为如图3进行配置的第二反馈回路的一部分。两个反馈回路的组合可产生如图3进行配置的反馈网络，并且该反馈网络可生成从OP1310的输出到连接到反馈网络的OP1310的输入的传递函数，该传递函数等于第一部分326生成的V_filt的RF输入的传递函数。
根据各种实施例，第二部分328的OP2324的一个输入可连接到V_b302，其可为连接到第一部分326的晶体管304的同一偏置电压源302。OP2324的另一输入可连接到连系点(nexus point)，在连系点处，电阻器320与电阻器318连接，这样可为OP2324产生负反馈回路。OP2324的输出可耦合到晶体管322的栅极。晶体管322的漏极可连接到V_DD并且其源极可连接到相反端上的晶体管320，正如连接到电阻器318和OP2324的一个输入。
两个电阻器318和320可相互串联使得该对的一端可耦合到晶体管 322的源极，该对的另一端可耦合到跨导体316。如上所述，两个电阻器318和320之间的连系点可连接到OP2324的输入。跨导体316的另一端可耦合到OP1310的输出。通过以该配置连接电阻器318和320，来自V_b302的电压V_b可为在图3所示的两个电阻器之间的连系点得到的电压。假设OP2324是理想运算放大器，OP2324将试图迫使其两个输入相等，这样使得这两个输入的电压等于V_b。
在负反馈回路中配置的理想运算放大器的特征为生成迫使运算放大器的两个输入相等所必需的输出电压。因此，考虑到理想的运算放大器的工作，那么图3的OP2324可生成所需的某个水平的输出电压，这样OP2324的两个输入被迫彼此相等。因此，OP2324可在两个电阻器318和320之间的连系点处生成电压V_b。
根据各种实施例，第三部分的OP1310的一个输入可与第一部分326连接，这样在晶体管304的漏极处产生的电压在OP1310的一个输入上产生。OP1310的另一个输入可通过晶体管312、晶体管314、电阻器320、电阻器318和跨导体316以负反馈回路配置进行连接。跨导体316从OP1310的输出电压中产生电流并且其跨导(G_m)为1/R。电阻器318和320的电阻值可相等并且可能等于用于选择跨导体316的G_m的电阻值。因此，两个电阻器318和320的电阻值可能无需等于用于选择跨导体316的G_m的电阻值。OP1310的输出还可为RF功率检测器300的输出并在本文中可表示为OUT。
负载电阻器308的电阻值可等于负载电阻器306的电阻值。负载电阻器308可在V_DD和晶体管312和314的漏极之间耦合。负载电阻器308和晶体管312和314的漏极的连接还可连接到OP1310的另一输入。晶体管312和314的源极均可耦合到接地。晶体管312和314的栅极可耦合到串 联的电阻器对318和320的相反端。通过以该方式连接晶体管312和314的栅极，这两个晶体管可接收V_b和OUT的不同组合作为其栅极电压。电阻器318和320可为电阻器网络，用于产生图3所示的V_b和OUT的不同组合。因此，晶体管312的栅极电压可为V_b加上OUT。相反，晶体管314的栅极电压可为V_b减OUT。然而，只要一个晶体管的栅极电压值为这两个电压的和，而另一个晶体管接收这两个电压的差值，那么哪个晶体管具有哪个栅极电压无关紧要。
晶体管312和314还可显示与晶体管304所显示的平方律特征相同的平方律特征。假设晶体管304类似于RMS功率检测器200中的晶体管202，那么晶体管304将具有载波移动度μ、栅极氧化物电容C_ox和沟道宽度W及沟道长度L所表示的特征。如上所述，值K可为(0.5)*μ*C_ox*(W/L)。在设计晶体管312和314的过程中，复制晶体管304的电流和电压(I-V)特征可能是有利的。为了复制晶体管304的I-V特征，可选择晶体管312和314的物理尺寸W和L等于晶体管304的物理尺寸W和L，或这两者的因数。或者，可选择晶体管312和314的沟道宽度等于晶体管304的沟道宽度的一半，而所有三个晶体管均设计为具有相同的沟道长度。根据各种实施例，晶体管312和314可被单晶体管取代，但是这可能需要实施切换和定时电路，使得单晶体管上的栅极电压可在两个电压V_b+OUT和V_b–OUT之间切换。
通过复制晶体管304和晶体管312和314的组合的特征，温度相关因子可能能够相互抵消，使得RF功率检测器300的输出与温度无关。由于晶体管312和314的组合可耦合到OP1310的另一输入，所以OP1310的该输入处的电压将为晶体管312和314的组合所产生的电压。将该电压表示为V_fb。V_fb可以定义如下：
V_fb＝VDD–[(0.5)*K*(V_b–OUT–V_T)²+(0.5)*K*(V_b+OUT–V_T)²]R_L   (2)
在等式2中，K可定义为(0.5)*μ*C_ox*(W/L)，其中μ可为载波移动度，C_ox可为晶体管的栅极氧化物电容，W可为晶体管312和314的沟道宽度，以及L可为晶体管312和314的沟道长度。
OP1310的另一输入为V_filt，其由第一级326生成并且可以由以下等式表示：
V_filt＝VDD–[K*(A²/2)+K*(V_b–V_T)²]R_L     (3)
其中K可定义为(0.5)*μ*C_ox*(W/L)，其中μ可为载波移动度，C_ox可为晶体管304的栅极氧化物电容，W可为晶体管304的沟道宽度，以及L可为晶体管304的沟道长度。
由于V_filt和V_fb为可在负反馈回路中配置的OP1310的输入，所以可生成允许OP1310迫使V_fb等于V_filt的OUT电压。假设OP1310是理想运算放大器并且两个输入被迫相等，可将V_filt设置为等于V_fb。将等式2和3的右侧设置为相等，求解OUT可得到其与输入RF信号A sin(ωt)的RMS功率成正比。
如图3进行配置的RF功率检测器300可操作如下。当RF信号在输入上生成时，晶体管304可在OP1310的一个输入处生成V_filt。当OP1310接收V_filt时，OP1310可开始改变OUT，使得V_fb可被迫等于V_filt。当OUT开始变化时，跨导体316(其G_m为1/R)可开始产生电流I。电流I可能等于R除以OUT，该电路开始流经电阻器318和320。随后，OP2324可在两个电阻器318和320的连系点处产生V_b，或者V_b可能已在连系点处建立。随后，电阻器318和320的电压组合特性可在晶体管312和314的栅极产生电压。随后，晶体管312可能具有栅极电压V_b+OUT，而晶体管314可能具有栅极电压V_b–OUT。由晶体管312和314各自的栅极电压进行偏置的晶体管312和314的栅极可能使得电流流经负载电阻器308，这 样电压V_fb在OP1310的输入生成。
由于OP1310可由在负反馈回路中配置的理想运算放大器表示，所以OP1310可能尝试改变OUT，使得V_filt和V_fb被迫相等。由于V_fb和V_filt可分别由等式2和3表示，所以求解OUT可得到电压电平，其与输入RF信号的RMS功率成正比。
此外，RF功率检测器300等电路产生的RMS功率电压可与温度无关。当表示第一部分326的V_filt设置为等于V_fb时，与晶体管304、312和314关联的温度相关因子可相互抵消，V_fb表示RF功率检测器300的两个反馈回路。即使RF功率检测器300中仍然存在温度相关因子，使用反馈回路可抵消对输出电压的影响，不管温度如何。因此，通过设计晶体管312和314的沟道宽度等于晶体管304沟道宽度的一半，RF功率检测器304可生成输出电压，其与RF输入信号的RMS功率值成正比。最后，通过实施图3的RF功率检测器300或者执行大体相同功能的电路，可降低与生产RF功率检测器关联的测试成本。
图4是图示用于生成与温度无关的RF RMS功率检测器输出的方法400的实施例的方框图，例如，该输出由与温度无关的CMOS RF功率检测器300生成。方法400开始于方框402，在方框402，接收RF输入信号。方法400在方框404继续，在方框404，生成第一电压，其包括与RF输入信号的均方成正比的DC电压和第一电路的温度相关电压特性。方框404生成的电压类似于与温度无关的CMOS RF功率检测器300的第一部分326生成的V_filt。方法400在方框406继续，在方框406，生成第二电压，例如与温度无关的CMOS RF功率检测器300的第二部分328生成的V_fb，第二电压包括输出电压和与第一电压相等的电压。方法400在方框408继续，在方框408，在负反馈回路中配置的运算放大器组合第一电压和第二电压，例如与温度无关的CMOS RF功率检测器300的第三部分。最后， 方法400在方框410结束，在方框410，生成输出电压。方框410中生成的输出电压可与温度无关并且可为RF输入信号的RMS。输出电压可类似于与温度无关的CMOS RF功率检测器300生成的输出电压。
本发明公开至少一项实施例，且所属领域的普通技术人员对所述实施例和/或所述实施例的特征作出的变化、组合和/或修改均在本发明公开的范围内。因组合、合并和/或省略所述实施例的特征而得到的替代性实施例也在本发明的范围内。应当理解的是，本发明已明确阐明了数值范围或限制，此类明确的范围或限制应包括涵盖在上述范围或限制(如从大约1至大约10的范围包括2、3、4等；大于0.10的范围包括0.11、0.12、0.13等)内的类似数量级的迭代范围或限制。例如，每当公开具有下限R_l和上限R_u的数值范围时，具体是公开落入所述范围内的任何数字。具体而言，特别公开所述范围内的以下数字：R＝R₁+k*(R_u–R₁)，其中k为从1％到100％范围内以1％递增的变量，即，k为1％、2％、3％、4％、7％……70％、71％、72％……97％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，还特此公开了，上文定义的两个R值所定义的任何数值范围。除非另有说明，否则术语“约”是指随后数字的±10％。相对于权利要求的某一要素，术语“可选地”的使用表示该要素可以是需要的，或者也可以是不需要的，二者均在所述权利要求的范围内。使用如“包括、包含和具有”等较广术语应被理解为提供对如“由……组成、基本上由……组成，以及大体上由……组成”等较窄术语的支持。因此，保护范围不受上文所述的限制，而是由所附权利要求书定义，所述范围包含所附权利要求书的标的物的所有等效物。每项和每条权利要求作为进一步公开的内容并入说明书中，且权利要求书是本发明的实施例。所述揭示内容中的参考的论述并不是承认其为现有技术，尤其是具有在本申请案的在先申请优先权日期之后的公开日期的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容特此以引用的方式并入本文本中，其提供补充本发明的示例 性、程序性或其它细节。
虽然本发明多个具体实施例，但应当理解，所公开的系统和方法也可通过其它多种具体形式体现，而不会脱离本发明的精神或范围。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其它变更、替换、更替示例对本领域技术人员而言是显而易见的，均不脱离此处公开的精神和范围。