用于433MHz ISM頻帶的低功耗超再生接收器

時間：2006-05-12 01:49:00

關(guān)鍵字：頻帶 ISM 低功耗 HZ

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[導(dǎo)讀]設(shè)計師經(jīng)常選擇超再生接收器(super-regenerative receiver) ——盡管它的頻率不穩(wěn)定，選擇性較差——用于那些以功耗為主要問題的電池供電短距離無線應(yīng)用

　　設(shè)計師經(jīng)常選擇超再生接收器(super-regenerative receiver) ——盡管它的頻率不穩(wěn)定，選擇性較差——用于那些以功耗為主要問題的電池供電短距離無線應(yīng)用，例如遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)、汽車警報、生物醫(yī)學(xué)監(jiān)視器、傳感器網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)外設(shè)（參考文獻(xiàn)1）。超再生檢測器還能通過斜率檢測來解調(diào)頻率調(diào)制信號。對檢測器做調(diào)諧，使信號處在檢測器電路的選擇性曲線的斜面上。本設(shè)計實(shí)例介紹了一種功耗低于 1 mW 的超再生接收器，它工作在無需許可證的 433 MHz ISM（工業(yè)/科學(xué)/醫(yī)療）頻帶。

　　在超再生接收器最簡單的形式中，它包含一個射頻振蕩器，該振蕩器被一個“猝熄信號”或頻率較低的波形定期通斷。當(dāng)猝熄信號接通振蕩器時，振蕩開始產(chǎn)生一條指數(shù)上升的包絡(luò)線。在振蕩器的標(biāo)稱頻率處施加一個外部信號，就會加快這些振蕩的包絡(luò)線的上升。從而被猝熄的振蕩器的振幅占空比的變化與被施加的射頻信號的振幅成比例（圖 1）。

　　超再生檢測器能接收調(diào)幅信號，并且非常適合于檢測 OOK（通斷鍵控）數(shù)據(jù)信號。超再生檢測器構(gòu)成了一個采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，即每個猝熄周期都采樣并放大射頻信號。為了精確地重新構(gòu)造原始調(diào)制，猝熄發(fā)生器的工作頻率必須是原始調(diào)制信號中最高頻率的數(shù)倍。添加一個包絡(luò)檢測器，后面跟一個低通濾波器，就能改善調(diào)幅(AM)解調(diào)（參考文獻(xiàn)2）。

　　圖2是超再生接收器電路（圖3）的方框圖。該接收器的核心包含一個普通的Colpitts配置LC振蕩器，該振蕩器的工作頻率是由 L₁、L₂、C₁、C₂、C₃的串聯(lián)共振確定的。關(guān)斷晶體管Q₁的偏置電流，就能猝熄振蕩器。（請注意：增加C₁和C₂可改善振蕩器的頻率穩(wěn)定性，代價是功耗增加。）與柵/陰相連的晶體管Q₂和Q₃組成了天線放大器，它改善了接收器的噪聲系數(shù)，并在振蕩器和天線之間提供了一定的射頻隔離。為了省電，放大器只在振蕩增強(qiáng)期間工作。

　　猝熄發(fā)生器基于史密特觸發(fā)器電路，可作為振蕩器和射頻放大級的開關(guān)。為了提高靈敏度，C₅兩端的三角波形用于猝熄振蕩器，而IC₁輸出端的方波則作為射頻放大器的開關(guān)。猝熄放大器的兩路輸出的相位被設(shè)成正交形式，因此當(dāng)檢測器的振蕩開始增強(qiáng)時，射頻放大器已獲得了能量。該電路的猝熄頻率是100 kHz，以便實(shí)現(xiàn)速率高達(dá)20 Kbps的數(shù)據(jù)傳輸。

　　包絡(luò)檢測器包含一個共源放大器，根據(jù)標(biāo)稱偏置，該放大器工作于B類模式。為了提高該級的增益，可施加很小的偏置電流，來使它工作在 AB 類模式。為了減小振蕩器的LC振蕩電路的負(fù)載，C₁₀連接到電感L₁的某個抽頭，如電感L₂所示。

　　數(shù)據(jù)恢復(fù)電路中的第一級包含緩沖器IC_2A、放大器IC_2B，以及一個三階低通濾波器（用于抑制包絡(luò)檢測器輸出中的猝熄頻率分量）。直流耦合的史密特觸發(fā)器電路IC₃從被解調(diào)的信號中提取發(fā)送的數(shù)據(jù)。一個由C₁₂和R₁₆組成的低通濾波器提取解調(diào)信號的直流分量，并設(shè)定史密特觸發(fā)器的判定閾值。結(jié)果，數(shù)據(jù)發(fā)送器必須使用一種直流電平衡的編碼方案（如曼徹斯特編碼）用于調(diào)制。在接收端，不需要額外的有源元件就能提取數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的判定閾值，這有助于把接收器的功耗降至最低程度。

　　樣機(jī)占用一塊尺寸約為5cm x 3cm的小型電路印制板（圖4）。利用一種簡單的自制PRBS（偽隨機(jī)二進(jìn)制序列）發(fā)生器（它使用帶有28:1比特序列的曼徹斯特編碼，見參考文獻(xiàn)3），BER（誤碼率）測量產(chǎn)生了圖5 中的結(jié)果。這些結(jié)果證明：在1 kbps 時，對于10:4 BER，靈敏度低于-100 dBm。接收器在3V時消耗 270mA，即功耗為 810mW。作為對設(shè)計的進(jìn)一步改進(jìn)，它包含一條基于 Maxim 公司 MAX1472 的發(fā)送電路，因此為 433 MHz ISM 頻帶創(chuàng)建了一種簡單、小型、廉價、低功耗的收發(fā)器。可以用常規(guī)的音頻輸出放大器代替史密特觸發(fā)器IC₃，就能輕松地改裝接收電路，用于恢復(fù)調(diào)幅音頻或其它模擬信號。這樣就可以重新調(diào)諧射頻振蕩器來覆蓋感興趣的頻率范圍。