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1、Ultra-WidebandSamplingDownConverterWithSamplingPhaseDetectorAlexanderReisenzahn,StudentMember,IEEE,StefanMatzinger,ThomasBuchegger,StudentMember,IEEE,SebastianHantscher,ChristianG.Diskus,SeniorMember,IEEEA.Reisenzahn,S.Matzinger,S.Hantscher,C.G.DiskusarewiththeI
2、nstituteforMicroelectronicsattheJohannesKeplerUniversity,Altenberger-Strasse69,Linz,4040,Austria,email:alexander.reisenzahn@jku.atT.BucheggeriswiththeLinzCenterofCompetenceinMechatronics,Altenberger-Strasse69,Linz,4040,Austria.摘要：对于无损检测墙壁和公路结构方面，超宽带雷达是一个非常优秀的工具。
3、因此经常使用上升下降时间在100ps范围内的陡峭窄脉冲。为了反射脉冲的数字化，就必须完成一个向下频率的转换。本文提出了一个利用相位取样检测器的采样下变频器，应用于超宽带雷达，设计新颖，成本低。关键词：超宽带相位取样检测器采样下变频器采样电路一，引言超宽带(UWB)脉冲雷达是个非常有吸引力的应用。由于短脉冲的持续时间，带来的优点是较高测量范围下精度与范围的解决方案以及无源干扰和许多其他方面的免疫能力。其频谱从很低的频率开始延伸到非常高的频率。美国联邦通信委员会（FCC）分配了从3.1GHz到10.6GHz频率范围为7.5
4、GHz的通信和雷达应用以及从2GHz到10.6GHz的穿墙成像，二者都可以自由使用【1】。反射脉冲的形式决定目标信息。为了解析信号，就有必要进行模拟到数字的转换。目前在亚纳秒区域进行直接转换是不可能的。因此，采样下变频器是很必要的，这是用于采样示波器和雷达应用中的例子。所讨论的采样下变频器对于低成本UWB雷达应用应该是很有用处的，例如检测墙壁里面的隐藏夹杂物质。采样下变频器的工作原理解释如下。用发射机发送周期为tPR的脉冲。图1显示反射的脉冲。这些脉冲的持续时间tPL为几百皮秒。采样开始时间比周期延迟一点。这可以通过直
5、接数字合成器（DDS）给定一个高一点的频率（fPR=30MHz，fSample=30.000001MHz）或者采样时钟来实现。在每个反射脉冲中进行一次采样，通过所有的点标志出来。这所有积累起来的采样点就形成了转换脉冲。图1，采样原理一，相位取样检测器在以前的出版物【2】，【3】中，采样下变频器已经建立好了转换的离散元素。在所给的电路中，相位取样检测器就包含的所有必须的部分。到目前为止，相位取样检测器作为VCO锁相环的组成部分已经应用于VHF,UHF和微波范围的通信和雷达以及超宽带脉冲同步传输系统。相位取样检测器有一个阶
6、跃恢复二极管(SRD),两个电容和一对肖特基二极管组成，如图2所示。图2，相位取样检测器电路这个SRD是一个拥有皮秒范围渡跃时间的特殊二极管。二极管正向导通时会贮存大量电荷，当电压迅速转为反向电压时，这些电荷会迅速返回原处，并产生高斯窄脉冲，脉冲上升时间与渡跃时间有关。因此输入信号进过SRD产生分部信号，并由电容分成不同的脉冲信号。这些脉冲作为取样脉冲耦合到肖特基二极管，取样过程开始。SPD的优点是电路设计的尽可能对称，这使得当肖特基二极管打开，RF-in端的输入信号对电容C充电的时候，电容还可以作为保持电容。充电可以
7、用电荷放大器检测，并实时反映输入信号的大小变化关系。有一点很重要，就是如果电路是对称的，将没有电荷从开关转移到电容上【7】。三，电路设计图3展示了采样下变频器的原理结构，设备包括时钟信号源，LO放大器，相位取样检测器，IF放大器和继接收天线后面的RF放大器。在本文借手机中取样相位检测器选用Metelics公司的MSPD2018，其渡跃时间为55ps，少子寿命5ns，结电容为0.35pF。二极管截止时间tStrobe能由渡跃时间估算出来。采样带宽的计算公式规定如下（1）。B=（350/tStrobeinps）GHz=6.
8、36GHz（1）其内部的肖特基二极管工作频率可达22GHz，势垒电压为350mV。图3，超宽带雷达采样下变频器原理结构在单端输出作为本地振荡器的定时单元（30.000001MHz的正弦信号）被放大，并且被一个异相差分运算放大器转换为一个包含同步和180度反相的平衡信号。这里变压器【2】，【3】或者混合交界【4】，【5】的使用是没必
