專利名稱：一種基于數控振蕩器的多模發射機的制作方法
技術領域：
本發明涉及射頻集成電路技術領域，特別涉及一種基于數控振蕩器的、帶頻率自校正發射機，具體為一種支持通斷鍵控(On-Off Keying, 00K)、和任意一種調頻或調相的發射機。
背景技術：
隨著通信技術的不斷進步，要求收發機能支持多種調制方式。在目前常見的多模發射機結構比較復雜，而且功耗偏大。例如，在2004年的JSSCC第39券第12期論文“AMultimodeO. 3 - 200-kb/s Transceiver for the 433/868/915-MHz Bands in 0. 25-μ mCMOS”給出了一款支持頻移鍵控(Frequency Shift Keying, FSK)、高斯頻移鍵控(GaussianFrequency Shift Keying, GFSK)、幅度鍵控(Amplitude Shift Keying, ASK)和 OOK 的多模發射機，但需要基于一個鎖相環，結構相當復雜。 對于單獨的FSK發射機、GFSK發射機、OOK發射機，有很多簡單、低功耗的實現方法。例如，在 2011 年的 JSSCC 第 46 券第 4 期論文 “A Low Energy Injection-LockedFSK Transceiver With Frequency-to-Amplitude Conversion for Body SensorApplications”中設計了基于數控振蕩器(Digitally Controlled Oscillator, DC0)的FSK發射機，但不支持00K和GFSK，而且DCO的頻率會偏差，影響發射信號質量。再例如，在2007年的 JSSCC 第 42 券第 5 期論文 “An Energy-Efficient 00K Transceiver for WirelessSensor Networks”設計了基于振蕩器的00K發射機，功耗很低，但因需要片外聲表面波諧振器而無法實現全集成。綜上，傳統的多模發射機結構復雜、功耗大、集成度差等問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種支持00K和任意一種調頻或調相的多模發射機，以克服現有技術中電路復雜、功耗大、集成度差的缺點。為解決上述技術問題，本發明的技術方案為提供一種基于數控振蕩器的多模發射機，該發射機包括分頻器，分頻器的分頻比等于振蕩器的目標諧振頻率除以參考時鐘的頻率；因為數控振蕩器的輸出信號的頻率往往比較高，將其分頻之后得到一個與參考時鐘頻率相近的信號，然后分別將參考時鐘和分頻器的輸出信號輸入到兩個計數器的時鐘輸入端，兩個計數器分別以參考時鐘和分頻器的輸出信號作為時鐘來進行計數，兩個計數器，分別以參考時鐘和分頻器的輸出信號作為時鐘輸入端，用于記錄參考時鐘和分頻器輸出信號的頻率高低關系，如果其中一個計數器的計數超前于另外一個計數器的計數，說明前者的時鐘頻率比后者的時鐘頻率高，比較器，對兩個計數器輸出的計數輸出值進行比較，進而判定參考時鐘和分頻器的輸出信號的頻率高低關系，然后將比較的結果輸出給校正控制器，
校正控制器，根據比較器的輸出，對數控振蕩器的控制字進行調整；如果以參考頻率作為時鐘的計數器的計數超前于以分頻器輸出信號作為時鐘的計數器的計數，則說明參考時鐘的頻率比分頻器輸出信號的頻率高，那么就調整數控振蕩器的電容控制字來減小數控振蕩器中電感-電容諧振腔內總電容的值，進而增大數控振蕩器的輸出頻率；如果以參考時鐘作為時鐘的計數器的計數落后于以分頻器輸出信號作為時鐘的計數器的計數，則說明參考時鐘的頻率比分頻器輸出信號的頻率低，那么就調整數控振蕩器的電容控制字來增大數控振蕩器中電感-電容諧振腔內總電容的值，進而降低數控振蕩器的輸出頻率； 數控振蕩器，該數控振蕩器為電感-電容諧振腔型，諧振腔的電感通過鍵合線來實現；由于鍵合線的電感值不準確、寄生電容的值也會偏差，所以會造成振蕩器諧振頻率的偏差，這種諧振頻率偏差通過上述分頻器、計數器、比較器和校正控制器組成的環路來進行振蕩器輸出頻率的不斷調整，直到數控振蕩器的輸出頻率和目標頻率的誤差滿足精度要求為止； 調頻調相控制器，輸出調頻或調相的控制字碼流，與校正控制器的輸出通過加法器相加后輸出到數控振蕩器的控制字輸入端，進而實現調頻或調相；加法器，將調頻調相控制器輸出的控制碼流與校正控制器的輸出的校正結果相加后輸入到數控振蕩器的控制字輸入端，進而實現調頻或調相；功率放大器，將數控振蕩器輸出的調制信號通過天線放大輸出；通斷鍵控控制器，輸出待調制數字碼流，對數控振蕩器和功率放大器的電源開關進行通斷控制，進而實現OOK信號的發射輸出。與現有技術相比，本發明的技術方案具有如下優點結構簡單，模擬部分只有一個數控振蕩器和一個功率放大器，其余模塊都能在數字域實現；系統包含模塊少，而且數控振蕩器采用鍵合線做電感，芯片面積小；具有數字頻率自校正功能，能對鍵合線引起的振蕩器頻率偏差進行校正；數控振蕩器采用鍵合線做電感，噪聲小、功耗低；通斷鍵控控制器同時控制數控振蕩器和功率放大器的電源開關，進一步降低了系統在OOK模式下的功耗。
圖I是本發明實施例的基于數控振蕩器的多模發射機框具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細說明。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。本發明實施例的基于數控振蕩器的多模發射機電路框圖如圖I所示，具有3種工作狀態I)自校正狀態。數控振蕩器采用鍵合線做電感，優點是節省芯片面積，而且噪聲低、功耗小；缺點是鍵合線電感值不準確、會隨不同的鍵合工藝而偏差。此外，還存在不確定的寄生效應。這些會導致數控振蕩器頻率偏差。圖I中，可以選取晶振來做參考時鐘。第一計數器和第二計數器是完全相同的計數器，第一計數器在晶振作用下計數，數控振蕩器的輸出信號通過分頻器進行分頻，分頻后的信號作為第二計數器的時鐘，兩個計數器的計數輸出反應了兩個時鐘的頻率高低關系。如果第一計數器的計數超前于第二計數器的計數，則說明晶振的頻率高于分頻器輸出信號的頻率；如果第一計數器的計數落后于第二計數器的計數，則說明晶振的頻率低于分頻器輸出信號的頻率。比較器對兩個計數器的輸出進行比較，比較的結果輸出給校正控制器，例如當第一計數器的計數超前于第二計數器的計數時，比較器輸出O ;當第一計數器的計數落后于第二計數器時，比較器輸出I。校正控制器根據比較器的輸出對校正控制器輸出的控制字進行調整，例如當比較器輸出O時，校正控制器往上調整其輸出控制字；當比較器輸出I時，校正控制器往下調整其輸出控制字。此時，調頻調相控制器的輸出為全O，與校正控制器的輸出相加后輸入到數控振蕩器的控制字輸入端，進而實現對數控振蕩器頻率的調整。通過這樣的反饋控制，最終實現數控振蕩器的頻率自校正，例如如果振蕩器的振蕩頻率低于目標頻率，那么分頻器的輸出信號頻率就低于晶振頻率，第一計數器的計數超前于第二計數器的計數，比較器輸出O，校正控制字往上調整其輸出控制字，與輸出為O的調頻調相控制字通過加法器相加后，輸入到數控振蕩器的控制字輸入端，進而減小數控振蕩器的電感-電容諧振腔中總電容的值，提高數控振蕩器的諧振頻率；如果振蕩器的振蕩頻率高于目標頻率，那么分頻器的輸出信號頻率就高于晶
振頻率，第一計數器的計數落后于第二計數器的計數，比較器輸出1，校正控制字往下調整其輸出控制字，與輸出為O的調頻調相控制字通過加法器相加后，輸入到數控振蕩器的控制字輸入端，進而增大數控振蕩器的電感-電容諧振腔中總電容的值，降低數控振蕩器的諧振頻率；如此過程進行下去，直到數控振蕩器的輸出頻率和目標頻率的誤差滿足精度要求為止。2) OOK發射狀態。通斷鍵控控制器輸出待調制數字碼流，這些碼流直接控制數控振蕩器和功率放大器的電源開關，對數控振蕩器和功率放大器的電源開關進行通斷控制，實現OOK的信號輸出。例如通斷鍵控控制器輸出O時，將數控振蕩器和功率放大器的電源開關關斷；通斷鍵控控制器輸出I時，將數控振蕩器和功率放大器的電源開關打開。因為數控振蕩器和功率放大器的電源同時關斷，所以能降低OOK發射狀態下的系統功耗。3)調頻或調相發射狀態。調頻調相控制器輸出任意的調頻或調相控制字碼流，與校正控制器輸出的校正結果相加后，輸出給數控振蕩器的控制字輸入端，進而使得數控振蕩器輸出調頻或調相信號，通過功率放大器將信號發射。例如調頻調相控制器輸出FSK的控制字碼流，與校正控制器輸出的校正結果相加后，輸出給數控振蕩器的控制字輸入端，進而使得數控振蕩器輸出FSK的信號，通過功率放大器將信號發射。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于數控振蕩器的多模發射機，其特征在于，所述基于數控振蕩器的多模發射機包括一個分頻器、兩個計數器、一個比較器、一個校正控制器、一個數控振蕩器、一個調頻調相控制器、一個加法器、一個功率放大器和一個通斷鍵控控制器，其中 分頻器，其輸入端連接數控振蕩器的信號輸出端，其輸出端連接第二計數器的時鐘輸入端，分頻器的分頻比等于振蕩器的目標諧振頻率除以參考時鐘的頻率，分別將參考時鐘和分頻器的輸出信號輸入到兩個計數器的時鐘輸入端，兩個計數器分別以參考時鐘和分頻器的輸出信號作為時鐘來進行計數， 兩個計數器，第一計數器的時鐘輸入端連接參考時鐘源，第二計數器的時鐘輸入端連接分頻器的輸出端，兩個計數器的計數輸出端連接比較器的輸入端，兩個計數器分別以參考時鐘和分頻器的輸出信號作為時鐘，如果其中一個計數器的計數超前于另外一個計數器的計數，說明前者的時鐘頻率比后者的時鐘頻率高， 比較器，其兩個數字輸入端分別連接兩個計數器的計數輸出端，其輸出端連接校正控制器的數字輸入端，對兩個計數器輸出的計數值進行比較，進而判定參考時鐘和分頻器輸 出的信號的頻率高低關系，然后將比較的結果輸出給校正控制器， 校正控制器，其數字輸入端連接比較器的輸出端，其數字輸出端連接加法器的第一輸入端，校正控制器根據比較器的輸出，對數控振蕩器的控制字進行調整；如果第一計數器的計數超前于第二計數器的計數，則說明參考時鐘頻率比分頻器輸出信號頻率高，那么就調整數控振蕩器的電容控制字來減小數控振蕩器中電感-電容諧振腔內總電容的值，進而增大數控振蕩器的輸出頻率；如果第一計數器的計數落后于第二計數器的計數，則說明參考時鐘的頻率比分頻器輸出信號的頻率低，那么就調整數控振蕩器的電容控制字來增大數控振蕩器中電感-電容諧振腔內總電容的值，進而減小數控振蕩器的輸出頻率； 數控振蕩器，該數控振蕩器為電感-電容諧振腔型，采用鍵合線作為諧振腔的電感，數控振蕩器的電源開關控制端連接通斷鍵控控制器的輸出端，數控振蕩器的控制字輸入端連接加法器的輸出端，數控振蕩器的信號輸出端連接功率放大器的信號輸入端，該數控振蕩器為電感-電容諧振腔型，諧振腔的電感通過鍵合線來實現，由于鍵合線的電感值不準確、寄生電容的值也會偏差，所以會造成振蕩器諧振頻率的偏差，這種諧振頻率偏差通過上述分頻器、計數器、比較器和校正控制器組成的環路來進行振蕩器輸出頻率的不斷調整，直到數控振蕩器的輸出頻率和目標頻率的誤差滿足精度要求為止，調頻調相控制器，產生任意調頻或調相控制信號，其輸出端連接加法器的第二輸入端，加法器，其第一輸入端連接校正控制器的數字輸出端，其第二輸入端連接調頻調相控制器的輸出端，其輸出端連接數控振蕩器的控制字輸入端，將調頻調相控制器輸出的控制碼流與校正控制器的輸出的校正結果相加后輸入到數控振蕩器的控制字輸入端，進而實現調頻或調相， 功率放大器，其信號輸入端連接數控振蕩器的信號輸出端，其電源開關控制端連接通斷鍵控控制器的輸出端，其信號輸出端連接天線，將數控振蕩器輸出的調制信號通過天線放大輸出， 通斷鍵控控制器，輸出待調制的數字碼流，其輸出端分別連接數控振蕩器的電源開關控制端和功率放大器的電源開關控制端。
全文摘要
一種基于數控振蕩器的多模發射機，屬于射頻集成電路技術領域，其特征在于數控振蕩器采用鍵合線做電感，以頻率自校準方法來補償鍵合線導致的振蕩器頻率偏差；將OOK信號作用于數控振蕩器和功率放大器的開關，來實現OOK信號的輸出；在數字域產生任意調頻或調相的控制字輸入數控振蕩器來實現任意調頻或調相的信號輸出。該發射機能支持OOK調制方式和其他任意調頻或調相方式，具有全集成、芯片面積小、功耗低的優點。
文檔編號H04B1/04GK102739266SQ201210154678
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者楊華中, 趙博 申請人:清華大學