极低耗可重构波形紧凑型UWB发射器制造技术

本发明专利技术涉及一种包括H桥的UWB脉冲发射器，所述桥具有并联的第一支路(310b)和第二支路(320b)，第一支路和第二支路共用的第一端连接到设计用于调节高电压的第一振幅控制模块(330)，第一支路和第二支路共用的第二端连接到设计用于调节低电压的第二振幅控制模块(370)。该UWB发射器还包括设计用于控制UWB脉冲的正向部分的形状的第一包络控制模块(320)，以及设计用于控制该脉冲的负向部分的形状的第二包络控制模块(360)。第一支路包括第一开关(313)和第二开关(317)，第一开关(313)和第二开关(317)分别用于将高电压切换到第一包络控制模块的第一输入，以及将低电压切换到第二包络控制模块的第一输出。第二支路还包括第一开关(323)和第二开关(327)，第一开关和第二开关分别用于将高电压切换到第一包络控制模块的第二输入，以及将低电压切换到第二包络控制模块的第二输出。第一(分别地，第二)支路的中心抽头连接第一包络控制模块的第一(分别地，第二)输出和第二包络控制模块的第一(分别地，第二)输入。UWB天线(350)连接在第一支路和第二支路的各自的中心抽头(315、325)之间。之间。之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】极低耗可重构波形紧凑型UWB发射器


[0001]本专利技术涉及超宽带(ultra
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wideband)或UWB脉冲生成领域，特别是使用低阻抗RF天线的UWB发射器的领域，它在连接对象的定位领域、UWB雷达领域以及在符合IEEE 802.15.4
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2011标准的通信系统中有特别的应用。

技术介绍

[0002]UWB信号被应用于大量的应用中，无论是定位还是通信需求。这些信号的频谱必须符合美国联邦通信委员会(FCC)和欧洲电信标准协会(ETSI)颁布的频谱掩码，以免干扰已在使用的频谱带。IEEE 802.15.4
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2011标准，涉及使用UWB信号的LR WPAN(Low Rate Wireless Personal Area Network，低速率无线个域网)类型网络，规定了在3.1GHz
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10.6GHz频段中的几个600MHz和1300MHz宽的通信信道，并具有相关的频谱掩码。UWB信号由UWB脉冲组成。在下面的描述中，术语UWB脉冲将表示具有包络函数的RF周期序列，使得其符合前述频谱掩码。
[0003]UWB发射器应采用可重构的架构，以便能够适应所考虑的不同的应用，特别是不同的信道、不同的带宽、不同的数据调制类型、不同的发射电平、不同的频谱掩码。
[0004]此外，UWB发射器通常是用来配备连接的对象，这些对象在架构上只有很低的能量自主性(小型电池)，这些对象的广泛存在也有利于减少它们的能量消耗，从而限制它们在环境中的足迹。<br/>[0005]现有技术中已知的不同类型的UWB发射器符合如图1所示的一般架构100。
[0006]根据该一般架构，UWB发射器包括用于使由模块110指定的RF时钟和脉冲的包络成形的模块。该模块用于从相同频率的时钟信号，在UWB信号的中心频率f0处生成RF信号，以使脉冲成形，使其具有所需的包络。此外，当必须执行调制(通常是全调制或无调制、OOK(On Off Keying，开关键控)或极性调制、BPSK(二进制相移键控))时，模块110可以应用该调制以获得调制的UWB脉冲。
[0007]然后，模块110输出端的UWB脉冲由功率放大模块120放大，之后由天线发射。由于天线阻抗小，功率放大级是必要的。
[0008]可以区分出两大类UWB发射器：使用存储元件和延迟线以数字方式生成脉冲的发射器和使用“H”桥以模拟方式生成脉冲的发射器。
[0009]在本申请人的专利US
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B
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8179945中描述了属于第一类发射器的一个示例。待生成的脉冲以存储在存储器中的数字样本序列的形式表示并以中心频率f0依次读取。之后，通过允许调节增益的数字缓冲器的测温并行来进行放大。
[0010]尽管如此，这样的发射器消耗能量，以至于使脉冲在中心频率上一个接一个的交替形成。
[0011]此外，尽管数字生成本身是可再现的，但存在于组合级和放大级中的寄生电容使波形失真，因此，所传输的UWB信号的频谱是相对不可预测的。此外，数字缓冲器产生大的电流冲击，这导致电源电位和地面的寄生变化，并使发射信号的频谱变得更难控制。
[0012]前述第二类UWB发射器使用如图2所示的“H”桥架构。
[0013]该H桥包括两个并联支路210b和220b，每个支路分别在251和252处具有一个中点。UWB天线250安装在所考虑的两个中点之间(因此是桥的形状像H形)。第一支路210b包括在电源端子VDD和中点251之间的第一开关213以及在中点251和地之间的第二开关217。类似地，第二支路220b包括在电源端子和中点252之间的第一开关223以及在中点252和地之间的第二开关227。开关采用CMOS工艺制成。第一支路的第一开关213和第二支路227的第二开关由第一时钟信号ClkRF
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控制。第二支路的第一开关223和第一支路的第二开关217由第二时钟信号ClkRF+控制，第二时钟信号的极性与第一时钟信号的极性相反。因此，当第一时钟信号处于高电平时，电流在天线250中的第一支路的第一开关213中沿第一方向流动，然后在第二支路的第二开关227中流动。相反，当第一时钟信号处于低电平时，电流在天线250中的第二支路的第一开关223中沿与第一方向相反的第二方向流动，然后在第一支路的第二开关217中流动。
[0014]这种“H”桥架构的主要优点是，电流效率是最佳的，从而通过具有非常高的输入阻抗的CMOS开关执行阻抗自适应。另一方面，如果在导通状态下CMOS开关两端的电位降非常低(电阻为几欧姆)，负载(天线250)端子处的电压漂移是最佳的，接近2xVDD。
[0015]在专利申请US
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A
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2012/0027050中，特别是在该文献的图4中描述了采用“H”桥架构的UWB发射器的示例。在该示例中，UWB脉冲是通过使用快速逻辑在中心频率处一次接一次地交替合成的，然后所考虑的交替(使用多个参考电压)被放大并组合成“H”桥，该“H”桥包括与待生成的UWB脉冲中的交替一样多的并联支路。
[0016]这种架构还导致高能量消耗，以至于UWB脉冲的合成再次在中心频率处一次接一次地交替进行。它还很复杂，因为它需要与组成脉冲的不同交替的振幅电平一样多的参考电压(在低输出阻抗下)。
[0017]此外，UWB信号频谱的控制难以预测，因为在逻辑组合级和在由“H”桥形成的组合级中存在的寄生电容会通过滤波使UWB脉冲失真。
[0018]最后，可用的参考电压的数目限制了生成器的可重构性。
[0019]因此，本专利技术旨在提供一种消耗非常低的UWB发射器架构，该架构是可重构的，并且允许精确地控制发射的UWB脉冲的频谱。

技术实现思路

[0020]本专利技术由如权利要求1所给出的UWB脉冲发射器定义。从属权利要求中指定了优选实施例。
附图说明
[0021]在阅读参照附图描述的本专利技术的优选实施例时，本专利技术的其他特征和优点将显现出来，在附图中：
[0022]图1示意性地示出了现有技术中已知的UWB发射器的一般架构。
[0023]图2示意性地示出了现有技术中已知的UWB发射器中使用的“H”桥。
[0024]图3示意性地示出根据本专利技术第一实施例的UWB发射器的一般架构。
[0025]图4A示意性地示出了根据图3的一般架构的UWB发射器，详细说明了第一包络形状
控制模块和第二包络形状控制模块的实现示例。
[0026]图4B示出了在图4A的UWB发射器中介入的信号的时间图。
[0027]图4C示意性地示出了在发射闭合脉冲串的情况下，为图4A的发射器生成时钟信号和包络控制信号的电路。
[0028]图5示意性地示出了根据图3的架构的UWB发射器，其适合执行QPSK或8
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PSK调制。
[0029]图6示意性地示出了根据图3的架构的UWB发射器，其配备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.包括至少一个H桥的UWB脉冲发射器，所述H桥具有并联的第一支路(310b)和第二支路(320b)，所述第一支路和所述第二支路共用的第一端连接到高电压，所述第一支路和所述第二支路共用的第二端连接到低电压，所述第一支路包括第一中点(315)，所述第二支路包括第二中点(325)，UWB天线(350)连接到所述第一中点和/或所述第二中点，所述第一支路(310b)包括在所述第一公共端和所述第一中点之间的第一开关(313)，以及在所述第一中点和所述第二公共端之间的第二开关(317)，所述第二支路(320b)包括在所述第一公共端和所述第二中点之间的第一开关(323)，以及在所述第二中点和所述第二公共端之间的第二开关(327)，所述支路的第一开关和第二开关处于相反的切换状态，所述第一支路的第一开关的切换状态与第二支路的第一开关的切换状态相反，所述第一支路的第二开关的切换状态与第二支路的第二开关的切换状态相反，每个开关以相同的RF频率切换，所述RF频率给出所述UWB脉冲的中心频率，其特征在于，所述UWB脉冲发射器包括：位于电源端子和所述第一公共端之间的第一振幅控制模块(330)，所述第一振幅控制模块(330)使得能够改变所述第一公共端处的所述高电压，和/或位于所述第二公共端和地之间的第二振幅控制模块(370)，所述第二振幅控制模块(370)使得能够改变所述第二公共端处的所述低电压；位于所述第一开关(313、323)和两个支路的中点(315、325)之间的第一包络控制模块(340)，所述第一包络控制模块(340)用于通过第一基带信号对UWB脉冲的正向部分的包络进行成形；以及位于两个支路的中点(315、325)和所述第二开关(317、327)之间的第二包络控制模块(360)，所述第二包络控制模块(360)用于通过第二基带信号对UWB脉冲的负向部分的包络进行成形。2.根据权利要求1所述的UWB脉冲发射器，其特征在于，所述UWB天线连接在所述第一中点和所述第二中点之间。3.根据权利要求1所述的UWB脉冲发射器，其特征在于，所述UWB天线经由第一去耦电容器连接到所述第一中点，并且所述第二中点经由与特征阻抗串联的第二去耦电容器连接到所述地。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的UWB脉冲发射器，其特征在于，所述第一开关是PMOS晶体管，所述第二开关是NMOS晶体管，所述第一支路的第一开关和第二开关由第一控制信号控制，所述第二支路的第一开关和第二开关由第二控制信号控制，所述第二控制信号是所述第一控制信号的逆信号。5.根据权利要求1
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3中任一项所述的UWB脉冲发射器，其特征在于，所述第一支路包括在所述第一公共端和所述第一中点之间并联的两个第一开关(513
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1、513
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2)，以及在所述第一中点和所述第二公共端之间并联的两个第二开关(517
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1、517
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2)，所述第二支路还包括在所述第一公共端和所述第二中点之间并联的两个第一开关(523
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1、523
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2)，以及在所述第二中点和所述第二公共端之间并联的两个第二开关(527
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1、527
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2)，所述第一支路和第二支路的第一开关的相应开关信号以及所述第一支路和第二支路的第二开关的相应开关信号由多路复用器提供，所述多路复用器接收频率RF下的时钟信号作为输入，所述时钟信号分别是同相、正相、反相和反相正交，所述多路复用器由待传输的QPSK或8
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PSK符号的分量(I、Q)控制。
6.根据权利要求1
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5中任一项所述的UWB脉冲发射器，其特征在于：所述第一振幅控制模块(630)包括PMOS晶体管(631)，所述PMOS晶体管(631)的源极连接到电源电压，所述PMOS晶体管(631)的漏极连接到所述第一公共端，所述PMOS晶体管由高参考电压控制，所述高参考电压作为第一电阻阶梯(635)的中间节点处的电压而获得；和/或所述第二振幅控制模块(670)包括NMOS晶体管(671)，所述NMOS晶体管(671)的源极连接到所述第二公共端，所述NMOS晶体管(671)的漏极连接到地，所述NMOS晶体管由低参考电压控制，所述低参考电压作为第二电阻阶梯(675)中间节点处的电压而获得。7.根据权利要求6所述的UWB脉冲发射器，其特征在于，所述第一电阻器阶梯连接在粗电阻器阶梯(680)的两个连续的第一中间节点之间，所述粗电阻器阶梯本身连接在电源电压和地之间，所述两个连续的第一中间节点通过第一多路复用器(636)选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉勒斯，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：