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一種超寬脈沖發生器的設計
摘要：超寬帶UWB是一種利用納秒級窄脈沖發送信息的技術。重點討論了一種采用級聯雪崩晶體管結構UWB極窄脈沖發生器，并對其電路及雪崩晶體管的工作原理進行了具體分析。實驗獲得的UWB輸出脈沖寬度約為1.22ns，上升時間約為863ps。關鍵詞：UWB（Ultra Wideband） 超寬帶 雪崩晶體管 脈沖發生器
目前，UWB技術已經成為國際無線通信技術研究的新熱點，日益受到重視和關注。2002年2月14日，美國FCC（聯邦通信委員會）首次批準了UWB產品的民用銷售和使用。
UWB即超寬帶，它是一種利用納秒級極窄脈沖發送信息的技術，其信號相對帶寬即信號帶寬與中心頻率之比大于25%。一個典型的中心頻率為2GHz（即寬度為500ps）的UWB脈沖信號的時域波形及其頻譜圖分別如圖1所示。
一般通信技術都是把信號從基帶調制到載波上，而UWB則是通過對具有很陡上升和下降時間的沖激脈沖進行直接調制，從而具有GHz量級的帶寬。UWB具有發射信號功率譜密度低（數十mW范圍）、難以截獲、抗多徑、低成本、極好的穿透障礙物能力等優點，尤其適用于室內等密集多徑場所的高速無線接入和通信、雷達、定位、汽車防撞、液面感應和高度測量應用。
UWB信息調制方式需結合UWB傳播特性和脈沖產生方法綜合考慮，通常可采用脈沖位置調制（Pulse Position Modulation）和正反極性調制（Antipodal Modulation），這里采用PPM調制。
從本質上看，UWB無線技術是發射和接收超短電磁能量脈沖的技術，它采用極窄脈沖直接激勵天線。因此，極窄脈沖的產生就顯得尤為重要。目前，UWB極窄脈沖的產生方法主通過雪崩三極管、隧道二極管或階躍恢復二極管實現。其中隧道二極管和階躍恢復二極管所產生的脈沖，上升時間可以達幾十至幾百皮秒，但其幅度較小，一般為毫伏級。采用了利用雪崩三極管的雪崩效應的方案，同時采用雪崩三極管級聯結構來產生極窄脈沖，最后得到輸出脈沖上升時間約為863ps，幅度約為1.2V。
1 雪崩效應理論
當NPN型晶體管的集電極電壓很高時，收集結空間電荷區內電場強度比放大低壓運用時大得多。進入收集結的載流子被強電場加速，從而獲得很大能量，它們與晶格碰撞時產生了新的電子-空穴時，新產生的電子、空穴又分別被強電場加速而重復上述過程。于是流過收集結的電流便“雪崩”式迅速增長，這就是晶體管的雪崩倍增效應。
晶體管在雪崩區的運用具有如下主要特點：
（1）電流增益增大到正常運用時的M倍，其中M為雪崩倍增因子。
（2）由于雪崩運用時集電結加有很高的反向電壓，集電結空間電荷區向基區一側的擴展使有效基區寬度大為縮小，因而少數載流子通過基區的渡越時間大為縮短。換言之，晶體管的有效截止頻率大為提高。
（3）在雪崩區內，與某一給定電壓值對應的電流不是單值的。并且隨電壓增加可以出現電流減小的現象。也就是說，雪崩運用時晶體管集電極-發射極之間呈負阻特
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