专利名称：脉冲产生电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线传感器网络发射机系统，具体的讲是涉及一种无线传感器网 络发射机系统的脉冲产生电路。
背景技术：
当今时代，全球科技发展迅速，作为信息获取最重要和最基本的传感器网络技术 也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化逐渐向集成化、微型化、网 络化和智能化发展，结合各领域前沿技术、利用现代无线通信连接手段，一种具备信息综合 和处理能力以及交互式无线通信的新兴传感器技术——无线传感器网络便由此应运而生 了。
无线传感器网络是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合性智能化信息 系统，受到了工业界和学术界的广泛关注。无线传感器网络是由多学科高度交叉的新兴前 沿研究热点，能够通过各类集成化的微型传感器互相协作并实时监测、感知和采集各种环 境和监测对象的信息，并对收集到的信息进行处理后通过无线通信的方式发送给终端用 户，真正实现物理环境、信息世界、人类社会的交互融合
目前，国际上实现无线传感器网络的主流发射机系统之一是超宽带短脉冲发射机 系统。无线传感器网络的发射机原理如图1所示，首先基带脉冲产生电路接收基带数据并 产生具有极小占空比的超短脉冲，这一极短的脉冲通过片内电源电压开关驱动电路来控制 高频振荡器和输出级驱动放大器在一个周期内间歇性地工作，即使得高频振荡器只在一个 周期内的极短时间内工作而其他时间保持关闭，从而自然地产生超宽带短脉冲所要求的超 短脉冲信号，然后通过同样周期间歇性工作的输出级驱动放大器放大超短脉冲信号并驱动 片外发射天线的50 Ω阻抗。可见，这种超低功耗的发射机的架构非常适合于无线传感器网 络的应用。
因此，在上述发射机的设计中，一个能产生相对精确脉冲宽度的基带脉冲产生电 路是非常重要的，因为基带脉冲产生电路直接控制着片内电源电压开关驱动电路，也即直 接影响着整个发射机主要功耗模块的开关控制时间。
现有技术中的脉冲产生电路，基于传统的反相器门的方法产生延迟，由于其工艺 和使用环境温度的影响，使其延时电路的延时误差范围为-80% +120%，即延时误差范 围大，产生的脉冲宽度信号不精确。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种延时误差范围小的脉冲产生电路。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种脉冲产生电路，包括延时电 路，产生延时信号，用于调整脉冲宽度；校准电路，为延时电路提供校准信号；偏置电路，为 校准电路提供偏置信号。
进一步的，所述校准电路包括第一校准单元和第二校准单元。
进一步的，所述第一校准单元包括分别为延时电路的第六三极管、第十三极管、第十八三极管、第二十二三极管、第三十三极管提供校准信号的第五三极管、第九三极管、第 十七三极管、第二十一三极管、第二十九三极管。
进一步的，所述第二校准单元包括分别为延时电路的第七三极管、第十一三极管、第十九极管、第二十三三极管、第三十一三极管提供校准信号的第八三极管、第十二三极 管、第二十三极管、第二十四三极管、第三十二三极管。
进一步的，所述偏置电路包括第一偏置单元，为第一校准单元提供偏置信号；第二 偏置单元，为第二校准单元提供偏置信号。
进一步的，所述第一偏置单元包括第一三极管和第二三极管，所述第二三极管的 漏极与栅极电连接后接地，所述第一三极管的漏极与栅极电连接后接第二极管的源极，第 一三极管的源极与第一校准单元的第五三极管、第九三极管、第十七三极管、第二十一三极 管、第二十九三极管的共源极电连接，所述第一三极管的栅漏极节点与第一校准单元的第 五三极管、第九三极管、第十七三极管、第二十一三极管、第二十九三极管的共栅极电连接。
进一步的，所述第一三极管的宽长比为2ym/20nm;所述第二三极管的宽长 比为4.2μπι/5μπι;所述第一三极管和第二三极管的宽长比的比值为Oym/20nm)/ (4. 2 μ m/5 μ m) ο
进一步的，所述第二偏置单元包括第三三极管和第四三极管，所述第三三极管的 漏极与栅极电连接后接第一三极管的源极，所述第四三极管的漏极与栅极电连接后接第三 极管的源极，第四三极管的源极接地，第四三极管的漏极与第二校准单元的第八三极管、第 十二三极管、第二十三极管、第二十四三极管、第三十二三极管共栅极电连接。
进一步的，所述第三三极管的宽长比为1μπι/5μπι;所述第四三极管的宽长 比为95μπι/80μπι;所述第三三极管和第四三极管的宽长比的比值为(1μπι/5μπι)/ (95 μ m/80 μ m)。
本发明的有益效果是本发明脉冲产生电路基于反相器门构成的延时电路的基础 上，采用了自校准技术，即在延时电路上设置有校准电路，为延时电路提供校准信号；校准 电路前端设置有偏置电路，为校准电路提供偏置信号。
校准电路三极管工作在线性区，当工艺角由tt变为ff或者ss时，校准电路三极 管的阈值电压Vth就会减小或者增大50mv左右，同时会增大延时电路的DC电流并使延时 时间比预设值要短或者长，而偏置电路使其校准电路三极管的栅极电压自适应地在ff或 者ss工艺角下也同样减小或者增大50mv，因此，工艺角产生的延时偏差被偏置电路补偿并 抵消了。
当温度由室温增加为100°C或者减小为_27°C的时候，虽然校准电路三极管的迁 移率会增加或者减小，但是由于校准电路三极管工作在线性区，其Vth的增大或者减小将 占主导因素并减小或者增加直流电流从而增大或者减小了延迟时间。在温度增加或者减小 的情况下，采用偏置电路，使其校准电路的栅极电压增大或者减小，则温度产生的延时偏差 被偏置电路补偿并抵消了。
偏置电路采用不同工艺宽长比的三极管，使本发明脉冲产生电路的功耗更低。
综上所述，本发明脉冲产生电路，其延时电路的延时误差范围为-10% +10%之 间，延时误差范围小，因此，产生的脉冲宽度信号更精确。
图1是无线传感器发射机系统的原理图2是本发明脉冲产生电路的原理图3是本发明脉冲产生电路偏置、校准、延时电路的原理图4是本发明脉冲产生电路第一偏置单元Vx节点的电压与温度、工艺变化关系 图5是本发明脉冲产生电路第二偏置单元Vy节点的电压与温度、工艺变化关系 图。
图中所示1、第一校准单元，2、第二校准单元，3、第一偏置单元，4、第二偏置单 元，Ml、第一三极管，M2、第二三极管，M3、第三三极管，M4、第四三极管，M5、第五三极管，M6、 第六三极管，M7、第七三极管，M8、第八三极管，M9、第九三极管，M10、第十三极管，Mil、第 十一三极管，M12、第十二三极管，M17、第十七三极管，M18、第十八三极管，M19、第十九三极 管，M20、第二十三极管，M21、第二i^一三极管，M22、第二十二三极管，M23、第二十三三极 管，M24、第二十四三极管，M29、第二十九三极管，M30、第三十三极管，M31、第三十一三极管， M32、第三十二三极管，Vx为第一三极管漏极和第二三极管源极的公共节点，Vy为第三三极 管源极和第四三极管漏极公共节点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述
如图2-3所示，本发明脉冲产生电路，包括延时电路，产生延时信号，用于调整脉 冲宽度；校准电路，为延时电路提供校准信号；偏置电路，为校准电路提供偏置信号。
所述延时电路包括TO模块、Tl模块和缓冲模块。
TO模块包括第六三极管M6、第七三极管M7，第十三极管MlO、第i^一三极管M11，第 十三三极管M13、第十四三极管M14，第十五三极管M15、第十六三极管M16，所述第六三极管 M6和第七三极管M7的共栅极为datajn，第十五三极管M15和第十四三极管M14的共栅极 为TO信号，第十三三极管Ml3和第十六三极管M16的共栅极为元信号。
Tl模块包括第十八极管M18、第十九极管M19、第二十二三极管M22、第二十三三极 管M23、第二十五三极管M25、第二十六三极管M26，第二十七三极管M27、第二十八三极管 M28，所述第二十六三极管IC6和第二十七三极管M27的共栅极为Tl信号，所述第二十五三 极管M25和第二十八三极管M28的共栅极为Π信号。
缓冲模块包括第三十三极管Μ30和第三十一三极管Μ31。其中第三十三极管Μ30 和第三十一三极管Μ31的共漏极为data_delay信号。
以上延时电路的TO模块和Tl模块可以为多个，可根据需要增加。
所述校准电路包括第一校准单元1和第二校准单元2。
所述第一校准单元1包括分别为延时电路的第六三极管M6、第十三极管M10、第 十八三极管M18、第二十二三极管M22、第三十三极管M30提供校准信号的第五三极管M5、 第九三极管M9、第十七三极管M17、第二i^一三极管M21、第二十九三极管M29，所述第一 校准单元1的第五三极管M5、第九三极管M9、第十七三极管M17、第二十一三极管M21、第二十九三极管M29的栅极串接(共栅)、源极串接(共源)、漏极分别与延时电路的第六三 极管M6、第十三极管M10、第十八三极管M18、第二十二三极管M22、第三十三极管M30的源 极电连接。
所述第二校准单元2包括分别为延时电路的第七三极管M7、第十一三极管Mil、第 十九极管M19、第二十三三极管M23、第三十一三极管M31提供校准信号的第八三极管M8、第 十二三极管M12、第二十三极管M20、第二十四三极管M24、第三十二三极管M32，所述第二校 准单元2的第八三极管M8、第十二三极管M12、第二十三极管M20、第二十四三极管M24、第 三十二三极管M32的栅极串接(共栅)、源极接地、漏极分别与延时电路的第七三极管M7、 第十一三极管Mil、第十九极管M19、第二十三三极管M23、第三十一三极管M31的源极连接。
上述校准单元可根据延时电路中TO模块、Tl模块以及缓冲模块的增加而增加。
所述偏置电路包括第一偏置单元3，为第一校准单元1提供偏置信号；第二偏置单 元4，为第二校准单元2提供偏置信号。
所述第一偏置单元3包括第一三极管Ml和第二三极管M2，所述第二三极管M2的 漏极与栅极电连接后接地，所述第一三极管Ml的漏极与栅极电连接后接第二极管M2的源 极，第一三极管Ml的源极与第一校准单元1的第五三极管M5、第九三极管M9、第十七三极 管M17、第二十一三极管M21、第二十九三极管M29的共源极电连接，所述第一三极管Ml的 栅漏极公共节点Vx与第一校准单元1的第五三极管M5、第九三极管M9、第十七三极管M17、 第二十一三极管M21、第二十九三极管M29的共栅极电连接。
所述第二偏置单元4包括第三三极管M3和第四三极管M4，所述第三三极管M3的 漏极与栅极电连接后接第一三极管Ml的源极，所述第四三极管M4的漏极与栅极电连接后 接第三极管M3的源极，第四三极管M4的源极接电，第四三极管M4源极与第三三极管M3 的漏极公共节点Vy与第二校准单元2的第八三极管M8、第十二三极管M12、第二十三极管 M20、第二十四三极管M24、第三十二三极管M32共栅极电连接。
所述第一三极管Ml的宽长比为2ym/20nm;所述第二三极管M2的宽长比为 4.2μπι/5μπι;所述第一三极管Ml和第二三极管Μ2的宽长比的比值为Ομπι/20ηπι)/ (4. 2 μ m/5 μ m)；所述第三三极管M3的宽长比为1 μ m/5 μ m ；所述第四三极管M4的宽长比 为95 μ m/80 μ m ；所述第三三极管M3和第四三极管M4的宽长比的比值为(1 μ m/5 μ m) / (95 μ m/80 μ m)。第一偏置单元3的第一三极管Ml和第二三极管M2采用不同宽长比的工 艺制作，第二偏置单元4的第三三极管M3和第四三极管M4采用不同宽长比的工艺制作，使 偏置电路的功耗降低。
第一偏置单元3的工作原理如下
权利要求
1.一种脉冲产生电路，包括延时电路，产生延时信号，用于调整脉冲宽度； 其特征在于它还包括 校准电路，为延时电路提供校准信号； 偏置电路，为校准电路提供偏置信号。
2.根据权利要求1所述的脉冲产生电路，其特征在于所述校准电路包括第一校准单 元(1)和第二校准单元(2)。
3.根据权利要求2所述的脉冲产生电路，其特征在于所述第一校准单元(1)包括分 别为延时电路的第六三极管、第十三极管、第十八三极管、第二十二三极管、第三十三极管 提供校准信号的第五三极管、第九三极管、第十七三极管、第二十一三极管、第二十九三极 管。
4.根据权利要求2所述的脉冲产生电路，其特征在于所述第二校准单元( 包括 分别为延时电路的第七三极管、第十一三极管、第十九极管、第二十三三极管、第三十一三 极管提供校准信号的第八三极管、第十二三极管、第二十三极管、第二十四三极管、第三十二三极管。
5.根据权利要求1所述的脉冲产生电路，其特征在于所述偏置电路包括第一偏置单 元(3)，为第一校准单元(1)提供偏置信号；第二偏置单元(4)，为第二校准单元( 提供偏置信号。
6.根据权利要求5所述的脉冲产生电路，其特征在于所述第一偏置单元C3)包括 第一三极管和第二三极管，所述第二三极管的漏极与栅极电连接后接地，所述第一三极管 的漏极与栅极电连接后接第二极管的源极，第一三极管的源极与第一校准单元(1)的第 五三极管、第九三极管、第十七三极管、第二十一三极管、第二十九三极管的共源极电连接， 所述第一三极管的栅漏极与第一校准单元的第五三极管、第九三极管、第十七三极管、第 二十一三极管、第二十九三极管的共栅极电连接。
7.根据权利要求6所述的脉冲产生电路，其特征在于所述第一三极管的宽长比为 2 μ m/20nm ；所述第二三极管的宽长比为4. 2 μ m/5 μ m ；所述第一三极管和第二三极管的宽 长比的比值为(2 μ m/20nm) / (4. 2 μ m/5 μ m)。
8.根据权利要求5所述的脉冲产生电路，其特征在于所述第二偏置单元(4)包括 第三三极管和第四三极管，所述第三三极管的漏极与栅极电连接后接第一三极管的源极， 所述第四三极管的漏极与栅极电连接后接第三极管的源极，第四三极管的源极接地，所述 第四三极管的漏极与第二校准单元O)的第八三极管、第十二三极管、第二十三极管、第 二十四三极管、第三十二三极管共栅极电连接。
9.根据权利要求8所述的脉冲产生电路，其特征在于所述第三三极管的宽长比为 1 μ m/5 μ m ；所述第四三极管的宽长比为95 μ m/80 μ m ；所述第三三极管和第四三极管的宽 长比的比值为(1 μ m/5 μ m)/(95 μ m/80 μ m)。
全文摘要
本发明公开了一种脉冲产生电路，包括延时电路，产生延时信号，用于调整脉冲宽度；校准电路，为延时电路提供校准信号；偏置电路，为校准电路提供偏置信号。本发明脉冲产生电路应用于无线传感器网络发射机系统，其优点在于延时误差范围小。
文档编号H03K3/027GK102035509SQ20101060472
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者何波, 李琛, 王勇 申请人:上海集成电路研发中心有限公司