JP2004166162A - Pulse generator - Google Patents
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Abstract
【課題】ウルトラ・ワイド・バンド（ＵＷＢ）伝送用のインパルス信号として利用される高精度のパルスを発生する。
【解決手段】パルス発生回路は、定電流源で駆動される第１の差動対と、前記電流源よりも小さな電流で駆動される第２及び第３の差動対とで構成される。前記の各差動対に差動信号を入力するとともに、前記第１の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で共通接続して出力する。第２及び第３の差動対はそれぞれ正及び負のオフセット電圧を重畳する。
【選択図】 図１A high-precision pulse used as an impulse signal for ultra wide band (UWB) transmission is generated.
A pulse generation circuit includes a first differential pair driven by a constant current source, and second and third differential pairs driven by a current smaller than the current source. A differential signal is input to each of the differential pairs, and the differential signals are connected in common with a polarity such that the output currents of the second and third differential pairs are subtracted from the output current of the first differential pair. I do. The second and third differential pairs superimpose positive and negative offset voltages, respectively.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスを発生するパルス発生装置に係り、特に、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ：ウルトラ・ワイド・バンド）伝送用のインパルス信号として利用されるパルスを発生するパルス発生装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、小型化及び半導体集積回路に適した低電圧動作が可能なパルス発生回路に係り、特に、ＵＷＢ通信に使用されるパルスをバイポーラ・トランジスタやＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタの半導体集積回路を用いて実現するパルス発生装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
複数のコンピュータを接続してＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構成することにより、ファイルやデータなどの情報の共有化、プリンタなどの周辺機器の共有化を図ったり、電子メールやデータ・コンテンツの転送などの情報の交換を行なったりすることができる。
【０００４】
最近では、無線ＬＡＮが注目されている。この種の無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。また、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入の検討が行なわれている。
【０００５】
また最近では、ＳＳ（Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ：スペクトル拡散）方式を適用した無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが実用化されている。また、ＰＡＮなどのアプリケーションを対象として、ＳＳ方式を応用したＵＷＢ伝送方式が提案されている。
【０００６】
ＳＳ方式の一種であるＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｐｒｅａｄ：直接拡散）方式は、送信側において、情報信号にＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏ Ｎｏｉｓｅ：疑似雑音）符号と呼ばれるランダム符号系列を乗算することにより占有帯域を拡散して送信し、受信側において、受信した拡散情報信号にＰＮ符号を乗算することにより逆拡散して情報信号を再生する。
【０００７】
ＵＷＢ伝送方式には、ＤＳの情報信号の拡散速度を極限まで高くしたＤＳ−ＵＷＢ方式と、数１００ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成して、この信号列の送受信を行なうインパルス−ＵＷＢ方式の２種類がある。
【０００８】
ＤＳ−ＵＷＢ方式はＰＮ符号速度によってスペクトラムを制御可能であるが、論理回路をＧＨｚオーダの高速に動作させる必要性があることから消費電力が増加しやすいという問題がある。一方、インパルス−ＵＷＢ方式はパルス発生器と低速の論理回路の組み合わせで構成できるので消費電流を低減できるというメリットがあるが、パルス発生器でスペクトラムを制御することが難しいという問題がある。
【０００９】
また、どちらの方式も例えば３ＧＨｚから１０ＧＨｚという超高帯域な周波数帯域に拡散して送受信を行なうことにより高速データ伝送を実現する。その占有帯域幅は、占有帯域幅をその中心周波数（例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）で割った値がほぼ１になるようなＧＨｚオーダの帯域であり、いわゆるＷ−ＣＤＭＡやｃｄｍａ２０００方式、並びにＳＳ（Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）やＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を用いた無線ＬＡＮにおいて通常使用される帯域幅と比較しても超広帯域なものとなっている。
【００１０】
インパルス−ＵＷＢ方式において用いられるインパルス信号は非常に細いパルスであるため、周波数スペクトル的には非常に広い帯域を使用することになる。これにより、入力された情報信号が、各周波数領域においては雑音レベル以下の電力しか持たないことになる。また、変調方式としては、パルス間の位置により符号を表現するＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス位置変調）や、パルスの位相変化により符号を表現するバイフェーズ位相変調（Ｂｉｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、振幅変調などが考えられている。
【００１１】
インパルス−ＵＷＢに用いられるパルスとは、広帯域の周波数スペクトラムを持つ信号であり、時間領域は、例えば下式で表される波形となる。
【００１２】
【数１】
例えば、トリガーパルスジェネレータのトリガーパルスによりパルスを発生させる回路が挙げられる（例えば、特許文献１を参照のこと）。このタイプのパルス発生回路では、トランジスタのコレクタ−エミッタ間にアバランシェ・ブレークダウンを開始させ、これによって生じたサージ電流がコレクタに接続された先端開放の同軸遅延線の開放端で反射して往復の遅延時間を経た後にコレクタを遮断するので、出力端子には正のパルス電圧が発生する。この正のパルス電圧がエミッタに接続された先端短絡の同軸遅延線の短絡端で反射する際に反転して負のパルス電圧となり、往復の遅延時間を経た後に出力端子に現れるので、結果として合成された電圧波形はパルス波形になるというものである。
【００１４】
しかしながら、このタイプのパルス発生回路では、パルスの生成に同軸ケーブルと同じ構造からなる遅延線を用いているため、小型化、及び半導体集積回路に適していない。また、アバランシェ・ブレークダウンによるサージ電流を利用しているためブレークダウン電圧以上の例えば５０Ｖ程度の高い電源電圧を必要とするので、低電圧化に適していないという問題点がある。
【００１５】
また、バイフェーズ位相変調（Ｂｉ−ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を実現するためのパルス発生回路について幾つかの提案がなされている（例えば、特許文献２又は特許文献３を参照のこと）。しかしながら、これらは、遅延時間の異なるパルスを発生させるために、ゲートを数段直列接続した構成となっている。この場合、回路使用時の雰囲気の影響により動作が変化するので、精度のよい遅延を生成することが困難である。この遅延時間の変化によってスペクトラムが変化し易く、インパルス−ＵＷＢ方式の課題となっている。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第３，９９７，８４３号明細書
【特許文献２】
ＷＯ０１／９３４４１
【特許文献３】
ＷＯ０１／９３５２０
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として利用される高精度のパルスを発生することができる、優れたパルス発生装置を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、小型化及び半導体集積回路に適した低電圧動作が可能な、優れたパルス発生装置を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、ＵＷＢ通信に使用されるパルスをバイポーラ・トランジスタやＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタの半導体集積回路を用いて実現する、優れたパルス発生装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、
定電流源で駆動される第１の差動対と、
前記電流源よりも小さな電流で駆動される第２及び第３の差動対と、
前記の各差動対に差動信号を入力する入力部と、
前記第１の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で各出力端子を共通接続する出力部と、
前記第２の差動対の入力端子に正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第３の差動対の入力端子に負のオフセット電圧を重畳する負オフセット重畳部と、
を具備することを特徴とするパルス発生装置である。
【００２１】
本発明の第１の側面に係るパルス発生装置は、各差動対に差動信号が入力される半導体集積回路として実装され、入力される差動信号がゼロクロスするときに、出力電流としてモノサイクル・パルスを発生することができる。
【００２２】
したがって、本発明の第１の側面に係るパルス発生回路によれば、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として利用されるモノサイクル・パルスを発生することができる。
【００２３】
また、本発明の第１の側面によれば、パルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化を実現することができる。また、従来例に見られるような高電圧が不要なので、３Ｖ以下の低電圧動作が可能になる。
【００２４】
ここで、前記の各差動対に差動信号にオフセット電圧を与える信号源を直列的に挿入するようにしてもよい。
【００２５】
この場合、第１乃至第３の各差動対に共通のオフセット電圧を重畳し、信号源の電圧を変化させることにより、パルス位置のシフト機能を追加することができる。したがって、パルス位置を前後にシフトさせることにより。この結果、高精度のパルス位置変調方式を実現することができる。
【００２６】
あるいは、前記出力部にさらに第４の差動対と第５の差動対と、前記第４及び第５の差動対に変調信号を入力する変調信号入力部で構成される乗算回路を装荷するようにしてもよい。
【００２７】
この場合、モノサイクル・パルスの極性を反転させる機能を追加することができる。すなわち、変調信号の極性によってモノサイクル・パルスの極性を反転することができるので、高精度のバイフェーズのデータ変調を行なえるようにしたパルス発生及び変調回路が実現する。
【００２８】
ここで、差動信号を入力する前記入力部として低い周波数のシンセサイザを利用することができる。この結果、低消費電力化、並びに仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという効果が得られる。
【００２９】
また、本発明の第２の側面は、
第１の電流源で駆動される第１の差動対と、
第２の電流源で駆動される第２の差動対と、
第３の電流源で駆動される第３の差動対と、
第４の電流源で駆動される第４の差動対と、
第５の電流源で駆動される第５の差動対と、
前記の各差動対に差動信号を入力する入力部と、
前記第１、第４及び第５の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で各出力端子を共通接続する出力部と、
前記第２の差動対の入力端子に正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第３の差動対の入力端子に負のオフセット電圧を重畳する負オフセット電圧重畳部と、
前記第４の差動対の入力端子に前記第２の差動対に印加するよりも大きな正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第５の差動対の入力端子に前記第３の差動対に印加するよりも大きな負のオフセット電圧を印加する負オフセット電圧重畳部と、
を具備することを特徴とするパルス発生装置である。
【００３０】
本発明の第２の側面に係るパルス発生装置は、各差動対に差動信号が入力される半導体集積回路として実装され、入力される差動信号がゼロクロスするときに、出力電流として２サイクル・パルスを発生することができる。
【００３１】
したがって、本発明の第２の側面に係るパルス発生回路によれば、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として利用される２サイクル・パルスを発生することができる。
【００３２】
勿論、差動対の個数並びにこれらに対応する正負のオフセット電圧重畳部を追加していくことにより、ＵＷＢ伝送のインパルス信号として利用可能なＮサイクル・パルスを発生するパルス発生装置を構成することができる。
【００３３】
また、本発明の第２の側面によれば、パルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化を実現することができる。また、従来例に見られるような高電圧が不要なので、３Ｖ以下の低電圧動作が可能になる。
【００３４】
ここで、前記の各差動対に差動信号にオフセット電圧を与える信号源を直列的に挿入するようにしてもよい。
【００３５】
この場合、第１乃至第５の各差動対に共通のオフセット電圧を重畳し、信号源の電圧を変化させることにより、パルス位置のシフト機能を追加することができる。したがって、パルス位置を前後にシフトさせることにより。この結果、高精度のパルス位置変調方式を実現することができる。
【００３６】
あるいは、前記出力部にさらに第６の差動対と第７の差動対と、前記第６及び第７の差動対に変調信号を入力する変調信号入力部で構成される乗算回路を装荷するようにしてもよい。
【００３７】
この場合、パルスの極性を反転させる機能を追加することができる。すなわち、変調信号の極性によってパルスの極性を反転することができるので、高精度のバイフェーズのデータ変調を行なえるようにしたパルス発生及び変調回路が実現する。
【００３８】
また、差動信号を入力する前記入力部として低い周波数のシンセサイザを利用することができる。この結果、低消費電力化、並びに仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという効果が得られる。
【００３９】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４１】
第１の実施形態：
図１には、本発明の第１の実施形態に係るパルス発生回路を示している。図示のパルス発生回路は、複数の差動対で構成されている。また、図２には、動作説明のため、各差動対の入力電圧と出力電流の関係を示している。
【００４２】
各図に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３と、各定電流源１２及び１３から供給される定電流源１１の半分の電流ＩＯで駆動される第２の差動対２６、及び第３の差動対２９とで構成される。
【００４３】
定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３を構成する各トランジスタ２１及び２２のベースはそれぞれ入力端子７１及び７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として入力される。
【００４４】
入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと第１の差動対２３の出力端子８１と８２の差動出力電流ＩＯＵＴ１は、以下の式２に示す関係にあり、図３の実線で示す波形になる。ここで２・ＩＯは定電流源１１の電流値であり、ＶＴは熱電圧である。
【００４５】
【数２】
また、定電流源１１の半分の電流ＩＯである定電流源１２で駆動される第２の差動対２６を構成する一方のトランジスタ２４のベースには正のオフセット電圧３２が重畳されて入力端子７１に接続され、他方のトランジスタ２５のベースはそのまま入力端子７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００４７】
入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと第２の差動対２６の出力端子８３と８４の差動出力電流ＩＯＵＴ２は、以下の式３に示す関係にあり、図３の点線で示す波形になる。ここでＩＯは定電流源１２の電流値であり、ＶＫはオフセット電圧である。
【００４８】
【数３】
また、定電流源１１の半分の電流ＩＯである定電流源１３で駆動される第３の差動対２９を構成する一方のトランジスタ２７のベースはそのまま入力端子７１に接続され、他方のトランジスタ２８のベースには負のオフセット電圧３３が重畳されて入力端子７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００５０】
入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと第３の差動対２９の出力端子８５と８６の差動出力電流ＩＯＵＴ３は、以下の式４に示す関係にあり、図３の一点鎖線で示す波形になる。ここでＩＯは定電流源１２の電流値であり、ＶＫはオフセット電圧である。
【００５１】
【数４】
上記の説明において、図３に示したグラフではオフセット電圧ＶＫ＝４・ＶＴとしているが、本実施形態ではＶＫは４・ＶＴを中心として２・ＶＴから６・ＶＴの範囲に設定されることを想定している。
【００５３】
次に、図１に示すパルス発生回路において、モノサイクル・パルスが生成される原理について説明する。
【００５４】
図１では、第１の差動対２３の出力端子８１と８２に対して、第２の差動対２６と第３の差動対２９の出力端子が逆極性に接続されている。
【００５５】
この接続により、第１の差動対２３の差動出力電流から、第２の差動対２６の差動出力電流と第３の差動対２９の差動出力電流が差し引かれるように合成される。この結果として、入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと出力端子８１と８２の差動出力電流ＩＯＵＴは、式５に示す関係になる。したがって、図４に示すように、入力電圧Ｖｉｎがゼロクロスするときに出力電流にモノサイクル・パルスを発生する。
【００５６】
【数５】
図示の波形は、位相変調方式のモノサイクルのパルス波形に相当する。勿論、入力電圧の波形を反転させることにより、位相が反転したモノサイクル・パルスを発生することができる。
【００５８】
したがって、本実施形態によれば、各差動対からなるパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係るパルス発生回路によれば、各差動対に入力電圧を供給する信号源として低い周波数のシンセサイザを利用することができる。通常のＵＷＢパルス発生回路では高周波のシンセサイザ（例えば、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）が必要であるが、図１に示すような回路構成によれば、例えば７００ＭＨｚ程度の低い周波数のシンセサイザを利用することができる。その効果は、低消費電力化、並びに、仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという点にある。
【００６０】
第２の実施形態：
図５には、本発明の第２の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【００６１】
図５に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３と、各定電流源１２及び１３から供給される定電流源１１の半分の電流ＩＯで駆動される第２の差動対２６、及び第３の差動対２９とで構成される。
【００６２】
同図に示す例では、信号源３４を入力端子７１と直列に挿入することで、このパルス発生回路全体にオフセット電圧ＶＳを与えるように構成されている。すなわち、第１乃至第３の差動対２３，２６，２９に共通のオフセット電圧ＶＳを重畳し、信号源３４の電圧を変化させることにより、パルス位置のシフト機能を追加している。入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと出力端子８１と８２の差動出力電流ＩＯＵＴの関係は、以下の式６に示す通りである。
【００６３】
【数６】
ここで、ＶＳは信号源３４の電圧であり、ＶＳを負から正まで変化させることで、図６に示すようにパルス位置を前後にシフトさせることができる。この結果、高精度のパルス位置変調方式を実現することができる。
【００６５】
したがって、本実施形態によれば、各差動対からなるパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、高精度のパルス位置変調方式を実現する半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【００６６】
第３の実施形態：
図７には、本発明の第３の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【００６７】
同図に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３と、各定電流源１２及び１３から供給される定電流源１１の半分の電流ＩＯで駆動される第２の差動対２６、及び第３の差動対２９とで構成される。
【００６８】
さらに、このパルス発生回路の出力端子８１と８２に対して、第４の差動対４３と第５の差動対４６で構成される乗算回路が装荷されている。
【００６９】
パルス発生装置の出力端子８１で駆動される第４の差動対４３を構成する一方のトランジスタ４１のベースは入力端子７３に接続され、他方のトランジスタ４２のベースは入力端子７４に接続されている。また、パルス発生装置の出力端子８２で駆動される第５の差動対４６を構成する一方のトランジスタ４４のベースは入力端子７３に接続され、他方のトランジスタ４５のベースは入力端子７４に接続されている。入力端子７３及び７４からは、所定の電位差ＶＭを持つ変調信号が入力される。
【００７０】
第４の差動対４３と第５の差動対４６で構成されるこの乗算回路は、モノサイクル・パルスの極性を反転させる機能を持つ。以下の式７には、入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと出力端子９１と９２の差動出力電流ＩＯＵＴの関係を示している。
【００７１】
【数７】
ここでＶＭは変調信号６２の電圧であり、ＶＭの極性によって図８に示すようにモノサイクル・パルスの極性を反転することができる。この結果、変調信号６２によって高精度のバイフェーズのデータ変調を行なえるようにしたパルス発生及び変調回路が実現する。
【００７３】
したがって、本実施形態によれば、各差動対２３，２６，２９，４３，４６からなるパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、バイフェーズのデータ変調を行なう半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【００７４】
第４の実施形態：
図９には、本発明の第３の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【００７５】
同図に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３と、各定電流源１２及び１３から供給される定電流源１１の半分の電流ＩＯで駆動される第２の差動対２６、及び第３の差動対２９とで構成される。図１に示した第１の実施形態では、バイポーラ・トランジスタを用いて差動対を構成しているが、図示の例では、ＭＯＳトランジスタを用いて構成している。
【００７６】
定電流源１１からの電流２Ｉｏで駆動される第１の差動対２３を構成する各ＭＯＳトランジスタ２１及び２２のゲートはそれぞれ入力端子７１及び７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００７７】
また、定電流源１１の半分の電流ＩＯである定電流源１２で駆動される第２の差動対２６を構成する一方のＭＯＳトランジスタ２４のゲートには正のオフセット電圧３２が重畳されて入力端子７１に接続され、他方のＭＯＳトランジスタ２５のゲートはそのまま入力端子７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００７８】
また、定電流源１１の半分の電流ＩＯである定電流源１３で駆動される第３の差動対２９を構成する一方のＭＯＳトランジスタ２７のゲートはそのまま入力端子７１に接続され、他方のＭＯＳトランジスタ２８のゲートには負のオフセット電圧３３が重畳されて入力端子７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００７９】
この実施形態の場合も、上述と同様に図４に示すようなモノサイクル・パルス波形を生成し、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【００８０】
また、図示しないが、図５並びに図７に示した他の実施形態に係るパルス発生回路においても、バイポーラ型ではなくＭＯＳトランジスタを用いて同様に構成することができる。
【００８１】
従来、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として、ガウス分布形状のモノサイクル・パルス（Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｍｏｎｏ Ｃｙｃｌｅ Ｐｕｌｓｅ）が使われてきた。ここで、伝送用パルスのスペクトラムの要求条件として以下の２点がある。
【００８２】
（１）ＦＣＣのスペクトラム・マスクの規定では３ＧＨｚ以下は放射できない。
（２）４．９〜５．３ＧＨｚ帯は、５ＧＨｚ無線ＬＡＮがあり、これを避けた方がよい。
【００８３】
この要求を鑑みて、ＵＷＢ通信システムにおける上述したようなスペクトラムの問題を回避するために、図１１に点線で示すようなモノサイクル・パルスのスペクトラムを、５ＧＨｚより上の周波数まで周波数変換して、図１１の実線で示すような単側波帯のスペクトラムを生成すればよいという考察ができる。
【００８４】
モノサイクル・パルスを単側波帯で周波数変換する方法としては、モノサイクル・パルスを５ＧＨｚの余弦波とを乗算した信号から、モノサイクル・パルスをヒルベルト変換した波形を５ＧＨｚの正弦波とを乗算した信号を減算することで容易に得ることができる。
【００８５】
この結果、図１２に示すようなパルス波形が、図１１の実線に示すようなスペクトラムになることがわかった。さらに、図１２のパルス波形を観察すると、振幅の大きな部分は２サイクルのパルス波形になっていることわかる。従って、ＵＷＢ通信システムにおける上述したようなスペクトラムの問題を回避するために、伝送用のインパルス信号として、モノサイクルではなくＮサイクルのパルスを用いるという考え方に到達することができる。
【００８６】
これより、Ｎ（この場合、Ｎ＝２）サイクル・パルスからなるインパルス信号を使用するＵＷＢ通信に関して、以下の事柄が導出される。
【００８７】
（１）３ＧＨｚ以下と５ＧＨｚは最初からほとんどエネルギがないので、ＦＣＣルールや既存の５ＧＨｚ帯を使用する通信システムのことを考慮しても、パルス波形の崩れはあまりなく、エネルギ・ロスも少ない。
（２）比帯域が小さくなることにより、アンテナやＲＦの回路の設計がかなり容易になる。
【００８８】
前述した本発明の第１乃至第４の各実施形態では、モノサイクル・パルスを発生するパルス発生装置について説明してきた。以下で記述する各実施形態では、Ｎサイクル・パルスの一例として２サイクル・パルスを生成するパルス発生装置について説明することにする。
【００８９】
第５の実施形態：
図１３には、本発明の第５の実施形態に係るパルス発生回路を示している。図示のパルス発生回路は、複数の差動対で構成されている。また、図１４には、動作説明のため、各差動対の入力電圧と出力電流の関係を示している。
【００９０】
各図に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、電流源１１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対１２１と、各電流源１１２及び１１３から供給される電流２ＩＯで駆動される第２の差動対１２２及び第３の差動対１２３と、各電流源１１４及び１１５からの定電流１１１の半分電流ＩＯで駆動される第４の差動対１２４及び第５の差動対１２５とで構成される。
【００９１】
電流源１１１で駆動される第１の差動対１２１を構成するトランジスタ１２１Ａと１２１Ｂのベースはそれぞれ入力端子１７１及び１７２に接続されている。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００９２】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２１の出力端子１８０と１８１の差動出力電流ＩＯＵＴ１は、以下の式８に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここで２・ＩＯは電流源１１１の電流値であり、ＶＴは熱電圧である。
【００９３】
【数８】
また、電流源１１２で駆動される第２の差動対１２２を構成する一方のトランジスタ１２２Ａのベースには正のオフセット電圧１３１が重畳されて入力端子１７１に接続され、他方のトランジスタ１２２Ｂのベースはそのまま入力端子１７２に接続される。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００９５】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２２の出力端子１８２と１８３の差動出力電流ＩＯＵＴ２は、以下の式９に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここで２・ＩＯは電流源１１２の電流値であり、ＶＫは正のオフセット電圧である。
【００９６】
【数９】
また、電流源１１３で駆動される第３の差動対１２３を構成する一方のトランジスタ１２３Ａのベースは入力端子１７１にそのまま接続され、他方のトランジスタ１２３Ｂのベースには負のオフセット電圧１３２が重畳されて入力端子１７２に接続される。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００９８】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２３の出力端子１８４と１８５の差動出力電流ＩＯＵＴ３は、以下の式１０に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここで２・ＩＯは電流源１１３の電流値であり、−ＶＫは負のオフセット電圧である。
【００９９】
【数１０】
また、電流源１１４で駆動される第４の差動対１２４を構成する一方のトランジスタ１２４Ａのベースには正のオフセット電圧１３３が重畳されて入力端子１７１に接続され、他方のトランジスタ１２４Ｂのベースは入力端子１７２にそのまま接続される。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【０１０１】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２４の出力端子１８６と１８７の差動出力電流ＩＯＵＴ４は、以下の式１１に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここでＩＯは電流源１１４の電流値であり、２・ＶＫは正のオフセット電圧である。
【０１０２】
【数１１】
また、電流源１１５で駆動される第５の差動対１２５を構成する一方のトランジスタ１２５Ａのベースは入力端子１７１にそのまま接続され、他方のトランジスタ１２５Ｂのベースには負のオフセット電圧１３４が重畳されて入力端子１７２に接続される。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【０１０４】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２５の出力端子１８８と１８９の差動出力電流ＩＯＵＴ５は、以下の式１２に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここでＩＯは電流源１１５の電流値であり、―２・ＶＫは負のオフセット電圧である。
【０１０５】
【数１２】
上記の説明において、図１５に示したグラフではオフセット電圧ＶＫ＝５・ＶＴとしているが、本実施形態ではＶＫは５・ＶＴを中心として２・ＶＴから８・ＶＴの範囲に設定されることを想定している。
【０１０７】
次に、図１３に示すパルス発生回路において、パルスが生成される原理について説明する。
【０１０８】
図１３では、第１、第４及び第５の各差動対１２１、１２４、１２５の出力電流からそれぞれ第２及び第３の差動対１２２及び１２３の出力電流を減ずるような極性で接続されている。
【０１０９】
この接続により、第１、第４及び第５の各差動対１２１、１２４、１２５の差動出力電流の合計から、第２及び第３の差動対１２２及び１２３の差動出力電流が差し引かれるように合成される。したがって、図１６に示すように、入力電圧Ｖｉｎがゼロクロスするときに出力電流にパルスを発生する。また、入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと出力端子１８０と１８１の差動出力電流ＩＯＵＴは以下の式１３に示す関係になる。
【０１１０】
【数１３】
図示の波形は位相変調方式のパルス波形に相当する。したがって、本実施形態によれば、各差動対からなるパルス発生回路を半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【０１１２】
したがって、本実施形態によれば、２サイクル・パルスを生成するパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタからなる差動対で構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【０１１３】
勿論、パルス発生装置を構成する差動対の個数並びにこれらに対応する正負のオフセット電圧重畳部を追加していくことにより、ＵＷＢ伝送のインパルス信号として利用可能な任意のＮサイクル・パルスを発生するパルス発生装置を構成することができる。
【０１１４】
第６の実施形態：
図１７には、本発明の第６の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【０１１５】
図１７に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、電流源１１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対１２１と、各電流源１１２及び１１３から供給される電流２ＩＯで駆動される第２の差動対１２２及び第３の差動対１２３と、各電流源１１４及び１１５からの定電流源１１１の半分の電流ＩＯで駆動される第４の差動対１２４及び第５の差動対１２５とで構成される。
【０１１６】
同図に示す例では、信号源１３５を入力端子１７１と直列に挿入することで、このパルス発生回路全体にオフセット電圧を与えるように構成されている。すなわち、第１乃至第５の差動対１２１，１２２，１２３，１２４，１２５に共通のオフセット電圧を重畳し、信号源１３５の電圧を変化させることにより、パルス位置のシフト機能を追加している。
【０１１７】
信号源１３５の電圧ＶＳを負から正まで変化させることで、図１８に示すようにパルス位置を前後にシフトさせることができる。この結果、高精度のパルス位置変調を実現することができる。
【０１１８】
したがって、本実施形態によれば、２サイクル・パルスを生成するパルス位置変調方式のパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタからなる差動対で構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【０１１９】
勿論、パルス発生装置を構成する差動対の個数並びにこれらに対応する正負のオフセット電圧重畳部を追加していくことにより、ＵＷＢ伝送のインパルス信号として利用可能な任意のＮサイクル・パルスを発生するパルス発生装置を構成することができる。
【０１２０】
第７の実施形態：
図１９には、本発明の第７の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【０１２１】
図１９に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、電流源１１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対１２１と、各電流源１１２及び１１３から供給される電流２ＩＯで駆動される第２の差動対１２２及び第３の差動対１２３と、各電流源１１４及び１１５からの定電流源１１１の半分の電流ＩＯで駆動される第４の差動対１２４及び第５の差動対１２５とで構成される。
【０１２２】
さらに、このパルス発生回路の出力端子１８１と１８２に対して、第６の差動対１４１と第７の差動対１４２で構成される乗算回路が装荷されている。
【０１２３】
パルス発生装置の出力端子１８１で駆動される第６の差動対１４１を構成する一方のトランジスタ１４１Ａのベースは入力端子１７３に接続され、他方のトランジスタ１４１Ｂのベースは入力端子１７４に接続されている。また、パルス発生装置の出力端子１８２で駆動される第７の差動対１４２を構成する一方のトランジスタ１４２Ａのベースは入力端子１７３に接続され、他方のトランジスタ１４２Ｂのベースは入力端子１７４に接続されている。入力端子１７３及び１７４からは、所定の電位差ＶＭを持つ変調信号が入力される。
【０１２４】
第６の差動対１４１と第７の差動対１４２で構成されるこの乗算回路は、２サイクル・パルスの極性を反転させる機能を持つ。この結果、変調信号１６２によって高精度のバイフェーズ変調を行なえるようにしたパルス発生及び変調回路が実現する。
【０１２５】
したがって、本実施形態によれば、２サイクル・パルスを生成するバイフェーズ変調方式のパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタからなる差動対で構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【０１２６】
勿論、パルス発生装置を構成する差動対の個数並びにこれらに対応する正負のオフセット電圧重畳部を追加していくことにより、ＵＷＢ伝送のインパルス信号として利用可能な任意のＮサイクル・パルスを発生するパルス発生装置を構成することができる。
【０１２７】
また、本実施形態に係るパルス発生回路によれば、各差動対に入力電圧を供給する信号源として低い周波数のシンセサイザを利用することができる。通常のＵＷＢパルス発生回路では高周波のシンセサイザ（例えば、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）が必要であるが、図１に示すような回路構成によれば、例えば７００ＭＨｚ程度の低い周波数のシンセサイザを利用することができる。その効果は、低消費電力化、並びに、仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという点にある。
【０１２８】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１２９】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として利用される高精度のパルスを発生することができる、優れたパルス発生装置を提供することができる。
【０１３０】
また、本発明によれば、小型化及び半導体集積回路に適した低電圧動作が可能な、優れたパルス発生装置を提供することができる。
【０１３１】
本発明によれば、パルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化を実現することができる。また、従来例に見られるような高電圧が不要なので、３Ｖ以下の低電圧動作が可能になる。
【０１３２】
また、第３及び第７の実施形態に示したように、乗算回路を装荷することにより、バイフェーズ変調が容易に可能であり、さらに第２及び第６の実施形態に示したようにパルス位置を前後にシフトさせることが可能なので、パルス位置変調を実現することが可能である。
【０１３３】
また、本発明によれば差動信号を入力する入力部として低い周波数のシンセサイザを使用することができる。すなわち、通常のＵＷＢパルス発生回路では高周波のシンセサイザ（例えば、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）が必要であるのに対して、本発明によれば、例えば７００ＭＨｚ程度の低い周波数のシンセサイザを利用することができる。その効果は、低消費電力化、並びに、仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという点にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図２】図１に示したパルス発生回路を構成する各差動対の入力電圧と出力電流の関係を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るパルス発生回路の各差動対からの出力波形を示した図である。
【図４】図１に示したパルス発生回路を構成する各差動対の出力電流を合成して得られる回路出力波形を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るパルス発生回路の出力波形を示した図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るパルス発生回路の出力波形を示した図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図１０】モノサイクル・パルス波形を示した図である。
【図１１】従来のモノサイクル・パルスのスペクトラム、及び５ＧＨｚより上に周波数変換した単側波帯のスペクトラムを示した図である。
【図１２】図１１に示した、単側波帯のスペクトラムの時間波形を示した図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図１４】図１３に示したパルス発生回路を構成する各差動対の入力電圧と出力電流の関係を示した図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係るパルス発生回路の各差動対からの出力波形を示した図である。
【図１６】１３に示したパルス発生回路を構成する各差動対の出力電流を合成して得られる回路出力波形を示した図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態に係るパルス発生回路の出力波形を示した図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【符号の説明】
１１，１２，１３…定電流源
２３…第１の差動対
２６…第２の差動対
２９…第３の差動対
３２…正のオフセット電圧
３３…負のオフセット電圧
３４…信号源
４３…第４の差動対
４６…第５の差動対
６２…変調信号
７１，７２…入力端子
８１，８２…出力端子
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５…定電流源
１２１…第１の差動対
１２２…第２の差動対
１２３…第３の差動対
１２４…第４の差動対
１２５…第５の差動対
１２６…第６の差動対
１２７…第７の差動対[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse generator for generating a pulse, and more particularly to a pulse generator for generating a pulse used as an impulse signal for UWB (Ultra Wide Band) transmission.
[0002]
More specifically, the present invention relates to a pulse generation circuit capable of miniaturizing and operating at a low voltage suitable for a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a bipolar transistor or a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor for applying a pulse used for UWB communication. The present invention relates to a pulse generator realized by using a semiconductor integrated circuit of the present invention.
[0003]
[Prior art]
By connecting multiple computers to form a LAN (Local Area Network), information such as files and data can be shared, peripheral devices such as printers can be shared, and e-mail, data, and content can be transferred. Information exchange.
[0004]
Recently, wireless LANs have attracted attention. According to this type of wireless LAN, most of the wired cables can be omitted in a work space such as an office, so that a communication terminal such as a personal computer (PC) can be moved relatively easily. In addition, the demand for wireless LAN systems has been remarkably increased with the increase in speed and price. Particularly, recently, introduction of a personal area network (PAN) has been studied in order to establish a small-scale wireless network and perform information communication between a plurality of electronic devices existing around a person.
[0005]
Recently, a wireless LAN (Local Area Network) system to which an SS (Spread Spectrum) system is applied has been put to practical use. Also, a UWB transmission method applying the SS method has been proposed for applications such as PAN.
[0006]
In a DS (Direct Spread: Direct Spread) system, which is a type of the SS system, an occupied band is spread by transmitting an information signal by multiplying the information signal by a random code sequence called a PN (Pseudo Noise: pseudo noise) code. Then, the receiving side reproduces the information signal by despreading by multiplying the received spread information signal by a PN code.
[0007]
In the UWB transmission system, an information signal is formed by using a DS-UWB system in which the spreading speed of a DS information signal is extremely high and an impulse signal train having a very short period of about several hundred picoseconds. There are two types of impulse-UWB system for transmitting and receiving columns.
[0008]
The DS-UWB system can control the spectrum by the PN code speed, but has a problem that power consumption is likely to increase because it is necessary to operate a logic circuit at a high speed on the order of GHz. On the other hand, the impulse-UWB method has the merit that current consumption can be reduced because it can be configured by a combination of a pulse generator and a low-speed logic circuit, but has a problem that it is difficult to control the spectrum with the pulse generator.
[0009]
In both systems, high-speed data transmission is realized by performing transmission and reception by spreading over an ultra-high frequency band of, for example, 3 GHz to 10 GHz. The occupied bandwidth is a band on the order of GHz such that a value obtained by dividing the occupied bandwidth by its center frequency (for example, 1 GHz to 10 GHz) is substantially 1, and is a so-called W-CDMA or cdma2000 system, and an SS (Spread Spectrum). ) Or an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) scheme, which is an ultra-wide band compared to a bandwidth normally used in a wireless LAN.
[0010]
Since the impulse signal used in the impulse-UWB method is a very thin pulse, it uses a very wide band in frequency spectrum. As a result, the input information signal has only power below the noise level in each frequency domain. Examples of the modulation method include PPM (Pulse Position Modulation) which represents a code by a position between pulses, biphase modulation (Biphase Modulation) which represents a code by a phase change of a pulse, and amplitude modulation. It is considered.
[0011]
The pulse used for the impulse-UWB is a signal having a wide frequency spectrum, and the time domain has a waveform represented by, for example, the following equation.
[0012]
(Equation 1)
For example, there is a circuit that generates a pulse by a trigger pulse of a trigger pulse generator (for example, see Patent Document 1). In this type of pulse generating circuit, avalanche breakdown is started between the collector and the emitter of the transistor, and the surge current generated by the avalanche is reflected by the open end of the open-ended coaxial delay line connected to the collector, and the pulse reciprocates. Since the collector is cut off after the delay time, a positive pulse voltage is generated at the output terminal. When this positive pulse voltage is reflected at the short-circuit end of the coaxial delay line connected to the emitter and short-circuited to the emitter, it reverses to become a negative pulse voltage, and appears at the output terminal after a round-trip delay time. The applied voltage waveform becomes a pulse waveform.
[0014]
However, this type of pulse generating circuit uses a delay line having the same structure as a coaxial cable for generating a pulse, and is not suitable for miniaturization and for a semiconductor integrated circuit. In addition, since a surge current due to avalanche breakdown is used, a high power supply voltage of, for example, about 50 V that is higher than the breakdown voltage is required, which is not suitable for lowering the voltage.
[0015]
Some proposals have been made for a pulse generation circuit for realizing a bi-phase modulation (Bi-phase Modulation) method (for example, see
[0016]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 3,997,843
[Patent Document 2]
WO 01/93441
[Patent Document 3]
WO 01/93520
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an excellent pulse generator capable of generating a high-precision pulse used as an impulse signal for UWB transmission.
[0018]
A further object of the present invention is to provide an excellent pulse generator capable of miniaturization and low-voltage operation suitable for a semiconductor integrated circuit.
[0019]
A further object of the present invention is to provide an excellent pulse generator that realizes a pulse used for UWB communication using a semiconductor integrated circuit such as a bipolar transistor or a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor.
[0020]
Means and Action for Solving the Problems
The present invention has been made in consideration of the above problems, and a first aspect thereof is as follows.
A first differential pair driven by a constant current source;
A second and a third differential pair driven by a current smaller than the current source;
An input unit for inputting a differential signal to each of the differential pairs,
An output unit for commonly connecting the output terminals with a polarity such that the output current of the second and third differential pairs is subtracted from the output current of the first differential pair;
A positive offset voltage superimposing section for superimposing a positive offset voltage on an input terminal of the second differential pair;
A negative offset superimposing unit for superimposing a negative offset voltage on an input terminal of the third differential pair;
A pulse generator comprising:
[0021]
A pulse generator according to a first aspect of the present invention is implemented as a semiconductor integrated circuit in which a differential signal is input to each differential pair, and outputs a monocycle as an output current when the input differential signal crosses zero. -A pulse can be generated.
[0022]
Therefore, the pulse generation circuit according to the first aspect of the present invention can generate a monocycle pulse used as an impulse signal for UWB transmission.
[0023]
Further, according to the first aspect of the present invention, since the pulse generation circuit can be constituted by a bipolar or MOS transistor, it can be constituted by a semiconductor integrated circuit to achieve downsizing. Further, since a high voltage as in the conventional example is unnecessary, a low voltage operation of 3 V or less can be performed.
[0024]
Here, a signal source for giving an offset voltage to the differential signal may be inserted in series in each of the differential pairs.
[0025]
In this case, a function of shifting the pulse position can be added by superimposing a common offset voltage on each of the first to third differential pairs and changing the voltage of the signal source. Therefore, by shifting the pulse position back and forth. As a result, a highly accurate pulse position modulation method can be realized.
[0026]
Alternatively, the output unit further includes a fourth differential pair, a fifth differential pair, and a multiplication circuit including a modulation signal input unit that inputs a modulation signal to the fourth and fifth differential pairs. You may make it.
[0027]
In this case, a function of inverting the polarity of the monocycle pulse can be added. That is, since the polarity of the monocycle pulse can be inverted depending on the polarity of the modulation signal, a pulse generation and modulation circuit capable of performing highly accurate bi-phase data modulation is realized.
[0028]
Here, a low-frequency synthesizer can be used as the input section for inputting the differential signal. As a result, it is possible to obtain the effect of reducing power consumption and easily reducing leakage even if leakage occurs.
[0029]
Further, a second aspect of the present invention is as follows.
A first differential pair driven by a first current source;
A second differential pair driven by a second current source;
A third differential pair driven by a third current source;
A fourth differential pair driven by a fourth current source;
A fifth differential pair driven by a fifth current source;
An input unit for inputting a differential signal to each of the differential pairs,
An output unit for commonly connecting each output terminal with a polarity such that the output currents of the second and third differential pairs are subtracted from the output currents of the first, fourth and fifth differential pairs;
A positive offset voltage superimposing section for superimposing a positive offset voltage on an input terminal of the second differential pair;
A negative offset voltage superimposing section for superimposing a negative offset voltage on an input terminal of the third differential pair;
A positive offset voltage superimposing unit configured to superimpose a positive offset voltage larger than that applied to the second differential pair to an input terminal of the fourth differential pair;
A negative offset voltage superimposing unit that applies a larger negative offset voltage to the input terminal of the fifth differential pair than is applied to the third differential pair;
A pulse generator comprising:
[0030]
The pulse generator according to the second aspect of the present invention is implemented as a semiconductor integrated circuit in which a differential signal is input to each differential pair, and outputs two cycles as an output current when the input differential signal crosses zero. -A pulse can be generated.
[0031]
Therefore, according to the pulse generation circuit according to the second aspect of the present invention, a two-cycle pulse used as an impulse signal for UWB transmission can be generated.
[0032]
Of course, by adding the number of differential pairs and the corresponding positive / negative offset voltage superimposing sections, it is possible to configure a pulse generator that generates an N-cycle pulse usable as an impulse signal for UWB transmission. it can.
[0033]
Further, according to the second aspect of the present invention, since the pulse generation circuit can be constituted by a bipolar or MOS transistor, it can be constituted by a semiconductor integrated circuit to realize downsizing. Further, since a high voltage as in the conventional example is unnecessary, a low voltage operation of 3 V or less can be performed.
[0034]
Here, a signal source for giving an offset voltage to the differential signal may be inserted in series in each of the differential pairs.
[0035]
In this case, a pulse position shift function can be added by superimposing a common offset voltage on each of the first to fifth differential pairs and changing the voltage of the signal source. Therefore, by shifting the pulse position back and forth. As a result, a highly accurate pulse position modulation method can be realized.
[0036]
Alternatively, the output unit further includes a sixth differential pair, a seventh differential pair, and a multiplying circuit including a modulation signal input unit that inputs a modulation signal to the sixth and seventh differential pairs. You may make it.
[0037]
In this case, a function of inverting the polarity of the pulse can be added. That is, since the polarity of the pulse can be inverted depending on the polarity of the modulation signal, a pulse generation and modulation circuit capable of performing high-precision bi-phase data modulation is realized.
[0038]
Further, a low frequency synthesizer can be used as the input section for inputting the differential signal. As a result, it is possible to obtain the effect of reducing power consumption and easily reducing leakage even if leakage occurs.
[0039]
Further objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed descriptions based on embodiments of the present invention described below and the accompanying drawings.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0041]
First embodiment:
FIG. 1 shows a pulse generation circuit according to a first embodiment of the present invention. The illustrated pulse generation circuit includes a plurality of differential pairs. FIG. 2 shows the relationship between the input voltage and the output current of each differential pair for explanation of the operation.
[0042]
As shown in each of the drawings, the pulse generation circuit according to the present embodiment includes a current 2I from the constant current source 11.OAnd a current I half of the constant
[0043]
Current 2I from constant
[0044]
Input voltage V between input terminals 71-72inAnd the differential output current I of the
[0045]
(Equation 2)
In addition, half of the current I of the constant
[0047]
Input voltage V between input terminals 71-72inAnd the differential output current I of the
[0048]
(Equation 3)
In addition, half of the current I of the constant
[0050]
Input voltage V between input terminals 71-72inAnd the differential output current I of the
[0051]
(Equation 4)
In the above description, the graph shown in FIG.K= 4VTHowever, in the present embodiment, VKIs 4 · VT2V aroundTFrom 6 · VTIt is assumed to be set in the range.
[0053]
Next, the principle of generating a monocycle pulse in the pulse generation circuit shown in FIG. 1 will be described.
[0054]
In FIG. 1, the output terminals of the second
[0055]
With this connection, the differential output current of the second
[0056]
(Equation 5)
The illustrated waveform corresponds to a pulse waveform of a monocycle of the phase modulation method. Of course, by inverting the waveform of the input voltage, a monocycle pulse having an inverted phase can be generated.
[0058]
Therefore, according to the present embodiment, the pulse generation circuit composed of each differential pair can be composed of a bipolar or MOS transistor, so that it can be composed of a semiconductor integrated circuit to realize miniaturization and low-voltage operation. .
[0059]
Further, according to the pulse generation circuit of the present embodiment, a low-frequency synthesizer can be used as a signal source for supplying an input voltage to each differential pair. A normal UWB pulse generation circuit requires a high frequency synthesizer (for example, 3 GHz to 10 GHz), but according to the circuit configuration shown in FIG. 1, a low frequency synthesizer of, for example, about 700 MHz can be used. The effect is that power consumption can be reduced, and even if leakage occurs, it can be easily reduced by a filter.
[0060]
Second embodiment:
FIG. 5 shows a configuration of a pulse generation circuit according to the second embodiment of the present invention.
[0061]
As shown in FIG. 5, the pulse generation circuit according to the present embodiment includes a current 2I from the constant current source 11.OAnd a current I half of the constant
[0062]
In the example shown in the figure, by inserting the
[0063]
(Equation 6)
Where VSIs the voltage of the
[0065]
Therefore, according to the present embodiment, since the pulse generating circuit composed of each differential pair can be configured by a bipolar or MOS transistor, it is possible to reduce the size by configuring the semiconductor integrated circuit that realizes a highly accurate pulse position modulation method. And low-voltage operation can be realized.
[0066]
Third embodiment:
FIG. 7 shows a configuration of a pulse generation circuit according to the third embodiment of the present invention.
[0067]
As shown in the figure, the pulse generation circuit according to the present embodiment includes a current 2I from the constant current source 11.OAnd a current I half of the constant
[0068]
Further, a multiplying circuit composed of a fourth differential pair 43 and a fifth differential pair 46 is mounted on the
[0069]
The base of one transistor 41 constituting the fourth differential pair 43 driven by the
[0070]
This multiplication circuit composed of the fourth differential pair 43 and the fifth differential pair 46 has a function of inverting the polarity of the monocycle pulse. The following equation 7 shows the input voltage V between the
[0071]
(Equation 7)
Where VMIs the voltage of the
[0073]
Therefore, according to the present embodiment, the pulse generation circuit including the differential pairs 23, 26, 29, 43, and 46 can be constituted by bipolar or MOS transistors, so that the semiconductor integrated circuit that performs biphase data modulation , It is possible to realize miniaturization and low-voltage operation.
[0074]
Fourth embodiment:
FIG. 9 shows a configuration of a pulse generation circuit according to the third embodiment of the present invention.
[0075]
As shown in the figure, the pulse generation circuit according to the present embodiment includes a current 2I from the constant current source 11.OAnd a current I half of the constant
[0076]
The gates of the
[0077]
In addition, half of the current I of the constant
[0078]
In addition, half of the current I of the constant
[0079]
Also in the case of this embodiment, a monocycle pulse waveform as shown in FIG. 4 is generated similarly to the above, and it is possible to realize a miniaturization and a low-voltage operation by configuring the semiconductor integrated circuit.
[0080]
Although not shown, the pulse generation circuits according to the other embodiments shown in FIGS. 5 and 7 can be similarly configured using MOS transistors instead of bipolar transistors.
[0081]
Conventionally, a Gaussian Mono Cycle Pulse has been used as an impulse signal for UWB transmission. Here, there are the following two requirements for the spectrum of the transmission pulse spectrum.
[0082]
(1) Under the FCC spectrum mask specification, radiation below 3 GHz is not possible.
(2) In the 4.9-5.3 GHz band, there is a 5 GHz wireless LAN, and it is better to avoid this.
[0083]
In view of this demand, in order to avoid the above-mentioned spectrum problem in the UWB communication system, the spectrum of a monocycle pulse as shown by a dotted line in FIG. 11 is frequency-converted to a frequency higher than 5 GHz, It can be considered that a single sideband spectrum as shown by a solid line in FIG. 11 may be generated.
[0084]
As a method of frequency-converting a monocycle pulse in a single sideband, a signal obtained by multiplying a monocycle pulse by a cosine wave of 5 GHz is multiplied by a sine wave of 5 GHz by a Hilbert-converted waveform of the monocycle pulse. It can be easily obtained by subtracting the obtained signal.
[0085]
As a result, it was found that the pulse waveform as shown in FIG. 12 had a spectrum as shown by the solid line in FIG. Further, when observing the pulse waveform in FIG. 12, it can be seen that the portion having a large amplitude has a two-cycle pulse waveform. Therefore, in order to avoid the above-described spectrum problem in the UWB communication system, it is possible to arrive at the idea of using N-cycle pulses instead of monocycles as transmission impulse signals.
[0086]
From this, the following is derived for UWB communication using an impulse signal consisting of N (in this case, N = 2) cycle pulses.
[0087]
(1) Since 3 GHz or less and 5 GHz have almost no energy from the beginning, even if the FCC rules and the existing communication system using the 5 GHz band are taken into consideration, the pulse waveform is not largely distorted and the energy loss is small.
(2) Designing antenna and RF circuits becomes much easier by reducing the fractional bandwidth.
[0088]
In each of the first to fourth embodiments of the present invention described above, the pulse generator that generates a monocycle pulse has been described. In the embodiments described below, a pulse generator that generates a two-cycle pulse will be described as an example of the N-cycle pulse.
[0089]
Fifth embodiment:
FIG. 13 shows a pulse generation circuit according to the fifth embodiment of the present invention. The illustrated pulse generation circuit includes a plurality of differential pairs. FIG. 14 shows the relationship between the input voltage and the output current of each differential pair for explanation of the operation.
[0090]
As shown in each of the drawings, the pulse generation circuit according to the present embodiment includes a current 2I from the current source 111.OAnd the current 2I supplied from each of the
[0091]
The bases of the
[0092]
Input voltage V between input terminals 171-172inAnd the differential output current I of the
[0093]
(Equation 8)
Further, a positive offset
[0095]
Input voltage V between input terminals 171-172inAnd differential output current I of
[0096]
(Equation 9)
Further, the base of one
[0098]
Input voltage V between input terminals 171-172inAnd differential output current I of
[0099]
(Equation 10)
Also, a positive offset
[0101]
Input voltage V between input terminals 171-172inAnd differential output current I of output terminals 186 and 187 of
[0102]
(Equation 11)
Further, the base of one
[0104]
Input voltage V between input terminals 171-172inAnd differential output current I of
[0105]
(Equation 12)
In the above description, the graph shown in FIG.K= 5VTHowever, in the present embodiment, VKIs 5 · VT2V aroundTFrom 8 VTIt is assumed to be set in the range.
[0107]
Next, the principle of generating a pulse in the pulse generation circuit shown in FIG. 13 will be described.
[0108]
In FIG. 13, the connection is made such that the output currents of the second and third
[0109]
With this connection, the differential output currents of the second and third
[0110]
(Equation 13)
The illustrated waveform corresponds to a pulse waveform of the phase modulation method. Therefore, according to the present embodiment, the pulse generation circuit composed of each differential pair can be configured by a semiconductor integrated circuit to realize miniaturization and low-voltage operation.
[0112]
Therefore, according to the present embodiment, the pulse generation circuit for generating a two-cycle pulse can be constituted by a differential pair composed of bipolar or MOS transistors. Can be realized.
[0113]
Of course, by adding the number of differential pairs constituting the pulse generator and the corresponding positive / negative offset voltage superimposing sections, an arbitrary N-cycle pulse usable as an impulse signal for UWB transmission is generated. A pulse generator can be configured.
[0114]
Sixth embodiment:
FIG. 17 shows a configuration of a pulse generation circuit according to the sixth embodiment of the present invention.
[0115]
As shown in FIG. 17, the pulse generation circuit according to the present embodiment includes a current 2I from the current source 111.OAnd the current 2I supplied from each of the
[0116]
In the example shown in the figure, the signal source 135 is inserted in series with the
[0117]
The voltage V of the signal source 135SIs changed from negative to positive, the pulse position can be shifted back and forth as shown in FIG. As a result, highly accurate pulse position modulation can be realized.
[0118]
Therefore, according to the present embodiment, the pulse generation circuit of the pulse position modulation system that generates a two-cycle pulse can be constituted by a differential pair composed of bipolar or MOS transistors. And low-voltage operation can be realized.
[0119]
Of course, by adding the number of differential pairs constituting the pulse generator and the corresponding positive / negative offset voltage superimposing sections, an arbitrary N-cycle pulse usable as an impulse signal for UWB transmission is generated. A pulse generator can be configured.
[0120]
Seventh embodiment:
FIG. 19 shows a configuration of a pulse generation circuit according to the seventh embodiment of the present invention.
[0121]
As shown in FIG. 19, the pulse generation circuit according to the present embodiment includes a current 2I from the current source 111.OAnd the current 2I supplied from each of the
[0122]
Further, a multiplying circuit composed of a sixth
[0123]
The base of one
[0124]
This multiplication circuit including the sixth
[0125]
Therefore, according to the present embodiment, the pulse generator of the bi-phase modulation system for generating a two-cycle pulse can be constituted by a differential pair composed of bipolar or MOS transistors. And low-voltage operation can be realized.
[0126]
Of course, by adding the number of differential pairs constituting the pulse generator and the corresponding positive / negative offset voltage superimposing sections, an arbitrary N-cycle pulse usable as an impulse signal for UWB transmission is generated. A pulse generator can be configured.
[0127]
Further, according to the pulse generation circuit of the present embodiment, a low-frequency synthesizer can be used as a signal source for supplying an input voltage to each differential pair. A normal UWB pulse generation circuit requires a high frequency synthesizer (for example, 3 GHz to 10 GHz), but according to the circuit configuration shown in FIG. 1, a low frequency synthesizer of, for example, about 700 MHz can be used. The effect is that power consumption can be reduced, and even if leakage occurs, it can be easily reduced by a filter.
[0128]
[Supplement]
The present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiment without departing from the scope of the present invention. That is, the present invention has been disclosed by way of example, and the contents described in this specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims described at the beginning should be considered.
[0129]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide an excellent pulse generator capable of generating a high-precision pulse used as an impulse signal for UWB transmission.
[0130]
Further, according to the present invention, it is possible to provide an excellent pulse generator capable of performing miniaturization and low-voltage operation suitable for a semiconductor integrated circuit.
[0131]
According to the present invention, the pulse generation circuit can be configured by a bipolar transistor or a MOS transistor. Further, since a high voltage as in the conventional example is unnecessary, a low voltage operation of 3 V or less can be performed.
[0132]
Further, as shown in the third and seventh embodiments, by loading the multiplication circuit, bi-phase modulation can be easily performed. Further, as shown in the second and sixth embodiments, the pulse position Can be shifted back and forth, so that pulse position modulation can be realized.
[0133]
Further, according to the present invention, a low-frequency synthesizer can be used as an input section for inputting a differential signal. That is, while a normal UWB pulse generation circuit requires a high frequency synthesizer (for example, 3 GHz to 10 GHz), according to the present invention, a low frequency synthesizer of, for example, about 700 MHz can be used. The effect is that power consumption can be reduced, and even if leakage occurs, it can be easily reduced by a filter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a pulse generation circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an input voltage and an output current of each differential pair constituting the pulse generation circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing output waveforms from each differential pair of the pulse generation circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a circuit output waveform obtained by combining output currents of each differential pair constituting the pulse generation circuit shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram illustrating a pulse generation circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an output waveform of a pulse generation circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a pulse generation circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an output waveform of a pulse generation circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a pulse generation circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a monocycle pulse waveform.
FIG. 11 is a diagram showing the spectrum of a conventional monocycle pulse and the spectrum of a single sideband frequency-converted above 5 GHz.
FIG. 12 is a diagram showing a time waveform of a spectrum of a single sideband shown in FIG. 11;
FIG. 13 is a diagram illustrating a pulse generation circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
14 is a diagram showing a relationship between an input voltage and an output current of each differential pair constituting the pulse generation circuit shown in FIG.
FIG. 15 is a diagram showing output waveforms from each differential pair of a pulse generation circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a circuit output waveform obtained by combining output currents of the respective differential pairs constituting the pulse generation circuit shown in FIG. 13;
FIG. 17 is a diagram illustrating a pulse generation circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating an output waveform of a pulse generation circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram illustrating a pulse generation circuit according to a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11, 12, 13 ... constant current source
23: first differential pair
26: second differential pair
29: Third differential pair
32 ... Positive offset voltage
33 ... Negative offset voltage
34 ... Signal source
43: Fourth differential pair
46... Fifth differential pair
62: Modulation signal
71, 72 ... input terminals
81, 82 ... output terminals
111, 112, 113, 114, 115 ... constant current source
121... First differential pair
122: second differential pair
123: third differential pair
124: fourth differential pair
125 ... fifth differential pair
126... Sixth differential pair
127: Seventh differential pair
Claims (10)
前記電流源よりも小さな電流で駆動される第２及び第３の差動対と、
前記の各差動対に差動信号を入力する入力部と、
前記第１の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で各出力端子を共通接続する出力部と、
前記第２の差動対の入力端子に正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第３の差動対の入力端子に負のオフセット電圧を重畳する負オフセット重畳部と、
を具備することを特徴とするパルス発生装置。A first differential pair driven by a constant current source;
A second and a third differential pair driven by a current smaller than the current source;
An input unit for inputting a differential signal to each of the differential pairs,
An output unit for commonly connecting the output terminals with a polarity such that the output current of the second and third differential pairs is subtracted from the output current of the first differential pair;
A positive offset voltage superimposing section for superimposing a positive offset voltage on an input terminal of the second differential pair;
A negative offset superimposing unit for superimposing a negative offset voltage on an input terminal of the third differential pair;
A pulse generator comprising:
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。Each of the differential pairs is constituted by a bipolar transistor or a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor.
The pulse generator according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。A signal source that gives an offset voltage to the differential signal input to each of the differential pairs is inserted in series,
The pulse generator according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。The output unit is further loaded with a multiplying circuit including a fourth differential pair, a fifth differential pair, and a modulation signal input unit that inputs a modulation signal to the fourth and fifth differential pairs.
The pulse generator according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。Use a low frequency synthesizer as the input to input the differential signal,
The pulse generator according to claim 1, wherein:
第２の電流源で駆動される第２の差動対と、
第３の電流源で駆動される第３の差動対と、
第４の電流源で駆動される第４の差動対と、
第５の電流源で駆動される第５の差動対と、
前記の各差動対に差動信号を入力する入力部と、
前記第１、第４及び第５の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で各出力端子を共通接続する出力部と、
前記第２の差動対の入力端子に正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第３の差動対の入力端子に負のオフセット電圧を重畳する負オフセット電圧重畳部と、
前記第４の差動対の入力端子に前記第２の差動対に印加するよりも大きな正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第５の差動対の入力端子に前記第３の差動対に印加するよりも大きな負のオフセット電圧を印加する負オフセット電圧重畳部と、
を具備することを特徴とするパルス発生装置。A first differential pair driven by a first current source;
A second differential pair driven by a second current source;
A third differential pair driven by a third current source;
A fourth differential pair driven by a fourth current source;
A fifth differential pair driven by a fifth current source;
An input unit for inputting a differential signal to each of the differential pairs,
An output unit for commonly connecting each output terminal with a polarity such that the output currents of the second and third differential pairs are subtracted from the output currents of the first, fourth and fifth differential pairs;
A positive offset voltage superimposing section for superimposing a positive offset voltage on an input terminal of the second differential pair;
A negative offset voltage superimposing section for superimposing a negative offset voltage on an input terminal of the third differential pair;
A positive offset voltage superimposing unit configured to superimpose a positive offset voltage larger than that applied to the second differential pair to an input terminal of the fourth differential pair;
A negative offset voltage superimposing unit that applies a larger negative offset voltage to the input terminal of the fifth differential pair than is applied to the third differential pair;
A pulse generator comprising:
ことを特徴とする請求項６に記載のパルス発生装置。Each of the differential pairs is constituted by a bipolar transistor or a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor.
The pulse generator according to claim 6, wherein:
ことを特徴とする請求項６に記載のパルス発生装置。A signal source that gives an offset voltage to the differential signal input to each of the differential pairs is inserted in series,
The pulse generator according to claim 6, wherein:
ことを特徴とする請求項６に記載のパルス発生装置。The output unit is further loaded with a multiplication circuit including a sixth differential pair, a seventh differential pair, and a modulation signal input unit that inputs a modulation signal to the sixth and seventh differential pairs.
The pulse generator according to claim 6, wherein:
ことを特徴とする請求項６に記載のパルス発生装置。Use a low frequency synthesizer as the input to input the differential signal,
The pulse generator according to claim 6, wherein:
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100553884B1 (en) * | 2003-03-11 | 2006-02-24 | 삼성전자주식회사 | A pulse string generating apparatus and method, a wireless data transmitting and receiving system using the pulse string, a wireless data receiving apparatus and a transmitting and receiving method, and a recording medium recording the method |
| JP2006058264A (en) * | 2004-08-24 | 2006-03-02 | Matsushita Electric Works Ltd | Wireless infrared sensor system |
| JP2006191484A (en) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Pulse generator |
-
2002
- 2002-12-05 JP JP2002353236A patent/JP2004166162A/en active Pending
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