一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机

摘要

本发明公开了一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机，涉及新一代信息技术，针对现有技术中频谱利用率低等问题提出本方案。主要包括查找表模块、可编程延迟线和功率放大器。其中查找表模块用于对各级可编程延迟单元分别提供控制字。且所述控制字通过对理想基带脉冲进行等电压幅度分割，获得时间采样点，将时间采样点转换而成。优点在于，降低电路设计难度、提高频谱利用率、支持大范围脉冲带宽变化等。

权利要求

1.一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机，其特征在于，包括：查找表模块，用于对各级可编程延迟单元分别提供控制字；所述控制字通过以下步骤确定：对理想基带脉冲进行等电压幅度分割，获得时间采样点，将时间采样点转换为所述控制字；

可编程延迟线，用于根据各级对应的控制字调整延迟时间，以还原所述的理想基带脉冲；可编程延迟线包括n级可编程延迟单元，每级可编程延迟单元的配置端上接查找表模块以接收对应控制字，控制输出端下接功率放大器以输出控制信号；其中，n为正整数；

功率放大器，用于根据可编程延迟线还原出的理想基带脉冲将输入的载波调整为UWB脉冲输出；

每级可编程延迟单元分别包括一可控电流源和一可编程延迟模块；所述可控电流源由对应控制字控制流经所述可编程延迟模块的电流大小从而控制可编程延迟模块的延迟时间；

所述可编程延迟模块包括两延迟单元；

每级的第一延迟单元输入端连接上一级的第一延迟单元输出端；

每级的第二延迟单元输入端连接下一级的第二延迟单元输出端；

其中，第1级的第一延迟单元输入端外接触发脉冲，第二延迟单元输出端悬空；最后一级的第二延迟单元输入端连接同级的第一延迟单元输出端；

各级延迟后的控制信号分别输入至功率放大器；

所述功率放大器为D类功率放大器。

2.根据权利要求1所述一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机，其特征在于，所述的n为13。

说明书

一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机

技术领域

[0001] 本发明涉及无线通讯技术，尤其涉及一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机。

背景技术

[0002] UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。UWB发射机主要包含脉冲发生器和射频功率放大器两个核心模块，用于产生UWB通信所需的脉冲信号，此脉冲信号必须满足IEEE 802.15.4z标准中规定的频域和时域要求。

[0003] 根据IEEE 802.15.4z协议标准中的规定，基带脉冲信号单边带带宽为0.25GHz～1GHz。传统的窄带通信发射机用作UWB脉冲发生器时，为了增加后级滤波器设计的可行性，采样时钟实际上会采用4倍以上的信号带宽，即1GHz～4GHz。当采样时钟高达4GHz时，产生基带脉冲数字信号的数字逻辑实现将变得很困难，时序难以满足或者需要巨大的功耗来满足。

[0004] 此外，UWB通信是一种低占空比的通信，发射机的静态功耗占据了发射机总功耗的较大比重。因此，降低系统的静态功耗是UWB系统低功耗设计的关键。脉冲的频谱利用率直接决定UWB系统的通信距离，在满足标准所规定的频谱要求的前提下，应通过脉冲整形技术提高频谱利用率。

[0005] 一种公开的基于载波分频/倍频的脉冲发生器电路结构如图1所示，由3‑6.5GHz的载波分频/倍频得到4.5/9GHz的高速采样时钟。驱动脉冲幅度寄存器来输出脉冲包络信号，控制数字功率放大器来产生UWB脉冲信号，如图2所示。该方法的高速采样时钟频率强烈依赖于载波信号的频率，在不同信道通信时，脉冲幅度寄存器所保存的数据需要重新编程，才可以使产生的脉冲满足IEEE协议标准要求，其并不具备脉冲整形功能。后级为了得到更高精度的脉冲整形，需要增加寄存器的位数和数字功率放大器的数量，设计难度较高。

[0006] 另一种公开的基于延迟线的UWB发射机电路结构如图3所示，由延迟线作为脉冲发生器。将1/2ns的脉冲进行固定时间的延迟，以产生三角形的UWB脉冲信号，如图4所示。这种方法产生的UWB脉冲的形状的是固定的，虽然符合IEEE协议标准的要求，但频谱利用率较低。

发明内容

[0007] 本发明目的在于提供一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机，以解决上述现有技术存在的问题。

[0008] 本发明所述一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机，包括：

[0009] 查找表模块，用于对各级可编程延迟单元分别提供控制字；所述控制字通过以下步骤确定：对理想基带脉冲进行等电压幅度分割，获得时间采样点，将时间采样点转换为所述控制字；

[0010] 可编程延迟线，用于根据各级对应的控制字调整延迟时间，以还原所述的理想基带脉冲；可编程延迟线包括n级可编程延迟单元，每级可编程延迟单元的配置端上接查找表模块以接收对应控制字，控制输出端下接功率放大器以输出控制信号；其中，n为正整数；

[0011] 功率放大器，用于根据可编程延迟线还原出的理想基带脉冲将输入的载波调整为UWB脉冲输出。

[0012] 每级可编程延迟单元分别包括一可控电流源和一可编程延迟模块；所述可控电流源由对应控制字控制流经所述可编程延迟模块的电流大小从而控制可编程延迟模块的延迟时间；

[0013] 所述可编程延迟模块包括两延迟单元；

[0014] 每级的第一延迟单元输入端连接上一级的第一延迟单元输出端；

[0015] 每级的第二延迟单元输入端连接下一级的第二延迟单元输出端；

[0016] 其中，第1级的第一延迟单元输入端外接触发脉冲，第二延迟单元输出端悬空；最后一级的第二延迟单元输入端连接同级的第一延迟单元输出端；

[0017] 各级延迟后的控制信号分别输入至功率放大器。

[0018] 优选地，所述功率放大器为D类功率放大器。

[0019] 优选地，所述的n为13。

[0020] 本发明所述一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机特点是对理想基带脉冲信号进行等电压幅度分割，得到分割点的采样时间，实现对理想基带脉冲的非均匀采样。再通过电容充放电公式将采样时间转化为延迟单元的尾电流的控制字，来对可编程延迟线上的延迟时间进行配置。之后，基于每级可编程延迟线控制电流型D类功率放大器输出理想的UWB脉冲信号的方式，来替代原有的基于DAC的UWB发射机。

[0021] 其优点至少包括：

[0022] 1、通过对理想基带脉冲波形在时域上的非均匀采样，在不需要高精度的DAC电路设计下即可对产生高精度的数字基带脉冲信号，降低电路设计难度。

[0023] 2、通过可编程延迟线生成特定包络的脉冲，相比传统电路结构，降低了数字电路的工作频率，提高了系统的可靠性。

[0024] 3、通过对每级可编程延迟线的延时进行配置，数字基带脉冲可以根据实际需要进行修改，提高频谱利用率。

[0025] 4、可编程延迟线的延迟时间调整范围大，可以通过配置可编程延迟单元的尾电流源实现支持大范围的脉冲带宽变化，至少适应500MHz～1331MHz的频率。

[0026] 5、通过理想数字基带对每级可编程延迟线的配置进行校准，脉冲波形可以抵抗由于环境温度、工艺误差、电源电压变化带来的失真。

附图说明

[0027] 图1是现有技术中一种UWB发射机的结构示意图。

[0028] 图2是图1所示UWB发射机的脉冲逻辑示意图。

[0029] 图3是现有技术中另一种UWB发射机的结构示意图。

[0030] 图4是图2所示UWB发射机的脉冲逻辑示意图。

[0031] 图5是本发明中所述UWB发射机的结构示意图。

[0032] 图6是本发明中所述UWB发射机的脉冲逻辑示意图。

[0033] 图7是本发明中信号转换的流程示意图。

具体实施方式

[0034] 如图5所示，本发明所述一种基于每级可编程延迟线的UWB发射机包括依次控制连接的查找表模块、可编程延迟线和功率放大器。

[0035] 所述的查找表模块，用于对各级可编程延迟单元分别提供控制字。所述控制字通过以下步骤确定：对理想基带脉冲进行等电压幅度分割，获得时间采样点；再通过电容充、放电公式将时间采样点转换为所述控制字。通过配置这些控制字，实现脉冲整形的功能。解决了如何在不增加电路设计难度、不增加功耗的情况下，通过数字功率放大器产生高频谱利用率的UWB脉冲的困难。使得本发明计中所述UWB发射机不需要使用高速数字时钟、高速数字电路、高速DAC等电路模块。

[0036] 所述的可编程延迟线，用于根据各级对应的控制字调整延迟时间，以还原所述的理想基带脉冲。可编程延迟线包括n级可编程延迟单元，每级可编程延迟单元的配置端上接查找表模块以接收对应控制字，控制输出端下接功率放大器以输出控制信号。其中，n为正整数，在本实施例中n优选为13。

[0037] 每级可编程延迟单元分别包括一可控电流源和一可编程延迟模块。所述可控电流源由对应控制字控制流经所述可编程延迟模块的电流大小从而控制可编程延迟模块的延迟时间。所述可编程延迟模块包括两延迟单元。每级的第一延迟单元输入端连接上一级的第一延迟单元输出端。每级的第二延迟单元输入端连接下一级的第二延迟单元输出端。其中，第1级的第一延迟单元输入端外接一个上升沿脉冲触发信号，第二延迟单元输出端悬空。最后一级的第二延迟单元输入端连接同级的第一延迟单元输出端。各级延迟后的控制信号分别输入至功率放大器。

[0038] 查找表模块有13组6比特寄存器：DL1[5:0]、DL2[5:0]、……、DL13[5:0]，分别一一对应13级可编程延迟单元。

[0039] 可编程延迟线根据查找表模块的控制字配置将脉冲触发信号延迟13次，输出的13比特控制信号D[12:0]连接至功率放大器的控制端。同时，外部的单端的载波信号输入至所述功率放大器的差分输入端口。所述功率放大器根据控制信号D[12:0]将差分载波信号放大后经常规的后级电路输出至天线。

[0040] 所述功率放大器，用于根据可编程延迟线还原出的理想基带脉冲将输入的载波调整为UWB脉冲输出，如图6所示。在本实施例中，所述功率放大器优选为D类功率放大器。

[0041] 本发明中信号转换原理如图7所示，对理想的基带脉冲等电压幅度分割得到理想的采样时间点t1、t2、……、tn。然后计算出时间点之间的间隔，再根据电容充、放电公式计算出每级延时所需的电流。最后根据所需电流计算出每级可编程延迟单元的控制字并写入查找表中。当需要输出UWB脉冲时，在脉冲触发信号输入端输入一个上升沿触发信号，该触发信号将根据查找表中的配置，在每级可编程延迟单元中依次被延迟的时间。触发信号从第1级的第一延迟单元依次传递到第13级的第一延迟单元，然后再从第13级的第二延迟单元又依次传递至第1级的第二延迟单元，使得形成的包络波是一个完全中心对称的波形。最后，13个子功率放大器的输出相叠加即可得到完整的UWB脉冲。可以很好的还原该理想基带脉冲信号，得到的频谱与理想基带脉冲相似，频谱可以满足IEEE标准所规定的频谱掩膜。

[0042] 根据IEEE 802.15.4z标准规定，脉冲带宽范围为500MHz～1331MHz，即脉冲的长度约为1.5ns～4ns。为了使不同形状的脉冲波形的频谱能满足带宽要求，以及抵抗由于温度、工艺误差等外部因素带来的带宽偏差，可编程延迟线的可配置脉冲长度范围应相应的扩大，在本实施例中脉冲长度的控制范围为1.2ns～6ns，根据电容充电、放电公式：Vt＝I*t/C。其中，为t时刻电容上的电压值，C为被充电的电容大小。由公式可知，可编程延迟线达到有效反转电压的时间t与充电电流I成正比例关系，因此，在本实施例中主要通过控制可控电流源的尾电流实现对延迟单元延迟时间的调整。在本实施例中存储在查找表中的，每个延迟单元的延迟时间控制字为6比特，理论上可以实现64倍的调节范围，冗余的调节范围可以用于精细调节脉冲的长度，以实现更高的频谱利用率。

[0043] 对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。