CN102739266B - 一种基于数控振荡器的多模发射机 - Google Patents

Abstract

一种基于数控振荡器的多模发射机，属于射频集成电路技术领域，其特征在于：数控振荡器采用键合线做电感，以频率自校准方法来补偿键合线导致的振荡器频率偏差；将OOK信号作用于数控振荡器和功率放大器的开关，来实现OOK信号的输出；在数字域产生任意调频或调相的控制字输入数控振荡器来实现任意调频或调相的信号输出。该发射机能支持OOK调制方式和其他任意调频或调相方式，具有全集成、芯片面积小、功耗低的优点。

Description

一种基于数控振荡器的多模发射机

技术领域

本发明涉及射频集成电路技术领域，特别涉及一种基于数控振荡器的、带频率自校正发射机，具体为一种支持通断键控（On-Off Keying,OOK）、和任意一种调频或调相的发射机。

背景技术

随着通信技术的不断进步，要求收发机能支持多种调制方式。在目前常见的多模发射机结构比较复杂，而且功耗偏大。例如，在2004年的JSSCC第39券第12期论文“A Multimode0.3–200-kb/s Transceiver for the 433/868/915-MHz Bands in 0.25-μm CMOS”给出了一款支持频移键控（Frequency Shift Keying,FSK）、高斯频移键控（Gaussian FrequencyShift Keying,GFSK）、幅度键控（Amplitude Shift Keying,ASK）和OOK的多模发射机，但需要基于一个锁相环，结构相当复杂。

对于单独的FSK发射机、GFSK发射机、OOK发射机，有很多简单、低功耗的实现方法。例如，在2011年的JSSCC第46券第4期论文“A Low Energy Injection-Locked FSKTransceiver With Frequency-to-Amplitude Conversion for Body Sensor Applications”中设计了基于数控振荡器（Digitally Controlled Oscillator,DCO）的FSK发射机，但不支持OOK和GFSK，而且DCO的频率会偏差，影响发射信号质量。再例如，在2007年的JSSCC第42券第5期论文“An Energy-Efficient OOK Transceiver for Wireless SensorNetworks”设计了基于振荡器的OOK发射机，功耗很低，但因需要片外声表面波谐振器而无法实现全集成。

综上，传统的多模发射机结构复杂、功耗大、集成度差等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种支持OOK和任意一种调频或调相的多模发射机，以克服现有技术中电路复杂、功耗大、集成度差的缺点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为提供一种基于数控振荡器的多模发射机，该发射机包括：

分频器，分频器的分频比等于振荡器的目标谐振频率除以参考时钟的频率；因为数控振荡器的输出信号的频率往往比较高，将其分频之后得到一个与参考时钟频率相近的信号，然后分别将参考时钟和分频器的输出信号输入到两个计数器的时钟输入端，两个计数器分别以参考时钟和分频器的输出信号作为时钟来进行计数，

两个计数器，分别以参考时钟和分频器的输出信号作为时钟输入端，用于记录参考时钟和分频器输出信号的频率高低关系，如果其中一个计数器的计数超前于另外一个计数器的计数，说明前者的时钟频率比后者的时钟频率高，

比较器，对两个计数器输出的计数输出值进行比较，进而判定参考时钟和分频器的输出信号的频率高低关系，然后将比较的结果输出给校正控制器，

校正控制器，根据比较器的输出，对数控振荡器的控制字进行调整；如果以参考频率作为时钟的计数器的计数超前于以分频器输出信号作为时钟的计数器的计数，则说明参考时钟的频率比分频器输出信号的频率高，那么就调整数控振荡器的电容控制字来减小数控振荡器中电感-电容谐振腔内总电容的值，进而增大数控振荡器的输出频率；如果以参考时钟作为时钟的计数器的计数落后于以分频器输出信号作为时钟的计数器的计数，则说明参考时钟的频率比分频器输出信号的频率低，那么就调整数控振荡器的电容控制字来增大数控振荡器中电感-电容谐振腔内总电容的值，进而降低数控振荡器的输出频率；

数控振荡器，该数控振荡器为电感-电容谐振腔型，谐振腔的电感通过键合线来实现；由于键合线的电感值不准确、寄生电容的值也会偏差，所以会造成振荡器谐振频率的偏差，这种谐振频率偏差通过上述分频器、计数器、比较器和校正控制器组成的环路来进行振荡器输出频率的不断调整，直到数控振荡器的输出频率和目标频率的误差满足精度要求为止；

调频调相控制器，输出调频或调相的控制字码流，与校正控制器的输出通过加法器相加后输出到数控振荡器的控制字输入端，进而实现调频或调相；

加法器，将调频调相控制器输出的控制码流与校正控制器的输出的校正结果相加后输入到数控振荡器的控制字输入端，进而实现调频或调相；

功率放大器，将数控振荡器输出的调制信号通过天线放大输出；

通断键控控制器，输出待调制数字码流，对数控振荡器和功率放大器的电源开关进行通断控制，进而实现OOK信号的发射输出。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：结构简单，模拟部分只有一个数控振荡器和一个功率放大器，其余模块都能在数字域实现；系统包含模块少，而且数控振荡器采用键合线做电感，芯片面积小；具有数字频率自校正功能，能对键合线引起的振荡器频率偏差进行校正；数控振荡器采用键合线做电感，噪声小、功耗低；通断键控控制器同时控制数控振荡器和功率放大器的电源开关，进一步降低了系统在OOK模式下的功耗。

附图说明

图1是本发明实施例的基于数控振荡器的多模发射机框图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例的基于数控振荡器的多模发射机电路框图如图1所示，具有3种工作状态：

1）自校正状态。数控振荡器采用键合线做电感，优点是节省芯片面积，而且噪声低、功耗小；缺点是键合线电感值不准确、会随不同的键合工艺而偏差。此外，还存在不确定的寄生效应。这些会导致数控振荡器频率偏差。图1中，可以选取晶振来做参考时钟。第一计数器和第二计数器是完全相同的计数器，第一计数器在晶振作用下计数，数控振荡器的输出信号通过分频器进行分频，分频后的信号作为第二计数器的时钟，两个计数器的计数输出反应了两个时钟的频率高低关系。如果第一计数器的计数超前于第二计数器的计数，则说明晶振的频率高于分频器输出信号的频率；如果第一计数器的计数落后于第二计数器的计数，则说明晶振的频率低于分频器输出信号的频率。比较器对两个计数器的输出进行比较，比较的结果输出给校正控制器，例如：当第一计数器的计数超前于第二计数器的计数时，比较器输出0；当第一计数器的计数落后于第二计数器时，比较器输出1。校正控制器根据比较器的输出对校正控制器输出的控制字进行调整，例如：当比较器输出0时，校正控制器往上调整其输出控制字；当比较器输出1时，校正控制器往下调整其输出控制字。此时，调频调相控制器的输出为全0，与校正控制器的输出相加后输入到数控振荡器的控制字输入端，进而实现对数控振荡器频率的调整。通过这样的反馈控制，最终实现数控振荡器的频率自校正，例如：如果振荡器的振荡频率低于目标频率，那么分频器的输出信号频率就低于晶振频率，第一计数器的计数超前于第二计数器的计数，比较器输出0，校正控制字往上调整其输出控制字，与输出为0的调频调相控制字通过加法器相加后，输入到数控振荡器的控制字输入端，进而减小数控振荡器的电感-电容谐振腔中总电容的值，提高数控振荡器的谐振频率；如果振荡器的振荡频率高于目标频率，那么分频器的输出信号频率就高于晶振频率，第一计数器的计数落后于第二计数器的计数，比较器输出1，校正控制字往下调整其输出控制字，与输出为0的调频调相控制字通过加法器相加后，输入到数控振荡器的控制字输入端，进而增大数控振荡器的电感-电容谐振腔中总电容的值，降低数控振荡器的谐振频率；如此过程进行下去，直到数控振荡器的输出频率和目标频率的误差满足精度要求为止。

2）OOK发射状态。通断键控控制器输出待调制数字码流，这些码流直接控制数控振荡器和功率放大器的电源开关，对数控振荡器和功率放大器的电源开关进行通断控制，实现OOK的信号输出。例如：通断键控控制器输出0时，将数控振荡器和功率放大器的电源开关关断；通断键控控制器输出1时，将数控振荡器和功率放大器的电源开关打开。因为数控振荡器和功率放大器的电源同时关断，所以能降低OOK发射状态下的系统功耗。

3）调频或调相发射状态。调频调相控制器输出任意的调频或调相控制字码流，与校正控制器输出的校正结果相加后，输出给数控振荡器的控制字输入端，进而使得数控振荡器输出调频或调相信号，通过功率放大器将信号发射。例如：调频调相控制器输出FSK的控制字码流，与校正控制器输出的校正结果相加后，输出给数控振荡器的控制字输入端，进而使得数控振荡器输出FSK的信号，通过功率放大器将信号发射。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于数控振荡器的多模发射机，其特征在于，所述基于数控振荡器的多模发射机包括：一个分频器、两个计数器、一个比较器、一个校正控制器、一个数控振荡器、一个调频调相控制器、一个加法器、一个功率放大器和一个通断键控控制器，其中：

分频器，其输入端连接数控振荡器的信号输出端，其输出端连接第二计数器的时钟输入端，分频器的分频比等于振荡器的目标谐振频率除以参考时钟的频率，分别将参考时钟和分频器的输出信号输入到两个计数器的时钟输入端，两个计数器分别以参考时钟和分频器的输出信号作为时钟来进行计数，

两个计数器，第一计数器的时钟输入端连接参考时钟源，第二计数器的时钟输入端连接分频器的输出端，两个计数器的计数输出端连接比较器的输入端，两个计数器分别以参考时钟和分频器的输出信号作为时钟，如果其中一个计数器的计数超前于另外一个计数器的计数，说明前者的时钟频率比后者的时钟频率高，

比较器，其两个数字输入端分别连接两个计数器的计数输出端，其输出端连接校正控制器的数字输入端，对两个计数器输出的计数值进行比较，进而判定参考时钟和分频器输出的信号的频率高低关系，然后将比较的结果输出给校正控制器，

校正控制器，其数字输入端连接比较器的输出端，其数字输出端连接加法器的第一输入端，校正控制器根据比较器的输出，对数控振荡器的控制字进行调整；如果第一计数器的计数超前于第二计数器的计数，则说明参考时钟频率比分频器输出信号频率高，那么就调整数控振荡器的电容控制字来减小数控振荡器中电感-电容谐振腔内总电容的值，进而增大数控振荡器的输出频率；如果第一计数器的计数落后于第二计数器的计数，则说明参考时钟的频率比分频器输出信号的频率低，那么就调整数控振荡器的电容控制字来增大数控振荡器中电感-电容谐振腔内总电容的值，进而减小数控振荡器的输出频率；

数控振荡器，该数控振荡器为电感-电容谐振腔型，采用键合线作为谐振腔的电感，数控振荡器的电源开关控制端连接通断键控控制器的输出端，数控振荡器的控制字输入端连接加法器的输出端，数控振荡器的信号输出端连接功率放大器的信号输入端，该数控振荡器为电感-电容谐振腔型，谐振腔的电感通过键合线来实现，由于键合线的电感值不准确、寄生电容的值也会偏差，所以会造成数控振荡器谐振频率的偏差，这种谐振频率偏差通过上述分频器、第二计数器、比较器和校正控制器组成的环路来进行数控振荡器输出频率的不断调整，直到数控振荡器的输出频率和目标频率的误差满足精度要求为止，

调频调相控制器，产生任意调频或调相控制信号，其输出端连接加法器的第二输入端，

加法器，其第一输入端连接校正控制器的数字输出端，其第二输入端连接调频调相控制器的输出端，其输出端连接数控振荡器的控制字输入端，将调频调相控制器输出的控制码流与校正控制器的输出的校正结果相加后输入到数控振荡器的控制字输入端，进而实现调频或调相，

功率放大器，其信号输入端连接数控振荡器的信号输出端，其电源开关控制端连接通断键控控制器的输出端，其信号输出端连接天线，将数控振荡器输出的调制信号通过天线放大输出，

通断键控控制器，输出待调制的数字码流，其输出端分别连接数控振荡器的电源开关控制端和功率放大器的电源开关控制端。

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