專利名稱：超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)發(fā)生器，更具體地講，涉及一種使用具有超寬頻帶
(UWB)中的頻率范圍的諧波信號(hào)在需要的頻率產(chǎn)生信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，在接收器中接收的射頻(RF)信號(hào)通過如圖1所示的 混頻器IO被轉(zhuǎn)換成中頻(IF)信號(hào)?；祛l器10將從壓控振蕩器(VCO)12傳送的 信號(hào)和RF信號(hào)進(jìn)行混頻，并將混頻的信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換成IF信號(hào)的頻率。
如上所述，包括在接收器中的VCO主要用于信道選擇。為了將VCO用 于頻帶選擇，VCO必須具有更寬的頻率控制范圍。
然而，由于VCO中存在大量寄生電容器，所以圖2所示的傳統(tǒng)的VCO 僅使用可變電抗器不能控制寬頻率范圍。
如圖3所示，非線性元件產(chǎn)生相對(duì)于基頻/的諧波，這些諧波產(chǎn)生于寬 頻帶中。由于這些諧波的功率非常小，所以這些諧波不適合于振蕩器信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，已提出本發(fā)明來至少解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，并且本 發(fā)明的一目的在于提供這樣一種信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器使用功率電平高 得足以被用作振蕩器信號(hào)的諧波信號(hào)來產(chǎn)生超寬頻帶的頻率范圍中的諧波信 號(hào)，并輸出具有期望頻率的諧波信號(hào)。
本發(fā)明的另一目的在于提供這樣一種信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器使用可 調(diào)有源感應(yīng)器(TAI)來產(chǎn)生功率電平高得足以被用作振蕩器信號(hào)的諧波信號(hào)， 并使用濾波器輸出具有期望頻率的諧波分量。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，提供一種超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，包括可調(diào)有源感 應(yīng)器，用于產(chǎn)生具有在非線性操作范圍內(nèi)彼此相似的功率強(qiáng)度的諧波信號(hào)， 該可調(diào)有源感應(yīng)器能對(duì)其值進(jìn)行調(diào)諧；振蕩器，用于通過將從可調(diào)有源感應(yīng) 器產(chǎn)生的諧波信號(hào)頻率轉(zhuǎn)變成高頻帶來放大所述諧波信號(hào)并將其輸出；和濾
波器，用于選擇性地輸出從振蕩器輸出的諧波信號(hào)之一。


A^下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將
更清楚，其中
圖1示出傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中的接收器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
圖2示出傳統(tǒng)的VCO電路圖3是示出一般諧波的功率的曲線圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器的電路圖5是等效于圖4所示的濾波器模塊的電路圖6是示出圖4所示的TAI的示例的電路圖7是示出根據(jù)圖4所示的TAI的輸入電壓的諧波功率的曲線圖8是用于解釋從圖4所示的振蕩器輸出的諧波的示圖9是示出通過圖4所示的濾波器模塊的可變電容器Q。ad選擇具有相應(yīng)頻率的諧波信號(hào)的曲線圖IO是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器的電路圖； 圖11示出對(duì)于圖4所示的信號(hào)發(fā)生器的根據(jù)頻率的輸出功率；和 圖12示出對(duì)于圖4所示的信號(hào)發(fā)生器的根據(jù)基頻變化的相位噪聲。
具體實(shí)施例方式
以下，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。注意到，雖然相同或 相似的部件顯示在不同的附圖中，但是盡可能地用相同的標(biāo)號(hào)來命名附圖中 相同或相似的部件。在本發(fā)明的下面的描述中，當(dāng)包含于此的公知的功能和 結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述可能使得本發(fā)明的主題內(nèi)容不清晰時(shí)，將省略公知的功能和 結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器包括可調(diào)有源感應(yīng)器(TAI),用于產(chǎn) 生具有超寬頻帶的諧波信號(hào)；振蕩器42,用于通過使用非線性元件產(chǎn)生諧波 信號(hào)；和濾波器模塊41,用于從從振蕩器42輸出的具有超寬頻帶的諧波信 號(hào)中選擇具有相應(yīng)頻率的信號(hào)并將其輸出。
TAI可對(duì)其感應(yīng)器值進(jìn)行調(diào)諧，且通過電容器C3連接到振蕩器42的晶 體管Ql的基極。
振蕩器42包括晶體管Ql，偏置電壓Bias通過電阻器Rl ^皮輸入到晶體 管Q1的基極，電容器C1和C2置于地和晶體管Q1的基極之間。電流源I, 連接到晶體管Ql的發(fā)射極，并與電容器Cl和C2連接。另外，連接到電壓 源VDD的感應(yīng)器L,。ad和連"t矣到輸出端OUT的電容器C4與晶體管Ql的集 電極相連。具有以上結(jié)構(gòu)的振蕩器42可通過將從TAI輸入到其的諧波信號(hào)的 頻帶轉(zhuǎn)變成從振蕩器42產(chǎn)生的高頻率信號(hào)的頻帶來輸出諧波信號(hào)。
以這樣一種方式實(shí)現(xiàn)濾波器模塊41,即，諸如可變電抗器的可變電容器
C!。ad置于晶體管Ql的集電極和地之間以與感應(yīng)器L!。ad—起從從晶體管Ql的
集電極輸出的諧波信號(hào)中選擇具有相應(yīng)頻率的信號(hào)。如圖4所示，濾波器模 塊41包括寄生電容器Cparasitie。這使得濾波器模塊41與圖5所示的包括感應(yīng) 器L和電容器C的濾波器等效。
以下，將更詳細(xì)地給出關(guān)于TAI的描述。
TAI產(chǎn)生非線性操作范圍內(nèi)的諧波信號(hào)。通常，由于從TAI產(chǎn)生的諧波 信號(hào)實(shí)際上具有強(qiáng)度極小的功率，所以這些諧波信號(hào)不可能被用在振蕩器中。 為了產(chǎn)生具有可被用于振蕩器42的功率的諧波信號(hào)，本發(fā)明增加輸入到TAI 的功率的強(qiáng)度。如果輸入到TAI的電壓的強(qiáng)度增加，則產(chǎn)生的諧波信號(hào)的功 率強(qiáng)度也增加。另外，當(dāng)輸入電壓的功率強(qiáng)時(shí)，諧波信號(hào)的功率具有彼此近 似的強(qiáng)度。
圖6是示出TAI的示例的電路圖。
圖6所示的TAI包括柵地陰地(Cascade-Grounded)結(jié)構(gòu)的可調(diào)反饋電阻 器。即，在由晶體管M4和晶體管M6構(gòu)造的回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)中，TAI具有連接到 柵地陰地結(jié)構(gòu)的晶體管M6的晶體管M5以及置于晶體管M5的漏極和晶體管 M4的柵極之間的可調(diào)反饋電阻器《.。晶體管MP作為PMOS型電流源操作， 晶體管MN作為NMOS型電流源操作?？烧{(diào)反饋電阻器/ 〉包括電阻器i ,和 晶體管MR。
這里，假設(shè)《值通過方程1而獲得，因子Q、因子Q的峰值頻率f。和自 諧振頻率w分別通過方程2到方程4而獲得。
這里，g礎(chǔ)表示晶體管MR的輸出電導(dǎo)。 <formula>formula see original document page 9</formula>
…(2)
這里， 分別表示晶體管M5、 M6和MP的輸出電導(dǎo)，C 4
和(^、.5分別表示晶體管M4和M5的柵極和源極之間的電容。g w表示晶體管 MN的互導(dǎo)，w表示自諧振頻率。
從方程2到方程4可知，即使當(dāng)《值增加時(shí)，通過對(duì)&,p值進(jìn)行調(diào)諧， 根據(jù)本發(fā)明的TAI也恒定保持因子Q、因子Q的峰值頻率fQ和自諧振頻率w 。
由于可調(diào)反饋電阻器《包括電阻器^和晶體管MR,所以可通過控制連 接到晶體管MR的柵極的電壓Vt,對(duì)A的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)諧。通過控制連接到晶 體管MP的柵極的VbiMp對(duì)g^值進(jìn)行調(diào)諧。
換句話說，可通過Vbiasp、 Vtune和Vbiasn的組合對(duì)TAI值進(jìn)行調(diào)諧。
如圖7所示，可知，隨著輸入電壓增加，根據(jù)具有以上結(jié)構(gòu)的TAI的輸 入電壓的諧波信號(hào)的功率可增加并收斂到預(yù)定值。本發(fā)明使用上述原理。因 此，圖8中顯示了從不包括圖4所示的濾波器模塊41的可變電容器Q。m的振 蕩器42產(chǎn)生的具有超寬頻帶的所有諧波信號(hào)。換句話說，從圖8可知，通過 振蕩器42放大具有彼此相似的功率的從TAI產(chǎn)生的諧波信號(hào)，從而輸出具有 更強(qiáng)功率的諧波信號(hào)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，使用所述TAI產(chǎn)生具有超寬 頻帶的諧波信號(hào)。
圖9是示出圖4所示的濾波器模塊41通過使用可變電容器Cbad選擇具有 相應(yīng)頻率的諧波信號(hào)的曲線圖。如圖9所示，可知，圖4所示的濾波器模塊 41通過濾波器模塊41的諧振負(fù)載的傳遞函數(shù)從從振蕩器42輸出的具有超寬 頻帶的諧波信號(hào)中選擇并輸出具有相應(yīng)頻率的諧波信號(hào)。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在圖4所示的信號(hào)發(fā)生器中，去除連 接到偏置電壓Bias的電阻器Rl,采用可變電容器代替電容器Cl和C2,并 采用電阻器R2代替電流源Ic。re，從而能夠?qū)崿F(xiàn)圖IO所示的信號(hào)發(fā)生器。
圖11和圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器的仿真結(jié)果的曲
線圖。圖11示出根據(jù)頻率的輸出功率，圖12示出根據(jù)基頻變化的相位噪聲。 圖11示出為了使用具有基頻電平的輸出功率的諧波信號(hào)必須將基頻控制在
大約1.7GHz到5.2GHz的范圍內(nèi)。圖12示出基頻和根據(jù)基頻的諧波信號(hào)的 相位噪聲及頻率范圍。如圖12所示，可知，在相同相位噪聲的條件下，使用 具有低強(qiáng)度的諧波信號(hào)代替具有高強(qiáng)度的基頻更有效率。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可提供一種信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器使用可 調(diào)有源感應(yīng)器來產(chǎn)生具有超寬頻帶的諧波信號(hào)并通過濾波器選擇和輸出具有 相應(yīng)頻率的諧波信號(hào)，從而能夠?qū)a(chǎn)生的信號(hào)的頻率控制在超寬頻帶的范圍 內(nèi)。
盡管已參考本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例顯示并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域 的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對(duì)其進(jìn)行 形式和細(xì)節(jié)的各種改變。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該由所述實(shí)施例限制，而 是應(yīng)該由權(quán)利要求及其等同物所限制。
權(quán)利要求
1、一種超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，包括可調(diào)有源感應(yīng)器，用于產(chǎn)生具有在非線性操作范圍內(nèi)彼此基本相同的功率強(qiáng)度的諧波信號(hào)，該可調(diào)有源感應(yīng)器能對(duì)其值進(jìn)行調(diào)諧；振蕩器，用于通過將從可調(diào)有源感應(yīng)器產(chǎn)生的諧波信號(hào)頻率轉(zhuǎn)變成高頻帶來放大所述諧波信號(hào)并將其輸出；和濾波器，用于選擇性地輸出從振蕩器輸出的諧波信號(hào)之一。
2、 如權(quán)利要求1所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述可調(diào)有源感應(yīng) 器包括第一晶體管，具有連接到電壓源的源極和連接到第一偏置電壓的柵極； 第二晶體管，具有連接到第一晶體管的漏極的漏極和連接到第二偏置電 壓的柵極；第三晶體管，具有連接到第二晶體管的源極的漏極和連接到地的源極； 第四晶體管，具有連接到第三晶體管的柵極的漏極、連接到地的源極和連接到第三偏置電壓的柵極；第五晶體管，具有連接到第四晶體管的漏極的源極和連接到電壓源的漏極；和第 一可調(diào)阻抗，置于第 一晶體管的漏極和第五晶體管的柵極之間。
3、 如權(quán)利要求2所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述第一可調(diào)阻抗 包括第一電阻器，置于第一晶體管的漏極和第五晶體管的柵極之間；和 第六晶體管，具有連接到第一晶體管的漏極的漏極、連接到第五晶體管 的柵極的源極和連接到第四偏置電壓的柵極。
4、 如權(quán)利要求1所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述振蕩器包括 第七晶體管，具有連接到可調(diào)有源感應(yīng)器的基極；第一電容器，置于可調(diào)有源感應(yīng)器和第七晶體管之間； 第三電阻器，置于第五偏置電壓和第七晶體管的基極之間； 第二電容器，置于第七晶體管的基極和第七晶體管的發(fā)射極之間； 第三電容器，置于地和第二電容器之間； 第一電流源，置于第七晶體管的發(fā)射極和地之間； 第一感應(yīng)器，置于電壓源和第七晶體管的集電極之間；和 第四電容器，置于第七晶體管的集電極和輸出端之間。
5、 如權(quán)利要求4所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述濾波器通過使 用第一感應(yīng)器和置于第七晶體管的集電極和地之間的第 一可變電容器執(zhí)行濾 波。
6、 如權(quán)利要求1所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述振蕩器包括 第八晶體管，具有置于可調(diào)有源感應(yīng)器和第六偏置電壓之間的基極； 第五電容器，置于可調(diào)有源感應(yīng)器和第八晶體管之間； 第二可變電容器，置于第八晶體管的基極和第八晶體管的發(fā)射極之間； 第三可變電容器，置于第二可變電容器和地之間；第四電阻器，置于第八晶體管的發(fā)射極和地之間； 第二感應(yīng)器，置于電壓源和第八晶體管的集電極之間；和 第六電容器，置于第八晶體管的集電極和輸出端之間。
7、 如權(quán)利要求6所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述濾波器通過使 用第二感應(yīng)器和置于第八晶體管的集電極和地之間的第四可變電容器執(zhí)行濾 波。
8、 一種超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，包括可調(diào)有源感應(yīng)器，用于產(chǎn)生具有在非線性操作范圍內(nèi)彼此基本相同的功 率強(qiáng)度的諧波信號(hào)，該可調(diào)有源感應(yīng)器能對(duì)其值進(jìn)行調(diào)諧； 第一晶體管，具有連接到可調(diào)有源感應(yīng)器的基極； 第一電阻器，置于第一偏置電壓和第一晶體管的基極之間； 第一電容器，置于第一晶體管的基極和發(fā)射極之間； 第二電容器，置于第一電容器和地之間； 第一電流源，置于第一晶體管的發(fā)射極和地之間； 第一感應(yīng)器，置于電壓源和第一晶體管的集電極之間； 第三電容器，置于第一晶體管的集電極和輸出端之間；和 第一可變電容器，置于第一晶體管的集電極和地之間。
9、 如權(quán)利要求8所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述可調(diào)有源感應(yīng) 器包括第二晶體管，具有連接到電壓源的源極和連接到第二偏置電壓的柵極； 第三晶體管，具有連接到第二晶體管的漏極的漏極和連接到第三偏置電 壓的柵極；第四晶體管，具有連接到第三晶體管的源極的漏極和連接到地的源極；第五晶體管，具有連接到第四晶體管的柵極的漏極、連接到地的源極和 連接到第四偏置電壓的柵極；第六晶體管，具有連接到第五晶體管的漏極的源極和連接到電壓源的漏 極；和第 一可調(diào)阻抗，置于第二晶體管的漏極和第六晶體管的柵極之間。
10、 如權(quán)利要求9所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述第一可調(diào)阻 抗包括第二電阻器，置于第二晶體管的漏極和第六晶體管的柵極之間；和 第七晶體管，具有連接到第二晶體管的漏極的漏極、連接到第六晶體管 的柵極的源極和連接到第五偏置電壓的柵極。
11、 一種超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，包括可調(diào)有源感應(yīng)器，用于產(chǎn)生在非線性操作范圍內(nèi)彼此基本相同的功率強(qiáng) 度的諧波信號(hào)，該可調(diào)有源感應(yīng)器能對(duì)其值進(jìn)行調(diào)諧； 第一晶體管，具有連接到可調(diào)有源感應(yīng)器的基極； 第一電容器，置于可調(diào)有源感應(yīng)器和第一晶體管之間； 第一可變電容器，置于第一晶體管的基極和發(fā)射極之間； 第二可變電容器，置于地和第一可變電容器之間； 第一電阻器，置于第一晶體管的發(fā)射極和地之間； 第一感應(yīng)器，置于電壓源和第一晶體管的集電極之間； 第二電容器，置于第一晶體管的集電極和輸出端之間；和 第三可變電容器，置于第一晶體管的集電極和地之間。
12、 如權(quán)利要求11所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述可調(diào)有源感 應(yīng)器包括第二晶體管，具有連接到電壓源的源極和連接到第 一偏置電壓的柵極； 第三晶體管，具有連接到第二晶體管的漏極的漏極和連接到第二偏置電 壓的柵極；第四晶體管，具有連接到第三晶體管的源極的漏極和連接到地的源極；第五晶體管，具有連接到第四晶體管的柵極的漏極、連接到地的源極和 連接到第三偏置電壓的柵極； 第六晶體管，具有連4妻到第五晶體管的漏才及的源4及和連^妾到電壓源的漏極；和第 一可調(diào)阻抗，置于第二晶體管的漏極和第六晶體管的柵極之間。 13、如權(quán)利要求12所述的超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器，其中，所述第一可調(diào)阻 抗包括第二電阻器，置于第二晶體管的漏極和第六晶體管的柵極之間；和 第七晶體管，具有連接到第二晶體管的漏極的漏極、連接到第六晶體管 的柵極的源極和連接到第四偏置電壓的柵極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器。該超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器使用具有超寬頻帶(UWB)的頻率范圍的諧波信號(hào)來產(chǎn)生需要的頻率的信號(hào)。該超寬頻帶信號(hào)發(fā)生器包括可調(diào)有源感應(yīng)器，用于產(chǎn)生具有在非線性操作范圍彼此基本相同的功率強(qiáng)度的諧波信號(hào)，該可調(diào)有源感應(yīng)器能對(duì)其值進(jìn)行調(diào)諧；振蕩器，用于通過將從可調(diào)有源感應(yīng)器產(chǎn)生的諧波信號(hào)頻率轉(zhuǎn)變成高頻帶來放大所述諧波信號(hào)并將其輸出；和濾波器，用于選擇性地輸出從振蕩器輸出的諧波信號(hào)之一。
文檔編號(hào)H03B1/04GK101106354SQ200610003310
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
發(fā)明者卓依·拉斯基, 姜賢一, 寓相炫, 尹庠雄, 拉扎西·馬可帕帝, 樸倫緒, 李彰浩, 西勃汀·納提克 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社;佐治亞科技研究公司