一種新型的超寬帶(uwb)能量檢測電路的製作方法
2023-10-11 18:03:04
專利名稱：一種新型的超寬帶(uwb)能量檢測電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及脈衝超寬帶通信接收機中超寬帶信號的檢測，特別是一種射頻超寬帶信號的 非相干能量檢測電路。
背景技術：
超寬帶(Ultm Wideband, UWB)通信有低功耗、低成本、低截獲概率與低複雜性等特點， 可廣泛應用於短距高速數據傳輸，受到業界越來越多的關注。美國FCC專門開放了 3.lGHz~l0.6GHz頻段供UWB通信使用。超寬帶通信主要有兩類實現方式——脈衝(Impulse Radio, IR)超寬帶和多載波 (Multi-carrier, MC)超寬帶。IR-UWB主要有兩種實現方法， 一是基帶脈衝超寬帶，直接用極 窄脈衝承載數據信息進行傳輸；另一種方法是頻帶脈衝方式，在3.lGHz~l0.6GHz頻段產生 帶寬超過500MHz的射頻脈衝信號來作為數據信息載體。無論哪種實現方式，IR-UWB的輻 射信號均是寬度為納秒(ns)或亞納秒級的超寬帶脈衝信號。在IR-UWB系統中，寬度為ns或亞納秒級的超寬帶脈衝信號經實際信道傳輸後脈衝波 形會產生嚴重畸變，同時，在其典型的室內密集多徑信道應用環境下，接收脈衝信號由於多 徑可分辨特點而呈現出射頻簇脈衝波形特徵。對這種波形的理論最佳檢測方式是相干檢測， 但是由於接收端無法提供準確的本地模板波形，實現的技術難度大。 一般都是採用次優的非 相干能量檢測方式，即通過限定的時間窗口對接收簇脈衝波形進行積分累積能量，以積分最 大值超過門限來作檢測判決。因此，簡單高效的射頻積分電路成為UWB脈衝檢測的關鍵技 術。本電路無需模板，充分收集多徑能量，提高能量檢測效率。滿足了這種簡單、高效射頻 檢測的需求。
發明內容
本發明的目的在於為IR-UWB提供一種成本低、易集成、高速、高效、實用的非相干能 量檢測電路。本發明的UWB信號接收機電路包括低噪聲放大器(LNA)、能量檢測器、基帶處理、同 步選通清零等模塊，能量檢測模塊由平方積分和判決及電平轉換電路組成，其特徵是平方 積分由雙管差分電路和串接在集電極的共模電容組成，其在接收機中前與LNA電路模塊相 接，後與判決及電平轉換電路模塊相連，並受同步選通清零模塊提供積分時間窗口寬度來控 制。所述的雙管差分電路由差分對管組成，差分對管不僅發射極接在一起，集電極也連在一起。所述的共模電容接在差分對管集電極和電源之間，對差分對管來講，共模電容即積分電 容，電晶體偏置在靠近截止區的非線性區。在輸入差模信號作用下，在集電極產生單向差值增量電流，並對積分電容C充電積分， 在集電極輸出積分檢測信號。每個信號周期內，在同歩選通清零脈衝所提供的時間窗口控制下，對簇脈衝波形進行積分累積能量。積分電容周期性的充電積分、放電清零，實現平方器 和積分器的功能，即/.5^0&。對於模塊化或單片集成來講，可以用電流源偏置，改變偏置電阻，調整非線性工作狀態。 還可以設置積分電容引腳，增加改變電容大小的靈活性。本電路的優點簡單、高速、高效率、易集成、成本低、且能抑制噪聲，是比較實用的 非相干能量積分檢測電路。
圖1為UWB接收機電路模塊連接框圖；圖2a為UWB能量積分檢測電路示意圖；圖2b為UWB能量積分檢測電路電流波形示意圖；圖3為本發明實施例UWB能量積分檢測、判決和電平轉換電路示意圖。 圖2a中Kd、 -ig為輸入射頻窄脈衝差模信號；A / 4為分壓式偏置電阻，將差分對 管(仏、仏)偏置在靠近截止區的非線性工作狀態；C為積分電容；d和C2為輸入隔直電容，為積分器負載；Q3為清零管；V^為同步選通清零信號；Vo為積分器輸出信號。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明內容作進一歩的描述本發明採用雙管差分電路，在信號周期內，射頻簇脈衝對共模電容充電實現積分能量累積。參照圖l、圖2能量積分電路模塊在接收機中前接lna，後連基帶處理模塊，並受同步 選通清零模塊的控制。能量積分電路的工作過程是如果電晶體Qi、 Q2工作在線性工作狀態，KiJ :ci+ :c2 = /cqi + /cq2，其中/c仏和/c^為 電晶體的靜態工作電流。對c充電的電流中，沒有反映信號的電流分量，對信號沒有積分檢測作用。但是，當Qp (32偏置在靠近截止的非線性工作狀態時，電路中電流波形如圖2b所 示。在差模信號作用下，當仏輸入信號&為正，仏輸入信號-V^為負時， :cl + :c.2 = /cqi + /cq2 + a :d - |a',c'2|，其中交流分量厶^》|z\ic,2|，對積分電容c充電的電流Aic二厶id-l厶ic21 $0。相反，當仏輸入信號V^為負，Q2輸入信號—Krf為正時， & + &2 = + /cq2 + — |^dl，其中交流分量A化2》|^Cl|，對積分電容C充電的 電流A&二Aic2 —|AiCl|^0。因此，每個半周都有反映信號的單向差值電流A&對積分電容 C充電積分。完成了圖1中/^(i)d力功能，即對信號平方積分功能。由於信號可以分解為差模分量和共模分量，在差分非線性電路中形成了較強的全波單向 電流，對積分電容C充電積分，輸出較強的積分檢測信號電壓。噪聲沒有差模分量、共模分量的特性，對積分電容C產生的噪聲積分電壓很小。因此，本電路對噪聲有較好的抑制作用。 圖3是UWB能量積分檢測、判決和電平轉換電路。利用本電路對中心頻率3.5GHz，脈 衝寬度4ns，速率100Mbps的信號作積分檢測，仿真實驗效果良好。能量積分電路105和圖2a相同，完成/^(糹)d力功能。V。為判決器的輸入信號，.即能量積 分檢測器的輸出信號，波形如圖中301所示，幅度一般達到幾百mV。判決器由比較器302和基準電源303組成，比較電平的調節由電位器i 6完成。電晶體Q及i 7、 i 8和i 9完成電平轉換功能。負載i^是基帶處理電路的輸入電阻。V^為輸出到基帶處理單元的信號，波形如圖中 304所示，幅度約為2V。積分器與判決器之間、比較器與電平轉換電路之間均採用直接耦合電路。本電路實測效果好，且工作穩定可靠。權利要求
1. 一種新型的超寬帶(UWB)能量檢測電路，包括脈衝超寬帶接收機中的低噪聲放大器LNA101、能量積分檢測器102、基帶處理103、同步選通清零104模塊，能量積分檢測模塊102由平方積分105、判決及電平轉換電路106組成，其特徵是平方積分105由雙管差分電路和串接在集電極的共模電容C組成，其在UWB接收機中前與低噪聲超寬帶放大器LNA101電路模塊相連接，後與判決及電平轉換電路模塊106相連接，並受同步選通清零模塊104提供的積分時間窗口寬度來控制。
2、 根據權利要求1所述的電路，其特徵是所述的雙管差分電路由Ql、 Q2差分對管 組成，Ql、 Q2管不僅發射極接在一起，集電極也連接在一起。
3、 根據權利要求1所述的電路，其特徵是所述的共模電容C接在Q1、 Q2管集電極 和電源之間，對差分對管來講，共模電容C即積分電容，電晶體偏置在靠近截止區的非線性 區。
全文摘要
本發明提供了一種新型的超寬帶(UWB)能量檢測電路，它主要由雙管差分電路和串接在集電極的共模電容組成，本電路中的共模電模電容就是積分電容，電晶體偏置在靠近截止區的非線性區，在每個信號周期內，在同步選通清零脈衝所提供的時間窗口控制下對簇脈衝波形進行積分累積能量，積分電容周期性地充電積分、放電清零，實現平方器和積分器的功能，即∫s2(t)dt。本電路的優點是簡單、高效、易集成、成本低、且能抑制噪聲，是比較實用的非相干能量積分檢測電路。
文檔編號H04B1/69GK101262286SQ20081007354
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月19日 優先權日2008年4月19日
發明者李曉記, 林基明, 趙家賓 申請人:桂林電子科技大學