[发明专利]一种实现16正交幅度调制器

说明书

技术领域

本发明属于射频集成电路领域，具体涉及一种新的实现16正交幅度调制（QAM）器，该调制电路可以用于短距离高速通信系统中。

背景技术

在无线通信系统中，能够实现高效的数据传输是非常重要的。功耗、数据率和调制效率是高效数据传输中的重要指标。功耗是非常重要的指标，降低功耗不仅能够节约能源，提高电池寿命和便携设备的续航时间，同时也能提高设备的稳定性；数据率是指在单位时间内能够传输的数据量（比特数），高数据率传输已经是非常重要的产品需求；而调制效率是指被调制后的载波每个字符（symbol）所能携带的比特数（bit），高效率的调制不仅能够充分利用有限带宽，提高数据率，也能降低功耗。

现在主流的无线通信系统中，频率综合器件是必不可少的。频率综合器为接收机和发射机提供调制和解调的载波信号。频率综合器主要包括压控振荡器（VCO），分频器（divider），鉴相/鉴频器（PFD），电荷泵（CP）和低通滤波器（LPF）等，如图1所示。这一系列的电路模块需要较大的功耗，同时设计难度也较大。为了能够进行高质量的调制和解调，要求频率综合器有较低的相位噪声，而压控振荡器是重要的噪声贡献电路，通常以牺牲功耗换取噪声。在单通道通信系统中，注入锁定技术是一种较好的替补方案，因为其设计简单，功耗较低，相位噪声由注入的低频信号的相位噪声决定，因此相位噪声较好，不需要以功耗换取。

数据率和调制效率是分不开的。对于同样的符号率（symbol rate），调制效率加倍，数据率也加倍。调制效率为1的调制方式包括幅移键控（ASK）、相移键控（PSK）和频移键控（FSK）等，其调制实现容易，但效率较低，对于有限的带宽不能进行高速的数据传输。正交相移键控（QPSK）的调制效率为2，即对于相同的带宽（相同的符号率），QPSK的数据率是ASK、PSK和FSK的两倍。8PSK的调制效率为3，在相同的带宽情况下，其数据率是QPSK的1.5倍。16QAM的调制效率为4，数据率进一步增加。随着调制效率的增加，设计的难度也逐渐增加，同时数据的误码率也在增加。

基于注入锁定技术的发射机已经获得了极大的关注，主要原因是其调制实现简单，功耗较低。现在已经发表的文章有【1】（S.Diao,et al.,“A50-Mb/s CMOS QPSK/O-QPSK Transmitter Employing Injection Locking for Direct Modulation,”IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques,vol.60,no.1,pp.120-130,Jan.2012.）和【2】（M-M.Izad and C-H.Heng,A17pJ/bit915MHz8PSK/O-QPSK Transmitter for High Data Rate Biomedical Applications,in Proc.IEEE Custom Integrated Circuits Conf.,Sep.2012,pp.1-4.）等，如图2所示。其调制效率分别为2和3，数据率分别为50bps和55Mbps，能量消耗分别为120pJ/bit和17pJ/bit。而基于频率综合器的发射机已经不胜枚举，在注入锁定技术应用到发射机中之前，大部分发射机中要有频率综合器，比如【3】（Y.-H.Liu,C.-L.Li,and T.-H.Lin,“A200-pJ/b MUX-based RF transmitter for implantable multichannel neural recording,”IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques,vol.57,no.10,pp.2533–2541,Oct.2009.），其调制效率为2，数据率为17.5Mbps，能量消耗为200pJ/bit。可以看出基于注入锁定的发射机有高数据率，低能耗的优点。基于注入锁定技术的、更高调制效率的发射机是有可能实现的，这可以进一步提高数据率和降低单比特功耗。参考文献【1-2】中调制方式只涉及到相位，基于注入锁定技术的发射机没有关于幅度调制的文章发表，本发明就是在8QPSK的基础上引入幅度调制，实现16QAM。

现有的基于注入锁定技术的发射机的都是相位调制（PSK），最高阶的调制为8PSK，在幅度调制上没有相关的文献报道。

发明内容