信号发射装置、方法及通信装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种信号发射装置及通信装置，其中，信号发射装置包括调制电路、脉冲发生电路和输出阻抗可调的功率驱动电路；所述调制电路的输入端和所述脉冲发生电路的电平判断输入端分别连接信号发生装置的输出端，所述调制电路的输出端连接所述脉冲发生电路的信号输入端，所述脉冲发生电路的输出端连接所述功率驱动电路的输入端，所述功率驱动电路的输出端连接信号接收装置。上述信号发射装置及通信装置工作在全数字触发式状态，在实现上具有低功耗、低复杂度的优点，从而使系统的单位比特能耗显著降低。
【专利说明】
信号发射装置、方法及通信装置
技术领域
[0001]本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种信号发射装置、方法及通信装置。
【背景技术】
[0002]在现有的通信系统中，发射机普遍采用非脉冲式的FSK(Frequency_shiftkeying，频移键控)、BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)等信号调制方式。FSK、BPSK等方式电路结构相对复杂，不利于整个系统全集成设计，而且功耗较大，上述缺陷限制了 FSK、BPSK等方式在实际场景中的应用。
[0003]以人体通信等体域网应用环境为例，人体介质通信技术通俗地说是一种将人体作为线缆进行数据传输的新型通信方式，通过该技术，人体将成为网络的一部分，人们只需要通过触摸便可进行信息的收发。在体域网应用环境下，对穿戴式特别是植入式设备的体积和功耗都有严格的限制，FSK、BPSK等通信方式的这些缺陷很大的局限了人体介质通信系统的实用性和产品化。
[0004]综上所述，现有技术功耗大、结构复杂。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对现有技术功耗大、结构复杂的问题，提供一种信号发射装置、方法及通信装置。
[0006]—种信号发射装置，包括:
[0007]调制电路、脉冲发生电路和输出阻抗可调的功率驱动电路；
[0008]所述调制电路的输入端和所述脉冲发生电路的电平判断输入端分别连接信号发生装置的输出端，所述调制电路的输出端连接所述脉冲发生电路的信号输入端，所述脉冲发生电路的输出端连接所述功率驱动电路的输入端，所述功率驱动电路的输出端连接信号接收装置；
[0009]所述调制电路接收信号发生装置产生的归零码数据，将所述归零码数据与数字调制载波进行开关键控，得到调制信号，并将所述调制信号输出至脉冲发生电路；
[0010]所述脉冲发生电路接收所述调制信号，并且在所述归零码数据的上升沿到来时，截取上升沿到来后所述数字调制载波的第一个载波周期对应的调制信号，获得数字脉冲信号，并将所述数字脉冲信号输出至功率驱动电路；
[0011]所述功率驱动电路将所述数字脉冲信号的功率调整到预设功率值，并将所述数字脉冲信号发射到所述信号接收装置。
[0012]一种信号发射方法，包括以下步骤:
[0013]接收归零码数据，将所述归零码数据与数字调制载波进行开关键控，得到调制信号；
[0014]接收所述调制信号，并且在所述归零码数据的上升沿到来时，截取上升沿到来后所述数字调制载波的第一个载波周期对应的调制信号，获得数字脉冲信号；
[0015]将所述数字脉冲信号的功率调整到预设功率值，并发射所述数字脉冲信号。
[0016]一种通信装置，其特征在于，包括:
[0017]信号发射装置，第一传感器，第二传感器，以及信号接收装置；
[0018]所述信号发射装置的功率驱动电路的输出端与所述第一传感器的输入端相连接，所述第一传感器的输出端通过传输信道与所述第二传感器的输入端相连接，所述第二传感器的输出端与所述信号接收装置相连接。
[0019]上述信号发射装置、方法及通信装置，通过调制电路对基带归零码数据进行开关键控，得到调制信号，通过脉冲发生电路对所述调制信号进行截取，得到数字脉冲信号，通过功率驱动电路将所述数字脉冲信号的功率调整到预设功率值后发射，系统工作在全数字触发式状态，在实现上具有低功耗、低复杂度的优点，从而使系统的单位比特能耗显著降低。
【附图说明】
[0020]图1为一个实施例的信号发射装置的结构示意图；
[0021]图2为经归零码转换和未经归零码转换的调制信号的比较图；
[0022]图3为一个实施例的脉冲发生电路的结构示意图；
[0023]图4为一个实施例的脉冲发生电路的工作流程图；
[0024]图5为调制及数字脉冲产生的时序图；
[0025]图6为一个实施例的功率驱动电路的结构示意图；
[0026]图7为一个实施例的推挽功率放大电路的结构不意图；
[0027]图8为一个实施例的信号发射方法的流程图；
[0028]图9为一个实施例的通信装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明的信号发射装置及通信装置的实施例进行说明。
[0030]图1为一个实施例的信号发射装置的结构示意图。如图1所示，所述信号发射装置可包括:
[0031]调制电路1、脉冲发生电路20和输出阻抗可调的功率驱动电路30;
[0032]所述调制电路10的输入端和所述脉冲发生电路20的电平判断输入端分别连接信号发生装置40的输出端，所述调制电路10的输出端连接所述脉冲发生电路20的信号输入端，所述脉冲发生电路20的输出端连接所述功率驱动电路30的输入端，所述功率驱动电路30的输出端连接信号接收装置300;
[0033]所述调制电路10接收信号发生装置40产生的归零码数据D2，将所述归零码数据D2与数字调制载波ro进行开关键控，得到调制信号D3，并将所述调制信号D3输出至脉冲发生电路20;
[0034]所述脉冲发生电路20接收所述调制信号D3，并且在所述归零码数据D2的上升沿到来时，截取上升沿到来后所述调制电路10的输出信号D3的第一个载波周期，获得数字脉冲信号D4，并将所述数字脉冲信号D4输出至功率驱动电路30;
[0035]所述功率驱动电路30将所述数字脉冲信号D4的功率调整到预设功率值，并将所述数字脉冲信号D4发射到所述信号接收装置300。
[0036]所述调制电路10可接收信号发生装置40产生的归零码数据D2。在一个实施例中，所述信号发生装置40产生的数据可能是非归零码数据Dl，此时，可在所述信号发生装置40与所述调制电路10之间设置一个归零码产生电路60，将信号发生装置40产生的非归零码数据Dl转换为归零码数据D2并输出到所述调制电路10和脉冲发生电路20。由于系统后续进行开关键控(On-Off Keying，00K)，进行归零码转换，避免了数据出现“连I串”情况时，后续OOK调制只会完成对“连I串”中“第一个数据I”的调制，避免了造成数据丢失。所述归零码产生电路可将信号发生装置产生的非归零码数据转换为归零码数据并输出到所述调制电路的输入端和脉冲发生电路的电平判断输入端。经归零码转换和未经归零码转换的调制信号D3的比较图如图2所示。
[0037]在一个实施例中，还可以设置一个同步电路;所述同步电路的输入端连接到所述信号发生装置40的输出端，所述同步电路的输出端连接到所述归零码产生电路60的输入端;所述同步电路可用于获取与所述非归零码数据Dl同步的时钟信号，并根据所述时钟信号对所述非归零码数据Dl进行边沿校准。
[0038]在一个实施例中，所述调制电路10还可以根据预设的发射信号的频带宽度调整所述数字调制载波H)的频率，并将归零码数据D2与经调整的数字调制载波FD进行开关键控。通过这种方式，可以调节最终输出的发射信号的频带宽度。
[0039]所述脉冲发生电路20可以根据如下方式获得数字脉冲信号D4:
[0040]首先，可以判断所述归零码数据D2的高电平是否到来，若未到来则等待，若到来则对所述调制信号D3的上升沿进行计数；
[0041]若计数值为I时，可输出高电平信号，当计数值为2时可输出低电平信号，停止计数，并将计数值清零；
[0042]当所述归零码数据D2为低电平时，可输出低电平信号，直到所述归零码数据D2的高电平再次出现，则重复上述步骤。
[0043]可将所述脉冲发生电路20的输出信号作为所述数字脉冲信号D4。
[0044]如图3所示，所述脉冲发生电路20可包括电平检测电路201、计数电路202和脉冲发生子电路203;所述电平检测电路201的输入端连接所述信号发生装置40的输出端，所述电平检测电路201的输出端连接所述计数电路202的状态输入端及所述脉冲发生子电路203的使能控制端;所述计数电路202的计数输入端连接所述调制电路10的输出端，所述计数电路202的输出端连接所述脉冲发生子电路203的计数控制端;所述脉冲发生子电路203的输出端连接所述功率驱动电路30的输入端。可采用上述电路结构生成所述数字脉冲信号D4。具体地，所述电平检测电路201可对所述归零码数据D2进行电平判断，当所述归零码数据D2为低电平时，可控制所述脉冲发生子电路203进入待机非工作状态，并使所述脉冲发生子电路203输出的数字脉冲信号D4保持低电平，并继续电平判断，当所述归零码数据D2为高电平时，可通知计数电路202对所述调制信号D3的上升沿进行计数，若计数值cnt = l，则将所述脉冲发生电路20输出的数字脉冲信号D4置为高电平，若计数值cnt = 2，则将所述脉冲发生子电路203输出的数字脉冲信号D4置为低电平，同时停止计数并将计数值cnt清零。工作流程如图4所不。
[0045]调制及数字脉冲产生的时序图如图5所示。
[0046]所述功率驱动电路30可将所述数字脉冲信号D4的功率调整到预设功率值，并将输出节点的等效输出阻抗调节至与所述信号接收装置300相匹配，然后将所述数字脉冲信号D4发射到信号接收装置300。
[0047]如图6所示，在一个实施例中，所述功率驱动电路30可包括推挽功率放大电路301和偏置调节电路302;所述推挽功率放大电路301的信号输入端与所述脉冲发生电路20的输出端相连接，所述推挽功率放大电路301的偏置输入端与所述偏置调节电路302的输出端相连接，输出端与所述信号接收装置300相连接。其中，所述推挽功率放大电路301可将所述数字脉冲信号D4的功率调整到预设功率值，并将所述数字脉冲信号D4发射到所述信号接收装置300。所述偏置调节电路302可将输出节点的等效输出阻抗调节至与所述信号接收装置300相匹配。
[0048]如图7所示，所述推挽功率放大电路301可包括第一电阻301a、第一MOS晶体管301b、第二 MOS晶体管301c、第三MOS晶体管301d和第四MOS晶体管301e;所述第一电阻301a的一端和所述第一 MOS晶体管301b的栅极连接所述脉冲发生电路20输出端，所述第一电阻301a的另一端连接所述第二 MOS晶体管301c的漏极和所述信号接收装置300;所述第一 MOS晶体管301b的源极连接外部电源，所述第一 MOS晶体管301b的漏极连接所述第二 MOS晶体管301c的源极;所述第二 MOS晶体管301c的栅极和所述第三MOS晶体管301d的栅极连接所述偏置调节电路302，所述第二 MOS晶体管301 c的漏极连接所述第三MOS晶体管30 Id的漏极以及所述信号接收装置300;所述第三MOS晶体管301d的源极连接所述第四MOS晶体管301e的漏极，所述第四MOS晶体管301e的栅极连接所述脉冲发生电路，所述第四MOS晶体管301e的源极接地。通过改变第二 MOS晶体管301c和第三MOS晶体管30 Id的栅极电压，可以改变输出结点的等效输出阻抗，从而起到输出阻抗调节的作用。所述功率驱动电路30的输出阻抗可以调整为等于或者逼近所述信号接收装置300的输入阻抗的值，从而实现功率匹配输出。
[0049]在一个实施例中，所述的信号发射装置100还可包括连接至所述脉冲发生电路20和功率驱动电路30之间的微分电路50;所述微分电路50对所述数字脉冲信号D4进行微分处理后输出微分信号D5到所述功率驱动电路30。所述微分单元的作用是去掉所述数字脉冲信号D4中含有的直流成分，并将适于传输的频段的信号成分输送给后级的功率驱动电路30，进行功率放大与输出。
[0050]图8为一个实施例的信号发射方法的流程图。如图8所示，所述信号发射方法可包括以下步骤:
[0051]SI，接收归零码数据，将所述归零码数据与数字调制载波进行开关键控，得到调制信号；
[0052]S2，接收所述调制信号，并且在所述归零码数据的上升沿到来时，截取上升沿到来后所述数字调制载波的第一个载波周期对应的调制信号，获得数字脉冲信号；
[0053]S3，将所述数字脉冲信号的功率调整到预设功率值，并发射所述数字脉冲信号。
[0054]上述信号发射方法的各个步骤可采用所述信号发射装置的实施例中的各个装置来实现，也可以采用软件方法来实现，此处不再赘述。
[0055]图9为一个实施例的通信装置的结构示意图。所述通信装置可包括:
[0056]信号发射装置100，第一传感器200A，第二传感器200B，以及信号接收装置300;
[0057]所述信号发射装置100的功率驱动电路的输出端与所述第一传感器200A的输入端相连接，所述第一传感器200A的输出端通过传输信道与所述第二传感器200B的输入端相连接，所述第二传感器200B的输出端与所述信号接收装置300相连接。
[0058]其中，信号发生装置40可以产生原始基带信号SI，并输出到信号发射装置100，所述信号发射装置100可生成数字脉冲信号D4，并最终输出用于通信的OOK窄脉冲信号S2。所述第一传感器200A可将信号S2耦合到信道，信号S2经过信道传输后，再经过第二传感器200B检测得到信号S2’，所述信号接收装置300可将S2 ’接收处理后还原出原始基带信号。
[0059]在一个实施例中，所述第一传感器200A和第二传感器200B可以安装在可穿戴设备或植入设备中，例如穿戴于指尖的血氧传感器、腕表型血糖传感器、植入式心电监测传感器、植入式脑电信号采集传感器等。所述可穿戴设备或植入设备可以由用户携带，从而可以将用户作为通信媒介，在信号发射装置100和信号接收装置300之间实现通信。
[0060]所述信号发射装置的实施例与上述信号发射装置相同，此处不再赘述。
[0061]本发明提高了人体信道的频带利用率和数据发送速率，系统工作在全数字触发式状态，在实现上能以低功耗、低复杂度、高速的优点换来系统的单位比特能耗显著降低，并可完全采用CMOS集成电路工艺实现，且不存在大面积的集成电阻及电容整形电路，适合集成于SOC芯片，易于推广。
[0062]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0063]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种信号发射装置，其特征在于，包括: 调制电路、脉冲发生电路和输出阻抗可调的功率驱动电路； 所述调制电路的输入端和所述脉冲发生电路的电平判断输入端分别连接信号发生装置的输出端，所述调制电路的输出端连接所述脉冲发生电路的信号输入端，所述脉冲发生电路的输出端连接所述功率驱动电路的输入端，所述功率驱动电路的输出端连接信号接收装置； 所述调制电路接收信号发生装置产生的归零码数据，将所述归零码数据与数字调制载波进行开关键控，得到调制信号，并将所述调制信号输出至脉冲发生电路； 所述脉冲发生电路接收所述调制信号，并且在所述归零码数据的上升沿到来时，截取上升沿到来后所述数字调制载波的第一个载波周期对应的调制信号，获得数字脉冲信号，并将所述数字脉冲信号输出至功率驱动电路； 所述功率驱动电路将所述数字脉冲信号的功率调整到预设功率值，并将所述数字脉冲信号发射到所述信号接收装置。2.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，还包括: 连接至所述信号发生装置与所述调制电路之间的归零码产生电路； 所述归零码产生电路将信号发生装置产生的非归零码数据转换为归零码数据并输出到所述调制电路的输入端和脉冲发生电路的电平判断输入端。3.根据权利要求2所述的信号发射装置，其特征在于，还包括: 同步电路； 所述同步电路的输入端连接到所述信号发生装置的输出端，所述同步电路的输出端连接到所述归零码产生电路的输入端； 所述同步电路用于获取与所述非归零码数据同步的时钟信号，并根据所述时钟信号对所述非归零码数据进行边沿校准。4.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，所述脉冲发生电路进一步用于: 判断所述归零码数据的高电平是否到来，若是，则对所述调制信号的上升沿进行计数； 当计数值为I时，输出高电平的数字脉冲信号； 当计数值为2时，输出低电平信号的数字脉冲信号，停止计数，并将计数值清零。5.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，还包括: 连接至所述脉冲发生电路和功率驱动电路之间的微分电路； 所述微分电路对所述数字脉冲信号进行微分处理后输出到所述功率驱动电路。6.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，所述调制电路进一步用于: 根据预设的发射信号的频带宽度调整所述数字调制载波的频率； 将归零码数据与经调整的数字调制载波进行开关键控。7.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，所述功率驱动电路包括: 推挽功率放大电路和偏置调节电路； 所述推挽功率放大电路的信号输入端与所述脉冲发生电路的输出端相连接，所述推挽功率放大电路的偏置输入端与所述偏置调节电路的输出端相连接，所述推挽功率放大电路的输出端与所述信号接收装置相连接； 所述推挽功率放大电路将所述数字脉冲信号的功率调整到预设功率值，并输出到所述信号接收装置； 所述偏置调节电路将输出节点的等效输出阻抗调节至与所述信号接收装置相匹配，并通过所述推挽功率放大电路将所述数字脉冲信号发射到所述信号接收装置。8.根据权利要求7所述的信号发射装置，其特征在于，所述推挽功率放大电路包括: 第一电阻、第一 MOS晶体管、第二 MOS晶体管、第三MOS晶体管和第四MOS晶体管； 所述第一电阻的一端和所述第一 MOS晶体管的栅极连接所述脉冲发生电路输出端，所述第一电阻的另一端连接所述第二 MOS晶体管的漏极和所述信号接收装置； 所述第一 MOS晶体管的源极连接外部电源，所述第一 MOS晶体管的漏极连接所述第二MOS晶体管的源极； 所述第二 MOS晶体管的栅极和所述第三MOS晶体管的栅极连接所述偏置调节电路输出端，所述第二 MOS晶体管的漏极连接所述第三MOS晶体管的漏极以及所述信号接收装置； 所述第三MOS晶体管的源极连接所述第四MOS晶体管的漏极，所述第四MOS晶体管的栅极连接所述脉冲发生电路，所述第四MOS晶体管的源极接地。9.一种信号发射方法，其特征在于，包括以下步骤: 接收归零码数据，将所述归零码数据与数字调制载波进行开关键控，得到调制信号； 接收所述调制信号，并且在所述归零码数据的上升沿到来时，截取上升沿到来后所述数字调制载波的第一个载波周期对应的调制信号，获得数字脉冲信号； 将所述数字脉冲信号的功率调整到预设功率值，并发射所述数字脉冲信号。10.一种通信装置，其特征在于，包括: 如权利要求1至8任意一项所述的信号发射装置，第一传感器，第二传感器，以及信号接收装置； 所述信号发射装置的功率驱动电路的输出端与所述第一传感器的输入端相连接，所述第一传感器的输出端通过传输信道与所述第二传感器的输入端相连接，所述第二传感器的输出端与所述信号接收装置相连接。
【文档编号】H04B10/524GK105933069SQ201610532884
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】赵明剑
【申请人】华南理工大学