UWB定位标签发射机.ppt

UWB定位标签发射机设计 UWB定位系统总体框架 标签发射机设计要求 UWB定位系统标签发射机的有效全向辐射功率被限制在功率密度为-34dBm/MHz(峰值)， -41.3dBm/MHz （平均值），这对应于在整个3.1-10.6GHz的频谱内发射功率3mW(峰值)，0.56mW(平均值) 。 低功耗、低成本、小型化 IEEE.802.15.4标准1kbps-几Mbps的定位速率要求。 研究现状 目前，主要有两类方法产生UWB脉冲信号。 一类是将各种高速器件等效成开关，从而利用储能元件充放电得到短持续时间的信号，再经过脉冲成形网络整形成满足要求的波形和电压足够高的脉冲。采用这种方法产生的脉冲幅度较大，一般在几十到几百伏，适合雷达信号。 另一类是采用数字逻辑器件来设计生成脉冲信号，包括晶体管--晶体管逻辑(TTL)、发射极耦合逻辑(ECL)、金属氧化物半导体场效应管(MOS)、集成注入逻辑(I2L)电路等。这类器件构成的电路具有结构简单、便于集成和系列化生产、成本低廉、使用方便等优点，在通信等科学领域得到广泛应用。 数字逻辑方法 ECL、MOS以及I2L方法比较： ECL集成电路是目前常用的数字集成电路中速度较快的一种。它的开关速度高，负载能力强，但功耗较大，噪声容限小，约300mV，逻辑摆幅为0．8V左右，抗干扰能力差，一般用在要求速度特别高的场合。用它可以产生重复频率达几百MHz、边沿在1ns左右、脉冲振幅为800mV的脉冲信号。 M0S集成电路是采用MOS管作为开关元件的数字集成电路。它具有工艺简单、集成度高抗干扰能力强、功耗低等优点。但由于其工作速度低、负载能力差，使它的使用范围受到较大限制。 I2L电路具有集成度高、功耗小等优点，但它的开关速度低、噪声容限低，其逻辑摆幅仅700mV左右，比ECL还低。 标签发射机方案 方案2： 方案3： 方案4 ： 时域公司标签解读 标签特征： 下一步工作 采用微处理器+数字ECL方案或者利用FPGA实现标签设计两种方案，使用ADS进行系统级仿真，完成UWB标签发射机仿真工作。由标签中心工作频率，计算延时电路延时时间。 考虑UWB信号发射频谱模板，看文献选择合适的成型滤波器，进一步进行优化仿真。滤波器设计采用微带滤波器。 比较微处理器+数字ECL门电路和FPGA方案的价格及精确度，选择一种方案。或者两种方案都采用。 根据仿真指标和标签天线（谢泽会）仿真结果，选择功率放大器参数。利用数字集成IC进行电路设计。画出原理图，PCB（PCB设计采用Candance软件设计，由吴振军老师负责） * * 图1 超宽带无线定位系统 方案1： 图2. 采用ECL门电路产生窄脉冲信号 利用反相器的延时，产生一负窄脉冲，采用安德森ECL反相器，典型延时时间为240ps。 图3 图4 采用集成CMOS芯片的标签发射机 图5. 采用CMOS芯片实现标签发射机总体框图 最终发射机标签大小可以做到1.56mm*1mm 图6 .脉冲产生器结构 图7. 窄脉冲的实现 时域公司定位产品 图8. 时域公司标签发射机实物图 电池供电的有源标签发射频率为1~100赫兹 动态改变标签更新速率 美式系统中心频率为6.6G，欧式系统中心频率 为7.3G，带宽1~2G。 在UWB标签的设计中，与时域公司不同，在此仅考虑UWB信号的发射，暂时忽略2.4Ghz控制电路部分。 *