專利名稱：采用表面聲波諧振器和脈沖整形方法的擴頻調(diào)制解調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及射頻(RF)調(diào)制解調(diào)器，更具體地說，本發(fā)明涉及引入上變換電路和脈沖整形電路以限制發(fā)送信號的頻率輸出的基于表面聲波的擴頻RF調(diào)制解調(diào)器。
背景技術(shù)：
隨著計算機使用量的高速增長，對通過無線連接連接的外圍設備和系統(tǒng)的需求量也在不斷增加。當前，在諸如安全報警、聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信、電話技術(shù)以及計算機安全的領(lǐng)域內(nèi)，無線應用的數(shù)量在高速增長。
當前，無線通信可以采用的方式有多種，例如超聲波、IR和RF。在RF無線通信中通常使用的通信技術(shù)是擴頻技術(shù)。擴頻通信是通過比發(fā)送被發(fā)送信息所需最小帶寬寬得多的頻帶擴頻發(fā)送信號的通信技術(shù)。通過進行信號擴頻，擴頻系統(tǒng)降低了對干涉和干擾的敏感度，從而實現(xiàn)高度數(shù)據(jù)完整性和高度數(shù)據(jù)安全性。此外，由于信號擴頻過程通過寬帶寬擴展發(fā)送功率，所以可以顯著降低帶寬內(nèi)任何給定頻率的功率電平，從而降低了對其它無線電設備的干擾。
擴頻通信系統(tǒng)通常為直接序列(DS)類型、跳頻(FH)類型，或者為將DS與FH組合在一起后兩者的混合。在直接序列擴頻通信中，利用偽隨機片碼調(diào)制數(shù)據(jù)信號，從而產(chǎn)生其頻率頻譜被通過寬帶寬擴頻的發(fā)送信號。發(fā)送信號具有低頻譜密度，并且對于沒有該代碼序列的接收機，它表現(xiàn)為噪聲。因此，擴頻通信提高了發(fā)送數(shù)據(jù)的安全性并降低了對在同一個環(huán)境內(nèi)運行的其它發(fā)射機和接收機的干擾。
擴頻通信系統(tǒng)中發(fā)射機的作用是根據(jù)待發(fā)送的數(shù)據(jù)擴頻信號，將待發(fā)送的每個位或每個位組轉(zhuǎn)換為多個比原始數(shù)據(jù)的帶寬寬的片碼。根據(jù)對該系統(tǒng)選擇的代碼序列進行擴頻。
接收機的作用是對擴頻信號進行解擴以恢復原始數(shù)據(jù)信號。在直接序列擴頻中，通過使接收信號與匹配發(fā)射機發(fā)送該信息所使用的偽噪聲碼的基準代碼相關(guān)，對該信號實現(xiàn)解擴。通過對該信號進行解擴，還可以對任何干擾信號進行擴頻。干擾信號通常包括偽隨機噪聲，而不包括容易消滅的循環(huán)噪聲。
一種擴頻相關(guān)技術(shù)是在將接收信號輸入到數(shù)字匹配濾波器之前，將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。其他的擴頻相關(guān)技術(shù)是利用表面聲波(SAW)器件來對接收擴頻信號實現(xiàn)相關(guān)。在厚度為0.5mm的石英圓片上建立的表面聲波器件允許在自由表面?zhèn)鞑ヂ暡ā１砻媛暡ㄆ骷糜趯㈦娦盘栟D(zhuǎn)換為聲信號，然后再通過壓電式變換器轉(zhuǎn)換回電信號。
表面聲波器件在包括擴頻相關(guān)器在內(nèi)的許多應用中都很有用，因為它們通常在寬帶寬內(nèi)運行。表面聲波相關(guān)器是為了利用射頻信號內(nèi)的相移相關(guān)識別特定片碼序列構(gòu)造的無源部件(在操作上類似于數(shù)字匹配濾波器相關(guān)器)。在模擬方面，表面聲波器件起到延遲線匹配濾波器的作用。它包括許多其延遲周期分別等于發(fā)送代碼時鐘周期的延遲單元，以便在任何時間，每個延遲單元均對應于接收信號的一個片碼。
隨著接收信號向表面聲波器件的下游傳播，與傳播波同相或異相附加各延遲單元的相位結(jié)構(gòu)。將所有延遲單元的輸出累加在一起以達到最大總相關(guān)值。當所有延遲單元的相移結(jié)構(gòu)匹配傳播波的相移時，則可以實現(xiàn)最大和數(shù)，即相關(guān)。
由于表面聲波器件本身是固定器件，所以通常在制造時對表面聲波相關(guān)器進行編程以匹配一個預定片碼序列。在構(gòu)造時通過設置在各延遲單元內(nèi)的變換器對表面聲波器件的相移結(jié)構(gòu)進行編程以產(chǎn)生基本相位匹配，并且一旦制造好，就不能再改變，從而與單個代碼序列相關(guān)。
因此，最好具有一種采用直接序列擴頻技術(shù)、成本低、尺寸小的RF調(diào)制解調(diào)器。這種RF調(diào)制解調(diào)器最好對發(fā)射機諧振器、相關(guān)器以及接收機相關(guān)器采用表面聲波器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及雙向直接序列擴頻半雙工RF調(diào)制解調(diào)器。RF調(diào)制解調(diào)器可以應用于發(fā)送和接收多種模擬和數(shù)字脈沖調(diào)制。由于RF調(diào)制解調(diào)器適于在多個頻率范圍內(nèi)運行，所以在此說明的第一個例子運行于902至928MHz的工業(yè)、科學及醫(yī)學(ISM)頻帶，在此構(gòu)造的第二個例子運行于2400至2483.5MHz的ISM頻帶內(nèi)。此外，這兩個例子采用本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造各種類型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的主要特征在于，在RF調(diào)制解調(diào)器內(nèi)引入兩個在一個單片襯底上制造的不同表面聲波(SAW)器件。第一表面聲波器件用作發(fā)射機振蕩器部分內(nèi)的諧振器，而第二表面聲波器件構(gòu)成調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送部分和接收部分使用的相關(guān)器。本發(fā)明的另一個主要特征在于，該調(diào)制解調(diào)器的功耗非常低。
所構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器作為脈沖發(fā)射機和接收機工作。從可以通用于許多不同類型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的意義上說，它具有通用性，下面將舉幾個例子進行說明。RF調(diào)制解調(diào)器可以用作分層通信系統(tǒng)如ISO OSI通信堆棧內(nèi)的物理層(PHY)。例如，脈沖發(fā)射機RF調(diào)制解調(diào)器可以用于提供各種調(diào)制方法，包括但并不局限于開關(guān)鍵控(OOK)、脈寬調(diào)制(PWM)、脈沖位置調(diào)制(PPW)或者任何其它類型的模擬或數(shù)字脈沖調(diào)制。
在第一實施例中，調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送部分包括采用表面聲波諧振器的振蕩器。根據(jù)待發(fā)送的數(shù)據(jù)，接通和斷開振蕩器的輸出。脈沖輸入到表面聲波相關(guān)器，表面聲波相關(guān)器用于輸出包括代碼序列的擴頻波形。事實上，表面聲波相關(guān)器被用作BPSK調(diào)制器。所使用的代碼序列是13位Barker碼，Barker碼適于具有高自相關(guān)特性。對擴頻序列進行放大并通過天線發(fā)送。
接收機首先利用帶通濾波器對接收信號進行濾波，然后利用低噪聲放大器(LNA)進行放大。將放大信號輸入到匹配濾波器/匹配相關(guān)器，匹配濾波器/匹配相關(guān)器檢測是否與Barker代碼序列匹配。如果檢測到匹配，則輸出代表原始脈沖的解擴脈沖。將該相關(guān)器的輸出輸入到峰值檢波器，峰值檢波器以線性和非線性方式檢波接收信號的包絡。產(chǎn)生動態(tài)基準信號并用于偏置用于產(chǎn)生二進制輸出數(shù)據(jù)信號的閾值。
本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的輸出功率PT約為10dBm。處理增益約為11dB。根據(jù)FCC的要求，利用直接序列擴頻技術(shù)實現(xiàn)的至少10dB的處理增益允許使用30dBmi的更高輸出功率電平。同時，有效輸出功率PTEFF為20dBm數(shù)量級。這相當于在自由空間內(nèi)、假定為0dBi天線約1000米的最遠通信距離(根據(jù)實際情況)。利用根據(jù)本發(fā)明在此說明的該RF調(diào)制解調(diào)器例子可以實現(xiàn)的最高脈沖速率接近1.5Mpps。
在第二實施例中，上變頻器/下變頻器用于將擴頻脈沖變換為高頻帶，或者由高頻帶變換擴頻脈沖。此外，有幾種技術(shù)可以使發(fā)送脈沖的頻譜變窄。詢問脈沖整形電路用于使輸入表面聲波器件的詢問脈沖的輪廓光滑。此外，表面聲波濾波器的結(jié)構(gòu)適于使擴頻波形的過渡和斷續(xù)平滑。不僅如此，脈沖選通電路用于減少表面聲波濾波器產(chǎn)生的RF泄漏。
在第三實施例中，通過使用多個分別利用與所有其它函數(shù)正交的唯一函數(shù)(即代碼)配置的相關(guān)器(即它們之間接近零交互作用)，可以提高傳輸位速率。主機適于提供N條數(shù)據(jù)輸入線數(shù)據(jù)輸出線。每個相關(guān)器具有各自的數(shù)據(jù)輸入線和數(shù)據(jù)輸出線。所有相關(guān)器通用的振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號。RF功率分配器/功率合成器用于將N個發(fā)送信號合成為合成發(fā)送信號并將接收的合成信號分割為多個饋送到各相關(guān)器的接收信號。
根據(jù)本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器具有實現(xiàn)成本低的優(yōu)勢，因為(1)所要求的硅的大小以及表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器的大小較小，所以降低了生產(chǎn)費用，提高了產(chǎn)量；(2)因為提高了產(chǎn)量并簡化了器件，所以簡化了部件的測試過程；以及(3)結(jié)果芯片的大小可以實現(xiàn)標準、廉價封裝。
采用直接序列擴頻技術(shù)具有許多優(yōu)勢，包括(1)調(diào)制解調(diào)器適于發(fā)送和接收非常窄的脈沖，非常窄的脈沖特別合乎于脈沖的收發(fā)；(2)由于存在擴頻處理增益，所以每個脈沖的有效傳輸功率提高了10dB；(3)對干擾具有固有抗擾性；(4)對帶外噪聲的固有濾波；(5)對帶內(nèi)噪聲的固有擴頻；(6)對通信有效的高動態(tài)范圍；以及(7)因為具有快速振蕩器喚醒時間，所以節(jié)省能源。
此外，利用上變頻器/下變頻器，本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器可以在任何要求頻帶運行，并且該RF調(diào)制解調(diào)器包括顯著降低帶外RF能量的電路系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種直接序列擴頻射頻(RF)調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)具有IF頻率的中頻(IF)振蕩器信號產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括用于整形脈沖輪廓的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻代碼序列波形擴頻整形脈沖，從而產(chǎn)生擴頻脈沖；發(fā)射機電路，包括將擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩(LO)信號混合以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；接收機電路，包括將接收信號與LO信號混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴接收擴頻脈沖以產(chǎn)生相關(guān)信號；以及檢波器，用于響應相關(guān)信號產(chǎn)生輸出信號。
此外，根據(jù)本發(fā)明還提供了一種對直接序列擴頻信號進行調(diào)制和解調(diào)的方法，該方法包括步驟根據(jù)IF頻率的中頻(IF)振蕩信號產(chǎn)生脈沖，其中對脈沖輪廓進行整形；利用擴頻代碼序列波形對整形脈沖進行擴頻以及由此產(chǎn)生擴頻脈沖；將擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩器(LO)信號混合并由此產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號；將接收信號與LO信號混合并由此產(chǎn)生IF頻率的接收擴頻脈沖；根據(jù)代碼序列解擴擴頻發(fā)送信號，并由此產(chǎn)生相關(guān)信號；以及響應相關(guān)信號檢波輸出信號。
根據(jù)本發(fā)明還提供了一種開關(guān)鍵控(OOK)直接序列擴頻射頻(RF)收發(fā)信機，該RF收發(fā)信機包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生固定時長數(shù)據(jù)輸入信號；以及RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，響應由IF頻率的中頻(IF)振蕩信號獲得的數(shù)據(jù)輸入信號，產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括對脈沖輪廓進行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻代碼序列波形擴頻整形脈沖，從而產(chǎn)生擴頻脈沖；發(fā)射機電路，包括將擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩(LO)信號混合以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；接收機電路，包括將接收信號與LO信號混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴擴頻發(fā)送信號以產(chǎn)生相關(guān)信號；以及檢波器，用于響應相關(guān)信號產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出信號。
此外，根據(jù)本發(fā)明還提供了一種脈寬調(diào)制(PWM)直接序列擴頻射頻(RF)收發(fā)信機，該RF收發(fā)信機包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的模擬輸入信號，產(chǎn)生脈寬調(diào)制數(shù)據(jù)輸入信號；RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，響應由IF頻率的中頻(IF)振蕩信號獲得的數(shù)據(jù)輸入信號，產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括對脈沖輪廓進行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻代碼序列波形擴頻整形脈沖，從而產(chǎn)生擴頻脈沖；發(fā)射機電路，包括將擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩(LO)信號混合以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；接收機電路，包括將接收信號與LO信號混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴擴頻發(fā)送信號以產(chǎn)生相關(guān)信號；檢波器，用于響應相關(guān)信號產(chǎn)生輸出信號；以及輸出電路，將輸出信號集成在一起以由此產(chǎn)生模擬輸出信號。
此外，根據(jù)本發(fā)明又提供了一種脈沖位置調(diào)制(PPM)直接序列擴頻射頻(RF)收發(fā)信機，該RF收發(fā)信機包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的模擬輸入信號，產(chǎn)生脈沖位置調(diào)制數(shù)據(jù)輸入信號；RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，響應由IF頻率的中頻(IF)振蕩信號獲得的數(shù)據(jù)輸入信號，產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括對脈沖輪廓進行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻代碼序列波形擴頻整形脈沖，從而產(chǎn)生擴頻脈沖；發(fā)射機電路，包括將擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩(LO)信號混合以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；接收機電路，包括將接收信號與LO信號混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴擴頻發(fā)送信號以產(chǎn)生相關(guān)信號；檢波器，用于響應相關(guān)信號產(chǎn)生輸出信號；以及輸出電路，根據(jù)斜坡函數(shù)限制輸出信號以由此產(chǎn)生模擬輸出信號。
此外，根據(jù)本發(fā)明還提供了一種直接序列擴頻射頻(RF)調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括振蕩器，用于產(chǎn)生中頻(IF)振蕩信號和本機振蕩(LO)信號；多個N發(fā)送/接收電路，每個發(fā)送/接收電路均包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)中頻(IF)振蕩信號產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括對脈沖輪廓進行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻代碼序列波形擴頻整形脈沖以產(chǎn)生擴頻脈沖；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴擴頻脈沖信號以產(chǎn)生相關(guān)信號；檢波器，用于響應相關(guān)信號產(chǎn)生輸出信號，其中利用與其它相關(guān)器內(nèi)的函數(shù)大致正交的唯一函數(shù)，對每個發(fā)送/接收電路內(nèi)的相關(guān)器進行配置；裝置，用于合成并發(fā)送由N發(fā)送/接收電路產(chǎn)生的N個擴頻脈沖信號作為合成發(fā)送信號；發(fā)射機電路，包括將擴頻脈沖與LO信號混合以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；裝置，用于接收合成發(fā)送信號并將它分割為N個接收信號；接收機電路，包括將接收信號與LO信號混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；其中N為正整數(shù)。


在此，將參考附圖，僅利用例子說明本發(fā)明，附圖包括圖1示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器的第一實施例的方框圖；圖2示出RF調(diào)制解調(diào)器的信號發(fā)生器電路的更詳細方框圖；圖3示出RF調(diào)制解調(diào)器的脈沖發(fā)生器電路的更詳細方框圖；圖4示出脈沖發(fā)生器電路的各信號的波形掃跡圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的諧振器、振蕩器以及RF開關(guān)部分的實施例例子的原理方框圖；圖6示出包括表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器在內(nèi)的表面聲波器件的結(jié)構(gòu)圖；圖7示出表面聲波諧振器的輸出脈沖響應曲線圖；圖8示出在RF調(diào)制解調(diào)器內(nèi)使用的表面聲波器件的頻率響應幅值曲線圖；圖9示出表面聲波相關(guān)器的自相關(guān)曲線；圖10示出線性FM表面聲波相關(guān)器的自相關(guān)曲線圖；圖11示出響應詢問脈沖表面聲波諧振器的輸出曲線圖；圖12示出RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送RF前端電路的更詳細方框圖；
圖13示出發(fā)送RF前端電路的各信號的波形掃跡圖；圖14示出RF調(diào)制解調(diào)器的接收RF前端電路的更詳細方框圖；圖15示出包括峰值檢波器和判決電路在內(nèi)的RF調(diào)制解調(diào)器的接收機電路的更詳細方框圖；圖16示出本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的通用狀態(tài)機的運行過程狀態(tài)圖；圖17示出通用狀態(tài)機的發(fā)送狀態(tài)機部分的運行過程的更詳細狀態(tài)圖；圖18示出通用狀態(tài)機的接收狀態(tài)機部分的運行過程的更詳細狀態(tài)圖；圖19示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實施例的信號發(fā)生器電路的更詳細方框圖；圖20示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實施例的發(fā)送RF前端電路的更詳細方框圖；圖21示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實施例的接收RF前端電路的更詳細方框圖；圖22示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的OOK通信系統(tǒng)的方框圖；圖23示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的PWM通信系統(tǒng)的方框圖；圖24示出PWM收發(fā)信機的幾個信號波形的示意圖；圖25示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的PPM通信系統(tǒng)的方框圖；圖26示出PPM收發(fā)信機的幾個信號波形的示意圖；圖27示出具有不止一個相關(guān)器的根據(jù)本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器的第四實施例的方框圖；以及圖28示出圖27所示RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送/接收電路的更詳細方框圖。
本發(fā)明的詳細說明本說明書使用的符號以下是本說明書中使用的符號。
術(shù)語 定義BPF 帶通濾波器BPSK二進制相移鍵控CMOS互補金屬氧化物半導體CNR 載波噪聲比DC 直流DS 直接序列FCC 聯(lián)邦通信委員會FET 場效應晶體管FH 跳頻FM 調(diào)頻IF 中頻IL 介入損耗IR 紅外線ISI 符號間干擾ISM 工業(yè)、科學及醫(yī)學頻帶ISO 國際標準化組織LNA 低噪聲放大器LO 本機振蕩器MOSFET 金屬氧化物半導體場效應晶體管NF 噪聲系數(shù)OOK 開關(guān)鍵控OSI 開放系統(tǒng)互連PC 個人計算機PPM 脈沖位置調(diào)制PWM 脈寬調(diào)制RF 射頻S/H 取樣和保持SAW 表面聲波SNR 信噪比本發(fā)明的詳細說明本發(fā)明涉及雙向直接序列擴頻半雙工RF調(diào)制解調(diào)器。RF調(diào)制解調(diào)器可以應用于發(fā)送和接收多種類型的模擬和數(shù)字脈沖調(diào)制。所說明的第一實施例包括核心RF調(diào)制解調(diào)器電路系統(tǒng)，該核心RF調(diào)制解調(diào)器電路系統(tǒng)以902MHz至928MHz的工業(yè)、科學及醫(yī)學(ISM)頻帶內(nèi)的RF頻率運行。所說明的第二實施例包括用于將所產(chǎn)生擴頻脈沖轉(zhuǎn)換到要求頻帶的上變頻器/下變頻器。盡管在此說明的第二實施例的例子在2.4GHz ISM頻帶內(nèi)運行，但是RF調(diào)制解調(diào)器可以在許多頻率范圍內(nèi)運行。然而，本發(fā)明并不局限于在此說明的這些例子的實現(xiàn)過程，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以將本發(fā)明原理應用于構(gòu)造其它運行頻率的RF調(diào)制解調(diào)器。
為了提高數(shù)據(jù)速率，所說明的第三實施例采用多個脈沖擴頻器(即相關(guān)器)組合在一起。此外，提供了幾個采用根據(jù)本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造各種類型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的例子，例如OOK通信系統(tǒng)、PWM通信系統(tǒng)以及PPM通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的幾個主要特征在于(1)在RF調(diào)制解調(diào)器內(nèi)引入兩個在一個單片襯底上制造的不同表面聲波(SAW)器件，其中第一表面聲波器件用于構(gòu)成調(diào)制解調(diào)器發(fā)射機部分內(nèi)的諧振器，而第二表面聲波器件用于構(gòu)成調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射機和接收機部分內(nèi)的相關(guān)器；(2)該調(diào)制解調(diào)器的功耗非常低；(3)運行期間可以接收非常窄的脈沖，因此可以提高SNR；以及(4)發(fā)送每位的有效能量為10dB，高于發(fā)射機能量，因為調(diào)制解調(diào)器具有處理增益。
此外，RF調(diào)制解調(diào)器引入用于降低發(fā)送要求頻帶之外脈沖的RF能量的電路系統(tǒng)。采用詢問脈沖整形電路使輸入到表面聲波器件的詢問脈沖的輪廓平滑。此外，表面聲波相關(guān)器的結(jié)構(gòu)適于使擴頻波形的過渡和斷續(xù)平滑。不僅如此，脈沖選通電路可以降低表面聲波相關(guān)器產(chǎn)生的RF泄漏。
RF調(diào)制解調(diào)器的第一實施例圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器的方框圖。通常用參考編號10表示的RF調(diào)制解調(diào)器包括發(fā)送電路系統(tǒng)和接收電路系統(tǒng)。一部分調(diào)制解調(diào)器，即表面聲波相關(guān)器被發(fā)射機和接收機所共享。
所構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器10作為脈沖發(fā)射機和脈沖接收機運行。從可以通用于許多不同類型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的意義上說，它具有通用性，以下將對其幾個例子進行說明。RF調(diào)制解調(diào)器可以用作分層通信系統(tǒng)如ISO OSI通信堆棧內(nèi)的物理層(PHY)。
例如，脈沖收發(fā)信機RF調(diào)制解調(diào)器10可以用于構(gòu)造不同類型通信系統(tǒng)，例如開關(guān)鍵控(OOK)、脈寬調(diào)制(PWM)、脈沖位置調(diào)制(PPM)或其它類型的脈沖調(diào)制。請注意，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以將根據(jù)本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器應用于構(gòu)造基于其它類型的脈沖調(diào)制的通信系統(tǒng)。以下將首先說明RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送路徑，然后說明接收路徑。
主機12提供有待通過調(diào)制解調(diào)器發(fā)送的數(shù)據(jù)并將它輸入到控制器38?？刂破?8包括用于產(chǎn)生調(diào)制解調(diào)器使用的定時信號和控制信號的電路系統(tǒng)。該控制器還設置到主機設備的接口。在此說明的調(diào)制解調(diào)器例子中，控制器是作為狀態(tài)機實現(xiàn)的。然而，請注意，在本發(fā)明范圍內(nèi)，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以以許多其它方式構(gòu)造此控制器。
主機包括任何適當數(shù)字數(shù)據(jù)源，例如微控制器、微處理器、微型計算機、個人計算機或其它數(shù)據(jù)計算裝置。主機輸出的數(shù)據(jù)速率可以是發(fā)射機支持的任何速率。在在此說明的調(diào)制解調(diào)器例子中，主機輸出的數(shù)據(jù)速率最高為1.5Mbps。這樣就承受20Mcps或50ns/片碼的相關(guān)器片碼速率。利用13片碼擴頻代碼序列對脈沖進行擴頻會產(chǎn)生13×50＝650ns/脈沖。因此，調(diào)制解調(diào)器的最大脈沖速率為1650ns≅1.5Mbps.]]>信號發(fā)生器14用于產(chǎn)生調(diào)制解調(diào)器使用的、包括射頻(RF)信號在內(nèi)的振蕩信號和時鐘信號。在此所示的RF調(diào)制解調(diào)器例子中，選擇RF以在900MHz ISM頻帶內(nèi)產(chǎn)生RF等于915MHz的發(fā)送脈沖。
脈沖發(fā)生器16用于根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)選通RF信號。表面聲波器件20是一個三端口器件并且用作擴頻與解擴單元。匹配網(wǎng)絡18、22、34用于將表面聲波器件分別電連接到脈沖發(fā)生器16、Tx/Rx前端電路26、32以及接收機電路36。
在發(fā)送方向，通過Tx/Rx開關(guān)24，將脈沖發(fā)生器的輸出輸入到發(fā)送RF前端26。發(fā)送RF前端對該脈沖進行放大，并通過天線接口28將它輸出到天線30。
在接收方向，接收RF前端電路32對天線30發(fā)送的信號進行放大，然后通過Tx/Rx開關(guān)24將它輸入到表面聲波相關(guān)器20。將結(jié)果解擴信號輸入到接收機電路系統(tǒng)36，接收機電路系統(tǒng)36用于恢復接收數(shù)據(jù)。
圖2示出RF調(diào)制解調(diào)器的信號發(fā)生器電路的更詳細方框圖。RF調(diào)制解調(diào)器10作為脈沖發(fā)射機/接收機運行，其中RF開關(guān)以開關(guān)方式對振蕩器輸出的信號進行調(diào)制。信號發(fā)生器提供產(chǎn)生RF振蕩信號的信源，用于產(chǎn)生詢問脈沖，將該詢問脈沖送到表面聲波相關(guān)器，該信號發(fā)生器還用于對控制器內(nèi)的狀態(tài)機提供基本時鐘信號。頻率源40與振蕩電路42相連。頻率源包括任何適當器件，例如石英晶體、陶瓷諧振器、表面聲波諧振器等。在此例中，信號發(fā)生器14是基于表面聲波諧振器的振蕩器。在同一個襯底上實現(xiàn)所使用的表面聲波諧振器190(參考結(jié)合圖6所述)和表面聲波相關(guān)器。請注意，該振蕩器可以包括負阻振蕩器。另一方面，本發(fā)明還可以采用其它類型的振蕩器。請注意，振蕩器的喚醒時間主要依賴于要求的數(shù)據(jù)速率。例如，為了實現(xiàn)1Mbps的數(shù)據(jù)速率，要求喚醒時間低于10微秒。
振蕩器的輸出包括RF振蕩信號(例如在900MHz ISM頻帶內(nèi)使用的915MHz)。請注意，由于信號發(fā)生器電路產(chǎn)生的信號同時被發(fā)射機和接收機使用，所以該電路消耗的電流最少。
請注意，基于表面聲波的諧振器可以在大小、成本以及性能之間提供良好折衷方案。在此實施例的例子中，表面聲波諧振器的中心頻率優(yōu)先為精度為Δf＝±0.1MHz的915MHz。此頻率位于902至928MHzISM頻帶的中間。請注意，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以將本發(fā)明應用于其它頻帶內(nèi)，例如2.4GHz ISM頻帶。品質(zhì)因數(shù)(Q)優(yōu)先是這樣的，即諧振器3dB帶寬為Δf＜10MHz。在中心頻率，介入損耗(IL)優(yōu)先為IL＜3dB，而中心頻率的阻抗Z0小于50歐姆。
表面聲波諧振器與其中心頻率fc為準確度為Δf＝±0.1MHz的915MHz的振蕩電路相連。振蕩器的“喚醒時間”優(yōu)先是這樣的，即從對其施加電壓(例如3V)的時間開始，在10μs內(nèi)，振蕩器的輸出變得穩(wěn)定(根據(jù)中心頻率和輸出功率)。振蕩器輸出信號的功率較低，例如-30dB，因此必須進行放大。
根據(jù)在此說明的實施例例子的頻率范圍，要求振蕩器在905MHz至925MHz的頻率范圍內(nèi)振蕩。此頻率范圍接近相關(guān)器的帶寬。因此，這意味著，諧振器要求Q≈20/900≈2.2％。此Q較低，但是是所要求的Q，因為它允許振蕩器具有很短的“喚醒時間”。采用具有短喚醒時間的低Q諧振器和寬帶相關(guān)器，可以顯著節(jié)省能量。
圖3示出RF調(diào)制解調(diào)器的脈沖發(fā)生器電路的更詳細方框圖。脈沖發(fā)生器16用于產(chǎn)生接近100ns的RF脈沖，利用該RF脈沖詢問表面聲波相關(guān)器。脈沖發(fā)生器電路系統(tǒng)是正邊緣觸發(fā)的，即線路中由低到高過渡的數(shù)據(jù)啟動順序產(chǎn)生脈沖。它可以作為狀態(tài)機實現(xiàn)，該狀態(tài)機包括接通并斷開產(chǎn)生脈沖的模擬單元的定時機構(gòu)。所示的脈沖發(fā)生器不是利用狀態(tài)機實現(xiàn)的，而是利用硬件單元構(gòu)造的另一種實施方式。
主機輸出的輸入數(shù)據(jù)觸發(fā)兩個單觸發(fā)器件142、144(即單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器)。第一不可再觸發(fā)單觸發(fā)器件142產(chǎn)生時長為tD1的信號SW_CONT。第二不可再觸發(fā)單觸發(fā)器件144產(chǎn)生時長為tD2的脈沖，該脈沖隨后觸發(fā)第三不可再觸發(fā)單觸發(fā)器件146。被表示為PULSE_OUT的輸出脈沖具有高時長tD3。單觸發(fā)器件144對表面聲波放大器154提供實現(xiàn)穩(wěn)定的建立時間。
通過“與”門152，單觸發(fā)器件146產(chǎn)生的PULSE_OUT信號與RF振蕩信號選通。將結(jié)果選通詢問脈沖輸入到非差動功率放大器154，所匹配的非差動功率放大器154將最大功率送到表面聲波相關(guān)器的輸入端。放大器154的輸出被表示為SAW_IN，將它輸入到表面聲波相關(guān)器。
根據(jù)本發(fā)明，對詢問脈沖的輪廓進行整形以降低邊頻帶頻率的頻譜密度。功率整形電路150對輸入到放大器154的功率進行控制，從而為詢問脈沖提供上坡和下坡包絡。利用單觸發(fā)器件142輸出的SW_CONT信號對從VCC到整形電路的功率進行控制。
圖4示出脈沖發(fā)生器電路16的各信號的波形掃跡圖。結(jié)果詢問脈沖SAW_IN包括3部分。在此說明的調(diào)制解調(diào)器例子中，上坡和下坡部分的時長約為30ns，而內(nèi)部固定部分的時長約為115ns(即56個RF周期)。
另一方面，還可以利用RF開關(guān)產(chǎn)生詢問脈沖以建立RF信號短脈沖。脈沖時長約在0.5至2片碼范圍內(nèi)(即25ns至100ns)。當不處于“接通”狀態(tài)時，優(yōu)先采用RF開關(guān)在輸入與輸出之間設置至少50dB的強隔離。其輸入阻抗優(yōu)先不低于10K歐姆，并且不高于5pF。其輸出阻抗優(yōu)先為50歐姆。Data In信號的控制輸入到的正輸入會使開關(guān)處于接通狀態(tài)或?qū)顟B(tài)。另一方面，在把負信號或0信號輸入到控制輸入時，該開關(guān)適于接通。
因此，響應Data In信號，該開關(guān)適于輸出低功率脈沖載波信號，即詢問脈沖，其寬度在約0.5片碼至2片碼(即25ns至100ns)范圍內(nèi)。然后，利用開關(guān)放大器放大該信號。該放大器適于將開關(guān)輸出的-30dBm的弱輸入信號放大到接近10dBm至15dBm的輸出功率。放大器運行的中心頻率為915MHz，其帶寬至少為50MHz。輸出阻抗優(yōu)先為50歐姆。該放大器的喚醒時間優(yōu)先為100ns，即根據(jù)規(guī)定，在100ns內(nèi)，該放大器穩(wěn)定。要求該放大器具有高增益以補償表面聲波相關(guān)器產(chǎn)生的、高達15dB至20dB的介入損耗。
圖5示出諧振器、振蕩器以及RF開關(guān)的實施例例子的原理方框圖。通常用參考編號50表示的電路包括與晶體管64的基極相連的頻率源56(即表面聲波諧振器)。通過電阻器58，偏壓電阻器54與VCC相連。集電極連接到RF扼流圈60，然后通過電容器62連接到地線。RF扼流圈和電容器有助于將RF能量與電源隔離開。晶體管64的發(fā)射極與并聯(lián)的電阻器66和電容器68相連。固定電容器68與和集電極并聯(lián)的可變電容器70串聯(lián)。諧振器和晶體管適于構(gòu)成負阻抗振蕩器，其輸出就是集電極信號。對該晶體管進行配置以用作該電路內(nèi)的正反饋單元。
諧振器56可以包括任意適當諧振器，但優(yōu)先為其中心頻率確定振蕩器的振蕩頻率的表面聲波諧振器。以下將更詳細說明表面聲波諧振器的結(jié)構(gòu)。通過電容器72，振蕩器的輸出連接到由FET晶體管78構(gòu)成的第一開關(guān)，F(xiàn)ET晶體管78的控制極通過電阻器76連接到地線，并且通過電阻器74連接到Data In信號。通過由電阻器80、82構(gòu)成的分壓器，其源極端連接到VCC，電阻器80、82與由電阻器84和電容器86構(gòu)成的RC電路相連。
通過耦合電容器92，F(xiàn)ET 78的輸出連接到由FET晶體管98構(gòu)成的第二開關(guān)，F(xiàn)ET晶體管98的控制極通過電阻器9連接到地線，并通過電阻器94連接到Data In信號。通過由電阻器88、82構(gòu)成的分壓器，源極端連接到VCC，電阻器88、82與由電阻器110和電容器114構(gòu)成的RC電路相連。串聯(lián)使用兩個級聯(lián)開關(guān)以在開關(guān)斷開時提供高反向隔離電平。在一個開關(guān)不能提供足夠隔離的情況下，兩個開關(guān)可以有效地使隔離翻倍。這種串聯(lián)組合可以在輸入與輸出之間提供50dB數(shù)量級的隔離。此外，該開關(guān)還適于快速(即2ns數(shù)量級時間)斷開。
通過電容器90，將第二開關(guān)的輸出輸入到雙控制極n溝道增強型MOSFET106的一個控制極，電容器90通過電阻器120連接到地線。其另一個控制極通過電容器100連接到地線，并且連接到由與VCC相連的固定電阻器102和與地線相連的可變電阻器120構(gòu)成的分壓器。對晶體管106進行配置以放大振蕩信號。該晶體管的源極端通過FET開關(guān)118和RF扼流圈108連接到VCC(通過電容器116與地線相連)。對于RF頻率，RF扼流圈有助于將晶體管106與電源隔離開。FET開關(guān)118的控制極與通過電阻器122、124連接在Data In信號與地線之間的分壓器相連。FET開關(guān)118用于控制輸入到晶體管106的DC功率。對該開關(guān)進行配置以僅在Data In線上的數(shù)據(jù)為高時(即“1”)導通，從而降低了該放大器的功耗。
通過耦合電容器112，將晶體管106的輸出連接到輸出FET開關(guān)130。開關(guān)130的控制極與通過電阻器126、128連接在Data In信號與地線之間的分壓器相連。通過耦合電容器132，將該開關(guān)的輸出連接到放大級。
本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的一個主要特征是對發(fā)送過程和接收過程采用一個表面聲波相關(guān)器20。當調(diào)制解調(diào)器處于發(fā)送狀態(tài)時，將詢問脈沖輸入到調(diào)諧/阻抗匹配網(wǎng)絡18。匹配電路18用于使脈沖發(fā)生器16的輸出端的阻抗這樣與表面聲波器件匹配，即表面聲波器件承受50歐姆的輸入阻抗。
表面聲波相關(guān)器輸出其波形基于表面聲波器件的特性的信號。如下更詳細說明的那樣，所構(gòu)造的表面聲波相關(guān)器輸出的擴頻信號波形即13位Barker碼。然而，還可以采用其它擴頻碼構(gòu)造該調(diào)制解調(diào)器。響應匹配電路18輸入的詢問脈沖，表面聲波器件輸出例如500ns至700ns的時長更寬的擴頻波形。將表面聲波器件20的輸出輸入到第二調(diào)諧/阻抗匹配網(wǎng)絡22，第二調(diào)諧/阻抗匹配網(wǎng)絡22提供50歐姆的輸出阻抗。表面聲波相關(guān)器的介入損耗高達15dB至20dB。表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器以下將更詳細說明本發(fā)明的表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器。圖6示出包括表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器在內(nèi)的表面聲波器件的結(jié)構(gòu)圖。在一個優(yōu)先由石英晶體、ST切片制成的壓電襯底上構(gòu)造表面聲波器件20。也可以采用石英之外的材料制造該襯底，只要所使用的材料具有可接受的溫度穩(wěn)定性即可。表面聲波器件20包括兩個表面聲波部件，即諧振器190和相關(guān)器160。相關(guān)器是無源單元，它用作直接序列擴頻的擴頻與解擴單元。以下將首先從諧振器開始對它們進行詳細說明。請注意，表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器適于設置到約1.5mm2大小的芯片上。
諧振器190是一個兩端器件，它與振蕩電路42(如圖2所示)相連，更詳細地說，它與晶體管64(如圖5所示)的基極相連。諧振器190包括與信號電極194、198、202相連的輸入端192。信號電極194、198、202分別具有梳狀結(jié)構(gòu)196、200、204，它們用于將電信號轉(zhuǎn)換為表面聲波。請注意，不同于電極200，側(cè)向電極196、204橫跨整個間隔?；ハ喾蛛x開預定距離的兩組信號電極將表面聲波轉(zhuǎn)換為電信號。利用眾所周知的光刻技術(shù)，將兩組信號電極成型在石英晶體襯底上，并且可以利用具有低電阻率的任何適當導體材料(例如鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)等)來制造這兩組信號電極。優(yōu)先采用鋁(Al)，因為它具有低成本、易刻蝕的優(yōu)勢。
相關(guān)器160是一個六端器件，它適于用作橫向13位Barker碼BPSK相關(guān)器(即匹配濾波器)。在第一實施例中，相關(guān)器的中心頻率f為精度為Δf＝±0.1MHz的915MHz。相關(guān)器的位速率(即片碼速率)至少為20Mbps。相關(guān)器的輸入阻抗和輸出阻抗均適于接近50歐姆。
重要的是應該注意，具有不同代碼、不同速率、不同運行頻率并采用不同調(diào)制技術(shù)的相關(guān)器在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知，并且可以用于本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器。
相關(guān)器160包括與輸入信號電極164相連的輸入端162。輸入電極包括具有梳狀結(jié)構(gòu)的叉指式變換器166，叉指式變換器166構(gòu)成輸入變換器。設置導體表面168與輸入變換器串聯(lián)并用于吸收RF能量，以有助于避免RF能量從輸入端泄漏到輸出端。設置信號電極172與吸收表面168串聯(lián)。
將輸出信號電極連接到與Tx/Rx開關(guān)相連的輸出端174。輸出信號電極包括具有梳狀結(jié)構(gòu)、用于將電信號變換為表面聲波的叉指式變換器170，它構(gòu)成輸出變換器。
設置導體表面176與輸出變換器串聯(lián)。與導體表面176串聯(lián)的Rx變換器包括信號電極180和叉指式變換器182。
在發(fā)送方向，詢問脈沖通過相關(guān)器輸入端進入表面聲波器件，并被輸出變換器擴頻?；ハ喾蛛x開預定距離的、叉指式變換器的輸入信號電極和輸出信號電極用于將表面聲波轉(zhuǎn)換為電信號。通過Tx/Rx開關(guān)，將在輸出端174之間產(chǎn)生的結(jié)果電擴頻脈沖輸入到發(fā)送RF前端電路。
利用眾所周知的光刻技術(shù)在石英晶體襯底上形成信號電極和吸收表面，并且該信號電極和吸收表面由具有低電阻率的任意適當導體材料(例如鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)等)制成。優(yōu)先采用鋁(Al)，因為它具有成本低、易刻蝕的優(yōu)勢。
在接收方向，通過現(xiàn)在用作輸入變換器而非用作輸出變換器的Tx/Rx開關(guān)，將從天線接收的擴頻脈沖輸入到中心變換器。輸入變換器用于解擴脈沖，Rx變換器182將結(jié)果解擴脈沖輸出到接收電路。
在壓電襯底上形成所有變換器，用作表面聲波相關(guān)器或匹配濾波器。形成中心變換器內(nèi)的梳狀電極對以在發(fā)送期間提供用作擴頻波形的Barker碼序列，而在接收期間提供用作解擴波形的Barker碼序列。以對應于片碼速率的間隔形成中心變換器內(nèi)的梳狀電極對。在此說明的RF調(diào)制解調(diào)器例子中，相關(guān)器包括13個梳狀單元170。每個梳狀單元分別用于倒置相位或不倒置相位。
請注意，本發(fā)明的表面聲波相關(guān)器是一個雙向器件。該相關(guān)器的輸出依賴于信號流的方向。圖7示出表面聲波諧振器的脈沖響應曲線圖。此曲線圖示出表面聲波相關(guān)器根據(jù)δ函數(shù)產(chǎn)生的脈沖響應。曲線圖示出了相對振幅與時間的關(guān)系。沿著曲線圖的頂端是相位倒置的表示(即“+”或“-”)，正如13個梳狀單元所執(zhí)行的那樣。“+”表示沒有進行相位倒置，而“-”表示180度的相位倒置。對13個梳狀單元進行配置以產(chǎn)生13位Barker碼(+、+、+、+、+、-、-、+、+、-、+、-、+)，RF調(diào)制解調(diào)器使用這13位Barker碼。例如，在第五梳狀單元與第六梳狀單元之間發(fā)生相位倒置(即+到-)。假定片碼速率為20Mcps(即50ns/片碼)，則可以在650ns內(nèi)發(fā)送13個擴頻碼。
利用多個信元實現(xiàn)輸出變換器的各位。利用具有交變極性{-1，1}的電極以及被隔離或短接的電極的組合實現(xiàn)每個信元。構(gòu)成各位的電極的數(shù)量有150到250個。利用電極位置的周期及其極性的交變過程，確定相關(guān)器的運行中心頻率f0(例如915MHz)。請注意，如果V是表面聲波的有效速度，則數(shù)值 是諧振波長。輻射的表面聲波具有離散值Se的諧振，離散值Se是在一個周期L內(nèi)置換的電極數(shù)。Se值可等于2、3、4、3/2、4/3等。
用h0(t)表示表面聲波相關(guān)器的13位編碼輸出脈沖特性。以分別表示輸出變換器和輸入變換器的脈沖響應的h1(t)和h2(t)的卷積[h1(t)*h2(t)]來計算要求的H(t)?？梢赃@樣使用這兩個變換器，即h1(t)等同于13位代碼[+、+、+、+、+、-、-、+、+、-、+、-、+]，而h2(t)為短時均勻信號。h2(t)的延遲必須比h1(t)少1位。擴頻碼序列實際用于配置表面聲波相關(guān)器20的代碼對于系統(tǒng)運行很重要。然而，優(yōu)先選擇擴頻碼序列以使一個或多個要求的特性最高，這些特性包括但并不局限于自相關(guān)、抗擾性、發(fā)送頻譜、以及低符號間干擾(ISI)。在美國，為了在ISM頻帶內(nèi)進行發(fā)送，F(xiàn)CC要求代碼序列包括10個或更多個片碼，并且還要求系統(tǒng)具有處理高于或等于10dB處理增益的能力。因此，本發(fā)明采用接近FCC最低要求的短代碼序列。
盡管本發(fā)明可以使用多種不同的擴頻碼序列以及諸如線性FM的其它功能，但是擴頻碼是從眾所周知的Barker碼中選擇的。這些代碼的特性在于具有良好自相關(guān)特性。采用{1111100110101}的專用Barker碼呈現(xiàn)良好頻譜平頂性并且具有低非相關(guān)值。請注意，該代碼序列的長度為13個片碼，因此可以提供超過FCC最小值3個片碼的余量。匹配濾波器/匹配相關(guān)器對于各1，相關(guān)系數(shù)為+1，對于各0，相關(guān)系數(shù)為-1，13個擴頻碼會產(chǎn)生以下用于構(gòu)造表面聲波相關(guān)器的系數(shù)+1、+1、+1、+1、+1、-1、-1、+1、+1、-1、+1、-1、+1。圖8示出RF調(diào)制解調(diào)器使用的表面聲波器件的頻率響應曲線圖。圖8示出以dB為單位的功率與頻率的關(guān)系。該頻率響應適于覆蓋ISM頻帶(即902MHz至928MHz)。用h(t)表示的頻率響應的時間表達式用于計算自相關(guān)函數(shù)a(t)，它是h(t)和h(-t)的卷積，即a(t)＝h(t)*h(-t)。圖9示出表面聲波相關(guān)器的自相關(guān)曲線圖。自相關(guān)的各波瓣寬度分別為約50ns。處理增益比至少為11dB＝10*log10(13)。請注意，13個峰或波瓣(其中有12個小峰，中間有一個大峰)對應于在相關(guān)器內(nèi)配置的13位Barker碼。
重要的是請注意，本發(fā)明并不局限于使用BPSK表面聲波相關(guān)器。通常，在該調(diào)制解調(diào)器內(nèi)可以使用任何類型的脈沖壓縮器。更具體地說，可以利用諸如BPSK、線性FM以及非線性FM等任何適當擴頻表面聲波技術(shù)實現(xiàn)本發(fā)明。
如果采用線性FM脈沖壓縮技術(shù)，則可以用等式1表示該信號V(t)＝sin[2πf(t)t](1)其中頻率函數(shù)f(t)＝a·t是隨時間上升的線性函數(shù)。圖10示出線性FM表面聲波相關(guān)器例子的自相關(guān)曲線圖。請注意，該線性FM自相關(guān)函數(shù)形狀與BPSK自相關(guān)函數(shù)形狀的不同之處在于，線性FM函數(shù)的包絡是逐漸下降的。
如果采用線性FM脈沖壓縮技術(shù)，則利用上述等式1表示該信號，但是其中頻率函數(shù)f(t)＝a·t2為隨時間上升的非線性函數(shù)。請注意，還可以采用其它頻率函數(shù)。
圖11示出發(fā)送期間表面聲波諧振器的輸出響應曲線圖。此曲線圖示出在發(fā)送期間產(chǎn)生的表面聲波相關(guān)器的輸出響應。該曲線圖示出了相對振幅與時間的關(guān)系。沿著曲線圖的頂端是相位倒置的表示(即“+”或“-”)，正如13個梳狀單元所執(zhí)行的那樣。“+”表示沒有進行相位倒置，而“-”表示180度的相位倒置。對13個梳狀單元進行配置以產(chǎn)生13位Barker碼{+、+、+、+、+、-、-、+、+、-、+、-、+}，RF調(diào)制解調(diào)器使用這13位Barker碼。
顯然，該相關(guān)器產(chǎn)生的擴頻脈沖包括平滑過渡。電學領(lǐng)域眾所周知，以這樣的方式構(gòu)造叉指式變換器，即顯著降低所產(chǎn)生的擴頻脈沖的邊頻帶。
產(chǎn)生擴頻脈沖之后，該相關(guān)器產(chǎn)生由表面聲波器件內(nèi)的RF耦合引起的不希望的RF泄漏脈沖210。根據(jù)本發(fā)明，脈沖選通電路用于消除該相關(guān)器輸出中的RF泄漏脈沖。該脈沖選通電路包括設置在表面聲波相關(guān)器之前和之后的開關(guān)裝置(即RF開關(guān)、FET開關(guān)等)。控制器以反向方式操作各開關(guān)，因此當?shù)谝婚_關(guān)斷開時，第二開關(guān)閉合，反之亦然。因此，在操作過程中，控制器斷開第一開關(guān)，而閉合第二開關(guān)以允許詢問脈沖進入該相關(guān)器，同時避免輸出RF泄漏脈沖。在某個周期之后，第一開關(guān)閉合，而第二開關(guān)斷開，從而使擴頻脈沖輸出到發(fā)送電路系統(tǒng)。
將匹配網(wǎng)絡22的輸出輸入到Tx/Rx開關(guān)24，Tx/Rx開關(guān)24受控于主機或其它控制裝置/配置裝置產(chǎn)生的Tx/Rx控制信號。在開關(guān)24處于Tx狀態(tài)時，將阻抗匹配網(wǎng)絡24的輸出輸入到發(fā)送RF前端電路26。
圖12示出RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送RF前端電路的更詳細方框圖。發(fā)送RF前端電路26提供最后一級放大級并饋送到天線。該電路包括具有差動輸出的RF放大器220。根據(jù)控制器輸出的Tx_PWR，開關(guān)222對送到該放大器的VCC進行控制。此外，還利用該控制器輸出的Tx_GAIN_CTRL信號設置該放大器的增益。該放大器的輸入是該相關(guān)器以RF頻率(例如915MHz)輸出的擴頻脈沖(即13位BPSK序列)。
輸出放大器220具有約40dB的增益。為了將表面聲波相關(guān)器的衰減輸出(例如-30dB至-20dB)放大到接近15dBm量級，需要此量級的增益。該放大器的輸入阻抗優(yōu)先為50歐姆。請注意，在一個實施例中，優(yōu)先將該信號放大兩倍，即利用位于表面聲波相關(guān)器之前的第一放大器放大到10dB，然后利用表面聲波相關(guān)器之后的第二放大器放大到30dB，而非采用具有較大增益的單個放大器。然而，由于表面聲波相關(guān)器20的延遲線的影響，為了避免在該電路中發(fā)生振蕩，不同時接通這兩個放大器。請注意，開關(guān)時間在10ns至20ns數(shù)量級的放大器足以。
請注意，在另一種可供選擇的實施例中，所構(gòu)造的調(diào)制解調(diào)器可以具有兩個或多個運行模式，例如高數(shù)據(jù)速率、小范圍模式和低數(shù)據(jù)速率、大范圍模式。在高數(shù)據(jù)速率模式下，將放大器的增益設置為低增益以利用放大器的良好線性。在低數(shù)據(jù)速率模式下，將放大器的增益設置為高增益，這樣降低了線性，但是提高了有效范圍。由放大器輸出的Tx_GAIN_CTRL信號確定這兩種增益狀態(tài)。
在低數(shù)據(jù)速率運行模式下，利用間隔的足夠遠的脈沖來詢問相關(guān)器，以使得從相關(guān)器輸出的脈沖相互之間不重疊。換句話說，不產(chǎn)生符號間干擾(ISI)。隨著詢問脈沖間隔的越來越近，從相關(guān)器輸出的脈沖開始發(fā)生重疊，從而產(chǎn)生ISI。使詢問脈沖間隔靠近，可以實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。
基于表面聲波的擴頻收發(fā)信機可以處理這些高數(shù)據(jù)速率，因為該表面聲波相關(guān)器是線性的。即使對于高數(shù)據(jù)速率，線性表面聲波相關(guān)器仍可以實現(xiàn)同樣的解擴過程，只要位于該相關(guān)器之前的放大器保持線性即可。因此，為了通過有意識地產(chǎn)生ISI來實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率要求在接收機前端電路內(nèi)使用線性非常良好的放大器。然而，請注意，在以高位速率(例如從1Mbps到4Mbps)運行時，該收發(fā)信機更易受到干擾和信道損傷。
將功率放大器的RF輸出輸入到天線接口28，天線接口28將天線30連接到發(fā)送RF前端電路和接收RF前端電路。例如，天線接口可以包括任意適當?shù)腞F開關(guān)。當處于Tx狀態(tài)時，該開關(guān)將放大器的輸出到連接到天線。天線可以包括任意適當配置，包括但并不局限于具有平衡饋給的印刷偶極子、沒有非平衡饋給的印刷同軸偶極子、具有非平衡饋給的印刷單極子、具有非平衡饋給的單極螺線、具有非平衡饋給的印刷凹槽、具有非平衡饋給的印刷螺旋線、印刷半環(huán)路、通過通路或小型環(huán)路連接到地線的印刷插線。
圖13示出發(fā)送RF前端電路的各信號的波形掃跡圖。控制器可以產(chǎn)生發(fā)送電路需要的定時與控制信號?？梢宰鳛闋顟B(tài)機實現(xiàn)控制器的發(fā)送控制部分。在這種情況下，正邊緣觸發(fā)該狀態(tài)機以在數(shù)據(jù)每次由低過渡到高時順序激活放大器。
響應線路內(nèi)的數(shù)據(jù)，狀態(tài)機產(chǎn)生Tx_PWR信號。在接通該放大器之前，采用tSU的選通時間延遲。如上所述，采用脈沖選通可以避免相關(guān)器輸出RF泄漏。在擴頻脈沖期間，即在約800ns的時間內(nèi)，保持該放大器接通。
請注意，利用兩個串聯(lián)的單觸發(fā)器件可以實現(xiàn)發(fā)送狀態(tài)機的功能。兩個單觸發(fā)器件均可以被再觸發(fā)。第一單觸發(fā)器件所具有的時長等于脈沖選通延遲tSU。第二單觸發(fā)器件所具有的時長等于擴頻脈沖寬度，約為800ns。
圖14示出RF調(diào)制解調(diào)器的接收RF前端電路的更詳細方框圖。在接收通路中，通過天線接口28，將從天線30接收的信號輸入到接收RF前端電路32。接收電路包括低噪聲放大器(LNA1)230。然后，將RF信號輸出到表面聲波相關(guān)器。利用控制器輸出的Rx_PWR信號，開關(guān)232對送到LNA的VCC進行控制。
請注意，還可以構(gòu)造接收電路使其具有兩種運行模式高位速率、小范圍模式和低位速率、大范圍模式。高位速率模式具有高載波-噪聲比(CNR)和小信道多徑效應從而實現(xiàn)高位速率運行過程。此模式下的主要問題是處理ISI的影響。低位速率模式具有低CNR和嚴重信道多徑效應和衰落效應，因此要求低位速率運行過程。此模式下的主要問題是處理弱接收信號和多徑效應。
請注意，不同于典型現(xiàn)有技術(shù)電路，除了簡單LC濾波器之外，在天線與LNA1之間不需要復雜RF濾波器，從而在大動態(tài)范圍內(nèi)發(fā)送信號和接收信號。這樣就需要接收RF前端電路具有非常大的動態(tài)范圍。
將接收機前端電路的輸出輸入到不僅用作相關(guān)器而且用作濾除帶外信號的銳截止濾波器的表面聲波相關(guān)器。此外，LAN1優(yōu)先具有高增益，因為表面聲波器件是有損耗部件。
通過匹配網(wǎng)絡22，將接收RF前端電路的輸出的信號輸入到表面聲波相關(guān)器。該相關(guān)器用于將接收信號從原始代碼序列解擴為較窄脈沖，例如從650ns的寬脈沖解擴為約50ns寬度的脈沖。
圖15示出包括峰值檢波器和判決電路在內(nèi)的RF調(diào)制解調(diào)器的接收機電路的更詳細方框圖。將表面聲波相關(guān)器的輸出輸入到接收機電路系統(tǒng)36。接收機電路系統(tǒng)包括LNA 240(LNA3)、快速峰值檢波器246、低速峰值檢波器248以及判決電路254。
請注意，可以根據(jù)峰值檢波器利用合理抗擾性檢波的信號電平，選擇LNA3。LNA3的作用在于補償表面聲波相關(guān)器的損耗。將表面聲波的自相關(guān)結(jié)果輸入到LNA3。請注意，根據(jù)本發(fā)明，表面聲波器件起到累積接收擴頻信號的能量，同時又對所有其它信號進行濾波(濾除)的雙重作用。
接收機電路對相關(guān)器的輸出進行處理以確定是否存在脈沖。LNA3優(yōu)先具有良好線性和大動態(tài)范圍，因為所使用的ASK調(diào)制過程對振幅敏感。
峰值檢波器位于LNA3之后并且用于檢波將RF信號轉(zhuǎn)換到基帶的信號的包絡。優(yōu)先這樣構(gòu)造峰值檢波器，即具有大動態(tài)范圍以匹配輸入信號。根據(jù)本發(fā)明，使用兩個并聯(lián)的峰值檢波器快速峰波檢波器246和低速峰值檢波器248。這兩個峰值檢波器之間的差別在于它們的輸出帶寬不同?？焖俜逯禉z波器優(yōu)先具有10MHz的帶寬(根據(jù)要求的數(shù)據(jù)速率)，而低速峰值檢波器的帶寬由用戶通過外部電容器/電阻器設置。此外，為了提供大動態(tài)范圍，使用對數(shù)峰值檢波器。
利用本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員眾所周知的技術(shù)構(gòu)造這兩種峰值檢波器?？焖俜逯禉z波器利用較小平均值跟蹤輸入信號的峰值。另一方面，低速峰值檢波器適于計算輸入信號的平均值以產(chǎn)生慢變基準信號。
判決級是接收路徑的最后一級。該級的輸出是表示是否檢測到有效信號的數(shù)字脈沖。判決機包括比較器486(例如施密特觸發(fā)比較器)，其輸出RX_OUT被輸入到控制器。該控制器實現(xiàn)狀態(tài)機以產(chǎn)生到主機的數(shù)據(jù)輸出線。
將快速峰值檢波器的輸出輸入到施密特觸發(fā)比較器254的不倒相輸入端，而將低速峰值檢波器輸出的基準信號輸入到該比較器的倒相輸入端。該比較器的輸出即Rx Out信號，將該信號輸入到控制器進行處理并在最后輸出到主機以進行高層處理，例如鏈路層通信處理或更高層通信處理。根據(jù)要求的調(diào)制與通信方法，控制器對數(shù)據(jù)進行一項或多項判決。
根據(jù)本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器，不需要線性檢波器，因為所要求的只是檢波接收脈沖。因此，盡管也可以使用線性檢波器，但是非線性檢波器可以構(gòu)造結(jié)構(gòu)簡單、電流損耗低的廉價峰值檢波器。根據(jù)本申請書，既可以利用線性檢波器，也可以利用非線性檢波器檢波接收信號的包絡。與比較器結(jié)合的快速檢波器和低速檢波器對接收信號設定閾值并輸出數(shù)字二進制數(shù)據(jù)。
請注意，該比較器的輸出是由主機處理的數(shù)字脈沖?？梢詫χ鳈C進行配置(例如進行編程)以實現(xiàn)多種通信方案，例如OOK、PWM等。以下將提供一些通信方案的例子。
為了提供兩種運行模式，從低速峰值檢波器的輸出VSPK內(nèi)減去偏置電壓VOFF。在輸入到比較器254的倒相輸入端之前，將信號VSPK輸入到加法器252。將快速峰值檢波器的輸出VFPK輸入到比較器的非倒相輸入端。模擬mux 250利用將從低速峰值檢波器的輸出中減去的偏置電壓進行選擇。對于高數(shù)據(jù)速率模式，使用低于檢波峰值3dB的閾值(即3α偏置)，而對于低數(shù)據(jù)速率，使用低于檢波峰值6dB的閾值(即6α偏置)，用等式2表示如下{模式1}VREF＝VSPK—3α{模式2}VREF＝VSPK—6α (2)控制器輸出的OFF_SEL信號確定接收機所運行的兩種模式。此外，控制器輸出的Rx_PWR信號控制通過開關(guān)256、244、242送到LNA3、快速峰值檢波器、低速峰值檢波器以及比較器的VCC。通用狀態(tài)機、發(fā)送狀態(tài)機以及接收狀態(tài)機如上所述，控制器對RF調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)定時、控制以及數(shù)據(jù)處理的所有過程。它還可以由例如包括狀態(tài)機的任意適當方式實現(xiàn)。狀態(tài)機的輸入包括Data In、Mode、Tx/Rx、Shutdown以及Clock。狀態(tài)機的輸出包括Data Out、Rx_PWR、Tx_PWR、OFF_SEL以及Tx_GAIN_CTRL。
圖16示出本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的通用狀態(tài)機的運行過程狀態(tài)圖。通常用參考編號260表示的狀態(tài)機包括作為調(diào)制解調(diào)器的初始狀態(tài)的起始狀態(tài)262。在對調(diào)制解調(diào)器通電(即接收VCC)并且Shutdown＝1時，調(diào)制解調(diào)器進入此狀態(tài)。在此狀態(tài)下，調(diào)制解調(diào)器消耗很少的電流。設置Shutdown＝0可以使調(diào)制解調(diào)器進入啟動振蕩器狀態(tài)264。由任何一個狀態(tài)重新設置Shutdown＝1均會導致調(diào)制解調(diào)器返回起始狀態(tài)。
啟動振蕩器狀態(tài)為喚醒狀態(tài)，其中振蕩器需要10微秒達到穩(wěn)定。下一個狀態(tài)依賴于Tx/Rx輸入控制線。當Tx/Rx輸入控制線升高時，進入數(shù)據(jù)I/O輸入模式狀態(tài)268。在發(fā)送模式(Tx/Rx＝1)下，將SW_CONT、PULSE_OUT、Tx_PWR以及Rx_PWR全部設置為0。當Data In輸入線由低到高(Data In＝1)時，初始化Tx狀態(tài)機272。
Tx/Rx線的狀態(tài)對發(fā)送模式狀態(tài)266與接收模式狀態(tài)268之間的過渡進行控制。Shutdown線對從發(fā)送和接收模式狀態(tài)過渡到起始狀態(tài)進行控制。
圖17示出通用狀態(tài)機的發(fā)送狀態(tài)機部分的運行過程的更詳細狀態(tài)圖。Tx狀態(tài)機272的運行過程從起始狀態(tài)280開始。從此狀態(tài)開始并行執(zhí)行兩條運行路徑。一條路徑產(chǎn)生詢問脈沖，另一條路徑激活發(fā)射機RF前端電路。
首先，通過進入啟動脈沖狀態(tài)282，產(chǎn)生詢問脈沖，其中將SW_CONT信號設置為高，從而激活脈沖整形電路150和輸出放大器154(如圖3所示)。在時間延遲狀態(tài)284，延遲50ns至150ns直到達到穩(wěn)定。在產(chǎn)生脈沖狀態(tài)286，將PULSE_OUT信號設置為高以激活詢問脈沖。同時在時間延遲狀態(tài)288，將詢問脈沖激活RF信號的56個周期(即約為115ns)。此時間延遲之后，在禁止脈沖狀態(tài)290，斷開該信號。具體地說，關(guān)閉PULSE_OUT信號，并將SW_CONT設置為低。
請注意，詢問脈沖的產(chǎn)生過程是不可再觸發(fā)的，這意味著如果DataIn線出現(xiàn)由低到高的過渡，則可以忽略。
首先通過進入時間延遲狀態(tài)292激活放大器，在時間延遲狀態(tài)292，在將電源電壓施加到發(fā)送RF前端電路內(nèi)的放大器之前，即將Tx PWR設置為高之前，施加時間延遲。時間延遲的時長約為表面聲波器件的延遲減去功率放大器接通時間減去詢問脈沖時長。在下一個狀態(tài)294，該放大器接通時間延遲狀態(tài)296施加的約為800ns(即390個RF信號周期)的時長。在下一個狀態(tài)298，斷開放大器，即將Tx_PWR設置為低。
請注意，將電源電壓施加到發(fā)送RF前端電路的電路系統(tǒng)可以被再觸發(fā)，這意味著，如果在Data In線上出現(xiàn)由低到高的過渡，則重新開始390個周期的時間延遲。
請參考圖16，在Tx/Rx輸入控制線變成低時，進入數(shù)據(jù)I/O輸出模式狀態(tài)266。在接收模式(Tx/Rx＝0)，將SW_CONT、PULSE_OUT以及Tx_PWM全部設置為0，將Rx_PWR設置為1。當判決電路內(nèi)比較器的輸出變成高(RX_OUT＝1)時，初始化Rx狀態(tài)機270。
圖18示出通用狀態(tài)機的接收狀態(tài)機部分的運行過程的更詳細狀態(tài)圖。在比較器的輸出從低過渡到高后，設置Data Out線(狀態(tài)300)。在約100ns的時間延遲之后(狀態(tài)302)，Data Out線變低(狀態(tài)304)并且控制過程返回狀態(tài)266。RF調(diào)制解調(diào)器的第二實施例在RF調(diào)制解調(diào)器的第二實施例中，上變頻器/下變頻器將擴頻脈沖轉(zhuǎn)換為高頻，或者將高頻轉(zhuǎn)換為擴頻脈沖。除了信號發(fā)生器14、發(fā)送RF前端電路26以及接收RF前端電路32之外，調(diào)制解調(diào)器電路系統(tǒng)的主體沒有發(fā)生變化。必要的調(diào)整涉及振蕩信號產(chǎn)生過程和進行上/下變換所需的混合器電路系統(tǒng)。
在第二實施例的調(diào)制解調(diào)器中，信號發(fā)生器14用于產(chǎn)生調(diào)制解調(diào)器使用的中頻(IF)信號和本機振蕩(LO)信號。在此說明的RF調(diào)制解調(diào)器例子中，選擇IF為488MHz中頻信號和LO為1952MHz的本機振蕩信號產(chǎn)生位于2.4GHz ISM頻帶內(nèi)的發(fā)送脈沖。所希望的RF產(chǎn)生的總頻率為2.4GHz。
在發(fā)送方向，通過Tx/Rx開關(guān)24，將脈沖發(fā)生器的輸出輸入到發(fā)送RF前端電路26。發(fā)送RF前端電路將該脈沖放大并上變換到要求頻帶(例如2.4GHz)。通過天線接口28，對結(jié)果信號進行放大并輸出到天線30。
在接收方向，在通過Tx/Rx開關(guān)24，輸入到表面聲波相關(guān)器20之前，從天線30接收的信號混合下變換為IF。將結(jié)果解擴信號輸入到接收機電路系統(tǒng)36，接收機電路系統(tǒng)36恢復接收信號。
圖19示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實施例的信號發(fā)生器電路的方框圖。信號發(fā)生器起到如下作用(1)對控制器內(nèi)的狀態(tài)機提供基本時鐘，(2)用作產(chǎn)生送到表面聲波相關(guān)器的詢問脈沖的脈沖源以及(3)用作發(fā)送和接收前端上變換電路系統(tǒng)/下變換電路系統(tǒng)的信源。頻率源310與振蕩電路312相連。頻率源可以包括諸如石英晶體、陶瓷諧振器、表面聲波諧振器等的任何適當器件。在與表面聲波相關(guān)器相同的襯底上實現(xiàn)并使用表面聲波諧振器。
振蕩器的輸出包括IF振蕩信號，將IF振蕩信號乘以4以產(chǎn)生要求的上變換LO頻率(例如1952MHz)。請注意，如果要求快速喚醒時間，則使用PLL電路不能實現(xiàn)倍頻。在這種情況下，優(yōu)先使用基于四倍自混合的部件314、316。此外，此電路優(yōu)先充分抑制諧波，而非抑制LO頻率(例如1952MHz)。
圖20示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實施例的發(fā)送RF前端電路的方框圖。發(fā)送RF前端電路26在最后一級放大之前提供上變換并饋送到天線。該電路包括IF放大器320，具有非差動輸入；混合器322；以及RF功率放大器324，具有差動輸出。根據(jù)控制器輸出的Tx_PWR信號，利用開關(guān)328、326對送到放大器的VCC進行控制。此外，還利用控制器輸出的Tx_GAIN_CTRL信號設置該放大器的增益。
IF放大器的輸入是相關(guān)器以IF頻率(例如488MHz)輸出的擴頻脈沖(即13位BPSK序列)。利用1952MHz的LO信號，混合器322將該信號上變換到要求頻帶，例如2.44GHz。優(yōu)先采用至少具有30dB鏡頻抑制的鏡頻抑制混合器。發(fā)送RF前端電路的信號具有圖13所述的波形。
圖21示出RF調(diào)制解調(diào)器的接收RF前端電路的更詳細方框圖。在接收路徑中，通過天線接口28，將從天線30接收的信號輸入到接收RF前端電路32。接收電路包括單級下變換電路。將從天線接收的RF輸入到第一低噪聲放大器(LNA1)330。利用混合器332將該輸出與1952MHz的LO信號混合以產(chǎn)生IF信號。然后，在輸出到表面聲波相關(guān)器之前，利用第二LNA 334(LNA2)對該IF信號進行放大。根據(jù)控制器輸出的Rx_PWR信號，利用開關(guān)338、336控制送到這兩個LNA的Vcc。本發(fā)明的應用如上所述，通常，RF調(diào)制解調(diào)器是作為用于任何類型的調(diào)制方法和通信方案物理層的基礎實現(xiàn)的。具體地說，RF調(diào)制解調(diào)器適于實現(xiàn)任何類型的數(shù)字脈沖調(diào)制過程?，F(xiàn)在，將對數(shù)字脈沖調(diào)制的3個例子進行說明。3種調(diào)制類型包括OOK調(diào)制、PWM調(diào)制以及PPM調(diào)制。請注意，可以利用在此說明的3種RF調(diào)制解調(diào)器實施例的任何之一來構(gòu)造下述所有應用例子。OOK調(diào)制圖22示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的OOK通信系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)包括兩個OOK收發(fā)信機340，分別標號為OOK收發(fā)信機#1和#2，它們適于利用RF進行半雙工通信。OOK收發(fā)信機#1包括單觸發(fā)器件344、RF調(diào)制解調(diào)器346、有標號的RF調(diào)制解調(diào)器#1以及天線348。OOK收發(fā)信機#2具有類似結(jié)構(gòu)，它包括主機#2、單觸發(fā)器件、RF調(diào)制解調(diào)器#2以及天線。連接第一主機342，即有標號主機#1以將數(shù)據(jù)發(fā)送到OOK收發(fā)信機#1并從OOK收發(fā)信機#1接收數(shù)據(jù)。第二主機#2適于將數(shù)據(jù)發(fā)送到OOK收發(fā)信機#2并從OOK收發(fā)信機#2接收數(shù)據(jù)。兩個主機均適于驅(qū)動與調(diào)制解調(diào)器相連的Tx/Rx控制線。
在運行過程中，通過將數(shù)據(jù)輸出到RF調(diào)制解調(diào)器#1，主機發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，該數(shù)據(jù)包括脈沖以表示“1”，沒有脈沖以表示“0”。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器適于接收50ns數(shù)量級的脈沖。如果主機不能產(chǎn)生這樣短的脈沖，則可以使用單觸發(fā)器件344。然后，如上所述，利用表面聲波相關(guān)器將該脈沖擴頻為擴頻序列，通過天線348進行發(fā)送。
OOK收發(fā)信機#2的天線接收信號并輸入到RF調(diào)制解調(diào)器#2。RF調(diào)制解調(diào)器對該信號進行解擴并將50ns的脈沖輸出到主機#2以進一步進行處理。如果主機#2的速度不足以輸入50ns的脈沖，則在RF調(diào)制解調(diào)器與主機之間使用第二單觸發(fā)器件或鎖存器(未示出)。PWM調(diào)制圖23示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的PWM通信系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)包括兩個PWM收發(fā)信機350，分別標號為PWM收發(fā)信機#1和#2，它們適于利用RF進行半雙工通信。PWM收發(fā)信機#1包括取樣和保持(S/H)電路354、364、鋸齒波(斜坡)信號發(fā)生器366、比較器356、積分器362、RF調(diào)制解調(diào)器358、有標號RF調(diào)制解調(diào)器#1以及天線360。PWM收發(fā)信機#2具有類似結(jié)構(gòu)，它包括S/H電路、斜坡函數(shù)發(fā)生器、比較器、RF調(diào)制解調(diào)器#2、積分器以及天線。連接第一主機352，即有標號的主機#1以將數(shù)據(jù)發(fā)送到PWM收發(fā)信機#1并從PWM收發(fā)信機#1接收數(shù)據(jù)。第二主機#2適于將數(shù)據(jù)發(fā)送到PWM收發(fā)信機#2并適于從PWM收發(fā)信機#2接收數(shù)據(jù)。兩個主機均適于驅(qū)動與調(diào)制解調(diào)器相連的Tx/Rx控制線。
參考圖23和圖24，在運行過程中，通過將信號Analog In輸出到S/H電路354，主機發(fā)送數(shù)據(jù)。請注意，該數(shù)據(jù)既可以是數(shù)字的，又可以是模擬的，并且可以由主機之外的其它裝置提供。在在此說明的例子中，采用收發(fā)信機發(fā)送和接收模擬信號，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以利用該收發(fā)信機發(fā)送和接收數(shù)字信號。利用S/H電路采樣模擬信號VIN370，并將它輸入到比較器356的非倒相輸入端。將鋸齒波信號發(fā)生器或斜坡函數(shù)發(fā)生器的輸出輸入到比較器的倒相輸入端。斜坡函數(shù)信號的周期優(yōu)先不大于150ns以避免產(chǎn)生與限制Barker碼有關(guān)的問題。比較器的輸出374為高，直到斜坡的幅值超過輸入信號時，輸出才變成低。
將Data In脈沖輸入到RF調(diào)制解調(diào)器，并通過天線360將它發(fā)送到PWM收發(fā)信機#2。發(fā)送擴頻波形的脈沖寬度隨輸入信號的脈沖寬度發(fā)生變化。例如，20ns脈沖寬度的輸入脈沖產(chǎn)生其峰值脈沖寬度約為20ns的接收信號。100ns脈沖寬度的輸入脈沖產(chǎn)生其峰值脈沖寬度約為100ns的接收信號。然而，請注意，Barker碼擴頻序列的加寬是有限的。將增加的脈沖寬度限制在大約2個片碼時長(假定片碼速率為20Mcps，這相當于150ns)。
OOK收發(fā)信機#2接收信號，并將該信號輸入到RF調(diào)制解調(diào)器#2。RF調(diào)制解調(diào)器用于解擴該信號，并輸出其寬度基于輸入信號脈沖寬度的脈沖。將RF調(diào)制解調(diào)器的輸出輸入到積分器362，積分器362對接收信號進行積分。利用S/H 364對積分器的輸出信號VOUT376進行采樣。S/H電路的輸出形成Analog Out信號，然后，將此信號輸入到主機或其它裝置以進行進一步處理。
重要的是要注意，使設置S/H電路354、364的斜坡函數(shù)發(fā)生器和時鐘同步，以便斜坡函數(shù)由低到高的過渡對應于待發(fā)送數(shù)據(jù)(即Analog Out信號)的符號周期。PPM調(diào)制過程圖25示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的PPM通信系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)包括兩個PPM收發(fā)信機380，分別標號為PPM收發(fā)信機#1和#2，它們適于利用RF進行半雙工通信。PPM收發(fā)信機#1包括取樣和保持(S/H)電路384、396、鋸齒波(斜坡)信號發(fā)生器398、392、比較器386、394、單觸發(fā)器件388、RF調(diào)制解調(diào)器390、有標號的RF調(diào)制解調(diào)器#1以及天線399。PPM收發(fā)信機#2具有類似結(jié)構(gòu)，它包括S/H電路、比較器、斜坡函數(shù)發(fā)生器、單觸發(fā)器件、RF調(diào)制解調(diào)器#2以及天線。連接第一主機382，即有標號主機#1以將數(shù)據(jù)發(fā)送到PPM收發(fā)信機#1并從PPM收發(fā)信機#1接收數(shù)據(jù)。第二主機#2適于將數(shù)據(jù)發(fā)送到PPM收發(fā)信機#2并適于從PPM收發(fā)信機#2接收數(shù)據(jù)。兩個主機均適于驅(qū)動與調(diào)制解調(diào)器相連的Tx/Rx控制線。
參考圖25和圖26，在運行過程中，通過將信號Analog In輸出到S/H電路384，主機發(fā)送數(shù)據(jù)。請注意，該數(shù)據(jù)既可以是數(shù)字的，又可以是模擬的，并且可以由主機之外的其它裝置提供。在在此說明的例子中，采用收發(fā)信機發(fā)送和接收模擬信號，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員也可以利用該收發(fā)信機發(fā)送和接收數(shù)字信號。利用S/H電路采樣模擬信號VIN400，并將它輸入到比較器386的非倒相輸入端。將鋸齒波信號發(fā)生器或斜坡函數(shù)發(fā)生器的輸出402輸入到比較器的倒相輸入端。比較器的輸出為高，直到斜坡的幅值超過輸入信號時，輸出才變成低。將比較器的輸出輸入到單觸發(fā)器件388，比較器輸出的下降邊緣觸發(fā)單觸發(fā)器件388。單觸發(fā)器件產(chǎn)生寬度均勻(例如50ns)的脈沖404，然后，將該脈沖輸入到RF調(diào)制解調(diào)器以通過天線180發(fā)送到PPM收發(fā)信機#2。
所發(fā)送的擴頻波形的脈沖位置隨DATA IN信號的時間位置發(fā)生變化。OOK收發(fā)信機#2的天線接收該信號并將該信號輸入到RF調(diào)制解調(diào)器#2。RF調(diào)制解調(diào)器對該信號進行解擴，并輸出其位置隨輸入信號的脈沖位置發(fā)生變化的脈沖。將RF調(diào)制解調(diào)器的輸出輸入到比較器394。第二輸入即斜坡函數(shù)發(fā)生器392的輸出。
在運行過程中，利用S/H電路396采樣斜坡信號輸出，直到脈沖到達，并且RF調(diào)制解調(diào)器輸出該斜坡信號作為Data Out信號。比較器的輸出構(gòu)成S/H電路的時鐘信號。提高對S/H電路396的輸入，直到RF調(diào)制解調(diào)器的輸出超過斜坡信號。這對應于RF調(diào)制解調(diào)器在對應于從發(fā)射機接收脈沖的時間點輸出脈沖。此時，對S/H進行計時，并將S/H輸出的信號VOUT406設置為等于其輸入。S/H電路的輸出形成Analog Out信號，然后，將Analog Out信號輸入到主機或其它裝置以進一步進行處理。重要的是請注意以這樣的方式時斜坡函數(shù)發(fā)生器392和設置S/H電路384的時鐘同步，以便斜坡函數(shù)由低到高的過渡對應于待發(fā)送的數(shù)據(jù)(即Analog In信號)的符號周期。利用本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的同步方法這樣使斜坡信號與接收信號同步，以便可以接收該數(shù)據(jù)。
在PPM通信系統(tǒng)中，主要性能指標是如下等式3給出的、符號周期與脈沖寬度之比β。β=Tτ---(3)]]>如下等式4給出信噪比(SNR)。SNR=β23·EbNo1+23β2(β-1)EbNoπe-Eb4No---(4)]]>其中Eb是每位的能量，No是噪聲電平。如果假定鏈路預算具有每位固定能量Eb，因此，由β值表示性能。隨著脈沖寬度窄，SNR增加，反之亦然。例如，如果發(fā)送過程中使用的脈沖寬度τ約為50ns，符號周期T為1000ns，則會導致β為20，Eb等于-70dBm，No等于-114+10*log(20)＝-100dBm，鏈路的SNR接近52dB。采用多個相關(guān)器RF的調(diào)制解調(diào)器的第三實施例為了實現(xiàn)更高的通信位速率，可以對上述第一和第二調(diào)制解調(diào)器實施例附加其它相關(guān)器和相關(guān)電路系統(tǒng)。通常，可以附加任意數(shù)量的相關(guān)器，其中用fi(t)表示的每個相關(guān)器的相關(guān)函數(shù)或代碼與所有其它相關(guān)器的相關(guān)函數(shù)正交。在各相關(guān)器的相關(guān)函數(shù)(即代碼)互相正交時，每個相關(guān)器獨立于其它相關(guān)器進行發(fā)送和接收。然而，必須建立足夠數(shù)量的、滿足如下判據(jù)的相關(guān)函數(shù)。
<fi(t)，fj(t)>＝0，當所有i≠j時(5)換句話說，所有代碼互相之間的互相關(guān)必須非常低，即約為0。例如，熟練技術(shù)人員可以容易地產(chǎn)生多個互相大致正交并且互相之間的互相關(guān)接近0的線性FM碼。
為了有助于理解本發(fā)明，提供了一種包括N個相關(guān)器的調(diào)制解調(diào)器例子?？梢岳萌我鈹?shù)量的N個相關(guān)器構(gòu)造調(diào)制解調(diào)器，只要滿足上述判據(jù)即可。采用多個相關(guān)器的結(jié)果是可以提高有效通信位速率。通過以圖1所示的位速率為1.5Mbps的RF調(diào)制解調(diào)器為例進行研究，使用N個相關(guān)器可以實現(xiàn)N×1.5Mbps的總位速率。
圖27示出具有多個相關(guān)器的根據(jù)本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器的第三實施例的方框圖。除了現(xiàn)在具有“N”個表面聲波相關(guān)器之外，通常用參考編號410表示的調(diào)制解調(diào)器與第一或第二調(diào)制解調(diào)器實施例具有相同結(jié)構(gòu)。調(diào)制解調(diào)器410包括一個采用任意適當頻率源(例如圖6所示的表面聲波諧振器)的單信號發(fā)生器412。單信號發(fā)生器412的IF信號輸出饋送到多個被標記為發(fā)送/接收電路#1至#N的發(fā)送/接收電路416。
每個發(fā)送/接收電路均接收控制器414輸出的Data In信號并將RxOut信號輸出到該控制器。通過被標記為Data In#1至Data In#N的獨立Data In信號線，主機430將待發(fā)送的數(shù)據(jù)送到該控制器以及各發(fā)送/接收電路。同樣，通過被標記為Data Out#1至Data Out#N的獨立Data Out信號線，將控制器對每個發(fā)送/接收電路輸出的數(shù)據(jù)輸入到主機。該主機還將Tx/Rx信號送到用于產(chǎn)生調(diào)制解調(diào)器所需定時信號和控制信號的控制器。
將發(fā)送/接收電路輸出的信號線連接到RF功率分配器/功率合成器418。RF功率分配器/功率合成器在發(fā)送方向作為合成器，而在接收方向作為分配器。將該功率分配器/功率合成器連接到Tx/Rx開關(guān)420，Tx/Rx開關(guān)420將信號劃分為發(fā)送路徑和接收路徑。在發(fā)送過程中，對開關(guān)進行配置以將信號從發(fā)送/接收電路輸入到發(fā)送RF前端電路422。在接收過程中，對開關(guān)進行配置以將接收RF前端電路424的輸出轉(zhuǎn)向發(fā)送/接收電路。通過天線接口426，將發(fā)送前端電路422輸出的RF Out信號和接收前端電路424輸出的RF In信號輸入到天線428。
圖28示出圖27所示RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送/接收電路的更詳細方框圖。發(fā)送路徑包括脈沖發(fā)生器440，用于從信號發(fā)生器接收IF振蕩信號并從控制器接收Data In信號；匹配網(wǎng)絡442；表面聲波相關(guān)器444以及匹配網(wǎng)絡446。將匹配網(wǎng)絡446的輸出輸入到功率分配器/功率合成器418(如圖27所示)。
接收路徑包括匹配網(wǎng)絡446、表面聲波相關(guān)器444、匹配網(wǎng)絡448以及接收電路450。接收電路450的輸出構(gòu)成隨后輸入到控制器414的Rx Out信號。
請注意，包括發(fā)送/接收電路416的調(diào)制解調(diào)器410的各部件的功能類似于上述第一和第二實施例調(diào)制解調(diào)器的類似部件。在發(fā)送期間，控制器414通過相應Data In信號線把待發(fā)送數(shù)據(jù)分別提供給各發(fā)送/接收電路416。每個電路均引入被配置具有唯一功能(或代碼)從而避免在所產(chǎn)生信號之間發(fā)生干擾的相關(guān)器。利用RF功率分配器/功率合成器418合成所形成的多個N信號。然后，利用發(fā)送RF前端電路對該合成信號進行處理并通過天線428發(fā)送。
在被放大和輸入到天線之前，利用與發(fā)送RF前端電路26(如圖20所示)的混合電路相似的混合電路選擇性地上變換該合成信號。
在接收路徑，通過天線接口426，將接收信號從天線饋送到接收RF前端電路424。同樣在接收方向，在被輸入到Tx/Rx開關(guān)420之前，利用與接收RF前端電路32(如圖21所示)的電路相似的電路，可以選擇性地將從天線接收的信號下變換為IF頻率。然后，RF功率分配器/功率合成器418將該信號分割為N個信號。將該接收信號輸入到各發(fā)送/接收電路內(nèi)、根據(jù)所配置的相關(guān)函數(shù)輸出脈沖的相關(guān)器。將該脈沖輸入到各接收電路內(nèi)的相應峰值檢波器以產(chǎn)生“N”個Rx Out信號。將所形成的“N”個Rx Out信號輸入到控制器，將該控制器產(chǎn)生的Data Out信號送到主機。
所附權(quán)利要求試圖覆蓋屬于本發(fā)明實質(zhì)范圍的所有本發(fā)明特征和優(yōu)勢。由于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以進行多種調(diào)整和變更，所以本發(fā)明并不局限于在此說明的幾個實施例。因此應當意識到所有適當變更、調(diào)整及其等效物均屬于本發(fā)明實質(zhì)范圍。
權(quán)利要求
1.一種直接序列擴頻射頻調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，用于根據(jù)IF頻率的中頻振蕩信號產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括用于整形所述脈沖的輪廓的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻碼序列波形擴頻所述整形脈沖以產(chǎn)生擴頻脈沖；發(fā)射機電路，包括將所述擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩信號混合在一起以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；接收機電路，包括將接收信號與所述LO信號混合在一起以產(chǎn)生所述RF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，用于根據(jù)所述代碼序列解擴所述接收擴頻脈沖以產(chǎn)生相關(guān)信號；以及檢波器，用于根據(jù)所述相關(guān)信號產(chǎn)生輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，適于采用一個頻率源的振蕩電路產(chǎn)生所述IF振蕩信號和所述LO信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述振蕩電路包括所述頻率源；第一倍頻器，與所述頻率源相連；第二倍頻器，與所述第一倍頻器的輸出相連；
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述頻率源包括表面聲波諧振器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述頻率源包括被調(diào)諧到488MHz的表面聲波諧振器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，利用一個表面聲波諧振器產(chǎn)生所述IF振蕩信號和所述LO振蕩信號；所述脈沖擴頻器和所述相關(guān)器共享同一個適合用于進行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器；以及在同一個單片襯底上構(gòu)造所述表面聲波諧振器和所述表面聲波相關(guān)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述IF頻率為488MHz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述LO頻率為1952MHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所采用的所述RF頻率位于2.4GHz的工業(yè)、科學以及醫(yī)學頻帶內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖發(fā)生器包括根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)選通所述IF振蕩信號的選通機構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器進一步包括以互相倒相關(guān)系選通所述脈沖發(fā)生器的輸出和所述脈沖擴頻器的輸出的開關(guān)機構(gòu)，從而在激活所述脈沖發(fā)生器時，不激活所述脈沖擴頻器，反之亦然。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖擴頻器包括使所述擴頻脈沖的過渡平滑的第二脈沖整形裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述第一脈沖整形電路用于產(chǎn)生所述脈沖輪廓，所述脈沖輪廓包括第一部分，由低到高線性傾斜所述脈沖的振幅值；以及第二部分，由高到低線性傾斜所述脈沖的振幅值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖擴頻器包括表面聲波匹配濾波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴頻碼序列包括Barker碼串行序列。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴頻碼序列包括13片碼Barker序列{1、1、1、1、1、-1、-1、1、1、-1、1、-1、1}。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述發(fā)射機電路包括IF放大器，用于放大所述擴頻脈沖；所述上變頻器，用于混合所述擴頻脈沖與LO信號；RF功率放大器，用于放大所述擴頻發(fā)送信號；以及天線，與所述輸出RF功率放大器的輸出相連。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述接收機電路包括天線，適于接收RF信號；第一低噪聲放大器，與所述天線相連；所述下變頻器，用于混合所述接收信號與所述LO振蕩信號；以及第二低噪聲放大器，用于放大所述下變頻器的輸出。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述相關(guān)器裝置包括表面聲波匹配濾波器/匹配相關(guān)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，利用Barker碼串行序列配置所述表面聲波匹配濾波器/匹配相關(guān)器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述Barker碼串行序列包括13片碼Barker序列{1、1、1、1、1、-1、-1、1、1、-1、1、-1、1}。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴頻裝置和所述相關(guān)器裝置共享適合用于進行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述檢波器包括低速峰值檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號，產(chǎn)生慢變基準信號；快速峰值檢波器，用于跟蹤所述相關(guān)信號的包絡并由此產(chǎn)生檢波信號；以及判決電路，通過將所述檢波信號與所述基準信號進行比較，產(chǎn)生所述輸出信號。
24.一種對直接序列擴頻信號進行調(diào)制和解調(diào)的方法，所述方法包括步驟根據(jù)IF頻率的中頻振蕩信號產(chǎn)生脈沖，其中對所述脈沖的輪廓進行整形；利用擴頻碼序列波形，擴頻所述整形脈沖并由此產(chǎn)生擴頻脈沖；將所述擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩信號混合在一起并由此產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號；將接收信號與所述LO信號混合在一起并由此產(chǎn)生所述RF頻率的接收擴頻脈沖；根據(jù)所述代碼序列，解擴所述接收擴頻發(fā)送信號并由此產(chǎn)生相關(guān)信號；以及響應所述相關(guān)信號，檢波輸出信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，利用一個頻率源產(chǎn)生所述IF振蕩信號和所述LO信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述IF頻率為488MHz。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述LO頻率為1952MHz。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所采用的所述RF頻率位于2.4GHz的工業(yè)、科學以及醫(yī)學頻帶內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生脈沖的所述步驟包括根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)選通所述IF振蕩信號的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，該方法進一步包括以互相倒相關(guān)系選通所述脈沖發(fā)生器的輸出和所述脈沖擴頻器的輸出的步驟，從而在產(chǎn)生所述脈沖時，不產(chǎn)生所述擴頻脈沖，反之亦然。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述擴頻步驟包括使所述擴頻脈沖過渡平滑從而減少所述擴頻脈沖的頻率含量的步驟。
32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，整形所述脈沖的所述步驟包括以這樣的方式整形所述脈沖，以致所述脈沖的振幅在第一部分為由低到高的線性斜坡，以及在第二部分為由高到低的線性斜坡。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述擴頻碼序列包括Barker碼串行序列。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述擴頻碼序列包括13片碼Barker序列{1、1、1、1、1、-1、-1、1、1、-1、1、-1、1}。
35.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，進行擴頻和解擴的所述步驟共用同一個適合用于進行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器。
36.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，檢波輸出信號的所述步驟包括步驟根據(jù)所述相關(guān)信號產(chǎn)生慢變基準信號；跟蹤所述相關(guān)信號的包絡并由此產(chǎn)生檢波信號；以及通過比較所述檢波信號與所述基準信號，產(chǎn)生所述輸出信號。
37.一種開關(guān)鍵控直接序列擴頻射頻收發(fā)信機，該RF收發(fā)信機包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生固定時長數(shù)據(jù)輸入信號；以及RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)由IF頻率的中頻振蕩信號獲得的所述數(shù)據(jù)輸入信號，產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括對所述脈沖的輪廓進行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻代碼序列波形擴頻所述整形脈沖，從而產(chǎn)生擴頻脈沖；發(fā)射機電路，包括將所述擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩信號混合以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；接收機電路，包括將接收信號與所述LO振蕩信號混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)所述代碼序列解擴所述擴頻發(fā)送信號以產(chǎn)生相關(guān)信號；以及檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號，產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出信號。
38.一種脈寬調(diào)制直接序列擴頻射頻收發(fā)信機，該RF收發(fā)信機包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的模擬輸入信號，產(chǎn)生脈寬調(diào)制數(shù)據(jù)輸入信號；RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)由IF頻率的中頻振蕩信號獲得的所述數(shù)據(jù)輸入信號，產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括對所述脈沖的輪廓進行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻代碼序列波形擴頻所述整形脈沖，從而產(chǎn)生擴頻脈沖；發(fā)射機電路，包括將所述擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩信號混合以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；接收機電路，包括將接收信號與所述LO振蕩信號混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)所述代碼序列解擴所述擴頻發(fā)送信號以產(chǎn)生相關(guān)信號；檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號產(chǎn)生輸出信號；以及輸出電路，將所述輸出信號集成在一起以由此產(chǎn)生模擬輸出信號。
39.一種脈沖位置調(diào)制直接序列擴頻射頻收發(fā)信機，該RF收發(fā)信機包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的模擬輸入信號，產(chǎn)生脈沖位置調(diào)制數(shù)據(jù)輸入信號；RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)由IF頻率的中頻振蕩信號獲得的所述數(shù)據(jù)輸入信號，產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括對所述脈沖的輪廓進行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻代碼序列波形擴頻所述整形脈沖，從而產(chǎn)生擴頻脈沖；發(fā)射機電路，包括將所述擴頻脈沖與LO頻率的本機振蕩信號混合以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；接收機電路，包括將接收信號與所述LO振蕩信號混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)所述代碼序列解擴所述擴頻發(fā)送信號以產(chǎn)生相關(guān)信號；檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號產(chǎn)生輸出信號；以及輸出電路，根據(jù)斜坡函數(shù)限制所述輸出信號以由此產(chǎn)生模擬輸出信號。
40.一種直接序列擴頻射頻調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括振蕩器，用于產(chǎn)生中頻振蕩信號和本機振蕩信號；多個N發(fā)送/接收電路，每個所述發(fā)送/接收電路包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)所述IF振蕩信號產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括用于整形所述脈沖的輪廓的第一脈沖整形電路；脈沖擴頻器，用于利用擴頻代碼序列波形擴頻所述整形脈沖以產(chǎn)生擴頻脈沖；相關(guān)器，根據(jù)所述代碼序列解擴所述擴頻脈沖信號以產(chǎn)生相關(guān)信號；檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號產(chǎn)生輸出信號；其中利用與其它相關(guān)器中的函數(shù)正交的唯一函數(shù)配置各發(fā)送/接收電路內(nèi)的相關(guān)器；裝置，用于合成并發(fā)送所述N個發(fā)送/接收電路產(chǎn)生的N個擴頻脈沖信號作為合成發(fā)送信號；發(fā)射機電路，包括將所述擴頻脈沖與所述LO信號混合以產(chǎn)生RF頻率的擴頻發(fā)送信號的上變頻器；裝置，用于接收所述合成發(fā)送信號并將它劃分為N個接收信號；接收機電路，包括將接收信號與所述LO振蕩信號混合以產(chǎn)生所述IF頻率的接收擴頻脈沖的下變頻器；以及其中N是正整數(shù)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述振蕩器包括頻率源；第一倍頻器，與所述頻率源相連；以及第二倍頻器，與所述第一倍頻器的輸出相連。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述頻率源包括表面聲波諧振器。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述頻率源包括被調(diào)諧到488MHz的諧振器。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，一個表面聲波諧振器用于產(chǎn)生所述IF振蕩信號和所述LO振蕩信號；所述脈沖擴頻器和所述相關(guān)器共用同一個適合用于進行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器；以及在同一個單片襯底上構(gòu)造所述表面聲波諧振器和所述表面聲波相關(guān)器。
45.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述IF頻率為488MHz。
46.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述LO頻率為1952MHz。
47.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所采用的所述RF頻率位于2.4GHz的工業(yè)、科學以及醫(yī)學頻帶內(nèi)。
48.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖發(fā)生器包括根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)選通所述IF振蕩信號的選通機構(gòu)。
49.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器進一步包括以互相倒相關(guān)系選通所述脈沖發(fā)生器的輸出和所述脈沖擴頻器的輸出的開關(guān)機構(gòu)，從而在激活所述脈沖發(fā)生器時，不激活所述脈沖擴頻器，反之亦然。
50.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖擴頻器包括使所述擴頻脈沖過渡平滑的第二脈沖整形裝置。
51.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述第一脈沖整形電路用于產(chǎn)生所述脈沖輪廓，所述脈沖輪廓包括第一部分，由低到高線性傾斜所述脈沖的振幅值；以及第二部分，由高到低線性傾斜所述脈沖的振幅值。
52.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖擴頻器包括表面聲波匹配濾波器。
53.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴頻碼序列包括Barker碼串行序列。
54.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述發(fā)射機電路包括IF放大器，用于放大所述擴頻脈沖；所述上變頻器，用于混合所述擴頻脈沖與LO信號；RF功率放大器，用于放大所述擴頻發(fā)送信號；以及天線，與所述輸出RF功率放大器的輸出相連。
55.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述接收機電路包括天線，用于接收RF信號；第一低噪聲放大器，與所述天線相連；所述下變頻器，用于混合所述接收信號與所述LO振蕩信號；以及第二低噪聲放大器，用于放大所述下變頻器的輸出。
56.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述相關(guān)器裝置包括表面聲波匹配濾波器/匹配相關(guān)器。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，利用Barker碼串行序列配置所述表面聲波匹配濾波器/匹配相關(guān)器。
58.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴頻裝置和所述相關(guān)器裝置共享適合用于進行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器。
59.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述檢波器包括低速峰值檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號，產(chǎn)生慢變基準信號；快速峰值檢波器，用于跟蹤所述相關(guān)信號的包絡并由此產(chǎn)生檢波信號；以及判決電路，通過將所述檢波信號與所述基準信號進行比較，產(chǎn)生所述輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種雙向直接序列擴頻半雙工RF調(diào)制解調(diào)器。該調(diào)制解調(diào)器在發(fā)射機和接收機引入了用于實現(xiàn)擴頻和解擴功能的基于表面聲波的相關(guān)器。在同一個單片襯底上制造的表面聲波諧振器作為該振蕩器的頻率源。上變頻器/下變頻器將頻率變換到要求頻帶。采用脈沖選通過程和詢問脈沖整形過程來降低發(fā)送擴頻脈沖的邊頻帶。RF調(diào)制解調(diào)器作為模擬或數(shù)字脈沖發(fā)射機和接收機運行。它可以通用于許多不同類型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中,例如:OOK、PWM以及PPM。RF調(diào)制解調(diào)器可以用作分層通信系統(tǒng)如ISO OSI通信堆棧內(nèi)的物理層(PHY)。在另一種可供選擇的實施例中,通過利用多個分別利用與所有其它相關(guān)函數(shù)正交的唯一相關(guān)函數(shù)(即:代碼)配置的相關(guān)器,可以提高發(fā)送位速率。
文檔編號H04L25/49GK1390394SQ00815554
公開日2003年1月8日 申請日期2000年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月15日
發(fā)明者戴維·本－巴薩特, 摩西·勒納 申請人:射頻波有限責任公司