專利名稱：全波式振幅調(diào)制方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種全波式振幅調(diào)制方法及電路，特別是一種利用CMOS技術(shù)所設(shè)計(jì)的全波式振幅調(diào)制方法及電路。
在通信領(lǐng)域中，振幅調(diào)制(Amplitude Modulation)是非常重要的信號調(diào)制方式。

圖1示意表示此種調(diào)制方式，其中圖1A為載波信號VC(t)，圖1B為調(diào)制信號Vm(t)，圖1C表示采用此種振幅調(diào)制方式所得的結(jié)果VO(t)。此信號VO(t)的調(diào)幅的包跡(envelope)相當(dāng)于調(diào)制信號Vm(t)與其反相信號疊加在一起，此種方式稱為全波式(full-wave)振幅調(diào)制。
習(xí)知技術(shù)中，全波式振幅調(diào)制一般采用如圖2A所示的平衡調(diào)制器(balance modulator)來完成，其中載波信號VC(t)加在晶體管對Q3、Q4上，亦加在晶體管對Q5、Q6上，而調(diào)制信號信號Vm(t)加在晶體管對Q1、Q2之間。分析此電路將發(fā)現(xiàn)輸出信號VO(t)為載波信號VC(t)與調(diào)制信號Vm(t)兩者的乘積，舉例而言，VC(t)＝Vacos(ωct)；Vm(t)＝Vb cos(ωmt)，則VO(t)＝1/2*Va*Vb*[cos(ωm+ωc)t+cos(ωm-ωc)t](1)此結(jié)果表示在頻譜(spectrum)上，如圖2B所示。
上述平衡調(diào)制器采用雙極式bipolar技術(shù)，并不適用于CMOS技術(shù)，且存在過調(diào)制(over-modulation)不易被解調(diào)的問題，所謂過調(diào)制可藉由圖3A(同于圖1C)加以說明，圖3A中輸出信號VO(t)的包跡線有上下兩條曲線對于t軸成對稱，此兩條曲線相交于t軸，這造成解調(diào)時(shí)的困難，因?yàn)橐捉庹{(diào)成如圖3B所示的錯(cuò)誤結(jié)果，若欲解調(diào)出如圖3C所示的正確結(jié)果，則必需使用較為復(fù)雜的解調(diào)電路。
由于CMOS技術(shù)的高度發(fā)展，其相較于雙極式bipolar技術(shù)具有多方面的好處，例如集成度高、成本低、易于制造等，因此以CMOS技術(shù)設(shè)計(jì)振幅調(diào)制電路有其重大意義。圖4表示一種以CMOS技術(shù)完成的振幅調(diào)制電路，參考圖4A，其利用載波信號VC(t)來控制(1)當(dāng)VC(t)為正值時(shí)，輸出信號VO(t)＝調(diào)制信號Vm(t)；(2)當(dāng)VC(t)不為正值時(shí)，輸出信號VO(t)＝0。結(jié)果如圖4C所示，實(shí)際電路則如圖4B所示，其中采用一個(gè)CMOS開關(guān)，其輸入端饋入調(diào)制信號Vm(t)，載波信號VC(t)加在NMOS晶體管的閘極，載波信號的反相信號VC(t)加在PMOS晶體管的閘極，則可得到圖4A所示的功能。
雖然圖4B的電路非常簡單，但僅能解調(diào)出上半部的波形，而非全波式振幅調(diào)制，這會(huì)造成信號的嚴(yán)重失真，在大部份的情況下均不適用。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用CMOS技術(shù)設(shè)計(jì)的不會(huì)產(chǎn)生過調(diào)制現(xiàn)象的全波式振幅調(diào)制方法及電路。
本發(fā)明的全波式振幅調(diào)制方法，包括以下步驟1、將輸入的調(diào)制電壓信號Vm(t)轉(zhuǎn)換成一電流信號；2、利用此電流信號產(chǎn)生兩電壓信號VA(t)與VB(t)，此兩電壓信號對于一固定值的直流參考電壓成上下對稱；3、根據(jù)此電壓信號VA(t)與VB(t)與一載波信號，而得到一全波式振幅調(diào)制信號VO(t)，其作法為(1)當(dāng)此載波信號為正值時(shí)，取電壓信號VA(t)作為輸出信號VO(t)；(2)當(dāng)此載波信號為負(fù)值時(shí)，取電壓信號VB(t)作為輸出信號VO(t)。
相應(yīng)于上述調(diào)制方法，本發(fā)明的調(diào)制電路主要包括一電壓電流轉(zhuǎn)換電路、一電流電壓轉(zhuǎn)換電路及一開關(guān)電路。
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例更進(jìn)一步說明本發(fā)明的方法及電路的特點(diǎn)。
附圖簡單說明圖1全波式振幅調(diào)制信號的示意圖；圖2習(xí)知技術(shù)中采用雙極式技術(shù)的全波式振幅調(diào)制電路圖3過調(diào)制信號的示意圖；圖4習(xí)知采用CMOS技術(shù)的半波式振幅調(diào)制電路圖；圖5本發(fā)明的全波式振幅調(diào)制電路圖；圖6本發(fā)明的全波式振幅調(diào)制電路應(yīng)用于電視信號調(diào)制的較佳實(shí)施例。
參考圖5，本發(fā)明的全波式振幅調(diào)制電路主要分成三級，分別用以實(shí)施發(fā)明概要中所述的三個(gè)步驟。
第一級由運(yùn)算放大器L1、電阻R1、與NMOS晶體管M1所組成的電壓電流轉(zhuǎn)換電路；其連接方式為將調(diào)制信號Vm(t)饋入運(yùn)算放大器L1的正輸入端，NMOS晶體管M1的閘極連接至運(yùn)算放大器L1的輸出端，用以提供運(yùn)算放大器輸出端所需的極高電阻，此晶體管M1的源極與運(yùn)算放大器L1的負(fù)輸入端接在一起，并再接至電阻R1。根據(jù)運(yùn)算放大器的特性，可得到Im(t)＝Vm(t)/R1。換而言之，第一級的作用在于將輸入的調(diào)制電壓信號Vm(t)轉(zhuǎn)換成流過晶體管M1的電流信號Im(t)。
第二級為由兩電流鏡與兩電阻所成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，第一電流鏡包括PMOS晶體管M2、M3與M5，其源極均外接于電壓源VDD，PMOS晶體管M2成二極管連接，其漏極接于晶體管M1的漏極，因此對晶體管M2、M3與M5所構(gòu)成的電流鏡而言，晶體管M1起電流源(sink)的作用；第二電流鏡包括NMOS晶體管M4與M6，其源極均接地，晶體管M4成二極管連接，其漏極接于晶體管M3的漏極，因此對晶體管M4與M6所構(gòu)成的電流鏡而言，晶體管M3起電流源(source)的作用。晶體管M5的漏極連接至一電阻R2，電阻R2與電阻R3串接，電阻R3的另一端連接至晶體管M6的漏極，電阻R2與R3具有相同的電阻值Rs，且晶體管M4與M6兩者的W/L值之比與晶體管M3與M5兩者的W/L值之比相等。
由于第一電流鏡的作用，流經(jīng)晶體管M3與M5的電流均正比于Im(t)，且此兩個(gè)電流大小之比是由兩者的W/L值之比決定的。再根據(jù)晶體管M4與M6兩者的W/L值之比與晶體管M3與M5兩者的W/L值之比相等，因此流經(jīng)晶體管M4與M6的電流大小之比與流經(jīng)晶體管M3與M5的電流大小之比相同。另外由電路的連接方式可知流經(jīng)晶體管M4的電流即流經(jīng)晶體管M3的電流，因此流經(jīng)晶體管M6的電流與流經(jīng)晶體管M5的電流相等。
對電路稍加分析，將知節(jié)點(diǎn)C的電位為1/2VDD，且節(jié)點(diǎn)A的電位VA(t)與節(jié)點(diǎn)B的電位VB(t)滿足VA(t)＝1/2VDD+Vm(t)*Rs/R1 (2)VB(t)＝1/2VDD-Vm(t)*Rs/R1 (3)換而言之，兩電位信號VA(t)與VB(t)對于1/2VDD成上下對稱。
由于電壓信號在CMOS電路中無法以負(fù)電壓型式獲得，而電流信號則不然，如圖5中對節(jié)點(diǎn)C而言，晶體管M5提供一源電流(正)，而晶體管M6提供一sink電流(負(fù))。此說明了為何第一級中故意將輸入的調(diào)制電壓信號Vm(t)轉(zhuǎn)換成電流信號Im(t)。
第三級由兩個(gè)CMOS開關(guān)組成的開關(guān)電路，藉由載波信號VC(t)與信號VA(t)、VB(t)，而產(chǎn)生一全波式振幅幅調(diào)制信號VO(t)，其中第一CMOS開關(guān)的輸入端饋入信號VA(t)，其NMOS的閘極處饋入載波信號VC(t)，而其PMOS的閘極處饋入載波信號的反相信號VC(t)，而第二CMOS開關(guān)的輸入端饋入信號VB(t)，其NMOS的閘極處饋入載波信號的反相VC(t)，而其PMOS的閘極處饋入載波信號VC(t)，兩CMOS開關(guān)的輸出端接在一起而外接作為輸出信號VO(t)。
當(dāng)載波信號VC(t)為正時(shí)，第一CMOS開關(guān)導(dǎo)通，而第二CMOS開關(guān)切斷，此時(shí)VO(t)＝VA(t)；而當(dāng)載波信號VC(t)為負(fù)時(shí)，第一CMOS開關(guān)切斷，而第二CMOS開關(guān)導(dǎo)通，此時(shí)VO(t)＝VB(t)，因此能達(dá)到以載波信號的極性選擇信號VA(t)或信號VB(t)作為輸出信號的目的。
圖5所示的電路中，第一級、第二級與第三級分別對應(yīng)于發(fā)明概要中所述全波式振幅調(diào)制方法的三個(gè)步驟。
此外，圖5所示的全波式振幅調(diào)制電路的較佳實(shí)施例滿足晶體管M2、M3與M5的W/L值均相同，晶體管M4與M6的W/L值亦相同，結(jié)果流經(jīng)晶體管M3、M5、M4與M6的電流均為Im(t)。
圖6表示本發(fā)明的全波式振幅調(diào)制方法的一實(shí)際應(yīng)用例，用以將電視信號轉(zhuǎn)換成廣播頻道射頻(RF)調(diào)制信號。電視信號包含影像信號與聲音信號，此外為了防止過調(diào)制的問題，根據(jù)電視信號標(biāo)準(zhǔn)尚必須滿足一定的調(diào)制指數(shù)(modulation index)。參考圖6A，其中Vp(t)表示影像信號，其經(jīng)由運(yùn)算放大器OP3與電阻Rp，再經(jīng)過一由兩尺寸相同的晶體管所構(gòu)成的電流鏡而產(chǎn)生電流Ip(t)。SIFCLK表示經(jīng)過調(diào)制的聲音信號，此信號SIFCLK用以控制一電流源Is(t)(1)當(dāng)SIFCLK為0時(shí)，Is(t)＝0；(2)當(dāng)SIFCLK為1時(shí)，Is(t)＝0.5VDD/Rs(此值由運(yùn)算放大器OP2與電阻Rs決定)。Ip(t)與Is(t)加在一起以產(chǎn)生真正的調(diào)制信號Im(t)。此外，參考圖6B，電壓信號Vref用以產(chǎn)生電流Iref，用以產(chǎn)生能滿足電視信號標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的調(diào)制指數(shù)要求的最小載波信號，此處Iref的大小由運(yùn)算放大器OP1與電阻Rr決定為Vref/Rr。利用圖6A與圖6B所產(chǎn)生的Im(t)與Iref，而供給Im(t)-Iref的電流源current source與電流沉落(currentsink)至圖6C的電路，此二電流之間連接兩個(gè)串聯(lián)的電阻Rm，且兩電阻的連接點(diǎn)具有DC電位1/2VDD(由運(yùn)算放大器OP4與兩電阻Rq決定)，結(jié)果節(jié)點(diǎn)A的電位VA(t)與節(jié)點(diǎn)B的電位VB(t)如下式VA(t)＝0.5VDD+(Im(t)-Iref)*Rm＝0.5VDD+(Ip(t)+Is(t)-Iref)*Rm＝0.5VDD+[Vp(t)/Rp+Is(t)-Vref/Rr]*Rm(4)VB(t)＝0.5VDD-(Im(t)-Iref)*Rm＝0.5VDD-(Ip(t)+Is(t)-Iref)*Rm＝0.5VDD-[Vp(t)/Rp+Is(t)-Vref/Rr]*Rm(5)因此，藉由調(diào)整Rp、Rs與Rr的大小關(guān)系，可輕易地獲得所需的信號(影像信號/聲音信號)及調(diào)制指數(shù)。此外，尚可藉由主調(diào)整電阻Rm相對于Rp、Rs與Rr的大小，而獲得所需的輸出信號大小。信號VA(t)與VB(t)經(jīng)由運(yùn)算放大器OP5與OP6的緩沖，然后接到由CMOS互補(bǔ)開關(guān)所構(gòu)成的多工器Mux，此多工器Mux相當(dāng)于圖5所示電路的第三級，由載波信號Sc(t)所控制，而選擇信號Vxp或信號Vxn作為輸出信號，形成所需的對稱于1/2VDD的全波式振幅調(diào)制信號，在此電容C1的作用是為了濾掉直流成份，使AMOUT成為AC調(diào)制信號輸出。
綜上所述，本發(fā)明具有如下效果本發(fā)明的全波式振幅調(diào)制方法及電路，具有以下幾個(gè)特色(1)采用CMOS技術(shù)，故具有CMOS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括集成度高、成本低、易于制造等；(2)可有效地解決過調(diào)制的問題；(3)實(shí)現(xiàn)電路簡單。
權(quán)利要求
1.一種全波式振幅調(diào)制方法，包括以下步驟(1)將電壓調(diào)制信號Vm(t)轉(zhuǎn)換成電流信號；(2)利用所述電流信號產(chǎn)生兩相對稱的電壓信號VA(t)與VB(t)，該兩電壓信號對于一固定值的參考電壓成上下對稱；(3)根據(jù)所述電壓信號VA(t)與VB(t)與一載波信號VC(t)，而得到一全波式振幅調(diào)制信號的輸出信號，其作法為當(dāng)載波信號為正值時(shí)，取電壓信號VA(t)作為輸出信號，而當(dāng)載波信號為負(fù)值時(shí)，取電壓信號VB(t)作為輸出信號。
2.一種全波式振幅調(diào)制電路，包括一電壓電流轉(zhuǎn)換電路，一電流電壓轉(zhuǎn)換電路及一開關(guān)電路；所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路由運(yùn)算放大器、電阻R1與NMOS晶體管M1組成，其連接方式為調(diào)制信號Vm(t)饋入運(yùn)算放大器的正輸入端，NMOS晶體管M1的閘極連接至運(yùn)算放大器的輸出端，用以提供運(yùn)算放大器輸出端所需的極高電阻，晶體管M1的源極與運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接，然后再共同接至電阻R1，用以將輸入的調(diào)制電壓信號Vm(t)轉(zhuǎn)換成流過晶體管M1的電流信號Im(t)＝Vm(t)/R1；所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路由兩電流鏡與兩電阻構(gòu)成，第一電流鏡包括PMOS電晶體M2、M3與M5，其源極均外接于電壓源VDD，晶體管M2成二極管連接，其漏極接于晶體管M1的漏極；第二電流鏡包括NMOS晶體管M4與M6，其源極均接地，晶體管M4成二極管連接，其漏極接于晶體管M3的漏極，晶體管M4與M6兩者的W/L值之比與晶體管M3與M5兩者的W/L值之比相等；晶體管M5的漏極連接至一電阻R2，電組R2再串聯(lián)一電阻R3，然后連接于晶體管M6的漏極，電阻R2與R3的電阻值相同；晶體管M5與電阻R2連接點(diǎn)的電位為VA(t)，晶體管M6與電阻R3連接點(diǎn)的電位為VB(t)，則兩電位信號VA(t)與VB(t)對于0.5VDD成上下對稱；所述開關(guān)電路由兩個(gè)CMOS開關(guān)構(gòu)成，其中第一CMOS開關(guān)的輸入端饋入所述信號VA(t)，其NMOS的閘極處饋入所述載波信號VC(t)，而其PMOS的閘極饋入所述載波信號的反相電壓VC(t)，而第二CMOS開關(guān)的輸入端饋入信號VB(t)，其NMOS的閘極饋入所述載波信號的反相電壓VC(t)，而其PMOS的閘極處饋入該載波信號VC(t)，兩CMOS開關(guān)的輸出端接在一起作為輸出信號VO(t)的輸出端，以使當(dāng)載波信號VC(t)為正時(shí)，第一CMOS開關(guān)導(dǎo)通，而第二CMOS開關(guān)切斷，此時(shí)VO(t)＝VA(t)；當(dāng)載波信號VC(t)為負(fù)時(shí)，第一CMOS開關(guān)切斷，第二CMOS開關(guān)導(dǎo)通，此時(shí)VO(t)＝VB(t)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全波式振幅調(diào)制電路，其特征在于，所述晶體管M2、M3與M5的W/L值相同，晶體管M4與M6的W/L值相同。
全文摘要
一種全波式振幅調(diào)制方法及電路,此種全波式振幅調(diào)制方法包括以下步驟:(1)將調(diào)制電壓信號Vm(t)轉(zhuǎn)換成一電流信號;(2)利用此電流信號而產(chǎn)生兩電壓信號V
文檔編號H03C1/00GK1182976SQ96120769
公開日1998年5月27日 申請日期1996年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月15日
發(fā)明者楊存孝, 謝嘉德, 蘇壬穗 申請人:民生科技股份有限公司