專利名稱：超再生接收機(jī)及其節(jié)能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超再生接收機(jī)，且更具體地，涉及一種通過(guò)對(duì)應(yīng)于周期 性接通/關(guān)斷的振蕩器的電力狀態(tài)(power state)而周期性接通/關(guān)斷其電力、 以減少平均功耗的超再生接收機(jī)。
本發(fā)明來(lái)源于由信息通信部(MIC)與信息技術(shù)推進(jìn)研究院(IITA)的 信息技術(shù)(IT)研發(fā)(R&D )規(guī)劃支持的研究項(xiàng)目[2005-S-106-03, Development of Sensor Tag and Sensor Node Techniques for RFID/USN(用于RFID/USN的傳 感器標(biāo)簽與傳感器節(jié)點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展)]。
背景技術(shù)：
超再生接收機(jī)以其適當(dāng)?shù)撵`敏度和低成本而聞名。超再生接收機(jī)已被廣 泛應(yīng)用于遙控玩具、報(bào)警系統(tǒng)、以及監(jiān)視器中。
超再生接收機(jī)基于振蕩器的起動(dòng)(start-up)時(shí)間來(lái)檢測(cè)信號(hào)。起動(dòng)時(shí)間 取決于通過(guò)天線接收的信號(hào)的功率和頻率。即使沒(méi)有輸入信號(hào)，振蕩器也可 以由于熱噪聲而非常緩慢地振蕩。
傳統(tǒng)的超再生接收機(jī)可以歸為兩類(lèi)用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣的通用 超再生接收機(jī)、以及用于對(duì)輸入信號(hào)僅進(jìn)行一次過(guò)采樣的同步超再生接收機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
由于需要延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，所以要求進(jìn)一步減少接收機(jī) 的功耗。然而，現(xiàn)有的接收機(jī)架構(gòu)不能在不降低靈敏度的情況下滿足如此低 的功率要求。利用現(xiàn)有的可用技術(shù)，傳統(tǒng)通用超再生接收機(jī)和同步超再生接收機(jī)難以進(jìn)一 步減少功耗。
本發(fā)明提供了一種用于控制工作周期(duty cycle)功率的方法，作為超 再生接收機(jī)中的歇振(quench)手段，以便在維持其選擇性和靈敏度的同時(shí) 減少超再生接收機(jī)的平均功耗。該方法包括調(diào)整占空比，并且周期性關(guān)斷 超再生接收機(jī)的電力，從而減少超再生接收機(jī)的功耗。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種超再生接收機(jī)包括振蕩器，具有起 動(dòng)振蕩的起動(dòng)時(shí)間段，所述起動(dòng)時(shí)間段根據(jù)輸入信號(hào)的存在而變化；和功率 控制器，用于在振蕩器的起動(dòng)時(shí)間段內(nèi)供電。
所述功率控制器可以使用工作周期來(lái)供電，并且通過(guò)調(diào)整所述工作周期 的頻率來(lái)改變所述工作周期的時(shí)鐘關(guān)斷時(shí)間段與時(shí)鐘接通時(shí)間段之間的占空 比。
所述超再生接收機(jī)可以進(jìn)一步包括絕緣放大器，用于將信號(hào)注入振蕩 器，并提供對(duì)來(lái)自振蕩器的輸入信號(hào)的反向隔離；包絡(luò)檢測(cè)器，用于檢測(cè)振 蕩器的包絡(luò)；和放大器，用于放大所述包絡(luò)，其中所述功率控制器連接到所 述絕緣放大器、所述振蕩器、所述包絡(luò)檢測(cè)器、和所述放大器。
可以延長(zhǎng)電力關(guān)斷時(shí)間段直到所述工作周期的頻率與輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速 率相同為止。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于減少超再生接收機(jī)的功耗的方 法，所述超再生接收機(jī)包括振蕩器，具有起動(dòng)振蕩的起動(dòng)時(shí)間段，所述起 動(dòng)時(shí)間段根據(jù)輸入信號(hào)的存在而變化，其中所述方法包括通過(guò)在所述振蕩 器的起動(dòng)時(shí)間段內(nèi)向超再生接收機(jī)供電來(lái)控制功率。
超再生接收機(jī)可以進(jìn)一步包括絕緣放大器，用于將信號(hào)注入振蕩器， 并提供對(duì)來(lái)自振蕩器的輸入信號(hào)的反向隔離；包絡(luò)檢測(cè)器，用于檢測(cè)振蕩器 的包絡(luò)；和放大器，用于放大所述包絡(luò)，其中所述控制功率的步驟包括在 所述振蕩器的起動(dòng)時(shí)間段內(nèi)向所述絕緣放大器、所述振蕩器、所述包絡(luò)檢測(cè) 器、和所述放大器供電。


通過(guò)參考附圖對(duì)本發(fā)明示范實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上及其他 特性和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，其中
圖1A和1B分別是傳統(tǒng)超再生接收機(jī)的框圖和時(shí)序圖；圖2A和2B分別是傳統(tǒng)同步超再生接收機(jī)的框圖和時(shí)序機(jī)的框圖和時(shí)序圖4A和4B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于順序控制工作周期的超再生接收機(jī)的框圖和時(shí)序圖；以及
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超再生接收機(jī)的框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參考其中示出本發(fā)明示范實(shí)施例的附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。同樣的附圖標(biāo)記始終是指同樣的元件。在這點(diǎn)上，本實(shí)施例可具有不同的形式，并不應(yīng)被解釋為限于在此提出的描述。相應(yīng)地，下面通過(guò)參考附圖來(lái)僅對(duì)所述實(shí)施例進(jìn)行描述，以說(shuō)明本發(fā)明的各方面。
圖1A和1B分別是傳統(tǒng)超再生接收機(jī)100的框圖和時(shí)序圖。參考圖1A和1B，傳統(tǒng)超再生接收纟幾100對(duì)輸入信號(hào)101進(jìn)行過(guò)采樣。在此情況下，需要歇振頻率遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率R。低通濾波器140的截止頻率遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率R并且遠(yuǎn)小于歇振頻率，以便從通過(guò)包絡(luò);險(xiǎn)測(cè)器130的信號(hào)中去除歇振信號(hào)。
因此，歇振頻率必須至少是輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率R的兩倍。結(jié)果，已經(jīng)通過(guò)低通濾波器140的輸入信號(hào)101被解調(diào)，在基帶放大器150中被放大，并且由限幅器(slicer) 160將其恢復(fù)為數(shù)字信號(hào)161。
圖2A和2B分別是傳統(tǒng)同步超再生接收機(jī)200的框圖和時(shí)序圖。參考圖2A和2B，同步超再生接收機(jī)200對(duì)輸入信號(hào)僅采樣一次。在此情況下，歇振頻率與迅速增加的輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率R幾乎相同。更詳細(xì)地，在相同的時(shí)
間段期間，傳統(tǒng)同步超再生接收機(jī)200可以比圖1A和1B所示的傳統(tǒng)超再生接收機(jī)IOO接收更大量的比特，從而增加了數(shù)據(jù)傳送速率。
圖1A和1B所示的傳統(tǒng)超再生接收機(jī)100通過(guò)對(duì)1比特的輸入信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣并執(zhí)行至少幾個(gè)時(shí)鐘周期，來(lái)通過(guò)至少幾個(gè)時(shí)鐘周期表達(dá)1比特的數(shù)據(jù)。其間，圖2A和2B所示的傳統(tǒng)同步超再生接收機(jī)200通過(guò)對(duì)1比特的輸入信號(hào)僅進(jìn)行一次采樣來(lái)表達(dá)1比特的數(shù)據(jù)，從而在相同的時(shí)間段期間與圖1A和1B所示的傳統(tǒng)超再生接收機(jī)100相比接收更大量的比特，使得數(shù)據(jù)傳送速率增力口。使用傳統(tǒng)同步超再生接收機(jī)200中的數(shù)據(jù)速率環(huán)路濾波器270以同步輸入數(shù)據(jù)和歇振信號(hào)。
與圖1和2所示的傳統(tǒng)超再生接收機(jī)周期性接通和關(guān)斷振蕩器的傳統(tǒng)構(gòu)思不同，由本發(fā)明的超再生接收機(jī)執(zhí)行的基本處理包括周期性接通和關(guān)斷超再生接收才幾的全部電力。
通過(guò)延長(zhǎng)關(guān)斷超再生接收機(jī)的電力的時(shí)間段，來(lái)進(jìn)一步減少本發(fā)明的超再生接收機(jī)的平均功耗?？梢詫㈥P(guān)斷超再生接收機(jī)的電力的時(shí)間段延長(zhǎng)直到輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率R與用于控制全部電力的控制信號(hào)的時(shí)鐘頻率相同為止。在下文中，將對(duì)本發(fā)明的超再生接收機(jī)進(jìn)行描述。
圖3A和3B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于控制工作周期的超再生接收機(jī)300的框圖和時(shí)序圖。
參考圖3A，與周期性接通和關(guān)斷振蕩器320的傳統(tǒng)方法不同，周期性接通和關(guān)斷超再生接收機(jī)300的電力。更詳細(xì)地，超再生接收機(jī)300在振蕩器320開(kāi)始振蕩的起動(dòng)時(shí)間段期間檢測(cè)信號(hào)。
在關(guān)斷振蕩器320的同時(shí)，關(guān)斷超再生接收機(jī)300的電力，從而減少來(lái)自電源的功耗。此外，通過(guò)延長(zhǎng)在其期間關(guān)斷超再生接收機(jī)300的全部電力的時(shí)間段，來(lái)進(jìn)一步減少超再生接收機(jī)300的平均功耗。
可以通過(guò)控制功率控制時(shí)鐘372和472的工作周期頻率的比率來(lái)調(diào)整由超再生接收機(jī)300消耗的功率量?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整工作周期頻率來(lái)控制工作周期頻率的比率。更詳細(xì)地，可以延長(zhǎng)功率控制時(shí)鐘372和472的工作周期頻率，使得工作周期頻率與輸入數(shù)據(jù)速率的頻率相同。輸入數(shù)據(jù)速率是一秒鐘傳送的比特?cái)?shù)。
超再生接收機(jī)300包括絕緣放大器310、振蕩器320、包絡(luò)檢測(cè)器330、放大器340、限幅器350、和功率控制器360。
絕緣放大器310提供振蕩器320和天線之間的反向隔離(reverseisolation ),并將信號(hào)注入振蕩器320。
振蕩器320基于起動(dòng)時(shí)間差來(lái)檢測(cè)信號(hào)。由用于生成停用(block)振蕩器或功率控制器360的信號(hào)的歇振信號(hào)發(fā)生器(參見(jiàn)圖1A和2A)來(lái)調(diào)整振蕩器320。
包絡(luò)檢測(cè)器330檢測(cè)振蕩器320的包絡(luò)。
放大器340放大振蕩器320的包絡(luò)信號(hào)，使得振蕩器320正確操作。限幅器350從由放大器340放大的包絡(luò)信號(hào)中恢復(fù)數(shù)字信號(hào)。
功率控制器360連接到絕緣放大器310、振蕩器320、包絡(luò)檢測(cè)器330、和放大器340，并生成工作周期信號(hào)以接通和關(guān)斷電路的全部電力。
僅當(dāng)功率控制器360接通超再生接收機(jī)300的電力時(shí)，由天線接收的信號(hào)才通過(guò)絕緣放大器310注入振蕩器320。然后，振蕩器320對(duì)由絕緣放大器310注入的信號(hào)進(jìn)行采樣并開(kāi)始振蕩。
在功率控制器360接通超再生接收機(jī)300的電力之前，振蕩器320開(kāi)始振蕩小信號(hào)。甚至在放大器340放大振蕩器320的包絡(luò)信號(hào)之后，也維持低于參考電壓的信號(hào)電平。
參考圖3B, RF輸入371是OOK調(diào)制后的RF信號(hào)。功率控制時(shí)鐘372是功率控制器360的工作周期功率控制信號(hào)。
通過(guò)限幅器350的轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)為"0"。然而，當(dāng)天線接收到輸入信號(hào)時(shí)，在超再生接收機(jī)300的全部電力關(guān)斷之前(373a),振蕩器320更快速地振蕩。在此情況下，振蕩信號(hào)具有非常大的振幅并且飽和。數(shù)字信號(hào)被檢測(cè)為T(mén) (374a)。
圖4A和4B分別是才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于順序控制工作周期的超再生接收機(jī)400的框圖和時(shí)序圖。超再生接收機(jī)400是對(duì)圖3A所示的超再生接收機(jī)300的改進(jìn)。由于與圖3A所示的元件對(duì)應(yīng)的圖4A所示的元件實(shí)質(zhì)上彼此相同或相似，并因而這里將不重復(fù)其詳細(xì)描述。
由功率控制時(shí)鐘472生成用于調(diào)整振蕩器420的通電和斷電的工作周期信號(hào)473。工作周期信號(hào)473比功率控制時(shí)鐘信號(hào)472更小。
更詳細(xì)地，經(jīng)由延遲單元461將工作周期信號(hào)473施加到振蕩器420，使得接通超再生接收機(jī)400的其他元件，并使得它們?cè)谡袷幤?20對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣之前穩(wěn)定。
延遲單元461對(duì)由功率控制器460輸入的功率控制時(shí)鐘進(jìn)行延遲，生成延遲后的功率控制時(shí)鐘，并通過(guò)與門(mén)462生成來(lái)自振蕩器420的功率控制時(shí)鐘。(在權(quán)利要求中"延遲單元，連接到所述功率控制器，并延遲由所述功率控制器供應(yīng)的電力" 一一與以上對(duì)于延遲單元461的描述相同嗎？是！！)更詳細(xì)地，超再生接收才幾400 4吏用延遲單元461,以接通其他元件并在振蕩器420采樣輸入信號(hào)之前使它們穩(wěn)定。
超再生接收機(jī)400可進(jìn)一步包括用于調(diào)整振蕩器420的振蕩頻率和Q因子的校準(zhǔn)電路(未示出)，以便提高其性能。
在此情況下，在4交準(zhǔn)和檢測(cè)時(shí)間段期間，超再生接收機(jī)400接通并調(diào)整Q因子和振蕩頻率。在檢測(cè)時(shí)間段期間，超再生接收機(jī)400在沒(méi)有校準(zhǔn)電路的情況下執(zhí)行以上參考圖4描述的操作。校準(zhǔn)電路的示例是數(shù)字校準(zhǔn)電路。校準(zhǔn)電路是用于檢測(cè)振蕩頻率的電路，如果頻率偏離，則調(diào)整振蕩器420的電容分量，并允許振蕩器420以預(yù)定頻率進(jìn)行振蕩。
校準(zhǔn)時(shí)間段是在超再生接收機(jī)400關(guān)斷的同時(shí)、振蕩器420以預(yù)定頻率振蕩的時(shí)間段。更詳細(xì)地，校準(zhǔn)時(shí)間段排除了檢測(cè)時(shí)間段和接通超再生接收機(jī)400的時(shí)間段。此外，檢測(cè)時(shí)間段是當(dāng)振蕩器420以穩(wěn)定狀態(tài)振蕩并檢測(cè)通過(guò)包絡(luò)檢測(cè)器的信號(hào)的時(shí)間段。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超再生接收才幾500的框圖。
參考圖5，超再生接收機(jī)500包括振蕩器530和功率控制器510。
振蕩器530取決于輸入信號(hào)是否具有振蕩起動(dòng)時(shí)間。功率控制器510僅在振蕩器530的起動(dòng)時(shí)間段內(nèi)控制向絕緣放大器520、振蕩器530、包紹"險(xiǎn)測(cè)器540、和放大器550的供電。
可替換地，超再生接收機(jī)500可以進(jìn)一步包括參考圖4A和4B描述的延遲單元(未示出)。
延遲單元一端連接到功率控制器510，而另一端連接到振蕩器530,在功率控制器510為絕緣放大器520、包絡(luò)檢測(cè)器540、和放大器550穩(wěn)定加電之后向振蕩器530供電。
然而，本發(fā)明不限于此，用于實(shí)現(xiàn)超再生接收機(jī)500的其他元件可以連接到功率控制器510并可接通和關(guān)斷以便減少功耗。
本發(fā)明還可以實(shí)施為計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀代碼。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)是可存儲(chǔ)其后可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)的任何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的示例包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、 CD-ROM、磁帶、軟盤(pán)、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、和載波。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)也可為分布式網(wǎng)絡(luò)耦合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(distributed network coupledcomputer system),使得以分布式方式來(lái)存儲(chǔ)和執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀代碼。
本發(fā)明使用在超再生接收機(jī)中作為歇振部件而使用的功率控制器，以在維持超再生接收機(jī)的選擇性和靈敏性的同時(shí)、減少超再生接收機(jī)的平均功耗。此外，通過(guò)調(diào)整功率控制器的占空比，可能簡(jiǎn)單地調(diào)整覺(jué)醒(wakeup)接收機(jī)的平均功耗，以便滿足覺(jué)醒接收機(jī)的要求。本發(fā)明還可適用于任何其他低數(shù)據(jù)速率或低功率儀器。
領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以在其中做出形式和細(xì)節(jié)上的各種改變，而不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種超再生接收機(jī)包括振蕩器，具有起動(dòng)振蕩的起動(dòng)時(shí)間段，所述起動(dòng)時(shí)間段根據(jù)輸入信號(hào)的存在而變化；和功率控制器，用于在振蕩器的起動(dòng)時(shí)間段內(nèi)供電。
2. 如權(quán)利要求1所述的超再生接收機(jī)，進(jìn)一步包括絕緣放大器，用于將信號(hào)注入振蕩器，并提供對(duì)來(lái)自振蕩器的輸入信號(hào) 的反向隔離；包絡(luò)檢測(cè)器，用于檢測(cè)振蕩器的包絡(luò)；和 放大器，用于放大所述包絡(luò)，其中所述功率控制器連接到所述絕緣放大器、所述振蕩器、所述包絡(luò)檢 測(cè)器、和所述放大器。
3. 如權(quán)利要求2所述的超再生接收機(jī)，其中所述功率控制器使用工作周 期來(lái)供電，并且通過(guò)調(diào)整所述工作周期的頻率來(lái)改變所述工作周期的時(shí)鐘關(guān) 斷時(shí)間段與時(shí)鐘接通時(shí)間段之間的占空比。
4. 如權(quán)利要求2所述的超再生接收機(jī)，進(jìn)一步包括延遲單元，連接到 所述功率控制器，并延遲由所述功率控制器供應(yīng)的電力，其中所述振蕩器連接到所述延遲單元，并且如果所述功率控制器連接到 所述絕緣放大器、所述包絡(luò)檢測(cè)器、和所述放大器，則所述振蕩器接收通過(guò) 所述延遲單元延遲后的電力。
5. 如權(quán)利要求3所述的超再生接收機(jī)，其中延長(zhǎng)電力關(guān)斷時(shí)間段直到所 述工作周期的頻率與輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率相同為止。
6. 如權(quán)利要求2所述的超再生接收機(jī)，其中所述振蕩器利用校準(zhǔn)電路來(lái) 調(diào)整振蕩頻率。
7. —種用于減少超再生接收機(jī)的功耗的方法，所述超再生接收機(jī)包括 振蕩器，具有起動(dòng)振蕩的起動(dòng)時(shí)間段，所述起動(dòng)時(shí)間段根據(jù)輸入信號(hào)的存在 而變化，其中所述方法包括通過(guò)在所述振蕩器的起動(dòng)時(shí)間段內(nèi)向超再生接收機(jī)供電來(lái)控制功率。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述超再生接收機(jī)進(jìn)一步包括 絕緣放大器，用于將信號(hào)注入振蕩器，并提供對(duì)來(lái)自振蕩器的輸入信號(hào)的反向隔離；包絡(luò)檢測(cè)器，用于檢測(cè)振蕩器的包絡(luò)；和 放大器，用于放大所述包絡(luò)，其中所述控制功率的步驟包括在所述振蕩器的起動(dòng)時(shí)間段內(nèi)向所述絕 緣放大器、所述振蕩器、所述包絡(luò)檢測(cè)器、和所述放大器供電。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述控制功率的步驟包括通過(guò)使用 工作周期來(lái)供電，并且通過(guò)調(diào)整所述工作周期的頻率來(lái)改變所述工作周期的 時(shí)鐘關(guān)斷時(shí)間段與時(shí)鐘開(kāi)啟時(shí)間段的占空比。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括延遲在所述控制功率的步 驟中生成的電力，其中在延遲電力之后向振蕩器供電，并且直接向所述絕緣放大器、所述 包絡(luò)檢測(cè)器、和所述放大器供電。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中延長(zhǎng)電力關(guān)斷時(shí)間段直到所述工作 周期的頻率與輸入信號(hào)的教:據(jù)速率相同為止。
12. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述振蕩器利用校準(zhǔn)電路來(lái)調(diào)整振 蕩頻率。
全文摘要
提供了一種低功耗超再生接收機(jī)和一種用于減少所述低功耗超再生接收機(jī)的功耗的方法。所述超再生接收機(jī)包括振蕩器，具有起動(dòng)振蕩的起動(dòng)時(shí)間段，所述起動(dòng)時(shí)間段根據(jù)輸入信號(hào)的存在而改變；和功率控制器，用于在所述振蕩器的所述起動(dòng)時(shí)間段內(nèi)供電。
文檔編號(hào)H04B1/16GK101483447SQ200810190869
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者于曉華, 姜鎬龍, 尹大榮, 李相國(guó), 特朗格·K·古延, 表喆植, 金智恩, 金來(lái)洙, 韓錫均 申請(qǐng)人:韓國(guó)電子通信研究院;韓國(guó)情報(bào)通信大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)