產生循環脈衝的方法和設備的製作方法
2023-05-11 17:56:11 1
專利名稱：產生循環脈衝的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及產生循環脈衝的方法和設備。
背景技術：
在很多技術領域都需要循環脈衝，例如超寬頻帶技術(UWB)中。循環脈衝具有正負振幅，並且可以是雙極脈衝，例如單循環或具有多個周期的脈衝。可以以多種方式產生循環脈衝。工作在雪崩模式的電晶體產生單循環脈衝，但是由於每次雪崩擊穿並不以相同的方式發生，並且由於它對溫度和其他環境變化很敏感，所以脈衝的相關性太低。這個方案對噪聲也敏感，需要高的工作電壓，這就妨礙了它在可攜式設備中的應用。
也能夠藉助於傳輸線產生單循環脈衝。在這個方案中，將單極脈衝分入兩個傳輸線。脈衝在傳輸線中傳輸時經歷不同的延遲，並且另一條線也使脈衝的極性反向。然後不同傳輸線的脈衝被組合起來，形成單循環。這個方案也有很多問題。這個方案對電源，外部輻射以及與其相連的電路引起的噪聲敏感。這個方案也可能產生不能被抑制的偶數階諧波，因此引起大問題。另外，在集成電路中不能實現傳輸線，這就使其對於很多應用而言很困難和太大，例如可攜式設備。
也可以通過在吉爾伯特乘法器(Gilbert multiplier)中組合兩個單極脈衝來產生單循環脈衝，所述乘法器將一個輸入單極脈衝乘1，將另一個單極脈衝乘-1。根據控制乘法的數據位可以改變乘法因數。乘法因數定義將被組合的脈衝的極性，因此通過將乘法因數從1變化到-1或者相反，可以改變輸出單循環的相位。吉爾伯特乘法器的工作原理很複雜，因此容易產生問題。
發明內容
本發明的目的是提供更簡單並更抗幹擾的改進方案。通過產生循環脈衝的方法實現這個目的，所述方法包括輸入第一單極脈衝到第一差分對的一個輸入端；輸入第二單極脈衝到第一差分對的另一個輸入端；所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝具有相反的極性；延遲所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝；輸入所述被延遲的第一單極脈衝到第二差分對的一個輸入端；輸入所述被延遲的第二單極脈衝到第二差分對的另一個輸入端；以及通過將與第一差分對的第一單極脈衝相關的輸出信號和與第二差分對的第二單極脈衝相關的輸出信號組合起來，形成循環脈衝。
本發明還涉及產生循環脈衝的設備，所述設備包括包括用於第一單極脈衝的輸入端和用於第二單極脈衝的第二輸入端的第一差分對，所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝具有相反的極性；用於延遲所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝的裝置；包括用於所述被延遲的第一單極脈衝的輸入端和用於所述被延遲的第二單極脈衝的第二輸入端的第二差分對；並且所述設備被設置為通過將與第一差分對的第一單極脈衝相關的輸出信號和與第二差分對的第二單極脈衝相關的輸出信號組合起來而形成循環脈衝。
在從屬權利要求中描述本發明的優選實施例。
本發明的方法和設備具有多個優點。由於這個方案是基於差分對的，所以它對很多幹擾都不敏感，例如來自其他電子設備或電路或諧波信號的噪聲。連續的循環脈衝也非常穩定，只有非常小的變化。
下面參考優選實施例和附圖詳細介紹本發明，其中圖1A表示UWB無線電發射機；圖1B表示UWB無線電接收機；圖2表示產生循環脈衝的簡單電路；圖3A表示從差分對的時鐘脈衝中產生窄脈衝的電路原理；
圖3B表示從差分對時鐘脈衝中產生窄脈衝的電路的框圖；圖3C表示不同信號的脈衝圖；圖4A表示產生具有多個循環的循環脈衝的結構框圖；圖4B表示使用一對差分對產生循環脈衝的結構框圖；以及圖5表示具有多個循環的循環脈衝。
具體實施例方式
提供的方案可以被應用於很寬的技術領域中，例如UWB無線電，擴頻應用，雷達系統，透過牆壁觀察的成像應用，檢查腫瘤或器官的醫藥應用等，但是並不限於此。
參考圖1，分析UWB無線電發射機的主要部分作為例子。將一列單極脈衝輸入到當前設備中。單極脈衝，其振幅只有一個符號(即振幅是非負或非正數值)，可以是時鐘脈衝。將所述脈衝和反向脈衝饋入脈衝形成電路102，所述脈衝形成電路產生用於第一差分對106的脈衝。所述脈衝電路102是對脈衝形狀進行濾波的濾波器，高斯脈衝經常是希望的脈衝形狀。所述脈衝形成電路102輸出相互間極性相反的單極脈衝，並且所述脈衝被饋入到第一差分對106的輸入端。所述脈衝形成電路102不是必需的，而是可選的。在本領域中差分對本身是已知的。表示差分對基本結構的差分對106包括兩個電阻器1060，1062，兩個電晶體1064，1066以及電流源1068。所述電晶體1064，1066通過電阻器1060，1062連接到電源的正極，電晶體的發射極(或源極)連接到與電源負極相連的電流源1068。電流源1068也可以是電晶體。所述電晶體可以是雙極結電晶體(BJT)或場效應管(FET)。
來自脈衝形成電路102的脈衝和反向脈衝被饋入到延遲電路104，所述延遲電路將所述脈衝延遲一個對應於所述脈衝持續時間的延遲時間或任何希望的延遲時間。所述延遲時間對循環脈衝的形狀有影響，但是所述裝置的工作並不限於任何延遲時間。然後被延遲的脈衝進入與第一差分對106相似的第二差分對108的輸入端。差分對108的基本形式包括以與第一差分對106中對應部件相同的方式連接的兩個電阻器1080，1082，兩個電晶體1084，1086以及電流源1088。
差分對106，108的輸出端在電晶體1060，1062，1080和1082的集電極(或漏極)。通過在組合器110中將與第一差分對106的非反向單極脈衝相關的輸出信號(即電晶體1060的輸出)和與第二差分對108的反向單極脈衝相關的輸出信號(即電晶體1082的輸出)組合起來而形成也可能被視為弱微波的循環脈衝。也可以通過在組合器112中將與第一差分對106的反向單極脈衝相關的輸出信號(即電晶體1062的輸出)和與第二差分對108的非反向單極脈衝相關的輸出信號(即電晶體1080的輸出)組合起來而形成循環脈衝。所述組合器110，112可以是本身在本領域中已知的模擬加法器。由於組合器可以以簡單的方式實現，所以所述電路和所述操作是可靠的。來自組合器110，112的循環脈衝具有正相位。循環脈衝可以被應用於很寬的不同在UWB無線系統中，轉換器114一次將一個所述脈衝耦合到天線116。如果加法器110的輸出端的循環脈衝是數字「1」，並且加法器112的輸出端的循環脈衝是數字「0」，那麼通過以正確的順序將脈衝切換到天線116可以傳輸數字數據的位序列。因此轉換器114的工作由將被傳輸的信息控制。在UWB無線系統中可能只使用一個脈衝，而不是將多個脈衝可選地耦合到所述天線。然後，所述轉換器114可以將一個脈衝耦合到所述天線114，或者所述轉換器114可以阻止脈衝被耦合到所述天線116。在這樣的情況下，脈衝的傳輸表示數字「1」，阻止脈衝的傳輸表示數字「0」，或相反。由於這個方案能夠同時產生兩個循環脈衝，所以很容易使用BPAM(二進位脈衝調幅)或者支持節約集成電路面積的並行功能。提供的方案也能夠被用於例如PPM或PTM應用中(脈位調製，脈衝時間調製)。在這樣的情況下，可以在將所述脈衝輸入到例如濾波器102的差分對中之前控制脈衝位置。在這樣的情況下也不使用組合器110，112和轉換器114。在UWB無線系統中，脈衝的持續時間可以低於一微秒，並且它們的出現頻率可以是幾百萬赫茲。平均傳輸功率可以是幾毫瓦。但是本方案並不限於任何特定的持續時間，頻率或功率。
圖1B表示UWB無線系統的接收器。所述接收器包括天線150，檢測器152和差分單元154。所述差分單元154包括圖1A，2，4A或4B中表示的一對差分對。天線150接收UWB信號，UWB信號進入檢測器152，所述檢測器使所述信號與由差分單元154生成的循環脈衝相關。檢測器152基於所述相關檢測信息並轉發所述信息。可以由檢測器152中的相關器或匹配濾波器實現所述相關。由於與傳輸相關的微分效應，由差分單元154生成的循環脈衝肯定具有比發射機處循環脈衝(見圖3C)更多的與零點的交點(見圖4A，4B和5)。
圖2表示差分對輸出信號的集電極交叉聯結器。由於交叉聯結器代替模擬加法器對信號進行模擬求和，所以可以將所述聯結器作為組合器使用。另外，由於可以選擇電阻器1060，1062的值，使他們對應於分路聯結器的值，所以電阻器1080，1082(圖1A中)不是必需的。
圖3A和3B表示從時鐘脈衝中形成用於差分對的單極脈衝的方案。可以同樣地將時鐘脈衝饋入到差分對，但是經常必須降低脈衝寬度。在圖3A中，時鐘300生成時鐘脈衝，並且所述脈衝進入異或門304。所述時鐘脈衝也被饋入到延遲元件302，並被延遲以生成希望的相位偏移。所述延遲的持續時間是所述時鐘周期的一小部分。所述異或門304輸出持續時間對應於延遲元件302中延遲的脈衝。例如，如果延遲元件302將時鐘脈衝延遲所述時鐘脈衝寬度的10％，那麼異或門304的輸出脈衝寬度是所述時鐘脈衝寬度的10％(見圖3C)。本身在本領域中已知的單端差分(single-end-to-differential)電路306從輸入脈衝中生成兩個脈衝。單端差分電路306的第一輸出脈衝與輸入脈衝相似，單端差分電路306的第二輸出脈衝是輸入脈衝的反脈衝。然後這兩個脈衝被饋入到第一差分對。單端差分電路306的輸出脈衝也在與延遲電路104相似的延遲電路308中被延遲。然後被延遲的脈衝被饋入到第二差分對。
圖3B表示使用例如CMOS 0.35μm技術從時鐘脈衝中生成短脈衝的結構。時鐘300以與圖3A中相似的方式輸出時鐘脈衝。所述脈衝被饋入到異或門312。在延遲元件310中被延遲的脈衝也被饋入到異或門。以與圖3A中相同的方式(涉及元件302和304)通過延遲元件310中的延遲確定輸出脈衝的寬度。然後來自異或門312的短脈衝進入單端差分電路314，所述單端差分電路生成兩個脈衝，第一脈衝與輸入脈衝相似，第二脈衝是輸入脈衝的反脈衝。所述兩個脈衝被饋入到第一差分對的輸入端。
可以以下述方式產生用於第二差分對的脈衝。首先在延遲元件316中延遲時鐘脈衝。這個延遲對應於圖3A中延遲元件308的延遲以及圖1中延遲元件104的延遲。另外以與用於第一差分對的脈衝相同的方式使用延遲元件318，異或門320和單端差分電路322生成用於第二差分對的脈衝。
圖3C表示異或門的輸入和輸出的脈衝圖。時鐘脈衝CLOCK和被延遲的時鐘脈衝CLOCKτ之間的相位偏移程度對應於異或門輸出脈衝OUTPUT的持續時間。相位相反的循環脈衝CYCLIC PULSE1和CYCLIC PULSE2是差分對的輸出。
圖4A表示使用多對差分對400到404形成循環脈衝的裝置。每對差分對400到404包括兩個差分對，每個差分對與例如圖1中的對106相同或相似。這些對的差分對400到404的輸入脈衝在延遲電路406到408中被延遲不同的延遲時間。延遲元件406到408中的延遲可以表述為τk＝k·τcycle，其中k是延遲元件的索引，k＝1，...，N-1，N是差分對的對的數目，τcycle是由一對差分對400到404產生的基本循環脈衝的持續時間。延遲電路也可以位於每對差分對402到404之後。由每對差分對產生的基本循環脈衝在可以是模擬加法器或交叉聯結器的組合器410中被組合。圖4A表示在所述組合中只使用每對差分對的一個輸出的結構。
參考圖4B，也可以由一對差分對450產生對應於圖4A結構所產生的循環脈衝的循環脈衝，這對差分對450的輸出在延遲電路452到454中被延遲N-1次。第一被延遲基本循環脈衝在可以是模擬加法器或交叉聯結器的組合器456中被組合。第二被延遲基本循環脈衝在可以是模擬加法器或交叉聯結器的組合器458中被組合。因此，圖4B表示在所述組合中使用每對差分對的兩個輸出的結構。也可以在圖4A所示的結構中使用這類組合。
圖5中表示了包括三個基本循環脈衝500到504的循環脈衝。差分對的對的數目是三，每對差分對都產生一個基本循環脈衝。也可以由圖4B中所示的一對差分對和三個延遲產生循環脈衝。通常，當基本脈衝已經請求延遲時，所述組合是具有多個周期的循環脈衝。
雖然上面結合示例根據附圖描述了本發明，但是很顯然本發明並不局限於此，而是可以在權利要求的範圍內以多種方式進行修改。
權利要求
1.一種產生循環脈衝的方法，所述方法包括輸入第一單極脈衝到第一差分對的一個輸入端；輸入第二單極脈衝到所述第一差分對的另一個輸入端，所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝具有彼此相反的極性；延遲所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝；將所述被延遲的第一單極脈衝輸入到第二差分對的一個輸入端；將所述被延遲的第二單極脈衝輸入到所述第二差分對的另一個輸入端；以及通過將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的輸出信號相組合而形成循環脈衝。
2.根據權利要求1的方法，所述方法包括將所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝延遲多個延遲周期，所述延遲周期的延遲與所述脈衝的持續時間相關。
3.根據權利要求1的方法，所述方法包括在將所述單極脈衝輸入到所述差分對以前，形成所述單極脈衝的形狀。
4.根據權利要求1的方法，所述方法包括使用交叉耦合將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的輸出信號組合起來。
5.根據權利要求1的方法，所述方法包括使用模擬加法將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的輸出信號組合起來。
6.根據權利要求1的方法，所述方法包括產生時鐘脈衝序列；從所述單極脈衝中形成所述第一和第二單極脈衝。
7.根據權利要求1的方法，所述方法包括連續地產生所述循環脈衝。
8.根據權利要求1的方法，所述方法還包括通過將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的一個輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的一個輸出信號組合起來，以及通過將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的另一個輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的另一個輸出信號組合起來，同時產生兩個不同相位的循環脈衝。
9.根據權利要求1的方法，所述方法包括在UWB無線系統的發射機和接收機中連續地產生所述循環脈衝。
10.根據權利要求1的方法，所述方法包括由多對差分對形成基本循環脈衝，將所述多對差分對的基本循環脈衝延遲不同的延遲時間，以及通過將所述多對差分對的基本循環脈衝組合起來形成具有多個周期的循環脈衝。
11.一種用於產生循環脈衝的設備，所述設備包括第一差分對，包括用於第一單極脈衝的輸入端以及用於第二單極脈衝的第二輸入端，所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝具有彼此相反的極性；用於延遲所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝的裝置；第二差分對，包括用於所述被延遲的第一單極脈衝的輸入端，以及用於所述被延遲的第二單極脈衝的第二輸入端；並且所述設備被設置為通過將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的輸出信號組合起來而形成循環脈衝。
12.根據權利要求11的設備，其中所述用於延遲的裝置被設置為將所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝延遲多個延遲周期，所述延遲周期的延遲與所述脈衝的持續時間相關。
13.根據權利要求11的設備，其中所述設備還包括用於在將所述單極脈衝輸入到所述差分對之前對所述單極脈衝進行整形的濾波器。
14.根據權利要求11的設備，其中所述設備包括用於將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的輸出信號組合起來的交叉聯結器。
15.根據權利要求11的設備，其中所述設備包括用於將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的輸出信號組合起來的模擬加法器。
16.根據權利要求11的設備，其中所述設備包括用於產生時鐘脈衝序列的時鐘；用於根據所述時鐘脈衝形成所述第一和第二單極脈衝的單元。
17.根據權利要求11的設備，其中所述設備被設置為連續地生成所述循環脈衝。
18.根據權利要求11的設備，其中所述設備被設置為通過將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的一個輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的一個輸出信號組合起來，以及通過將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的另一個輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的另一個輸出信號組合起來而同時產生兩個不同相位的循環脈衝。
19.根據權利要求11的設備，其中所述設備被設置為在UWB無線系統的發射機和接收機中連續地產生所述循環脈衝。
20.根據權利要求11的設備，其中所述設備包括用於形成基本循環脈衝的多對差分對，用於將所述多對差分對的基本循環脈衝延遲不同延遲時間的延遲裝置，以及用於將所述多對差分對的基本循環脈衝組合起來以形成具有多個周期的循環脈衝的裝置。
全文摘要
本發明涉及用於產生循環脈衝的方法和設備。第一差分對包括用於第一單極脈衝的輸入端，以及用於第二單極脈衝的第二輸入端，所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝具有相反的極性。所述第一單極脈衝和所述第二單極脈衝在延遲裝置中被延遲，第二差分對包括用於所述被延遲的第一單極脈衝的輸入端，以及用於所述被延遲的第二單極脈衝的第二輸入端。所述裝置被設置為通過將與所述第一差分對的第一單極脈衝相關的輸出信號和與所述第二差分對的第二單極脈衝相關的輸出信號組合起來形成循環脈衝。
文檔編號H03B28/00GK1685611SQ200380100155
公開日2005年10月19日 申請日期2003年11月26日 優先權日2002年11月27日
發明者薩卡利·緹尤拉涅米 申請人:諾基亞公司