CN102891691A

CN102891691A - 一种超宽带发射机装置

Info

Publication number: CN102891691A
Application number: CN2012104137767A
Authority: CN
Inventors: 李琛
Original assignee: Shanghai Integrated Circuit Research and Development Center Co Ltd
Current assignee: Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本发明公开了一种超宽带发射机装置，包括振荡器模块，功率放大器驱动模块，数据输入模块以及开关控制模块。振荡器模块产生高频振荡信号；功率放大器驱动模块接收高频振荡信号；数据输入模块，接收数字基带数据并产生具有超小占空比短脉冲的数据信号；开关控制模块，根据数据信号控制功率放大器驱动模块周期性地工作，从而自然地产生超宽带所要求的超短脉冲信号。本发明充分利用了超宽带的超短脉冲特性，极大地节省了发射机装置的功耗，提高了功率效率。

Description

一种超宽带发射机装置

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种超宽带发射机装置。

背景技术

无线传感器网络综合了无线通信技术、传感器技术、微机电技术、嵌入式计算技术、现代网络技术、分布式信息处理技术等等，能够通过各类集成化的微型传感器互相协作并实时监测、感知和采集各种环境和监测对象的信息，并对收集到的信息进行处理后通过无线通信的方式发送给终端用户，真正实现物理环境、信息世界、人类社会的交互和融合。因此，无线传感器网络具有非常广阔的应用前景和巨大的商用价值，近年来在国际上备受关注。

无线传感器网络可以在长期无人值守的状态下工作，应用领域非常广泛。典型的无线传感器网络可以分为数据采集网络和数据传输网络两部分构成。其中数据采集网络包括分布式传感器节点、信息协调基站和监控中心。作为收集和传输第一手信息和数据的无线传感器网络节点是传感器网络组网成功与否的重要基础和保证。一般来说，无线传感器网络是由许许多多功能相同或者不同的无线传感器节点组成的，每一个节点由数据采集单元、数据处理和控制单元、数据通信单元以及供电单元构成。其中数据通信单元负责本传感器网络节点与其他传感器网络节点或者信息协调基站间数据的发送和接收，是传感器网络节点与外界（其他节点或者基站）进行信息交流的途径和通道。

目前国际上实现无线传感器网络的主流发射机系统之一是超宽带短脉冲发射机系统。一种较为普遍的提高发射机能量效率的方式是使得发射机开关切换工作，即让整个发射机的电源电压在一段时间内打开，而在另一段时间内关闭，并重复性地进行开关切换循环。这种方式能够实现发射机的高能量效率的利用，但是由于整个发射机的电源电压不停地开关，在开关切换的过程中由于需要给各种电容（包括电路工作电容和寄生电容等）充放电操作，因此不仅浪费了不必要的能量消耗，而且也降低了发射机的工作速度。因此如何实现一种高能量效率的发射机系统架构，是实现无线传感器网络发射机实现低功耗需要重点解决的问题。

承上所述，如何避免现有技术中由于发射机开关切换工作而产生的能量消耗以及较低工作速度，已经成为亟待解决的课题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能有效提高能量利用效率与工作速度，避免不必要的能量消耗的超宽带发射机装置。

为达成上述目的，本发明提供一种超宽带发射机装置，包括振荡器模块，产生高频振荡信号；功率放大器驱动模块，耦接所述振荡器模块与片外发射天线，接收所述高频振荡信号；数据输入模块，接收数字基带数据并产生具有超小占空比短脉冲的数据信号；以及开关控制模块，耦接所述数据输入模块与所述功率放大器驱动模块，接收所述数据信号，并根据所述数据信号控制所述功率放大器驱动模块周期性地调制所述高频振荡信号以产生超短脉冲信号。

进一步的，所述超宽带发射机装置还包括频率调谐模块，耦接所述振荡器模块，控制所述振荡器模块产生所述高频振荡信号。

进一步的，所述频率调谐模块通过控制位控制所述振荡器模块产生所述高频振荡频率。

进一步的，所述开关控制模块根据所述数据信号的周期来驱动所述功率放大器驱动模块，使所述功率放大器驱动模块周期性地调制所述高频振荡信号。

进一步的，所述功率放大器模块产生所述超短脉冲信号以驱动所述片外发射天线的阻抗。

本发明的优点在于通过控制发射机装置的功率放大器驱动模块这一主要功耗模块间歇性地在极短的时间内工作而在其他时间内关闭，从而有效提高发射机装置的能量利用效率，提升工作速度，节省功率消耗。

附图说明

图1为本发明一实施例超宽带发射机装置的架构示意图。

图2为本发明另一实施例超宽带发射机装置的架构示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

请参考图1，其显示本发明一实施例的超宽带发射机装置的架构示意图。

超宽带发射机装置包括振荡器模块20、功率放大器驱动模块30、数据输入模块40、开关控制模块50。其中，振荡器模块20耦接功率放大器驱动模块30。振荡器模块20产生以一定工作频率振荡的正弦波信号，并将该正弦波信号输出至功率放大器驱动模块30。另一方面，数据输入模块40从数字基带10接收正弦波信号并将其转换为超小占空比短脉冲的数据信号。开关控制模块50耦接数据输入模块40与功率放大器驱动模块30，开关控制模块50根据这一超小占空比的短脉冲数据信号来控制功率放大器驱动模块30在一个周期内间歇性地工作。具体来说，当开关控制模块50接收到数据信号为“1”时，此时开关控制模块驱动功率放大器驱动模块工作，功率放大器驱动模块30等效处于打开状态，放大从振荡器模块20传输过来的正弦波信号；当开关控制模块50接收到的数据信息为“0”时，此时开关控制模块未驱动功率放大器驱动模块30，因此整个功率放大器驱动模块30等效处于关闭状态，无法放大从振荡器模块20传输过来的正弦波信号，从而仅输出一个被衰减的正弦波信号，或者在极端情况下没有信号输出。由此，在数据输入模块40输出超小占空比短脉冲数据信号的一个脉冲周期内，功率放大器驱动模块30在开关控制模块50的控制下，只在这一脉冲周期内的极短时间内工作而其他时间保持关闭，间歇性地调制由振荡器模块20输出的高频振荡信号，从而自然地产生超宽带所要求的超短脉冲信号，并驱动片外发射天线60的阻抗。由于开关控制模块50控制功耗较大的功率放大器驱动模块30周期间歇性地在极短的时间内工作而在其他时间内关闭，节省了整个超宽带发射机装置的消耗，提高了功率效率。此外，整个发射机装置的电源电压也无需不停切换开关，避免了开关切换过程中各种电容充放电操作造成的能量浪费。根据本发明的技术方案，通过电路实现，在发射等量为“1”、“0”时，可以将超宽带短脉冲发射机装置的平均功耗控制在5mA以内。

请参考图2，在本发明的另一实施例中，超宽带发射机装置还包括频率调谐模块70。频率调谐模块70耦接振荡器模块20，通过n位的控制位控制振荡器模块20的工作频率。在本发明的优选实施例中，控制位为5，频率调谐模块70控制振荡器模块20的工作频率在f1=3.6GHz、f2=4.1GHz、f3=4.6GHz、f4=5.1GHz、f5=5.6GHz之间变化，频率调谐模块70的作用是提供多个工作频率选择，增加了整个超宽带发射机装置的自由度，以确保超宽带发射机装置发射的信号满足无线传感器网络通信协议的要求。

综上，本发明所提出的超宽带发射机装置，通过开关控制模块控制功率放大器驱动模块在一个周期内间歇性地打开和关闭，能够有效保持超低功耗的同时进一步避免发射机装置不必要的能量消耗，提高发射机装置的工作速度，此外，本发明通过频率调谐模块控制振荡器模块的工作频率，更增加了超宽带发射机装置频率选择的自由度。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims

1.一种超宽带发射机装置，其特征在于，包括：

振荡器模块，产生高频振荡信号；

功率放大器驱动模块，耦接所述振荡器模块与片外发射天线，接收所述高频振荡信号；

数据输入模块，接收数字基带的数据信息并产生具有超小占空比短脉冲的数据信号；以及

开关控制模块，耦接所述数据输入模块与所述功率放大器驱动模块，接收所述数据信号，并根据所述数据信号控制所述功率放大器驱动模块周期性地调制所述高频振荡信号以产生超短脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的超宽带发射机装置，其特征在于，还包括：

频率调谐模块，耦接所述振荡器模块，控制所述振荡器模块产生所述高频振荡信号。

3.根据权利要求2所述的超宽带发射机装置，其特征在于，所述频率调谐模块通过控制位控制所述振荡器模块产生所述高频振荡频率。

4.根据权利要求1所述的超宽带发射机装置，其特征在于，所述开关控制模块根据所述数据信号的周期来驱动所述功率放大器驱动模块，使所述功率放大器驱动模块周期性地调制所述高频振荡信号。

5.根据权利要求1所述的超宽带发射机装置所述功率放大器模块产生所述超短脉冲信号以驱动所述片外发射天线的阻抗。