專利名稱：一種用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖發(fā)生方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖發(fā)生方法及其裝置。
背景技術(shù)：
超寬帶(UWBUltra Wideband)通信技術(shù)是一種新型的無線通信技術(shù)，它是指射頻帶寬與中心頻率之比大于25％的無線電技術(shù)，UWB在高速室內(nèi)無線通信、目標(biāo)定位、測(cè)距和無線局域網(wǎng)等方面都有著潛在而廣泛的應(yīng)用。
在UWB通信系統(tǒng)中，一種常見的實(shí)現(xiàn)方案是采用脈沖無線電技術(shù)(IRImpulse Radio)，脈沖無線電技術(shù)直接采用持續(xù)時(shí)間極短的窄脈沖來產(chǎn)生超寬帶信號(hào)，窄脈沖的寬度通常只有幾百皮秒到幾納秒，因此信號(hào)頻譜可以在數(shù)GHz的頻帶范圍內(nèi)。采用這種窄脈沖實(shí)現(xiàn)的UWB通信系統(tǒng)又被稱為超寬帶脈沖無線電(UWB IR)。和傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，UWB IR通信技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，例如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗多徑干擾能力強(qiáng)、信號(hào)功率譜密度低、可以和其它系統(tǒng)共用頻帶等。
在UWB IR系統(tǒng)中，窄脈沖的產(chǎn)生是系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，2002年2月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)批準(zhǔn)UWB可以用于民用通信領(lǐng)域，并且對(duì)UWB系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)的功率譜密度(PSD)進(jìn)行了限制，這個(gè)限制也成為各國(guó)研究UWB脈沖信號(hào)的參考標(biāo)準(zhǔn)，因此，UWB系統(tǒng)對(duì)脈沖發(fā)生電路的通常要求是符合FCC規(guī)則要求、電路復(fù)雜度低、功耗低、體積小、易于集成等。由于脈沖寬度通常很小，窄脈沖的產(chǎn)生有一定的難度，這也是UWB通信系統(tǒng)中研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵所在。目前，脈沖實(shí)現(xiàn)方案通常有使用金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MESFET)技術(shù)、使用階躍二極管技術(shù)、使用Schottky二極管技術(shù)、傳輸線技術(shù)等。遺憾的是，上述的方法有的功耗太高、有的不利于集成、有的體積偏大、有的電路過于復(fù)雜、有的造價(jià)太高，有的不能滿足FCC的規(guī)則。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滿足FCC規(guī)則要求的、易于集成、功耗低、電路簡(jiǎn)單的用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖發(fā)生方法及其裝置。
本發(fā)明提供的用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖發(fā)生方法是采用五個(gè)差分放大器分別以輸入電壓信號(hào)為變量，輸出雙曲正切函數(shù)的電流信號(hào)，利用與各差分放大器相連的電壓源控制各差分放大器輸出電流信號(hào)的偏移量，與各差分放大器相連的恒流源控制各差分放大器輸出電流信號(hào)的幅度，將五個(gè)差分放大器輸出的電流信號(hào)相加后輸出，通過改變五個(gè)差分放大器輸出電流信號(hào)的幅度和偏移量，在輸出端獲得用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖信號(hào)。
用于上述脈沖發(fā)生方法的裝置包括數(shù)字信號(hào)源，五個(gè)差分放大器，五個(gè)電壓源和五個(gè)恒流源，五個(gè)差分放大器的一個(gè)輸入端分別與數(shù)字信號(hào)源的輸出端相連，五個(gè)差分放大器的另一個(gè)輸入端分別與五個(gè)電壓源中的一個(gè)相連，五個(gè)差分放大器的公共端分別與五個(gè)恒流源中的一個(gè)相連，五個(gè)差分放大器的輸出端和脈沖輸出端子共接。
工作時(shí)，第一差分放大器輸出端產(chǎn)生以輸入信號(hào)電壓為變量的第一個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)；第二差分放大器輸出端產(chǎn)生以輸入信號(hào)電壓為變量的第二雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)；第三差分放大器輸出端產(chǎn)生以輸入信號(hào)電壓為變量的第三個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)；第四差分放大器輸出端產(chǎn)生以輸入信號(hào)電壓為變量的第四個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)；第五差分放大器輸出端產(chǎn)生以輸入信號(hào)電壓為變量的第五個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)；第一電壓源的大小決定了第一個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的偏移量；第二電壓源的大小決定了第二個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的偏移量；第三電壓源的大小決定了第三個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的偏移量；第四電壓源的大小決定了第四個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的偏移量；第五電壓源的大小決定了第五個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的偏移量；第一恒流源的大小決定了第一個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的幅度；第二恒流源的大小決定了第二個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的幅度；第三恒流源的大小決定了第三個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的幅度；第四恒流源的大小決定了第四個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的幅度；第五恒流源的大小決定了第五個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的幅度；由于五個(gè)差分放大器的輸出端通過連接端子T1和T2連接在了一起，因此在連接端子T1和T2處就形成了以輸入信號(hào)電壓為變量的五個(gè)雙曲正切函數(shù)電流信號(hào)的相加形式，通過控制第一、第二、第三、第四、第五電壓源的大小以及第一、第二、第三、第四、第五恒流源的大小就可以產(chǎn)生用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖信號(hào)。
本發(fā)明電路簡(jiǎn)單，易于用集成電路實(shí)現(xiàn)，成本低，不需要微分器就能直接產(chǎn)生脈沖，產(chǎn)生的脈沖滿足FCC的規(guī)則要求，可以直接用于超寬帶系統(tǒng)中。


圖1是本發(fā)明的原理方框圖；圖2是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施電路圖；
圖3是本發(fā)明產(chǎn)生脈沖信號(hào)時(shí)域波形圖；圖4是本發(fā)明產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的功率譜密度和FCC針對(duì)UWB系統(tǒng)規(guī)定的功率譜密度的對(duì)比圖，圖中虛線為FCC對(duì)UWB系統(tǒng)的規(guī)定的功率譜密度，實(shí)線為本發(fā)明脈沖的功率譜密度曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖發(fā)生裝置包括數(shù)字信號(hào)源101，五個(gè)差分放大器201、202、203、204、205，五個(gè)電壓源401、402、403、404、405和五個(gè)恒流源301、302、303、304、305，第一差分放大器201，第二差分放大器202，第三差分放大器203，第四差分放大器204和第五差分放大器205的一個(gè)輸入端分別與數(shù)字信號(hào)源101的輸出端相連，第一差分放大器201，第二差分放大器202，第三差分放大器203，第四差分放大器204和第五差分放大器205的另一個(gè)輸入端分別與第一電壓源401，第二電壓源402，第三電壓源403，第四電壓源404和第五電壓源405相連，第一差分放大器201，第二差分放大器202，第三差分放大器203，第四差分放大器204和第五差分放大器205的公共端分別與第一恒流源301，第二恒流源302，第三恒流源303，第四恒流源304和第五恒流源305相連，第一差分放大器201，第二差分放大器202，第三差分放大器203，第四差分放大器204和第五差分放大器205的輸出端和脈沖輸出端子T1、T2共接。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施電路圖。圖示具體實(shí)例中，數(shù)字信號(hào)源是一個(gè)數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，其上升沿從-2V上升到2V時(shí)需要2ns，這個(gè)邊沿信號(hào)作為后續(xù)電路的輸入信號(hào)。第一差分放大器201由三極管Q1、Q2組成，第二差分放大器202由三極管Q3、Q4組成，第三差分放大器203由三極管Q5、Q6組成，第四差分放大器204由三極管Q7、Q8組成，第五差分放大器205由三極管Q9、Q10組成。
數(shù)字信號(hào)源的輸出端和三極管Q1、Q3、Q5、Q7、Q9的基極共接；三極管Q1和Q2的發(fā)射極和第一恒流源301的一端共接；三極管Q3和Q4的發(fā)射極和第二恒流源302的一端共接；三極管Q5和Q6的發(fā)射極和第三恒流源303的一端共接；三極管Q7和Q8的發(fā)射極和第四恒流源304的一端共接；三極管Q9和Q10的發(fā)射極和第五恒流源305的一端共接；三極管Q2的基極和第一電壓源401的一端共接；三極管Q4的基極和第二電壓源402的一端共接；三極管Q6的基極和第三電壓源403的一端共接；三極管Q8的基極和第四電壓源404的一端共接；三極管Q10的基極和第五電壓源405的一端共接；三極管Q1、Q3、Q6、Q8、Q9的集電極和限流電阻R1及脈沖輸出端子T1共接；三極管Q2、Q4、Q5、Q7、Q10的集電極和限流電阻R2及脈沖輸出端子T2共接。
工作原理如下設(shè)三極管Q1和Q2的集電極電流分別為I1和I2，三極管Q3和Q4的集電極電流分別為I3和I4，三極管Q5和Q6的集電極電流分別為I5和I6，三極管Q7和Q8的集電極電流分別為I7和I8，三極管Q9和Q10的集電極電流分別為I9和I10，通過限流電阻R1的電流為IA，通過限流電阻R2的電流為IB，第一恒流源301的電流為H1，第二恒流源302的電流為H2，第三恒流源303的電流為H3，第四恒流源304的電流為H4，第五恒流源305的電流為H5，第一電壓源401電壓為V1，第二電壓源402電壓為V2，第三電壓源403電壓為V3，第四電壓源404電壓為V4，第五電壓源405電壓為V5，數(shù)字信號(hào)源101的輸入電壓為V，Vt為熱電壓；根據(jù)差分放大器的傳輸特性，他們之間的關(guān)系為I1-I2＝H1*Tanh((V-V1)/(2*Vt))；I3-I4＝H2*Tanh((V-V2)/(2*Vt))；I5-I6＝H3*Tanh((V-V3)/(2*Vt))；I7-I8＝H4*Tanh((V-V4)/(2*Vt))；I9-I10＝H5*Tanh((V-V5)/(2*Vt))；另外，從電路中可知，IA＝I1+I3+I6+I8+I9，IB＝I2+I4+I5+I7+I10因此可得IA-IB＝H1*Tanh((V-V1)/(2*Vt))+H2*Tanh((V-V2)/(2*Vt))-H3*Tanh((V-V3)/(2*Vt))-H4*Tanh((V-V4)/(2*Vt))+H5*Tanh((V-V5)/(2*Vt))--------(1)則脈沖輸出端子T1和T2處就會(huì)產(chǎn)生如式(1)所示的窄脈沖，選擇電壓源的電壓V1＝-V2＝K*4.7V；V3＝-V4＝K*2.5V；V5＝0V；其中K為常量。選擇恒流源的電流H1/H2/H3/H4/H5＝16.36/16.36/53.2/53.2/73.8時(shí)，其波形圖如圖3所示。數(shù)字信號(hào)源的每個(gè)上升沿或下降沿就產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖信號(hào)。此時(shí)產(chǎn)生脈沖的功率譜密度符合FCC的規(guī)則要求，可以用于UWB通信系統(tǒng)，產(chǎn)生的脈沖的功率譜密度(PSD)和FCC對(duì)UWB系統(tǒng)規(guī)定的功率譜密度的對(duì)比圖如圖4所示(圖中的脈沖PSD的幅度作了歸一化處理)，圖中虛線為FCC對(duì)UWB系統(tǒng)的規(guī)定的功率譜密度，實(shí)線為本發(fā)明脈沖的功率譜密度曲線。
權(quán)利要求
1.一種用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖發(fā)生方法，其特征在于采用五個(gè)差分放大器分別以輸入電壓信號(hào)為變量，輸出雙曲正切函數(shù)的電流信號(hào)，利用與各差分放大器相連的電壓源控制各差分放大器輸出電流信號(hào)的偏移量，與各差分放大器相連的恒流源控制各差分放大器輸出電流信號(hào)的幅度，將五個(gè)差分放大器輸出的電流信號(hào)相加后輸出，通過改變五個(gè)差分放大器輸出電流信號(hào)的幅度和偏移量，在輸出端獲得用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖信號(hào)。
2.用于權(quán)利要求1所述的脈沖發(fā)生方法的裝置，其特征在于該裝置包括數(shù)字信號(hào)源(101)，五個(gè)差分放大器(201、202、203、204、205)，五個(gè)電壓源(401、402、403、404、405)和五個(gè)恒流源(301、302、303、304、305)，五個(gè)差分放大器的一個(gè)輸入端分別與數(shù)字信號(hào)源(101)的輸出端相連，五個(gè)差分放大器的另一個(gè)輸入端分別與五個(gè)電壓源中的一個(gè)相連，五個(gè)差分放大器的公共端分別與五個(gè)恒流源中的一個(gè)相連，五個(gè)差分放大器的輸出端和脈沖輸出端子(T1、T2)共接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖發(fā)生方法及其裝置。它是采用五個(gè)差分放大器分別以輸入電壓信號(hào)為變量，輸出雙曲正切函數(shù)的電流信號(hào)，利用與各差分放大器相連的電壓源控制各差分放大器輸出電流信號(hào)的偏移量，與各差分放大器相連的恒流源控制各差分放大器輸出電流信號(hào)的幅度，將五個(gè)差分放大器輸出的電流信號(hào)相加后輸出，通過改變五個(gè)差分放大器輸出電流信號(hào)的幅度和偏移量，在輸出端獲得用于超寬帶系統(tǒng)的脈沖信號(hào)。本發(fā)明電路簡(jiǎn)單，易于用集成電路實(shí)現(xiàn)，成本低，不需要微分器就能直接產(chǎn)生脈沖，產(chǎn)生的脈沖滿足FCC規(guī)則要求，可以直接用于超寬帶系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H03K3/00GK1688105SQ200510049939
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者王勇, 彭亮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)