用于433MHz ISM频带的低功耗超再生接收器

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网 关键字:频带  低功耗  功耗  超再生
设计师经常选择超再生接收器(super-regenerative receiver) ——尽管它的频率不稳定,选择性较差——用于那些以功耗为主要问题的电池供电短距离无线应用,例如远程无钥匙进入系统、汽车警报、生物医学监视器、传感器网络、计算机外设(参考文献1)。超再生检测器还能通过斜率检测来解调频率调制信号。对检测器做调谐,使信号处在检测器电路的选择性曲线的斜面上。本设计实例介绍了一种功耗低于 1 mW 的超再生接收器,它工作在无需许可证的 433 MHz ISM(工业/科学/医疗)频带。   在超再生接收器最简单的形式中,它包含一个射频振荡器,该振荡器被一个“猝熄信号”或频率较低的波形定期通断。当猝熄信号接通振荡器时,振荡开始产生一条指数上升的包络线。在振荡器的标称频率处施加一个外部信号,就会加快这些振荡的包络线的上升。从而被猝熄的振荡器的振幅占空比的变化与被施加的射频信号的振幅成比例(图 1)。   超再生检测器能接收调幅信号,并且非常适合于检测 OOK(通断键控)数据信号。超再生检测器构成了一个采样数据系统,即每个猝熄周期都采样并放大射频信号。为了精确地重新构造原始调制,猝熄发生器的工作频率必须是原始调制信号中最高频率的数倍。添加一个包络检测器,后面跟一个低通滤波器,就能改善调幅(AM)解调(参考文献2)。   图2是超再生接收器电路(图3)的方框图。该接收器的核心包含一个普通的Colpitts配置LC振荡器,该振荡器的工作频率是由 L1、L2、C1、C2、C3的串联共振确定的。关断晶体管Q1的偏置电流,就能猝熄振荡器。(请注意:增加C1和C2可改善振荡器的频率稳定性,代价是功耗增加。)与栅/阴相连的晶体管Q2和Q3组成了天线放大器,它改善了接收器的噪声系数,并在振荡器和天线之间提供了一定的射频隔离。为了省电,放大器只在振荡增强期间工作。   猝熄发生器基于史密特触发器电路,可作为振荡器和射频放大级的开关。为了提高灵敏度,C5两端的三角波形用于猝熄振荡器,而IC1输出端的方波则作为射频放大器的开关。猝熄放大器的两路输出的相位被设成正交形式,因此当检测器的振荡开始增强时,射频放大器已获得了能量。该电路的猝熄频率是100 kHz,以便实现速率高达20 Kbps的数据传输。   包络检测器包含一个共源放大器,根据标称偏置,该放大器工作于B类模式。为了提高该级的增益,可施加很小的偏置电流,来使它工作在 AB 类模式。为了减小振荡器的LC振荡电路的负载,C10连接到电感L1的某个抽头,如电感L2所示。   数据恢复电路中的第一级包含缓冲器IC2A、放大器IC2B,以及一个三阶低通滤波器(用于抑制包络检测器输出中的猝熄频率分量)。直流耦合的史密特触发器电路IC3从被解调的信号中提取发送的数据。一个由C12和R16组成的低通滤波器提取解调信号的直流分量,并设定史密特触发器的判定阈值。结果,数据发送器必须使用一种直流电平衡的编码方案(如曼彻斯特编码)用于调制。在接收端,不需要额外的有源元件就能提取数据恢复电路的判定阈值,这有助于把接收器的功耗降至最低程度。   样机占用一块尺寸约为5cm x 3cm的小型电路印制板(图4)。利用一种简单的自制PRBS(伪随机二进制序列)发生器(它使用带有28:1比特序列的曼彻斯特编码,见参考文献3),BER(误码率)测量产生了图5 中的结果。这些结果证明:在1 kbps 时,对于10:4 BER,灵敏度低于-100 dBm。接收器在3V时消耗 270mA,即功耗为 810mW。作为对设计的进一步改进,它包含一条基于 Maxim 公司 MAX1472 的发送电路,因此为 433 MHz ISM 频带创建了一种简单、小型、廉价、低功耗的收发器。可以用常规的音频输出放大器代替史密特触发器IC3,就能轻松地改装接收电路,用于恢复调幅音频或其它模拟信号。这样就可以重新调谐射频振荡器来覆盖感兴趣的频率范围。

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