脈波位置調變器整合脈波產生器設計

參照圖 4-2 的發射器架構圖，設計的理念為:使用數位式的方波去驅動類比式的 RF 脈波產生器，所以只有脈波產生器是類比式的 RF 電路，其餘皆為數位式的設計。輸入 端為 100MHz 的弦波震盪，之所以選擇輸入弦波，目的是考量傳統上的作法利用方波輸 入反向器的延遲時間相當小，故嘗試以弦波對電容先天上的電性特徵，之後再接反向器 還原成方波能產生足夠大的時間延遲，由一個四對一的數位多工器來選擇四個不同延遲 時間的方波路徑輸出達成位置調變的目的，接著由所選擇出一條方波輸入來驅動所設計 的脈波產生器，以下將對每一個電路區塊作更詳細的說明並輔以模擬圖形描述。(圖上 的紅色節點對應為以下所觀察的波形)

脈波位置調變器(PPM modulator)

調變器置於脈波產生器之前或之後，對於整個發射器而言，都可以達成目的。脈波 位置調變器是利用時間延遲的原理來造成輸出脈波有不同的位置，因此考量設計延遲二 進位的訊號比起連續的類比信號要來的有效率簡單，也就是處理類比式的延遲電路比數 位電路通常來的比較複雜、難設計[15]，所以本設計是把調變器置在脈波產生器之前 主。參照圖 4-3 所示，模擬時輸入 100MHz、振幅為正負 1V 的弦波，分為四條不同的路 徑，其中 d0 為原本輸入的弦波，其餘三條路徑分別經過不同的電容值大小所造成振幅 與相位上的變化，電容值越小，其阻抗越大，則弦波衰減也越大。後面接上反向器作用 是將弦波轉換成方波來驅動下一級的脈波產生器，參照圖 4-4(a)，有了四條不同寬度的 方波後，即可用一個四對一的數位多工器操作，我們用兩個位元(S0、S1)去控制不同的 路徑輸出，參照圖 4-4(b)是結合四條的多工器輸出波形再同一張圖上，藉由微調電容大 小，可輕易控制方波的延遲時間，在這裡設計每個方波相差約 400ps，原因是考量延遲 時間和之後所結合的脈波產生器波形寬度必須在同一 level，才能達成具有脈波調變的 目的。若此方法驗證可行，未來將可結合多個多工器，如此一來便能大幅增加資料傳輸 率，成為具有多人使用的跳頻超寬頻發射器。

S1 S0 0 0 0 1 1 0 1 1

Output path dd0

Delay element

脈波產生器

設計流程

本 次 設 計 用 的 模 擬 軟 體 為ADS、

Hspice。

模擬流程如下：

1. 參考文獻提出構想 2. 選擇架構並設計脈波發射

器。

3. 使波型符合mask而微調各元 件值,並模擬出最佳化。

4. 設計PPM架構,確保有固定 的time delay輸出。

5. 再與脈波產生器相結合,確 保兩個電路能match。

6. 設計切換開關並再次確認輸 出波形能滿足mask。

7. 考量corner variation 8. 考量temperature variation 9. 考量supply voltage variation 10. 考量量測情況

11. 做最佳佈局

根據EM simulation 結果對 layout 和 電路進行調整。