[发明专利]高速超低功耗16QAM发射装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线射频发射机芯片技术领域，特别一种高速超低功耗16正交幅度调制(QAM)发射装置。

背景技术

在无线体传感器网络，医学无线成像和医学无线植入等应用领域当中，无线收发机无疑扮演着极为重要的角色。在这些应用中，特别对无线发射机提出了非常苛刻的要求。首先其功耗必须非常低以延长电池的使用寿命，因为在很多应用场合更换电池要付出非常大的代价甚至几乎不可能。其次，要求发射机具有非常高的数据率，以便将人体内的生理信息或者环境信息实时地以图像格式发送给体外基站或者服务器；再次，在要求高数据率的同时，还要求占用尽可能少的带宽资源，即高频带利用率；并且要求射频发射机可以和其他模拟传感器，数字处理器集成在同一块CMOS芯片上，以增加稳定性和减低成本。因而在CMOS工艺上集成高速超低功耗的射频发射机是一项关键技术。

传统的QAM射频发射机几乎全部基于I/Q两路上变频结构，I/Q两路模拟基带信号分别与相互正交的本振信号相混频，上变频到I/Q射频信号，再将I/Q两路射频信号进行叠加，然后通过功率放大器和天线发射出去。该类发射机实现起来想法比较自然，但需要大功耗的数字/模拟信号转换器(DAC)，低通滤波器(LPF)和混频器(Mixer)，而且还需要I/Q两路，从而使得发射系统的功耗非常可观。因此I/Q两路上变频结构的发射机不适合极低功耗的应用场合。同时由于I/Q两路受到不匹配，寄生效应的影响，其发射速率有限，否则发射矢量误差(EVM)会无法接受，因而传统的发射机结构无法满足高速超低功耗的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高速超低功耗16QAM发射装置，在保证高数据率，高带宽利用率的同时，能够实现超低功耗的16QAM调制发射。使其能够适用于无线体传感器网络，医学无线成像和医学无线植入等超低功耗应用的场合中。

本发明提供一种一种高速超低功耗16QAM发射装置，包括：

一锁相环频率综合器，该锁相环频率综合器的输出端与除四分频器的输入端连接，用于产生频率稳定的射频载波信号；

一除四分频器，该除四分频器的输入端与锁相环频率综合器的输出端连接，用于产生16QAM调制所需要的八种相位；

一四选一相位选通器，该四选一相位选通器的输入端与除四分频器的输出端连接，用于选通多组输入信号中的一路到输出；

一四选一相位选通器，该四选一相位选通器的输入端与除四分频器的输出端连接，用于选通多组输入信号中的一路到输出；

相位调制器，该相位调制器的输入端分别与四选一相位选通器的输出端连接，用于产生相位已调信号，并驱动变增益功率放大器；

变增益功率放大器，该变增益功率放大器的输入端与相位调制器的输出端连接，用于产生两种不同的信号幅度并驱动天线欧姆负载；

16QAM数字调制器，该16QAM数字调制器的输出端分别与四选一相位选通器，相位调制器，变增益功率放大器的输入端相连接，用来将串行输入的基带数据进行串并转换，形成16QAM调制所需要的四位并行数据。

其中所述的除四分频器由四级首尾相接的锁存器构成。

其中所述的除四分频器是非常精确地产生八种相位信号，不受半导体工艺偏差、温度等的影响，也不需要任何相位校准电路的辅助，具有超低功耗高精度的特性。

其中所述的四选一相位选通器，由四个传输门和四个缓冲放大器以及数字控制器构成。

其中所述的四选一相位选通器，无损耗地选通其中一路输入到输出，而将其他三路输入到输出的泄露减小到最低。

其中所述的相位调制器，由多个晶体管、一电流源和一反相器构成，输出能够产生与两路输入中的一路同相位的信号。

其中所述的16QAM数字调制器，由串并转换器和格雷码转二进制码转换器组成，可以将串行输入的基带数据转换成并行的四位数据，该四位数据经过格雷码转二进制码转换器变换，输出三位相位控制信号和一位幅度控制信号。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供的射频发射机，所有电路可单芯片集成，并且可以用标准CMOS工艺实现，系统结构简单明了，发射机省去了大功耗的DAC，LPF和Mixer，解决了相关应用中的超低功耗问题；发射机采用16QAM调制方式，提高了频带利用率和抗干扰能力。

2.本发明提供的射频发射机，利用除四分频器精确地产生16QAM调制所需要的八种相位，不受半导体工艺偏差、温度等的影响，也不需要任何相位校准电路的辅助，具有超低功耗高精度的特点。