CN102324945A - 一种具有地址过滤功能的无线唤醒电路 - Google Patents

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王洁
王洪玉
高庆华
喻言
袁静雯
马展
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Abstract

本发明属于无线通信电路设计技术领域，公开了一种具有地址过滤功能的无线唤醒电路。其特征是在极低功耗下实现对无线电信号的感知与匹配接收，进而判断该无线信号是否为用来唤醒自己的无线唤醒信号。系统由接收天线、阻抗匹配电路、倍压整流电路、解调电路、地址匹配电路组成，无线唤醒信号被天线接收，通过阻抗匹配高效的接入倍压整流电路实现包络检波，之后实现中频无线信号的解调，解调后的数字信号与地址匹配电路进行匹配处理，如与本地地址相符则发出唤醒指示信号。本发明可实现在极低功耗下对某一特定地址设备的无线唤醒。

Description

一种具有地址过滤功能的无线唤醒电路
技术领域
本发明属于无线通信电路设计技术领域，涉及一种具有地址过滤功能的无线唤醒电路，该电路可实现对特定无线唤醒信号命令的响应，当无线信号命令地址与唤醒电路地址匹配时给出唤醒指示。
背景技术
在数据采集节点、无线传感器节点设计、有源RFID标签等领域，一个核心问题是如何提高节点及标签的电池使用寿命。为了提高电池寿命，需要对硬件以及软件协议进行优化设计，使节点及标签尽可能多的时间处于休眠模式。由唤醒模式切换到休眠模式可以通过简单的处理器指令来完成，由休眠模式到唤醒模式的切换比较复杂，因为节点及标签处于休眠状态时是不工作的，它们如何能在需要工作时快速的切换到唤醒模式是近年来研究人员研究的热点。
研究人员已经从不同角度提出了很多功耗管理的方法用于处理唤醒模式与休眠模式的切换。周期性唤醒的方法是最简单的方法，标签及传感器节点周期性的完成唤醒模式、休眠模式的切换，这种方法的优点是不需要额外的硬件支持，缺点是需要消耗大量的电量，标签及传感器节点绝大多数的唤醒是没有意义的，因为没有任何通信事件发生，因此绝大多数情况下标签及传感器在唤醒时不做任何事情又回到休眠模式。另一种可行的方法是采用一路独立的超低功耗接收机，该接收机在接收到有效的无线电波的情况下唤醒标签及传感器节点，这种方法反应速度快，但是成本高、功耗较大。与上述方法相比，无线唤醒技术采用了一种主动的方式解决节点及标签的状态切换问题。当需要唤醒节点或者标签时，控制端发送无线唤醒信号，节点及标签识别到该信号则主动切换自身工作状态。采用该技术后节点及标签无需周期性唤醒、也无需主动接收信号，其电池寿命也因此得到延长。地址匹配功能使多个无线唤醒电路可以互相独立的工作，无线唤醒信号仅激活某一地址的唤醒电路，这样使节点和标签被唤醒信号激活的概率进一步减小，仅对自己感兴趣的唤醒信号做出响应，从而进一步延长电池寿命。
论文：Analysis and design strategy of UHF micro-power CMOS rectifiers formicrosensor and RFID application，期刊：IEEE Transactions on Circuits andSystems，年份：2007，第54期，153页至166页，该文设计的电路作用距离为10m，无法满足远距离唤醒的需求，同时，该方法无法实现针对某一地址的唤醒。
论文：超高频RF ID无源标签倍压整流电路设计，期刊：微波学报，年份：2008，第24期，37页至40页，该文提出的设计可满足超高频RFID系统无源充电的需求，但是，电路设计不适合无线唤醒。
论文：用于无线唤醒的超高频倍压整流电路设计，期刊：微计算机信息，年份：2009，第25期，220页至222页，该文提出的方法无法实现针对某一地址的唤醒，无法实现地址过滤。
发明内容
本发明的目的是为数据采集节点、无线传感器网络节点提供一种具有地址过滤功能的无线唤醒电路。其特征是在极低功耗下实现对无线电信号的感知与匹配接收，进而判断该无线信号是否为用来唤醒自己的无线唤醒信号。
本发明的技术方案如下：
该无线唤醒电路包括宽带天线、阻抗匹配电路、倍压整流电路、解调电路与地址匹配电路。
无线唤醒信号被天线接收，信号首先送入阻抗匹配电路，以便信号高效的接入倍压整流电路实现射频包络检波，之后，信号送入解调电路实现中频无线信号包络解调，最后，解调后的数字信号送入地址匹配电路进行匹配处理，如与本地地址相符则发出唤醒指示信号。
阻抗匹配电路：实现天线阻抗向高阻抗的倍压整流电路的阻抗转换。
倍压整流电路：倍压整流电路采用两个零偏置消特级二极管与两个电容组成，在无需直流偏置条件下检测出射频信号包络。
解调电路：解调电路采用由零偏置二极管为核心构成中频包络检波器，实现对二次包络的包络检波。
地址匹配电路：由移位寄存器、比较器组成，解调的地址信息首先由移位寄存器实现串并转换，之后由比较器实现对解调地址信息与本地地址的比较，实现有选择的唤醒信号输出。
本发明的有益效果在于：
1)可以在无需监测唤醒信号的条件下实现对唤醒命令的主动反应，以小于4uA的代价实现实时唤醒。
2)可仅对自己感兴趣的唤醒信号做出响应。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图。
图中：1天线；2阻抗匹配电路；3倍压整流电路；4解调电路 5地址匹配电路。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图详细阐述本发明，但本发明并不局限于具体实施例。
实施例：
50欧姆天线1接收到2.4GHz的无线唤醒控制命令，之后，将信号送入阻抗匹配电路2；阻抗匹配电路是一个由两个电容、一个电感组成的T型结构的电路，实现由50欧姆天线阻抗向高阻抗的倍压整流电路的阻抗转换，该部分由无源器件组成，不耗电；阻抗变换后的信号送入倍压整流电路3，倍压整流电路3由超低导通电压的肖特级二极管和电容组成，通过充放电效应实现对2.4GHz高频信号包络的检波，将125KHz的信号包络解调输出，该部分由无源器件组成，不耗电；经过倍压整流后的125KHz的OOK信号送入解调电路4，解调电路4首先对中频信号进行放大处理，使信号幅度适合后续解调，解调电路为一个中频包络检波电路，将1KHz的包络从125KHz的中频载波上解调出来，经整形后成为标准数字信号，最后，解调出来的地址信息被送入地址匹配电路5，地址匹配电路5中移位寄存器对解调的地址信息与存储的本地地址进行逐位比较，如果解调的地址信息与本地地址相符，则将唤醒指示信号置为有效电平，该部分电路采用超低功耗设计技术。整个具有地址过滤功能的无线唤醒电路电流不超过4uA，供电电压3.0V，当唤醒控制端发射功率为10dBm时有效作用距离超过30m。

Claims (1)

1.一种具有地址过滤功能的无线唤醒电路，该电路包括天线、阻抗匹配电路、倍压整流电路、解调电路与地址匹配电路，其特征在于：
天线(1)、阻抗匹配电路(2)相连接，实现对特定频率信号的匹配接收；
倍压整流电路(3)：采用两个零偏置消特级二极管与两个电容组成；
解调电路(4)：由零偏置二极管为核心构成中频包络检波器；
地址匹配电路(5)：由移位寄存器、比较器组成。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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