[發明專利]超低功率遠程收發器

在審

• 申請號: 201580080079.6
• 申請日: 2015-05-19
• 公開（公告）號: CN107636976A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 納森·E·羅伯茨;大衛·D·溫茨洛夫;邁克爾·C·基內斯
• 申請（專利權）人: 密執安州立大學董事會
• 主分類號: H04B1/40
• 分類號: H04B1/40;G08C17/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 康建峰,陳煒

技術領域

本公開內容涉及低功率遠程收發器的設計方面。

背景技術

物聯網(IoT)應用的RF電路的設計一直集中在短程通信上。然而，存在幾種應用，在這幾種應用中，傳感器節點受益于具有更長的范圍，同時仍然保持短程無線電的質量。這樣的傳感器節點將不具有體域網所施加的大小約束，并且因此可以使用更積極的能量收集，這允許更大的功率預算。許多商業公司正在針對IoT制造遠程通信芯片，這些公司包括模擬器件公司(Analog Devices)、德州儀器公司(Texas Instruments)和先科公司(Semtech)。

遠程無線電在許多不同情況下是有用的。簡單的示例是用于遠程環境感測應用，遠程環境感測應用不需要高數據速率并且偶爾會需要通信。例如，模擬器件公司推出了CN0164低功耗遠程ISM無線測量節點。該系統由每分鐘喚醒一次、測量溫度、傳輸信息、然后返回到休眠的低功率溫度測量節點組成。

然而，在關閉收集能量供給的情況下將難以對所提及的無線電中的任何一種進行操作。以德州儀器公司的CC1101為例，假設傳感器節點的平均功率要求為50μW。CC1101可以被配置成以1kbps進行通信并且在接收模式下消耗48mW以及在發送模式下消耗48mW。使用平均功率為50μW的占空比將導致僅為1.04bps的平均數據速率，這是樂觀的，因為沒有考慮啟動時間。如果傳感器節點必須以1kbps傳輸100位的數據包，則需要1.6mF的存儲電容，以防止電源電壓下降超過1V。

本公開內容提出了在收集能量下高效運行的遠程收發器(LRTRx)設計。可以實現50μW的平均功耗，并且瞬時功率應當對于接收保持在1mW以下并且對于發送保持在幾毫瓦。

該部分提供與本公開內容相關的背景信息，其不一定是現有技術。

發明內容

該部分提供了對本公開內容的總體概述，而不是其全部范圍或其全部特征的全面公開。

提出了一種低功率遠程收發器。該收發器包括：天線，其被配置成接收RF信號；模擬前端電路，其被配置成從天線接收RF信號并且通過放大RF信號、對RF信號進行移頻以及對RF信號進行濾波中的至少一個對RF信號進行預處理；以及解調器，其被配置成接收來自前端電路的經預處理的信號和表示預定時間段的結束的斷言觸發信號，其中，響應于斷言觸發信號，解調器輸出RF信號中的給定數據位的數據值。

控制器還被配置成接收斷言觸發信號，并且響應于斷言觸發信號，控制器禁用收發器的至少一個部件，從而降低功耗。控制器還被配置成響應于去斷言觸發信號而啟用至少一個部件，其中，去斷言觸發信號發生在斷言信號之后并且在給定數據位結束之前。

模擬前端電路包括低噪聲放大器和混頻器電路。低噪聲放大器被配置成從天線接收RF信號并且放大RF信號。混頻器電路被配置成從低噪聲放大器接收經放大的RF信號并且進行操作以將經放大的RF信號移頻成具有不同頻率的中間信號。鎖相環電路與混頻器電路工作上耦接。鎖相環電路包括相位頻率檢測器、電荷泵電路、壓控振蕩器和分頻器。響應于斷言觸發信號，控制器使低噪聲放大器掉電、禁用相位頻率檢測器并且使壓控振蕩器的緩沖器和分頻器掉電，使得低噪聲放大器在相位頻率檢測器被禁用之前掉電，并且相位頻率檢測器在緩沖器和分頻器掉電之前被禁用。

在本公開內容的另一方面中，解調器在預定時間段期間進行操作以對中間信號中的高值與低值之間的轉換進行計數并且根據針對給定數據位所計數的轉換次數來輸出給定數據位的數據值。

根據本文中提供的描述，其他應用領域將變得明顯。本概述中的描述和具體示例僅旨在為了說明的目的，而不是旨在為了限制本公開內容的范圍。

附圖說明

本文中所描述的附圖僅用于所選實施方式的說明目的而不是所有可能的實現方式，并且不旨在限制本公開內容的范圍。

圖1A和圖1B是分別示出數據速率和帶寬對千米范圍通信的電路功率的影響的圖；

圖2是示出不同調制方案的數據速率與靈敏度的圖；

圖3是示出不同調制方案的數據速率與靈敏度以及功率的圖；

圖4是低功率遠程收發器的示例性實施方式的框圖；

圖5是示例性發送器的示意圖；

圖6是RF前端的示例的示意圖；

圖7是示例性濾波器和解調器的圖；

圖8是示例性鎖相環電路的示意圖；

圖9是示出收發器中的位級占空比的圖；