CN100592725C - 使用混沌信号的发射机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用混沌信号的发射机，其根据发射的数字数据信号接通/断开混沌信号发生器的电源电压，而不需要用于结合混沌信号和数字数据信号的分离调制器。发射机使用混沌信号，用于调制预定数字数据以发射。当提供电源电压时接通混沌信号发生器，以生成混沌信号，以及当切断电源电压时断开。电源电压开关根据数字数据向混沌信号发生器提供电源电压和切断混沌信号发生器的电源电压。进一步，根据数字数据提供/切断混沌信号发生器的电源电压，所以混沌信号发生器的输出是数字数据的调制信号。

Description

使用混沌信号的发射机

优先权声明

本发明要求于2005年8月23日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2005-77369号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于使用宽频带混沌信号(chaotic signal)发射数字数据的发射机。更具体而言，本发明涉及一种发射机，其根据数字数据信号接通/断开混沌信号发生器的电源电压，从而不需要用于使混沌信号和数字数据信号结合的独立的调制器(separatemodulator)。

背景技术

一般而言，混沌信号是指不具有相位的非周期信号和宽频带信号。典型的周期信号具有根据时间的规则相位，因此当增加逆相位的干扰信号时，周期信号可能会失真或被消除。然而，由于混沌信号不具有明显相位，所以它不会与任何逆相位信号或感应到的邻近干扰信号产生干扰。这样有助于保护数据信号中的信息。此外，在频域内，不管宽频带中的周期如何，混沌信号大小相同，并显示出较好的能量效率。

这种混沌信号适合于信息传送和用作载波。这样就消除了诸如由于少量尖峰信号在调制解调器中产生的跳时(time hopping)的分离编码的需要，并且还通过开关键控(On-Off Keying，缩写为OOK)简化了发射机/接收机的结构。此外，使用混沌信号的调制方法通过系统中的小变化确保了混沌信号的控制，从而实现了具有较高功率效率的通信系统。此外，混沌信号基本上具有扩展进更宽频率带宽的连续频谱，因此，可应用于需要能量带宽的调制中，以在较宽的带宽内没有损耗。

图1是示出使用混沌信号的传统发射机的框图。如图1所示，使用混沌信号的传统发射机包括混沌信号发生器11、带通滤波器12、调制器13、放大器14、以及天线ANT。混沌信号发生器11生成混沌信号。带通滤波器12防止混沌信号影响另一频带的系统同时阻止邻近的干扰信号。调制器13将将要发射的发射数据乘以混沌信号，从而通过OOK方法调制相乘的结果，放大器14将由调制器调制的信号以给定增益进行放大。此外，天线ANT将通过放大器14放大的调制信号发射到自由空间。

在这种使用混沌信号的传统发射机中，混沌信号发生器11需要当发射发射数据时保持连续待机(stay on)，因此消耗了大量的能量。此外，当以OOK形式通过调制器直接调制时，混沌信号使得调制器13经受相对较大量的功率消耗。因此，使用混沌信号的传统发射机尤其不利于要求低功率的无线移动通信。

此外，通过OOK形式的调制器13的开启/关闭改变的阻抗引起如图2的传统发射机的输出波形中所示的尖峰信号现象21。这不利地影响了整个发射/接收系统。

此外，当发射数据为‘0’(发射数据具有‘0’和‘1’两种状态)时，来自调制器13的信号被有限制地隔离，因此信号发生耦合。不利地，这样导致了如图2参考标号22中所示‘0’的失败输出。这种由寄生电容-感应耦合引起的现象使得信号的动态范围变窄，并且潜在地降低了接收机的接收灵敏度。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术的前述问题，因此，根据本发明特定实施例的目的在于提供一种使用混沌信号的发射机，其根据将要被发射的发射数据值接通/断开提供给混沌信号发生器的电源电压，所以从混沌信号发生器中输出的混沌信号是根据发射数据的调制信号。

根据用于实现该目的的本发明的一个方面，提供了使用混沌信号的发射机，用于调制预定数字数据以进行发射，该发射机包括：混沌信号发生器，用于当电源电压被提供时接通，以生成混沌信号，且当电源电压被切断时断开；以及电源电压开关，用于根据数字数据，将电源电压提供给混沌信号发生器和切断混沌信号发生器的电源电压；其中，根据数字数据提供/切断混沌信号发生器的电源电压，使得来自混沌信号发生器的输出是数字数据的调制信号。

根据本发明的实施例，混沌信号发生器包括：多个信号发生器，每个信号发生器均用于生成由基波和基波的多个谐波组成的信号，信号发生器的基波彼此不同；以及混频器，用于对由信号发生器生成的信号进行混频，以生成具有信号的合频(sum frequency)和信号的谐波的混沌信号。

此外，根据本发明的实施例，电源电压开关包括：输入端，用于接收发射的数字数据；输出端，用于将开关的电源电压提供给混沌信号发生器；第一晶体管，具有连接到输入端的栅极、连接到电源电压的漏极、以及连接到输出端的源极；第二晶体管，具有连接到输出端的漏极以及连接到地的源极；以及逆变器(inverter)，连接在输入端和第二晶体管的栅极之间。

根据本发明实施例的使用混沌信号的发射机还包括：带通滤波器，用于通过由混沌信号发生器生成的混沌信号之外的预设频带的信号分量；以及放大器，用于将信号分量以给定增益进行放大。

此时，优选地，带通滤波器与放大器整体形成，带通滤波器和放大器的整体结构包括具有多个放大级的共源共栅放大器结构，其中，多个放大级中的每一放大级均包括：包括晶体管的放大部、包括电容器的带通滤波部、以及电容性地连接到放大部的电感器。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和其它优点将更加显而易见，其中：

图1是示出使用混沌信号的传统发射机的框图；

图2是示出从使用混沌信号的传统发射机输出的输出信号的波形图；

图3是示出根据本发明的实施例的使用混沌信号的发射机的框图；

图4是示出使用在根据本发明的另一个实施例的使用混沌信号的发射机中的混沌信号发生器的框图；

图5a和5b是分别示出图4的混沌信号发生器的第一和第二信号发生器的电路图；

图6是示出在根据本发明的又一实施例的使用混沌信号的发射机中使用的示例性电源电压开关的结构图；

图7是示出在根据本发明的又一实施例的使用混沌信号的发射机中的混沌信号发生器的输出波形的波形图；

图8a是示出根据本发明的又一实施例的示例性整体带通滤波器和放大器的详细电路图；以及

图8b是示出根据本发明再一实施例的示例性整体带通滤波器和放大器的等效电路图。

具体实施方式

以下将参考附图更加完整地描述本发明，其中，示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以不同的形式实施，并可以不限于这里所提出的实施例。提供这些实施例，使得本文的披露将是全面和完整的，并且对于本领域的技术人员来说将会全面覆盖本发明的范围。在附图中，为了清楚夸大了形状和尺寸，且相同的参考标号用于表示相同或相似的部件。

图3是示出根据本发明实施例的使用混沌信号的发射机的框图。

参考图3，根据本发明实施例的使用混沌信号的发射机包括混沌信号发生器31和电源电压开关32。当提供电源电压V_DD时，接通混沌信号发生器31以生成混沌信号。同样，当切断电源电压V_DD时，断开混沌信号发生器31。电源电压开关32根据输入的数字数据，将电源电压V_DD提供给混沌信号发生器31和切断混沌信号发生器31的电源电压。此外，发射机还包括整体构造的带通滤波器33a和放大器33。

混沌信号发生器31在相同申请人(或该申请的受让人)提交的韩国专利申请第2005-60391号中进行了详细披露。图4是示出在该文献中提出的混沌信号发生器的结构。图4示出由第一信号发生器和第二信号发生器组成的示例性混沌信号发生器。然而，本发明不限于此，本领域的技术人员应该明白，根据本发明的应用实施例可以改变信号发生器的数目。

参考图4，根据本发明的混沌信号发生器包括第一信号发生器311、第二信号发生器312、以及混频器313。第一信号发生器311生成包括第一基波和第一基波的多个谐波的第一信号。同样，第二信号发生器312生成包括第二基波和第二基波的多个谐波的第二信号。混频器313将来自第一信号发生器311的第一信号和来自第二信号发生器312的第二信号进行混频，以生成具有第一信号和第二信号的合频以及第一信号和第二信号的谐波的混沌信号。

来自第一信号发生器311的第一信号是包括第一基波和第一基波的谐波的方波信号。来自第二信号发生器312的第二信号也是包括第二基波和第二基波的谐波的方波信号。这里，第一和第二信号可以是脉波、三角波、或锯齿波信号。

第一和第二信号发生器311和312的每一个均生成具有多个频率的方波信号。因此，第一和第二发生器的每一个可以是适合于生成这种方波的环形振荡器。

优选地，来自第一信号发生器311的第一基波的频率被设置为不同于来自第二信号发生器312的第二基波的频率，以生成具有多个频率的混沌信号。

进一步，第一和第二发生器311和312可以配置为基本相同的电路。然而，第一信号发生器311的第一基波被设置为不同于第二信号发生器312的第二基波。图5a和5b示出第一信号发生器311和第二信号发生器312的示例性结构。

图5a和5b是示出第一和第二信号发生器的电路图。图5a是图4中第一信号发生器的电路图，图5b是图4中第二信号发生器的电路图。

参考图5a，本发明的第一信号发生器311包括多个逆变器(inverter)型放大器A11至A13、反馈电路111、以及延迟电路3111A和3111B。逆变器型放大器A11至A13串联连接。反馈电路111具有共同连接至逆变器型放大器A11至A13的输入端和输出端的反馈线FBL。此外，延迟电路3111A设置在信号线SL1和反馈线FBL之间，且延迟电路3111B设置在信号线SL2和反馈线FBL之间。信号线SL1和SL2将逆变器型放大器A11至A13连接在一起。

这里，该实施例的第一信号发生器311包括三个或多于三个的奇数个逆变器型放大器。即，可以级联采用三、五、七或多个这种放大器。

例如，在第一信号发生器311具有第一、第二、和第三放大器A11至A13的三级放大器结构的情况下，第一逆变器型放大器A11具有包括串联连接的P-MOS晶体管M11和N-MOS晶体管M12的CMOS逆变器结构，第二逆变器型放大器A12具有包括串联连接的P-MOS晶体管M21和N-MOS晶体管M22的CMOS逆变器结构，以及第三逆变器型放大器A13也具有包括串联连接的P-MOS晶体管M31和N-MOS晶体管M32的CMOS逆变器结构。

这里，第一逆变器型放大器A11具有在P-MOS晶体管M11和N-MOS晶体管M12都工作的点处施加的电源电压V_DD。同样地，第二逆变器型放大器A12具有在P-MOS晶体管M21和N-MOS晶体管M22都工作的点处施加的电源电压V_DD。第三逆变器型放大器A13也具有在P-MOS晶体管M31和N-MOS晶体管M32都工作的点处施加的电源电压V_DD。随后，通过电源电压V_DD启用第一、第二、和第三逆变器型放大器A11至A13的每一个。

此外，反馈电路111包括至少一个电平阻尼电阻(level dampingresistor)。优选地，反馈电路111包括电平阻尼电阻R13至R15，每个电平阻尼电阻设置在每个逆变器型放大器A11至A13的输入端和输出端之间。

电平阻尼电阻R13至R15用于限制反馈回放大器A11至A13中的每一个的输入端的输出信号的电平，从而，防止了反馈输出信号的总电平。

延迟电路3111A和3111B的每一个可以为包括电阻器和电容器的RC电路。例如，延迟电路3111A和3111B可以被配置为RC串联电路、RC并联电路或RC串并联电路。图5a中延迟电路3111A和3111B的每一个均被构造为包括电阻器R11或R12和电容器C11或C12的RC并联电路。

进一步，参考图5b，本实施例的第二信号发生器312包括多个逆变器型放大器A21至A23、反馈电路121、以及延迟电路3121A和3121B。逆变器型放大器A21至A23串联连接。反馈电路121具有共同连接至逆变器型放大器A21至A23的输入端和输出端的反馈线FBL。延迟电路3121A设置在信号线SL1和反馈线FBL之间，且延迟电路3121B设置在信号线SL2和反馈线FBL之间。信号线SL1和SL2将逆变器型放大器A21至A23连接在一起。

这里，本发明的第二信号发生器312包括三个或多于三个的奇数个逆变器型放大器。即，可以级联采用三、五、七或多个这种放大器。

例如，在第二信号发生器312具有第一、第二、和第三放大器A21至A23的三级放大器结构的情况下，第一逆变器型放大器A21具有包括串联连接的P-MOS晶体管M41和N-MOS晶体管M42的CMOS逆变器结构，第二逆变器型放大器A22具有包括串联连接的P-MOS晶体管M51和N-MOS晶体管M52的CMOS逆变器结构，以及第三逆变器型放大器A23也具有包括串联连接的P-MOS晶体管M61和N-MOS晶体管M62的CMOS逆变器结构。

这里，第一逆变器型放大器A21具有在P-MOS晶体管M41和N-MOS晶体管M42都工作的点处施加的电源电压V_DD。同样地，第二逆变器型放大器A22具有在P-MOS晶体管M51和N-MOS晶体管M52都工作的点处施加的电源电压V_DD。第三逆变器型放大器A23也具有在P-MOS晶体管M61和N-MOS晶体管M62都工作的点处施加的电源电压V_DD。随后，通过电源电压V_DD启用第一、第二、和第三逆变器型放大器A21至A23的每一个。

此外，反馈电路121包括至少一个电平阻尼电阻。优选地，反馈电路121包括电平阻尼电阻R23至R25，每一个均设置在每个逆变器型放大器A21至A23的输入端和输出端之间。

电平阻尼电阻R23至R25限制反馈回放大器A21至A23中的每一个的输入端的输出信号的电平，从而，防止了反馈输出信号的总电平。

延迟电路3121A和3121B中的每一个可以为包括电阻器和电容器的RC电路。例如，延迟电路3121A和3121B可以被配置为RC串联电路、RC并联电路或RC串并联电路。图5b中延迟电路3121A和3121B中的每一个均被构造为包括电阻器R21或R22和电容器C21或C22的RC并联电路。

以这种方式，当施加电源电压V_DD时接通混沌信号发生器31。根据本发明，通过下面详细描述的电源电压开关(参考图3的标号32)将电源电压V_DD提供给混沌信号发生器或切断混沌信号发生器的电源电压。

图6是示出使用在本发明实施例中的电源电压开关的详细电路图。

参考图6，电源电压开关32包括输入端IN、输出端OUT、第一晶体管321、第二晶体管322、以及逆变器323。输入端IN接收数字发射数据。输出端OUT将开关的电源电压V_DD提供给混沌信号发生器(图3的参考标号31)。第一晶体管具有连接到输入端IN的栅极、连接到电源电压V_DD的漏极、以及连接到输出端OUT的源极。同样地，第二晶体管322具有连接到输出端OUT的漏极和连接到地的源极。逆变器323连接在输出端IN和第二晶体管322的栅极之间。

数字发射数据是由‘0’和‘1’组成的信号。在‘1’被输入到电源电压开关32的输入端IN的情况下，电源电压开关32的第一晶体管321导通，以及通过逆变器323截至第二晶体管322。从而，电源电压提供给混沌信号发生器(图3的参考标号31)，以接通混沌信号发生器。同时，在‘0’被输入到电源电压开关32的输入端IN的情况下，第一晶体管321截至，并通过逆变器322导通第二晶体管322。此时，电源电压没有提供给混沌信号发生器，所以不能接通混沌信号发生器，从而输出‘0’。特别地，第二晶体管连接到逆变器的输出端，因此与第一晶体管321的操作相反。这样就迅速地旁路存储在导通/截至第二晶体管322时电路的寄生电容中的电荷，从而，使得系统免受任何影响。

以这种方式，当发射数据值为‘1’时，电源电压开关32将电源电压V_DD提供给混沌信号发生器，以输出混沌信号。同样，当发射数据值为‘0’时，切断混沌信号发生器的电源电压V_DD，使得混沌信号发生器的输出为0。即，当发射数据为1时，接通混沌信号发生器(图3的参考标号31)，以及当发射数据为0时断开混沌信号发生器。这样使得输出与通过OOK调制的发射数据相同的信号。

根据刚刚描述的本发明的操作，混沌信号发生器实现如图7所示的输出。在发射数据为‘1’的情况下，电源电压被提供给混沌信号发生器，以输出混沌信号。同时，在发射数据为‘0’的情况下，切断混沌信号发生器的电源电压，以输出‘0’的混沌信号。在根据本发明的使用混沌信号的发射机中，仅当发射数据的输入值为‘1’时才接通混沌信号发生器。这样确保与连续开启的传统混沌信号发生器相比显著减小了功耗。

此外，当发射数据的输入值为‘0’时，混沌信号发生器根本不接通，从而与对耦合敏感的使用混沌信号的传统发射机相反，精确地输出了‘0’。

进一步，本发明解决了由接通/断开混沌信号发生器改变的阻抗引起的尖峰信号现象的传统问题。再次参考图3，根据本实施例的使用混沌信号的发射机具有整体形成的带通滤波器33a和放大器33。在关于本实施例的描述中，以下这种整体的滤波器/放大器被称为“具有带通滤波器特性的整体放大器”，并用参考标号33来表示。

图8a和图8b是示出根据本发明的实施例的具有带通滤波器特性的整体放大器的详细电路图和等效电路图。该实施例示出具有级联连接的四个放大器的结构，但是放大器的数目不受本发明的限制。

参考图8a和8b，具有带通滤波器特性的整体放大器33被构造为由多个放大级组成的共源共栅放大器(cascode amplifier，共阴共栅放大器)。每个放大级均包括：由晶体管构成的放大部(AMP1至AMP4的其中之一)、由电容器(任意C1至C9)构成的带通滤波器、以及电容性地耦合到放大部的电感器(L1至L4的其中之一)。

即，如图8b所示，根据本实施例的具有带通滤波器特性的整体放大器33可以被构造为具有四极的电容性耦合的带通滤波器。每个放大级的电感器和电容器执行阻抗匹配，并用作具有滤波器特性的并联振荡电路。连接到放大级的电容器C_total表示用于反馈每个放大级和诸如晶体管漏极电容的寄生电容的信号的电容C2、C4、C6、和C8的总和。一般地，当CMOS配置有包括电感器和电容器的带通滤波器时，其特点在于，CMOS基板经受损耗。因此，诸如电感器的有源器件经受很大的功率损失，并且由于芯片还需要具有很大的面积，所以导致适用性下降。因此，采用具有优良特性的外部芯片滤波器。此外，由于滤波器的单价在整个产品价格中的重要因素，任选地，功率放大器需要起到滤波器的作用，并用于放大信号，以实现低芯片价格和小型化，如本发明中的放大器。

如上所述，根据本发明的优选实施例，仅当发射数据的输入值为‘1’时才接通混沌信号发生器。这样与传统混沌信号发生器相比就显著减小了功耗。

此外，当发射数据的输入值为‘0’时，不接通混沌信号发生器，从而精确输出‘0’，而不受耦合效应的影响。

此外，由于本发明不使用调制器，从而消除了由接通/断开调制器改变的阻抗引起的尖峰信号现象。

虽然结合优选实施例示出并描述了本发明，对于本领域的技术人员来说，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出修改和变化。

Claims (6)

1.一种使用混沌信号的发射机，用于调制预定数字数据以进行发射，所述发射机包括：

混沌信号发生器，用于当电源电压被提供时接通以生成所述混沌信号，且当所述电源电压被切断时断开；以及

电源电压开关，用于根据所述数字数据将所述电源电压提供给所述混沌信号发生器和切断所述混沌信号发生器的所述电源电压；

其中，根据所述数字数据提供/切断所述混沌信号发生器的所述电源电压，使得所述混沌信号发生器的输出是所述数字数据的调制信号。

2.根据权利要求1所述的发射机，其中，所述混沌信号发生器包括：

多个信号发生器，其每一个都用于生成由基波和所述基波的多个谐波组成的信号，所述多个信号发生器的所述基波彼此不同；以及

混频器，用于将由所述多个信号发生器生成的所述信号进行混频，以生成具有所述信号的合频和所述信号的所述谐波的所述混沌信号。

3.根据权利要求1所述的发射机，其中，所述电源电压开关包括：输入端，用于接收发射的所述数字数据；

输出端，用于将开关的电源电压提供给所述混沌信号发生器；

第一晶体管，具有连接到所述输入端的栅极、连接到所述电源电压的漏极、以及连接到所述输出端的源极；

第二晶体管，具有连接到所述输出端的漏极和连接到地的源极；以及

逆变器，连接在所述输入端和所述第二晶体管的栅极之间。

4.根据权利要求1所述的发射机，还包括：

带通滤波器，用于通过由所述混沌信号发生器生成的所述混沌信号之外的预设频带的信号分量；以及

放大器，用于将所述信号分量以给定增益进行放大。

5.根据权利要求4所述的发射机，其中，所述带通滤波器与所述放大器整体形成。

6.根据权利要求5所述的发射机，其中，所述带通滤波器和放大器的整体结构包括具有多个放大级的共源共栅放大器结构，

其中，所述多个放大级中的每一放大级均包括：包括晶体管的放大部、包括电容器的带通滤波部、以及电容性地耦合到所述放大部的电感器。

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