专利名称：高速超低功耗16qam发射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线射频发射机芯片技术领域，特别一种高速超低功耗16正交幅度 调制(QAM)发射装置。
背景技术：
在无线体传感器网络，医学无线成像和医学无线植入等应用领域当中，无线收发 机无疑扮演着极为重要的角色。在这些应用中，特别对无线发射机提出了非常苛刻的要求。 首先其功耗必须非常低以延长电池的使用寿命，因为在很多应用场合更换电池要付出非常 大的代价甚至几乎不可能。其次，要求发射机具有非常高的数据率，以便将人体内的生理 信息或者环境信息实时地以图像格式发送给体外基站或者服务器；再次，在要求高数据率 的同时，还要求占用尽可能少的带宽资源，即高频带利用率；并且要求射频发射机可以和其 他模拟传感器，数字处理器集成在同一块CMOS芯片上，以增加稳定性和减低成本。因而在 CMOS工艺上集成高速超低功耗的射频发射机是一项关键技术。传统的QAM射频发射机几乎全部基于I/Q两路上变频结构，I/Q两路模拟基带信 号分别与相互正交的本振信号相混频，上变频到I/Q射频信号，再将I/Q两路射频信号进行 叠加，然后通过功率放大器和天线发射出去。该类发射机实现起来想法比较自然，但需要大 功耗的数字/模拟信号转换器(DAC)，低通滤波器(LPF)和混频器(Mixer)，而且还需要I/ Q两路，从而使得发射系统的功耗非常可观。因此I/Q两路上变频结构的发射机不适合极低 功耗的应用场合。同时由于I/Q两路受到不匹配，寄生效应的影响，其发射速率有限，否则 发射矢量误差(EVM)会无法接受，因而传统的发射机结构无法满足高速超低功耗的要求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高速超低功耗16QAM发射装置，在保证高数据 率，高带宽利用率的同时，能够实现超低功耗的16QAM调制发射。使其能够适用于无线体传 感器网络，医学无线成像和医学无线植入等超低功耗应用的场合中。本发明提供一种一种高速超低功耗16QAM发射装置，包括一锁相环频率综合器，该锁相环频率综合器的输出端与除四分频器的输入端连 接，用于产生频率稳定的射频载波信号；—除四分频器，该除四分频器的输入端与锁相环频率综合器的输出端连接，用于 产生16QAM调制所需要的八种相位；一四选一相位选通器，该四选一相位选通器的输入端与除四分频器的输出端连 接，用于选通多组输入信号中的一路到输出；一四选一相位选通器，该四选一相位选通器的输入端与除四分频器的输出端连 接，用于选通多组输入信号中的一路到输出；相位调制器，该相位调制器的输入端分别与四选一相位选通器的输出端连接，用 于产生相位已调信号，并驱动变增益功率放大器；
变增益功率放大器，该变增益功率放大器的输入端与相位调制器的输出端连接， 用于产生两种不同的信号幅度并驱动天线欧姆负载；16QAM数字调制器，该16QAM数字调制器的输出端分别与四选一相位选通器，相位 调制器，变增益功率放大器的输入端相连接，用来将串行输入的基带数据进行串并转换，形 成16QAM调制所需要的四位并行数据。其中所述的除四分频器由四级首尾相接的锁存器构成。其中所述的除四分频器是非常精确地产生八种相位信号，不受半导体工艺偏差、 温度等的影响，也不需要任何相位校准电路的辅助，具有超低功耗高精度的特性。其中所述的四选一相位选通器，由四个传输门和四个缓冲放大器以及数字控制器 构成。其中所述的四选一相位选通器，无损耗地选通其中一路输入到输出，而将其他三 路输入到输出的泄露减小到最低。其中所述的相位调制器，由多个晶体管、一电流源和一反相器构成，输出能够产生 与两路输入中的一路同相位的信号。其中所述的16QAM数字调制器，由串并转换器和格雷码转二进制码转换器组成， 可以将串行输入的基带数据转换成并行的四位数据，该四位数据经过格雷码转二进制码转 换器变换，输出三位相位控制信号和一位幅度控制信号。从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1.本发明提供的射频发射机，所有电路可单芯片集成，并且可以用标准CMOS工艺 实现，系统结构简单明了，发射机省去了大功耗的DAC，LPF和Mixer，解决了相关应用中的 超低功耗问题；发射机采用16QAM调制方式，提高了频带利用率和抗干扰能力。2.本发明提供的射频发射机，利用除四分频器精确地产生16QAM调制所需要的八 种相位，不受半导体工艺偏差、温度等的影响，也不需要任何相位校准电路的辅助，具有超 低功耗高精度的特点。3.本发明提供的射频发射机，利用四选一相位选择器和相位调制器，再配合 16QAM数字调制器，方便且高效地实现了相位调制，这样半数字大信号的实现方式，使得发 射信号的质量不受模拟电路offset的影响，因而可以实现很高的发射速率，解决了相关应 用中的高数据率问题。4.本发明提供的高速超低功耗射频发射机特别适合于无线体传感器网络，医学无 线成像和医学无线植入等无线收发机应用领域。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明，其中图1为本发明提供的一种高速超低功耗16QAM发射装置的系统框图；图2为本发明提供的除四分频器11的子系统框图；图3为本发明提供的四选一相位选通器12的子系统框图；图4为本发明提供的四选一相位选通器13的子系统框图；图5为本发明提供的相位调制器14的子系统框图6为本发明提供的16QAM数字调制器16的子系统框图；
具体实施例方式请参阅图1所示，本发明提供的高速超低功耗16QAM发射装置，包括一锁相环频率综合器10，该锁相环频率综合器10的输出端与除四分频器11的输 入端连接，用于产生频率稳定的射频载波信号；一除四分频器11，该除四分频器11的输入端与锁相环频率综合器10的输出端连 接，用于产生16QAM调制所需要的八种相位；其中所述的除四分频器11由四级首尾相接的 锁存器110、111、112、113构成；其所述的除四分频器11能够非常精确地产生八种相位信 号，不受半导体工艺偏差、温度等的影响，也不需要任何相位校准电路的辅助，具有超低功 耗高精度的特性；一四选一相位选通器12，该四选一相位选通器12的输入端与除四分频器11的输 出端连接，用于选通四个输入信号P0、P45、P90、P135中的一路到输出；其中所述的四选一 相位选通器12，由四个传输门120、121、122、123和四个缓冲放大器124、125、126、127以及 数字控制器1 构成；其中所述的四选一相位选通器12，可以几乎无损耗地选通其中一路 输入到输出，而将其他三路输入到输出的泄露减小到最低；一四选一相位选通器13，该四选一相位选通器13的输入端与除四分频器11的输 出端连接，用于选通四个输入信号P180、P225、P270、P315中的一路到输出；其中所述的四 选一相位选通器13，由四个传输门130、131、132、133和四个缓冲放大器134、135、136、137 以及数字控制器138构成；其中所述的四选一相位选通器13，可以几乎无损耗地选通其中 一路输入到输出，而将其他三路输入到输出的泄露减小到最低；相位调制器14，该相位调制器14的输入端分别与四选一相位选通器12，13的输出 端连接，用于产生相位已调信号，并驱动变增益功率放大器；其所述的相位调制器14，由晶 体管MN1-MN9、MP1-MP5，一电流源141和一反相器140构成，输出能够产生与两路输入中的 一路同相位的信号。变增益功率放大器15，该变增益功率放大器15的输入端与相位调制器14的输出 端连接，用于产生两种不同的信号幅度并驱动天线50欧姆负载；16QAM数字调制器16，该16QAM数字调制器16的输出端分别与四选一相位选通器 12、13，相位调制器14，变增益功率放大器15的输入端相连接，用来将串行输入的基带数据 进行串并转换，形成16QAM调制所需要的四位并行数据；所述的16QAM数字调制器16，由串 并转换器150和格雷码转二进制码转换器151组成；可以将串行输入的基带数据转换成并 行的四位数据，该四位数据经过格雷码转二进制码转换器151变换，输出三位相位控制信 号和一位幅度控制信号。以上所述的系统框图和实施电路图，对本发明的目的，技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制 本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高速超低功耗16QAM发射装置，包括一锁相环频率综合器，该锁相环频率综合器的输出端与除四分频器的输入端连接，用 于产生频率稳定的射频载波信号；一除四分频器，该除四分频器的输入端与锁相环频率综合器的输出端连接，用于产生 16QAM调制所需要的八种相位；一四选一相位选通器，该四选一相位选通器的输入端与除四分频器的输出端连接，用 于选通多组输入信号中的一路到输出；一四选一相位选通器，该四选一相位选通器的输入端与除四分频器的输出端连接，用 于选通多组输入信号中的一路到输出；一相位调制器，该相位调制器的输入端分别与四选一相位选通器的输出端连接，用于 产生相位已调信号，并驱动变增益功率放大器；一变增益功率放大器，该变增益功率放大器的输入端与相位调制器的输出端连接，用 于产生两种不同的信号幅度并驱动天线欧姆负载；一 16QAM数字调制器，该16QAM数字调制器的输出端分别与四选一相位选通器，相位调 制器，变增益功率放大器的输入端相连接，用来将串行输入的基带数据进行串并转换，形成 16QAM调制所需要的四位并行数据。
2.根据权利要求1所述的高速超低功耗16QAM发射装置，其中所述的除四分频器由四 级首尾相接的锁存器构成。
3.根据权利要求2所述的高速超低功耗16QAM发射装置，其中所述的除四分频器是非 常精确地产生八种相位信号，不受半导体工艺偏差、温度等的影响，也不需要任何相位校准 电路的辅助，具有超低功耗高精度的特性。
4.根据权利要求1所述的高速超低功耗16QAM发射装置，其中所述的四选一相位选通 器，由四个传输门和四个缓冲放大器以及数字控制器构成。
5.根据权利要求4所述的高速超低功耗16QAM发射装置，其中所述的四选一相位选通 器，无损耗地选通其中一路输入到输出，而将其他三路输入到输出的泄露减小到最低。
6.根据权利要求1所述的高速超低功耗16QAM发射装置，其中所述的相位调制器，由多 个晶体管、一电流源和一反相器构成，输出能够产生与两路输入中的一路同相位的信号。
7.根据权利要求1所述的高速超低功耗16QAM发射装置，其中所述的16QAM数字调制 器，由串并转换器和格雷码转二进制码转换器组成，可以将串行输入的基带数据转换成并 行的四位数据，该四位数据经过格雷码转二进制码转换器变换，输出三位相位控制信号和 一位幅度控制信号。
全文摘要
一种高速超低功耗16QAM发射装置，包括一锁相环频率综合器，其输出端与除四分频器的输入端连接；一除四分频器，其输入端与锁相环频率综合器的输出端连接；一四选一相位选通器，其输入端与除四分频器的输出端连接；一四选一相位选通器，其输入端与除四分频器的输出端连接；一相位调制器，其输入端分别与四选一相位选通器的输出端连接，用于产生相位已调信号，并驱动变增益功率放大器；一变增益功率放大器，其输入端与相位调制器的输出端连接，用于产生两种不同的信号幅度并驱动天线欧姆负载；一16QAM数字调制器，其输出端分别与四选一相位选通器，相位调制器，变增益功率放大器的输入端相连接，用来将串行输入的基带数据进行串并转换，形成16QAM调制所需要的四位并行数据。
文档编号H04L27/36GK102098267SQ20111002508
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者吴南健, 章琦 申请人:中国科学院半导体研究所