CN113489500B - 一种新型可变增益超再生接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型可变增益超再生接收机，利用超再生振荡器起振时间对振荡器和输入信号频率差的敏感特性，在超再生接收机链路的低通滤波器之后引入信号强度检测电路，根据检测到的信号强度产生电压控制信号，作为超再生压控振荡器的压控电压，通过压控电压来调整超再生压控振荡器的振荡频率，以达到调整在有输入信号时的起振时间，从而改变链路增益。解决了传统超再生接收机在大的输入信号下振荡器增益不变导致的起振速度饱和问题，既保证了在接收到小信号时提供足够的增益，也保证了在大信号输入时保证足够的线性度，从而有效展宽了接收机的动态范围。

Description

一种新型可变增益超再生接收机
技术领域
本发明涉及一种超再生接收机，属于无线接收机技术领域。
背景技术
超再生接收机是由阿姆斯特朗(Armstrong)于1922年发明的。由于其结构简单、成本低廉，故而被广泛使用于一些简单的无线通信设备。
典型的超再生接收机主要由接收天线、低噪声放大器、超再生振荡器、包络检波电路、低通滤波器，放大电路以及熄灭信号产生电路等构成，如图1所示。
超再生接收机的核心是超再生振荡器。它实际上是一个工作在间歇振荡状态的振荡器，间歇频率由熄灭信号决定。如图2所示，没有接收到RF信号或接收到较弱的RF信号时，振荡器起振时间较长，经过包络检波后其包络面积小，当接收到RF信号或接收到较强的RF信号时，振荡器起振时间明显缩短，包络面积变大。这些变化的包络经过低通滤波器后得到的平均电压信号将随着输入信号的强弱出现幅度变化，这种幅度变化的电压就是解调出来的信号。可见，超再生接收机的关键就是利用超再生振荡器在强、弱信号时起振时间的差异来接收和解调信号。
然而，对于AM(调幅)调制信号而言，当输入RF信号比较强时，振荡器的起振速度容易饱和，无法有效鉴别AM信号高幅值和低幅值之间的时间差，无法线性地接收解调AM信号。因此，超再生接收机主要用于OOK(on-offkey)调制方式的信号的接收解调应用，AM调制方式的应用受限。
而且，即使接收解调OOK调制信号，对于单个超再生接收机而言，其处理信号的动态范围是有上限的。在对OOK调制方式的信号进行接收解调的过程中，如果输入信号很强，也会导致解调输出的方波信号的占空比失真，输出信号质量恶化。但在系统集成越来越普遍的今天，超再生接收机也朝着集成度越来越高，应用电压越来越低的趋势发展，这就对集成超再生接收机的线性度提出了很高的要求。目前大多数超再生接收机无法解决链路中增益最大的超再生振荡器起振速度饱和引起的线性度恶化问题。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种新型可变增益超再生接收机，解决传统超再生接收机在大的输入信号下振荡器增益不变导致的起振速度饱和问题，既保证在接收到小信号时提供足够的增益，也保证在大信号输入时保证足够的线性度。
技术方案：一种新型可变增益超再生接收机，在超再生接收机链路的低通滤波器之后引入信号强度检测电路，根据检测到的信号强度产生电压控制信号，作为超再生压控振荡器的压控电压，通过所述压控电压来调整超再生压控振荡器的振荡频率，以达到调整在有输入信号时的起振时间，从而改变链路增益。
进一步的，当所述信号强度检测电路检测到信号强度较小时，调整超再生压控振荡器的振荡频率和接收到的输入信号频率接近直至一致，以增大链路增益，保证接收机的接收灵敏度；当所述信号强度检测电路检测到信号强度较大时，调整超再生压控振荡器的振荡频率远离接收到的输入信号频率，以减小链路增益，提高系统的线性度。
进一步的，所述超再生压控振荡器包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M6、NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5、电容C、电感L、变容二极管D1、变容二极管D2；PMOS管M1和PMOS管M2源端接供电电压VDD，栅端与对方的漏端相连，形成交叉耦合状态提供负阻；PMOS管M1的漏端又与NMOS管M3的漏端相连，PMOS管M2的漏端又与NMOS管M4的漏端相连；NMOS管M3和NMOS管M4的栅端分别接输入信号IN1和输入信号IN2，NMOS管M3和NMOS管M4的源端接NMOS管M5的漏极，NMOS管M5的栅端接偏置电压VBIAS，NMOS管M5的源端接地；电容C与电感L分别并接于PMOS管M1、PMOS管M2的漏端之间，形成LC谐振网络；PMOS管M6接于PMOS管M1、PMOS管M2的漏端之间，栅端接熄灭信号；变容二极管D1正端接PMOS管M1的漏端，变容二极管D2正端接PMOS管M2的漏端，变容二极管D1和变容二极管D2的负端都接电压控制信号VCTRL。
有益效果：本发明利用超再生振荡器起振时间对振荡器和输入信号频率差的敏感特性，设计了一种基于超再生压控振荡器的超宽动态范围接收机，解决了传统超再生接收机在大的输入信号下振荡器增益不变导致的起振速度饱和问题，既保证了在接收到小信号时提供足够的增益，也保证了在大信号输入时保证足够的线性度，从而有效展宽了接收机的动态范围。
附图说明
图1为传统超再生接收机的结构示意图；
图2为传统超再生接收机波形图；
图3为本发明新型可变增益超再生接收机的结构示意图；
图4为本发明中超再生压控振荡器的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图3所示，一种新型可变增益超再生接收机，包括接收天线、低噪声放大器、超再生压控振荡器、包络检波电路、低通滤波器，放大电路以及熄灭信号产生电路，在低通滤波器之后引入信号强度检测电路，根据检测到的信号强度产生电压控制信号，作为超再生压控振荡器的压控电压，通过该压控电压来调整超再生压控振荡器的振荡频率，实现闭环的链路增益调控，以达到调整在有输入信号时的起振时间，从而改变链路增益，改善大信号输入时的系统非线性失真问题。
如图4所示，超再生压控振荡器包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M6、NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5、电容C、电感L、变容二极管D1、变容二极管D2。PMOS管M1和PMOS管M2源端接供电电压VDD，栅端与对方的漏端相连，形成交叉耦合状态提供负阻。PMOS管M1的漏端又与NMOS管M3的漏端相连，PMOS管M2的漏端又与NMOS管M4的漏端相连。NMOS管M3和NMOS管M4的栅端分别接输入信号IN1和输入信号IN2，NMOS管M3和NMOS管M4的源端接NMOS管M5的漏极，NMOS管M5的栅端接偏置电压VBIAS，NMOS管M5的源端接地。电容C与电感L分别并接于PMOS管M1、PMOS管M2的漏端之间，形成LC谐振网络，当电路上电时产生的细微扰动会作为激励在谐振回路中不断振荡放大，直至形成稳定的信号。PMOS管M6接于PMOS管M1、PMOS管M2的漏端之间，栅端接熄灭信号，控制振荡器的熄灭。变容二极管D1正端接PMOS管M1的漏端，变容二极管D2正端接PMOS管M2的漏端，变容二极管D1和变容二极管D2的负端都接电压控制信号VCTRL，通过该信号实现超再生压控振荡器的频率电压控制。
采用超再生压控振荡器，在一个熄灭周期内，振荡器的起振时间和输入信号的频率相关。设振荡器LC谐振角频率为ωo，且
Figure BDA0003149019030000031
输入信号角频率为ω，且ω≠ωo，则振荡器振荡幅度达到Vm所需要的时间为：
Figure BDA0003149019030000032
其中，G为振荡器等效电导，β为振荡器最终稳幅振荡角频率，A为输入信号幅度。则可以看出，ω偏离ωo越远，振荡器幅度达到Vm所需要的时间就会越长，链路增益越低；反之，链路增益越高。所以输入信号频率和本振频率的频率差直接决定了接收机链路增益的高低。
本发明将超再生振荡器设计成注入式压控振荡器，通过调整压控电压来改变超再生振荡器的振荡频率，以达到调整在有输入信号时的起振时间，改变链路增益的效果。具体的，当信号强度检测电路检测到信号强度较小时，调整超再生压控振荡器的振荡频率和接收到的输入信号频率接近直至一致，以增大链路增益，保证接收机的接收灵敏度；当信号强度检测电路检测到信号强度较大时，调整超再生压控振荡器的振荡频率远离接收到的输入信号频率，以减小链路增益，提高系统的线性度。
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)

1.一种新型可变增益超再生接收机，其特征在于，在超再生接收机链路的低通滤波器之后引入信号强度检测电路，根据检测到的信号强度产生电压控制信号，作为超再生压控振荡器的压控电压，通过所述压控电压来调整超再生压控振荡器的振荡频率，以达到调整在有输入信号时的起振时间，从而改变链路增益；
当所述信号强度检测电路检测到信号强度较小时，调整超再生压控振荡器的振荡频率和接收到的输入信号频率接近直至一致，以增大链路增益，保证接收机的接收灵敏度；当所述信号强度检测电路检测到信号强度较大时，调整超再生压控振荡器的振荡频率远离接收到的输入信号频率，以减小链路增益，提高系统的线性度。
2.根据权利要求1所述的新型可变增益超再生接收机，其特征在于，所述超再生压控振荡器包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M6、NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5、电容C、电感L、变容二极管D1、变容二极管D2；PMOS管M1和PMOS管M2源端接供电电压VDD，栅端与对方的漏端相连，形成交叉耦合状态提供负阻；PMOS管M1的漏端又与NMOS管M3的漏端相连，PMOS管M2的漏端又与NMOS管M4的漏端相连；NMOS管M3和NMOS管M4的栅端分别接输入信号IN1和输入信号IN2，NMOS管M3和NMOS管M4的源端接NMOS管M5的漏极，NMOS管M5的栅端接偏置电压VBIAS，NMOS管M5的源端接地；电容C与电感L分别并接于PMOS管M1、PMOS管M2的漏端之间，形成LC谐振网络；PMOS管M6接于PMOS管M1、PMOS管M2的漏端之间，栅端接熄灭信号；变容二极管D1正端接PMOS管M1的漏端，变容二极管D2正端接PMOS管M2的漏端，变容二极管D1和变容二极管D2的负端都接电压控制信号VCTRL。
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