CN113346915B - 一种基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机，包括通过数据选择器连接的多相信号发生器与谐波抑制边沿合成器，所述多相信号发生器用于产生特定相位的多路信号，即多组低频输入波形，经过所述数据选择器处理后送入到所述谐波抑制边沿合成器，由所述谐波抑制边沿合成器通过晶体管的关断控制，输出不同状态的阶梯波式的高频信号，实现倍频以及谐波抑制。本发明通过电阻分压的方式进行倍频，合成阶梯波，实现谐波抑制功能；避免了滤波器的使用，节省了面积消耗，为发射机的小型化提供了支持。

Description

一种基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机
技术领域
本发明涉及发射机技术领域，特别是涉及一种基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机。
背景技术
为了降低系统的功耗，越来越多的数字模块被应用到发射机中，比如数字式混频器和数字式边沿合成器等。这些数字模块产生的谐波分量不仅会导致信号波段的失真，也会导致误码率的增加等问题。传统的发射机往往通过高质量的窄带滤波器来滤除谐波，随着无线标准数量的增加，用于无线通信中的发射机需要的滤波器数量也会增加。这些滤波器中的电感不仅占用了很大的芯片面积，使得芯片难以实现小型化，也会带来额外的损耗，并且不利于支持多种无线标准。如何在减少滤波器使用的同时解决现有技术中低功耗发射机存在的谐波问题，已经成为发射机设计中的关键问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机，包括通过数据选择器连接的多相信号发生器与谐波抑制边沿合成器，所述多相信号发生器用于产生特定相位的多路信号，即多组低频输入波形，经过所述数据选择器处理后送入到所述谐波抑制边沿合成器，由所述谐波抑制边沿合成器通过晶体管的关断控制，输出不同状态的阶梯波式的高频信号，实现倍频以及谐波抑制。
其中，所述谐波抑制边沿合成器包括三组边沿耦合器；每一组边沿耦合器由N路级联的PMOS管、N路级联的NMOS管以及两个阻值相等的电阻构成；
每路级联的PMOS管包括第一PMOS管与第二PMOS管，第一PMOS管的漏极与第二PMOS管的源极相接，两个电阻串联后一端与第二PMOS管的漏极相接；
每路级联的NMOS管包括第一NMOS管、第二NMOS管；两个电阻串联后另一端第二NMOS管的漏极相连，第二NMOS管的源极与第一NMOS管的漏极相接；
N路级联的PMOS管中N个第一PMOS管的源极相接后接电源，N路级联的NMOS管中N个第一NMOS管的源极相接后接地；
两个串联的电阻之间形成信号输出端OUT且三组边沿耦合器的信号输出端OUT连接在一起。
其中，第一组边沿耦合器和第三组边沿耦合器中电阻大小是第二组边沿耦合器中电阻大小的1.4倍。
其中，所述多相信号发生器通过环形振荡器加移相器或者延迟锁相环DLL来产生多路信号。
本发明的基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机，通过电阻分压的方式进行倍频，合成阶梯波，实现谐波抑制功能；避免了滤波器的使用，节省了面积消耗，为发射机的小型化提供了支持；电路中的器件都工作在低频，降低了系统的功耗；该电路适合各种频率，使得宽频带和多频多模的实现成为了可能，可支持更加灵活的收发机系统。
附图说明
图1为本发明实施例的谐波抑制边沿合成的无电感发射机的系统框图；
图2为本发明实施例谐波抑制边沿合成器的电路图；
图3为本发明实施例的波抑制边沿合成器的输入输出时序图；
图4为本发明实施例的谐波抑制边沿合成器的工作状态图；
图5为本发明实施例的输入输出时域波形示意图；
图6为本发明实施例的输出频谱图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机，包括谐波抑制边沿合成器和多相信号发生器，通过数据选择器连接，多相信号发生器用于产生需要的具有特定相位的多路信号，谐波抑制边沿合成器用于实现倍频功能和谐波抑制功能。
本发明实施例，所述谐波抑制边沿合成器包括三组边沿耦合器，每一组边沿耦合器由N路级联的PMOS管、N路级联的NMOS管以及两个阻值相等的电阻构成，左侧的第一组边沿耦合器1和右侧的第三组边沿耦合器3中的电阻大小是中间第二组边沿耦合器2中的电阻大小的1.4倍，即电阻R1＝电阻R3＝1.4*R2。
由于MOS管的导通电阻很小，当电阻R1、R2和R3的电阻值足够大，以至于可以忽略MOS管导通电阻的时候，通过电阻R1、R2和R3分压作用，本发明实施例可实现谐波抑制边沿合成的功能，即输出的高频信号是输入低频信号的N倍频，且输出的高频信号为特定的阶梯波的形状，从而有效地抑制三次谐波和五次谐波。
由于电路能够实现约40dB的谐波抑制度，因此无需片内外匹配网络，基于不同输出功率要求，输出驱动放大器采用CMOS推挽式放大器直接驱动负载天线。
下面以N＝9为例对本发明实施例的谐波抑制边沿合成器进行说明。
三组九路信号由多相信号发生器产生，产生方式有很多种，如使用九级环振加两组移相器来产生，或者用延迟锁相环DLL(Delay looked loop)来产生等，多相信号发生器用来产生需要的具有特定相位差的三组低频信号，即产生Ai，Bi和Ci(i＝1-9)这三组低频输入波形，部分波形图见图3，这三组波形作为输入分别加在谐波抑制边沿合成器的输入端，输入到MOS管的栅极，不同MOS管的栅极分别接不同的输入波形，。
其中，九倍频谐波抑制边沿合成器的电路如图2所示，输入的三组九路信号的相位差分别为5°和10°，即Bi(i＝1-9)延迟Ai(i＝1-9)的相位为5°，Di(i＝1-9)延迟Ai(i＝1-9)的相位为10°。
本发明实施例的输入和输出时序图如图3所示，图中虚线线段表示某一组PMOS导通，折线线段表示某一组NMOS导通，输出的阶梯波分为6个状态，每一个状态的电路分析在图4做了说明，图4中用或非门表示两个PMOS级联，因为只有输入同为低电平时，PMOS才会导通，输出VDD高电平；同理，用与非门表示两个NMOS级联，只有两个输入均为高电平时，输出才为低电平。
状态0时，三组NMOS支路全部关断，VOUT＝VDD；
状态1或状态5时，VOUT为R1与R2//R3的分压,由于R1＝R3＝1.4R2，所以VOUT电压状态为：
Figure BDA0003085684930000041
状态2或状态4时，VOUT为R1//R2与R3的分压，由于R1＝R3＝1.4R2，所以此时VOUT的表达式为：
Figure BDA0003085684930000042
状态3时，三组PMOS支路全部关断，此时，VOUT＝0。
此后不断循环，每一个完整阶梯波(状态0-状态3)的周期为输入低频方波周期的九分之一，实现9倍频功能，同时实现了抑制三次和五次谐波的功能。
图5、图6为本发明实施例在注入48.1MHz(使用时可以为其他输入频率)时的仿真结果，在没有滤波器(电感)使用的前提下，可以实现9倍频的功能，同时也达到了44.65dBc的三次谐波抑制度和45.74dBc的五次谐波抑制度。
本发明的基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机，不仅可以实现传统边沿合成发射机的倍频功能，还可抑制倍频后信号的谐波分量，主要抑制三次和五次谐波分量，避免了片内外电感和滤波器使用，可支持更加灵活的发射机系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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 (2)

1.基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机，其特征在于，包括通过数据选择器连接的多相信号发生器与谐波抑制边沿合成器，所述多相信号发生器用于产生特定相位的多路信号，即多组低频输入波形，经过所述数据选择器处理后送入到所述谐波抑制边沿合成器，由所述谐波抑制边沿合成器通过晶体管的关断控制，输出不同状态的阶梯波式的高频信号；
所述谐波抑制边沿合成器包括三组边沿耦合器；每一组边沿耦合器由N路级联的PMOS管、N路级联的NMOS管以及两个阻值相等的电阻构成；
每路级联的PMOS管包括第一PMOS管与第二PMOS管，第一PMOS管的漏极与第二PMOS管的源极相接，两个电阻串联后一端与第二PMOS管的漏极相接；
每路级联的NMOS管包括第一NMOS管、第二NMOS管；两个电阻串联后另一端与第二NMOS管的漏极相连，第二NMOS管的源极与第一NMOS管的漏极相接；
N路级联的PMOS管中N个第一PMOS管的源极相接后接电源，N路级联的NMOS管中N个第一NMOS管的源极相接后接地；
两个串联的电阻之间形成信号输出端OUT且三组边沿耦合器的信号输出端OUT连接在一起；第一组边沿耦合器和第三组边沿耦合器中电阻大小是第二组边沿耦合器中电阻大小的1.4倍。
2.根据权利要求1所述基于谐波抑制边沿合成的无电感发射机，其特征在于，所述多相信号发生器通过环形振荡器加移相器延迟锁相环DLL来产生多路信号。
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