[发明专利]收发机模块

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于产生和检测射频信号的短突发串(也被称作小波)的设备和方法。在特定实施例中，本发明涉及包括振荡器电路的收发机，该振荡器电路基于由一个或若干谐振隧道二极管(RTD)实现的负微分电导(NDC)元件。

背景技术

已经开发了超宽带(UWB)系统来增加无线通信系统的比特率，或者备选地，减少发射信号的峰值谱功率。在UWB系统中，在较宽频率范围上将信号作为短脉冲发射。作为示例，脉冲宽度应当是载波频率的15％，或者备选地，具有500MHz的绝对带宽。典型地，脉冲应当具有足够低的峰值谱功率级，以至于它们不会干扰其他无线技术。

在这样的系统中，通常采用某种振荡器，以产生高频载波信号。根据特定应用，可以使用不同的振荡器拓扑，例如负阻管、哈特利(Hartley)或Colpitt、阿姆斯特朗(Armstrong)、Clapp、文氏电桥及其扩展和修改。

不管用于振荡器的拓扑如何，主要工作原理是保持储能电路(tank circuit)(例如，LC电路或电抗元件的任何其他组合)在感兴趣的时段期间振荡，如在无线电广播的情况下该感兴趣的时段可以是较长的连续时段，或者如在例如脉冲无线电通信的情况下该感兴趣的时段可以是间歇短的短时段(小波)。如公知的，储能电路或振荡器整体上包括采用一个或多个电阻元件形式的电路中通常表现的损耗。这暗示了在储能电路的电抗元件之间往复传送的能量在电阻元件中耗散，并且振荡最终衰退。

为了保持储能电路中的振荡，必须以某种方式补偿损耗。提供持续不断振荡的一种方式是将振荡器实现为放大器，放大器具备感兴趣频率下的正反馈回路。这种电路中的振荡保持尽可能长，满足所谓的巴克豪森效应(barkhausen)准则。

在储能电路中提供持续不断振荡的另一种方法是在电路中包括负微分电导(NDC)，以便补偿电路中出现的不可避免的损耗。可以以许多不同方式实现NDC。对于低频应用(＜1MHz)而言，NDC例如可以通过具有正反馈回路的运算放大器来实现。对于高频应用(＞1GHz)而言，通常通过以正确偏置的谐振隧道二极管(RTD)的形式实现NDC来获得更好的性能。

为了增强对后一种方法的理解，图1示出了RTD的特性曲线与标准PN结二极管的特性曲线相比较的示例。

在标准PN结二极管中，只有对标准PN结二极管的端子施加的电压大到足以克服PN结的势垒，才发生传导。因此，标准PN结二极管的电流-电压特性呈现正电阻／电导率，而与如图1中虚曲线所示施加的偏置电压无关。

另一方面，RTD与普通PN结二极管相比呈现与众不同的电流-电压特性。RTD的特性曲线由图1中的实线所示。该曲线的三个最重要方面是：i)正向电流最初随着正向偏置电压从零伏增加而增加150到局部最大值(峰值)110，ii)正向电流在通过局部最大值110之后随着正向偏置电压的增加而减小120到局部最小值(谷值)130；并且最后iii)正向电流在通过局部最小值130之后再次随着正向偏置电压的增加而增加140。因此，如可以从图1推断，当电流随着正向偏置电压的增加而减小时，RTD在特性曲线的部分120处呈现负微分电导。类似地，当电流随着正向偏置电压的增加而增加时，RTD在特性曲线的部分140、150处呈现正微分电阻。

如上所述，在UWB系统中，将信号作为短脉冲(小波)发射。为此目的，期望控制NDC的幅度，从而使得能够在期望的时段期间(即，在短脉冲的持续时间内)向辐射元件提供振荡信号。

已经提供了用于提供短高频脉冲的现有技术解决方案，其中通过紧邻双势垒隧道二极管嵌入金属栅极来形成选通隧道二极管(gated tunnel diode)。选通隧道二极管的NDC根据以上公开，用于补偿储能电路中(或整个振荡器电路中)损耗，并因此在储能电路中提供持续不断振荡。对栅极施加的偏置控制电路中NDC的幅度，并且可以用于接通和关断振荡器。

即使选通隧道二极管可以用于提供小波，但是选通隧道二极管中要求的内部选通相对于小波产生的灵活性引入了约束。此外，即使将栅极设定成非常负的值，也不能完全截止流经选通隧道二极管的二极管电流。

因此，需要一种用于提供小波的更有效率且更灵活的解决方案。

发明内容