[发明专利]连续脉冲发生器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及脉冲发生器技术。

背景技术

超宽带（Ultra Wideband，UWB）是一种用短脉冲（0.1nm~1.5ns）进行传输的、带宽比（射频带宽与中心频率之比）极高的无线通信技术，它以通信速率高、隐蔽性好、不占用新的频谱资源三大优势，兴起于二十世纪末，并在军事、民用等领域获得广泛应用。与传统的蓝牙、WLAN等窄带技术相比，UWB技术具有传输速率高（几百Mbit/s）、抗干扰性能强、功耗低、保密性能好等特点，主要应用于室内通信、高速无线LAN、雷达等领域。美国联邦通讯委员会FCC规定，民用UWB频谱范围为3.1~10.6GHz，有两种模式：多频带TD/FDMA和直接频带DS-SS。产生UWB本振信号的方式有两种：正交频分多路复用OFDM-UWB和脉冲无线电IR-UWB。OFDM-UWB不允许频率偏移，因此需要使用基于锁相环的频率合成技术；而IR-UWB理论上允许频率偏移，IEEE 802.15.4a标准采用IR-UWB，由于采用突发传送模式，大大降低了系统功耗，应用于短距离、低功耗无线网络。

IR-UWB技术直接发射和接收脉冲通信，利用纳秒至皮秒级得窄脉冲传输数据，具有传输速率高、抗多径能力强、安全性好以及精确的定位能力等诸多优点。而在IR-UWB技术中，需要脉冲发生器来产生满足电路工作要求的连续脉冲波形，因而脉冲发生器是其重要的部件之一。

在该技术领域中，衡量UWB脉冲发生器的三个主要技术指标是：脉冲输出幅度、脉冲重复频率、脉冲波形。现有技术中，产生IR-UWB工作所需脉冲的方法很多，而传统基于三极管雪崩效应的脉冲发生器，以其易于实现的优势成为人们关注的首要方法。目前通过多管串联、并联、Marx矩阵等方法对此类传统脉冲发生器不断研究改进，取得一定的进展，主要技术指标可以达到：脉冲幅度为8.25V,脉冲重复频率50MHz、脉冲波形主要为近似高斯脉，但是与UWB技术标准对最高脉冲重复频率480MHz和FCC的辐射掩蔽条件对脉冲波形的要求还存在较大的差距。

而随着半导体技术的发展，目前现有技术中用来产生UWB脉冲的电路大多为全固态类型的高速电子器件，如光电器件和高速电子器件等。IR-UWB工作所需连续脉冲产生的方法大致可以分为两类：光电方法和电子方法。光电方法可以得到ps（10^-12s）级宽度的UWB脉冲，并且一致性好，是最有应用前途的一类方法，但目前仍处研究阶段。电子方法利用半导体PN结反向雪崩良性击穿特性以及高速数字组合逻辑电路产生1ns以下UWB脉冲，因其电路结构简单而得到广泛的研究与应用。

现有技术中的电子方法主要又可以分三种：第一种是利用高速CMOS逻辑门电路的竞争现象产生UWB脉冲，这种方式能产生近似各阶微分高斯脉冲，但输出脉冲幅度低，通常为几百mV，电路静态功耗较大；第二种是传统的基于BJT的雪崩击穿导通控制电容放电形成UWB脉冲。这类脉冲发生器输出脉冲幅度大、电路静态功耗接近零、脉冲宽度小且容易控制，但一般只能产生近似高斯脉冲，频谱直流分量大，需要经过严格的波形成型才能符合FCC辐射掩蔽标准；第三种是利用各种高速电子器件，如隧道二极管、阶跃恢复二极管、脉冲放电管、砷化稼场效应管逻辑电路等集成电路等。

除此之外，现有技术中还出现了利用数字电路的竞争-冒险原理产生UWB极窄脉冲，设计的UWB脉冲发生器电路如图1和图2所示。图1为用一路时钟信号与同一时钟信号经过延迟线后输入到异或门进行异或运算。根据异或门逻辑关系，只有在时钟信号的上升沿与下降沿时，两输入电平才不同，此时门电路输出逻辑高电平“1”，其它时间两输入电平相同，门电路输出逻辑低电平“0”。调整延时线的延时量就可以改变两个输入信号的相位差，输出宽度受延时量控制高电平脉冲。通过简单的对延迟线延时量的控制得到UWB脉冲，再由脉冲整形、放大等电路处理，得到脉冲宽度、幅度等指标符合要求的脉冲信号。