专利名称：全波式振幅调制方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明关于一种全波式振幅调制方法及电路，特别是一种利用CMOS技术所设计的全波式振幅调制方法及电路。
在通信领域中，振幅调制(Amplitude Modulation)是非常重要的信号调制方式。
图1示意表示此种调制方式，其中图1A为载波信号VC(t)，图1B为调制信号Vm(t)，图1C表示采用此种振幅调制方式所得的结果VO(t)。此信号VO(t)的调幅的包迹(envelope)相当于调制信号Vm(t)与其反相信号叠加在一起，此种方式称为全波式(full-wave)振幅调制。
习知技术中，全波式振幅调制一般采用如图2A所示的平衡调制器(balance modulator)来完成，其中载波信号VC(t)加在晶体管对Q3、Q4上，亦加在晶体管对Q5、Q6上，而调制信号信号Vm(t)加在晶体管对Q1、Q2之间。分析此电路将发现输出信号VO(t)为载波信号VC(t)与调制信号Vm(t)两者的乘积，举例而言，VC(t)＝Vacos(ωct)；Vm(t)＝Vb cos(ωmt)，则VO(t)＝1/2*Va*Vb*[cos(ωm+ωc)t+cos(ωm-ωc)t](1)此结果表示在频谱(spectrum)上，如图2B所示。
上述平衡调制器采用双极式bipolar技术，并不适用于CMOS技术，且存在过调制(over-modulation)不易被解调的问题，所谓过调制可藉由图3A(同于图1C)加以说明，图3A中输出信号VO(t)的包迹线有上下两条曲线对于t轴成对称，此两条曲线相交于t轴，这造成解调时的困难，因为易解调成如图3B所示的错误结果，若欲解调出如图3C所示的正确结果，则必需使用较为复杂的解调电路。
由于CMOS技术的高度发展，其相较于双极式bipolar技术具有多方面的好处，例如集成度高、成本低、易于制造等，因此以CMOS技术设计振幅调制电路有其重大意义。图4表示一种以CMOS技术完成的振幅调制电路，参考图4A，其利用载波信号VC(t)来控制(1)当VC(t)为正值时，输出信号VO(t)＝调制信号Vm(t)；(2)当VC(t)不为正值时，输出信号VO(t)＝0。结果如图4C所示，实际电路则如图4B所示，其中采用一个CMOS开关，其输入端馈入调制信号Vm(t)，载波信号VC(t)加在NMOS晶体管的闸极，载波信号的反相信号VC(t)加在PMOS晶体管的闸极，则可得到图4A所示的功能。
虽然图4B的电路非常简单，但仅能解调出上半部的波形，而非全波式振幅调制，这会造成信号的严重失真，在大部份的情况下均不适用。
本发明的主要目的在于提供一种利用CMOS技术设计的不会产生过调制现象的全波式振幅调制方法及电路。
本发明的全波式振幅调制方法，包括以下步骤1、将输入的调制电压信号Vm(t)转换成一电流信号；2、利用此电流信号产生两电压信号VA(t)与VB(t)，此两电压信号对于一固定值的直流参考电压成上下对称；3、根据此电压信号VA(t)与VB(t)与一载波信号，而得到一全波式振幅调制信号VO(t)，其作法为(1)当此载波信号为正值时，取电压信号VA(t)作为输出信号VO(t)；(2)当此载波信号为负值时，取电压信号VB(t)作为输出信号VO(t)。
相应于上述调制方法，本发明的调制电路主要包括一电压电流转换电路、一电流电压转换电路及一开关电路。
以下结合附图及较佳实施例更进一步说明本发明的方法及电路的特点。
附图简单说明图1全波式振幅调制信号的示意图；图2习知技术中采用双极式技术的全波式振幅调制电路图3过调制信号的示意图；图4习知采用CMOS技术的半波式振幅调制电路图；图5本发明的全波式振幅调制电路图；图6本发明的全波式振幅调制电路应用于电视信号调制的较佳实施例。
参考图5，本发明的全波式振幅调制电路主要分成三级，分别用以实施发明概要中所述的三个步骤。
第一级由运算放大器L1、电阻R1、与NMOS晶体管M1所组成的电压电流转换电路；其连接方式为将调制信号Vm(t)馈入运算放大器L1的正输入端，NMOS晶体管M1的闸极连接至运算放大器L1的输出端，用以提供运算放大器输出端所需的极高电阻，此晶体管M1的源极与运算放大器L1的负输入端接在一起，并再接至电阻R1。根据运算放大器的特性，可得到Im(t)＝Vm(t)/R1。换而言之，第一级的作用在于将输入的调制电压信号Vm(t)转换成流过晶体管M1的电流信号Im(t)。
第二级为由两电流镜与两电阻所成的电流电压转换电路，第一电流镜包括PMOS晶体管M2、M3与M5，其源极均外接于电压源VDD，PMOS晶体管M2成二极管连接，其漏极接于晶体管M1的漏极，因此对晶体管M2、M3与M5所构成的电流镜而言，晶体管M1起电流源(sink)的作用；第二电流镜包括NMOS晶体管M4与M6，其源极均接地，晶体管M4成二极管连接，其漏极接于晶体管M3的漏极，因此对晶体管M4与M6所构成的电流镜而言，晶体管M3起电流源(source)的作用。晶体管M5的漏极连接至一电阻R2，电阻R2与电阻R3串接，电阻R3的另一端连接至晶体管M6的漏极，电阻R2与R3具有相同的电阻值Rs，且晶体管M4与M6两者的W/L值之比与晶体管M3与M5两者的W/L值之比相等。
由于第一电流镜的作用，流经晶体管M3与M5的电流均正比于Im(t)，且此两个电流大小之比是由两者的W/L值之比决定的。再根据晶体管M4与M6两者的W/L值之比与晶体管M3与M5两者的W/L值之比相等，因此流经晶体管M4与M6的电流大小之比与流经晶体管M3与M5的电流大小之比相同。另外由电路的连接方式可知流经晶体管M4的电流即流经晶体管M3的电流，因此流经晶体管M6的电流与流经晶体管M5的电流相等。
对电路稍加分析，将知节点C的电位为1/2VDD，且节点A的电位VA(t)与节点B的电位VB(t)满足VA(t)＝1/2VDD+Vm(t)*Rs/R1 (2)VB(t)＝1/2VDD-Vm(t)*Rs/R1 (3)换而言之，两电位信号VA(t)与VB(t)对于1/2VDD成上下对称。
由于电压信号在CMOS电路中无法以负电压型式获得，而电流信号则不然，如图5中对节点C而言，晶体管M5提供一源电流(正)，而晶体管M6提供一sink电流(负)。此说明了为何第一级中故意将输入的调制电压信号Vm(t)转换成电流信号Im(t)。
第三级由两个CMOS开关组成的开关电路，藉由载波信号VC(t)与信号VA(t)、VB(t)，而产生一全波式振幅幅调制信号VO(t)，其中第一CMOS开关的输入端馈入信号VA(t)，其NMOS的闸极处馈入载波信号VC(t)，而其PMOS的闸极处馈入载波信号的反相信号VC(t)，而第二CMOS开关的输入端馈入信号VB(t)，其NMOS的闸极处馈入载波信号的反相VC(t)，而其PMOS的闸极处馈入载波信号VC(t)，两CMOS开关的输出端接在一起而外接作为输出信号VO(t)。
当载波信号VC(t)为正时，第一CMOS开关导通，而第二CMOS开关切断，此时VO(t)＝VA(t)；而当载波信号VC(t)为负时，第一CMOS开关切断，而第二CMOS开关导通，此时VO(t)＝VB(t)，因此能达到以载波信号的极性选择信号VA(t)或信号VB(t)作为输出信号的目的。
图5所示的电路中，第一级、第二级与第三级分别对应于发明概要中所述全波式振幅调制方法的三个步骤。
此外，图5所示的全波式振幅调制电路的较佳实施例满足晶体管M2、M3与M5的W/L值均相同，晶体管M4与M6的W/L值亦相同，结果流经晶体管M3、M5、M4与M6的电流均为Im(t)。
图6表示本发明的全波式振幅调制方法的一实际应用例，用以将电视信号转换成广播频道射频(RF)调制信号。电视信号包含影像信号与声音信号，此外为了防止过调制的问题，根据电视信号标准尚必须满足一定的调制指数(modulation index)。参考图6A，其中Vp(t)表示影像信号，其经由运算放大器OP3与电阻Rp，再经过一由两尺寸相同的晶体管所构成的电流镜而产生电流Ip(t)。SIFCLK表示经过调制的声音信号，此信号SIFCLK用以控制一电流源Is(t)(1)当SIFCLK为0时，Is(t)＝0；(2)当SIFCLK为1时，Is(t)＝0.5VDD/Rs(此值由运算放大器OP2与电阻Rs决定)。Ip(t)与Is(t)加在一起以产生真正的调制信号Im(t)。此外，参考图6B，电压信号Vref用以产生电流Iref，用以产生能满足电视信号标准所规定的调制指数要求的最小载波信号，此处Iref的大小由运算放大器OP1与电阻Rr决定为Vref/Rr。利用图6A与图6B所产生的Im(t)与Iref，而供给Im(t)-Iref的电流源current source与电流沉落(currentsink)至图6C的电路，此二电流之间连接两个串联的电阻Rm，且两电阻的连接点具有DC电位1/2VDD(由运算放大器OP4与两电阻Rq决定)，结果节点A的电位VA(t)与节点B的电位VB(t)如下式VA(t)＝0.5VDD+(Im(t)-Iref)*Rm＝0.5VDD+(Ip(t)+Is(t)-Iref)*Rm＝0.5VDD+[Vp(t)/Rp+Is(t)-Vref/Rr]*Rm(4)VB(t)＝0.5VDD-(Im(t)-Iref)*Rm＝0.5VDD-(Ip(t)+Is(t)-Iref)*Rm＝0.5VDD-[Vp(t)/Rp+Is(t)-Vref/Rr]*Rm(5)因此，藉由调整Rp、Rs与Rr的大小关系，可轻易地获得所需的信号(影像信号/声音信号)及调制指数。此外，尚可藉由主调整电阻Rm相对于Rp、Rs与Rr的大小，而获得所需的输出信号大小。信号VA(t)与VB(t)经由运算放大器OP5与OP6的缓冲，然后接到由CMOS互补开关所构成的多工器Mux，此多工器Mux相当于图5所示电路的第三级，由载波信号Sc(t)所控制，而选择信号Vxp或信号Vxn作为输出信号，形成所需的对称于1/2VDD的全波式振幅调制信号，在此电容C1的作用是为了滤掉直流成份，使AMOUT成为AC调制信号输出。
综上所述，本发明具有如下效果本发明的全波式振幅调制方法及电路，具有以下几个特色(1)采用CMOS技术，故具有CMOS技术的优点，包括集成度高、成本低、易于制造等；(2)可有效地解决过调制的问题；(3)实现电路简单。
权利要求
1.一种全波式振幅调制方法，包括以下步骤(1)将电压调制信号Vm(t)转换成电流信号；(2)利用所述电流信号产生两相对称的电压信号VA(t)与VB(t)，该两电压信号对于一固定值的参考电压成上下对称；(3)根据所述电压信号VA(t)与VB(t)与一载波信号VC(t)，而得到一全波式振幅调制信号的输出信号，其作法为当载波信号为正值时，取电压信号VA(t)作为输出信号，而当载波信号为负值时，取电压信号VB(t)作为输出信号。
2.一种全波式振幅调制电路，包括一电压电流转换电路，一电流电压转换电路及一开关电路；所述电压电流转换电路由运算放大器、电阻R1与NMOS晶体管M1组成，其连接方式为调制信号Vm(t)馈入运算放大器的正输入端，NMOS晶体管M1的闸极连接至运算放大器的输出端，用以提供运算放大器输出端所需的极高电阻，晶体管M1的源极与运算放大器的负输入端连接，然后再共同接至电阻R1，用以将输入的调制电压信号Vm(t)转换成流过晶体管M1的电流信号Im(t)＝Vm(t)/R1；所述电流电压转换电路由两电流镜与两电阻构成，第一电流镜包括PMOS电晶体M2、M3与M5，其源极均外接于电压源VDD，晶体管M2成二极管连接，其漏极接于晶体管M1的漏极；第二电流镜包括NMOS晶体管M4与M6，其源极均接地，晶体管M4成二极管连接，其漏极接于晶体管M3的漏极，晶体管M4与M6两者的W/L值之比与晶体管M3与M5两者的W/L值之比相等；晶体管M5的漏极连接至一电阻R2，电组R2再串联一电阻R3，然后连接于晶体管M6的漏极，电阻R2与R3的电阻值相同；晶体管M5与电阻R2连接点的电位为VA(t)，晶体管M6与电阻R3连接点的电位为VB(t)，则两电位信号VA(t)与VB(t)对于0.5VDD成上下对称；所述开关电路由两个CMOS开关构成，其中第一CMOS开关的输入端馈入所述信号VA(t)，其NMOS的闸极处馈入所述载波信号VC(t)，而其PMOS的闸极馈入所述载波信号的反相电压VC(t)，而第二CMOS开关的输入端馈入信号VB(t)，其NMOS的闸极馈入所述载波信号的反相电压VC(t)，而其PMOS的闸极处馈入该载波信号VC(t)，两CMOS开关的输出端接在一起作为输出信号VO(t)的输出端，以使当载波信号VC(t)为正时，第一CMOS开关导通，而第二CMOS开关切断，此时VO(t)＝VA(t)；当载波信号VC(t)为负时，第一CMOS开关切断，第二CMOS开关导通，此时VO(t)＝VB(t)。
3.根据权利要求2所述的全波式振幅调制电路，其特征在于，所述晶体管M2、M3与M5的W/L值相同，晶体管M4与M6的W/L值相同。
全文摘要
一种全波式振幅调制方法及电路,此种全波式振幅调制方法包括以下步骤:(1)将调制电压信号Vm(t)转换成一电流信号;(2)利用此电流信号而产生两电压信号V
文档编号H03C1/00GK1182976SQ96120769
公开日1998年5月27日 申请日期1996年11月15日 优先权日1996年11月15日
发明者杨存孝, 谢嘉德, 苏壬穗 申请人:民生科技股份有限公司