使用混沌信號的發射機的製作方法
2023-04-25 05:41:46
專利名稱：使用混沌信號的發射機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於使用寬頻帶混沌信號(chaotic signal)發射數字數據的發射機。更具體而言，本發明涉及一種發射機，其根據數字數據信號接通/斷開混沌信號發生器的電源電壓，從而不需要用於使混沌信號和數字數據信號結合的獨立的調製器(separatemodulator)。
背景技術：
一般而言，混沌信號是指不具有相位的非周期信號和寬頻帶信號。典型的周期信號具有根據時間的規則相位，因此當增加逆相位的幹擾信號時，周期信號可能會失真或被消除。然而，由於混沌信號不具有明顯相位，所以它不會與任何逆相位信號或感應到的鄰近幹擾信號產生幹擾。這樣有助於保護數據信號中的信息。此外，在頻域內，不管寬頻帶中的周期如何，混沌信號大小相同，並顯示出較好的能量效率。
這種混沌信號適合於信息傳送和用作載波。這樣就消除了諸如由於少量尖峰信號在數據機中產生的跳時(time hopping)的分離編碼的需要，並且還通過開關鍵控(On-Off Keying，縮寫為OOK)簡化了發射機/接收機的結構。此外，使用混沌信號的調製方法通過系統中的小變化確保了混沌信號的控制，從而實現了具有較高功率效率的通信系統。此外，混沌信號基本上具有擴展進更寬頻率帶寬的連續頻譜，因此，可應用於需要能量帶寬的調製中，以在較寬的帶寬內沒有損耗。
圖1是示出使用混沌信號的傳統發射機的框圖。如圖1所示，使用混沌信號的傳統發射機包括混沌信號發生器11、帶通濾波器12、調製器13、放大器14、以及天線ANT。混沌信號發生器11生成混沌信號。帶通濾波器12防止混沌信號影響另一頻帶的系統同時阻止鄰近的幹擾信號。調製器13將將要發射的發射數據乘以混沌信號，從而通過OOK方法調製相乘的結果，放大器14將由調製器調製的信號以給定增益進行放大。此外，天線ANT將通過放大器14放大的調製信號發射到自由空間。
在這種使用混沌信號的傳統發射機中，混沌信號發生器11需要當發射發射數據時保持連續待機(stay on)，因此消耗了大量的能量。此外，當以OOK形式通過調製器直接調製時，混沌信號使得調製器13經受相對較大量的功率消耗。因此，使用混沌信號的傳統發射機尤其不利於要求低功率的無線移動通信。
此外，通過OOK形式的調製器13的開啟/關閉改變的阻抗引起如圖2的傳統發射機的輸出波形中所示的尖峰信號現象21。這不利地影響了整個發射/接收系統。
此外，當發射數據為『0』(發射數據具有『0』和『1』兩種狀態)時，來自調製器13的信號被有限制地隔離，因此信號發生耦合。不利地，這樣導致了如圖2參考標號22中所示『0』的失敗輸出。這種由寄生電容-感應耦合引起的現象使得信號的動態範圍變窄，並且潛在地降低了接收機的接收靈敏度。
發明內容
本發明目的在於解決現有技術的前述問題，因此，根據本發明特定實施例的目的在於提供一種使用混沌信號的發射機，其根據將要被發射的發射數據值接通/斷開提供給混沌信號發生器的電源電壓，所以從混沌信號發生器中輸出的混沌信號是根據發射數據的調製信號。
根據用於實現該目的的本發明的一個方面，提供了使用混沌信號的發射機，用於調製預定數字數據以進行發射，該發射機包括混沌信號發生器，用於當電源電壓被提供時接通，以生成混沌信號，且當電源電壓被切斷時斷開；以及電源電壓開關，用於根據數字數據，將電源電壓提供給混沌信號發生器和切斷混沌信號發生器的電源電壓；其中，根據數字數據提供/切斷混沌信號發生器的電源電壓，使得來自混沌信號發生器的輸出是數字數據的調製信號。
根據本發明的實施例，混沌信號發生器包括多個信號發生器，每個信號發生器均用於生成由基波和基波的多個諧波組成的信號，信號發生器的基波彼此不同；以及混頻器，用於對由信號發生器生成的信號進行混頻，以生成具有信號的合頻(sum frequency)和信號的諧波的混沌信號。
此外，根據本發明的實施例，電源電壓開關包括輸入端，用於接收發射的數字數據；輸出端，用於將開關的電源電壓提供給混沌信號發生器；第一電晶體，具有連接到輸入端的柵極、連接到電源電壓的漏極、以及連接到輸出端的源極；第二電晶體，具有連接到輸出端的漏極以及連接到地的源極；以及逆變器(inverter)，連接在輸入端和第二電晶體的柵極之間。
根據本發明實施例的使用混沌信號的發射機還包括帶通濾波器，用於通過由混沌信號發生器生成的混沌信號之外的預設頻帶的信號分量；以及放大器，用於將信號分量以給定增益進行放大。
此時，優選地，帶通濾波器與放大器整體形成，帶通濾波器和放大器的整體結構包括具有多個放大級的共源共柵放大器結構，其中，多個放大級中的每一放大級均包括包括電晶體的放大部、包括電容器的帶通濾波部、以及電容性地連接到放大部的電感器。
通過以下結合附圖的詳細描述，本發明的上述和其它目的、特徵和其它優點將更加顯而易見，其中圖1是示出使用混沌信號的傳統發射機的框圖；圖2是示出從使用混沌信號的傳統發射機輸出的輸出信號的波形圖；圖3是示出根據本發明的實施例的使用混沌信號的發射機的框圖；圖4是示出使用在根據本發明的另一個實施例的使用混沌信號的發射機中的混沌信號發生器的框圖；圖5a和5b是分別示出圖4的混沌信號發生器的第一和第二信號發生器的電路圖；
圖6是示出在根據本發明的又一實施例的使用混沌信號的發射機中使用的示例性電源電壓開關的結構圖；圖7是示出在根據本發明的又一實施例的使用混沌信號的發射機中的混沌信號發生器的輸出波形的波形圖；圖8a是示出根據本發明的又一實施例的示例性整體帶通濾波器和放大器的詳細電路圖；以及圖8b是示出根據本發明再一實施例的示例性整體帶通濾波器和放大器的等效電路圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖更加完整地描述本發明，其中，示出了本發明的優選實施例。然而，本發明可以以不同的形式實施，並可以不限於這裡所提出的實施例。提供這些實施例，使得本文的披露將是全面和完整的，並且對於本領域的技術人員來說將會全面覆蓋本發明的範圍。在附圖中，為了清楚誇大了形狀和尺寸，且相同的參考標號用於表示相同或相似的部件。
圖3是示出根據本發明實施例的使用混沌信號的發射機的框圖。
參考圖3，根據本發明實施例的使用混沌信號的發射機包括混沌信號發生器31和電源電壓開關32。當提供電源電壓VDD時，接通混沌信號發生器31以生成混沌信號。同樣，當切斷電源電壓VDD時，斷開混沌信號發生器31。電源電壓開關32根據輸入的數字數據，將電源電壓VDD提供給混沌信號發生器31和切斷混沌信號發生器31的電源電壓。此外，發射機還包括整體構造的帶通濾波器33a和放大器33。
混沌信號發生器31在相同申請人(或該申請的受讓人)提交的韓國專利申請第2005-60391號中進行了詳細披露。圖4是示出在該文獻中提出的混沌信號發生器的結構。圖4示出由第一信號發生器和第二信號發生器組成的示例性混沌信號發生器。然而，本發明不限於此，本領域的技術人員應該明白，根據本發明的應用實施例可以改變信號發生器的數目。
參考圖4，根據本發明的混沌信號發生器包括第一信號發生器311、第二信號發生器312、以及混頻器313。第一信號發生器311生成包括第一基波和第一基波的多個諧波的第一信號。同樣，第二信號發生器312生成包括第二基波和第二基波的多個諧波的第二信號。混頻器313將來自第一信號發生器311的第一信號和來自第二信號發生器312的第二信號進行混頻，以生成具有第一信號和第二信號的合頻以及第一信號和第二信號的諧波的混沌信號。
來自第一信號發生器311的第一信號是包括第一基波和第一基波的諧波的方波信號。來自第二信號發生器312的第二信號也是包括第二基波和第二基波的諧波的方波信號。這裡，第一和第二信號可以是脈波、三角波、或鋸齒波信號。
第一和第二信號發生器311和312的每一個均生成具有多個頻率的方波信號。因此，第一和第二發生器的每一個可以是適合於生成這種方波的環形振蕩器。
優選地，來自第一信號發生器311的第一基波的頻率被設置為不同於來自第二信號發生器312的第二基波的頻率，以生成具有多個頻率的混沌信號。
進一步，第一和第二發生器311和312可以配置為基本相同的電路。然而，第一信號發生器311的第一基波被設置為不同於第二信號發生器312的第二基波。圖5a和5b示出第一信號發生器311和第二信號發生器312的示例性結構。
圖5a和5b是示出第一和第二信號發生器的電路圖。圖5a是圖4中第一信號發生器的電路圖，圖5b是圖4中第二信號發生器的電路圖。
參考圖5a，本發明的第一信號發生器311包括多個逆變器(inverter)型放大器A11至A13、反饋電路111、以及延遲電路3111A和3111B。逆變器型放大器A11至A13串聯連接。反饋電路111具有共同連接至逆變器型放大器A11至A13的輸入端和輸出端的反饋線FBL。此外，延遲電路3111A設置在信號線SL1和反饋線FBL之間，且延遲電路3111B設置在信號線SL2和反饋線FBL之間。信號線SL1和SL2將逆變器型放大器A11至A13連接在一起。
這裡，該實施例的第一信號發生器311包括三個或多於三個的奇數個逆變器型放大器。即，可以級聯採用三、五、七或多個這种放大器。
例如，在第一信號發生器311具有第一、第二、和第三放大器A11至A13的三級放大器結構的情況下，第一逆變器型放大器A11具有包括串聯連接的P-MOS電晶體M11和N-MOS電晶體M12的CMOS逆變器結構，第二逆變器型放大器A12具有包括串聯連接的P-MOS電晶體M21和N-MOS電晶體M22的CMOS逆變器結構，以及第三逆變器型放大器A13也具有包括串聯連接的P-MOS電晶體M31和N-MOS電晶體M32的CMOS逆變器結構。
這裡，第一逆變器型放大器A11具有在P-MOS電晶體M11和N-MOS電晶體M12都工作的點處施加的電源電壓VDD。同樣地，第二逆變器型放大器A12具有在P-MOS電晶體M21和N-MOS電晶體M22都工作的點處施加的電源電壓VDD。第三逆變器型放大器A13也具有在P-MOS電晶體M31和N-MOS電晶體M32都工作的點處施加的電源電壓VDD。隨後，通過電源電壓VDD啟用第一、第二、和第三逆變器型放大器A11至A13的每一個。
此外，反饋電路111包括至少一個電平阻尼電阻(level dampingresistor)。優選地，反饋電路111包括電平阻尼電阻R13至R15，每個電平阻尼電阻設置在每個逆變器型放大器A11至A13的輸入端和輸出端之間。
電平阻尼電阻R13至R15用於限制反饋回放大器A11至A13中的每一個的輸入端的輸出信號的電平，從而，防止了反饋輸出信號的總電平。
延遲電路3111A和3111B的每一個可以為包括電阻器和電容器的RC電路。例如，延遲電路3111A和3111B可以被配置為RC串聯電路、RC並聯電路或RC串並聯電路。圖5a中延遲電路3111A和3111B的每一個均被構造為包括電阻器R11或R12和電容器C11或C12的RC並聯電路。
進一步，參考圖5b，本實施例的第二信號發生器312包括多個逆變器型放大器A21至A23、反饋電路121、以及延遲電路3121A和3121B。逆變器型放大器A21至A23串聯連接。反饋電路121具有共同連接至逆變器型放大器A21至A23的輸入端和輸出端的反饋線FBL。延遲電路3121A設置在信號線SL1和反饋線FBL之間，且延遲電路3121B設置在信號線SL2和反饋線FBL之間。信號線SL1和SL2將逆變器型放大器A21至A23連接在一起。
這裡，本發明的第二信號發生器312包括三個或多於三個的奇數個逆變器型放大器。即，可以級聯採用三、五、七或多個這种放大器。
例如，在第二信號發生器312具有第一、第二、和第三放大器A21至A23的三級放大器結構的情況下，第一逆變器型放大器A21具有包括串聯連接的P-MOS電晶體M41和N-MOS電晶體M42的CMOS逆變器結構，第二逆變器型放大器A22具有包括串聯連接的P-MOS電晶體M51和N-MOS電晶體M52的CMOS逆變器結構，以及第三逆變器型放大器A23也具有包括串聯連接的P-MOS電晶體M61和N-MOS電晶體M62的CMOS逆變器結構。
這裡，第一逆變器型放大器A21具有在P-MOS電晶體M41和N-MOS電晶體M42都工作的點處施加的電源電壓VDD。同樣地，第二逆變器型放大器A22具有在P-MOS電晶體M51和N-MOS電晶體M52都工作的點處施加的電源電壓VDD。第三逆變器型放大器A23也具有在P-MOS電晶體M61和N-MOS電晶體M62都工作的點處施加的電源電壓VDD。隨後，通過電源電壓VDD啟用第一、第二、和第三逆變器型放大器A21至A23的每一個。
此外，反饋電路121包括至少一個電平阻尼電阻。優選地，反饋電路121包括電平阻尼電阻R23至R25，每一個均設置在每個逆變器型放大器A21至A23的輸入端和輸出端之間。
電平阻尼電阻R23至R25限制反饋回放大器A21至A23中的每一個的輸入端的輸出信號的電平，從而，防止了反饋輸出信號的總電平。
延遲電路3121A和3121B中的每一個可以為包括電阻器和電容器的RC電路。例如，延遲電路3121A和3121B可以被配置為RC串聯電路、RC並聯電路或RC串並聯電路。圖5b中延遲電路3121A和3121B中的每一個均被構造為包括電阻器R21或R22和電容器C21或C22的RC並聯電路。
以這種方式，當施加電源電壓VDD時接通混沌信號發生器31。根據本發明，通過下面詳細描述的電源電壓開關(參考圖3的標號32)將電源電壓VDD提供給混沌信號發生器或切斷混沌信號發生器的電源電壓。
圖6是示出使用在本發明實施例中的電源電壓開關的詳細電路圖。
參考圖6，電源電壓開關32包括輸入端IN、輸出端OUT、第一電晶體321、第二電晶體322、以及逆變器323。輸入端IN接收數字發射數據。輸出端OUT將開關的電源電壓VDD提供給混沌信號發生器(圖3的參考標號31)。第一電晶體具有連接到輸入端IN的柵極、連接到電源電壓VDD的漏極、以及連接到輸出端OUT的源極。同樣地，第二電晶體322具有連接到輸出端OUT的漏極和連接到地的源極。逆變器323連接在輸出端IN和第二電晶體322的柵極之間。
數字發射數據是由『0』和『1』組成的信號。在『1』被輸入到電源電壓開關32的輸入端IN的情況下，電源電壓開關32的第一電晶體321導通，以及通過逆變器323截至第二電晶體322。從而，電源電壓提供給混沌信號發生器(圖3的參考標號31)，以接通混沌信號發生器。同時，在『0』被輸入到電源電壓開關32的輸入端IN的情況下，第一電晶體321截至，並通過逆變器322導通第二電晶體322。此時，電源電壓沒有提供給混沌信號發生器，所以不能接通混沌信號發生器，從而輸出『0』。特別地，第二電晶體連接到逆變器的輸出端，因此與第一電晶體321的操作相反。這樣就迅速地旁路存儲在導通/截至第二電晶體322時電路的寄生電容中的電荷，從而，使得系統免受任何影響。
以這種方式，當發射數據值為『1』時，電源電壓開關32將電源電壓VDD提供給混沌信號發生器，以輸出混沌信號。同樣，當發射數據值為『0』時，切斷混沌信號發生器的電源電壓VDD，使得混沌信號發生器的輸出為0。即，當發射數據為1時，接通混沌信號發生器(圖3的參考標號31)，以及當發射數據為0時斷開混沌信號發生器。這樣使得輸出與通過OOK調製的發射數據相同的信號。
根據剛剛描述的本發明的操作，混沌信號發生器實現如圖7所示的輸出。在發射數據為『1』的情況下，電源電壓被提供給混沌信號發生器，以輸出混沌信號。同時，在發射數據為『0』的情況下，切斷混沌信號發生器的電源電壓，以輸出『0』的混沌信號。在根據本發明的使用混沌信號的發射機中，僅當發射數據的輸入值為『1』時才接通混沌信號發生器。這樣確保與連續開啟的傳統混沌信號發生器相比顯著減小了功耗。
此外，當發射數據的輸入值為『0』時，混沌信號發生器根本不接通，從而與對耦合敏感的使用混沌信號的傳統發射機相反，精確地輸出了『0』。
進一步，本發明解決了由接通/斷開混沌信號發生器改變的阻抗引起的尖峰信號現象的傳統問題。再次參考圖3，根據本實施例的使用混沌信號的發射機具有整體形成的帶通濾波器33a和放大器33。在關於本實施例的描述中，以下這種整體的濾波器/放大器被稱為「具有帶通濾波器特性的整體放大器」，並用參考標號33來表示。
圖8a和圖8b是示出根據本發明的實施例的具有帶通濾波器特性的整體放大器的詳細電路圖和等效電路圖。該實施例示出具有級聯連接的四個放大器的結構，但是放大器的數目不受本發明的限制。
參考圖8a和8b，具有帶通濾波器特性的整體放大器33被構造為由多個放大級組成的共源共柵放大器(cascode amplifier，共陰共柵放大器)。每個放大級均包括由電晶體構成的放大部(AMP1至AMP4的其中之一)、由電容器(任意C1至C9)構成的帶通濾波器、以及電容性地耦合到放大部的電感器(L1至L4的其中之一)。
即，如圖8b所示，根據本實施例的具有帶通濾波器特性的整體放大器33可以被構造為具有四極的電容性耦合的帶通濾波器。每個放大級的電感器和電容器執行阻抗匹配，並用作具有濾波器特性的並聯振蕩電路。連接到放大級的電容器C_total表示用於反饋每個放大級和諸如電晶體漏極電容的寄生電容的信號的電容C2、C4、C6、和C8的總和。一般地，當CMOS配置有包括電感器和電容器的帶通濾波器時，其特點在於，CMOS基板經受損耗。因此，諸如電感器的有源器件經受很大的功率損失，並且由於晶片還需要具有很大的面積，所以導致適用性下降。因此，採用具有優良特性的外部晶片濾波器。此外，由於濾波器的單價在整個產品價格中的重要因素，任選地，功率放大器需要起到濾波器的作用，並用於放大信號，以實現低晶片價格和小型化，如本發明中的放大器。
如上所述，根據本發明的優選實施例，僅當發射數據的輸入值為『1』時才接通混沌信號發生器。這樣與傳統混沌信號發生器相比就顯著減小了功耗。
此外，當發射數據的輸入值為『0』時，不接通混沌信號發生器，從而精確輸出『0』，而不受耦合效應的影響。
此外，由於本發明不使用調製器，從而消除了由接通/斷開調製器改變的阻抗引起的尖峰信號現象。
雖然結合優選實施例示出並描述了本發明，對於本領域的技術人員來說，在不背離由所附權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以作出修改和變化。
權利要求
1.一種使用混沌信號的發射機，用於調製預定數字數據以進行發射，所述發射機包括混沌信號發生器，用於當電源電壓被提供時接通以生成所述混沌信號，且當所述電源電壓被切斷時斷開；以及電源電壓開關，用於根據所述數字數據將所述電源電壓提供給所述混沌信號發生器和切斷所述混沌信號發生器的所述電源電壓；其中，根據所述數字數據提供/切斷所述混沌信號發生器的所述電源電壓，使得所述混沌信號發生器的輸出是所述數字數據的調製信號。
2.根據權利要求1所述的發射機，其中，所述混沌信號發生器包括多個信號發生器，其每一個都用於生成由基波和所述基波的多個諧波組成的信號，所述信號發生器的所述基波彼此不同；以及混頻器，用於將由所述信號發生器生成的所述信號進行混頻，以生成具有所述信號的合頻和所述信號的所述諧波的所述混沌信號。
3.根據權利要求1所述的發射機，其中，所述電源電壓開關包括輸入端，用於接收發射的所述數字數據；輸出端，用於將開關的電源電壓提供給所述混沌信號發生器；第一電晶體，具有連接到所述輸入端的柵極、連接到所述電源電壓的漏極、以及連接到所述輸出端的源極；第二電晶體，具有連接到所述輸出端的漏極和連接到地的源極；以及逆變器，連接在所述輸入端和所述第二電晶體的柵極之間。
4.根據權利要求1所述的發射機，還包括帶通濾波器，用於通過由所述混沌信號發生器生成的所述混沌信號之外的預設頻帶的信號分量；以及放大器，用於將所述信號分量以給定增益進行放大。
5.根據權利要求4所述的發射機，其中，所述帶通濾波器與所述放大器整體形成。
6.根據權利要求5所述的發射機，其中，所述帶通濾波器和放大器的整體結構包括具有多個放大級的共源共柵放大器結構，其中，所述多個放大級中的每一放大級均包括包括電晶體的放大部、包括電容器的帶通濾波部、以及電容性地耦合到所述放大部的電感器。
全文摘要
本發明提供一種使用混沌信號的發射機，其根據發射的數字數據信號接通/斷開混沌信號發生器的電源電壓，而不需要用於結合混沌信號和數字數據信號的分離調製器。發射機使用混沌信號，用於調製預定數字數據以發射。當提供電源電壓時接通混沌信號發生器，以生成混沌信號，以及當切斷電源電壓時斷開。電源電壓開關根據數字數據向混沌信號發生器提供電源電壓和切斷混沌信號發生器的電源電壓。進一步，根據數字數據提供/切斷混沌信號發生器的電源電壓，所以混沌信號發生器的輸出是數字數據的調製信號。
文檔編號H04B1/04GK1921467SQ20061011156
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月23日 優先權日2005年8月23日
發明者李光鬥, 金學善, 楊昌洙, 樸相奎, 樸朵焌, 安奎煥 申請人:三星電機株式會社