專(zhuān)利名稱(chēng)：全集成cmos超再生時(shí)分復(fù)用無(wú)線接收機(jī)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及通信領(lǐng)域中短距離無(wú)線超再生接收機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)。
背景技術(shù)：
基于超再生理論的無(wú)線接收機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合無(wú)線傳感網(wǎng)、家庭自動(dòng)控制、防盜等短距離無(wú)線通信系統(tǒng)。圖I為典型的超再生接收機(jī)，包括射頻放大器、超再生振蕩器(SRO)、熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路、包絡(luò)檢波電路和解調(diào)電路等。超再生振蕩器工作在間歇振蕩狀態(tài)，由熄滅信號(hào)控制其間歇振蕩周期，但在每個(gè)振蕩周期內(nèi)的起振時(shí)間則主要由經(jīng)過(guò)低噪聲放大器放大后的輸入信號(hào)決定。當(dāng)輸入信號(hào)頻率與振蕩器頻率一致或者輸入信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，振蕩器起振時(shí)間變短，反之，起振時(shí)間增加，這種隨著輸入信號(hào)頻率或強(qiáng)度變化而變化的起振時(shí)間就是超 再生接收機(jī)區(qū)別輸入信號(hào)邏輯的依據(jù)。經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波后，這種起振時(shí)間的變化轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖寬度的變化，脈沖經(jīng)過(guò)解調(diào)電路后得到輸出數(shù)據(jù)。超再生接收機(jī)接收信號(hào)的能力依賴其超再生振蕩器在接收到信號(hào)時(shí)起振時(shí)間的變化，該變化量越大，系統(tǒng)接收靈敏度越高。但是，超再生振蕩器工作在間歇振蕩狀態(tài)，其起振時(shí)間對(duì)工藝、溫度、噪聲等十分敏感。上述因素可能使得振蕩器起振過(guò)快或者過(guò)慢，甚至不起振，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正確識(shí)別信號(hào)。理論上，可以通過(guò)改變振蕩器的偏置電流大小來(lái)控制振蕩器的起振時(shí)間。但該電流隨工藝和溫度等因素變化較大，難以控制。為了穩(wěn)定振蕩器的工作狀態(tài)，由微處理器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的復(fù)雜的控制電路被用來(lái)自動(dòng)搜尋和矯正振蕩器的偏置電流，這大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。本實(shí)用新型采用由超再生振蕩器、高效率包絡(luò)檢波器和高精度電荷泵等構(gòu)成的類(lèi)似于鎖相環(huán)的環(huán)路來(lái)控制振蕩器的偏置電流，從而穩(wěn)定振蕩器的起振狀態(tài)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但獲得穩(wěn)定的起振狀態(tài)和提高接收靈敏度之間是矛盾的。為此，本實(shí)用新型的接收機(jī)采用了時(shí)分復(fù)用的控制模式，有效的避免了這一矛盾。另外，為了盡量減小控制時(shí)鐘產(chǎn)生的噪聲對(duì)接收靈敏度的影響，接收機(jī)內(nèi)部集成了多路控制時(shí)鐘和熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路，使得整個(gè)接收機(jī)工作在同步時(shí)鐘模式。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型重點(diǎn)解決了負(fù)反饋控制環(huán)路的理論問(wèn)題，振蕩器起振時(shí)間和電流源、注入信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系問(wèn)題，負(fù)反饋控制環(huán)路的穩(wěn)定性問(wèn)題。由于環(huán)路控制的目的是穩(wěn)定超再生振蕩器的起振狀態(tài)，而信號(hào)的接收要求振蕩器根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度不停的改變起振狀態(tài)，二者是矛盾的。本實(shí)用新型通過(guò)采用時(shí)分復(fù)用的體系結(jié)構(gòu)使得二者得到了很好的平衡和兼容，化解了這一矛盾。為了此體系結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定工作，并提高系統(tǒng)的性能，實(shí)用新型中對(duì)每個(gè)主要電路模塊都進(jìn)行深入的分析和研究，并提出了多項(xiàng)改進(jìn)措施，使得各個(gè)電路模塊能夠穩(wěn)定地為系統(tǒng)服務(wù)，并具有較高的電路性能。全集成CMOS超再生時(shí)分復(fù)用無(wú)線接收機(jī)結(jié)構(gòu)是射頻放大器連接超再生震蕩器SR0，再通過(guò)包絡(luò)檢波電路進(jìn)入比較器，通過(guò)邏輯電路反饋給電荷泵，經(jīng)過(guò)低通濾波器，和熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路共同連接控制振蕩器形成連接環(huán)路，最后通過(guò)邏輯電路運(yùn)算輸出給數(shù)據(jù)解調(diào)電路完成整個(gè)結(jié)構(gòu)功能，其特征是此結(jié)構(gòu)擁有帶環(huán)路控制功能的超再生震蕩器SRO，熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路，以及通過(guò)邏輯電路形成的反饋系統(tǒng)。

圖I超再生接收機(jī)基本原理圖圖2本實(shí)用新型采用的超再生接收機(jī)系統(tǒng)原理圖圖3他熄式超再生接收機(jī)波形圖圖4射頻放大器圖5振蕩器SRO圖6熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路圖7電流源電路圖8包絡(luò)檢波器圖9電荷泵電路
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的超再生接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。該接收機(jī)工作在他熄方式，通過(guò)多個(gè)模塊電路來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的功能和性能。包括射頻放大器、帶環(huán)路控制功能的SRO(包括SR0、包絡(luò)檢波電路、比較器、邏輯電路、電荷泵、低通濾波器)、熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路和數(shù)據(jù)解調(diào)電路。下面將討論本實(shí)用新型超再生接收機(jī)的具體電路模塊實(shí)現(xiàn)I，射頻放大器的設(shè)計(jì)實(shí)用新型的射頻放大器如圖4所示。電路采用經(jīng)典的共源共柵結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有上限頻率高，反向隔離度高等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的有源電感相比，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的有源電感多了一個(gè)電阻Rd，如圖4虛線框中所示。該電阻能有效減小MOS管M3的寄生電容Cgd的影響，在獲得同等電感值前提下，Rd的引入使得品質(zhì)因數(shù)和自諧振頻率都能得到提高 2，振蕩器SRO的設(shè)計(jì)具有環(huán)路控制功能的超再生振蕩器中，振蕩器是關(guān)鍵電路。該振蕩器要具有熄滅控制端口，實(shí)現(xiàn)間歇振蕩功能，同時(shí)要具有輸入接口，將輸入信號(hào)耦合到LC諧振回路中，還要具有良好的反向隔離性能，盡量減小本振泄露。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的振蕩器如圖5所示，其中虛線框中的LC為片外器件。圖中，PMOS管M5和M6構(gòu)成振蕩器的交叉耦合差分對(duì)，沒(méi)有采用NMOS差分對(duì)，目的是為了充分利用起振過(guò)程中的自偏置效應(yīng)，提高系統(tǒng)包絡(luò)檢波效率。圖5中，差分對(duì)源極為電源電壓，由于自偏置效應(yīng)，輸出端平均電壓在起振過(guò)程中會(huì)逐漸上升，直到達(dá)到穩(wěn)態(tài)。結(jié)合后續(xù)包絡(luò)檢波電路，可以有效提高系統(tǒng)的包絡(luò)檢波效率。圖中M7和M8構(gòu)成熄滅控制開(kāi)關(guān)，在控制信號(hào)作用下，振蕩器工作在間歇振蕩狀態(tài)。M3和M4構(gòu)成共柵級(jí)，減小振蕩信號(hào)的反向泄露。Ml和M2構(gòu)成輸入級(jí)，將來(lái)自前級(jí)放大器的信號(hào)耦合到諧振回路中，從而影響振蕩器的起振時(shí)間。M9構(gòu)成電流源，電流的值由環(huán)路根據(jù)起振狀態(tài)自動(dòng)決定，避免了工藝、溫度、電源等因素的影響。3，熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路在圖2的系統(tǒng)方案中，熄滅信號(hào)產(chǎn)生器主要產(chǎn)生振蕩器的熄滅信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用接收的時(shí)鐘信號(hào)以及任意占空比的方波信號(hào)，該電路產(chǎn)生的各路控制信號(hào)控制著系統(tǒng)的工作時(shí)序，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。如圖6所示。根據(jù)系統(tǒng)的要求，熄滅信號(hào)產(chǎn)生器需要滿足以下要求工作電壓范圍為2. 5
5.5V時(shí)正常工作，且熄滅信號(hào)的頻率與電源電壓無(wú)關(guān)；產(chǎn)生的各路控制信號(hào)為同步信號(hào)；所有控制信號(hào)的邊沿都不能影響振蕩器的起振時(shí)間，主要指由于該邊沿信號(hào)在系統(tǒng)中產(chǎn)生的寄生阻尼振蕩信號(hào)不能影響振蕩器的起振時(shí)間。 為了減小時(shí)鐘邊沿，尤其是上升沿對(duì)振蕩器起振時(shí)間的影響，圖6中采用單邊沿延遲電路(圖中虛線框中電路)對(duì)熄滅信號(hào)進(jìn)行上升沿延遲，使在其產(chǎn)生噪聲的時(shí)間內(nèi)，振蕩器處于熄滅狀態(tài)，從而避免邊沿噪聲的影響。4，電流源電路電流源電路負(fù)責(zé)給各模塊供電，尤其射頻放大器對(duì)電流源的要求較高，從而要求與電源無(wú)關(guān)，但要與溫度、工藝等相關(guān)，并且這種相關(guān)能抵消溫度和工藝的變化對(duì)跨導(dǎo)的影響。其原理圖如圖7。5，包絡(luò)檢波器環(huán)路中采用的包絡(luò)檢波器在傳統(tǒng)的全波整流電路的基礎(chǔ)上增加了差分放大器，構(gòu)成具有正反饋效應(yīng)的包絡(luò)檢波器，如圖8所示。電路采用了正反饋環(huán)，在電路設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合適的參數(shù)，避免振蕩的產(chǎn)生.由于包絡(luò)檢波電路在輸出端有一個(gè)較大的電容，若將該節(jié)點(diǎn)作為環(huán)路主極點(diǎn)，同時(shí)保證環(huán)路中其它節(jié)點(diǎn)都為低阻節(jié)點(diǎn)，且選擇合適的環(huán)路增益就可以保證環(huán)路的穩(wěn)定工作.6，電荷泵電路為了保證系統(tǒng)的時(shí)序正確，環(huán)路中電荷泵的充放電比例必須準(zhǔn)確和穩(wěn)定.如圖9所示。此結(jié)構(gòu)使得與充放電電流比例有關(guān)的各個(gè)電路節(jié)點(diǎn)電壓都維持穩(wěn)定，有效避免了傳統(tǒng)電荷泵中由于開(kāi)關(guān)控制而導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)電壓變化，從而避免了節(jié)點(diǎn)電壓建立所需要的建立時(shí)間。
權(quán)利要求2. 一種全集成CMOS超再生時(shí)分復(fù)用無(wú)線接收機(jī)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是射頻放大器連接超再生震蕩器SR0，再通過(guò)包絡(luò)檢波電路進(jìn)入比較器，通過(guò)邏輯電路反饋給電荷泵，經(jīng)過(guò)低通濾波器，和熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路共同連接控制振蕩器形成連接環(huán)路，最后通過(guò)邏輯電路運(yùn)算輸出給數(shù)據(jù)解調(diào)電路完成整個(gè)結(jié)構(gòu)功能，其特征是此結(jié)構(gòu)擁有帶環(huán)路控制功能的超再生震蕩器SR0，熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路，以及通過(guò)邏輯電路形成的反饋系統(tǒng)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了模擬集成電路中的全集成CMOS超再生時(shí)分復(fù)用無(wú)線接收機(jī)結(jié)構(gòu)。接收機(jī)采用了時(shí)分復(fù)用的控制模式，解決了穩(wěn)定起振時(shí)間和提高接收靈敏度之間的矛盾。其結(jié)構(gòu)包括射頻放大器、帶環(huán)路控制功能的SRO、包絡(luò)檢波電路、比較器、邏輯電路、電荷泵、低通濾波器、熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路和數(shù)據(jù)解調(diào)電路。超再生振蕩器工作在間歇振蕩狀態(tài)，由熄滅信號(hào)控制其間歇振蕩周期，每個(gè)振蕩周期內(nèi)的起振時(shí)間由經(jīng)過(guò)低噪聲放大器放大后的輸入信號(hào)決定。經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波將起振時(shí)間的變化轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖寬度的變化，脈沖經(jīng)過(guò)解調(diào)電路后得到輸出數(shù)據(jù)。內(nèi)部集成了多路控制時(shí)鐘和熄滅信號(hào)產(chǎn)生電路，使得整個(gè)接收機(jī)工作在同步時(shí)鐘模式，減小控制時(shí)鐘產(chǎn)生的噪聲。
文檔編號(hào)H04B1/16GK202475404SQ201120451159
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者徐建, 曾賢文, 王志功, 王歡, 王蓉, 管志強(qiáng), 羅寅 申請(qǐng)人:南京矽志微電子有限公司