专利名称：一种超宽带发射机的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种超宽带发射机。
背景技术：
无线传感器网络能够通过各类集成化的微型传感器互相协作并实时监测、感知和采集各种环境和监测对象的信息，并对收集到的信息进行处理后通过无线通信的方式发送给终端用户，真正实现物理环境、信息世界、人类社会的交互和融合。因此，无线传感器网络 具有非常广阔的应用前景和巨大的商用价值，近年来在国际上备受关注。无线传感器网络可以在长期无人值守的状态下工作，应用领域非常广泛。典型的无线传感器网络可以分为数据采集网络和数据传输网络两部分构成。其中数据采集网络包括分布式传感器节点、信息协调基站和监控中心。作为收集和传输第一手信息和数据的无线传感器网络节点是传感器网络组网成功与否的重要基础和保证。目前国际上实现无线传感器网络的主流发射机系统之一是超宽带短脉冲发射机系统。为了满足国际超宽带协议的标准，超宽带短脉冲发射机的输出功率谱密度必须满足国际超宽带协议的要求。然而，值得指出的是，超宽带协议标准相对于其他各种协议标准而言更加严格苛刻，例如其最高输出功率谱密度不能超过-41. 3dBm/MHz。美国联邦通讯委员会早在2002年4月就给出了明确的规定。超宽带系统的频率范围在3. I 10. 6GHz，其频谱在-IOdB处，应该满足信号的相对带宽(即信号绝对带宽与中心频率之比)大于20%，或者信号的绝对带宽大于500MHz。因此，对于超宽带短脉冲发射机而言，最重要的问题之一就是如何实现一种满足协议标准的超宽带短脉冲发射机。传统的超宽带短脉冲发射机为了满足协议标准通常结构复杂，我们需要提出一种新型的超宽带短脉冲发射机，要求结构简单，且输出功率满足超宽带协议的要求。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单，且输出功率能够灵活满足超宽带协议的要求的超宽带发射机。为达成上述目的，本发明提供一种超宽带发射机，包括数字激励模块，接收数字基带的数据信号并将所述数据信号的上升沿转换为多个脉冲信号；电荷泵整形模块，与所述数字激励模块相连，将所述多个脉冲信号整形为具有相同周期的连续的电压信号，所述电压信号包括上升电压信号及下降电压信号；以及功率放大器模块，与所述电荷泵整形模块相连，放大所述电压信号并输出至发射天线。进一步的，所述电荷泵整形模块包括第一 NMOS管，第二 NMOS管，第一 PMOS管，第二 PMOS管以及第一电容；其中，所述第一 NMOS管的漏极和所述第一 PMOS管的漏极连接作为所述电荷泵整形模块的输出端，所述第一 NMOS管的栅极和所述第一 PMOS管的栅极连接作为所述电荷泵整形模块的输入端；所述第二NMOS管的漏极接所述第一NMOS管的源极，所述第二 NMOS管的源极接地；所述第二 PMOS管的漏极接所述第一 PMOS管的源极，所述第二 PMOS管的源极接电源；所述第一电容一端与所述电荷泵整形模块的输出端相连，所述第一电容的另一端接地。进一步的，所述功率放大器模块包括第二电容，其一端与所述电荷泵整形模块的输出端相连，另一端与所 述功率放大器的放大管相连，用以将所述电压信号交流耦合至所述功率放大器的放大管。进一步的，所述功率放大器模块还包括负载电感以及匹配网络，所述放大管的源极接地，漏极接所述负载电感及所述匹配网络。进一步的，所述多个脉冲信号中，第一个及最后一个脉冲信号的高电平脉冲宽度为其余所述脉冲信号的高电平脉冲宽度的一半，且所述最后一个脉冲信号仅具有高电平脉冲。进一步的，所述电压信号为三角波信号。进一步的，所述脉冲信号处于高电平时，所述电压信号为下降电压信号；所述脉冲信号处于低电平时，所述电压信号为上升电压信号。本发明的优点在于通过数字激励模块生成并决定脉冲信号的周期和个数，再通过电荷泵整形模块将脉冲信号整形为具有相同周期或频率的电压信号并决定输出的电压信号的幅度，从而使得发射机的输出功率能够灵活满足超宽带协议的要求。
图I为本发明一实施例超宽带发射机的架构示意图。图2为图I所示超宽带发射机的A，B，C处的时序波形示意图。图3为本发明一实施例超宽带发射机电荷泵整形模块以及功率放大器模块的电路不意图。
具体实施例方式为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。请参考图1，其显示本发明一实施例的超宽带发射机的架构示意图。超宽带发射机包括依次相接的数字激励模块10、电荷泵整形模块20以及功率放大器驱动模块30。发射机芯片前端为数字基带数据信号的输入，后端为射频信号输出至片外天线。数字激励模块10接收数字基带的数据信号并将其上升沿转换生成多个脉冲信号；电荷泵整形模块20将多个脉冲信号整形为具有相同周期的连续的电压信号，其中电压信号包括上升电压信号及下降电压信号；功率放大器模块30放大所述电压信号并输出至片外发射天线。接下来，将详细描述本发明超宽带发射机的工作原理，请参考图I至图3，首先，数字激励模块10接收来从数字基带的数据信号，在本实施例中，数据信号的传输是基于标准的数据传输方法实现，如图2所示，即每单位时间周期T秒内，只能传输一位数据“ I”或“O”。当传输数据“I”时，单位时间周期T秒内数据信号有上升沿(即高电平)；当传输数据“O”时，单位时间周期T秒内数据信号没有上升沿。数字激励模块10的输入端A在单位时间周期T秒内接收到数据信号，如图2所示，数字激励模块10进行数据信号处理，将数据信号的单个上升沿(高电平)转变为多个脉冲信号，并在输出端B输出。较佳的，这些脉冲信号中，第一个脉冲信号以及最后一个脉冲信号的高电平宽度为t，是其余脉冲信号高电平宽度2t的一半，且最后一个脉冲信号仅具有高电平。如此一来，能够使得后续经电荷泵整形模块20整形的信号波形更加完整。在本发明的优选实施例中，数据信号的周期T为O. 2s,数字激励模块10转化出的脉冲信号为理想方波信号，占空比为1/2，且脉冲信号的周期为40us，其中第一个脉冲信号 以及最后一个脉冲信号的高电平宽度为其余脉冲信号高电平宽度的一半，且最后一个脉冲信号只有高电平。也就是说，第一个脉冲信号仅具有3/4，最后一个脉冲信号仅具有1/4，而其余4个为完整的脉冲信号。根据图2可知，数字激励模块10所生成的这些脉冲信号经电荷泵整形模块20整形后，输出端C输出的电压信号和脉冲信号相差1/4周期，正好能够形成5个完整的波形。当然，数字激励模块10也可生成多个脉冲信号，其中第一个脉冲信号仅具有1/4，最后一个脉冲信号具有3/4，经电荷泵整形模块20整形后，同样也能够在输出端C端处形成完整波形。数字激励模块10可通过数字电路的各种逻辑门模块组合实现，这些实现方式为本领域技术人员所熟知，在此不作详述。接着请参考图3，电荷泵整形模块20包括第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2、第一PMOS管M3、第二 PMOS管M4和第一电容Cl。其中，第二 NMOS管M2的栅极和第一 PMOS管M3的栅极相连作为电荷泵整形模块20的输入端B，第二 NMOS管M2的漏极和第一 PMOS管M3的漏极相连作为电荷泵整形模块20的输出端C，第二 NMOS管M2的源极接第一 NMOS管Ml的漏极，第一 NMOS管Ml的源极接地。第一 PMOS管M3的源极接第二 PMOS管M4的漏极，第二 PMOS管M4的源极接电源。第一 NMOS管Ml和第二 PMOS管M4的栅极连接固定的偏置电压。第一电容Cl的一端接电荷泵整形模块20的输出端C，另一端接地。在本实施例中，NMOS管M1、M2的宽长比为600nm/55nm，PM0S管M3、M4的宽长比为I. 2um/55nm，电容Cl的取值为lpF。通过对第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2、第一 PMOS管M3、第二 PMOS管M4以及第一电容Cl的协同设计，能够有效控制电荷泵模块20的输出电压信号的幅度。当电荷泵整形模块20的输入端B接收到数字激励模块10输出的脉冲信号为高电平时，第二 NMOS管M2导通，第一 PMOS管M3截止，此时第一电容Cl通过流经第二 NMOS管M2、第一 NMOS管Ml的电流放电，使得电荷泵模块20的输出端C电压下降；当电荷泵模块20的输入端B接收到数字激励模块10的脉冲信号为低电平时，第一 PMOS管M3导通，第二 NMOS管M2截止，第一电容Cl通过流经第二 PMOS管M4、第一 PMOS管M3的电流充电，使得电荷泵模块20的输出端C电压上升。因此，电荷泵模块20根据脉冲信号的高低电平状态周期性地输出上升电压信号和下降电压信号，进一步将数字激励模块20输出的多个脉冲信号整形为连续的电压信号，如图2所示，电压信号为三角波信号，其周期与脉冲信号的周期相同。然后，电荷泵整形模块20将电压信号传输给功率放大器模块30，功率放大器模块将电压信号进行放大并输出至片外发射天线。请继续参考图3，功率放大器模块30包括第二电容C2、放大管M5、感性负载LI以及第三电容C3以及电感L2。在本实施例中，放大管M5的宽长比为22um/55nm，第二电容C2为20pF，感性负载LI为8nH。第二电容C2起到隔直通交的作用，将电荷泵整形模块20输出端C所输出的电压信号交流耦合到放大管M5的栅极，而第三电容C3及电感L2则构成匹配网络，使得功率放大器模块30的输出阻抗与片外天线的阻抗形成50 Ω匹配，以达到功率的最大传输。
综上，本发明所提出的超宽带发射机，一方面通过数字激励模块生成并控制脉冲信号的周期和个数，以决定输出电压信号的周期或频率，另一方面再通过电荷泵整形模块将脉冲信号整形为具有相同周期或频率的电压信号并决定输出的电压信号的幅度。本发明的超宽带发射机结构简单，且输出功率能够灵活满足超宽带协议的要求。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例 而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
权利要求
1.一种超宽带发射机，其特征在于，包括 数字激励模块，接收数字基带的数据信号并将所述数据信号的上升沿转换为多个脉冲信号; 电荷泵整形模块，与所述数字激励模块相连，将所述多个脉冲信号整形为具有相同周期的连续的电压信号，所述电压信号包括上升电压信号及下降电压信号；以及 功率放大器模块，与所述电荷泵整形模块相连，放大所述电压信号并输出至发射天线。
2.根据权利要求I所述的超宽带发射机，其特征在于，所述电荷泵整形模块包括第一NMOS管，第二 NMOS管，第一 PMOS管，第二 PMOS管以及第一电容；其中，所述第一 NMOS管的漏极和所述第一 PMOS管的漏极连接作为所述电荷泵整形模块的输出端，所述第一 NMOS管的栅极和所述第一 PMOS管的栅极连接作为所述电荷泵整形模块的输入端；所述第二 NMOS管的漏极接所述第一 NMOS管的源极，所述第二 NMOS管的源极接地；所述第二 PMOS管的漏极接所述第一 PMOS管的源极，所述第二 PMOS管的源极接电源；所述第一电容一端与所述电荷泵整形模块的输出端相连，所述第一电容的另一端接地。
3.根据权利要求I所述的超宽带发射机，其特征在于，所述功率放大器模块包括第二电容，其一端与所述电荷泵整形模块的输出端相连，另一端与所述功率放大器的放大管相连，用以将所述电压信号交流耦合至所述功率放大器的放大管。
4.根据权利要求I所述的超宽带发射机，其特征在于，所述功率放大器模块还包括负载电感以及匹配网络，所述放大管的源极接地，漏极接所述负载电感及所述匹配网络。
5.根据权利要求I所述的超宽带发射机，其特征在于，所述多个脉冲信号中，第一个及最后一个脉冲信号的高电平脉冲宽度为其余所述脉冲信号的高电平脉冲宽度的一半，且所述最后一个脉冲信号仅具有高电平脉冲。
6.根据权利要求I所述的超宽带发射机，其特征在于，所述电压信号为三角波信号。
7.根据权利要求I所述的超宽带发射机，其特征在于，所述脉冲信号处于高电平时，所述电压信号为下降电压信号；所述脉冲信号处于低电平时，所述电压信号为上升电压信号。
全文摘要
本发明公开了一种超宽带发射机，包括数字激励模块，电荷泵整形模块以及功率放大器模块。数字激励模块接收数字基带的数据信号并将其上升沿转换为多个脉冲信号；电荷泵整形模块与数字激励模块相连，将多个脉冲信号整形为具有相同周期的连续的电压信号，所述电压信号包括上升电压信号及下降电压信号；功率放大器模块与电荷泵整形模块相连，放大所述电压信号并输出至发射天线。本发明超宽带发射机结构简单，且输出功率能够灵活满足超宽带协议的要求。
文档编号H04B1/02GK102904586SQ201210413420
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者李琛, 方泽娇, 陈嘉胤 申请人:上海集成电路研发中心有限公司