脉冲整形电路和包括脉冲整形电路的开关键控发射器

摘要

本发明提供一种脉冲整形电路和包括脉冲整形电路的开关键控(OOK)发射器。一种脉冲整形电路被构造为对施加于包括在开关键控发射器中的功率放大器的开关的信号的边沿的波形进行整形。

说明书

本申请要求于2013年11月19日提交到韩国知识产权局的第 10-2013-0140976号韩国专利申请的权益，其全部公开为了所有目的而通过引 用包含于此。

技术领域

下面的描述涉及一种用于提高谱效率的脉冲整形电路和包括所述脉冲整 形电路的开关键控(OOK)发射器。

背景技术

可在低功率无线传感器网络通信系统中使用的谱带受到限制，并且可用 信道的数量可根据由每个信道所占用的带宽的大小的减小而增加。开关键控 (OOK)调制方法可被用于提高低功率无线传感器网络通信系统的功率效率。 然而，在OOK调制方法中，尽管功率效率高，但谱效率可能相对较低。当输 出波形被整形以提高谱效率时，功率效率可能减小。在OOK调制方法中，功 率效率和谱效率可具有折衷关系。

发明内容

提供这种“发明内容”以简化的形式介绍以下在“具体实施方式”中 进一步描述的概念的选择。这种“发明内容”并不意图识别要求保护的主 题的关键特征或必要特征，它也不应该用于辅助确定要求保护的主题的范 围。

在一个总体方面，提供一种脉冲整形电路，所述脉冲整形电路被构造为 对施加于包括在开关键控发射器中的功率放大器的开关的信号的边沿的波形 进行整形。

脉冲整形电路可被构造为使信号的下降沿的斜率和上升沿的斜率沿右方 向缓和。

脉冲整形电路可被构造为使信号的下降沿的斜率和上升沿的斜率在信号 的转换时间中缓和。

脉冲整形电路可被构造为使信号的下降沿的斜率和上升沿的斜率缓和， 以使功率放大器的输出信号的波形平滑并且延迟功率放大器的状态到达饱和 区的时间段。

脉冲整形电路可包括：第一反相器和第二反相器，串联连接；电容器， 连接到第二反相器的输出端。可通过电容器输出信号。

开关可被布置在功率放大器的源端，并且可包括晶体管。

在另一总体方面，提供一种开关键控(OOK)发射器，所述OOK发射器包 括：锁相环电路；缓冲器；功率放大器，包括开关；脉冲整形电路，被构造 为对施加于开关的信号的边沿的波形进行整形。

在另一总体方面，提供一种发射器，包括：功率放大器，包括开关；脉 冲整形电路，被构造为对施加于开关的信号的波形进行整形。

脉冲整形电路可被构造为在信号的脉冲期间减小信号的上升沿的斜率和 下降沿的斜率。

脉冲整形电路可包括：第一反相器和第二反相器，串联连接；电容器， 连接到第二反相器的输出端。

开关可被布置在功率放大器的源。

开关可包括晶体管，并且信号可被施加于晶体管的栅极。

通过下面的详细描述、附图和权利要求，其它特点和方面将会变得清 楚。

附图说明

图1是示出开关键控(OOK)发射器的示例的示图。

图2是示出基于图1的OOK发射器的输出波形的谱的变化的示例的示 图。

图3是示出图1的OOK发射器中的放大器的输出功率和效率之间的关 系的示例的曲线图。

图4是示出施加于功率放大器的由脉冲整形电路整形的信号的示例的示 图。

图5是示出OOK发射器的脉冲整形电路以及脉冲整形电路和功率放大 器之间的连接关系的示例的示图。

在附图和详细描述中，除非另外描述或提供，否则相同标号将会始终被 理解为表示相同元件、特点和结构。附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、 说明和方便，附图中的元件的相对尺寸、比例和描述可被夸大。

具体实施方式

提供下面的描述以帮助读者获得对这里描述的方法、设备和/或系统的全 面理解。然而，对于本领域普通技术人员而言，这里描述的系统、设备和/或 方法的各种改变、变型和等同物将会是清楚的。此外，为了更加清楚和简洁， 对于本领域普通技术人员而言公知的功能和构造的描述可被省略。

这里描述的特点可被实现为不同形式，并且不应该被解释为局限于这里 描述的示例。相反地，提供这里描述的示例，以使本公开将会彻底而完整并 且将会将本公开的全部范围传达给本领域普通技术人员。

图1是示出开关键控(OOK)发射器(Tx)的示例的示图。参照图1，OOK 发射器包括锁相环(PLL)电路110、缓冲器130、功率放大器150、开关160 和脉冲整形电路170。PLL电路110包括振荡器(Osc)。

通常，可从已知OOK发射器中所包括的对应元件的操作理解该OOK发 射器中所包括的PLL电路110、缓冲器130和功率放大器150的操作，因此， 将会为了更加清楚和简洁而省略与其操作相关的描述。

开关160被布置在功率放大器150的源端，并且可包括晶体管，例如金 属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

脉冲整形电路170对施加于功率放大器150的开关160的信号的边沿的 波形进行整形。将参照图3和图4提供关于脉冲整形电路170的结构和由脉 冲整形电路170整形的波形的形状的描述。

脉冲整形电路170包括串联连接的第一反相器和第二反相器以及连接到 第二反相器的输出端的单个电容器。电容器输出施加于功率放大器150的开 关160的信号。第二反相器和电容器被包括在脉冲整形电路170中以便表示 反相器和电容器之间的连接关系。如图1所示，第一反相器和第二反相器可 被实现为晶体管，并且具体地讲，所述晶体管的栅极可接收信号，所述晶体 管的漏极相互连接并且第一晶体管和第二晶体管的源极可分别连接到第一电 压和第二电压。

OOK发射器可还包括电池和直流(DC)到DC转换器。电池输出例如大约 3.6-4.1伏特(V)的DC电压，并且DC到DC转换器将由电池输出的DC电压 转换成可被用于向OOK发射器(例如，PLL电路110、缓冲器130、PA150 和脉冲整形电路170)供电的例如大约0.6-1.5V的另一DC电压。

图2是示出基于图1的OOK发射器的输出波形的谱的变化的示例的示 图。在OOK发射器中，当输出信号达到如矩形波210所示的峰值功率时工作 的放大器可实现与饱和区的效率相似的平均效率，因此这种放大器可实现比 整形的电路的效率高的平均效率。另外，在OOK发射器中，根据放大器的输 出信号在功率后退(power back-off)区230中工作的间隔的长度的增加，放 大器的平均效率可能减小。

当放大器的输出信号的波形被整形为矩形波210时，带宽的大小基于整 形的形式而减小。然而，在这个示例中，包括在OOK发射器中的放大器可能 需要在后退区230(而不是在饱和区)中工作以将波形整形，因此，可能在 放大器的平均效率相对较低的间隔期间执行操作。

图3是示出图1的OOK发射器中的放大器的输出功率和效率之间的关 系的示例的曲线图。为了对波形进行整形，放大器可能需要通过经过使输出 功率最大化的饱和区，而在具有低输出功率的后退区中工作。

在示例中，可使用超低功率(ULP)无线传感器网络通信系统的有限频率资 源使由于谱效率的增加导致的功率效率的减小最小化。因此，如图3中所示， OOK发射器可通过减小由单个信道所占用的频率带宽的大小来增加信道的 数量。

参照图3，OOK发射器的多数信号可在最大功率工作以减小功率效率减 小的间隔的长度。此外，可使用脉冲整形电路将施加于功率放大器的信号的 边沿整形，从而最小化功率效率的减小。

图4是示出施加于功率放大器的由脉冲整形电路整形的信号的示例的示 图。参照图4，从包括在传统的OOK发射器中的功率放大器410输出的信号 的波形415不同于从输入由脉冲整形电路430(模拟脉冲整形)整形的信号的功 率放大器450输出的信号的波形455。

详细地讲，上升沿的斜率和下降沿的斜率为90度(°)的矩形波可被施加 于包括在传统的OOK发射器中的功率放大器410。因此，可产生如波形415 所示的功率放大器410的输出波形。

由脉冲整形电路430整形的信号435可被输入到布置在功率放大器450 的源端的开关。脉冲整形电路430可对输入到脉冲整形电路430的信号的波 形进行整形，使得如信号435的波形所示，上升沿的斜率和下降沿的斜率可 在右方向上缓和(moderate)。脉冲整形电路430可在施加于布置在功率放大 器450的源端的开关的信号435的转换时间(例如，1微秒(μs))或脉冲中或在 该转换时间或脉冲期间使信号的上升沿的斜率和下降沿的斜率缓和。当上升 沿的斜率和下降沿的斜率被缓和时，脉冲整形电路430可延迟功率放大器450 的工作区域到达饱和区的时间，由此在输出信号的转换时间(例如，1μs)或脉 冲中或在该转换时间或脉冲期间使功率放大器450的输出信号的波形455的 上升沿和下降沿平滑。

如上所述，当谱效率增加时，功率效率可能减小。在这个示例中，可通 过对施加于功率放大器450的信号435的波形的边沿进行整形，来使高效率 保持在平均水平。

当施加于功率放大器450的开关的信号435对应于“1”时，功率放大器 450的输出波形455可以是“1”。当施加于功率放大器450的开关的信号435 对应于“0”时，功率放大器450的输出波形455可不存在。当输出波形455 不存在时，信号可以是“0”。

图5是示出OOK发射器的脉冲整形电路510以及脉冲整形电路510和 功率放大器530之间的连接关系的示例的示图。参照图5，脉冲整形电路510 包括串联连接的第一反相器511和第二反相器513以及单个电容器515。

第一反相器511的输出端连接到第二反相器513的输入端，并且第二反 相器513的输出端连接到电容器515。脉冲整形电路510使用第一反相器511、 第二反相器和电容器515滤除高频分量并且对使用低功率(例如，5微瓦特(μ W)的功率或小于3μW的功率)的波形进行整形。

通过电容器515输出的信号被施加于功率放大器530的开关550。开关 550布置在功率放大器530的源端，并且可包括晶体管。

脉冲整形电路510可对由在包括在开关550中的源极端子和栅极端子之 间提供的电压施加的信号的边沿的波形进行整形。脉冲整形电路510可对所 述波形整形，以使得使施加于开关550的信号的上升沿的斜率和下降沿的斜 率可沿右方向缓和。脉冲整形电路510可对所述波形整形，以使得可在施加 于开关550的信号的转换时间中使信号的上升沿的斜率和下降沿的斜率缓 和。

可使用一个或多个硬件部件、一个或多个软件部件或者一个或多个硬件 部件和一个或多个软件部件的组合来实现上述各种元件和方法。

硬件组件可以是例如以物理方式执行一个或多个操作的物理装置，但不 限于此。硬件组件的示例包括麦克风、放大器、低通滤波器、高通滤波器、 带通滤波器、模数转换器、数模转换器和处理装置。

可例如由由软件或指令控制以执行一个或多个操作的处理装置实现软件 组件，但不限于此。计算机、控制器或其它控制装置可使处理装置运行软件 或执行指令。可由一个处理装置实现一个软件组件，或者可由一个处理装置 实现两个或更多的软件组件，或者可由两个或更多的处理装置实现一个软件 组件，或者可由两个或更多的处理装置实现两个或更多的软件组件。

可使用一个或多个通用或专用计算机(诸如例如，处理器、控制器和算术 逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单 元、微处理器或能够运行软件或执行指令的任何其它装置)来实现处理装置。 处理装置可运行操作系统(OS)并且可运行在OS下操作的一个或多个软件应 用。当运行软件或执行指令时，处理装置可访问、存储、操纵、处理和创建 数据。为了简单，可在描述中使用单数术语“处理装置”，但本领域普通技术 人员将会理解，处理装置可包括多个处理元件和多种类型的处理元件。例如， 处理装置可包括一个或多个处理器或者一个或多个处理器和一个或多个控制 器。另外，可实现不同的处理结构，诸如并行处理器或多核处理器。

被构造为实现用于执行操作A软件组件的处理装置可包括处理器，该处 理器被编程为运行软件或执行指令以控制处理器执行操作A。另外，被构造 为实现用于执行操作A、操作B和操作C的软件组件的处理装置可具有各种 结构，诸如例如：被构造为实现用于执行操作A、B和C的软件组件以的处 理器；被构造为实现用于执行操作A的软件组件的第一处理器和被构造为实 现用于执行操作B和C的软件组件的第二处理器；被构造为实现用于执行操 作A和B的软件组件的第一处理器和被构造为实现用于执行操作C的软件组 件的第二处理器；被构造为实现用于执行操作A和的软件组件的第一处理器、 被构造为实现用于执行操作B的软件组件的第二处理器和被构造为实现用于 执行操作C的软件组件的第三处理器；被构造为实现用于执行操作A、B、C 的软件组件的第一处理器和被构造为实现用于执行操作A、B和C的软件组 件的第二处理器；或者一个或多个处理器的任何其它结构，所述一个或多个 处理器中的每一个执行操作A、B和C中的一个或多个操作。虽然这些示例 提及三个操作A、B、C，但可执行的操作的数量不限于三个，而是可以是实 现所希望的结果或执行所希望的任务所需的任何数量的操作。

用于控制处理装置实现软件组件的软件或指令可包括计算机程序、一条 代码、指令或其某一组合，以用于独立地或共同地指示或配置处理装置以执 行一个或多个所希望的操作。软件或指令可包括可由处理装置直接执行的机 器代码(诸如，由编译器产生的机器代码)和/或可由处理装置使用解释器执行 的高级代码。软件或指令和任何关联的数据、数据文件和数据结构可被永久 或暂时包含于任何类型的机器、组件、物理或虚拟装备、计算机存储介质或 装置或者能够提供指令或数据或由处理装置解释的传播的信号波。软件或指 令和任何关联的数据、数据文件和数据结构还可分布在网络连接的计算机系 统上，从而以分布方式存储并执行软件或指令和任何关联的数据、数据文件 和数据结构。

例如，软件或指令和任何关联的数据、数据文件和数据结构可被记录、 存储或固定在一个或多个非暂态计算机可读存储介质中。非暂态计算机可读 存储介质可以是能够存储软件或指令和任何关联的数据、数据文件和数据结 构以使其可由计算机系统或处理装置读取的任何数据存储装置。非暂态计算 机可读存储介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪 存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、 DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、 BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态 盘或本领域普通技术人员已知的任何其它非暂态计算机可读存储介质。

用于实现这里公开的示例的功能程序、代码和代码段可由示例所属领域 程序员基于这里提供的附图及其对应描述来容易地构造。

尽管本公开包括特定示例，但对于本领域普通技术人员而言将会清楚的 是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可对这些示例做 出各种形式和细节上的修改。应该仅在描述性的意义上而非为了限制的目的 考虑这里描述的示例。每个示例中的特征或方面的描述应被视为适用于其它 示例中的类似特征或方面。如果以不同的次序执行描述的技术和/或如果以不 同的方式组合和/或替换或由其它组件或其等同物补充描述的系统、架构、装 置或电路中的部件，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围不由详细描 述限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且权利要求及其等同物的范围 内的所有变化应被解释为被包括在本公开中。