CN100539448C

CN100539448C - 超低功率射频数字接收器

Info

Publication number: CN100539448C
Application number: CNB2006100987748A
Authority: CN
Inventors: 金重珍; 朴朵焌
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: CN1897469A; US20070014337A1; JP2007028628A; KR100638875B1

Abstract

本发明涉及一种超低功率、高效的无线数字接收器，其在不非常依靠高功率设备(例如放大器)的条件下，执行对接收信号的相关信号的积分，从而降低功耗并获得高灵敏度和效率。接收器包括SAW相关器，其具有对应于发送器变换码的内相关码，并使内相关码与接收信号相关以提供相关信号。接收器还包括：整流器，用于整流来自SAW相关器的相关信号；以及积分器，用于对由整流器整流的信号进行积分，以检测来自整流器的信号的电压。接收器进一步包括比较器，用于对由积分器检测到的电压与预定的参考电压比较，以根据比较结果输出数字信号。

Description

超低功率射频数字接收器

相关申请的交叉参考

本申请要求于2005年7月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2005-64193号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种应用于通信系统的无线数字接收器，更具体地，涉及一种超低功率、高效的无线数字接收器，其在不非常依靠高功率设备(例如放大器)的条件下，执行对接收信号的相关信号的积分，从而降低功耗同时获得高灵敏度和高效率。

背景技术

通常，功耗是无线通信系统中最重要的性能指标之一。随着近年来泛在网络(ubiquitous network)受到越来越多的关注，小电池的寿命已经成为传感器系统的寿命的决定性因素。因此，要继续致力于研究和开发小电池。

具体地说，应用于家庭和工厂自动控制的无线开关用于控制简单操作，诸如打开或关闭装置。

下面参考图1描述这种常规无线开关的示例性接收器。

图1示出了常规无线开关的接收器的方框图。

在图1所示的无线开关接收器中，来自天线ANT的特定信号被SAW(surface acoustic wave声表面波)相关器11检测到，以及由SAW相关器11检测到的特定信号由LC谐振回路筛选并由充电电路12充电。

另外，如果由充电电路12充电的电压高于临界电压，那么临界放电器13就开启以将经检测的电压传给比较器14。比较器14将由临界放电器13检测电压Vd1与预设参考电压Vref进行比较，并且在检测电压Vd1超过预设参考电压Vref时，开启比较器14以提供充电电压作为输出电压。

在无线开关的这种接收器中，特定信号被筛选，并且特殊电压积累足够的时间。当这个积累电压超过参考电压Vref时，启动开关。

然而，使用这种常规方法，假定电压被积累了理论上无穷长的时间，那么电压就可能由于不必要的信号(例如，偏移、设备不匹配和所有偶然不可预测到的噪音)而超过参考电压Vref，并且作为响应，开关每次被错误开启。因此，常规开关作为无线通信装置，具有安全性差的问题。

此外，在常规技术中，由积累信号转换而来的电压仅在超过参考电压之后才被放电。因而，常规接收器仅可以执行简单的开关操作，并且作为具有一定数据率的接收器的应用范围受到限制。

发明内容

本发明是为了解决以上现有技术中的问题，并且因此本发明的某些实施例的目标是提供一种通信系统中的超低功率无线数字接收器，其在不非常依靠高功率装置(例如放大器)的条件下，执行对接收信号的相关信号的积分，从而降低功耗并获得高灵敏度和效率。

根据用于实现该目标的本发明的一个方面，提供一种超低功率高效的无线数字接收器，其包括：SAW相关器，具有对应于发送器的变换码的内相关码，并使得内相关码与接收信号相关以提供相关信号；整流器，用于整流来自SAW相关器的相关信号；积分器，用于对由整流器整流的信号求积分，以检测来自整流器的信号的电压；以及比较器，用于将由积分器检测到的电压与预定的参考电压进行比较，以根据比较结果输出数字信号。

无线数字接收器进一步包括隔离放大器，其安装在SAW相关器的前端处，以将来自天线的信号放大预定增益并将被放大的信号提供给SAW相关器。

无线数字接收器进一步包括RF放大器，用于将来自SAW相关器的相关信号放大预定增益。

积分器根据时钟信号对由经整流器整流的信号求积分。

如果存在被整流器整流的信号，那么积分器就使经整流的信号充电，而如果不存在被整流器整流的信号，那么积分器就使积累信号放电。

积分器在输出端包括波纹抑制电路(ripple rejection circuit)，其用于消除输出电压的射频分量。

参考电压包括两种触发电平的第一和第二参考电压，并且比较器包括具有磁滞特性的施密特(Schmitt)触发器，其使用第一和第二参考电压。

如果所检测的电压高于第一参考电压，则比较器输出数字信号“1”(有效)，而如果所检测的电压低于第二参考电压，则其输出数字信号“0”(无效)。出于某些技术或战略考虑，比较器输出的极性可根据所检测信号是有效还是无效而颠倒。

附图说明

本发明的上述和其它目的、特征和其它优点将通过以下结合附图的详细描述而更加被清楚地了解，附图中：

图1是示出了常规无线开关的方框图；

图2是示出了根据本发明的低功率无线数字接收器的方框图；

图3是示出了图2中所示的无线数字接收器的主要信号的波形图；

图4是示出了用于解释图2中所示的积分器的操作的信号的波形图；

图5是示出了图2中所示的积分器和比较器的操作特性的曲线图；

图6是示出了图2中所示的比较器的其他操作特性的曲线图；以及

图7是示出了根据本发明的无线数字接收器的操作的流程图。

具体实施方式

以下，将结合附图详细描述本发明的优选实施例。其中，在不同附图中使用相同的参考标号表示相同或相似部件。

图2是示出了根据本发明的低功率无线数字接收器的方框图。

参考图2，根据本发明的低功率无线数字接收器包括：隔离放大器110、SAW相关器120、RF放大器130、整流器140、积分器150和比较器160。

隔离放大器110将来自天线ANT的信号S1放大预定的增益，并将放大的信号发送到SAW相关器120。

SAW相关器120具有对应于发送器的变换码的内相关码(internal correlation code)，并使内相关码与接收信号S1相关，以将包括多个峰值电压的相关信号S2提供给RF放大器130。

RF放大器130将来自SAW相关器120的相关信号S2放大预定的增益，并将放大的信号提供给整流器140。该放大器能够大大降低整个系统对噪音的敏感度。

整流器140整流来自SAW相关器120的相关信号S2，以将信号提供给积分器150。通过这个整流过程，包括在相关信号S2中的相关峰值电压的极性就被半波整流，使得只有高于参考电平(例如0电压)的相关峰值电压被保留。

积分器150根据时钟信号SCLK对由整流器140整流的信号S3求积分，检测来自整流器140的信号S3的电压，以将电压提供给比较器160。

例如，当根据时钟信号存在被整流器140整流的信号S3时，积分器150使由整流器140整流的信号S3充电。当不存在被整流器140整流的信号S3时，由于该积累是由不需要的信号引起的，所以充电电压会被放电。

同时，积分器150可以在输出端包括波纹抑制电路，用于消除输出电压的射频分量。

比较器160将由积分器150检测的电压Vd2与预定电压Vref进行比较，并根据该比较结果输出数字信号Dout。

图3是图2中所示的无线数字接收器的主要信号的波形图。

在图3中，S2是从SAW相关器120输出的信号，其包括大约250个相关峰值电压，以及S3是从整流器140输出的信号。

图4是示出了用于解释图2中所示的积分器的操作的信号波形图。

在图4中，S30是没有噪音的需要信号的波形，S31是包括噪音的需要信号的波形，SCLK是时钟信号，Vd2是积分器150输出的电压的波形，以及Vd1是由常规无线开关的临界放电器13检测的电压。

图5是示出了图2中所示的积分器和比较器的操作特性的曲线图。

在图5中，SCLK是根据本发明的无线数字接收器的时钟信号，Vd2是由积分器150输出的电压，以及Vref是比较器160的参考电压。Dout是比较器160的输出信号，CW是充电波形以及DW是放电波形。

参考图2到图5，参考电压包括处于两个触发电平的第一和第二参考电压Vref1和Vref2，并且比较器160包括使用第一和第二参考电压Vref1和Vref2的具有磁滞特性的施密特触发器。

如果所检测的电压高于第一参考电压Vref1时，比较器160输出数字信号“1”，而如果所检测的电压Vd2低于第二参考电压时，其输出数字信号“0”。

图6是示出了图2中所示的比较器的其他操作特性的曲线图。

在图6中，垂直轴表示输出电压(mV)，而水平轴表示电压(V)。+600[mV]是输出电压的高电平，其对应于数字信号“1”，而-600[mV]是输出电压的低电平，其对应于数字信号“0”。G1是检测电压增加时所呈现的输出特性，以及G2是检测电压降低时所呈现的输出特性。即，当检测电压Vd2增加(用G1表示)时，输出电压保持在V-low直到Vd2>Vref1。相反，当检测电压Vd2降低(用G2表示)时，输出电压保持在V-high直到Vd2<Vref2。使用这个特征，就可以防止输出值受到归因于热噪声或开关噪声的电压突然增加或降低的影响。因而，不需要诸如低通滤波器的其他装置。

图7是示出了根据本发明的无线数字接收器的操作的流程图。

现在将参考附图详细说明本发明的操作过程和效果。

参考图2到图7解释无线数字接收器的操作，本发明的无线数字接收器的隔离放大器110将来自天线ANT的信号S1放大预定增益，以将放大信号发送到SAW相关器120(图7中S110)。在此，从天线ANT接收到的信号是被对应发送器处的变换码编码的信号。

接下来，SAW相关器120使来自隔离放大器110的接收信号S1与内相关码相关，以将包括多个相关峰值电压的相关信号S2发送到RF放大器130(图7中S120)。

更具体地，参考图2和图3，如果通过天线ANT接收到的RF信号是从具有对应于内相关码的变化码的发送器处接收到的信号，那么SAW相关器120输出图3中所示的高电平信号。此时，相关信号包括无穷多的相关峰值电压，其具有等于相关周期的时间间隔(例如，在一个相关周期中有250个峰值电压)。

相反，如果从天线ANT接收到的RF信号是从具有不对应于内相关码的变换码的发送器接收到的信号，那么SAW相关器120就输出低电平(几乎为0)信号。此处，可以使用SAW匹配滤波器来实现SAW相关器。

接下来，RF放大器130将来自SAW相关器120的相关信号S2放大预定增益，以将放大信号输出到整流器140(图7中S130)。整流器140整流相关信号S2以将整流信号S3输出到积分器150(图7中S140)。

随后，积分器150对由整流器140整流的信号S3求积分，并且检测来自整流器140的信号S3的电压，以将电压输出给比较器160(图7中S150)。即，积分器150对包括无穷多的相关峰值电压的相关信号求积分，其中相关峰值电压具有等于相关周期的时间间隔(例如400ns)。

现在将参考图4描述根据本发明的积分器150的操作。

在图4中，如果在输入到积分器150的信号中不包括噪音，那么信号将具有波形“S30”，但是通常信号中包括噪音，因此输入到积分器150的信号具有波形“S31”。

当积分器150接收到具有与图4中所示的S30相同波形的信号时，它就根据时钟信号SCLK重复充电和放电。更具体地，积分器150在时钟信号SCLK为低电平时充电，而在时钟信号SCLK为高电平时放电，因此输出具有与图4中Vd2相同波形的电压。

如上所述，由于积分器150根据时钟信号SCLK重复充电和放电，即使信号包括噪音，噪音没有被连续充电。在充电值基于时钟信号达到临界值之前，积分器150放电，因此防止错误报警。

如图4中“Vd1”所表示的，常规开关可能由于包括在信号中的噪音被连续充电而错误报警，而根据本发明的低功率数字接收器能够防止这样的错误报警。

参考图2到图5详细解释，积分器150根据积分器150的时钟信号SCLK重复充电和放电。

例如，积分器150以大约10kbps(100us)的数据率执行积分，并且如果存在由整流器140整流的信号S3，那么积分器150执行数据积分，以便以图5中充电波形所示的阶梯方式使整流信号S3充电。此时，充电电压的电平阶梯式增加。

相反，如果不存在由整流器140整流的信号S3，那么如图5中放电波形DW所示，充电电压在其电平超过参考电压Vref之前快速放电。

与此同时，如果在积分器150的输出端提供有波纹抑制电路，那么积分器150可在将充电信号输入到比较器160之前消除射频，从而降低归因于相关和积分特性的不平滑分量。这就防止了由于大量噪音的突然干扰而引起的数据损失。波纹抑制电路可包括低通滤波器。

接下来，比较器160将由积分器150检测的电压Vd2与预定参考电压Vref进行比较，以根据比较结果输出数字信号Dout(图7中S160)。

参考图2到图5解释该过程，如图5所示，如果检测电压Vd2高于参考电压Vref，那么比较器160输出数字信号“1”(图7中S170)，而如果检测电压Vd2低于参考电压Vref，那么输出数字信号“0”(图7中S180)。

此时，比较器160可通过具有磁滞特性的施密特触发器来实现。参考图2到图6，参考电压Vref包括两个触发电平的第一和第二参考电压Vref1和Vref2，并且比较器160可包括使用第一和第二参考电压Vref1和Vref2的具有磁滞特性的施密特触发器。在此情况下，如果检测电压Vd2高于参考电压Vref1，那么比较器160输出数字信号“1”。

另一方面，如果检测电压Vd2低于参考电压Vref2，那么比较器160输出数字信号“0”。使用该施密特触发器，因为在输入侧的噪音电压由于施密特触发器磁滞的正反馈而引起输出侧的误差，所以比较器对噪音变得不敏感。

如上所述，比较器分别为高于一定电平的信号或低于一定电平的信号输出不同的数字信号(“1”或“0”)，因而能够实现与根据本发明的无线数字接收器的数字通信。重复这个过程直到应用系统中止(图7中S190)。

如上所述，根据本发明的接收器不仅执行积分而且在充电与放电之间交替，因而自由设置期望的数据率。即，接收器不仅充当了开关而且能够实现数据通信。通信系统的数据率与SAW相关器的相关特性和积分器的带宽有密切关系。通信方法局限于开关键控(OOK)，但是接收器具有的很大的优点在于，它结构简单因而有效，并且它能够以超低功耗操作系统。

根据上述本发明的一些实施例，应用于通信系统的无线数字接收器在不非常依靠高功率装置(例如放大器)的条件下，根据时钟信号执行对接收信号的相关信号的积分，从而降低功耗并获得高灵敏度和效率。

就是说，通过积分处理(其中，根据时钟信号重复充电和放电)获得的电压增益可以降低整个接收器对RF放大器需求的功率增益的负担，从而同样降低了接收器的功耗。另外，根据时钟信号的充电和放电操作可以用于同步，因而不需要额外的同步电路。此外，噪音的充电值在达到临界值之前就被放电了，因而防止噪音的错误报警。此外，与相关信号的相关周期相比，如果数据率较低，则本发明有利地允许增加积分增益。

尽管结合优选实施例示出并描述了本发明，但是显而易见，本领域的技术人员可在不脱离权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，对本发明进行各种形式的修改和改变。

Claims

1.一种超低功率、高效的无线数字接收器，包括：

SAW相关器，具有对应于发送器变换码的内相关码，并使所述内相关码与接收信号相关以提供相关信号；

整流器，用于整流来自所述SAW相关器的所述相关信号；

积分器，用于积分由所述整流器整流的信号以检测来自所述整流器的信号的电压；以及

比较器，用于将由所述积分器检测到的所述电压与预定的参考电压进行比较，以根据所述比较的结果输出数字信号，

其中，所述积分器根据时钟信号对由所述整流器整流的信号求积分，以及

如果存在由所述整流器整流的信号，则所述积分器为所述整流的信号充电，以及如果不存在由所述整流器整流的信号，则所述积分器使积累信号放电。

2.根据权利要求1所述的超低功率、高效的无线数字接收器，进一步包括隔离放大器，其安装在所述SAW相关器的前端处以将来自天线的信号放大预定增益，并将所述放大的信号提供给所述SAW相关器。

3.根据权利要求1所述的超低功率、高效的无线数字接收器，进一步包括RF放大器，用于将来自所述SAW相关器的所述相关信号放大预定增益。

4.根据权利要求1所述的超低功率、高效的无线数字接收器，其中，所述积分器在输出端包括波纹抑制电路，其用于消除输出电压的射频分量。

5.根据权利要求1所述的超低功率、高效的无线数字接收器，其中，所述参考电压包括两种触发电平的第一参考电压和第二参考电压，以及

所述比较器包括具有磁滞特性的施密特触发器，其使用所述第一参考电压和所述第二参考电压。

6.根据权利要求5所述的超低功率、高效的无线数字接收器，其中，如果所述检测的电压高于所述第一参考电压，则所述比较器输出数字信号“1”，以及如果所述检测的电压低于所述第二参考电压，则所述比较器输出数字信号“0”。