專利名稱：采用表面聲波諧振器和脈沖整形方法的擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及射頻(RF)調(diào)制解調(diào)器，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及引入上變換電路和脈沖整形電路以限制發(fā)送信號(hào)的頻率輸出的基于表面聲波的擴(kuò)頻RF調(diào)制解調(diào)器。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)使用量的高速增長(zhǎng)，對(duì)通過(guò)無(wú)線連接連接的外圍設(shè)備和系統(tǒng)的需求量也在不斷增加。當(dāng)前，在諸如安全報(bào)警、聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信、電話技術(shù)以及計(jì)算機(jī)安全的領(lǐng)域內(nèi)，無(wú)線應(yīng)用的數(shù)量在高速增長(zhǎng)。
當(dāng)前，無(wú)線通信可以采用的方式有多種，例如超聲波、IR和RF。在RF無(wú)線通信中通常使用的通信技術(shù)是擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)頻通信是通過(guò)比發(fā)送被發(fā)送信息所需最小帶寬寬得多的頻帶擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的通信技術(shù)。通過(guò)進(jìn)行信號(hào)擴(kuò)頻，擴(kuò)頻系統(tǒng)降低了對(duì)干涉和干擾的敏感度，從而實(shí)現(xiàn)高度數(shù)據(jù)完整性和高度數(shù)據(jù)安全性。此外，由于信號(hào)擴(kuò)頻過(guò)程通過(guò)寬帶寬擴(kuò)展發(fā)送功率，所以可以顯著降低帶寬內(nèi)任何給定頻率的功率電平，從而降低了對(duì)其它無(wú)線電設(shè)備的干擾。
擴(kuò)頻通信系統(tǒng)通常為直接序列(DS)類型、跳頻(FH)類型，或者為將DS與FH組合在一起后兩者的混合。在直接序列擴(kuò)頻通信中，利用偽隨機(jī)片碼調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)，從而產(chǎn)生其頻率頻譜被通過(guò)寬帶寬擴(kuò)頻的發(fā)送信號(hào)。發(fā)送信號(hào)具有低頻譜密度，并且對(duì)于沒(méi)有該代碼序列的接收機(jī)，它表現(xiàn)為噪聲。因此，擴(kuò)頻通信提高了發(fā)送數(shù)據(jù)的安全性并降低了對(duì)在同一個(gè)環(huán)境內(nèi)運(yùn)行的其它發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的干擾。
擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的作用是根據(jù)待發(fā)送的數(shù)據(jù)擴(kuò)頻信號(hào)，將待發(fā)送的每個(gè)位或每個(gè)位組轉(zhuǎn)換為多個(gè)比原始數(shù)據(jù)的帶寬寬的片碼。根據(jù)對(duì)該系統(tǒng)選擇的代碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻。
接收機(jī)的作用是對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信號(hào)。在直接序列擴(kuò)頻中，通過(guò)使接收信號(hào)與匹配發(fā)射機(jī)發(fā)送該信息所使用的偽噪聲碼的基準(zhǔn)代碼相關(guān)，對(duì)該信號(hào)實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)。通過(guò)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，還可以對(duì)任何干擾信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻。干擾信號(hào)通常包括偽隨機(jī)噪聲，而不包括容易消滅的循環(huán)噪聲。
一種擴(kuò)頻相關(guān)技術(shù)是在將接收信號(hào)輸入到數(shù)字匹配濾波器之前，將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。其他的擴(kuò)頻相關(guān)技術(shù)是利用表面聲波(SAW)器件來(lái)對(duì)接收擴(kuò)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)相關(guān)。在厚度為0.5mm的石英圓片上建立的表面聲波器件允許在自由表面?zhèn)鞑ヂ暡?。表面聲波器件用于將電信?hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)，然后再通過(guò)壓電式變換器轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。
表面聲波器件在包括擴(kuò)頻相關(guān)器在內(nèi)的許多應(yīng)用中都很有用，因?yàn)樗鼈兺ǔＴ趯拵拑?nèi)運(yùn)行。表面聲波相關(guān)器是為了利用射頻信號(hào)內(nèi)的相移相關(guān)識(shí)別特定片碼序列構(gòu)造的無(wú)源部件(在操作上類似于數(shù)字匹配濾波器相關(guān)器)。在模擬方面，表面聲波器件起到延遲線匹配濾波器的作用。它包括許多其延遲周期分別等于發(fā)送代碼時(shí)鐘周期的延遲單元，以便在任何時(shí)間，每個(gè)延遲單元均對(duì)應(yīng)于接收信號(hào)的一個(gè)片碼。
隨著接收信號(hào)向表面聲波器件的下游傳播，與傳播波同相或異相附加各延遲單元的相位結(jié)構(gòu)。將所有延遲單元的輸出累加在一起以達(dá)到最大總相關(guān)值。當(dāng)所有延遲單元的相移結(jié)構(gòu)匹配傳播波的相移時(shí)，則可以實(shí)現(xiàn)最大和數(shù)，即相關(guān)。
由于表面聲波器件本身是固定器件，所以通常在制造時(shí)對(duì)表面聲波相關(guān)器進(jìn)行編程以匹配一個(gè)預(yù)定片碼序列。在構(gòu)造時(shí)通過(guò)設(shè)置在各延遲單元內(nèi)的變換器對(duì)表面聲波器件的相移結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程以產(chǎn)生基本相位匹配，并且一旦制造好，就不能再改變，從而與單個(gè)代碼序列相關(guān)。
因此，最好具有一種采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)、成本低、尺寸小的RF調(diào)制解調(diào)器。這種RF調(diào)制解調(diào)器最好對(duì)發(fā)射機(jī)諧振器、相關(guān)器以及接收機(jī)相關(guān)器采用表面聲波器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及雙向直接序列擴(kuò)頻半雙工RF調(diào)制解調(diào)器。RF調(diào)制解調(diào)器可以應(yīng)用于發(fā)送和接收多種模擬和數(shù)字脈沖調(diào)制。由于RF調(diào)制解調(diào)器適于在多個(gè)頻率范圍內(nèi)運(yùn)行，所以在此說(shuō)明的第一個(gè)例子運(yùn)行于902至928MHz的工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)學(xué)(ISM)頻帶，在此構(gòu)造的第二個(gè)例子運(yùn)行于2400至2483.5MHz的ISM頻帶內(nèi)。此外，這兩個(gè)例子采用本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造各種類型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的主要特征在于，在RF調(diào)制解調(diào)器內(nèi)引入兩個(gè)在一個(gè)單片襯底上制造的不同表面聲波(SAW)器件。第一表面聲波器件用作發(fā)射機(jī)振蕩器部分內(nèi)的諧振器，而第二表面聲波器件構(gòu)成調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送部分和接收部分使用的相關(guān)器。本發(fā)明的另一個(gè)主要特征在于，該調(diào)制解調(diào)器的功耗非常低。
所構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器作為脈沖發(fā)射機(jī)和接收機(jī)工作。從可以通用于許多不同類型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的意義上說(shuō)，它具有通用性，下面將舉幾個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。RF調(diào)制解調(diào)器可以用作分層通信系統(tǒng)如ISO OSI通信堆棧內(nèi)的物理層(PHY)。例如，脈沖發(fā)射機(jī)RF調(diào)制解調(diào)器可以用于提供各種調(diào)制方法，包括但并不局限于開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)、脈寬調(diào)制(PWM)、脈沖位置調(diào)制(PPW)或者任何其它類型的模擬或數(shù)字脈沖調(diào)制。
在第一實(shí)施例中，調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送部分包括采用表面聲波諧振器的振蕩器。根據(jù)待發(fā)送的數(shù)據(jù)，接通和斷開(kāi)振蕩器的輸出。脈沖輸入到表面聲波相關(guān)器，表面聲波相關(guān)器用于輸出包括代碼序列的擴(kuò)頻波形。事實(shí)上，表面聲波相關(guān)器被用作BPSK調(diào)制器。所使用的代碼序列是13位Barker碼，Barker碼適于具有高自相關(guān)特性。對(duì)擴(kuò)頻序列進(jìn)行放大并通過(guò)天線發(fā)送。
接收機(jī)首先利用帶通濾波器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行濾波，然后利用低噪聲放大器(LNA)進(jìn)行放大。將放大信號(hào)輸入到匹配濾波器/匹配相關(guān)器，匹配濾波器/匹配相關(guān)器檢測(cè)是否與Barker代碼序列匹配。如果檢測(cè)到匹配，則輸出代表原始脈沖的解擴(kuò)脈沖。將該相關(guān)器的輸出輸入到峰值檢波器，峰值檢波器以線性和非線性方式檢波接收信號(hào)的包絡(luò)。產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)并用于偏置用于產(chǎn)生二進(jìn)制輸出數(shù)據(jù)信號(hào)的閾值。
本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的輸出功率PT約為10dBm。處理增益約為11dB。根據(jù)FCC的要求，利用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的至少10dB的處理增益允許使用30dBmi的更高輸出功率電平。同時(shí)，有效輸出功率PTEFF為20dBm數(shù)量級(jí)。這相當(dāng)于在自由空間內(nèi)、假定為0dBi天線約1000米的最遠(yuǎn)通信距離(根據(jù)實(shí)際情況)。利用根據(jù)本發(fā)明在此說(shuō)明的該RF調(diào)制解調(diào)器例子可以實(shí)現(xiàn)的最高脈沖速率接近1.5Mpps。
在第二實(shí)施例中，上變頻器/下變頻器用于將擴(kuò)頻脈沖變換為高頻帶，或者由高頻帶變換擴(kuò)頻脈沖。此外，有幾種技術(shù)可以使發(fā)送脈沖的頻譜變窄。詢問(wèn)脈沖整形電路用于使輸入表面聲波器件的詢問(wèn)脈沖的輪廓光滑。此外，表面聲波濾波器的結(jié)構(gòu)適于使擴(kuò)頻波形的過(guò)渡和斷續(xù)平滑。不僅如此，脈沖選通電路用于減少表面聲波濾波器產(chǎn)生的RF泄漏。
在第三實(shí)施例中，通過(guò)使用多個(gè)分別利用與所有其它函數(shù)正交的唯一函數(shù)(即代碼)配置的相關(guān)器(即它們之間接近零交互作用)，可以提高傳輸位速率。主機(jī)適于提供N條數(shù)據(jù)輸入線數(shù)據(jù)輸出線。每個(gè)相關(guān)器具有各自的數(shù)據(jù)輸入線和數(shù)據(jù)輸出線。所有相關(guān)器通用的振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號(hào)。RF功率分配器/功率合成器用于將N個(gè)發(fā)送信號(hào)合成為合成發(fā)送信號(hào)并將接收的合成信號(hào)分割為多個(gè)饋送到各相關(guān)器的接收信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器具有實(shí)現(xiàn)成本低的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)?1)所要求的硅的大小以及表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器的大小較小，所以降低了生產(chǎn)費(fèi)用，提高了產(chǎn)量；(2)因?yàn)樘岣吡水a(chǎn)量并簡(jiǎn)化了器件，所以簡(jiǎn)化了部件的測(cè)試過(guò)程；以及(3)結(jié)果芯片的大小可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、廉價(jià)封裝。
采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)，包括(1)調(diào)制解調(diào)器適于發(fā)送和接收非常窄的脈沖，非常窄的脈沖特別合乎于脈沖的收發(fā)；(2)由于存在擴(kuò)頻處理增益，所以每個(gè)脈沖的有效傳輸功率提高了10dB；(3)對(duì)干擾具有固有抗擾性；(4)對(duì)帶外噪聲的固有濾波；(5)對(duì)帶內(nèi)噪聲的固有擴(kuò)頻；(6)對(duì)通信有效的高動(dòng)態(tài)范圍；以及(7)因?yàn)榫哂锌焖僬袷幤鲉拘褧r(shí)間，所以節(jié)省能源。
此外，利用上變頻器/下變頻器，本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器可以在任何要求頻帶運(yùn)行，并且該RF調(diào)制解調(diào)器包括顯著降低帶外RF能量的電路系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種直接序列擴(kuò)頻射頻(RF)調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)具有IF頻率的中頻(IF)振蕩器信號(hào)產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括用于整形脈沖輪廓的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻代碼序列波形擴(kuò)頻整形脈沖，從而產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；發(fā)射機(jī)電路，包括將擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩(LO)信號(hào)混合以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與LO信號(hào)混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴(kuò)接收擴(kuò)頻脈沖以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；以及檢波器，用于響應(yīng)相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)。
此外，根據(jù)本發(fā)明還提供了一種對(duì)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)的方法，該方法包括步驟根據(jù)IF頻率的中頻(IF)振蕩信號(hào)產(chǎn)生脈沖，其中對(duì)脈沖輪廓進(jìn)行整形；利用擴(kuò)頻代碼序列波形對(duì)整形脈沖進(jìn)行擴(kuò)頻以及由此產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；將擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩器(LO)信號(hào)混合并由此產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)；將接收信號(hào)與LO信號(hào)混合并由此產(chǎn)生IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖；根據(jù)代碼序列解擴(kuò)擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)，并由此產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；以及響應(yīng)相關(guān)信號(hào)檢波輸出信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明還提供了一種開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)直接序列擴(kuò)頻射頻(RF)收發(fā)信機(jī)，該RF收發(fā)信機(jī)包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生固定時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)輸入信號(hào)；以及RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，響應(yīng)由IF頻率的中頻(IF)振蕩信號(hào)獲得的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括對(duì)脈沖輪廓進(jìn)行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻代碼序列波形擴(kuò)頻整形脈沖，從而產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；發(fā)射機(jī)電路，包括將擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩(LO)信號(hào)混合以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與LO信號(hào)混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴(kuò)擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；以及檢波器，用于響應(yīng)相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出信號(hào)。
此外，根據(jù)本發(fā)明還提供了一種脈寬調(diào)制(PWM)直接序列擴(kuò)頻射頻(RF)收發(fā)信機(jī)，該RF收發(fā)信機(jī)包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的模擬輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈寬調(diào)制數(shù)據(jù)輸入信號(hào)；RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，響應(yīng)由IF頻率的中頻(IF)振蕩信號(hào)獲得的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括對(duì)脈沖輪廓進(jìn)行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻代碼序列波形擴(kuò)頻整形脈沖，從而產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；發(fā)射機(jī)電路，包括將擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩(LO)信號(hào)混合以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與LO信號(hào)混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴(kuò)擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；檢波器，用于響應(yīng)相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)；以及輸出電路，將輸出信號(hào)集成在一起以由此產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)。
此外，根據(jù)本發(fā)明又提供了一種脈沖位置調(diào)制(PPM)直接序列擴(kuò)頻射頻(RF)收發(fā)信機(jī)，該RF收發(fā)信機(jī)包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的模擬輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈沖位置調(diào)制數(shù)據(jù)輸入信號(hào) RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，響應(yīng)由IF頻率的中頻(IF)振蕩信號(hào)獲得的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括對(duì)脈沖輪廓進(jìn)行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻代碼序列波形擴(kuò)頻整形脈沖，從而產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；發(fā)射機(jī)電路，包括將擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩(LO)信號(hào)混合以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與LO信號(hào)混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴(kuò)擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；檢波器，用于響應(yīng)相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)；以及輸出電路，根據(jù)斜坡函數(shù)限制輸出信號(hào)以由此產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)。
此外，根據(jù)本發(fā)明還提供了一種直接序列擴(kuò)頻射頻(RF)調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括振蕩器，用于產(chǎn)生中頻(IF)振蕩信號(hào)和本機(jī)振蕩(LO)信號(hào)；多個(gè)N發(fā)送/接收電路，每個(gè)發(fā)送/接收電路均包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)中頻(IF)振蕩信號(hào)產(chǎn)生脈沖，該脈沖發(fā)生器包括對(duì)脈沖輪廓進(jìn)行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻代碼序列波形擴(kuò)頻整形脈沖以產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；相關(guān)器，根據(jù)代碼序列解擴(kuò)擴(kuò)頻脈沖信號(hào)以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；檢波器，用于響應(yīng)相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)，其中利用與其它相關(guān)器內(nèi)的函數(shù)大致正交的唯一函數(shù)，對(duì)每個(gè)發(fā)送/接收電路內(nèi)的相關(guān)器進(jìn)行配置；裝置，用于合成并發(fā)送由N發(fā)送/接收電路產(chǎn)生的N個(gè)擴(kuò)頻脈沖信號(hào)作為合成發(fā)送信號(hào)；發(fā)射機(jī)電路，包括將擴(kuò)頻脈沖與LO信號(hào)混合以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；裝置，用于接收合成發(fā)送信號(hào)并將它分割為N個(gè)接收信號(hào)；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與LO信號(hào)混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；其中N為正整數(shù)。


在此，將參考附圖，僅利用例子說(shuō)明本發(fā)明，附圖包括圖1示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器的第一實(shí)施例的方框圖；圖2示出RF調(diào)制解調(diào)器的信號(hào)發(fā)生器電路的更詳細(xì)方框圖；圖3示出RF調(diào)制解調(diào)器的脈沖發(fā)生器電路的更詳細(xì)方框圖；圖4示出脈沖發(fā)生器電路的各信號(hào)的波形掃跡圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的諧振器、振蕩器以及RF開(kāi)關(guān)部分的實(shí)施例例子的原理方框圖；圖6示出包括表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器在內(nèi)的表面聲波器件的結(jié)構(gòu)圖；圖7示出表面聲波諧振器的輸出脈沖響應(yīng)曲線圖；圖8示出在RF調(diào)制解調(diào)器內(nèi)使用的表面聲波器件的頻率響應(yīng)幅值曲線圖；圖9示出表面聲波相關(guān)器的自相關(guān)曲線；圖10示出線性FM表面聲波相關(guān)器的自相關(guān)曲線圖；圖11示出響應(yīng)詢問(wèn)脈沖表面聲波諧振器的輸出曲線圖；圖12示出RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送RF前端電路的更詳細(xì)方框圖；
圖13示出發(fā)送RF前端電路的各信號(hào)的波形掃跡圖；圖14示出RF調(diào)制解調(diào)器的接收RF前端電路的更詳細(xì)方框圖；圖15示出包括峰值檢波器和判決電路在內(nèi)的RF調(diào)制解調(diào)器的接收機(jī)電路的更詳細(xì)方框圖；圖16示出本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的通用狀態(tài)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程狀態(tài)圖；圖17示出通用狀態(tài)機(jī)的發(fā)送狀態(tài)機(jī)部分的運(yùn)行過(guò)程的更詳細(xì)狀態(tài)圖；圖18示出通用狀態(tài)機(jī)的接收狀態(tài)機(jī)部分的運(yùn)行過(guò)程的更詳細(xì)狀態(tài)圖；圖19示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生器電路的更詳細(xì)方框圖；圖20示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實(shí)施例的發(fā)送RF前端電路的更詳細(xì)方框圖；圖21示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實(shí)施例的接收RF前端電路的更詳細(xì)方框圖；圖22示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的OOK通信系統(tǒng)的方框圖；圖23示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的PWM通信系統(tǒng)的方框圖；圖24示出PWM收發(fā)信機(jī)的幾個(gè)信號(hào)波形的示意圖；圖25示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的PPM通信系統(tǒng)的方框圖；圖26示出PPM收發(fā)信機(jī)的幾個(gè)信號(hào)波形的示意圖；圖27示出具有不止一個(gè)相關(guān)器的根據(jù)本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器的第四實(shí)施例的方框圖；以及圖28示出圖27所示RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送/接收電路的更詳細(xì)方框圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本說(shuō)明書(shū)使用的符號(hào)以下是本說(shuō)明書(shū)中使用的符號(hào)。
術(shù)語(yǔ)定義BPF 帶通濾波器BPSK二進(jìn)制相移鍵控CMOS互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CNR 載波噪聲比DC 直流DS 直接序列FCC 聯(lián)邦通信委員會(huì)FET 場(chǎng)效應(yīng)晶體管FH 跳頻FM 調(diào)頻IF 中頻IL 介入損耗IR 紅外線ISI 符號(hào)間干擾ISM 工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)學(xué)頻帶ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織LNA 低噪聲放大器LO 本機(jī)振蕩器MOSFET 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管NF 噪聲系數(shù)OOK 開(kāi)關(guān)鍵控OSI 開(kāi)放系統(tǒng)互連PC 個(gè)人計(jì)算機(jī)PPM 脈沖位置調(diào)制PWM 脈寬調(diào)制RF 射頻S/H 取樣和保持SAW 表面聲波SNR 信噪比本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及雙向直接序列擴(kuò)頻半雙工RF調(diào)制解調(diào)器。RF調(diào)制解調(diào)器可以應(yīng)用于發(fā)送和接收多種類型的模擬和數(shù)字脈沖調(diào)制。所說(shuō)明的第一實(shí)施例包括核心RF調(diào)制解調(diào)器電路系統(tǒng)，該核心RF調(diào)制解調(diào)器電路系統(tǒng)以902MHz至928MHz的工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)學(xué)(ISM)頻帶內(nèi)的RF頻率運(yùn)行。所說(shuō)明的第二實(shí)施例包括用于將所產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖轉(zhuǎn)換到要求頻帶的上變頻器/下變頻器。盡管在此說(shuō)明的第二實(shí)施例的例子在2.4GHz ISM頻帶內(nèi)運(yùn)行，但是RF調(diào)制解調(diào)器可以在許多頻率范圍內(nèi)運(yùn)行。然而，本發(fā)明并不局限于在此說(shuō)明的這些例子的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以將本發(fā)明原理應(yīng)用于構(gòu)造其它運(yùn)行頻率的RF調(diào)制解調(diào)器。
為了提高數(shù)據(jù)速率，所說(shuō)明的第三實(shí)施例采用多個(gè)脈沖擴(kuò)頻器(即相關(guān)器)組合在一起。此外，提供了幾個(gè)采用根據(jù)本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造各種類型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的例子，例如OOK通信系統(tǒng)、PWM通信系統(tǒng)以及PPM通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的幾個(gè)主要特征在于(1)在RF調(diào)制解調(diào)器內(nèi)引入兩個(gè)在一個(gè)單片襯底上制造的不同表面聲波(SAW)器件，其中第一表面聲波器件用于構(gòu)成調(diào)制解調(diào)器發(fā)射機(jī)部分內(nèi)的諧振器，而第二表面聲波器件用于構(gòu)成調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)部分內(nèi)的相關(guān)器；(2)該調(diào)制解調(diào)器的功耗非常低；(3)運(yùn)行期間可以接收非常窄的脈沖，因此可以提高SNR；以及(4)發(fā)送每位的有效能量為10dB，高于發(fā)射機(jī)能量，因?yàn)檎{(diào)制解調(diào)器具有處理增益。
此外，RF調(diào)制解調(diào)器引入用于降低發(fā)送要求頻帶之外脈沖的RF能量的電路系統(tǒng)。采用詢問(wèn)脈沖整形電路使輸入到表面聲波器件的詢問(wèn)脈沖的輪廓平滑。此外，表面聲波相關(guān)器的結(jié)構(gòu)適于使擴(kuò)頻波形的過(guò)渡和斷續(xù)平滑。不僅如此，脈沖選通電路可以降低表面聲波相關(guān)器產(chǎn)生的RF泄漏。
RF調(diào)制解調(diào)器的第一實(shí)施例圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器的方框圖。通常用參考編號(hào)10表示的RF調(diào)制解調(diào)器包括發(fā)送電路系統(tǒng)和接收電路系統(tǒng)。一部分調(diào)制解調(diào)器，即表面聲波相關(guān)器被發(fā)射機(jī)和接收機(jī)所共享。
所構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器10作為脈沖發(fā)射機(jī)和脈沖接收機(jī)運(yùn)行。從可以通用于許多不同類型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的意義上說(shuō)，它具有通用性，以下將對(duì)其幾個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。RF調(diào)制解調(diào)器可以用作分層通信系統(tǒng)如ISO OSI通信堆棧內(nèi)的物理層(PHY)。
例如，脈沖收發(fā)信機(jī)RF調(diào)制解調(diào)器10可以用于構(gòu)造不同類型通信系統(tǒng)，例如開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)、脈寬調(diào)制(PWM)、脈沖位置調(diào)制(PPM)或其它類型的脈沖調(diào)制。請(qǐng)注意，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以將根據(jù)本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器應(yīng)用于構(gòu)造基于其它類型的脈沖調(diào)制的通信系統(tǒng)。以下將首先說(shuō)明RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送路徑，然后說(shuō)明接收路徑。
主機(jī)12提供有待通過(guò)調(diào)制解調(diào)器發(fā)送的數(shù)據(jù)并將它輸入到控制器38。控制器38包括用于產(chǎn)生調(diào)制解調(diào)器使用的定時(shí)信號(hào)和控制信號(hào)的電路系統(tǒng)。該控制器還設(shè)置到主機(jī)設(shè)備的接口。在此說(shuō)明的調(diào)制解調(diào)器例子中，控制器是作為狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的。然而，請(qǐng)注意，在本發(fā)明范圍內(nèi)，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以以許多其它方式構(gòu)造此控制器。
主機(jī)包括任何適當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源，例如微控制器、微處理器、微型計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或其它數(shù)據(jù)計(jì)算裝置。主機(jī)輸出的數(shù)據(jù)速率可以是發(fā)射機(jī)支持的任何速率。在在此說(shuō)明的調(diào)制解調(diào)器例子中，主機(jī)輸出的數(shù)據(jù)速率最高為1.5Mbps。這樣就承受20Mcps或50ns/片碼的相關(guān)器片碼速率。利用13片碼擴(kuò)頻代碼序列對(duì)脈沖進(jìn)行擴(kuò)頻會(huì)產(chǎn)生13×50＝650ns/脈沖。因此，調(diào)制解調(diào)器的最大脈沖速率為
1650ns≅1.5Mbps.]]>信號(hào)發(fā)生器14用于產(chǎn)生調(diào)制解調(diào)器使用的、包括射頻(RF)信號(hào)在內(nèi)的振蕩信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)。在此所示的RF調(diào)制解調(diào)器例子中，選擇RF以在900MHz ISM頻帶內(nèi)產(chǎn)生RF等于915MHz的發(fā)送脈沖。
脈沖發(fā)生器16用于根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)選通RF信號(hào)。表面聲波器件20是一個(gè)三端口器件并且用作擴(kuò)頻與解擴(kuò)單元。匹配網(wǎng)絡(luò)18、22、34用于將表面聲波器件分別電連接到脈沖發(fā)生器16、Tx/Rx前端電路26、32以及接收機(jī)電路36。
在發(fā)送方向，通過(guò)Tx/Rx開(kāi)關(guān)24，將脈沖發(fā)生器的輸出輸入到發(fā)送RF前端26。發(fā)送RF前端對(duì)該脈沖進(jìn)行放大，并通過(guò)天線接口28將它輸出到天線30。
在接收方向，接收RF前端電路32對(duì)天線30發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行放大，然后通過(guò)Tx/Rx開(kāi)關(guān)24將它輸入到表面聲波相關(guān)器20。將結(jié)果解擴(kuò)信號(hào)輸入到接收機(jī)電路系統(tǒng)36，接收機(jī)電路系統(tǒng)36用于恢復(fù)接收數(shù)據(jù)。
圖2示出RF調(diào)制解調(diào)器的信號(hào)發(fā)生器電路的更詳細(xì)方框圖。RF調(diào)制解調(diào)器10作為脈沖發(fā)射機(jī)/接收機(jī)運(yùn)行，其中RF開(kāi)關(guān)以開(kāi)關(guān)方式對(duì)振蕩器輸出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。信號(hào)發(fā)生器提供產(chǎn)生RF振蕩信號(hào)的信源，用于產(chǎn)生詢問(wèn)脈沖，將該詢問(wèn)脈沖送到表面聲波相關(guān)器，該信號(hào)發(fā)生器還用于對(duì)控制器內(nèi)的狀態(tài)機(jī)提供基本時(shí)鐘信號(hào)。頻率源40與振蕩電路42相連。頻率源包括任何適當(dāng)器件，例如石英晶體、陶瓷諧振器、表面聲波諧振器等。在此例中，信號(hào)發(fā)生器14是基于表面聲波諧振器的振蕩器。在同一個(gè)襯底上實(shí)現(xiàn)所使用的表面聲波諧振器190(參考結(jié)合圖6所述)和表面聲波相關(guān)器。請(qǐng)注意，該振蕩器可以包括負(fù)阻振蕩器。另一方面，本發(fā)明還可以采用其它類型的振蕩器。請(qǐng)注意，振蕩器的喚醒時(shí)間主要依賴于要求的數(shù)據(jù)速率。例如，為了實(shí)現(xiàn)1Mbps的數(shù)據(jù)速率，要求喚醒時(shí)間低于10微秒。
振蕩器的輸出包括RF振蕩信號(hào)(例如在900MHz ISM頻帶內(nèi)使用的915MHz)。請(qǐng)注意，由于信號(hào)發(fā)生器電路產(chǎn)生的信號(hào)同時(shí)被發(fā)射機(jī)和接收機(jī)使用，所以該電路消耗的電流最少。
請(qǐng)注意，基于表面聲波的諧振器可以在大小、成本以及性能之間提供良好折衷方案。在此實(shí)施例的例子中，表面聲波諧振器的中心頻率優(yōu)先為精度為Δf＝±0.1MHz的915MHz。此頻率位于902至928MHzISM頻帶的中間。請(qǐng)注意，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以將本發(fā)明應(yīng)用于其它頻帶內(nèi)，例如2.4GHz ISM頻帶。品質(zhì)因數(shù)(Q)優(yōu)先是這樣的，即諧振器3dB帶寬為Δf＜10MHz。在中心頻率，介入損耗(IL)優(yōu)先為IL＜3dB，而中心頻率的阻抗Z0小于50歐姆。
表面聲波諧振器與其中心頻率fc為準(zhǔn)確度為Δf＝±0.1MHz的915MHz的振蕩電路相連。振蕩器的“喚醒時(shí)間”優(yōu)先是這樣的，即從對(duì)其施加電壓(例如3V)的時(shí)間開(kāi)始，在10μs內(nèi)，振蕩器的輸出變得穩(wěn)定(根據(jù)中心頻率和輸出功率)。振蕩器輸出信號(hào)的功率較低，例如-30dB，因此必須進(jìn)行放大。
根據(jù)在此說(shuō)明的實(shí)施例例子的頻率范圍，要求振蕩器在905MHz至925MHz的頻率范圍內(nèi)振蕩。此頻率范圍接近相關(guān)器的帶寬。因此，這意味著，諧振器要求Q≈20/900≈2.2％。此Q較低，但是是所要求的Q，因?yàn)樗试S振蕩器具有很短的“喚醒時(shí)間”。采用具有短喚醒時(shí)間的低Q諧振器和寬帶相關(guān)器，可以顯著節(jié)省能量。
圖3示出RF調(diào)制解調(diào)器的脈沖發(fā)生器電路的更詳細(xì)方框圖。脈沖發(fā)生器16用于產(chǎn)生接近100ns的RF脈沖，利用該RF脈沖詢問(wèn)表面聲波相關(guān)器。脈沖發(fā)生器電路系統(tǒng)是正邊緣觸發(fā)的，即線路中由低到高過(guò)渡的數(shù)據(jù)啟動(dòng)順序產(chǎn)生脈沖。它可以作為狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，該狀態(tài)機(jī)包括接通并斷開(kāi)產(chǎn)生脈沖的模擬單元的定時(shí)機(jī)構(gòu)。所示的脈沖發(fā)生器不是利用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的，而是利用硬件單元構(gòu)造的另一種實(shí)施方式。
主機(jī)輸出的輸入數(shù)據(jù)觸發(fā)兩個(gè)單觸發(fā)器件142、144(即單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器)。第一不可再觸發(fā)單觸發(fā)器件142產(chǎn)生時(shí)長(zhǎng)為tD1的信號(hào)SW_CONT。第二不可再觸發(fā)單觸發(fā)器件144產(chǎn)生時(shí)長(zhǎng)為tD2的脈沖，該脈沖隨后觸發(fā)第三不可再觸發(fā)單觸發(fā)器件146。被表示為PULSE_OUT的輸出脈沖具有高時(shí)長(zhǎng)tD3。單觸發(fā)器件144對(duì)表面聲波放大器154提供實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的建立時(shí)間。
通過(guò)“與”門(mén)152，單觸發(fā)器件146產(chǎn)生的PULSE_OUT信號(hào)與RF振蕩信號(hào)選通。將結(jié)果選通詢問(wèn)脈沖輸入到非差動(dòng)功率放大器154，所匹配的非差動(dòng)功率放大器154將最大功率送到表面聲波相關(guān)器的輸入端。放大器154的輸出被表示為SAW_IN，將它輸入到表面聲波相關(guān)器。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)詢問(wèn)脈沖的輪廓進(jìn)行整形以降低邊頻帶頻率的頻譜密度。功率整形電路150對(duì)輸入到放大器154的功率進(jìn)行控制，從而為詢問(wèn)脈沖提供上坡和下坡包絡(luò)。利用單觸發(fā)器件142輸出的SW_CONT信號(hào)對(duì)從VCC到整形電路的功率進(jìn)行控制。
圖4示出脈沖發(fā)生器電路16的各信號(hào)的波形掃跡圖。結(jié)果詢問(wèn)脈沖SAW_IN包括3部分。在此說(shuō)明的調(diào)制解調(diào)器例子中，上坡和下坡部分的時(shí)長(zhǎng)約為30ns，而內(nèi)部固定部分的時(shí)長(zhǎng)約為115ns(即56個(gè)RF周期)。
另一方面，還可以利用RF開(kāi)關(guān)產(chǎn)生詢問(wèn)脈沖以建立RF信號(hào)短脈沖。脈沖時(shí)長(zhǎng)約在0.5至2片碼范圍內(nèi)(即25ns至100ns)。當(dāng)不處于“接通”狀態(tài)時(shí)，優(yōu)先采用RF開(kāi)關(guān)在輸入與輸出之間設(shè)置至少50dB的強(qiáng)隔離。其輸入阻抗優(yōu)先不低于10K歐姆，并且不高于5pF。其輸出阻抗優(yōu)先為50歐姆。Data In信號(hào)的控制輸入到的正輸入會(huì)使開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)或?qū)顟B(tài)。另一方面，在把負(fù)信號(hào)或0信號(hào)輸入到控制輸入時(shí)，該開(kāi)關(guān)適于接通。
因此，響應(yīng)Data In信號(hào)，該開(kāi)關(guān)適于輸出低功率脈沖載波信號(hào)，即詢問(wèn)脈沖，其寬度在約0.5片碼至2片碼(即25ns至100ns)范圍內(nèi)。然后，利用開(kāi)關(guān)放大器放大該信號(hào)。該放大器適于將開(kāi)關(guān)輸出的-30dBm的弱輸入信號(hào)放大到接近10dBm至15dBm的輸出功率。放大器運(yùn)行的中心頻率為915MHz，其帶寬至少為50MHz。輸出阻抗優(yōu)先為50歐姆。該放大器的喚醒時(shí)間優(yōu)先為100ns，即根據(jù)規(guī)定，在100ns內(nèi)，該放大器穩(wěn)定。要求該放大器具有高增益以補(bǔ)償表面聲波相關(guān)器產(chǎn)生的、高達(dá)15dB至20dB的介入損耗。
圖5示出諧振器、振蕩器以及RF開(kāi)關(guān)的實(shí)施例例子的原理方框圖。通常用參考編號(hào)50表示的電路包括與晶體管64的基極相連的頻率源56(即表面聲波諧振器)。通過(guò)電阻器58，偏壓電阻器54與VCC相連。集電極連接到RF扼流圈60，然后通過(guò)電容器62連接到地線。RF扼流圈和電容器有助于將RF能量與電源隔離開(kāi)。晶體管64的發(fā)射極與并聯(lián)的電阻器66和電容器68相連。固定電容器68與和集電極并聯(lián)的可變電容器70串聯(lián)。諧振器和晶體管適于構(gòu)成負(fù)阻抗振蕩器，其輸出就是集電極信號(hào)。對(duì)該晶體管進(jìn)行配置以用作該電路內(nèi)的正反饋單元。
諧振器56可以包括任意適當(dāng)諧振器，但優(yōu)先為其中心頻率確定振蕩器的振蕩頻率的表面聲波諧振器。以下將更詳細(xì)說(shuō)明表面聲波諧振器的結(jié)構(gòu)。通過(guò)電容器72，振蕩器的輸出連接到由FET晶體管78構(gòu)成的第一開(kāi)關(guān)，F(xiàn)ET晶體管78的控制極通過(guò)電阻器76連接到地線，并且通過(guò)電阻器74連接到Data In信號(hào)。通過(guò)由電阻器80、82構(gòu)成的分壓器，其源極端連接到VCC，電阻器80、82與由電阻器84和電容器86構(gòu)成的RC電路相連。
通過(guò)耦合電容器92，F(xiàn)ET 78的輸出連接到由FET晶體管98構(gòu)成的第二開(kāi)關(guān)，F(xiàn)ET晶體管98的控制極通過(guò)電阻器9連接到地線，并通過(guò)電阻器94連接到Data In信號(hào)。通過(guò)由電阻器88、82構(gòu)成的分壓器，源極端連接到VCC，電阻器88、82與由電阻器110和電容器114構(gòu)成的RC電路相連。串聯(lián)使用兩個(gè)級(jí)聯(lián)開(kāi)關(guān)以在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)提供高反向隔離電平。在一個(gè)開(kāi)關(guān)不能提供足夠隔離的情況下，兩個(gè)開(kāi)關(guān)可以有效地使隔離翻倍。這種串聯(lián)組合可以在輸入與輸出之間提供50dB數(shù)量級(jí)的隔離。此外，該開(kāi)關(guān)還適于快速(即2ns數(shù)量級(jí)時(shí)間)斷開(kāi)。
通過(guò)電容器90，將第二開(kāi)關(guān)的輸出輸入到雙控制極n溝道增強(qiáng)型MOSFET106的一個(gè)控制極，電容器90通過(guò)電阻器120連接到地線。其另一個(gè)控制極通過(guò)電容器100連接到地線，并且連接到由與VCC相連的固定電阻器102和與地線相連的可變電阻器120構(gòu)成的分壓器。對(duì)晶體管106進(jìn)行配置以放大振蕩信號(hào)。該晶體管的源極端通過(guò)FET開(kāi)關(guān)118和RF扼流圈108連接到VCC(通過(guò)電容器116與地線相連)。對(duì)于RF頻率，RF扼流圈有助于將晶體管106與電源隔離開(kāi)。FET開(kāi)關(guān)118的控制極與通過(guò)電阻器122、124連接在Data In信號(hào)與地線之間的分壓器相連。FET開(kāi)關(guān)118用于控制輸入到晶體管106的DC功率。對(duì)該開(kāi)關(guān)進(jìn)行配置以僅在Data In線上的數(shù)據(jù)為高時(shí)(即“1”)導(dǎo)通，從而降低了該放大器的功耗。
通過(guò)耦合電容器112，將晶體管106的輸出連接到輸出FET開(kāi)關(guān)130。開(kāi)關(guān)130的控制極與通過(guò)電阻器126、128連接在Data In信號(hào)與地線之間的分壓器相連。通過(guò)耦合電容器132，將該開(kāi)關(guān)的輸出連接到放大級(jí)。
本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的一個(gè)主要特征是對(duì)發(fā)送過(guò)程和接收過(guò)程采用一個(gè)表面聲波相關(guān)器20。當(dāng)調(diào)制解調(diào)器處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，將詢問(wèn)脈沖輸入到調(diào)諧/阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18。匹配電路18用于使脈沖發(fā)生器16的輸出端的阻抗這樣與表面聲波器件匹配，即表面聲波器件承受50歐姆的輸入阻抗。
表面聲波相關(guān)器輸出其波形基于表面聲波器件的特性的信號(hào)。如下更詳細(xì)說(shuō)明的那樣，所構(gòu)造的表面聲波相關(guān)器輸出的擴(kuò)頻信號(hào)波形即13位Barker碼。然而，還可以采用其它擴(kuò)頻碼構(gòu)造該調(diào)制解調(diào)器。響應(yīng)匹配電路18輸入的詢問(wèn)脈沖，表面聲波器件輸出例如500ns至700ns的時(shí)長(zhǎng)更寬的擴(kuò)頻波形。將表面聲波器件20的輸出輸入到第二調(diào)諧/阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)22，第二調(diào)諧/阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)22提供50歐姆的輸出阻抗。表面聲波相關(guān)器的介入損耗高達(dá)15dB至20dB。
表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器以下將更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器。圖6示出包括表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器在內(nèi)的表面聲波器件的結(jié)構(gòu)圖。在一個(gè)優(yōu)先由石英晶體、ST切片制成的壓電襯底上構(gòu)造表面聲波器件20。也可以采用石英之外的材料制造該襯底，只要所使用的材料具有可接受的溫度穩(wěn)定性即可。表面聲波器件20包括兩個(gè)表面聲波部件，即諧振器190和相關(guān)器160。相關(guān)器是無(wú)源單元，它用作直接序列擴(kuò)頻的擴(kuò)頻與解擴(kuò)單元。以下將首先從諧振器開(kāi)始對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)注意，表面聲波諧振器和表面聲波相關(guān)器適于設(shè)置到約1.5mm2大小的芯片上。
諧振器190是一個(gè)兩端器件，它與振蕩電路42(如圖2所示)相連，更詳細(xì)地說(shuō)，它與晶體管64(如圖5所示)的基極相連。諧振器190包括與信號(hào)電極194、198、202相連的輸入端192。信號(hào)電極194、198、202分別具有梳狀結(jié)構(gòu)196、200、204，它們用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為表面聲波。請(qǐng)注意，不同于電極200，側(cè)向電極196、204橫跨整個(gè)間隔?；ハ喾蛛x開(kāi)預(yù)定距離的兩組信號(hào)電極將表面聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。利用眾所周知的光刻技術(shù)，將兩組信號(hào)電極成型在石英晶體襯底上，并且可以利用具有低電阻率的任何適當(dāng)導(dǎo)體材料(例如鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)等)來(lái)制造這兩組信號(hào)電極。優(yōu)先采用鋁(Al)，因?yàn)樗哂械统杀?、易刻蝕的優(yōu)勢(shì)。
相關(guān)器160是一個(gè)六端器件，它適于用作橫向13位Barker碼BPSK相關(guān)器(即匹配濾波器)。在第一實(shí)施例中，相關(guān)器的中心頻率f為精度為Δf＝±0.1MHz的915MHz。相關(guān)器的位速率(即片碼速率)至少為20Mbps。相關(guān)器的輸入阻抗和輸出阻抗均適于接近50歐姆。
重要的是應(yīng)該注意，具有不同代碼、不同速率、不同運(yùn)行頻率并采用不同調(diào)制技術(shù)的相關(guān)器在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知，并且可以用于本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器。
相關(guān)器160包括與輸入信號(hào)電極164相連的輸入端162。輸入電極包括具有梳狀結(jié)構(gòu)的叉指式變換器166，叉指式變換器166構(gòu)成輸入變換器。設(shè)置導(dǎo)體表面168與輸入變換器串聯(lián)并用于吸收RF能量，以有助于避免RF能量從輸入端泄漏到輸出端。設(shè)置信號(hào)電極172與吸收表面168串聯(lián)。
將輸出信號(hào)電極連接到與Tx/Rx開(kāi)關(guān)相連的輸出端174。輸出信號(hào)電極包括具有梳狀結(jié)構(gòu)、用于將電信號(hào)變換為表面聲波的叉指式變換器170，它構(gòu)成輸出變換器。
設(shè)置導(dǎo)體表面176與輸出變換器串聯(lián)。與導(dǎo)體表面176串聯(lián)的Rx變換器包括信號(hào)電極180和叉指式變換器182。
在發(fā)送方向，詢問(wèn)脈沖通過(guò)相關(guān)器輸入端進(jìn)入表面聲波器件，并被輸出變換器擴(kuò)頻?；ハ喾蛛x開(kāi)預(yù)定距離的、叉指式變換器的輸入信號(hào)電極和輸出信號(hào)電極用于將表面聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過(guò)Tx/Rx開(kāi)關(guān)，將在輸出端174之間產(chǎn)生的結(jié)果電擴(kuò)頻脈沖輸入到發(fā)送RF前端電路。
利用眾所周知的光刻技術(shù)在石英晶體襯底上形成信號(hào)電極和吸收表面，并且該信號(hào)電極和吸收表面由具有低電阻率的任意適當(dāng)導(dǎo)體材料(例如鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)等)制成。優(yōu)先采用鋁(Al)，因?yàn)樗哂谐杀镜?、易刻蝕的優(yōu)勢(shì)。
在接收方向，通過(guò)現(xiàn)在用作輸入變換器而非用作輸出變換器的Tx/Rx開(kāi)關(guān)，將從天線接收的擴(kuò)頻脈沖輸入到中心變換器。輸入變換器用于解擴(kuò)脈沖，Rx變換器182將結(jié)果解擴(kuò)脈沖輸出到接收電路。
在壓電襯底上形成所有變換器，用作表面聲波相關(guān)器或匹配濾波器。形成中心變換器內(nèi)的梳狀電極對(duì)以在發(fā)送期間提供用作擴(kuò)頻波形的Barker碼序列，而在接收期間提供用作解擴(kuò)波形的Barker碼序列。以對(duì)應(yīng)于片碼速率的間隔形成中心變換器內(nèi)的梳狀電極對(duì)。在此說(shuō)明的RF調(diào)制解調(diào)器例子中，相關(guān)器包括13個(gè)梳狀單元170。每個(gè)梳狀單元分別用于倒置相位或不倒置相位。
請(qǐng)注意，本發(fā)明的表面聲波相關(guān)器是一個(gè)雙向器件。該相關(guān)器的輸出依賴于信號(hào)流的方向。圖7示出表面聲波諧振器的脈沖響應(yīng)曲線圖。此曲線圖示出表面聲波相關(guān)器根據(jù)δ函數(shù)產(chǎn)生的脈沖響應(yīng)。曲線圖示出了相對(duì)振幅與時(shí)間的關(guān)系。沿著曲線圖的頂端是相位倒置的表示(即“+”或“-”)，正如13個(gè)梳狀單元所執(zhí)行的那樣?！?”表示沒(méi)有進(jìn)行相位倒置，而“-”表示180度的相位倒置。對(duì)13個(gè)梳狀單元進(jìn)行配置以產(chǎn)生13位Barker碼(+、+、+、+、+、-、-、+、+、-、+、-、+)，RF調(diào)制解調(diào)器使用這13位Barker碼。例如，在第五梳狀單元與第六梳狀單元之間發(fā)生相位倒置(即+到-)。假定片碼速率為20Mcps(即50ns/片碼)，則可以在650ns內(nèi)發(fā)送13個(gè)擴(kuò)頻碼。
利用多個(gè)信元實(shí)現(xiàn)輸出變換器的各位。利用具有交變極性{-1，1}的電極以及被隔離或短接的電極的組合實(shí)現(xiàn)每個(gè)信元。構(gòu)成各位的電極的數(shù)量有150到250個(gè)。利用電極位置的周期及其極性的交變過(guò)程，確定相關(guān)器的運(yùn)行中心頻率f0(例如915MHz)。請(qǐng)注意，如果V是表面聲波的有效速度，則數(shù)值L=Vf0]]>是諧振波長(zhǎng)。輻射的表面聲波具有離散值Se的諧振，離散值Se是在一個(gè)周期L內(nèi)置換的電極數(shù)。Se值可等于2、3、4、3/2、4/3等。
用h0(t)表示表面聲波相關(guān)器的13位編碼輸出脈沖特性。以分別表示輸出變換器和輸入變換器的脈沖響應(yīng)的h1(t)和h2(t)的卷積[h1(t)*h2(t)]來(lái)計(jì)算要求的H(t)?？梢赃@樣使用這兩個(gè)變換器，即h1(t)等同于13位代碼[+、+、+、+、+、-、-、+、+、-、+、-、+]，而h2(t)為短時(shí)均勻信號(hào)。h2(t)的延遲必須比h1(t)少1位。
擴(kuò)頻碼序列實(shí)際用于配置表面聲波相關(guān)器20的代碼對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行很重要。然而，優(yōu)先選擇擴(kuò)頻碼序列以使一個(gè)或多個(gè)要求的特性最高，這些特性包括但并不局限于自相關(guān)、抗擾性、發(fā)送頻譜、以及低符號(hào)間干擾(ISI)。在美國(guó)，為了在ISM頻帶內(nèi)進(jìn)行發(fā)送，F(xiàn)CC要求代碼序列包括10個(gè)或更多個(gè)片碼，并且還要求系統(tǒng)具有處理高于或等于10dB處理增益的能力。因此，本發(fā)明采用接近FCC最低要求的短代碼序列。
盡管本發(fā)明可以使用多種不同的擴(kuò)頻碼序列以及諸如線性FM的其它功能，但是擴(kuò)頻碼是從眾所周知的Barker碼中選擇的。這些代碼的特性在于具有良好自相關(guān)特性。采用{1111100110101}的專用Barker碼呈現(xiàn)良好頻譜平頂性并且具有低非相關(guān)值。請(qǐng)注意，該代碼序列的長(zhǎng)度為13個(gè)片碼，因此可以提供超過(guò)FCC最小值3個(gè)片碼的余量。
匹配濾波器/匹配相關(guān)器對(duì)于各1，相關(guān)系數(shù)為+1，對(duì)于各0，相關(guān)系數(shù)為-1，13個(gè)擴(kuò)頻碼會(huì)產(chǎn)生以下用于構(gòu)造表面聲波相關(guān)器的系數(shù)+1、+1、+1、+1、+1、-1、-1、+1、+1、-1、+1、-1、+1。圖8示出RF調(diào)制解調(diào)器使用的表面聲波器件的頻率響應(yīng)曲線圖。圖8示出以dB為單位的功率與頻率的關(guān)系。該頻率響應(yīng)適于覆蓋ISM頻帶(即902MHz至928MHz)。用h(t)表示的頻率響應(yīng)的時(shí)間表達(dá)式用于計(jì)算自相關(guān)函數(shù)a(t)，它是h(t)和h(-t)的卷積，即a(t)＝h(t)*h(-t)。圖9示出表面聲波相關(guān)器的自相關(guān)曲線圖。自相關(guān)的各波瓣寬度分別為約50ns。處理增益比至少為11dB＝10*log10(13)。請(qǐng)注意，13個(gè)峰或波瓣(其中有12個(gè)小峰，中間有一個(gè)大峰)對(duì)應(yīng)于在相關(guān)器內(nèi)配置的13位Barker碼。
重要的是請(qǐng)注意，本發(fā)明并不局限于使用BPSK表面聲波相關(guān)器。通常，在該調(diào)制解調(diào)器內(nèi)可以使用任何類型的脈沖壓縮器。更具體地說(shuō)，可以利用諸如BPSK、線性FM以及非線性FM等任何適當(dāng)擴(kuò)頻表面聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
如果采用線性FM脈沖壓縮技術(shù)，則可以用等式1表示該信號(hào)V(t)＝sin[2πf(t)t] (1)其中頻率函數(shù)f(t)＝a·t是隨時(shí)間上升的線性函數(shù)。圖10示出線性FM表面聲波相關(guān)器例子的自相關(guān)曲線圖。請(qǐng)注意，該線性FM自相關(guān)函數(shù)形狀與BPSK自相關(guān)函數(shù)形狀的不同之處在于，線性FM函數(shù)的包絡(luò)是逐漸下降的。
如果采用線性FM脈沖壓縮技術(shù)，則利用上述等式1表示該信號(hào)，但是其中頻率函數(shù)f(t)＝a·t2為隨時(shí)間上升的非線性函數(shù)。請(qǐng)注意，還可以采用其它頻率函數(shù)。
圖11示出發(fā)送期間表面聲波諧振器的輸出響應(yīng)曲線圖。此曲線圖示出在發(fā)送期間產(chǎn)生的表面聲波相關(guān)器的輸出響應(yīng)。該曲線圖示出了相對(duì)振幅與時(shí)間的關(guān)系。沿著曲線圖的頂端是相位倒置的表示(即“+”或“-”)，正如13個(gè)梳狀單元所執(zhí)行的那樣?！?”表示沒(méi)有進(jìn)行相位倒置，而“-”表示180度的相位倒置。對(duì)13個(gè)梳狀單元進(jìn)行配置以產(chǎn)生13位Barker碼{+、+、+、+、+、-、-、+、+、-、+、-、+}，RF調(diào)制解調(diào)器使用這13位Barker碼。
顯然，該相關(guān)器產(chǎn)生的擴(kuò)頻脈沖包括平滑過(guò)渡。電學(xué)領(lǐng)域眾所周知，以這樣的方式構(gòu)造叉指式變換器，即顯著降低所產(chǎn)生的擴(kuò)頻脈沖的邊頻帶。
產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖之后，該相關(guān)器產(chǎn)生由表面聲波器件內(nèi)的RF耦合引起的不希望的RF泄漏脈沖210。根據(jù)本發(fā)明，脈沖選通電路用于消除該相關(guān)器輸出中的RF泄漏脈沖。該脈沖選通電路包括設(shè)置在表面聲波相關(guān)器之前和之后的開(kāi)關(guān)裝置(即RF開(kāi)關(guān)、FET開(kāi)關(guān)等)?？刂破饕苑聪蚍绞讲僮鞲鏖_(kāi)關(guān)，因此當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，第二開(kāi)關(guān)閉合，反之亦然。因此，在操作過(guò)程中，控制器斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)，而閉合第二開(kāi)關(guān)以允許詢問(wèn)脈沖進(jìn)入該相關(guān)器，同時(shí)避免輸出RF泄漏脈沖。在某個(gè)周期之后，第一開(kāi)關(guān)閉合，而第二開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而使擴(kuò)頻脈沖輸出到發(fā)送電路系統(tǒng)。
將匹配網(wǎng)絡(luò)22的輸出輸入到Tx/Rx開(kāi)關(guān)24，Tx/Rx開(kāi)關(guān)24受控于主機(jī)或其它控制裝置/配置裝置產(chǎn)生的Tx/Rx控制信號(hào)。在開(kāi)關(guān)24處于Tx狀態(tài)時(shí)，將阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)24的輸出輸入到發(fā)送RF前端電路26。
圖12示出RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送RF前端電路的更詳細(xì)方框圖。發(fā)送RF前端電路26提供最后一級(jí)放大級(jí)并饋送到天線。該電路包括具有差動(dòng)輸出的RF放大器220。根據(jù)控制器輸出的Tx_PWR，開(kāi)關(guān)222對(duì)送到該放大器的VCC進(jìn)行控制。此外，還利用該控制器輸出的Tx_GAIN_CTRL信號(hào)設(shè)置該放大器的增益。該放大器的輸入是該相關(guān)器以RF頻率(例如915MHz)輸出的擴(kuò)頻脈沖(即13位BPSK序列)。
輸出放大器220具有約40dB的增益。為了將表面聲波相關(guān)器的衰減輸出(例如-30dB至-20dB)放大到接近15dBm量級(jí)，需要此量級(jí)的增益。該放大器的輸入阻抗優(yōu)先為50歐姆。請(qǐng)注意，在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)先將該信號(hào)放大兩倍，即利用位于表面聲波相關(guān)器之前的第一放大器放大到10dB，然后利用表面聲波相關(guān)器之后的第二放大器放大到30dB，而非采用具有較大增益的單個(gè)放大器。然而，由于表面聲波相關(guān)器20的延遲線的影響，為了避免在該電路中發(fā)生振蕩，不同時(shí)接通這兩個(gè)放大器。請(qǐng)注意，開(kāi)關(guān)時(shí)間在10ns至20ns數(shù)量級(jí)的放大器足以。
請(qǐng)注意，在另一種可供選擇的實(shí)施例中，所構(gòu)造的調(diào)制解調(diào)器可以具有兩個(gè)或多個(gè)運(yùn)行模式，例如高數(shù)據(jù)速率、小范圍模式和低數(shù)據(jù)速率、大范圍模式。在高數(shù)據(jù)速率模式下，將放大器的增益設(shè)置為低增益以利用放大器的良好線性。在低數(shù)據(jù)速率模式下，將放大器的增益設(shè)置為高增益，這樣降低了線性，但是提高了有效范圍。由放大器輸出的Tx_GAIN_CTRL信號(hào)確定這兩種增益狀態(tài)。
在低數(shù)據(jù)速率運(yùn)行模式下，利用間隔的足夠遠(yuǎn)的脈沖來(lái)詢問(wèn)相關(guān)器，以使得從相關(guān)器輸出的脈沖相互之間不重疊。換句話說(shuō)，不產(chǎn)生符號(hào)間干擾(ISI)。隨著詢問(wèn)脈沖間隔的越來(lái)越近，從相關(guān)器輸出的脈沖開(kāi)始發(fā)生重疊，從而產(chǎn)生ISI。使詢問(wèn)脈沖間隔靠近，可以實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。
基于表面聲波的擴(kuò)頻收發(fā)信機(jī)可以處理這些高數(shù)據(jù)速率，因?yàn)樵摫砻媛暡ㄏ嚓P(guān)器是線性的。即使對(duì)于高數(shù)據(jù)速率，線性表面聲波相關(guān)器仍可以實(shí)現(xiàn)同樣的解擴(kuò)過(guò)程，只要位于該相關(guān)器之前的放大器保持線性即可。因此，為了通過(guò)有意識(shí)地產(chǎn)生ISI來(lái)實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率要求在接收機(jī)前端電路內(nèi)使用線性非常良好的放大器。然而，請(qǐng)注意，在以高位速率(例如從1Mbps到4Mbps)運(yùn)行時(shí)，該收發(fā)信機(jī)更易受到干擾和信道損傷。
將功率放大器的RF輸出輸入到天線接口28，天線接口28將天線30連接到發(fā)送RF前端電路和接收RF前端電路。例如，天線接口可以包括任意適當(dāng)?shù)腞F開(kāi)關(guān)。當(dāng)處于Tx狀態(tài)時(shí)，該開(kāi)關(guān)將放大器的輸出到連接到天線。天線可以包括任意適當(dāng)配置，包括但并不局限于具有平衡饋給的印刷偶極子、沒(méi)有非平衡饋給的印刷同軸偶極子、具有非平衡饋給的印刷單極子、具有非平衡饋給的單極螺線、具有非平衡饋給的印刷凹槽、具有非平衡饋給的印刷螺旋線、印刷半環(huán)路、通過(guò)通路或小型環(huán)路連接到地線的印刷插線。
圖13示出發(fā)送RF前端電路的各信號(hào)的波形掃跡圖。控制器可以產(chǎn)生發(fā)送電路需要的定時(shí)與控制信號(hào)?？梢宰鳛闋顟B(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)控制器的發(fā)送控制部分。在這種情況下，正邊緣觸發(fā)該狀態(tài)機(jī)以在數(shù)據(jù)每次由低過(guò)渡到高時(shí)順序激活放大器。
響應(yīng)線路內(nèi)的數(shù)據(jù)，狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生Tx_PWR信號(hào)。在接通該放大器之前，采用tSU的選通時(shí)間延遲。如上所述，采用脈沖選通可以避免相關(guān)器輸出RF泄漏。在擴(kuò)頻脈沖期間，即在約800ns的時(shí)間內(nèi)，保持該放大器接通。
請(qǐng)注意，利用兩個(gè)串聯(lián)的單觸發(fā)器件可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送狀態(tài)機(jī)的功能。兩個(gè)單觸發(fā)器件均可以被再觸發(fā)。第一單觸發(fā)器件所具有的時(shí)長(zhǎng)等于脈沖選通延遲tSU。第二單觸發(fā)器件所具有的時(shí)長(zhǎng)等于擴(kuò)頻脈沖寬度，約為800ns。
圖14示出RF調(diào)制解調(diào)器的接收RF前端電路的更詳細(xì)方框圖。在接收通路中，通過(guò)天線接口28，將從天線30接收的信號(hào)輸入到接收RF前端電路32。接收電路包括低噪聲放大器(LNA1)230。然后，將RF信號(hào)輸出到表面聲波相關(guān)器。利用控制器輸出的Rx_PWR信號(hào)，開(kāi)關(guān)232對(duì)送到LNA的VCC進(jìn)行控制。
請(qǐng)注意，還可以構(gòu)造接收電路使其具有兩種運(yùn)行模式高位速率、小范圍模式和低位速率、大范圍模式。高位速率模式具有高載波—噪聲比(CNR)和小信道多徑效應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)高位速率運(yùn)行過(guò)程。此模式下的主要問(wèn)題是處理ISI的影響。低位速率模式具有低CNR和嚴(yán)重信道多徑效應(yīng)和衰落效應(yīng)，因此要求低位速率運(yùn)行過(guò)程。此模式下的主要問(wèn)題是處理弱接收信號(hào)和多徑效應(yīng)。
請(qǐng)注意，不同于典型現(xiàn)有技術(shù)電路，除了簡(jiǎn)單LC濾波器之外，在天線與LNA1之間不需要復(fù)雜RF濾波器，從而在大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)。這樣就需要接收RF前端電路具有非常大的動(dòng)態(tài)范圍。
將接收機(jī)前端電路的輸出輸入到不僅用作相關(guān)器而且用作濾除帶外信號(hào)的銳截止濾波器的表面聲波相關(guān)器。此外，LAN1優(yōu)先具有高增益，因?yàn)楸砻媛暡ㄆ骷怯袚p耗部件。
通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)22，將接收RF前端電路的輸出的信號(hào)輸入到表面聲波相關(guān)器。該相關(guān)器用于將接收信號(hào)從原始代碼序列解擴(kuò)為較窄脈沖，例如從650ns的寬脈沖解擴(kuò)為約50ns寬度的脈沖。
圖15示出包括峰值檢波器和判決電路在內(nèi)的RF調(diào)制解調(diào)器的接收機(jī)電路的更詳細(xì)方框圖。將表面聲波相關(guān)器的輸出輸入到接收機(jī)電路系統(tǒng)36。接收機(jī)電路系統(tǒng)包括LNA 240(LNA3)、快速峰值檢波器246、低速峰值檢波器248以及判決電路254。
請(qǐng)注意，可以根據(jù)峰值檢波器利用合理抗擾性檢波的信號(hào)電平，選擇LNA3。LNA3的作用在于補(bǔ)償表面聲波相關(guān)器的損耗。將表面聲波的自相關(guān)結(jié)果輸入到LNA3。請(qǐng)注意，根據(jù)本發(fā)明，表面聲波器件起到累積接收擴(kuò)頻信號(hào)的能量，同時(shí)又對(duì)所有其它信號(hào)進(jìn)行濾波(濾除)的雙重作用。
接收機(jī)電路對(duì)相關(guān)器的輸出進(jìn)行處理以確定是否存在脈沖。LNA3優(yōu)先具有良好線性和大動(dòng)態(tài)范圍，因?yàn)樗褂玫腁SK調(diào)制過(guò)程對(duì)振幅敏感。
峰值檢波器位于LNA3之后并且用于檢波將RF信號(hào)轉(zhuǎn)換到基帶的信號(hào)的包絡(luò)。優(yōu)先這樣構(gòu)造峰值檢波器，即具有大動(dòng)態(tài)范圍以匹配輸入信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，使用兩個(gè)并聯(lián)的峰值檢波器快速峰波檢波器246和低速峰值檢波器248。這兩個(gè)峰值檢波器之間的差別在于它們的輸出帶寬不同?？焖俜逯禉z波器優(yōu)先具有10MHz的帶寬(根據(jù)要求的數(shù)據(jù)速率)，而低速峰值檢波器的帶寬由用戶通過(guò)外部電容器/電阻器設(shè)置。此外，為了提供大動(dòng)態(tài)范圍，使用對(duì)數(shù)峰值檢波器。
利用本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員眾所周知的技術(shù)構(gòu)造這兩種峰值檢波器。快速峰值檢波器利用較小平均值跟蹤輸入信號(hào)的峰值。另一方面，低速峰值檢波器適于計(jì)算輸入信號(hào)的平均值以產(chǎn)生慢變基準(zhǔn)信號(hào)。
判決級(jí)是接收路徑的最后一級(jí)。該級(jí)的輸出是表示是否檢測(cè)到有效信號(hào)的數(shù)字脈沖。判決機(jī)包括比較器486(例如施密特觸發(fā)比較器)，其輸出RX_OUT被輸入到控制器。該控制器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)以產(chǎn)生到主機(jī)的數(shù)據(jù)輸出線。
將快速峰值檢波器的輸出輸入到施密特觸發(fā)比較器254的不倒相輸入端，而將低速峰值檢波器輸出的基準(zhǔn)信號(hào)輸入到該比較器的倒相輸入端。該比較器的輸出即Rx Out信號(hào)，將該信號(hào)輸入到控制器進(jìn)行處理并在最后輸出到主機(jī)以進(jìn)行高層處理，例如鏈路層通信處理或更高層通信處理。根據(jù)要求的調(diào)制與通信方法，控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一項(xiàng)或多項(xiàng)判決。
根據(jù)本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器，不需要線性檢波器，因?yàn)樗蟮闹皇菣z波接收脈沖。因此，盡管也可以使用線性檢波器，但是非線性檢波器可以構(gòu)造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電流損耗低的廉價(jià)峰值檢波器。根據(jù)本申請(qǐng)書(shū)，既可以利用線性檢波器，也可以利用非線性檢波器檢波接收信號(hào)的包絡(luò)。與比較器結(jié)合的快速檢波器和低速檢波器對(duì)接收信號(hào)設(shè)定閾值并輸出數(shù)字二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
請(qǐng)注意，該比較器的輸出是由主機(jī)處理的數(shù)字脈沖?？梢詫?duì)主機(jī)進(jìn)行配置(例如進(jìn)行編程)以實(shí)現(xiàn)多種通信方案，例如OOK、PWM等。以下將提供一些通信方案的例子。
為了提供兩種運(yùn)行模式，從低速峰值檢波器的輸出VSPK內(nèi)減去偏置電壓VOFF。在輸入到比較器254的倒相輸入端之前，將信號(hào)VSPK輸入到加法器252。將快速峰值檢波器的輸出VFPK輸入到比較器的非倒相輸入端。模擬mux 250利用將從低速峰值檢波器的輸出中減去的偏置電壓進(jìn)行選擇。對(duì)于高數(shù)據(jù)速率模式，使用低于檢波峰值3dB的閾值(即3α偏置)，而對(duì)于低數(shù)據(jù)速率，使用低于檢波峰值6dB的閾值(即6α偏置)，用等式2表示如下{模式1}VREF＝VSPK-3α{模式2}VREF＝VSPK-6α (2)控制器輸出的OFF_SEL信號(hào)確定接收機(jī)所運(yùn)行的兩種模式。此外，控制器輸出的Rx_PWR信號(hào)控制通過(guò)開(kāi)關(guān)256、244、242送到LNA3、快速峰值檢波器、低速峰值檢波器以及比較器的VCC。
通用狀態(tài)機(jī)、發(fā)送狀態(tài)機(jī)以及接收狀態(tài)機(jī)如上所述，控制器對(duì)RF調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)、控制以及數(shù)據(jù)處理的所有過(guò)程。它還可以由例如包括狀態(tài)機(jī)的任意適當(dāng)方式實(shí)現(xiàn)。狀態(tài)機(jī)的輸入包括Data In、Mode、Tx/Rx、Shutdown以及Clock。狀態(tài)機(jī)的輸出包括Data Out、Rx_PWR、Tx_PWR、OFF_SEL以及Tx_GAIN_CTRL。
圖16示出本發(fā)明的RF調(diào)制解調(diào)器的通用狀態(tài)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程狀態(tài)圖。通常用參考編號(hào)260表示的狀態(tài)機(jī)包括作為調(diào)制解調(diào)器的初始狀態(tài)的起始狀態(tài)262。在對(duì)調(diào)制解調(diào)器通電(即接收VCC)并且Shutdown＝1時(shí)，調(diào)制解調(diào)器進(jìn)入此狀態(tài)。在此狀態(tài)下，調(diào)制解調(diào)器消耗很少的電流。設(shè)置Shutdown＝0可以使調(diào)制解調(diào)器進(jìn)入啟動(dòng)振蕩器狀態(tài)264。由任何一個(gè)狀態(tài)重新設(shè)置Shutdown＝1均會(huì)導(dǎo)致調(diào)制解調(diào)器返回起始狀態(tài)。
啟動(dòng)振蕩器狀態(tài)為喚醒狀態(tài)，其中振蕩器需要10微秒達(dá)到穩(wěn)定。下一個(gè)狀態(tài)依賴于Tx/Rx輸入控制線。當(dāng)Tx/Rx輸入控制線升高時(shí)，進(jìn)入數(shù)據(jù)I/O輸入模式狀態(tài)268。在發(fā)送模式(Tx/Rx＝1)下，將SW_CONT、PULSE_OUT、Tx_PWR以及Rx_PWR全部設(shè)置為0。當(dāng)Data In輸入線由低到高(Data In＝1)時(shí)，初始化Tx狀態(tài)機(jī)272。
Tx/Rx線的狀態(tài)對(duì)發(fā)送模式狀態(tài)266與接收模式狀態(tài)268之間的過(guò)渡進(jìn)行控制。Shutdown線對(duì)從發(fā)送和接收模式狀態(tài)過(guò)渡到起始狀態(tài)進(jìn)行控制。
圖17示出通用狀態(tài)機(jī)的發(fā)送狀態(tài)機(jī)部分的運(yùn)行過(guò)程的更詳細(xì)狀態(tài)圖。Tx狀態(tài)機(jī)272的運(yùn)行過(guò)程從起始狀態(tài)280開(kāi)始。從此狀態(tài)開(kāi)始并行執(zhí)行兩條運(yùn)行路徑。一條路徑產(chǎn)生詢問(wèn)脈沖，另一條路徑激活發(fā)射機(jī)RF前端電路。
首先，通過(guò)進(jìn)入啟動(dòng)脈沖狀態(tài)282，產(chǎn)生詢問(wèn)脈沖，其中將SW_CONT信號(hào)設(shè)置為高，從而激活脈沖整形電路150和輸出放大器154(如圖3所示)。在時(shí)間延遲狀態(tài)284，延遲50ns至150ns直到達(dá)到穩(wěn)定。在產(chǎn)生脈沖狀態(tài)286，將PULSE_OUT信號(hào)設(shè)置為高以激活詢問(wèn)脈沖。同時(shí)在時(shí)間延遲狀態(tài)288，將詢問(wèn)脈沖激活RF信號(hào)的56個(gè)周期(即約為115ns)。此時(shí)間延遲之后，在禁止脈沖狀態(tài)290，斷開(kāi)該信號(hào)。具體地說(shuō)，關(guān)閉PULSE_OUT信號(hào)，并將SW_CONT設(shè)置為低。
請(qǐng)注意，詢問(wèn)脈沖的產(chǎn)生過(guò)程是不可再觸發(fā)的，這意味著如果DataIn線出現(xiàn)由低到高的過(guò)渡，則可以忽略。
首先通過(guò)進(jìn)入時(shí)間延遲狀態(tài)292激活放大器，在時(shí)間延遲狀態(tài)292，在將電源電壓施加到發(fā)送RF前端電路內(nèi)的放大器之前，即將Tx_PWR設(shè)置為高之前，施加時(shí)間延遲。時(shí)間延遲的時(shí)長(zhǎng)約為表面聲波器件的延遲減去功率放大器接通時(shí)間減去詢問(wèn)脈沖時(shí)長(zhǎng)。在下一個(gè)狀態(tài)294，該放大器接通時(shí)間延遲狀態(tài)296施加的約為800ns(即390個(gè)RF信號(hào)周期)的時(shí)長(zhǎng)。在下一個(gè)狀態(tài)298，斷開(kāi)放大器，即將Tx_PWR設(shè)置為低。
請(qǐng)注意，將電源電壓施加到發(fā)送RF前端電路的電路系統(tǒng)可以被再觸發(fā)，這意味著，如果在Data In線上出現(xiàn)由低到高的過(guò)渡，則重新開(kāi)始390個(gè)周期的時(shí)間延遲。
請(qǐng)參考圖16，在Tx/Rx輸入控制線變成低時(shí)，進(jìn)入數(shù)據(jù)I/O輸出模式狀態(tài)266。在接收模式(Tx/Rx＝0)，將SW_CONT、PULSE_OUT以及Tx_PWM全部設(shè)置為0，將Rx_PWR設(shè)置為1。當(dāng)判決電路內(nèi)比較器的輸出變成高(RX_OUT＝1)時(shí)，初始化Rx狀態(tài)機(jī)270。
圖18示出通用狀態(tài)機(jī)的接收狀態(tài)機(jī)部分的運(yùn)行過(guò)程的更詳細(xì)狀態(tài)圖。在比較器的輸出從低過(guò)渡到高后，設(shè)置Data Out線(狀態(tài)300)。在約100ns的時(shí)間延遲之后(狀態(tài)302)，Data Out線變低(狀態(tài)304)并且控制過(guò)程返回狀態(tài)266。
RF調(diào)制解調(diào)器的第二實(shí)施例在RF調(diào)制解調(diào)器的第二實(shí)施例中，上變頻器/下變頻器將擴(kuò)頻脈沖轉(zhuǎn)換為高頻，或者將高頻轉(zhuǎn)換為擴(kuò)頻脈沖。除了信號(hào)發(fā)生器14、發(fā)送RF前端電路26以及接收RF前端電路32之外，調(diào)制解調(diào)器電路系統(tǒng)的主體沒(méi)有發(fā)生變化。必要的調(diào)整涉及振蕩信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程和進(jìn)行上/下變換所需的混合器電路系統(tǒng)。
在第二實(shí)施例的調(diào)制解調(diào)器中，信號(hào)發(fā)生器14用于產(chǎn)生調(diào)制解調(diào)器使用的中頻(IF)信號(hào)和本機(jī)振蕩(LO)信號(hào)。在此說(shuō)明的RF調(diào)制解調(diào)器例子中，選擇IF為488MHz中頻信號(hào)和LO為1952MHz的本機(jī)振蕩信號(hào)產(chǎn)生位于2.4GHz ISM頻帶內(nèi)的發(fā)送脈沖。所希望的RF產(chǎn)生的總頻率為2.4GHz。
在發(fā)送方向，通過(guò)Tx/Rx開(kāi)關(guān)24，將脈沖發(fā)生器的輸出輸入到發(fā)送RF前端電路26。發(fā)送RF前端電路將該脈沖放大并上變換到要求頻帶(例如2.4GHz)。通過(guò)天線接口28，對(duì)結(jié)果信號(hào)進(jìn)行放大并輸出到天線30。
在接收方向，在通過(guò)Tx/Rx開(kāi)關(guān)24，輸入到表面聲波相關(guān)器20之前，從天線30接收的信號(hào)混合下變換為IF。將結(jié)果解擴(kuò)信號(hào)輸入到接收機(jī)電路系統(tǒng)36，接收機(jī)電路系統(tǒng)36恢復(fù)接收信號(hào)。
圖19示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生器電路的方框圖。信號(hào)發(fā)生器起到如下作用(1)對(duì)控制器內(nèi)的狀態(tài)機(jī)提供基本時(shí)鐘，(2)用作產(chǎn)生送到表面聲波相關(guān)器的詢問(wèn)脈沖的脈沖源以及(3)用作發(fā)送和接收前端上變換電路系統(tǒng)/下變換電路系統(tǒng)的信源。頻率源310與振蕩電路312相連。頻率源可以包括諸如石英晶體、陶瓷諧振器、表面聲波諧振器等的任何適當(dāng)器件。在與表面聲波相關(guān)器相同的襯底上實(shí)現(xiàn)并使用表面聲波諧振器。
振蕩器的輸出包括IF振蕩信號(hào)，將IF振蕩信號(hào)乘以4以產(chǎn)生要求的上變換LO頻率(例如1952MHz)。請(qǐng)注意，如果要求快速喚醒時(shí)間，則使用PLL電路不能實(shí)現(xiàn)倍頻。在這種情況下，優(yōu)先使用基于四倍自混合的部件314、316。此外，此電路優(yōu)先充分抑制諧波，而非抑制LO頻率(例如1952MHz)。
圖20示出RF調(diào)制解調(diào)器第二實(shí)施例的發(fā)送RF前端電路的方框圖。發(fā)送RF前端電路26在最后一級(jí)放大之前提供上變換并饋送到天線。該電路包括IF放大器320，具有非差動(dòng)輸入；混合器322；以及RF功率放大器324，具有差動(dòng)輸出。根據(jù)控制器輸出的Tx_PWR信號(hào)，利用開(kāi)關(guān)328、326對(duì)送到放大器的VCC進(jìn)行控制。此外，還利用控制器輸出的Tx_GAIN_CTRL信號(hào)設(shè)置該放大器的增益。
IF放大器的輸入是相關(guān)器以IF頻率(例如488MHz)輸出的擴(kuò)頻脈沖(即13位BPSK序列)。利用1952MHz的LO信號(hào)，混合器322將該信號(hào)上變換到要求頻帶，例如2.44GHz。優(yōu)先采用至少具有30dB鏡頻抑制的鏡頻抑制混合器。發(fā)送RF前端電路的信號(hào)具有圖13所述的波形。
圖21示出RF調(diào)制解調(diào)器的接收RF前端電路的更詳細(xì)方框圖。在接收路徑中，通過(guò)天線接口28，將從天線30接收的信號(hào)輸入到接收RF前端電路32。接收電路包括單級(jí)下變換電路。將從天線接收的RF輸入到第一低噪聲放大器(LNA1)330。利用混合器332將該輸出與1952MHz的LO信號(hào)混合以產(chǎn)生IF信號(hào)。然后，在輸出到表面聲波相關(guān)器之前，利用第二LNA 334(LNA2)對(duì)該IF信號(hào)進(jìn)行放大。根據(jù)控制器輸出的Rx_PWR信號(hào)，利用開(kāi)關(guān)338、336控制送到這兩個(gè)LNA的VCC。
本發(fā)明的應(yīng)用如上所述，通常，RF調(diào)制解調(diào)器是作為用于任何類型的調(diào)制方法和通信方案物理層的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的。具體地說(shuō)，RF調(diào)制解調(diào)器適于實(shí)現(xiàn)任何類型的數(shù)字脈沖調(diào)制過(guò)程。現(xiàn)在，將對(duì)數(shù)字脈沖調(diào)制的3個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。3種調(diào)制類型包括OOK調(diào)制、PWM調(diào)制以及PPM調(diào)制。請(qǐng)注意，可以利用在此說(shuō)明的3種RF調(diào)制解調(diào)器實(shí)施例的任何之一來(lái)構(gòu)造下述所有應(yīng)用例子。
OOK調(diào)制圖22示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的OOK通信系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)包括兩個(gè)OOK收發(fā)信機(jī)340，分別標(biāo)號(hào)為OOK收發(fā)信機(jī)#1和#2，它們適于利用RF進(jìn)行半雙工通信。OOK收發(fā)信機(jī)#1包括單觸發(fā)器件344、RF調(diào)制解調(diào)器346、有標(biāo)號(hào)的RF調(diào)制解調(diào)器#1以及天線348。OOK收發(fā)信機(jī)#2具有類似結(jié)構(gòu)，它包括主機(jī)#2、單觸發(fā)器件、RF調(diào)制解調(diào)器#2以及天線。連接第一主機(jī)342，即有標(biāo)號(hào)主機(jī)#1以將數(shù)據(jù)發(fā)送到OOK收發(fā)信機(jī)#1并從OOK收發(fā)信機(jī)#1接收數(shù)據(jù)。第二主機(jī)#2適于將數(shù)據(jù)發(fā)送到OOK收發(fā)信機(jī)#2并從OOK收發(fā)信機(jī)#2接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)主機(jī)均適于驅(qū)動(dòng)與調(diào)制解調(diào)器相連的Tx/Rx控制線。
在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)將數(shù)據(jù)輸出到RF調(diào)制解調(diào)器#1，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，該數(shù)據(jù)包括脈沖以表示“1”，沒(méi)有脈沖以表示“0”。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的RF調(diào)制解調(diào)器適于接收50ns數(shù)量級(jí)的脈沖。如果主機(jī)不能產(chǎn)生這樣短的脈沖，則可以使用單觸發(fā)器件344。然后，如上所述，利用表面聲波相關(guān)器將該脈沖擴(kuò)頻為擴(kuò)頻序列，通過(guò)天線348進(jìn)行發(fā)送。
OOK收發(fā)信機(jī)#2的天線接收信號(hào)并輸入到RF調(diào)制解調(diào)器#2。RF調(diào)制解調(diào)器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)并將50ns的脈沖輸出到主機(jī)#2以進(jìn)一步進(jìn)行處理。如果主機(jī)#2的速度不足以輸入50ns的脈沖，則在RF調(diào)制解調(diào)器與主機(jī)之間使用第二單觸發(fā)器件或鎖存器(未示出)。
PWM調(diào)制圖23示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的PWM通信系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)包括兩個(gè)PWM收發(fā)信機(jī)350，分別標(biāo)號(hào)為PWM收發(fā)信機(jī)#1和#2，它們適于利用RF進(jìn)行半雙工通信。PWM收發(fā)信機(jī)#1包括取樣和保持(S/H)電路354、364、鋸齒波(斜坡)信號(hào)發(fā)生器366、比較器356、積分器362、RF調(diào)制解調(diào)器358、有標(biāo)號(hào)RF調(diào)制解調(diào)器#1以及天線360。PWM收發(fā)信機(jī)#2具有類似結(jié)構(gòu)，它包括S/H電路、斜坡函數(shù)發(fā)生器、比較器、RF調(diào)制解調(diào)器#2、積分器以及天線。連接第一主機(jī)352，即有標(biāo)號(hào)的主機(jī)#1以將數(shù)據(jù)發(fā)送到PWM收發(fā)信機(jī)#1并從PWM收發(fā)信機(jī)#1接收數(shù)據(jù)。第二主機(jī)#2適于將數(shù)據(jù)發(fā)送到PWM收發(fā)信機(jī)#2并適于從PWM收發(fā)信機(jī)#2接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)主機(jī)均適于驅(qū)動(dòng)與調(diào)制解調(diào)器相連的Tx/Rx控制線。
參考圖23和圖24，在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)將信號(hào)Analog In輸出到S/H電路354，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意，該數(shù)據(jù)既可以是數(shù)字的，又可以是模擬的，并且可以由主機(jī)之外的其它裝置提供。在在此說(shuō)明的例子中，采用收發(fā)信機(jī)發(fā)送和接收模擬信號(hào)，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以利用該收發(fā)信機(jī)發(fā)送和接收數(shù)字信號(hào)。利用S/H電路采樣模擬信號(hào)VIN370，并將它輸入到比較器356的非倒相輸入端。將鋸齒波信號(hào)發(fā)生器或斜坡函數(shù)發(fā)生器的輸出輸入到比較器的倒相輸入端。斜坡函數(shù)信號(hào)的周期優(yōu)先不大于150ns以避免產(chǎn)生與限制Barker碼有關(guān)的問(wèn)題。比較器的輸出374為高，直到斜坡的幅值超過(guò)輸入信號(hào)時(shí)，輸出才變成低。
將Data In脈沖輸入到RF調(diào)制解調(diào)器，并通過(guò)天線360將它發(fā)送到PWM收發(fā)信機(jī)#2。發(fā)送擴(kuò)頻波形的脈沖寬度隨輸入信號(hào)的脈沖寬度發(fā)生變化。例如，20ns脈沖寬度的輸入脈沖產(chǎn)生其峰值脈沖寬度約為20ns的接收信號(hào)。100ns脈沖寬度的輸入脈沖產(chǎn)生其峰值脈沖寬度約為100ns的接收信號(hào)。然而，請(qǐng)注意，Barker碼擴(kuò)頻序列的加寬是有限的。將增加的脈沖寬度限制在大約2個(gè)片碼時(shí)長(zhǎng)(假定片碼速率為20Mcps，這相當(dāng)于150ns)。
OOK收發(fā)信機(jī)#2接收信號(hào)，并將該信號(hào)輸入到RF調(diào)制解調(diào)器#2。RF調(diào)制解調(diào)器用于解擴(kuò)該信號(hào)，并輸出其寬度基于輸入信號(hào)脈沖寬度的脈沖。將RF調(diào)制解調(diào)器的輸出輸入到積分器362，積分器362對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行積分。利用S/H 364對(duì)積分器的輸出信號(hào)VOUT 376進(jìn)行采樣。S/H電路的輸出形成Analog Out信號(hào)，然后，將此信號(hào)輸入到主機(jī)或其它裝置以進(jìn)行進(jìn)一步處理。
重要的是要注意，使設(shè)置S/H電路354、364的斜坡函數(shù)發(fā)生器和時(shí)鐘同步，以便斜坡函數(shù)由低到高的過(guò)渡對(duì)應(yīng)于待發(fā)送數(shù)據(jù)(即Analog Out信號(hào))的符號(hào)周期。
PPM調(diào)制過(guò)程圖25示出采用本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器構(gòu)造的PPM通信系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)包括兩個(gè)PPM收發(fā)信機(jī)380，分別標(biāo)號(hào)為PPM收發(fā)信機(jī)#1和#2，它們適于利用RF進(jìn)行半雙工通信。PPM收發(fā)信機(jī)#1包括取樣和保持(S/H)電路384、396、鋸齒波(斜坡)信號(hào)發(fā)生器398、392、比較器386、394、單觸發(fā)器件388、RF調(diào)制解調(diào)器390、有標(biāo)號(hào)的RF調(diào)制解調(diào)器#1以及天線399。PPM收發(fā)信機(jī)#2具有類似結(jié)構(gòu)，它包括S/H電路、比較器、斜坡函數(shù)發(fā)生器、單觸發(fā)器件、RF調(diào)制解調(diào)器#2以及天線。連接第一主機(jī)382，即有標(biāo)號(hào)主機(jī)#1以將數(shù)據(jù)發(fā)送到PPM收發(fā)信機(jī)#1并從PPM收發(fā)信機(jī)#1接收數(shù)據(jù)。第二主機(jī)#2適于將數(shù)據(jù)發(fā)送到PPM收發(fā)信機(jī)#2并適于從PPM收發(fā)信機(jī)#2接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)主機(jī)均適于驅(qū)動(dòng)與調(diào)制解調(diào)器相連的Tx/Rx控制線。
參考圖25和圖26，在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)將信號(hào)Analog In輸出到S/H電路384，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意，該數(shù)據(jù)既可以是數(shù)字的，又可以是模擬的，并且可以由主機(jī)之外的其它裝置提供。在在此說(shuō)明的例子中，采用收發(fā)信機(jī)發(fā)送和接收模擬信號(hào)，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員也可以利用該收發(fā)信機(jī)發(fā)送和接收數(shù)字信號(hào)。利用S/H電路采樣模擬信號(hào)VIN400，并將它輸入到比較器386的非倒相輸入端。將鋸齒波信號(hào)發(fā)生器或斜坡函數(shù)發(fā)生器的輸出402輸入到比較器的倒相輸入端。比較器的輸出為高，直到斜坡的幅值超過(guò)輸入信號(hào)時(shí)，輸出才變成低。將比較器的輸出輸入到單觸發(fā)器件388，比較器輸出的下降邊緣觸發(fā)單觸發(fā)器件388。單觸發(fā)器件產(chǎn)生寬度均勻(例如50ns)的脈沖404，然后，將該脈沖輸入到RF調(diào)制解調(diào)器以通過(guò)天線180發(fā)送到PPM收發(fā)信機(jī)#2。
所發(fā)送的擴(kuò)頻波形的脈沖位置隨DATA IN信號(hào)的時(shí)間位置發(fā)生變化。OOK收發(fā)信機(jī)#2的天線接收該信號(hào)并將該信號(hào)輸入到RF調(diào)制解調(diào)器#2。RF調(diào)制解調(diào)器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，并輸出其位置隨輸入信號(hào)的脈沖位置發(fā)生變化的脈沖。將RF調(diào)制解調(diào)器的輸出輸入到比較器394。第二輸入即斜坡函數(shù)發(fā)生器392的輸出。
在運(yùn)行過(guò)程中，利用S/H電路396采樣斜坡信號(hào)輸出，直到脈沖到達(dá)，并且RF調(diào)制解調(diào)器輸出該斜坡信號(hào)作為Data Out信號(hào)。比較器的輸出構(gòu)成S/H電路的時(shí)鐘信號(hào)。提高對(duì)S/H電路396的輸入，直到RF調(diào)制解調(diào)器的輸出超過(guò)斜坡信號(hào)。這對(duì)應(yīng)于RF調(diào)制解調(diào)器在對(duì)應(yīng)于從發(fā)射機(jī)接收脈沖的時(shí)間點(diǎn)輸出脈沖。此時(shí)，對(duì)S/H進(jìn)行計(jì)時(shí)，并將S/H輸出的信號(hào)VOUT406設(shè)置為等于其輸入。S/H電路的輸出形成Analog Out信號(hào)，然后，將Analog Out信號(hào)輸入到主機(jī)或其它裝置以進(jìn)一步進(jìn)行處理。重要的是請(qǐng)注意以這樣的方式時(shí)斜坡函數(shù)發(fā)生器392和設(shè)置S/H電路384的時(shí)鐘同步，以便斜坡函數(shù)由低到高的過(guò)渡對(duì)應(yīng)于待發(fā)送的數(shù)據(jù)(即Analog In信號(hào))的符號(hào)周期。利用本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的同步方法這樣使斜坡信號(hào)與接收信號(hào)同步，以便可以接收該數(shù)據(jù)。
在PPM通信系統(tǒng)中，主要性能指標(biāo)是如下等式3給出的、符號(hào)周期與脈沖寬度之比β。
β=Tτ--(3)]]>如下等式4給出信噪比(SNR)。
SNR=β23·EbNo1+23β2(β-1)EbNoπeEb4No--(4)]]>其中Eb是每位的能量，No是噪聲電平。如果假定鏈路預(yù)算具有每位固定能量Eb，因此，由β值表示性能。隨著脈沖寬度窄，SNR增加，反之亦然。例如，如果發(fā)送過(guò)程中使用的脈沖寬度τ約為50ns，符號(hào)周期T為1000ns，則會(huì)導(dǎo)致β為20，Eb等于-70dBm，No等于-114+10*log(20)＝-100dBm，鏈路的SNR接近52dB。
采用多個(gè)相關(guān)器RF的調(diào)制解調(diào)器的第三實(shí)施例為了實(shí)現(xiàn)更高的通信位速率，可以對(duì)上述第一和第二調(diào)制解調(diào)器實(shí)施例附加其它相關(guān)器和相關(guān)電路系統(tǒng)。通常，可以附加任意數(shù)量的相關(guān)器，其中用fi(t)表示的每個(gè)相關(guān)器的相關(guān)函數(shù)或代碼與所有其它相關(guān)器的相關(guān)函數(shù)正交。在各相關(guān)器的相關(guān)函數(shù)(即代碼)互相正交時(shí)，每個(gè)相關(guān)器獨(dú)立于其它相關(guān)器進(jìn)行發(fā)送和接收。然而，必須建立足夠數(shù)量的、滿足如下判據(jù)的相關(guān)函數(shù)。
<fi(t)，fj(t)>＝0，當(dāng)所有i≠j時(shí) (5)換句話說(shuō)，所有代碼互相之間的互相關(guān)必須非常低，即約為0。例如，熟練技術(shù)人員可以容易地產(chǎn)生多個(gè)互相大致正交并且互相之間的互相關(guān)接近0的線性FM碼。
為了有助于理解本發(fā)明，提供了一種包括N個(gè)相關(guān)器的調(diào)制解調(diào)器例子?？梢岳萌我鈹?shù)量的N個(gè)相關(guān)器構(gòu)造調(diào)制解調(diào)器，只要滿足上述判據(jù)即可。采用多個(gè)相關(guān)器的結(jié)果是可以提高有效通信位速率。通過(guò)以圖1所示的位速率為1.5Mbps的RF調(diào)制解調(diào)器為例進(jìn)行研究，使用N個(gè)相關(guān)器可以實(shí)現(xiàn)N×1.5Mbps的總位速率。
圖27示出具有多個(gè)相關(guān)器的根據(jù)本發(fā)明RF調(diào)制解調(diào)器的第三實(shí)施例的方框圖。除了現(xiàn)在具有“N”個(gè)表面聲波相關(guān)器之外，通常用參考編號(hào)410表示的調(diào)制解調(diào)器與第一或第二調(diào)制解調(diào)器實(shí)施例具有相同結(jié)構(gòu)。調(diào)制解調(diào)器410包括一個(gè)采用任意適當(dāng)頻率源(例如圖6所示的表面聲波諧振器)的單信號(hào)發(fā)生器412。單信號(hào)發(fā)生器412的IF信號(hào)輸出饋送到多個(gè)被標(biāo)記為發(fā)送/接收電路#1至#N的發(fā)送/接收電路416。
每個(gè)發(fā)送/接收電路均接收控制器414輸出的Data In信號(hào)并將RxOut信號(hào)輸出到該控制器。通過(guò)被標(biāo)記為Data In#1至Data In#N的獨(dú)立Data In信號(hào)線，主機(jī)430將待發(fā)送的數(shù)據(jù)送到該控制器以及各發(fā)送/接收電路。同樣，通過(guò)被標(biāo)記為Data Out#1至Data Out#N的獨(dú)立Data Out信號(hào)線，將控制器對(duì)每個(gè)發(fā)送/接收電路輸出的數(shù)據(jù)輸入到主機(jī)。該主機(jī)還將Tx/Rx信號(hào)送到用于產(chǎn)生調(diào)制解調(diào)器所需定時(shí)信號(hào)和控制信號(hào)的控制器。
將發(fā)送/接收電路輸出的信號(hào)線連接到RF功率分配器/功率合成器418。RF功率分配器/功率合成器在發(fā)送方向作為合成器，而在接收方向作為分配器。將該功率分配器/功率合成器連接到Tx/Rx開(kāi)關(guān)420，Tx/Rx開(kāi)關(guān)420將信號(hào)劃分為發(fā)送路徑和接收路徑。在發(fā)送過(guò)程中，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行配置以將信號(hào)從發(fā)送/接收電路輸入到發(fā)送RF前端電路422。在接收過(guò)程中，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行配置以將接收RF前端電路424的輸出轉(zhuǎn)向發(fā)送/接收電路。通過(guò)天線接口426，將發(fā)送前端電路422輸出的RF Out信號(hào)和接收前端電路424輸出的RF In信號(hào)輸入到天線428。
圖28示出圖27所示RF調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送/接收電路的更詳細(xì)方框圖。發(fā)送路徑包括脈沖發(fā)生器440，用于從信號(hào)發(fā)生器接收IF振蕩信號(hào)并從控制器接收Data In信號(hào)；匹配網(wǎng)絡(luò)442；表面聲波相關(guān)器444以及匹配網(wǎng)絡(luò)446。將匹配網(wǎng)絡(luò)446的輸出輸入到功率分配器/功率合成器418(如圖27所示)。
接收路徑包括匹配網(wǎng)絡(luò)446、表面聲波相關(guān)器444、匹配網(wǎng)絡(luò)448以及接收電路450。接收電路450的輸出構(gòu)成隨后輸入到控制器414的Rx Out信號(hào)。
請(qǐng)注意，包括發(fā)送/接收電路416的調(diào)制解調(diào)器410的各部件的功能類似于上述第一和第二實(shí)施例調(diào)制解調(diào)器的類似部件。在發(fā)送期間，控制器414通過(guò)相應(yīng)Data In信號(hào)線把待發(fā)送數(shù)據(jù)分別提供給各發(fā)送/接收電路416。每個(gè)電路均引入被配置具有唯一功能(或代碼)從而避免在所產(chǎn)生信號(hào)之間發(fā)生干擾的相關(guān)器。利用RF功率分配器/功率合成器418合成所形成的多個(gè)N信號(hào)。然后，利用發(fā)送RF前端電路對(duì)該合成信號(hào)進(jìn)行處理并通過(guò)天線428發(fā)送。
在被放大和輸入到天線之前，利用與發(fā)送RF前端電路26(如圖20所示)的混合電路相似的混合電路選擇性地上變換該合成信號(hào)。
在接收路徑，通過(guò)天線接口426，將接收信號(hào)從天線饋送到接收RF前端電路424。同樣在接收方向，在被輸入到Tx/Rx開(kāi)關(guān)420之前，利用與接收RF前端電路32(如圖21所示)的電路相似的電路，可以選擇性地將從天線接收的信號(hào)下變換為IF頻率。然后，RF功率分配器/功率合成器418將該信號(hào)分割為N個(gè)信號(hào)。將該接收信號(hào)輸入到各發(fā)送/接收電路內(nèi)、根據(jù)所配置的相關(guān)函數(shù)輸出脈沖的相關(guān)器。將該脈沖輸入到各接收電路內(nèi)的相應(yīng)峰值檢波器以產(chǎn)生“N”個(gè)Rx Out信號(hào)。將所形成的“N”個(gè)Rx Out信號(hào)輸入到控制器，將該控制器產(chǎn)生的Data Out信號(hào)送到主機(jī)。
所附權(quán)利要求試圖覆蓋屬于本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的所有本發(fā)明特征和優(yōu)勢(shì)。由于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以進(jìn)行多種調(diào)整和變更，所以本發(fā)明并不局限于在此說(shuō)明的幾個(gè)實(shí)施例。因此應(yīng)當(dāng)意識(shí)到所有適當(dāng)變更、調(diào)整及其等效物均屬于本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍。
權(quán)利要求
1.一種直接序列擴(kuò)頻射頻調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，用于根據(jù)IF頻率的中頻振蕩信號(hào)產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括用于整形所述脈沖的輪廓的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻碼序列波形擴(kuò)頻所述整形脈沖以產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；發(fā)射機(jī)電路，包括將所述擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩信號(hào)混合在一起以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與所述LO信號(hào)混合在一起以產(chǎn)生所述RF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，用于根據(jù)所述代碼序列解擴(kuò)所述接收擴(kuò)頻脈沖以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；以及檢波器，用于根據(jù)所述相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，適于采用一個(gè)頻率源的振蕩電路產(chǎn)生所述IF振蕩信號(hào)和所述LO信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述振蕩電路包括所述頻率源；第一倍頻器，與所述頻率源相連；第二倍頻器，與所述第一倍頻器的輸出相連；
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述頻率源包括表面聲波諧振器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述頻率源包括被調(diào)諧到488MHz的表面聲波諧振器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，利用一個(gè)表面聲波諧振器產(chǎn)生所述IF振蕩信號(hào)和所述LO振蕩信號(hào)；所述脈沖擴(kuò)頻器和所述相關(guān)器共享同一個(gè)適合用于進(jìn)行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器；以及在同一個(gè)單片襯底上構(gòu)造所述表面聲波諧振器和所述表面聲波相關(guān)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述IF頻率為488MHz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述LO頻率為1952MHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所采用的所述RF頻率位于2.4GHz的工業(yè)、科學(xué)以及醫(yī)學(xué)頻帶內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖發(fā)生器包括根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)選通所述IF振蕩信號(hào)的選通機(jī)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器進(jìn)一步包括以互相倒相關(guān)系選通所述脈沖發(fā)生器的輸出和所述脈沖擴(kuò)頻器的輸出的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，從而在激活所述脈沖發(fā)生器時(shí)，不激活所述脈沖擴(kuò)頻器，反之亦然。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖擴(kuò)頻器包括使所述擴(kuò)頻脈沖的過(guò)渡平滑的第二脈沖整形裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述第一脈沖整形電路用于產(chǎn)生所述脈沖輪廓，所述脈沖輪廓包括第一部分，由低到高線性傾斜所述脈沖的振幅值；以及第二部分，由高到低線性傾斜所述脈沖的振幅值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖擴(kuò)頻器包括表面聲波匹配濾波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴(kuò)頻碼序列包括Barker碼串行序列。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴(kuò)頻碼序列包括13片碼Barker序列{1、1、1、1、1、-1、-1、1、1、-1、1、-1、1}。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)電路包括IF放大器，用于放大所述擴(kuò)頻脈沖；所述上變頻器，用于混合所述擴(kuò)頻脈沖與LO信號(hào)；RF功率放大器，用于放大所述擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)；以及天線，與所述輸出RF功率放大器的輸出相連。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述接收機(jī)電路包括天線，適于接收RF信號(hào)；第一低噪聲放大器，與所述天線相連；所述下變頻器，用于混合所述接收信號(hào)與所述LO振蕩信號(hào)；以及第二低噪聲放大器，用于放大所述下變頻器的輸出。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述相關(guān)器裝置包括表面聲波匹配濾波器/匹配相關(guān)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，利用Barker碼串行序列配置所述表面聲波匹配濾波器/匹配相關(guān)器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述Barker碼串行序列包括13片碼Barker序列{1、1、1、1、1、-1、-1、1、1、-1、1、-1、1}。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴(kuò)頻裝置和所述相關(guān)器裝置共享適合用于進(jìn)行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述檢波器包括低速峰值檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號(hào)，產(chǎn)生慢變基準(zhǔn)信號(hào)；快速峰值檢波器，用于跟蹤所述相關(guān)信號(hào)的包絡(luò)并由此產(chǎn)生檢波信號(hào)；以及判決電路，通過(guò)將所述檢波信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生所述輸出信號(hào)。
24.一種對(duì)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)的方法，所述方法包括步驟根據(jù)IF頻率的中頻振蕩信號(hào)產(chǎn)生脈沖，其中對(duì)所述脈沖的輪廓進(jìn)行整形；利用擴(kuò)頻碼序列波形，擴(kuò)頻所述整形脈沖并由此產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；將所述擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩信號(hào)混合在一起并由此產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)；將接收信號(hào)與所述LO信號(hào)混合在一起并由此產(chǎn)生所述RF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖；根據(jù)所述代碼序列，解擴(kuò)所述接收擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)并由此產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；以及響應(yīng)所述相關(guān)信號(hào)，檢波輸出信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，利用一個(gè)頻率源產(chǎn)生所述IF振蕩信號(hào)和所述LO信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述IF頻率為488MHz。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述LO頻率為1952MHz。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所采用的所述RF頻率位于2.4GHz的工業(yè)、科學(xué)以及醫(yī)學(xué)頻帶內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生脈沖的所述步驟包括根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)選通所述IF振蕩信號(hào)的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，該方法進(jìn)一步包括以互相倒相關(guān)系選通所述脈沖發(fā)生器的輸出和所述脈沖擴(kuò)頻器的輸出的步驟，從而在產(chǎn)生所述脈沖時(shí)，不產(chǎn)生所述擴(kuò)頻脈沖，反之亦然。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述擴(kuò)頻步驟包括使所述擴(kuò)頻脈沖過(guò)渡平滑從而減少所述擴(kuò)頻脈沖的頻率含量的步驟。
32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，整形所述脈沖的所述步驟包括以這樣的方式整形所述脈沖，以致所述脈沖的振幅在第一部分為由低到高的線性斜坡，以及在第二部分為由高到低的線性斜坡。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述擴(kuò)頻碼序列包括Barker碼串行序列。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述擴(kuò)頻碼序列包括13片碼Barker序列{1、1、1、1、1、-1、-1、1、1、-1、1、-1、1}。
35.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，進(jìn)行擴(kuò)頻和解擴(kuò)的所述步驟共用同一個(gè)適合用于進(jìn)行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器。
36.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，檢波輸出信號(hào)的所述步驟包括步驟根據(jù)所述相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生慢變基準(zhǔn)信號(hào)；跟蹤所述相關(guān)信號(hào)的包絡(luò)并由此產(chǎn)生檢波信號(hào)；以及通過(guò)比較所述檢波信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)，產(chǎn)生所述輸出信號(hào)。
37.一種開(kāi)關(guān)鍵控直接序列擴(kuò)頻射頻收發(fā)信機(jī)，該RF收發(fā)信機(jī)包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生固定時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)輸入信號(hào)；以及RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)由IF頻率的中頻振蕩信號(hào)獲得的所述數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括對(duì)所述脈沖的輪廓進(jìn)行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻代碼序列波形擴(kuò)頻所述整形脈沖，從而產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；發(fā)射機(jī)電路，包括將所述擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩信號(hào)混合以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與所述LO振蕩信號(hào)混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)所述代碼序列解擴(kuò)所述擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；以及檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號(hào)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出信號(hào)。
38.一種脈寬調(diào)制直接序列擴(kuò)頻射頻收發(fā)信機(jī)，該RF收發(fā)信機(jī)包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的模擬輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈寬調(diào)制數(shù)據(jù)輸入信號(hào)；RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)由IF頻率的中頻振蕩信號(hào)獲得的所述數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括對(duì)所述脈沖的輪廓進(jìn)行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻代碼序列波形擴(kuò)頻所述整形脈沖，從而產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；發(fā)射機(jī)電路，包括將所述擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩信號(hào)混合以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與所述LO振蕩信號(hào)混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)所述代碼序列解擴(kuò)所述擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)；以及輸出電路，將所述輸出信號(hào)集成在一起以由此產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)。
39.一種脈沖位置調(diào)制直接序列擴(kuò)頻射頻收發(fā)信機(jī)，該RF收發(fā)信機(jī)包括輸入電路，根據(jù)待發(fā)送的模擬輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈沖位置調(diào)制數(shù)據(jù)輸入信號(hào)；RF調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)由IF頻率的中頻振蕩信號(hào)獲得的所述數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括對(duì)所述脈沖的輪廓進(jìn)行整形的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻代碼序列波形擴(kuò)頻所述整形脈沖，從而產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；發(fā)射機(jī)電路，包括將所述擴(kuò)頻脈沖與LO頻率的本機(jī)振蕩信號(hào)混合以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與所述LO振蕩信號(hào)混合以產(chǎn)生IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；相關(guān)器，根據(jù)所述代碼序列解擴(kuò)所述擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)；以及輸出電路，根據(jù)斜坡函數(shù)限制所述輸出信號(hào)以由此產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)。
40.一種直接序列擴(kuò)頻射頻調(diào)制解調(diào)器，該RF調(diào)制解調(diào)器包括振蕩器，用于產(chǎn)生中頻振蕩信號(hào)和本機(jī)振蕩信號(hào)；多個(gè)N發(fā)送/接收電路，每個(gè)所述發(fā)送/接收電路包括脈沖發(fā)生器，根據(jù)所述IF振蕩信號(hào)產(chǎn)生脈沖，所述脈沖發(fā)生器包括用于整形所述脈沖的輪廓的第一脈沖整形電路；脈沖擴(kuò)頻器，用于利用擴(kuò)頻代碼序列波形擴(kuò)頻所述整形脈沖以產(chǎn)生擴(kuò)頻脈沖；相關(guān)器，根據(jù)所述代碼序列解擴(kuò)所述擴(kuò)頻脈沖信號(hào)以產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)；檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)；其中利用與其它相關(guān)器中的函數(shù)正交的唯一函數(shù)配置各發(fā)送/接收電路內(nèi)的相關(guān)器；裝置，用于合成并發(fā)送所述N個(gè)發(fā)送/接收電路產(chǎn)生的N個(gè)擴(kuò)頻脈沖信號(hào)作為合成發(fā)送信號(hào)；發(fā)射機(jī)電路，包括將所述擴(kuò)頻脈沖與所述LO信號(hào)混合以產(chǎn)生RF頻率的擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)的上變頻器；裝置，用于接收所述合成發(fā)送信號(hào)并將它劃分為N個(gè)接收信號(hào)；接收機(jī)電路，包括將接收信號(hào)與所述LO振蕩信號(hào)混合以產(chǎn)生所述IF頻率的接收擴(kuò)頻脈沖的下變頻器；以及其中N是正整數(shù)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述振蕩器包括頻率源；第一倍頻器，與所述頻率源相連；以及第二倍頻器，與所述第一倍頻器的輸出相連。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述頻率源包括表面聲波諧振器。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述頻率源包括被調(diào)諧到488MHz的諧振器。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，一個(gè)表面聲波諧振器用于產(chǎn)生所述IF振蕩信號(hào)和所述LO振蕩信號(hào)；所述脈沖擴(kuò)頻器和所述相關(guān)器共用同一個(gè)適合用于進(jìn)行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器；以及在同一個(gè)單片襯底上構(gòu)造所述表面聲波諧振器和所述表面聲波相關(guān)器。
45.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述IF頻率為488MHz。
46.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述LO頻率為1952MHz。
47.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所采用的所述RF頻率位于2.4GHz的工業(yè)、科學(xué)以及醫(yī)學(xué)頻帶內(nèi)。
48.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖發(fā)生器包括根據(jù)待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)選通所述IF振蕩信號(hào)的選通機(jī)構(gòu)。
49.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器進(jìn)一步包括以互相倒相關(guān)系選通所述脈沖發(fā)生器的輸出和所述脈沖擴(kuò)頻器的輸出的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，從而在激活所述脈沖發(fā)生器時(shí)，不激活所述脈沖擴(kuò)頻器，反之亦然。
50.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖擴(kuò)頻器包括使所述擴(kuò)頻脈沖過(guò)渡平滑的第二脈沖整形裝置。
51.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述第一脈沖整形電路用于產(chǎn)生所述脈沖輪廓，所述脈沖輪廓包括第一部分，由低到高線性傾斜所述脈沖的振幅值；以及第二部分，由高到低線性傾斜所述脈沖的振幅值。
52.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述脈沖擴(kuò)頻器包括表面聲波匹配濾波器。
53.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴(kuò)頻碼序列包括Barker碼串行序列。
54.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)電路包括IF放大器，用于放大所述擴(kuò)頻脈沖；所述上變頻器，用于混合所述擴(kuò)頻脈沖與LO信號(hào)；RF功率放大器，用于放大所述擴(kuò)頻發(fā)送信號(hào)；以及天線，與所述輸出RF功率放大器的輸出相連。
55.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述接收機(jī)電路包括天線，用于接收RF信號(hào)；第一低噪聲放大器，與所述天線相連；所述下變頻器，用于混合所述接收信號(hào)與所述LO振蕩信號(hào)；以及第二低噪聲放大器，用于放大所述下變頻器的輸出。
56.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述相關(guān)器裝置包括表面聲波匹配濾波器/匹配相關(guān)器。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，利用Barker碼串行序列配置所述表面聲波匹配濾波器/匹配相關(guān)器。
58.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述擴(kuò)頻裝置和所述相關(guān)器裝置共享適合用于進(jìn)行半雙工發(fā)送和接收的表面聲波相關(guān)器。
59.根據(jù)權(quán)利要求40所述的調(diào)制解調(diào)器，其特征在于，所述檢波器包括低速峰值檢波器，根據(jù)所述相關(guān)信號(hào)，產(chǎn)生慢變基準(zhǔn)信號(hào)；快速峰值檢波器，用于跟蹤所述相關(guān)信號(hào)的包絡(luò)并由此產(chǎn)生檢波信號(hào)；以及判決電路，通過(guò)將所述檢波信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生所述輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種雙向直接序列擴(kuò)頻半雙工RF調(diào)制解調(diào)器。該調(diào)制解調(diào)器在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)引入了用于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻和解擴(kuò)功能的基于表面聲波的相關(guān)器。在同一個(gè)單片襯底上制造的表面聲波諧振器作為該振蕩器的頻率源。上變頻器/下變頻器將頻率變換到要求頻帶。采用脈沖選通過(guò)程和詢問(wèn)脈沖整形過(guò)程來(lái)降低發(fā)送擴(kuò)頻脈沖的邊頻帶。RF調(diào)制解調(diào)器作為模擬或數(shù)字脈沖發(fā)射機(jī)和接收機(jī)運(yùn)行。它可以通用于許多不同類型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，例如OOK、PWM以及PPM。RF調(diào)制解調(diào)器可以用作分層通信系統(tǒng)如ISO OSI通信堆棧內(nèi)的物理層(PHY)。在另一種可供選擇的實(shí)施例中，通過(guò)利用多個(gè)分別利用與所有其它相關(guān)函數(shù)正交的唯一相關(guān)函數(shù)(即代碼)配置的相關(guān)器，可以提高發(fā)送位速率。
文檔編號(hào)H04L25/49GK1578180SQ20041006219
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2000年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月15日
發(fā)明者戴維·本·巴薩特, 摩西·勒納 申請(qǐng)人:射頻波有限責(zé)任公司