CN100550625C - 一种窄脉冲的发生方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种窄脉冲的发生方法及其装置。该装置包括：数字信号源和与数字信号源相连的三个差分放大器及恒流源，工作时，利用三个差分放大器共同构成以输入信号电压为变量的两个双曲正切函数的乘积，获得窄脉冲。本发明电路简单，易于用集成电路实现，成本低，不需要微分器就能直接产生窄脉冲，通过在装置中设置分压器，还可以直接产生类似于高斯脉冲的窄脉冲，产生的窄脉冲可以用于超宽带系统中。

Description

一种窄脉冲的发生方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种窄脉冲的发生方法及其装置。
背景技术
超宽带(UWB：Ultra Wideband)通信技术是一种新型的无线通信技术，它在高速室内无线通信、目标定位、测距和无线局域网等方面都有着潜在而广泛的应用。
在UWB通信系统中，一种常见的实现方案是采用脉冲无线电技术(IR：ImpulseRadio)，脉冲无线电技术直接采用持续时间极短的窄脉冲来产生超宽带信号，窄脉冲的宽度通常只有几百皮秒到几纳秒，因此信号频谱可以在数GHz的频带范围内。采用这种窄脉冲实现的UWB通信系统又被称为超宽带脉冲无线电(UWBIR)。和传统的通信技术相比，UWB IR通信技术具有显著的优点，例如结构简单、抗多径干扰能力强、信号功率谱密度低、可以和其它系统共用频带等。
在UWB IR系统中，窄脉冲的产生是系统的关键问题，UWB系统对脉冲发生电路的要求是：电路复杂度低、功耗低、体积小、易于集成等。由于脉冲宽度通常很小，窄脉冲的产生有一定的难度，这也是UWB通信系统中研究热点和关键所在。目前，脉冲实现方案通常有：使用金属半导体场效应晶体管(MESFET)技术、使用阶跃二极管技术、使用Schottky二极管技术、传输线技术等。遗憾的是，上述的方法有的功耗太高、有的不利于集成、有的体积偏大、有的电路过于复杂、有的造价太高。
发明内容
本发明的目的是提供一种易于集成、功耗低、电路简单的窄脉冲的发生方法及其装置。
本发明提供的窄脉冲的发生方法，其特征在于采用三个差分放大器共同构成以输入信号电压为变量的两个双曲正切函数的乘积，获得窄脉冲。
用于上述窄脉冲发生方法的装置，其特征在于该装置包括：
-数字信号源：其边沿信号作为后续电路的激励信号；
-第一差分放大器：其输入端与数字信号源相连，其输出端产生以输入信号电压为变量的双曲正切函数；
-第二差分放大器：其输入端与数字信号源相连，其输出端产生以输入信号电压为变量的双曲正切函数；
-第三差分放大器：其输入端与数字信号源相连，其输出端分别与第一差分放大器的公共端和第二差分放大器的公共端相连；
-恒流源：与第三差分放大器的公共端相连，为第三差分放大器提供恒定电流。
-脉冲输出端子T1、T2：分别与第一差分放大器的输出端和第二差分放大器的输出端相连；
工作时，第一差分放大器输出端产生以输入信号电压为变量的双曲正切函数；第二差分放大器输出端产生以输入信号电压为变量的双曲正切函数；第三差分放大器输出端产生以输入信号电压为变量的双曲正切函数；三个差分放大器共同构成以输入信号电压为变量的两个双曲正切函数的乘积形式，在脉冲输出端子处获得窄脉冲。
通常，在装置中还设置有分压器，其连接于信号源输出端和第三差分放大器输入端之间，这样，通过调节分压器的分压比，可以改变产生窄脉冲的脉冲形状，在一定的分压比下，可以产生类似于高斯脉冲的窄脉冲。
本发明电路简单，易于用集成电路实现，成本低，不需要微分器就能直接产生窄脉冲，产生的窄脉冲可以用于超宽带系统中。
附图说明
图1是本发明的原理方框图；
图2是本发明的另一原理框图；
图3是本发明的一个具体实施电路图；
图4是本发明产生的窄脉冲信号时域波形图；
图5是本发明产生的窄脉冲信号时域波形图和理想高斯脉冲的时域波形对比图。
具体实施方式
参照图1，本发明的窄脉冲发生装置包括：
-数字信号源101：其边沿信号作为后续电路的激励信号；
-第一差分放大器102：其输入端与数字信号源相连，其输出端产生以输入信号电压为变量的双曲正切函数；
-第二差分放大器103：其输入端与数字信号源相连，其输出端产生以输入信号电压为变量的双曲正切函数；
-第三差分放大器104：其输入端与数字信号源相连，其输出端分别与第一差分放大器的公共端和第二差分放大器的公共端相连；
-恒流源106：与第三差分放大器的公共端相连，为第三差分放大器提供恒定电流。
-脉冲输出端子T1、T2：分别与第一差分放大器102的输出端和第二差分放大器103的输出端相连；
图2所示的窄脉冲发生装置，还包括分压器105，分压器105连接于信号源101输出端和第三差分放大器104输入端之间。
图3是本发明的一个具体实施电路图。图示具体实例中，数字信号源是一个数字信号发生器，其上升沿从-20mV上升到20mV时需要1ns，这个边沿信号作为后续电路的激励信号。第一差分放大器102由三极管Q1、Q2组成，第二差分放大器103由三极管Q3、Q4组成，第三差分放大器104由三极管Q5、Q6组成，分压器105由电阻R3和R4组成。
数字信号源的输出端和三极管Q1和Q4的基极及分压器电阻R3的一端共接；三极管Q1和Q2的发射极和三极管Q5的集电极共接；三极管Q3和Q4的发射极和三极管Q6的集电极共接；三极管Q5和Q6的发射极和恒流源的一端共接；三极管Q1和Q3的集电极和限流电阻R1及脉冲输出端子T1共接；三极管Q2和Q4的集电极和限流电阻R2及脉冲输出端子T2共接。
结合图3，本发明的工作原理如下：
设三极管Q1和Q2的集电极电流分别为I1和I2，三极管Q3和Q4的集电极电流分别为I3和I4，三极管Q5和Q6的集电极电流分别为I5和I6，通过限流电阻R1的电流为IA，通过限流电阻R2的电流为IB，恒流源的电流为I，分压器的输出电压为V2，数字信号源的输入电压为V1，Vt为热电压；根据差分放大器的传输特性，他们之间的关系为：
I5-I6＝I*Tanh(V2/(2*Vt))；
I3-I4＝I6*Tanh(V1/(2*Vt))；
I1-I2＝I5*Tanh(V1/(2*Vt))；
另外，从电路中可知，IA＝I1+I3，IB＝I2+I4，V2＝V1*R4/(R3+R4)；因此可得：
IA-IB＝I*Tanh(V1/(2*Vt))*Tanh(V1*R4/(R3+R4)/(2*Vt))(1)
则脉冲输出端子T1和T2处就会产生如式(1)所示的窄脉冲，其波形图如图4所示。数字信号源的每个上升沿或下降沿就产生一个窄脉冲信号。
如果合理选择分压器R3和R4的阻值，就可以控制产生的窄脉冲的形状，例如取R4/(R3+R4)＝1.2，即可以取R4＝10欧姆，R3＝2欧姆，此时产生的窄脉冲和高斯脉冲就十分接近，产生的波形图和理想高斯脉冲的对比图如图5所示。

Claims (3)

1.一种窄脉冲的发生方法，其特征在于采用三个差分放大器分别获得以输入信号电压为变量的双曲正切函数，将第三差分放大器的输出端分别与第一差分放大器的公共端和第二差分放大器的公共端相连，构成了以输入信号电压为变量的两个双曲正切函数的乘积，在第一个和第二个差分放大器的公共输出端获得窄脉冲。
2.用于权利要求1所述的窄脉冲发生方法的装置，其特征在于该装置包括：
-数字信号源(101)：其边沿信号作为后续电路的激励信号；
-第一差分放大器(102)：其输入端与数字信号源相连，其输出端产生以输入信号电压为变量的双曲正切函数；
-第二差分放大器(103)：其输入端与数字信号源相连，其输出端产生以输入信号电压为变量的双曲正切函数；
-第三差分放大器(104)：其输入端与数字信号源相连，其输出端分别与第一差分放大器的公共端和第二差分放大器的公共端相连；
-恒流源(106)：与第三差分放大器的公共端相连，为第三差分放大器提供恒定电流；
-脉冲输出端子(T1)、(T2)：分别与第一差分放大器(102)的输出端和第二差分放大器(103)的输出端相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于装置中还设置有分压器(105)，其连接于信号源输出端和第三差分放大器输入端之间。
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