一种通过电流复用实现超低功耗的超宽带调频发射机制造技术

本发明专利技术提出一种通过电流复用来实现超低功耗的超宽带调频发射机。该发射机可以集成至超宽带调频雷达或通信系统中使用，其目的是显著地降低发射机模块在整个超宽带调频收发机系统中所产生的功耗。所设计的压控振荡器和功率振荡器堆叠模块能够将所需要的电源电压降低到1.4V，通过射频电流复用技术将所需电流降低50％。若采用标准电源电压1.8V的180nm CMOS工艺，功耗可降低50％；若采用标准电源电压1.2V的65nm CMOS工艺，功耗可降低41.7％。当工艺电压更高时，所提出发射机的功耗优化愈加明显。本发明专利技术提出的发射机可应用在不同的超宽带集成收发机中，基于电流复用的低功耗设计使本发明专利技术可应用在各种超低功耗的场景中。发明专利技术可应用在各种超低功耗的场景中。发明专利技术可应用在各种超低功耗的场景中。

【技术实现步骤摘要】
一种通过电流复用实现超低功耗的超宽带调频发射机


[0001]本专利技术提出一种通过电流复用来实现超低功耗的超宽带调频发射机，属于无线通信技术以及雷达测距


技术介绍

[0002]近年来，超宽带调频技术在国内外均发展迅速，无线体域网和无线个人网开始从众多小型系统中脱颖而出获得人们的青睐。这些系统的广泛应用更要求我们设计出超低功耗、多距离通信的无线通信收发机。一些医疗方面的电子系统也要求使用高分辨率的雷达测距收发机。很多技术都可以帮助我们实现收发机的设计，其中超宽带技术相比于一些常用的窄带技术能够实现更高分辨率、架构更简单的低功耗收发机。现有的一些收发机芯片往往都有着功耗巨大的缺点，实现复用度高、超低功耗的超宽带调频发射机是本专利技术致力于研究的内容。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种通过将射频电流复用来实现超低功耗的超宽带调频发射机，发射机可以集成至超宽带调频雷达或通信系统中使用，能够显著地降低发射机模块在整个超宽带调频收发机系统中所产生的功耗，本专利技术所提出的发射机结构为：三角波发生器生成一个三角波(完成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过电流复用实现超低功耗的超宽带调频发射机，其最具有创新性的特征在于：三级环形压控振荡器与单级推挽型功率放大器构成的射频前端模块。本发明所述的通过电流复用实现超低功耗的超宽带调频发射机的射频前端，其工作模式的设置具体包括如下步骤：步骤一：供电与信号连接，具体包括如下子步骤：步骤1.1直流电源电压、直流偏置电流与控制字设置。首先要根据芯片制造时的工艺偏差来设置电源电压与偏置电流，在标准情况(工艺角tt，温度27
°
)下电源电压V
DD
设置为直流1.4V、偏置电流I
B
设置为直流5μA。在校正模式，开关电流控制字C<5:0>由逐次逼近型频率自动校正模块决定。在调制模式，逐次逼近型频率自动校正模块的输出C<5:0>锁存；步骤1.2输入信号设置。若基带信号数据率为100Kbps，那么在通信模式下，输入信号V
tri
为频率在0.95MHz和1.05MHz之间变化的三角波信号。在雷达模式下，输入信号V
tri
为频率固定为0.95MHz的三角波信号。若基带信号数据率为1Mbps，那么在通信模式下，输入信号V
tri
为频率在9.5MHz和10.5MHz之间变化的三角波信号。在雷达模式下，输入信号V
tri
为频率固定为9.5MHz的三角波信号；步骤1.3阻抗匹配网络设置。其中，天线A1阻抗一般为射频标准阻抗，一般为50Ω，电容C
pad
设置为90fF、电容C
EXT
设置为200fF、电容C
EXT2
设置为2pF、电感L
bond
设置为2nH、电感L
EXT
设置为3.1nH。步骤二：各模块开始正常工作，具体包括如下子步骤：步骤2.1环形压控振荡器工作。当电路工作在校正模式时，逐次逼近型频率自动校正模块可以控制开关电流模块的电流再通过电流镜镜像电流控制振荡器的输出频率，从而达到将振荡器的中心频率控制在4GHz的目的。当电路工作在调制模式时，逐次逼近型频率自动校正模块的输出锁存，镜像电流不变，但电压V
tri
控制的镜像电流变化，从而控制振荡器的频率变化，从而达到通过电压控制振荡器频率的目的。在通信模式下，前端弛豫振荡器产生的频率变化的三角波电压信号控制振荡器的输出频率。在雷达模式下，前端弛豫振荡器产生的固定频率的三角波电压信号控制振荡器的输出频率；步骤2.2单级推挽型功率放大器工作。具体工作方式为：在信号的上半周期，NMOS管M
27
导通，此时PMOS管M
28
是负载管。在信号的下半周期，PMOS管M
28
导通，此时NMOS管M
27
是负载管。从环形压控振荡器获得的经过隔离反相器增加驱动能力后的射频信号通过功率放大器，得到射频功率信号，通过天线发射出去，完成了发射机的射频调制工作。2.根据权利要求1所述的一种通过电流复用实现超低功耗的超宽带调频发射机中的射频前端模块，其特征在于：V
tri
是前级三角波发生器的输出，接入到由运放、电阻R4、晶体管M
15
和晶体管M
16
构成的电压转电流电路。电压转电流电路的工作原理为：在运放正常工作时，运放的输入端满足“虚短”原则，电阻R4两端的电压等于V
tri
，根据欧姆定律可以得到电阻R4、晶体管M
15
和晶体管M
16
所在支路的电流。从而得到三角波电压V
tri
通过电压转电流提供的连续性三角波电流，也就是流经M
14
的电流。晶体管M
12
、M
13
、M
14
、M
15
、M
16
、M
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构成了三级反相器，三个反相器首尾相连构成了振荡器，由于流经晶体管的电流变化会导致反相器的延时变化，从而造成了振荡器振荡频率的变化，再结合电压V
tri
会控制电流的变化，就整体构成了一个电压控制频率的压控振荡器。三级反相器形成了压控振荡器的核，三级环形压控振荡器可以在投入更低的成本同时产生更低的功耗和更高的频率，能够确保最大的振荡频
率、最小的功耗和较好的相位噪声。压控振荡器在1MHz的频偏处，其相位噪声为
‑
77.23dBc/Hz。并且压控振荡器的频率范围在3.74
‑
4.27GHz内，达到了超宽带技术要求的500MHz带宽。3.根据权利要求1所述的一种通过电流复用实现超低功耗的超宽带调频发射机中的射频前端模块，其特征在于：为了优化相位噪声，考虑到快速调频(比如在0.5μs间隙内，压控振荡器瞬时频率变化500MHz)与低速校正(每一比特校正位对应ms级时隙)的实际情况，在整体振荡电流受限(如0.4mA)的前提下，适当加大调制情况下的振荡电流比例，降低校正情况下的振荡电流比例并引入RC低通滤波器(截止频率50kHz)以抑制校正偏置电流噪声。当中心频率校正完成后，压控振荡器核的校正电流也就固定了，总的振荡电...

【专利技术属性】
技术研发人员：周波，王照元，王祖航，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：