具有稳定工作状态的无线接收用超再生振荡器

第29卷 第8期2008年8月

半 导 体 学 报

JOURNALOFSEMICONDUCTORS

Vol.29 No.8Aug.,2008

具有稳定工作状态的无线接收用超再生振荡器

王 欢

1,

王志功 徐 建 孟 桥 杨思勇 李 伟

(2江苏新志光电集成有限公司,南京 210016)

12121

(1东南大学射频与光电集成电路研究所,南京 210096)

摘要:介绍了一种用于无线接收机的具有稳定工作状态的超再生振荡器.这一超再生振荡器的起振时间被由超再生振荡器、高效率包络检波器和高精度电荷泵等构成的类似于锁相环的环路锁定在某一固定状态上.文中建立了环路的离散模型,分析了环路的稳定性,并介绍了主要的模块电路.该振荡器采用0 5 mCMOS工艺实现,工作在315MHz/433MHz的工业、科学和医药(ISM)频率段,电源电压为2 5~5 5V.测试结果显示,振荡器的起振时间与工艺、温度、工作频率和电源电压等无关.

关键词:超再生振荡器;起振时间;锁相环;无线接收机EEACC:1230B

中图分类号:TN752 文献标识码:A 文章编号:0253 4177(2008)08 1608 06

1 引言

1922年,Armstrong[1]提出了超再生理论,多年的实践和应用证明基于该理论的无线接收机由于具有结构简单、成本低、功耗低等优点,非常适合无线传感网、

[2]

家庭自动控制、防盗等短距离无线通信系统.

众所周知,超再生接收机接收信号的能力依赖其核心模块超再生振荡器(SRO)在接收到 0 或者 1 信号时起振时间的变化,该变化量越大,系统接收灵敏度越高,反之亦然.不幸的是,超再生振荡器工作在间歇振荡状态,其起振时间对工艺、温度、工作频率、电源电压、谐振网络品质因数等十分敏感.上述因素可能导致振荡器起振过快或者过慢,在熄灭周期相对固定的情况下,过快的起振会导致接收机无法通过振荡器起振时间的差异来区分 0 和 1 ,过慢的起振会使振荡器无论在 0 或 1 输入时都无法在振荡周期内得到振荡状态,同样会导致系统无法正确识别信号.理论上,可以通过改变振荡器的偏置电流大小来控制振荡器的起振时间,该电流主要是为了补偿谐振网络的损耗[3].为了稳定振荡器的工作状态,由微处理器和数模转换器构成的复杂的数字电路被用来自动搜寻和矫正振荡器的偏置电流[4].本文采用由超再生振荡器、高效率包络检波器和高精度电荷泵等构成的类似于锁相环的环路来控制振荡器的偏置电流,从而控制振荡器的起振状态,具有结构简单,易于集成,性能稳定等优点.

电路和解调电路等.超再生振荡器工作在间歇振荡状态,由熄灭信号控制其间歇振荡周期,但在每个振荡周期内的起振时间则主要由经过低噪声放大器放大后的输入信号决定.当输入信号频率与振荡器振荡频率一致或者接近时,振荡器起振时间变短,反之,起振时间增加,这种随着输入信号频率变化而变化的起振时间就是超再生接收机区别输入信号逻辑的依据.经过包络检波后,这种起振时间的变化转变为脉冲宽度的变化,脉冲经过解调电路后得到输出数据.这种接收和解调原理决定了超再生接收机特别适合接收100%幅移键控(ASK)信号或者开关键控(OOK)信号.

如前所述,由于振荡器的起振时间会随着外界条件的变化而变化,可能导致系统无法正确接收信号.因此,图1所示的接收机是不稳定的.为了稳定图1中超再生振荡器的起振状态,作者根据振荡器的起振状态采用负反馈环路来控制振荡器的偏置电流,从而稳定振荡器的起振时间.该环路类似于锁相环,但没有输入时钟.整个环路如图2所示,主要由振荡器、包络检波电路、比较器、电荷泵以及逻辑电路等构成.输入信号来自前级LNA,输出信号为宽度随输入信号变化而变化的周期性脉冲,作为后级解调电路的输入信号.在一个间歇振荡周期内,振荡建立前后的包络检波输出分别控制着电荷

2 超再生无线接收机介绍

如图1所示,典型的超再生接收机包括低噪声放大器(LNA)、超再生振荡器、熄灭信号产生电路、包络检波

通信作者.Email:wanghuan@

2008, 03 29定稿

2008图1 超再生接收机原理图

Fig.1 Principlediagramofsuper regenerativereceiver