CN1685611A - 产生循环脉冲的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于产生循环脉冲的方法和设备。第一差分对包括用于第一单极脉冲的输入端，以及用于第二单极脉冲的第二输入端，所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲具有相反的极性。所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲在延迟装置中被延迟，第二差分对包括用于所述被延迟的第一单极脉冲的输入端，以及用于所述被延迟的第二单极脉冲的第二输入端。所述装置被设置为通过将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的输出信号组合起来形成循环脉冲。

Description

产生循环脉冲的方法和设备
技术领域
本发明涉及产生循环脉冲的方法和设备。
背景技术
在很多技术领域都需要循环脉冲，例如超宽频带技术(UWB)中。循环脉冲具有正负振幅，并且可以是双极脉冲，例如单循环或具有多个周期的脉冲。可以以多种方式产生循环脉冲。工作在雪崩模式的晶体管产生单循环脉冲，但是由于每次雪崩击穿并不以相同的方式发生，并且由于它对温度和其他环境变化很敏感，所以脉冲的相关性太低。这个方案对噪声也敏感，需要高的工作电压，这就妨碍了它在便携式设备中的应用。
也能够借助于传输线产生单循环脉冲。在这个方案中，将单极脉冲分入两个传输线。脉冲在传输线中传输时经历不同的延迟，并且另一条线也使脉冲的极性反向。然后不同传输线的脉冲被组合起来，形成单循环。这个方案也有很多问题。这个方案对电源，外部辐射以及与其相连的电路引起的噪声敏感。这个方案也可能产生不能被抑制的偶数阶谐波，因此引起大问题。另外，在集成电路中不能实现传输线，这就使其对于很多应用而言很困难和太大，例如便携式设备。
也可以通过在吉尔伯特乘法器(Gilbert multiplier)中组合两个单极脉冲来产生单循环脉冲，所述乘法器将一个输入单极脉冲乘1，将另一个单极脉冲乘-1。根据控制乘法的数据位可以改变乘法因数。乘法因数定义将被组合的脉冲的极性，因此通过将乘法因数从1变化到-1或者相反，可以改变输出单循环的相位。吉尔伯特乘法器的工作原理很复杂，因此容易产生问题。
发明内容
本发明的目的是提供更简单并更抗干扰的改进方案。通过产生循环脉冲的方法实现这个目的，所述方法包括：输入第一单极脉冲到第一差分对的一个输入端；输入第二单极脉冲到第一差分对的另一个输入端；所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲具有相反的极性；延迟所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲；输入所述被延迟的第一单极脉冲到第二差分对的一个输入端；输入所述被延迟的第二单极脉冲到第二差分对的另一个输入端；以及通过将与第一差分对的第一单极脉冲相关的输出信号和与第二差分对的第二单极脉冲相关的输出信号组合起来，形成循环脉冲。
本发明还涉及产生循环脉冲的设备，所述设备包括：包括用于第一单极脉冲的输入端和用于第二单极脉冲的第二输入端的第一差分对，所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲具有相反的极性；用于延迟所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲的装置；包括用于所述被延迟的第一单极脉冲的输入端和用于所述被延迟的第二单极脉冲的第二输入端的第二差分对；并且所述设备被设置为通过将与第一差分对的第一单极脉冲相关的输出信号和与第二差分对的第二单极脉冲相关的输出信号组合起来而形成循环脉冲。
在从属权利要求中描述本发明的优选实施例。
本发明的方法和设备具有多个优点。由于这个方案是基于差分对的，所以它对很多干扰都不敏感，例如来自其他电子设备或电路或谐波信号的噪声。连续的循环脉冲也非常稳定，只有非常小的变化。
附图说明
下面参考优选实施例和附图详细介绍本发明，其中
图1A表示UWB无线电发射机；
图1B表示UWB无线电接收机；
图2表示产生循环脉冲的简单电路；
图3A表示从差分对的时钟脉冲中产生窄脉冲的电路原理；
图3B表示从差分对时钟脉冲中产生窄脉冲的电路的框图；
图3C表示不同信号的脉冲图；
图4A表示产生具有多个循环的循环脉冲的结构框图；
图4B表示使用一对差分对产生循环脉冲的结构框图；以及
图5表示具有多个循环的循环脉冲。
具体实施方式
提供的方案可以被应用于很宽的技术领域中，例如UWB无线电，扩频应用，雷达系统，透过墙壁观察的成像应用，检查肿瘤或器官的医药应用等，但是并不限于此。
参考图1，分析UWB无线电发射机的主要部分作为例子。将一列单极脉冲输入到当前设备中。单极脉冲，其振幅只有一个符号(即振幅是非负或非正数值)，可以是时钟脉冲。将所述脉冲和反向脉冲馈入脉冲形成电路102，所述脉冲形成电路产生用于第一差分对106的脉冲。所述脉冲电路102是对脉冲形状进行滤波的滤波器，高斯脉冲经常是希望的脉冲形状。所述脉冲形成电路102输出相互间极性相反的单极脉冲，并且所述脉冲被馈入到第一差分对106的输入端。所述脉冲形成电路102不是必需的，而是可选的。在本领域中差分对本身是已知的。表示差分对基本结构的差分对106包括两个电阻器1060，1062，两个晶体管1064，1066以及电流源1068。所述晶体管1064，1066通过电阻器1060，1062连接到电源的正极，晶体管的发射极(或源极)连接到与电源负极相连的电流源1068。电流源1068也可以是晶体管。所述晶体管可以是双极结晶体管(BJT)或场效应管(FET)。
来自脉冲形成电路102的脉冲和反向脉冲被馈入到延迟电路104，所述延迟电路将所述脉冲延迟一个对应于所述脉冲持续时间的延迟时间或任何希望的延迟时间。所述延迟时间对循环脉冲的形状有影响，但是所述装置的工作并不限于任何延迟时间。然后被延迟的脉冲进入与第一差分对106相似的第二差分对108的输入端。差分对108的基本形式包括以与第一差分对106中对应部件相同的方式连接的两个电阻器1080，1082，两个晶体管1084，1086以及电流源1088。
差分对106，108的输出端在晶体管1060，1062，1080和1082的集电极(或漏极)。通过在组合器110中将与第一差分对106的非反向单极脉冲相关的输出信号(即晶体管1060的输出)和与第二差分对108的反向单极脉冲相关的输出信号(即晶体管1082的输出)组合起来而形成也可能被视为弱微波的循环脉冲。也可以通过在组合器112中将与第一差分对106的反向单极脉冲相关的输出信号(即晶体管1062的输出)和与第二差分对108的非反向单极脉冲相关的输出信号(即晶体管1080的输出)组合起来而形成循环脉冲。所述组合器110，112可以是本身在本领域中已知的模拟加法器。由于组合器可以以简单的方式实现，所以所述电路和所述操作是可靠的。来自组合器110，112的循环脉冲具有正相位。循环脉冲可以被应用于很宽的不同
技术领域。
在UWB无线系统中，转换器114一次将一个所述脉冲耦合到天线116。如果加法器110的输出端的循环脉冲是数字“1”，并且加法器112的输出端的循环脉冲是数字“0”，那么通过以正确的顺序将脉冲切换到天线116可以传输数字数据的位序列。因此转换器114的工作由将被传输的信息控制。在UWB无线系统中可能只使用一个脉冲，而不是将多个脉冲可选地耦合到所述天线。然后，所述转换器114可以将一个脉冲耦合到所述天线114，或者所述转换器114可以阻止脉冲被耦合到所述天线116。在这样的情况下，脉冲的传输表示数字“1”，阻止脉冲的传输表示数字“0”，或相反。由于这个方案能够同时产生两个循环脉冲，所以很容易使用BPAM(二进制脉冲调幅)或者支持节约集成电路面积的并行功能。提供的方案也能够被用于例如PPM或PTM应用中(脉位调制，脉冲时间调制)。在这样的情况下，可以在将所述脉冲输入到例如滤波器102的差分对中之前控制脉冲位置。在这样的情况下也不使用组合器110，112和转换器114。在UWB无线系统中，脉冲的持续时间可以低于一微秒，并且它们的出现频率可以是几百万赫兹。平均传输功率可以是几毫瓦。但是本方案并不限于任何特定的持续时间，频率或功率。
图1B表示UWB无线系统的接收器。所述接收器包括天线150，检测器152和差分单元154。所述差分单元154包括图1A，2，4A或4B中表示的一对差分对。天线150接收UWB信号，UWB信号进入检测器152，所述检测器使所述信号与由差分单元154生成的循环脉冲相关。检测器152基于所述相关检测信息并转发所述信息。可以由检测器152中的相关器或匹配滤波器实现所述相关。由于与传输相关的微分效应，由差分单元154生成的循环脉冲肯定具有比发射机处循环脉冲(见图3C)更多的与零点的交点(见图4A，4B和5)。
图2表示差分对输出信号的集电极交叉联结器。由于交叉联结器代替模拟加法器对信号进行模拟求和，所以可以将所述联结器作为组合器使用。另外，由于可以选择电阻器1060，1062的值，使他们对应于分路联结器的值，所以电阻器1080，1082(图1A中)不是必需的。
图3A和3B表示从时钟脉冲中形成用于差分对的单极脉冲的方案。可以同样地将时钟脉冲馈入到差分对，但是经常必须降低脉冲宽度。在图3A中，时钟300生成时钟脉冲，并且所述脉冲进入异或门304。所述时钟脉冲也被馈入到延迟元件302，并被延迟以生成希望的相位偏移。所述延迟的持续时间是所述时钟周期的一小部分。所述异或门304输出持续时间对应于延迟元件302中延迟的脉冲。例如，如果延迟元件302将时钟脉冲延迟所述时钟脉冲宽度的10％，那么异或门304的输出脉冲宽度是所述时钟脉冲宽度的10％(见图3C)。本身在本领域中已知的单端差分(single-end-to-differential)电路306从输入脉冲中生成两个脉冲。单端差分电路306的第一输出脉冲与输入脉冲相似，单端差分电路306的第二输出脉冲是输入脉冲的反脉冲。然后这两个脉冲被馈入到第一差分对。单端差分电路306的输出脉冲也在与延迟电路104相似的延迟电路308中被延迟。然后被延迟的脉冲被馈入到第二差分对。
图3B表示使用例如CMOS 0.35μm技术从时钟脉冲中生成短脉冲的结构。时钟300以与图3A中相似的方式输出时钟脉冲。所述脉冲被馈入到异或门312。在延迟元件310中被延迟的脉冲也被馈入到异或门。以与图3A中相同的方式(涉及元件302和304)通过延迟元件310中的延迟确定输出脉冲的宽度。然后来自异或门312的短脉冲进入单端差分电路314，所述单端差分电路生成两个脉冲，第一脉冲与输入脉冲相似，第二脉冲是输入脉冲的反脉冲。所述两个脉冲被馈入到第一差分对的输入端。
可以以下述方式产生用于第二差分对的脉冲。首先在延迟元件316中延迟时钟脉冲。这个延迟对应于图3A中延迟元件308的延迟以及图1中延迟元件104的延迟。另外以与用于第一差分对的脉冲相同的方式使用延迟元件318，异或门320和单端差分电路322生成用于第二差分对的脉冲。
图3C表示异或门的输入和输出的脉冲图。时钟脉冲CLOCK和被延迟的时钟脉冲CLOCKτ之间的相位偏移程度对应于异或门输出脉冲OUTPUT的持续时间。相位相反的循环脉冲CYCLIC PULSE1和CYCLIC PULSE2是差分对的输出。
图4A表示使用多对差分对400到404形成循环脉冲的装置。每对差分对400到404包括两个差分对，每个差分对与例如图1中的对106相同或相似。这些对的差分对400到404的输入脉冲在延迟电路406到408中被延迟不同的延迟时间。延迟元件406到408中的延迟可以表述为τk＝k·τcycle，其中k是延迟元件的索引，k＝1，...，N-1，N是差分对的对的数目，τcycle是由一对差分对400到404产生的基本循环脉冲的持续时间。延迟电路也可以位于每对差分对402到404之后。由每对差分对产生的基本循环脉冲在可以是模拟加法器或交叉联结器的组合器410中被组合。图4A表示在所述组合中只使用每对差分对的一个输出的结构。
参考图4B，也可以由一对差分对450产生对应于图4A结构所产生的循环脉冲的循环脉冲，这对差分对450的输出在延迟电路452到454中被延迟N-1次。第一被延迟基本循环脉冲在可以是模拟加法器或交叉联结器的组合器456中被组合。第二被延迟基本循环脉冲在可以是模拟加法器或交叉联结器的组合器458中被组合。因此，图4B表示在所述组合中使用每对差分对的两个输出的结构。也可以在图4A所示的结构中使用这类组合。
图5中表示了包括三个基本循环脉冲500到504的循环脉冲。差分对的对的数目是三，每对差分对都产生一个基本循环脉冲。也可以由图4B中所示的一对差分对和三个延迟产生循环脉冲。通常，当基本脉冲已经请求延迟时，所述组合是具有多个周期的循环脉冲。
虽然上面结合示例根据附图描述了本发明，但是很显然本发明并不局限于此，而是可以在权利要求的范围内以多种方式进行修改。

Claims (20)

1.一种产生循环脉冲的方法，所述方法包括：
输入第一单极脉冲到第一差分对的一个输入端；
输入第二单极脉冲到所述第一差分对的另一个输入端，所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲具有彼此相反的极性；
延迟所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲；
将所述被延迟的第一单极脉冲输入到第二差分对的一个输入端；
将所述被延迟的第二单极脉冲输入到所述第二差分对的另一个输入端；以及
通过将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的输出信号相组合而形成循环脉冲。
2.根据权利要求1的方法，所述方法包括将所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲延迟多个延迟周期，所述延迟周期的延迟与所述脉冲的持续时间相关。
3.根据权利要求1的方法，所述方法包括在将所述单极脉冲输入到所述差分对以前，形成所述单极脉冲的形状。
4.根据权利要求1的方法，所述方法包括使用交叉耦合将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的输出信号组合起来。
5.根据权利要求1的方法，所述方法包括使用模拟加法将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的输出信号组合起来。
6.根据权利要求1的方法，所述方法包括产生时钟脉冲序列；
从所述单极脉冲中形成所述第一和第二单极脉冲。
7.根据权利要求1的方法，所述方法包括连续地产生所述循环脉冲。
8.根据权利要求1的方法，所述方法还包括通过将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的一个输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的一个输出信号组合起来，以及通过将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的另一个输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的另一个输出信号组合起来，同时产生两个不同相位的循环脉冲。
9.根据权利要求1的方法，所述方法包括在UWB无线系统的发射机和接收机中连续地产生所述循环脉冲。
10.根据权利要求1的方法，所述方法包括由多对差分对形成基本循环脉冲，将所述多对差分对的基本循环脉冲延迟不同的延迟时间，以及通过将所述多对差分对的基本循环脉冲组合起来形成具有多个周期的循环脉冲。
11.一种用于产生循环脉冲的设备，所述设备包括：
第一差分对，包括用于第一单极脉冲的输入端以及用于第二单极脉冲的第二输入端，所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲具有彼此相反的极性；
用于延迟所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲的装置；
第二差分对，包括用于所述被延迟的第一单极脉冲的输入端，以及用于所述被延迟的第二单极脉冲的第二输入端；并且
所述设备被设置为通过将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的输出信号组合起来而形成循环脉冲。
12.根据权利要求11的设备，其中所述用于延迟的装置被设置为将所述第一单极脉冲和所述第二单极脉冲延迟多个延迟周期，所述延迟周期的延迟与所述脉冲的持续时间相关。
13.根据权利要求11的设备，其中所述设备还包括用于在将所述单极脉冲输入到所述差分对之前对所述单极脉冲进行整形的滤波器。
14.根据权利要求11的设备，其中所述设备包括用于将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的输出信号组合起来的交叉联结器。
15.根据权利要求11的设备，其中所述设备包括用于将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的输出信号组合起来的模拟加法器。
16.根据权利要求11的设备，其中所述设备包括用于产生时钟脉冲序列的时钟；
用于根据所述时钟脉冲形成所述第一和第二单极脉冲的单元。
17.根据权利要求11的设备，其中所述设备被设置为连续地生成所述循环脉冲。
18.根据权利要求11的设备，其中所述设备被设置为通过将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的一个输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的一个输出信号组合起来，以及通过将与所述第一差分对的第一单极脉冲相关的另一个输出信号和与所述第二差分对的第二单极脉冲相关的另一个输出信号组合起来而同时产生两个不同相位的循环脉冲。
19.根据权利要求11的设备，其中所述设备被设置为在UWB无线系统的发射机和接收机中连续地产生所述循环脉冲。
20.根据权利要求11的设备，其中所述设备包括用于形成基本循环脉冲的多对差分对，用于将所述多对差分对的基本循环脉冲延迟不同延迟时间的延迟装置，以及用于将所述多对差分对的基本循环脉冲组合起来以形成具有多个周期的循环脉冲的装置。
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