利用混合信號設(shè)計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，同時我們也發(fā)現(xiàn)因為溫度的關(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)射器頻率補償，并因此來降低噪聲。因為CMOS技術(shù)的持續(xù)改善以及規(guī)模經(jīng)濟的緣故，混合信號射頻接收器的成本比模擬射頻接收器的成本更低。另一個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。混合信號集成電路因為具有處理來自所有天線大量信息的能力，因而被廣泛運用在這些接收器上。

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。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，這一點當(dāng)汽車處于停車或是閑置不用時，顯得尤為重要。多數(shù)的汽車制造商，對于在車內(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)時間，接收器是處于休眠模式，僅維持著足夠記錄休眠時期(區(qū)域1)所需的最小電流。它會周期性的進(jìn)入一個采樣模式(區(qū)域2)，在這里模擬射頻接收器會開始工作，并通過觀察輸入的接收信號強度指示(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。在這個例子中，發(fā)射器將同一信息包傳送了兩次(傳送接收率為二)，同時調(diào)整接收器的采樣和休眠時間的選擇，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強度指示(RSSI)超過了預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時，模擬射頻接收器將會開始運行微控制單元，來進(jìn)一步處理進(jìn)來的信號(區(qū)域3)。但是這種方法有一個問題，就是每次當(dāng)接收信號強度指示(RSSI)超過了預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時，他并不會檢查這些進(jìn)來的信號是不是從預(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，他會確認(rèn)傳送信號對于接收器而言，是否屬于預(yù)期中的？如此一來，將可節(jié)省一部份功率。這對于那些需要長時間將車停在諸如機場等忙碌且擁擠的停車場等應(yīng)用來說，能夠切實節(jié)省功率。

表1：針對RKE發(fā)射器所做的一個電池壽命計算范例。

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IC達(dá)成此目標(biāo)。表1為計算某假設(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啟動，且在發(fā)射后必需自動斷電。使用混合信號技術(shù)能輕易實現(xiàn)此按鍵按壓喚醒的特性，使用大型的CMOS開關(guān)能實質(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。