一种高速率Chirp-UWB信号发生器的设计与实现

摘  要： Chirp超宽带通信系统使用满足UWB定义的Chirp信号作为数据传输的载体,起到了扩频效果，具有CSS和UWB的优点，其处理增益大、传输距离远、功率谱密度低、抗衰落能力和抗截获能力强，获得广泛研究与关注。Chirp-UWB信号发生器是实现该通信系统的关键技术之一，采用DA+锁相环（PLL）技术,设计并实现了Chirp-UWB信号，详细分析了其设计过程与原理。试验表明,设计的信号发生器在≥2 Mb/s调制数率的驱动下，能够产生稳定可靠的Chirp-UWB信号，该发生器具有电路结构简单、易于编程控制、扩展性好以及实用性强等优点,能够满足远距离高速率无线传输数据的要求。
关键词： 超宽带； Chirp信号； 锁相环； 电荷泵
       Chirp信号因其高处理增益、低功耗、抗多径干扰、抗多普勒频移等优点，在通信系统中得到广泛研究。Chirp信号应用于通信领域中，用来表达数据符号，起到扩频的效果，这种用Chirp信号进行扩频的通信方式被称为Chirp扩频（CSS）。2006年IEEE802.15.4a工作组最终选择了CSS技术作为物理层的标准[1]。通过增加Chirp信号的带宽和减小时间宽度T，Chirp信号同样可以应用于高速的超宽带通信系统。
     实现Chirp-UWB通信系统的关键之一是产生Chirp-UWB信号，传统的Chirp信号产生方式是模拟的，包括无源和有源两种方法[2]。本文采用了传统的锁相环PLL和高速DA相结合的技术,高速DA用来产生高速调制的线性锯齿信号，锁相环PLL用来产生频率和相位起点与参考信号同步的载波信号，环路中的VCO在锯齿信号的驱动获得速率≥2 Mb/s时产生大时宽Chirp-UWB信号。该方案的设计已经成功应用在远距离高速超宽带系统中，获得了较好的效果。
  

  
     为了能够产生稳定可靠的大时宽的Chirp-UWB信号，采用锁相环PLL来实现。用PLL产生Chirp信号能够保持良好的相干性。Chirp信号的相干性包括两方面的含义[2]：(1)载波和基准频率相等或成整数倍关系；(2)载波信号稳定度足够高，达到与基准信号源相同的数量级。用锁相环产生Chirp-UWB的原理框图如图1所示。
   
       锁相环PLL是该方案的核心部分之一，图1可简化为图2所示的结构框图[5],产生信号的载频稳定度很高，达到晶体振荡器的频率稳定度。