DE202008006601U1 - Pulse generator for pulse generation and / or pulse modulation - Google Patents

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Abstract

Pulsgenerator (1), insbesondere zur Pulserzeugung und/oder -modulation, mit Bauelementen (2–5) mit negativem differentiellem Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Paar (P1) von in Serie geschalteten Bauelementen (2, 3) an ein Taktsignal (T) und deren Mittenanschluß (M1) an eine Stromquelle (6) angeschlossen ist, so daß am Mittenanschluß (M1) ein Pulssignal (U1) abgreifbar ist.pulse generator (1), in particular for pulse generation and / or modulation, with components (2-5) with negative differential resistance, characterized that a first pair (P1) of series-connected components (2, 3) to a clock signal (T) and its center connection (M1) is connected to a power source (6) so that at the center port (M1) a pulse signal (U1) can be tapped off.

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pulsgenerator insbesondere zur Pulserzeugung und/oder Pulsmodulation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates in particular to a pulse generator for pulse generation and / or pulse modulation according to the Preamble of claim 1.

Der Begriff "UWB" bedeutet "ultra-wideband", insbesondere also Breitband bzw. sehr breitbandig. UWB-Signale sollen insbesondere für die Übertragung von Informationen im Nahbereich mit verhältnismäßig geringer Sendeleistung eingesetzt werden. Bei einfachem und kostengünstigem Aufbau sollen möglichst hohe Übertragungsraten erzielt werden. Insbesondere wird im Hochfrequenzbereich gearbeitet, wobei diskontinuierliche Signale bzw. nicht periodische Signale, insbesondere Pulse bzw. Pulssignale, übertragen werden.Of the The term "UWB" means "ultra-wideband", in particular broadband or very broadband. UWB signals are intended especially for the transmission of information at close range with relative low transmission power can be used. In a simple and inexpensive Construction should be as high as possible transfer rates be achieved. In particular, work is carried out in the high-frequency range, wherein discontinuous signals or non-periodic signals, in particular pulses or pulse signals are transmitted.

Besonders bevorzugt ist eine UWB-Technologie, die unter dem Namen "Impulse Radio" bekannt ist. Hierbei werden Pulse, einzelne sinusförmige Schwingungen oder kurze Schwingungspakete zur Informationsübertragung benutzt.Especially preferred is a UWB technology, which under the name "pulses Radio ", where pulses, individual sinusoidal vibrations or short oscillation packets for information transmission used.

Zur Erzeugung von "Impulse Radio" bzw. UWB-Signalen sind Schaltungen bekannt, die gaußförmige Signale approximieren. Diese Schaltungen bestehen im Wesentlichen aus einer Step-Recovery-Diode (SRD) oder aus speziell verschalteten Logikgattern. Diese Schaltungen haben den Nachteil, daß sie nur verhältnismäßig geringe Pulswiederholraten ermöglichen. Nachteilig ist weiter, daß auch Beschränkungen bei der Pulsform selber bestehen. So wird in den meisten Fällen zusätzlich ein Pulsformungsnetzwerk verwendet, um dem jeweiligen Puls die typische bzw. gewünschte Signalform zu geben.to Generation of "Impulse Radio" or UWB signals are circuits which approximate Gaussian signals. These circuits essentially consist of a step recovery diode (SRD) or from specially wired logic gates. These circuits have the disadvantage that they only relatively enable low pulse repetition rates. The disadvantage is Furthermore, that also limits the pulse shape exist yourself. So will in most cases in addition a pulse shaping network is used to provide the typical pulse to each pulse or to give desired signal shape.

Zur Zeit werden in den Industrienationen die Regelungen für die UWB-Kommunikation von den zuständigen Behörden vorbereitet. In den USA wurde beispielsweise bereits ein Frequenzband (FCC-Spektrum) zwischen etwa 3 und 10 GHz freigegeben, welches sich für die drahtlose Kommunikation auf Basis von Pulsen nutzen läßt. Wesentlich ist hierbei, daß die spektrale Leistungsdichte gering ist, nämlich weniger als –41,3 dBm/MHz zwischen 3,1 und 10,6 GHz für UWB-Aussendungen beträgt. Des weiteren sollen die Pulse nur sehr geringe bzw. noch niedrigere Leistungsdichten in den sonstigen Fre quenzbereichen, insbesondere im Niederfrequenzbereich enthalten. Die Erzeugung von UWB-Pulsen, die diese Forderungen erfüllen, ist schwierig.to Time will be in the industrialized nations the regulations for the UWB communication from the competent authorities prepared. In the USA, for example, a frequency band (FCC spectrum) has already been between about 3 and 10 GHz, which is suitable for to use wireless communication based on pulses. It is essential here that the spectral power density is low, namely less than -41.3 dBm / MHz between 3.1 and 10.6 GHz for UWB broadcasts. Furthermore, the pulses are only very low or even lower Power densities in the other frequency ranges, in particular included in the low frequency range. The generation of UWB pulses, the to meet these requirements is difficult.

In dem Artikel "A Traveling-Wave Resonant Tunnel Diode Pulse Generator" von Ruai Y. Yu et. al., erschienen in IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 4, No. 7, Juli 1994, Seiten 220 bis 222 , wird eine Pulserzeugung mit einer Leitung hoher Impedanz offenbart, an die eine Vielzahl von Resonanztunneldioden parallel angeschlossen sind.In the article "A Traveling Wave Resonant Tunneling Diode Pulse Generator" by Ruai Y. Yu et. al., published in IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 4, no. 7, July 1994, pages 220 to 222 , Pulse generation is disclosed with a high impedance line to which a plurality of resonant tunneling diodes are connected in parallel.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pulsgenerator zur Pulserzeugung bzw. -modulation, insbesondere von Plussignalen im Subnanosekundenbereich, sowie deren Verwendung zur Erzeugung von UWB-Signalen bzw. für die UWB-Kommunikation anzugeben, wobei Pulssignale mit hoher Pulswiederholrate, mit im wesentlichen gaußförmiger oder hermitescher Form und/oder mit geringen niederfrequenten Anteilen, insbesondere dem FCC-Spektrum angepaßte Pulssignale, erzeugbar sind.Of the present invention is based on the object, a pulse generator for pulse generation or modulation, in particular positive signals in the subnanosecond range, as well as their use for generation UWB signals or for UWB communication, wherein pulse signals with high pulse repetition rate, with substantially Gaussian or hermitian form and / or with low low-frequency components, in particular the FCC spectrum adapted pulse signals generated are.

Die obige Aufgabe wird durch einen Pulsgenerator gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The above object is achieved by a pulse generator according to claim 1 solved. Advantageous developments are the subject the dependent claims.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß Bauelemente mit negativem differentiellem Widerstand in Serie geschaltet werden. Ein Taktsignal – insbesondere ein Wechselspannungssignal – wird außen angelegt. Dem Mittenanschluß kann Strom wahlweise zugeführt werden, so daß am Mittenanschluß ein Pulssignal abgreifbar ist.One Aspect of the present invention is that components be connected in series with negative differential resistance. A clock signal - in particular an AC signal - is created outside. The center connection can use electricity optionally be supplied, so that the middle connection a Pulse signal can be tapped.

Unter dem Begriff "Pulssignal" ist bzw. sind bei der vorliegenden Erfindung insbesondere entweder ein einzelner Puls und/oder eine vorzugsweise verhältnismäßig kurze Folge mehrerer, mehr oder weniger vereinzelter Pulse und/oder insbesondere kurze Pulsfolgen zu verstehen.Under the term "pulse signal" is or are in the present invention in particular either a single pulse and / or a preferably relatively short sequence of several, more or less isolated pulses and / or especially to understand short pulse sequences.

Die in Serie geschalteten Bauelemente sind vorzugsweise derart unterschiedlich ausgebildet und weisen insbesondere in ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie derartig unterschiedlich aktive Bereiche und/oder unterschiedliche Spitzenströme beim Übergang vom positiven zum negativen differentiellen Widerstand oder umgekehrt auf, daß ohne oder bei zu geringer Stromzuführung ein monostabiler Zustand und bei Überschreiten eines bestimmten Stromwerts ein bistabiler Zustand erreicht wird oder umgekehrt. In dem bistabilen Zustand erfolgt die Pulserzeugung.The series connected components are preferably so different trained and have particular in their current-voltage characteristic such different active areas and / or different Peak currents in the transition from positive to Negative differential resistance or vice versa, that without or too low power supply a monostable state and when a certain current value is exceeded, a bistable one State is reached or vice versa. In the bistable state the pulse generation takes place.

Besonders bevorzugt werden zwei Paare von in Serie geschalteten Bauelementen mit negativem differentiellem Widerstand so zusammengeschaltet bzw. miteinander kombiniert, insbesondere an eine Stromquelle und ein Taktsignal entgegengesetzt angeschlossen, so daß die Pulssignale bzw. Einzelpulse der beiden Paare zeitlich versetzt und/oder entgegengesetzt polarisiert sind und/oder zusammen ein Wechselspannungssignal bilden und/oder einander addieren bzw. überlagern. Insbesondere sind so je nach Dauer der Stromzuführung gaußförmige Einzelpulse oder gaußförmige Monocycles oder hermitesche Pulse bzw. Pulsfolgen insbesondere höherer Ordnung erzeugbar.Especially preferred are two pairs of series connected devices interconnected with negative differential resistance combined, in particular to a power source and a Clock signal connected opposite, so that the pulse signals or individual pulses of the two pairs offset in time and / or opposite polarized and / or together form an AC signal and / or Add or overlay each other. In particular, so depending on the duration of the power supply gaussian Single pulses or Gaussian monocycles or Hermitian Pulse or pulse trains in particular higher order generated.

Insbesondere handelt es sich bei der Pulsfolge, die von dem Pulsgenerator oder einem Paar von in Serie geschalteten Bauelementen mit negativem differentiellen Widerstand erzeugt oder moduliert wird, um ein Spannungssignal bzw. einen entsprechenden Spannungsverlauf. Das insbesondere aus der Überlagerung von zwei Pulssignalen gebildete Signal (Einzelpuls oder Pulsfolge) wird insbesondere als Ausgangssignal bei der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Unter dem Begriff "hermitescher Puls" ist insbesondere eine entsprechende Pulsfolge zu verstehen.Especially it is the pulse train, that of the pulse generator or a pair of series connected devices with negative differential Resistance is generated or modulated to a voltage signal or a corresponding voltage curve. This in particular from the overlay signal formed by two pulse signals (single pulse or pulse train) is particularly referred to as an output signal in the present invention. The term "hermitian pulse" is in particular a corresponding To understand pulse sequence.

Weitere Aspekte, Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:Further Aspects, advantages, features and characteristics of the present invention will become apparent from the claims and the following description a preferred embodiment of the drawing seen. Show it:

1 ein Schaltbild eines vorschlagsgemäßen Pulsgenerators; 1 a circuit diagram of a proposed pulse generator;

2 ein Zeitdiagramm eines Taktsignals; 2 a timing diagram of a clock signal;

3 ein Zeitdiagramm eines Stroms; 3 a timing diagram of a stream;

4 ein Zeitdiagramm eines ersten Pulssignals; 4 a timing diagram of a first pulse signal;

5 ein Zeitdiagramm eines zweiten Pulssignals; 5 a timing diagram of a second pulse signal;

6 ein Zeitdiagramm eines Ausgangssignals des Pulsgenerators; 6 a timing diagram of an output signal of the pulse generator;

7 ein erstes Kennliniendiagramm; und 7 a first characteristic diagram; and

8 ein zweites Kennliniendiagramm. 8th a second characteristic diagram.

1 zeigt einen vorschlagsgemäßen Pulsgenerator 1 mit Bauelementen 2, 3, 4 und 5 mit negativem differentiellem Widerstand. 1 shows a proposed pulse generator 1 with components 2 . 3 . 4 and 5 with negative differential resistance.

Nachfolgend werden unter dem Begriff "Bauelemente" immer Bauelemente mit negativem differentiellem Widerstand verstanden, auch wenn der Pulsgenerator 1 selbstverständlich auch sonstige elektrische bzw. elektronische Bauelemente aufweisen kann.In the following, the term "components" will always be understood to mean components with negative differential resistance, even if the pulse generator 1 Of course, other electrical or electronic components may have.

Bei den Bauelementen 2 bis 5 handelt es sich insbesondere um Resonanztunneldioden, Interbandtunnelelemente und/oder sonstige Tunnelbauelemente oder dergleichen.With the components 2 to 5 these are, in particular, resonance tunnel diodes, interband tunnel elements and / or other tunnel components or the like.

Die Bauelemente 2 bis 5 können unipolar oder bipolar sein.The components 2 to 5 can be unipolar or bipolar.

Die Bauelemente 2 und 3 sind in Serie geschaltet und bilden ein erstes Paar P1. Die weiteren Bauelemente 4 und 5 sind ebenfalls in Serie geschaltet und bilden ein zweites Paar P2.The components 2 and 3 are connected in series and form a first pair P1. The other components 4 and 5 are also connected in series and form a second pair P2.

Das erste Paar P1 ist (außen) an ein Taktsignal T angeschlossen. Um das erste Paar P1 nur im positiven Bereich zu betreiben ist der andere Außenanschluß an eine vorzugsweise negative Referenzspannung UrefM1 angeschlossen. Der Mittenanschluß M1 ist an einen Pol einer Stromquelle 6 des Pulsgenerators 1 angeschlossen.The first pair P1 is connected to a clock signal T (outside). In order to operate the first pair P1 only in the positive region, the other external connection is connected to a preferably negative reference voltage U refM1 . The center port M1 is connected to a pole of a power source 6 of the pulse generator 1 connected.

Das zweite Paar P2 arbeitet umgekehrt und ist (außen) an das Taktsignal T einerseits und an eine vorzugsweise positive Referenzspannung UrefM2 andererseits angeschlossen. Sein Mittenanschluß M2 ist an den anderen Pol der Stromquelle 6 angeschlossen.The second pair P2 operates in reverse and is (externally) connected to the clock signal T on the one hand and to a preferably positive reference voltage U refM2 on the other hand. Its center port M2 is at the other pole of the power source 6 connected.

Am Mittenanschluß M1 wird eine erste Spannung U1 abgegriffen, die ein erstes Pulssignal des ersten Paares P1 darstellt. Am Mittenanschluß M2 wird eine zweite Spannung U2 abgriffen, die ein zweites Pulssignal des zweiten Paares P2 darstellt. Die beiden Spannungen bzw. Pulssignale U1 und U2 werden vorzugsweise mittels eines Kombinierers bzw. Kombiniernetzwerks 7 kombiniert bzw. addiert und als Ausgangssignal bzw. -spannung UA ausgegeben. Das Kombiniernetzwerk 7 dient also dazu, die beiden Ausgänge M1 und M2 bzw. Pulssignale U1 und U2 des Pulsgenerators 1 zusammenzuschalten, und kann mit Standartschaltungen realisiert werden.At the middle terminal M1, a first voltage U1 is tapped, which represents a first pulse signal of the first pair P1. At the center terminal M2, a second voltage U2 is tapped, which represents a second pulse signal of the second pair P2. The two voltages or pulse signals U1 and U2 are preferably by means of a combiner or combiner network 7 combined or added and output as output signal or voltage UA. The combo network 7 So it serves to the two outputs M1 and M2 or pulse signals U1 and U2 of the pulse generator 1 interconnect, and can be realized with standard circuits.

Der Strom I der Stromquelle 6 bewirkt bei entsprechenden Stromwerten und entsprechender Auslegung in den beiden Paaren P1 und P2 eine taktflankengesteuerte Arbeitspunktänderung, die sich in einem Ausgangspuls – also in der gewünschten Pulserzeugung und/oder Pulsmodulation – äußert. Beim Darstellungsbeispiel erfolgt bei ausgeschaltetem Strom keine Pulserzeugung und bei eingeschaltetem Strom eine Pulserzeugung. Dies ist bevorzugt, kann aber auch umgekehrt sein.The current I of the power source 6 causes at corresponding current values and appropriate design in the two pairs P1 and P2 a clock edge-controlled operating point change, which manifests itself in an output pulse - ie in the desired pulse generation and / or pulse modulation. In the illustrated example, when the power is off, no pulse generation occurs and when the power is on, pulse generation occurs. This is preferred, but can also be reversed.

Die Form des Ausgangssignals – also der Pulse der Ausgangsspannung UA – hängt insbesondere von der Einschaltdauer der Stromquelle 6, der Frequenz des Taktsignals T und dem Verhältnis von Taktfrequenz zu Einschaltdauer ab, wobei das letztgenannte Verhältnis insbesondere die Pulsform festlegt.The shape of the output signal - ie the pulse of the output voltage UA - depends in particular on the duty cycle of the power source 6 , the frequency of the clock signal T and the ratio of clock frequency to duty cycle, wherein the latter ratio determines the particular pulse shape.

Der Pulsgenerator 1 gestattet insbesondere eine Pulserzeugung und/oder -modulation. Besonders hervorzuheben sind die Modulationseigenschaften, die insbesondere bei einer digitalen Stromsteuerung (Steuerung des Stroms I, der durch die Stromquelle 6 bereitgestellt bzw. festgelegt wird) ermöglicht werden, wie: On-Off-Keying (OOK), Pulse-Position-Modulation (PPM) oder sonstige Modulationsverfahren.The pulse generator 1 allows in particular a pulse generation and / or modulation. Particularly noteworthy are the modulation characteristics, in particular in a digital current control (control of the current I, by the power source 6 provided), such as on-off keying (OOK), pulse position modulation (PPM) or other modulation techniques.

2 bis 6 veranschaulichen anhand von Zeitdiagrammen beispielhaft einen möglichen zeitlichen Verlauf der einzelnen Signale. 2 to 6 illustrate on the basis of time charts exemplified a possible time course of the individual signals.

2 gibt das Taktsignal T wieder. Insbesondere handelt es sich bei dem Taktsignal um eine Wechselspannung. 2 returns the clock signal T In particular, the clock signal is an AC voltage.

3 zeigt beispielhaft einen möglichen zeitlichen Verlauf des Stroms I, der durch die Stromquelle 6 bereitgestellt wird. Insbesondere veranschaulicht 3 das jeweilige Ein- und Ausschalten der vorzugsweise schaltbaren Stromquelle 6 bzw. die jeweilige Einschaltdauer. Die Stromquelle 6 wird vorzugsweise mittels eines digitalen Ansteuersignals geschaltet bzw. gesteuert. 3 shows an example of a possible time course of the current I, by the current source 6 provided. In particular, illustrated 3 the respective switching on and off of the preferably switchable current source 6 or the respective duty cycle. The power source 6 is preferably switched or controlled by means of a digital drive signal.

4 zeigt den zeitlichen Verlauf der ersten Spannung U1 bzw. des ersten Pulssignals des ersten Paares P1. Es ist ersichtlich, daß nur positive Einzelpulse nur bei eingeschalteter Stromquelle 6 und jeweils nur bei positiven Flanken des Taktsignals T erzeugt werden. Die Dauer der Einzelpulse ist insbesondere unabhängig von der und/oder kleiner als die Periodendauer des Taktsignals T. 4 shows the time course of the first voltage U1 and the first pulse signal of the first pair P1. It can be seen that only positive single pulses only when the power source 6 and in each case only be generated at positive edges of the clock signal T. The duration of the individual pulses is in particular independent of and / or smaller than the period of the clock signal T.

5 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der zweiten Spannung U2 bzw. des zweiten Pulssignals des zweiten Paares P2. Es ist ersichtlich, daß hier Einzelpulse erzeugt werden, nur wenn die Stromquelle 6 eingeschaltet ist. Die Einzelimpulse der zweiten Spannung U2 sind entgegengesetzt zu denen der ersten Spannung U1 polarisiert und/oder zeitlich zu diesen versetzt. 5 schematically shows the time course of the second voltage U2 and the second pulse signal of the second pair P2. It can be seen that individual pulses are generated here only when the current source 6 is turned on. The individual pulses of the second voltage U2 are opposite to those of the first voltage U1 polarized and / or offset in time thereto.

6 zeigt den zeitlichen Verlauf des entstehenden Ausgangssignals bzw. der Ausgangsspannung UA, die vom Pulsgenerator 1 erzeugt bzw. abgegeben wird. Insbesondere lassen sich so zumindest im wesentlichen gaußförmige Pulse – wahlweise nur eine Polarität aufweisende Einzelpulse oder sogenannte Monocycles (Pulse mit einem positiven und einem negativen Pulsanteil bzw. Pulsverlauf) – und/oder hermitesche Pulse insbesondere höherer Ordnung erzeugen. 6 shows the time course of the resulting output signal or the output voltage UA, that of the pulse generator 1 is generated or delivered. In particular, at least substantially Gaussian pulses-optionally single polarity-having individual pulses or so-called monocycles (pulses having a positive and a negative pulse component or pulse progression) -and / or hermitian pulses, in particular of a higher order, can be produced.

Das erzeugte Ausgangssignal bzw. die Ausgangsspannung UA kann wahlweise unipolar oder bipolar sein.The generated output signal or the output voltage UA can optionally be unipolar or bipolar.

Die Pulsdauer einzelner Pulse der Pulssignale bzw. des Ausgangssignals sind vorzugsweise im Subnanosekundenbereich und betragen insbesondere weniger als 800 ps, insbesondere etwa 100 bis 500 ps, und/oder sind kürzer als die Pulsdauern einzelner Pulse des Taktsignals T und/oder dessen halber Periodendauer.The Pulse duration of individual pulses of the pulse signals or of the output signal are preferably in the subnanosecond range and are in particular less than 800 ps, in particular about 100 to 500 ps, and / or are shorter than the pulse durations of individual pulses of the clock signal T and / or its half period.

Besonders bevorzugt ist der Pulsgenerator 1 als integrierte Schaltung ausgeführt.Particularly preferred is the pulse generator 1 designed as an integrated circuit.

Besonders bevorzugt werden der Pulsgenerator 1 und das erläuterte Verfahren zur UWB-Kommunikation oder für Impulse Radio eingesetzt, wobei die Signalerzeugung insbesondere durch Ein- und Ausschalten des Stroms I moduliert wird. Jedoch sind der vorschlagsgemäße Pulsgenerator 1 und das vorschlagsgemäße Verfahren auch für sonstige Zwecke einsetzbar.Particularly preferred are the pulse generator 1 and the method explained for UWB communication or used for pulses radio, wherein the signal generation is modulated in particular by switching on and off of the current I. However, the proposed pulse generator 1 and the proposed method can also be used for other purposes.

Es ist anzumerken, daß der Pulsgenerator 1 bzw. das vorschlagsgemäße Verfahren grundsätzlich auch nur mit einem Paar P1 oder P2 von zwei in Reihe geschalteten Bauelementen 2, 3 bzw. 4, 5 mit negativem differentiellem Widerstand verwendet werden kann.It should be noted that the pulse generator 1 or the proposed method in principle only with a pair P1 or P2 of two series-connected components 2 . 3 respectively. 4 . 5 can be used with negative differential resistance.

Nachfolgend wird das grundsätzliche Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung anhand der schematischen Kennliniendiagramme gemäß 7 und 8 erläutert. 7 zeigt ein erstes Kennliniendiagramm bei eingeschalteter Stromquelle 6 bzw. eingeschaltetem Strom I. 8 zeigt ein entsprechendes, zweites Kennliniendiagramm bei ausgestalteter Stromquelle 6 bzw. ausgestaltetem Strom I. Die Kennliniendiagramme beziehen sich beim Darstellungsbeispiel auf das erste Paar P1 der miteinander in Serie geschalteten Bauelemente 2 und 3.Hereinafter, the basic operation principle of the present invention will be described with reference to the schematic characteristic diagrams in FIG 7 and 8th explained. 7 shows a first characteristic diagram with the power source switched on 6 or switched on current I. 8th shows a corresponding second characteristic diagram in ausgestalteter power source 6 or configured current I. The characteristic diagrams in the illustrated example refer to the first pair P1 of the components connected in series with one another 2 and 3 ,

Bei dem Paar P1 wird das mit dem Referenzpotential UrefM1 verbundene Bauelement 3 auch als Treiber und das an das Taktsignal T angeschlossene, andere Bauelement 2 auch als Last bezeichnet. Entsprechendes gilt natürlich auch für das andere Paar P2.In the case of the pair P1, the component connected to the reference potential U refM1 becomes 3 also as driver and connected to the clock signal T, other device 2 also referred to as a load. The same applies of course to the other pair P2.

Bei den Kennliniendiagrammen 7 und 8 bezeichnet das Bezugszeichen 8 eine mögliche Kennlinie des Bauelements 3 – also die Treiber-Kennlinie – und das Bezugszeichen 9 eine mögliche Kennlinie des Bauelements 2 – also die Treiber-Kennlinie. Bei den Diagrammen ist der Treiberstrom I über der am Mittenanschluß M1 anliegenden Ausgangsspannung – hier also dem ersten Pulssignal – schematisch aufgetragen, wobei 8' die Last-Kennlinie bei niedriger, minimaler bzw. negativer Taktspannung Ttief darstellt, die gegenüber der Last-Kennlinie 8 bei hoher bzw. maximaler oder positiver Taktspannung Thoch hori zontal verschoben ist. Dies soll verdeutlichen, daß die Last-Kennlinie 8 bei den Darstellungen gemäß 7 und 8 in Abhängigkeit vom anliegenden Taktsignal T – also in Abhängigkeit von der anliegenden Taktspannung T – periodisch verschoben wird bzw. sich bei Darstellungen verschiebt.In the characteristic diagrams 7 and 8th denotes the reference numeral 8th a possible characteristic of the device 3 - So the driver characteristic - and the reference number 9 a possible characteristic of the device 2 - So the driver characteristic. In the diagrams, the drive current I is schematically plotted against the output voltage present at the center connection M1-in this case, the first pulse signal-in which case 8th' represents the load characteristic at low, minimum or negative clock voltage T deep , compared to the load characteristic 8th is shifted high hori zontal at high or maximum or positive clock voltage T. This is to clarify that the load characteristic 8th in the illustrations according to 7 and 8th in response to the applied clock signal T - that is periodically shifted in response to the applied clock voltage T - or shifts in representations.

Die beiden jeweils miteinander in Serie geschalteten Bauelemente 2, 3 oder 4, 5 weisen unterschiedliche aktive Bereiche und/oder unterschiedliche Spitzenströme beim Übergang vom positiven zum negativen differentiellem Widerstand oder umgekehrt auf.The two components connected in series with each other 2 . 3 or 4 . 5 have different active regions and / or different peak currents in the transition from positive to negative differential resistance or vice versa.

7 zeigt den Zustand bei eingeschaltetem Strom I bzw. eingeschalteter Stromquelle 6 beim Darstellungsbeispiel. Der Spitzenstrom (lokales Maximum 10) der Last-Kennlinie 8, 8' übersteigt aufgrund des Stroms I den Spitzenstrom (lokales Maximum 11) der Treiberkennlinie 9. Dadurch wird ein bistabiler Zustand zwischen den beiden Arbeitspunkten A1 und A2 eingenommen. Das Pulssignal bzw. die Ausgangsspannung, die am Mittenanschluß M1 abnehmbar ist, variiert also zwischen den beiden im bistabilen Zustand weit auseinander liegenden Arbeitspunkten A1 und A2. Hierdurch erfolgt dann insbesondere die gewünschte Pulserzeugung bzw. -modulation. 7 shows the state when the current I or the power source is switched on 6 in the representation example. The peak current (local maximum 10 ) of the load characteristic 8th . 8th' exceeds due to the current I the peak current (local maximum 11 ) of the driver characteristic 9 , As a result, a bistable state between the two operating points A1 and A2 is taken. The pulse signal or the output voltage, which is removable at the center terminal M1, thus varies between the two operating points A1 and A2, which are far apart in the bistable state. In this way, in particular, the desired pulse generation or modulation takes place.

8 zeigt beim Darstellungsbeispiel den Zustand bei ausgeschaltetem Strom I bzw. ausgestalteter Stromquelle 6. Aufgrund der Differenz ΔI zwischen den Spitzenströmen (lokales Maximum 10 und 11) der beiden Kennlinien 8, 9 (das Maximum 10 der Lastkennlinie kann das Maximum 11 der Treiber-Kennlinie 9 nicht überschreiten) wird nur ein monostabiler Zustand eingenommen. In diesem bistabilen Zustand kann das lokale Maximum 11 der Treiber-Kennlinie 9 nicht von dem demgegenüber niedrigeren lokalen Maximum 11 der Last-Kennlinie 8 überwunden werden, so daß die am Mittenanschluß M1 abnehmbare Spannung U1 quasi konstant bleibt oder nur in einem sehr engen Bereich zwischen den Arbeitspunkten A1 und A3 gemäß 8 variieren kann. 8th shows in the illustrated example, the state with switched off current I or ausgestalteter current source 6 , Due to the difference ΔI between the peak currents (local maximum 10 and 11 ) of the two characteristics 8th . 9 (the maximum 10 the load characteristic can be the maximum 11 the driver characteristic 9 not exceed) only a monostable state is taken. In this bistable state, the local maximum 11 the driver characteristic 9 not from the lower local maximum 11 the load characteristic 8th be overcome, so that the removable at the middle terminal M1 voltage U1 remains virtually constant or only in a very narrow range between the operating points A1 and A3 according to 8th can vary.

Wenn der Strom I die Differenz ΔI zwischen den Spitzenströmen (lokale Maxima 10 und 11 der beiden Kennlinien 8, 9 übersteigt, wird der bistabile Zustand zwischen den beiden Arbeitspunkten A1 und A2 eingenommen. So kann mittels des Stroms I bzw. der Stromquelle 6 zwischen dem monostabilen Zu stand (ausgeschalteter oder zu niedriger Strom I, keine Pulserzeugung, Betrieb insbesondere nur im Bereich oder unterhalb des Arbeitspunkts A1 des bistabilen Zustands) und dem bistabilen Zustand (eingeschalteter Strom I, Pulserzeugung, Betrieb zwischen den Arbeitspunkten A1 und A2) umgeschaltet werden.When the current I is the difference ΔI between the peak currents (local maxima 10 and 11 of the two characteristics 8th . 9 exceeds the bistable state between the two operating points A1 and A2 is taken. So can by means of the current I or the power source 6 between the monostable state (switched-off or too low current I, no pulse generation, operation in particular only in the range or below the operating point A1 of the bistable state) and the bistable state (switched current I, pulse generation, operation between the operating points A1 and A2) become.

Bei dem vorschlagsgemäßen Pulsgenerator 1 mit den beiden Paaren P1 und P2 von Bauelementen 2 bis 5 gestatten der bevorzugte symmetrische Aufbau und die bevorzugten symmetrischen Strom-Spannungskennlinien den Betrieb mit Spannungen im Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb. Die Pulserzeugung bzw. -modulation erfolgt also abhängig von den verwendeten Polaritäten der Taktspannung T und des Stroms I. Insbesondere muß der Strom I beim Darstellungsbeispiel einen gewissen Grenzwert – hier die Differenz I erreichen oder überschreiten, damit der bistabile Zustand eingenommen wird und die Pulserzeugung erfolgt. Jedoch ist es grundsätzlich auch möglich, den Pulsgenerator 1 so aufzubauen bzw. die Bauelemente 2 bis 5 oder sonstige zusätzliche Bauelemente so zu wählen oder anzusteuern, daß die Pulserzeugung bei ausgestaltetem Strom I oder zu niedrigem Strom I erfolgt und der monostabile Zustand ohne Pulserzeugung nur bei eingeschaltetem Strom I bzw. ausreichend großen Strom I eingenommen wird. Mit anderen Worten, eine Umkehrung ist auch möglich.In the proposed pulse generator 1 with the two pairs P1 and P2 of components 2 to 5 The preferred symmetric design and the preferred balanced current-voltage characteristics allow operation with forward and reverse voltages. The pulse generation or modulation is thus dependent on the used polarities of the clock voltage T and the current I. In particular, the current I in the display example, a certain limit - here the difference I reach or exceed, so that the bistable state is taken and the pulse is generated , However, in principle it is also possible to use the pulse generator 1 to build up or the components 2 to 5 or other additional components to select or drive so that the pulse generation takes place when configured current I or low current I and the monostable state without pulse generation only when the current I or sufficiently large current I is taken. In other words, a reversal is also possible.

Beim Darstellungsbeispiel weisen die Paare P1 und P2 jeweils vorzugsweise gleiche Treiber-zu-Last-Flächenverhältnisse auf, wobei die Treiberfläche jeweils größer als die Lastfläche ist. Die Pulserzeugung erfolgt jedoch auch, wenn die Flächenverhältnisse umgekehrt sind und das Vorzeichen des Stroms I entsprechend angepaßt wird.At the In the illustration, the pairs P1 and P2 are each preferably same driver-to-load area ratios, where the driver area each larger than the load area is. Pulse generation, however, occurs even if the area ratios are reversed and the sign of the current I is adjusted accordingly.

Die beiden Paare P1 und P2 werden aus praktischen Gründen vorzugsweise mit zwei unterschiedlichen Betriebsspannungen UrefM1 und UrefM2 versorgt. Das Paar P1 wird beispielsweise im negativen Spannungsbereich betrieben, während das Paar P2 beispielsweise im positiven Spannungsbereich betrieben wird. Die Differenz zwischen den beiden Referenzspannungen UrefM1 und UrefM2 kann dazu genutzt werden, einen Spannungsabfall über die Stromquelle zu erzwingen. Dies ist vorteilhaft, wenn beispielsweise pin-Fotodioden als optischer Eingang der Stromquelle 6 oder Bipolartransistoren als Stromquellen verwendet werden, um die nötige Betriebsspannung für die Bauelemente bereit zu stellen.For practical reasons, the two pairs P1 and P2 are preferably supplied with two different operating voltages U refM1 and U refM2 . For example, the pair P1 is operated in the negative voltage range while the pair P2 is operated in the positive voltage range, for example. The difference between the two reference voltages U refM1 and U refM2 can be used to force a voltage drop across the current source. This is advantageous if, for example, pin photodiodes serve as the optical input of the current source 6 or bipolar transistors are used as current sources to provide the necessary operating voltage for the devices.

Die Taktspannung T ist entsprechend ihrer Zuordnung zu Paar P1 oder P2 vorzugsweise entweder als positive oder negative Spannung definiert oder ausgeführt. Entsprechend können die Paare P1 und P2 auch von unterschiedlichen bzw. separaten Taktspannungen T und/oder nur von wahlweise entweder positiven oder negativen Halbwellen, Pulsen oder dergleichen angesteuert sein.The Clock voltage T is according to their assignment to pair P1 or P2 preferably defined as either positive or negative voltage or executed. Accordingly, the pairs P1 and P2 also of different or separate clock voltages T and / or only of either positive or negative half-waves, Pulses or the like to be controlled.

Anzumerken ist, daß das Paar P1, P2 vorzugsweise jeweils immer nur bei einer ansteigenden Taktflanke einen bistabilen Zustand einnimmt, der dann für eine Takthalbwelle gehalten wird, und in der zweiten Takthalbwelle in den monostabilen Zustand wieder zurückgesetzt wird. Mit nur einem Paar P1 oder P2 kann immer nur eine Informationseinheit verarbeitet werden. Durch die gemeinsame Verwendung der Stromquelle 6 für beide Paare P1 und P2 können die Paare P1 und P2 abwechselnd eingeschaltet werden, beispielsweise durch ein differentielles Taktsignal, pro Taktperiode also zwei Informationseinheiten aus der Stromquelle 6 verarbeitet werden. Damit wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit bzw. Datenrate bei gleichbleibender Taktfrequenz verdoppelt.It should be noted that the pair P1, P2 preferably always assumes a bistable state only on a rising clock edge, which is then held for a clock half-wave, and is reset to the monostable state in the second clock half-cycle. With only one pair P1 or P2, only one information unit can ever be processed. By sharing the power source 6 for both pairs P1 and P2, the pairs P1 and P2 can be switched on alternately, for example by a differential clock signal, ie two information units per clock period from the current source 6 are processed. Thus, the processing speed or data rate is doubled at the same clock frequency.

Die beschriebene Erfindung gestattet auf einfache und/oder effektive Weise die Erzeugung von Pulssignalen, insbesondere für die UWB-Kommunikation. Vorteilhafterweise ist kein Pulsformungsnetzwerk, wie beim Stand der Technik üblich bzw. erforderlich, bei der vorliegenden Erfindung notwendig.The described invention allows in a simple and / or effective manner the generation of pulse signals, in particular for the UWB communi cation. Advantageously, no pulse forming network, as is usual or necessary in the prior art, is necessary in the present invention.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - "A Traveling-Wave Resonant Tunnel Diode Pulse Generator" von Ruai Y. Yu et. al., erschienen in IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 4, No. 7, Juli 1994, Seiten 220 bis 222 [0006] - "A Traveling Wave Resonant Tunneling Diode Pulse Generator" by Ruai Y. Yu et. al., published in IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 4, no. 7, July 1994, pages 220 to 222 [0006]

Claims (14)

Pulsgenerator (1), insbesondere zur Pulserzeugung und/oder -modulation, mit Bauelementen (25) mit negativem differentiellem Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Paar (P1) von in Serie geschalteten Bauelementen (2, 3) an ein Taktsignal (T) und deren Mittenanschluß (M1) an eine Stromquelle (6) angeschlossen ist, so daß am Mittenanschluß (M1) ein Pulssignal (U1) abgreifbar ist.Pulse generator ( 1 ), in particular for pulse generation and / or modulation, with components ( 2 - 5 ) with negative differential resistance, characterized in that a first pair (P1) of series-connected devices ( 2 . 3 ) to a clock signal (T) and its center connection (M1) to a power source ( 6 ) is connected, so that at the center terminal (M1) a pulse signal (U1) can be tapped. Pulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Paar (P2) von Serie geschalteten Bauelementen (4, 5) an das Taktsignal (T) und deren Mittenanschluß (M2) an die Stromquelle (6) entgegengesetzt dem ersten Paar (P1) angeschlossen ist, so daß am Mittenanschluß (M2) des zweiten Paares ein Pulssignal (U2) abgreifbar ist, das zu dem Pulssignal (U1) des ersten Paares (P1) zeitlich versetzt und/oder entgegengesetzt polarisiert ist und/oder das zusammen mit dem Pulssignal (U1) des ersten Paares (P1) ein Ausgangssignal (UA) bildet.Pulse generator according to Claim 1, characterized in that a second pair (P2) of series-connected components ( 4 . 5 ) to the clock signal (T) and its center connection (M2) to the power source ( 6 ) opposite to the first pair (P1) is connected, so that at the middle terminal (M2) of the second pair, a pulse signal (U2) can be tapped, which is offset in time and / or opposite polarity to the pulse signal (U1) of the first pair (P1) and / or that forms an output signal (UA) together with the pulse signal (U1) of the first pair (P1). Pulsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator einen Kombinierer (7) zur Kombination der Pulssignale (U1, U2) der beiden Paare (P1, P2) aufweist.Pulse generator according to Claim 2, characterized in that the pulse generator comprises a combiner ( 7 ) for combining the pulse signals (U1, U2) of the two pairs (P1, P2). Pulsgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (UA) ein zumindest im wesentlichen hermitescher Puls ist.Pulse generator according to Claim 2 or 3, characterized in that the output signal (UA) is at least substantially hermitian pulse is. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemenete (25) – zumindest eines Paares (P1, P2) – unterschiedliche aktive Bereiche und/oder unterschiedliche Spitzenströme beim Übergang vom positiven zum negativen differentiellen Widerstand aufweisen.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the building elements ( 2 - 5 ) - at least one pair (P1, P2) - have different active regions and / or different peak currents in the transition from positive to negative differential resistance. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (25) Resonanztunneldioden, Interbandtunnelelemente und/oder sonstige Tunnelbauelemente sind.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the components ( 2 - 5 ) Resonance tunnel diodes, Interbandtunnelelemente and / or other tunneling elements are. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulssignal (U1, U2) zumindest im wesentlichen gaußförmig, insbesondere ein gaußförmiger Einzelpuls oder Monocycle, ist.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the pulse signal (U1, U2) at least essentially Gaussian, in particular a Gaussian Single pulse or monocycle, is. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulssignal (U1, U2) unipolar oder bipolar ist.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the pulse signal (U1, U2) unipolar or bipolar. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauer einzelner Pulse des Pulssignals (U1, U2) weniger als 800 ps, insbesondere etwa 100 bis 500 ps, beträgt und/oder kürzer als die Pulsdauer einzelner Pulse des Taktsignals (T) oder kürzer als dessen halbe Periodendauer ist.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the pulse duration of individual pulses of the pulse signal (U1, U2) less than 800 ps, in particular about 100 to 500 ps, is and / or shorter than the pulse duration single pulses of the clock signal (T) or shorter than half of it Period is. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (6) schaltbar ist.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the current source ( 6 ) is switchable. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulserzeugung bzw. -modulation, insbesondere die Form des erzeugten Pulssignals (U1, U2) vom Strom Stromquelle (6) abhängt bzw. gesteuert wird.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the pulse generation or modulation, in particular the shape of the generated pulse signal (U1, U2) from the current current source ( 6 ) is dependent or controlled. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Taktsignal (T) eine Wechselspannung ist.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the clock signal (T) an AC voltage is. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulssignal (U1, U2) aufgrund einer taktflankengesteuerten Arbeitspunktänderung erzeugbar ist.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the pulse signal (U1, U2) due a clock edge-controlled operating point change generated is. Pulsgenerator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator (1) als integrierte Schaltung ausgeführt ist.Pulse generator according to one of the preceding claims, characterized in that the pulse generator ( 1 ) is designed as an integrated circuit.
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A Traveling-Wave Resonant Tunnel Diode Pulse Generator" von Ruai Y. Yu et. al., erschienen in IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 4, No. 7, Juli 1994, Seiten 220 bis 222

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