利用混合信號(hào)設(shè)計(jì)概念提升短距離無線傳輸系統(tǒng)的性能

假如仔細(xì)研究我們的射頻參考系統(tǒng)，我們可以發(fā)現(xiàn)建構(gòu)于聲表面波(SAW)諧振器之上的射頻發(fā)射器的起始頻率準(zhǔn)確度很差，其頻率誤差范圍約為±150千赫，同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)因?yàn)闇囟鹊年P(guān)系也使其頻率穩(wěn)定性很差。這導(dǎo)致發(fā)射器載波頻率補(bǔ)償較大，進(jìn)而迫使接收器具備較寬的頻道濾波器。大的頻寬使得多余的噪聲進(jìn)入系統(tǒng)中，進(jìn)而降低了整體的靈敏度以及傳輸距離。

一個(gè)可能的解決方案是采用基于晶振的鎖相回路(PLL)來取代基于聲表面波(SAW)的發(fā)射器。這個(gè)解決方案可以顯著地改善發(fā)射器的頻率準(zhǔn)確度，進(jìn)而通過降低接收的頻道濾波器的頻寬來改善傳送的距離。另外一個(gè)選擇是用帶有集成DSP或是有數(shù)字處理能力的解調(diào)器的混合信號(hào)射頻接收器來取代標(biāo)準(zhǔn)的模擬射頻接收器。這種混合信號(hào)接收器方法的好處是，通過使用最小化頻寬的有數(shù)字處理能力的濾波器來追蹤基于聲表面波(SAW)的發(fā)射器頻率補(bǔ)償，并因此來降低噪聲。因?yàn)镃MOS技術(shù)的持續(xù)改善以及規(guī)模經(jīng)濟(jì)的緣故，混合信號(hào)射頻接收器的成本比模擬射頻接收器的成本更低。另一個(gè)改善接收器靈敏度的方是就是使用天線分集。這些技術(shù)從不同天線的射頻信號(hào)中，使用其額外的振幅及/或相位信息來改進(jìn)接收器的靈敏度。混合信號(hào)集成電路因?yàn)榫哂刑幚韥碜运刑炀€大量信息的能力，因而被廣泛運(yùn)用在這些接收器上。

降低功率消耗

在任何通訊系統(tǒng)中，如何增加電池的壽命或是降低功率消耗，一直是研究的重點(diǎn)。在我們的遙控車門開關(guān)(RKE)系統(tǒng)的案例中，降低發(fā)射器的功率消耗就是等于增加密鑰的電池壽命。降低接收器的功率消耗，意味著消耗較少的汽車電池能量，這一點(diǎn)當(dāng)汽車處于停車或是閑置不用時(shí)，顯得尤為重要。多數(shù)的汽車制造商，對(duì)于在車內(nèi)的遙控車門開關(guān)(RKE)接收系統(tǒng)，所需的平均電流約定義在小于2毫安。目前現(xiàn)有的解決方案是通過將接收器設(shè)定在一個(gè)較低的占空比輪詢(Polling)或采樣模式，來達(dá)到低平均電流的要求。

圖2：通過調(diào)整占空比輪詢方式來降低平均電流消耗值。
圖2顯示了通過讓接收器在一個(gè)低占空比的模式之下來降低平均消耗電流的輪詢基本概念。大多數(shù)時(shí)間，接收器是處于休眠模式，僅維持著足夠記錄休眠時(shí)期(區(qū)域1)所需的最小電流。它會(huì)周期性的進(jìn)入一個(gè)采樣模式(區(qū)域2)，在這里模擬射頻接收器會(huì)開始工作，并通過觀察輸入的接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)水平并且與預(yù)先設(shè)定的門限值做比較，來決定是否有已進(jìn)來的傳送信號(hào)。在這個(gè)例子中，發(fā)射器將同一信息包傳送了兩次(傳送接收率為二)，同時(shí)調(diào)整接收器的采樣和休眠時(shí)間的選擇，確保使接收器至少可以在兩次傳送信息包期間至少可以采樣到一次，從而避免漏失掉任何信息包。

假如輸入的接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)超過了預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，模擬射頻接收器將會(huì)開始運(yùn)行微控制單元，來進(jìn)一步處理進(jìn)來的信號(hào)(區(qū)域3)。但是這種方法有一個(gè)問題，就是每次當(dāng)接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)超過了預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，他并不會(huì)檢查這些進(jìn)來的信號(hào)是不是從預(yù)期的發(fā)射器所來的，就直接喚醒了外置的微控制單元。而混合信號(hào)集成電路則有著信息包或是地址證明，所以在中斷并喚醒微控制單元(區(qū)域4)之前，他會(huì)確認(rèn)傳送信號(hào)對(duì)于接收器而言，是否屬于預(yù)期中的？如此一來，將可節(jié)省一部份功率。這對(duì)于那些需要長時(shí)間將車停在諸如機(jī)場等忙碌且擁擠的停車場等應(yīng)用來說，能夠切實(shí)節(jié)省功率。

表1：針對(duì)RKE發(fā)射器所做的一個(gè)電池壽命計(jì)算范例。

在傳輸器部分，主要目標(biāo)便是要極大化電池壽命，可以通過采用具有低操作電壓和低漏電流的混合信號(hào)IC達(dá)成此目標(biāo)。表1為計(jì)算某假設(shè)的RKE發(fā)射器的電池壽命的范例，此發(fā)射器具有15 mA傳輸電流、在數(shù)據(jù)速率2.4 kbps時(shí)的信息包大小為136位、發(fā)射重復(fù)率2，并且假設(shè)每天會(huì)按壓按鍵20次，使用容量為210ma/hr的CR2032鈕扣型電池，且總泄漏率為2uA/H (17.52 mAH/yr)。在此范例中，此電池壽命超過10年以上，二且受限于來自休眠模式的漏電流及發(fā)射器的漏電流，以及電池本身的漏電流。為減少漏電，發(fā)射電路僅在按鍵按壓后才會(huì)啟動(dòng)，且在發(fā)射后必需自動(dòng)斷電。使用混合信號(hào)技術(shù)能輕易實(shí)現(xiàn)此按鍵按壓喚醒的特性，使用大型的CMOS開關(guān)能實(shí)質(zhì)連接及切斷發(fā)射器電壓至電池或接地的連結(jié)，從而降低漏電流。