专利名称：从模拟波形中生成脉冲的带有输入阻抗的电路的制作方法
相关申请的相互参考本申请是1999年10月28日提出的美国申请号为09/429,527的“从模拟波形中生成脉冲的方法和设备”的部分继续申请，该申请为本发明的受让人所有，并参考所有目的合并于本申请。
本申请涉及1999年10月28日提出的美国申请号为09/429,519的“使用脉冲解码通讯的方法和设备”和美国申请号为＿＿＿＿(代理号No.020568-000600US)的“由脉冲信号来恢复数据的方法和设备”的同时待审和共同拥有的申请。这两个申请均为本发明的受让人所有，且参考所有目的合并于本申请中。
背景技术：
本发明涉及一种波形的脉冲转换技术，特别是指将任意模拟波形转换成脉冲序列的技术。
众所周知，例如，脉冲发生器是用于DC控制器和其他应用的。然而，典型的脉冲发生器是常规振荡器或单稳态多频振荡器的一种改造品，它在脉冲触发终止的时候会产生本不希望有的或混杂的暂态。这样的暂态将会和后缘脉冲相混淆，从而造成对脉冲的计数无法精确地描述预想的脉冲数。
典型的脉冲发生器对涉及阈值水平的触发做出响应；就是说，当输入元应用于超过已经建立了触发点的阈值时，产生脉冲信号。高于阈值的输入的持续时间一般同脉冲序列或振荡周期的持续时间相符。
标准的van der Pol(vdP)振荡器是简单的非线性振荡器电路，并且被用做为脉冲发生器的实用的起始点。然而，该标准的vdP振荡器并不容易控制。
美国申请号为09/429,527揭示了控制振荡器的电路。然而，所揭示的电路是依靠频率的。在某些情况下，这是一个不合需要的特性，特别是在处理拥有谐振频谱的信号时。某些波段传送给电路的功率要大于其他波段。所需的电路要简单并且仍能在特定的应用中满足需要。这就需要一种改进的可控多谐振荡器。
发明概述依照本发明，提供用于生成输出脉冲或振荡的电路，响应输入的模拟波形。该电路具有可变的工作点和传送功能，该传送功能特征为由第一稳定工作域和一个第二稳定工作域限定的不稳定的工作域。该电路是通过拥有输入阻抗进一步实现的。
参考下面关于附图的详细描述，将会更好的理解本发明。
附图简述本发明可通过以下详细描述及附图可以容易的理解
图1A和1B所示是本发明所规划的两种类型的转换函数；图2和3所示是用于迫使工作点在稳定和不稳定区域之间定位的电路布置；图4所示是依照本发明的电路布置的实施例；图5是图4所示的电路的转换函数特征；图6所示是依照本发明的电路布置的替代实施例；图7是图6所示的电路的转换函数特征；图8和9用信号轨迹分别图示了图4和6中的电路的工作。
特定实施例的描述如图1A和1B，本发明所规划的图示电路显示了一个转换函数，它或者如图1A所示有S-形的外型，或者如图1B所示有N-形的外型。本发明的目的，电路的“转换函数”指的是电路的任意两个状态变量之间的关系。举个例子，电子电路一般是通过它的涉及电流和电压两个状态变量的I-V曲线实现的。这样的曲线表示了一个状态变量(例如，电流)是如何随另一个状态变量(电压)的变化而改变的。如图1A和1B中可见的，每一个转换函数102包含了在域104中的一部分，在这里指的是“不稳定”域。不稳定域的两边界由域106和108限定，它们在这里被称为“稳定”域。
依照本发明的电路拥有一个关联的“工作点”，它的位置被定义位于转换函数102上。电路的输出特性取决于它的工作点的位置。如果将工作点定位于域104中的转换函数部分上，电路的输出将会显示出振荡特征。因此，在转换函数上发现的这部分所在的域104被称为一个“不稳定”区域。如果将工作点定位在位于域106或者域108中的转换函数的部分上，电路的输出将会显示出一般性的随时间变化，但是无振荡的特性。由于这个原因，域106和108被称为稳定域。
依照本发明，任意模拟波形都可以被使用。图例中包含了正弦波形，斜波波形，非对称波形，锯齿波波形，方波波形和信道最优化波形。举个例子，用频率为f1和f2的正弦波形来表示二进制的0和1。要求以相同的振幅接收这两个正弦波形。然而，信道将会对一个频率，比如说f2，削弱得比f1更厉害。因此，在传送末尾，可以增加频率为f2的正弦波形的振幅，以补偿在频道中预期的多出来的损失，这样，在接收到波形的时候，两个正弦波形的振幅是相等的。已经披露的波形清单当然是没有穷尽的，正相反，我们想要证实的一个事实就是各种各样的波形都可以被使用。
在更普遍的案例中，可以使用不同模拟波形的混合。这样，信息可以在一段时间内由一个正弦波描述，而在之后的其它时间内由其他的波形描述。在最普遍的案例中，从一个周波到下一个周波的波形都可能是不同的。
这样就仅仅需要如上所述的拥有稳定域和至少一个不稳定域的响应电路，它的工作点可以在不稳定域和稳定域之间被选择性的强迫定位。当然实际上，可以选择适当的信道最佳化波形来描述传输的信号。
在接收端，将接收到的传输信息作为上述电路的输入传回。传输信息可以从电路振荡和不振荡的结果中被提取(恢复)出来。这样的信息恢复电路揭示在待审的美国申请号为09/429,527的标题为“用于从模拟波形生成脉冲的方法和设备”中，但不仅限于此，以及共时待审的美国申请(代理号020568-000600US)的标题为“从脉冲中恢复数据的方法和设备”，以上两个申请在此参考所有目的合并于本申请中。
本发明的优点在于选择任意模拟波形的任意组合来描述信息的能力。这样的信息稍后可以通过选择适合用常规方法传输的波形来传送。因此，任何常规传输方法媒介，无线的或有线的，都可以被用于本发明。
如图2所示，在相关的美国申请号为09/429,527中描述的用于改变电路的工作点的结构。图中显示了拥有输入203和205的电路202。电容元件204的一端连接到输入205上。将任意的模拟波形源210连接在输入203和电容元件204的另一端之间，从而使电路完整。讨论的目的是，电路202拥有形如S-形的转换函数。图2所示的电路布置允许任意波形发生器210的坡度，以便将电路202的工作点从非稳定域104中移进移出。这个动作控制了在电路202的输出处的振荡特性的开始以及振荡特性的停止作为任意波形发生器210的输出函数。
如图3所示，同样在相关的美国申请号为09/429,527中描述的另一个用于改变电路的工作点的结构。在这个案例中，电路302拥有N-形的转换函数。它提供了电感元件304来代替电容元件。如图2，加入任意模拟波形源210完成电路。图2和图3都使用了运算放大器来实现N-形或S-形I-V转换函数。通过对运算放大器模型的彻底的研究，不稳定域对应运算放大器的线性工作，而稳定域对应运算放大器的非线性工作。因此，就需要运算放大器的线性工作和非线性工作来构造N-型或S-型的转换函数。
然而，前述的振荡器的输入阻抗是起反作用型的。因而，源引起的输入阻抗是受频率制约的。这个效果是不合要求的，因为作为源使用的模拟波形拥有宽频频谱。因此，为了提供穿越预期频率范围边界的单调响应，必须使用宽频匹配技术。然而，宽频匹配本身是一个很困难的过程，还要再加上我们所不期望的末端系统的复杂性和花销。因此，这就要求获得一个结构，它要有一个输入阻抗，用以按照上所说的在线性段和非线性段中工作，它仍旧允许驱动电路进出它的不稳定域。由于要求这些运算放大器电路在线性段和非线性段进行双重工作，如何找到如图2和3所示的受控振荡电路的阻抗等效电路，并不是容易的事情。
转到图4和5，按照本发明示例的示例性电路显示了“受控”松弛振动性能。在本发明的上下文中，术语“受控松弛振动”指的是电路的工作方式，在这种方式中，可以生成期望的振荡数量，后面紧接着就是一个完全瞬时的振荡停止。相反的，电路也能够对从一个非振荡情况到一个振荡状态有响应，完全没有暂态，以产生期望数量的振荡。
出乎意料的是，图4中所示的电路401显示了预期的拥有受控松弛振动的输入阻抗电路的组合。使用的运算放大器是一个LM7121运算放大器。由包含电阻R1和R2的分压器的电路给出一个负反馈回路。节点402和404由电容器410相连接。电阻420的一端连接到节点402上。模拟波形源430连接到电阻420的一端和节点408上，从而使电路完整。该模拟波形源代表接收到的信号，从中将会提取出脉冲。
在图4中所示的振荡器电路拥有如上面图1B所示的转换函数。图1B中的图形是基于I-V特性(电流和电压关系)来表示转换函数的。然而，在本发明的实施例中，特征为图4的电路的转换函数是基于电路中的两个电压V1和V之间关系的，如图5所示。不稳定工作域504，其边界由两个工作稳定域506，508所限定。
图5所示的转换函数是通过关联Vcc和Vdd从适当的偏置运算放大器获得的。将不稳定域定义为其中dV1/dV值为负值的区域。将稳定域定义为其中dV1/dV值为正值的区域。
作为示例，图5所示的转换函数可以通过包含以下参数的电路结构获得Vcc和Vdd被分别设为3.5V和-1.5V。R1和R2的对应值分别为63Ω和10Ω。
图4中的电路的控制方程如下V1＝ψ(V) 公式1CdV1dt=Vs-VR]]>公式2公式1显示了V1和V之间的关系。可以通过将公式2中的dV1/dt设为零，并与V1＝ψ(V) 求交，来获取电路的工作点。如上面所解释的那样，通过将这个工作点移进和移出不稳定域504，将会获得受控的松弛振动特性。在这种特定情况中，模拟波形源430的振幅控制了工作点。该模拟波形源代表一个接收到的信号，从中将会提取出脉冲。
依照本发明的另一个实施例，图6和7仍显示了显示出受控松弛振动特性的另一个示例电路。该电路601包含了连接在节点602和604之间的电感620。连接在节点608和电阻630的一端之间的模拟波形源330。将电阻630的另一端连接到接线端602，从而使电路完整。
图6所示的振荡器电路拥有如以上描述图1A的转换函数。图1A的图形是基于I-V特征(电流和电压之间的关系)来表现转换函数的。然而，在本发明实施例中，特征为图6中电路的转换函数是基于图7所示的电路中两个电压V1和V之间的关系。不稳定工作域704，其边界由两个稳定工作域706，708所限定。
图7中所示的转换函数是通过关联Vcc和Vdd从适当的偏置运算放大器获得的。将不稳定域704定义为其中dV1/dV为负值的区域，而将稳定域706，708定义为其中dV1/dV为正值的区域。作为示例，图7中所示的转换函数可以通过包含以下参数的电路结构获得Vcc和Vdd被分别设为3.5V和-1.5V。R1和R2的对应值分别为63Ω和10Ω。
下面是整个电路的控制公式6和7V＝ψ(v1) 公式3dVdt=dVsdt-RLV1]]>公式4可以通过求解公式3和4并同时将公式4中的dV/dt设为零来找到工作点。它造成了模拟波形源330的坡度，来控制这种类型的受控松弛振动器的工作点。
一般来说，负的dV1/dV和正的dV1/dV分别对应着运算放大器的线性和非线性工作段。这个发现同我们从图2和3所示的运算放大器控制的振荡器中观察到的现象是一致的。
图8显示了图4所示的受控松弛振荡器的一个典型响应。直线810是模拟波形820的交流零线。从图中可以看出，当模拟波形820的振幅高于直线810时，振荡开始。相反的，当模拟波形820的振幅低于直线810时，振荡瞬时停止。轨迹830是通过测量图4所示的电路原型的输出来获取的，确定有这样一个响应。这意味着，当模拟波形振幅820高于直线810时，工作点移入了V1-V转换函数(图5)的不稳定域。
图9图例了图6所示的受控松弛振荡器的响应。公式4表明工作点受模拟波形dVs/dt的变化率的控制。如图9中可见，轨迹940为模拟波形。轨迹950显示了振荡开始和停止瞬间的顺序。与图8中的轨迹830不同，轨迹950显示了模拟波形940的变化率为负的时候的振荡，以及当变化率为正时振荡的停止。这意味着，当dVs/dt为负值时，工作点移入转换函数V1-V(图7)的不稳定域704中。
通过参考特殊实施例解释了本发明。提出了用于从模拟波形中生成脉冲的带有输入阻抗的各种电路。输入阻抗很容易与其它电路相配，因为它独立于频率。因此，宽频匹配不是个问题。依照本发明的基于前述的披露和其它实施例将会是明显区别于那些普通的技巧。因此，除了附加的声明外，并未打算对本发明作权限限制。
权利要求
1.一个用于从模拟波形中生成脉冲的解码系统包含一个模拟波形源，拥有第一信息区域和第二信息区域的模拟波形；和具有可变工作点及具有转换功能的电路，特征为第一稳定工作域和第二稳定工作域限定的非稳定域，上述电路具有一个输入阻抗，上述电路对上述第一个信息域进行判断并做出反应，迫使上述可变工作点改变，以便于使上述电路在上述不稳定工作域中开始工作，从而产生至少一个振荡，上述振荡的频率要高于上述工作点变换的频率，上述电路进一步对上述第二个信息域做出反应，迫使上述可变工作点改变进入到上述稳定工作域中的一个，以便于瞬间结束上述的至少一个振动，而不带有暂态，其中上述开始和上述停止是交替进行的。
2.根据权利要求1的系统，其中，上述模拟波形是周期性的。
3.根据权利要求1的系统，其中，上述模拟波形是从包含正弦波形，斜波波形，非对称波形，锯齿波波形，方波波形和信道最优化波形的波形组中选择出来的。
4.根据权利要求1的系统，其中，上述模拟波形是周期性的，且其中，上述周期包含了不同波形类型的混合，包括随时间变化的信道最优化波形。
5.根据权利要求1的系统，其中，上述至少一个振荡具有一个顶点，使相对于非振荡的至少为零的振幅，其峰值达到最大。
6.根据权利要求1的系统，其中，上述电路包含一个负阻抗元件，其中上述不稳定工作域是一个负的阻抗域，并用一个随时间变化的输入信号迫使上述工作点进入到上述不稳定域。
7.根据权利要求1的系统，其中，上述电路包含一个带反馈的操作运算放大器电路，还有通过一个阻抗元件的一系列输入，其中上述不稳定工作域是一个负阻抗域，并用加于上述电容之上的一个变化的电压使其中所提到的工作点进入上述不稳定域。
8.根据权利要求1的系统，其中，上述模拟信号源于一个被传输的信号。
9.一种用于从模拟波形中生成脉冲的解码器包含用于产生一个模拟波形的第一电路，模拟波形具有第一信息区域和第二信息区域；以及第二电路，它拥有至少一个输入和一个输出，上述第二电路还具有一个反馈回路，该回路包含一个连接在上述输出和上述至少一个输入之间的电抗元件，上述第二电路有一个可变的工作点，上述第二电路还具有一个转换函数，特征为，其边界由第一稳定工作域和第二稳定工作域限定的一个不稳定域，上述第二电路对上述第一个信息域进行判断并做出反应，迫使上述可变工作点改变，以便于使上述电路在上述不稳定工作域中开始工作，从而产生至少一个振荡，上述振荡的频率要高于上述工作点变换的频率，上述电路还对上述第二信息域进行判断并做出反应，迫使上述可变工作点改变进入到上述稳定工作域中的一个，以便于瞬间结束上述的至少一个振荡，而不带有暂态，其中上述开始和上述停止是交替进行的。
10.根据权利要求9的解码器，其中，上述电抗性元件是一个电容器。
11.根据权利要求9的解码器，其中，上述电抗性元件是一个电感。
12.根据权利要求9的解码器，其中，上述模拟波形是周期性的。
13.根据权利要求9的解码器，其中，上述模拟波形是从包含正弦波形，斜波波形，非对称波形，锯齿波波形，方波波形和信道最优化波形的波形组中选择出来的。
14.根据权利要求9的解码器，其中，上述模拟波形是周期性的，并且其中上述周期包含了不同波形类型的混合，包括随时间变化的信道最优化波形。
15.根据权利要求9的解码器，其中，上述至少一个振荡具有一个顶点，使相对于非振荡的至少为零的振幅，其峰值达到最大。
16.根据权利要求9的解码器，其中，上述电路包含一个负阻抗元件，其中上述不稳定工作域是一个负的阻抗域，并且其中用一个随时间变化的输入信号使上述工作点进入到上述不稳定域。
17.根据任意前述的权利要求的设备，其中，模拟波形是已知的，但是为任意的。
18.从一个模拟波形中生成脉冲的方法，该方法包括提供一个具有第一信息区域和第二信息区域的模拟波形给一个具有传送功能的可变工作点的电路，特征为由一个第一稳定工作域和一个第二稳定工作域限定的一个不稳定工作域；电路对第一个信息域进行判断并做出响应，迫使可变工作点做出改变，以便于开始电路在不稳定域中的工作，用来生成至少一个振荡，其频率高于工作点改变的频率；作为对第二个信息域判断并所做出的响应，迫使可变工作点做出改变，进入两个稳定工作域中的一个，以便于瞬间停止振荡，不带有暂态，其中开始和停止是交替进行的。
19.根据权利要求1-16的任何一种的编码系统，提供了一个脉冲序列。
全文摘要
一种用于响应输入的模拟波形来生成输出脉冲或振荡的解码器，该解码器包括具有可变的工作点和转换功能的电路，该传送功能特征为由第一稳定域和第二稳定域限定的不稳定工作域。在一个实施例中，该电路通过有输入阻抗实现的。该模拟波形迫使电路的工作点进入它的不稳定段和稳定段，来产生电路输出的振荡和非振荡特性。
文档编号H03K3/00GK1507692SQ01823247
公开日2004年6月23日 申请日期2001年3月13日 优先权日2001年3月13日
发明者乔纳森·唐·南·刘, 朱瑞安托·乔, 锡安·休·勇, 金·睦·莱, 莱, 乔纳森 唐 南 刘, 休 勇, 托 乔 申请人:新加坡国立大学