專利名稱：基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超寬帶通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今電子消費(fèi)產(chǎn)品種類日益增多，電子消費(fèi)產(chǎn)品之間的短距離高速無線通信越來越受到人們的關(guān)注。脈沖式超寬帶(IR-UWB)是一種適用于短距離的高速無線通信技術(shù)，其源于軍事雷達(dá)技術(shù)，直接利用亞納秒級的窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，脈沖的頻譜很寬，高達(dá)5GHz以上。具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢，如低截獲率，抗多徑，穿透性強(qiáng)，邏輯結(jié)構(gòu)簡單等；理論上可達(dá)到500 Mbps的傳輸速率，無需許可申請即可使用。2002年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)批準(zhǔn)了民用UWB規(guī)范，對信號的頻段和功率輻射掩蔽(Emission Mask)作了規(guī)定， 歐盟、亞洲的日本、新加坡也相繼出臺了各自的民用標(biāo)準(zhǔn)，我國的超寬帶標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)公布，各國的UWB標(biāo)準(zhǔn)中對脈沖的頻譜和發(fā)射功率的要求是有差別的。目前主要的有直接序列(DS-CDMA)和多帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM)兩種方案，但是各種方案在不同國家所針對的頻段、輸出功率以及功率譜密度都不甚相同，很難以統(tǒng)一。對于UWB技術(shù)來說，低功耗設(shè)計也是其基本要求。因為IR-UWB屬于無載波系統(tǒng)，功耗較大的本地振蕩器(LO)可以避免出現(xiàn)在IR-UWB系統(tǒng)中，從而極大的降低了整個系統(tǒng)的功率消耗；同時由于IR-UWB系統(tǒng)是周期性工作體系，電路可以在不工作的周期內(nèi)切斷直流供電，從而進(jìn)一步的降低直流功耗，實現(xiàn)低功耗的目的。隨著微電子器件的高速發(fā)展，IR-UffB技術(shù)可以應(yīng)用于民用領(lǐng)域，IR-UffB發(fā)射機(jī)以其功率小，無載波調(diào)制的簡單結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，成為高速無線通信的低成本解決辦法。IR-UffB帶寬極寬，通常為幾個GHz，因此受到工藝偏差影響，其中心頻率及寬帶偏差較大，達(dá)到幾百M(fèi)Hz甚至更大。脈沖式超寬帶發(fā)射機(jī)由于其自身的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的研究和應(yīng)用價值，如何有效解決脈沖式超寬帶發(fā)射機(jī)工藝一致性差和頻譜控制的問題，提供一款能夠符合超寬帶各種標(biāo)準(zhǔn)的通用型的脈沖式超寬帶發(fā)射機(jī)，仍然是目前IR-UWB的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種受工藝偏差影響小、魯棒性強(qiáng)的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，以適用于不同的UWB標(biāo)準(zhǔn)。為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，其至少包括調(diào)制脈沖發(fā)生器，包括正脈沖產(chǎn)生支路及負(fù)脈沖產(chǎn)生支路；第一緩沖模塊，包括分別連接在所述正脈沖產(chǎn)生支路輸出端及負(fù)脈沖產(chǎn)生支路輸出端的兩條緩沖支路；連接兩條緩沖支路輸出端的有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)，其包含多條由有源電感及電容構(gòu)成的帶阻濾波器支路；以及
連接在有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)輸出端的輸出緩沖模塊。優(yōu)選地，所述正脈沖產(chǎn)生支路與負(fù)脈沖產(chǎn)生支路均包括可將信號延遲不同時間的多個延遲陣列；更為優(yōu)選地，延遲陣列由預(yù)定數(shù)量的反相器級聯(lián)形成。優(yōu)選地，每一緩沖支路由反相器、緩沖器及電容級聯(lián)形成。優(yōu)選地，所述緩沖器由多個可控且增益不同的反相器并聯(lián)形成。優(yōu)選地，所述有源電感包括共源共柵增益拉升技術(shù)的有源電感。優(yōu)選地，所述輸出緩沖模塊包括超寬帶的增益可調(diào)功率放大器。優(yōu)選地，所述有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的中心頻率、通帶帶寬、滾降斜率和通帶插入損耗 由控制所述有源電感所包含的場效應(yīng)管的柵極電壓幅值來決定。如上所述，本發(fā)明的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，具有以下有益效果可以通過調(diào)整脈沖幅度來控制發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，同時通過對正脈沖產(chǎn)生支路與負(fù)脈沖產(chǎn)生支路獨(dú)立的幅度控制提高正負(fù)兩路輸出幅度的一致性，減小工藝誤差帶來的幅度輸出不平衡性；利用可調(diào)的有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)使調(diào)制脈沖發(fā)生器輸出的脈沖頻譜滿足不同UWB標(biāo)準(zhǔn)下的功率譜密度規(guī)范；通過引入可調(diào)的有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)同時可以減小工藝誤差造成的頻譜漂移；在有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)中使用有源電感取代傳統(tǒng)意義的無源電感，利用有源電感的感值連續(xù)可調(diào)實現(xiàn)可調(diào)帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)，同時使用有源電感能夠極大的減小芯片面積和成本；本發(fā)明的超寬帶發(fā)射機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、可調(diào)的頻譜成形網(wǎng)絡(luò)和正負(fù)兩路輸出幅度獨(dú)立可調(diào)的特點(diǎn)。


圖I顯示為本發(fā)明的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)示意圖。圖2顯示為本發(fā)明的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)的調(diào)制脈沖發(fā)生器與第一緩沖模塊的電路圖。圖3顯示為本發(fā)明的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)的有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)與輸出緩沖模塊的電路圖。
具體實施例方式以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。請參閱圖I至圖3。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實施的范疇。如圖I所示，本發(fā)明提供一種基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)。該基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)至少包括調(diào)制脈沖發(fā)生器、第一緩沖模塊、有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)、以及輸出緩沖模塊。
以下結(jié)合附圖2和圖3，詳細(xì)介紹采用本發(fā)明的超寬帶發(fā)射機(jī)的CMOS電路實施例。整個超寬帶發(fā)射機(jī)的CMOS電路基于SMIC O. 13um CMOS工藝。I)調(diào)制脈沖發(fā)生器電路如圖2中左邊框圖“脈沖寬度可調(diào)的BPSK調(diào)制脈沖發(fā)生器”所示，分為上、下兩條支路。上支路由反相器延時陣列INV_ARRAY1、或非門XI、與非門X3依次連接組成，下支路由反相器INV2、反相器延時陣列INV_ARRAY2、與非門X2、或非門X4依次連接組成，兩支路前接有第一級反相器INV1。上支路輸出負(fù)脈沖，下支路輸出正脈沖，正負(fù)脈沖分別對應(yīng)于BPSK調(diào)制數(shù)據(jù)端口 DATA的“I”和“O”。輸入信號CLK作為基帶的時鐘輸入端，其頻率可設(shè)為132MHz。輸入信號CLK經(jīng)過INVl整形后的信號CLKl分為兩路輸入到上、下兩條支路。上支路中=CLKl經(jīng)過反相器延時陣列INV_ARRAY1延時后的信號和信號CLKl 一起輸入或非門XI，產(chǎn)生負(fù)脈沖，脈沖周期為6ns;下支路中CLKl經(jīng)過反相器INV2倒相后的信號CLK2經(jīng)過反向器延時陣列INV_ARRAY2延時后的信號與CLK2 —起輸入與非門X2，產(chǎn)生周期為6ns的正脈沖。 其中，反相器延時陣列有三路可選，如圖2左上所示，分別為單個反相器INV5構(gòu)成的延時單元，三個級聯(lián)反相器INV6、INV7和INV8構(gòu)成的延時單元，五個級聯(lián)反相器INV9、INV10、INV11、INV12和INV13構(gòu)成的延時單元。單個反相器拓?fù)鋱D如圖2右上方所示，由PMOS管Ml、M2及NMOS管M3、M4連接形成。電路工作過程中，只能啟動一路反相器延時陣列，反相器級聯(lián)個數(shù)越少延時也越少，產(chǎn)生的脈沖寬度也越窄，所對應(yīng)的頻譜展寬也越大，單個反相器做延時單元的脈沖頻譜展寬可用范圍可以達(dá)到10 GHz ;而反相器級聯(lián)個數(shù)越多，延時也越長，產(chǎn)生的脈沖寬度越寬，在較低頻率下所對應(yīng)的輸出功率也越大；根據(jù)不同UffB標(biāo)準(zhǔn)可以預(yù)先選擇不同的反相器延時鏈路，既滿足各種標(biāo)準(zhǔn)下的頻譜要求同時又可以實現(xiàn)功耗的最低化。工作時，在上支路中或非門Xl的輸出與BPSK調(diào)制的基帶信號DATA輸入與非門X3，當(dāng)DATA為O時，與非門X3輸出負(fù)脈沖，當(dāng)DATA為I時，與非門X3不輸出脈沖；下支路中與非門X2的輸出與BPSK調(diào)制的基帶信號DATA輸入或非門X4，當(dāng)DATA為I時，或非門X4輸出正脈沖，當(dāng)DATA為O時，或非門X4不輸出脈沖。整個模塊電路完成了 BPSK調(diào)制，將正、負(fù)脈沖分為上、下兩條支路輸出到下一級。2)第一緩沖模塊其CMOS電路如圖2中右邊框圖“正負(fù)脈沖幅度獨(dú)立可調(diào)的BUFFER”所示，此部分CMOS電路分為上、下兩條支路。上支路由反相器INV3和緩沖器BUFFER1構(gòu)成，下支路由INV4和緩沖器BUFFER2構(gòu)成，上、下兩條支路在架構(gòu)上完全相同。反相器INV3、INV4分別用來驅(qū)動后級的緩沖器BUFFER、BUFFER2，前級信號經(jīng)過反相器INV3、INV4后到達(dá)圖2中所示點(diǎn)E、G，即緩沖器BUFFER1、BUFFER2的輸入級。緩沖器BUFFER1、BUFFER2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，都由三路并聯(lián)的反相器構(gòu)成，每路均由兩個PMOS管和兩個NMOS管構(gòu)成，其中PMOS管為M5、M6、M9、M10、M13和M14，NMOS管為M7、M8、M11、M12、M15和M16，每一路中管子的尺寸都是成相同比例的。通過控制端的Vp2、Vn2、Vp3、Vn3、Vp3和Vn3控制每一路BUFFER的通斷可以實現(xiàn)6級不同的輸出幅值范圍，同時通過控制端Vp2、Vn2、Vp3、Vn3、Vp3和Vn3電壓的微調(diào)，可以改善由于工藝誤差造成的正負(fù)兩路幅度不平衡問題，緩沖器BUFFER1、BUFFER2同時也為前級的數(shù)字電路和后級的模擬電路提供了良好的隔離。最后通過幅度控制和整形的兩路信號由鏈路中的點(diǎn)F、H通過電容Cl和C2合成一路信號輸出。其中電容起到了隔離直流、高通濾波以及隔離正負(fù)兩路互擾的作用。3)有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)其CMOS電路如圖3中左邊框圖“有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)”所示，該模塊是整個發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中頻率可調(diào)和頻譜成形的核心技術(shù)。該模塊包括若干LC吸收支路，圖3中只給出了六個吸收支路的例子，六個電容C3、C4、C5、C6、C7和C8的一端接輸入端，另一端分別和有源電感L1、L2、L3、L4、L5和L6相接，所有的LC吸收支路并聯(lián)在輸入輸出總線上，形成六個帶阻濾波器。其中，有源電感的結(jié)構(gòu)如圖3左下邊所示，NMOS管M20的漏極、NMOS管M19 和M23的源極和輸入端相連，M19的柵極通過反饋電阻R4和PMOS管M21的漏極以及NMOS管M22的漏極相連，M22的源極和M23的漏極相連，M20和M23的源極接地，M19的漏極、M22的柵極和M21的源極與電源VDD相連。該有源電感的等效模型如圖3右下方所示，等效的電感值Lrai以及寄生的電容Cp、電導(dǎo)Gp和電阻Rs分別可以表示為
權(quán)利要求
1.一種基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)至少包括 調(diào)制脈沖發(fā)生器，包括正脈沖產(chǎn)生支路及負(fù)脈沖產(chǎn)生支路； 第一緩沖模塊，包括分別連接在所述正脈沖產(chǎn)生支路輸出端及負(fù)脈沖產(chǎn)生支路輸出端的兩條緩沖支路； 連接兩條緩沖支路輸出端的有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)，其包含多條由有源電感及電容構(gòu)成的帶阻濾波器支路； 連接在有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)輸出端的輸出緩沖模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，其特征在于所述正脈沖產(chǎn)生支路與負(fù)脈沖產(chǎn)生支路均包括可將信號延遲不同時間的多個延遲陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，其特征在于延遲陣列由預(yù)定數(shù)量的反相器級聯(lián)形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，其特征在于每一緩沖支路由反相器、緩沖器及電容級聯(lián)形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，其特征在于所述緩沖器由多個可控且增益不同的反相器并聯(lián)形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，其特征在于所述有源電感包括共源共柵增益拉升技術(shù)的有源電感。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，其特征在于所述輸出緩沖模塊包括超寬帶的增益可調(diào)功率放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)，其特征在于所述有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的中心頻率、通帶帶寬、滾降斜率和通帶插入損耗由控制所述有源電感所包含的場效應(yīng)管的柵極電壓幅值來決定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)的超寬帶發(fā)射機(jī)。該超寬帶發(fā)射機(jī)至少包括包括正脈沖產(chǎn)生支路及負(fù)脈沖產(chǎn)生支路的調(diào)制脈沖發(fā)生器；包括分別連接在所述正脈沖產(chǎn)生支路輸出端及負(fù)脈沖產(chǎn)生支路輸出端的兩條緩沖支路的第一緩沖模塊；連接兩條緩沖支路輸出端的有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)，其包含多條由有源電感及電容構(gòu)成的帶阻濾波器支路；以及連接在有源帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)輸出端的輸出緩沖模塊。本發(fā)明的超寬帶發(fā)射機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、可調(diào)的頻譜成形網(wǎng)絡(luò)和正負(fù)兩路輸出幅度獨(dú)立可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H04B1/7163GK102882554SQ20121039888
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者李凌云, 葉禹, 孫曉瑋 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所