CN111969973A - 一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，包括：匹配网络，用于将天线与唤醒电路和收发电路进行阻抗匹配以获得最大功率传输射频信号；唤醒电路，用于将根据所述匹配网络输出的射频信号RF加以整流得到整流电压Vdc，并将在所述整流电压Vdc到达相应幅度后生成的跳变信号延迟输出形成唤醒信号Vout至收发电路以启动收发电路进行收发；收发电路，用于根据所述唤醒信号Vout启动收发。

Description

一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统。
背景技术
近年来，面向物联网应用的低功耗收发机成为一大研究热点，无线系统的电池使用寿命是该应用中最为关心的参数。为了能够延长电池的使用寿命，全世界的学者开始针对低功耗无线收发机架构展开研究，一些低功耗无线收发机架构相继被提出。为了进一步降低功耗，人们根据物联网应用的特点，提出了带唤醒功能的收发机结构，即收发机大部分时间处于休眠状态。
现在常采用的唤醒方法有：1)定时唤醒，即在发射机上设计一个定时电路，收发器工作按照事先设定好的时间进行工作；2)特定的简单指令唤醒，收发机电路中设定一特定的电路来接收特定的指令信号，只有当接收到指定信号时收发机开始工作。其中，定时唤醒电路缺点在于无法满足随时通信的需求，功耗通常在几十微瓦，特定指令唤醒电路缺点在于功耗相对较高，通常在百微瓦级，且需要特殊的通信协议指令。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，以实现一种带有功耗在微瓦级的超低功耗射频唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，以尽可能延长电池的使用寿命。
为达上述及其它目的，本发明提出一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，包括：
匹配网络，用于将天线与唤醒电路和收发电路进行阻抗匹配以获得最大功率传输射频信号；
唤醒电路，用于将根据所述匹配网络输出的射频信号RF加以整流得到整流电压Vdc，并将在所述整流电压Vdc到达相应幅度后生成的跳变信号延迟输出形成唤醒信号Vout至收发电路以启动收发电路进行收发；
收发电路，用于根据所述唤醒信号Vout启动收发。
优选地，所述唤醒电路包括：
参考电压生成电路，用于产生偏置电流Ibias输出至振荡器；
整流电路，用于对所述匹配网络输出的射频信号进行整流输出整流电压Vdc至所述上电复位电路的输入端；
上电复位电路，用于根据所述整流电压Vdc产生跳变；
振荡器，用于所述偏置电流Ibias产生驱动延时器的时钟信号；
延迟器，用于根据所述时钟信号将上电复位电路产生的跳变信号进行延时后形成唤醒信号Vout输出至收发电路。
优选地，所述参考电压生成电路还产生偏置电压Vbias，并将产生的偏置电压Vbias输出至整流电路，以便所述整流电路在所述偏置电压Vbias的控制下对所述匹配网络输出的射频信号进行整流输出整流电压Vdc至所述上电复位电路的输入端。
优选地，所述上电复位电路在所述整流电压Vdc上升到相应电压时产生由低到高的跳变。
优选地，天线通过所述匹配网络输出一路射频信号RF连接至所述整流电路的输入端；所述整流电路输出的整流电压Vdc连接至所述上电复位电路的输入端，所述参考电压生成电路输出的偏置电压Vbias和偏置电流Ibias分别连接至所述整流电路和振荡器的偏置输入端，所述上电复位电路的输出连接至所述延迟器的信号输入端，所述振荡器的输出连接至所述延迟器的时钟输入端。
与现有技术相比，本发明一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统通过利用匹配网络将天线与唤醒电路和收发电路进行阻抗匹配以获得最大功率传输的射频信号，利用将由所述匹配网络输出的射频信号进行整流得到的整流电压Vdc所触发POR跳变信号进行延迟形成唤醒信号Vout至收发电路以启动收发电路进行收发，实现了一种带有功耗在微瓦级的射频唤醒电路的低功耗物联网收发机系统。
附图说明
图1为本发明一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统之较佳实施例的电路结构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统之较佳实施例的电路结构图。如图1所示，在本发明较佳实施例中，一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，包括：匹配网络(Impedance matching network)10、唤醒电路(Wake up circuit)20和收发电路(RX/TX)30。
其中，匹配网络(Impedance matching network)10由电感电容或微带线组成，用于将天线Antenna与唤醒电路(Wake up circuit)20和收发电路(RX/TX)30进行阻抗匹配以获得最大功率传输的射频信号；唤醒电路(Wake up circuit)20由整流电路(Rectifier)201、参考电压生成电路(Voltage referemce)202、上电复位电路(Power On Reset)203、振荡器(Oscillator)204和延迟器(Delay)205组成，用于将根据所述匹配网络(Impedancematching network)10输出的射频信号RF加以整流得到整流电压Vdc，并将在整流电压Vdc到达一定幅度后生成的跳变信号延迟输出形成唤醒信号Vout至收发电路30以启动收发电路30进行收发。
天线Antenna(一般为外置，内置需要特殊工艺)通过匹配网络(Impedancematching network)10输出一路射频信号RF连接至整流电路(Rectifier)201的输入端；整流电路(Rectifier)201输出的整流电压Vdc连接至上电复位电路(Power On Reset)203的输入端，参考电压生成电路(Voltage referemce)202输出的偏置电压Vbias和偏置电流Ibias分别连接至整流电路(Rectifier)201和振荡器(Oscillator)204的偏置输入端，上电复位电路(Power On Reset)203的输出连接至延迟器(Delay)205的信号输入端，振荡器(Oscillator)204的输出连接至延迟器(Delay)205的时钟输入端，电池电压VBAT连接至参考电压生成电路(Voltage referemce)202、上电复位电路(Power On Reset)203、振荡器(Oscillator)204和延迟器(Delay)205的电源输入端；延迟器(Delay)205输出的唤醒信号Vout连接至收发电路(RX/TX)30的使能端EN，电池电压VBAT连接至收发电路(RX/TX)30的电源输入端，收发电路(RX/TX)30的射频输入口与匹配网络(Impedance matching network)10输出的另一路射频信号相连。
本发明的工作原理如下：
1.初始时，电路只有参考电压生成电路(Voltage referemce)202、上电复位电路(Power On Reset)203、振荡器(Oscillator)204和延迟器(Delay)205工作；
2.用于唤醒本发明的发射器发射射频载波信号，整流电路(Rectifier)201将天线Antenna收到的射频能量转换为整流电压Vdc，当Vdc电压高于某一设定阈值电压时，上电复位电路(Power On Reset，POR)203状态发生翻转(跳变信号，逻辑值为“高”)，经过延迟器(Delay)205延时后唤醒收发电路(RX/TX)30；
3.参考电压生成电路(Voltage referemce)202为整流电路(Rectifier)201提供偏置电压以提高其检测的灵敏度，振荡器(Oscillator)204用于给延时器(Delay)205产生时钟；
4.通信结束后，收发电路(RX/TX)30自动关闭，等待下次工作命令。
在本发明中，唤醒电路的功耗低于1微瓦。
综上所述，本发明一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统通过利用匹配网络将天线与唤醒电路和收发电路进行阻抗匹配以获得最大功率传输的射频信号，利用将由所述匹配网络输出的射频信号进行整流得到的整流电压Vdc所触发POR跳变信号进行延迟形成唤醒信号Vout至收发电路以启动收发电路进行收发，实现了一种带有功耗在微瓦级的射频唤醒电路的低功耗物联网收发机系统。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，包括：
匹配网络，用于将天线与唤醒电路和收发电路进行阻抗匹配以获得最大功率传输射频信号；
唤醒电路，用于将根据所述匹配网络输出的射频信号RF加以整流得到整流电压Vdc，并将在所述整流电压Vdc到达相应幅度后生成的跳变信号延迟输出形成唤醒信号Vout至收发电路以启动收发电路进行收发；
收发电路，用于根据所述唤醒信号Vout启动收发。
2.如权利要求1所述的一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，其特征在于，所述唤醒电路包括：
参考电压生成电路，用于产生偏置电流Ibias输出至振荡器；
整流电路，用于对所述匹配网络输出的射频信号进行整流输出整流电压Vdc至所述上电复位电路的输入端；
上电复位电路，用于根据所述整流电压Vdc产生跳变；
振荡器，用于所述偏置电流Ibias产生驱动延时器的时钟信号；
延迟器，用于根据所述时钟信号将上电复位电路产生的跳变信号进行延时后形成唤醒信号Vout输出至收发电路。
3.如权利要求2所述的一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，其特征在于：所述参考电压生成电路还产生偏置电压Vbias，并将产生的偏置电压Vbias输出至整流电路，以便所述整流电路在所述偏置电压Vbias的控制下对所述匹配网络输出的射频信号进行整流输出整流电压Vdc至所述上电复位电路的输入端。
4.如权利要求3所述的一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，其特征在于：所述上电复位电路在所述整流电压Vdc上升到相应电压时产生由低到高的跳变。
5.如权利要求4所述的一种具有唤醒电路的低功耗物联网收发机系统，其特征在于：天线通过所述匹配网络输出一路射频信号RF连接至所述整流电路的输入端；所述整流电路输出的整流电压Vdc连接至所述上电复位电路的输入端，所述参考电压生成电路输出的偏置电压Vbias和偏置电流Ibias分别连接至所述整流电路和振荡器的偏置输入端，所述上电复位电路的输出连接至所述延迟器的信号输入端，所述振荡器的输出连接至所述延迟器的时钟输入端。
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