CN114614845A - 唤醒接收机 - Google Patents

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Abstract

一种唤醒接收机，包括：射频滤波器，被配置用于对包括输入信号和背景噪声信号的混合信号进行滤波，得到第一滤波信号，第一滤波信号包括输入信号和部分背景噪声信号，输入信号为调制信号与射频载波的乘积；自混频器，与射频滤波器连接，被配置用于使第一滤波信号发生自混频，得到混频信号；中频滤波器，与自混频器连接，被配置用于对混频信号进行滤波，滤除混频信号中的噪声自混频信号，得到第二滤波信号，第二滤波信号包括调制信号；以及唤醒信号生成模块，与中频滤波器连接，被配置用于根据调制信号，得到唤醒信号。

Description

唤醒接收机
技术领域
本发明涉及射频无线通信领域，特别涉及唤醒接收机。
背景技术
唤醒接收机能够以极低的功耗监听信道，当唤醒接收机接收到唤醒信号时唤醒主接收机，从而可以降低无线通信系统的待机功耗。
随着无线通信技术的发展，唤醒接收机工作在的WiFi、蓝牙、ISM等频段变得愈发拥挤。环境中存在着较强的背景噪声，而目前的唤醒接收机的架构都难以对该背景噪声进行有效的抑制。这是由于，一方面，唤醒接收机的匹配网络通常基于片外电感电容或薄膜腔声谐振滤波器(FBAR)等压电谐振器，其品质因数(即Q值)(片外电感Q值<100，FBAR的Q值小于2000)决定其射频带宽高于1MHz。这导致通带内的背景噪声总功率远超信号的总功率。另一方面，唤醒接受机采取的开关键控(On-Off Keying，OOK)的信号调制方式使得系统下变频输出信号为直流信号。当通带内的背景噪声总量超过信号功率时，下变频的输出信号会被噪声产生的输出所屏蔽。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种唤醒接收机，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种唤醒接收机，包括：
一种唤醒接收机，包括：
射频滤波器，被配置用于对包括输入信号和背景噪声信号的混合信号进行滤波，得到第一滤波信号，第一滤波信号包括输入信号和部分背景噪声信号，输入信号为调制信号与射频载波的乘积；
自混频器，与射频滤波器连接，被配置用于使所述第一滤波信号发生自混频，得到混频信号，其中，混频信号包括所述输入信号发生自混频得到的调制信号、部分背景噪声信号发生自混频得到的噪声自混频信号以输入信号与部分背景噪声信号发生混频得到的信号噪声混频信号；
中频滤波器，与自混频器连接，被配置用于对混频信号进行滤波，滤除混频信号中的噪声自混频信号，得到第二滤波信号，第二滤波信号包括调制信号；以及
唤醒信号生成模块，与中频滤波器连接，被配置用于根据调制信号，得到唤醒信号；
其中，调制信号的频率大于或等于射频滤波器的射频通带带宽。
根据本发明的实施例，自混频器的输出带宽大于等于射频滤波器的射频通带带宽。
根据本发明的实施例，调制信号为二进制信号与频率为fIF的中频载波信号的乘积，调制信号的频率为fIF。
根据本发明的实施例，中频滤波器还被配置用于对唤醒接收机产生的基带热噪声信号进行滤波，得到部分基带热噪声信号。
根据本发明的实施例，唤醒信号生成模块包括：
基带低噪声放大器，被配置用于对调制信号进行放大，得到放大信号；
模数转换器，被配置用于对放大信号进行模数转换，得到数字信号；以及
相关器，被配置用于对数字信号进行解码得到所述二进制信号，在识别所述二进制信号为唤醒信号的情况下发出唤醒指令。
根据本发明的实施例，射频滤波器包括第一谐振器，第一谐振器的品质因数大于16000。
根据本发明的实施例，第一谐振器选自高次谐波体声波谐振器、单晶压电薄膜谐振器、横向过模体声波谐振器、绝缘体上压电薄膜谐振器、空心盘型谐振器、鳍式声学谐振器中的一种。
根据本发明的实施例，中频滤波器的带宽小于10Hz。
根据本发明的实施例，中频滤波器包括第二谐振器，第二谐振器的品质因数大于15000。
根据本发明的实施例，第二谐振器选自石英晶体谐振器、金刚石晶体谐振器、蓝宝石晶体谐振器、碳化硅晶体谐振器、铌酸锂晶体谐振器、钽酸锂晶体谐振器中的一种。
根据本发明的实施例提供的唤醒接收机，通过利用射频滤波器对混合信号进行滤波，使得得到的第一滤波信号中的背景噪声信号以及其他干扰的总量大大降低。通过设置调制信号的频率大于或等于射频滤波器的射频通带带宽使得第一滤波信号经自混频器混频后得到的噪声自混频信号与调制信号的频带不发生交叠，因此，可以通过中频滤波器将噪声自混频信号滤除。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明的实施例提供的唤醒接收机的结构框图；
图2A示意性示出了根据本发明的实施例提供的一种射频滤波器的内部电路图；
图2B示意性示出了图2A所示的射频滤波器的二端口参数谱图；
图3示意性示出了根据本发明实施例提供的一种中频滤波器的内部电路图。
图4A示意性示出了根据本发明的实施例提供的输入信号和背景噪声信号的功率谱图；
图4B示意性示出了根据本发明实施例提供的射频滤波器输出的第一滤波信号的功率谱图；
图4C示意性示出了根据本发明实施例提供的自混频器输出的混频信号的功率谱图；
图4D示意性示出了根据本发明实施例提供的中频滤波器输出的第二滤波信号的功率谱图。
附图标记说明
1射频滤波器
2自混频器
3中频滤波器
4唤醒信号生成模块
41基带低噪声放大器
42模数转换器
43相关器
5天线
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1示意性示出了根据本发明的实施例提供的唤醒接收机的结构框图。
如图1所示，上述唤醒接收机，包括：射频滤波器1、自混频器2、中频滤波器3、和唤醒信号生成模块4。
射频滤波器1，被配置用于对包括输入信号和背景噪声信号的混合信号进行滤波，得到第一滤波信号，第一滤波信号包括所述输入信号和部分背景噪声信号。输入信号为调制信号与射频载波的乘积，射频载波频率为fRF。
自混频器2，与射频滤波器1连接，被配置用于使第一滤波信号发生自混频，其中，输入信号发生自混频得到调制信号、部分背景噪声信号发生自混频得到噪声自混频信号、以及输入信号与部分背景噪声信号发生混频得到信号噪声混频信号，自混频器2被配置用于输出混频信号，混频信号包括调制信号、噪声自混频信号以及信号噪声混频信号。
中频滤波器3，与自混频器2连接，被配置用于对混频信号进行滤波，滤除混频信号中的噪声自混频信号，得到第二滤波信号，第二滤波信号包括调制信号。
唤醒信号生成模块4，与中频滤波器3连接，被配置用于根据调制信号，得到唤醒信号。
调制信号的频率大于或等于射频滤波器1的射频通带带宽，射频通带带宽表示为BWRF。
根据本发明的实施例，调制信号为二进制信号与频率为fIF的中频载波信号的乘积，调制信号的频率为fIF。根据本发明的实施例，可以采用调幅、调相或调频的方式对唤醒序列(二进制信号)进行编码。
根据本发明的实施例，唤醒信号生成模块4包括：基带低噪声放大器41、模数转换器42和相关器43。
基带低噪声放大器41，被配置用于对所述调制信号进行放大，得到放大信号。模数转换器42，被配置用于对所述放大信号进行模数转换，得到数字信号。相关器43，被配置用于对数字信号进行解码得到解码信号，在识别解码信号为唤醒信号的情况下发出唤醒指令。唤醒信号生成模块4通过在中频滤波器3输出的第二滤波信号中的调制信号中提取01序列的解码信号，判断是否发出唤醒指令。将基带低噪声放大器41设置在中频滤波器3之后，使混频信号先通过中频滤波波器3处理后再进入基带低噪声放大器41处理，这是由于中频滤波波器3的噪声系数更好，进而使唤醒接收机统性能更加优化。
根据本发明的实施例，射频滤波器1包括第一谐振器，第一谐振器的品质因数大于16000，因此，第一谐振器又叫做高Q值射频微机电谐振器，基于高Q值射频微机电谐振器及其他射频元件的射频滤波器1可以实现小于150kHz的射频带宽。第一谐振器选自高次谐波体声波谐振器、单晶压电薄膜谐振器、横向过模体声波谐振器、绝缘体上压电薄膜谐振器、空心盘型谐振器、鳍式声学谐振器中的一种。本发明实施例的调制信号频率大于或等于射频滤波器1的射频通带带宽(≥150kHz)，所以采样速率更高，因此系统唤醒速度更快。
图2A示意性示出了根据本发明的实施例提供的一种射频滤波器的内部电路图。
如图2A所示，该射频滤波器1包括高次谐波体声波谐振器和自耦合轮廓模式谐振器。凭借高次谐波体声波谐振器的高Q值可以降低射频滤波器1整体带宽。高次谐波体声波谐振器具有等间距的若干谐振峰，利用自耦合轮廓模式谐振器的单谐振峰特性，可以滤除高次谐波体声波谐振器的无关通带，仅保留包含信号输入信号载波频率点的通带，进而使得射频滤波器1仅保留一个极窄的射频通带。背景噪声信号与输入信号的混合信号均匀分布在fIF±BWRF的频段内。通过以片外高Q值低频谐振器的为核心的中频滤波器3，可大幅降低系统的中频带，进而提高对背景噪声与信号的混频噪声的抑制。
图2B示意性示出了图2A所示的射频滤波器的二端口参数谱图。
由图2B所示，S21为射频滤波器的二端口参数，S21表征插入损耗，从图2B可以看出，射频滤波器1具有一个极窄的射频通带带宽。
根据本发明的实施例，自混频器2的输出带宽大于等于射频滤波器1的射频通带带宽，从而可以输出频率高于BWRF的调制信号。混合信号通过射频滤波器1后进入自混频器2(高速自混频器)，该自混频器2通过减少混频器的级数以提升基带带宽，使得自混频器2可以输出一个频率为fIF的调制信号而非直流信号。降低自混频器2的级数会导致增益降低，故使用基带低噪声放大器41加以补偿。
根据本发明的实施例，中频滤波器3的带宽(BWIF)小于10Hz。中频滤波器3包括第二谐振器，第二谐振器为片外高Q值低频谐振器，第二谐振器第二谐振器的品质因数大于15000。
根据本发明的实施例，第二谐振器选自石英晶体谐振器、金刚石晶体谐振器、蓝宝石晶体谐振器、碳化硅晶体谐振器、铌酸锂晶体谐振器、钽酸锂晶体谐振器中的一种。
根据本发明的实施例，基于片外高Q值低频谐振器的中频滤波器3可以降低该唤醒接收机的中频带宽，进而提高了对信号与背景噪声信号的混频噪声的抑制。
图3示意性示出了根据本发明实施例提供的一种中频滤波器的内部电路图。
如图3所示，其中C1、C2为石英谐振器两端并联到地的电容，石英谐振器可以提高中频滤波器的高频插入损耗从而使中频滤波器仅有一个通带。
图4A示意性示出了根据本发明的实施例提供的输入信号和背景噪声信号的功率谱图。图4B示意性示出了根据本发明实施例提供的射频滤波器输出的第一滤波信号的功率谱图。
图4A的输入信号和背景噪声信号是由天线5输出的。图4A中的输入信号和背景噪声信号经射频滤波器1滤波后得到第一滤波信号，从图4B可以看出，该第一滤波信号中背景噪声信号以及其他干扰的总量与图4A相比大大降低。
此外，从图4B可以看出，射频滤波器1输出的还有部分基带热噪声信号，这是唤醒接收机产生的。
图4C示意性示出了根据本发明实施例提供的自混频器输出的混频信号的功率谱图。
如图4C所示，自混频器2输出的混频信号包括调制信号、噪声自混频信号、以及信号噪声混频信号，从图4C可以看出，噪声自混频信号与调制信号的频带不发生交叠，这是由于将调制信号的频率设置为大于或等于射频滤波器的射频通带带宽导致的。从图4C还可以看出，自混频器2输出的混频信号中还包括有唤醒接收机产生的基带热噪声信号。
图4D示意性示出了根据本发明实施例提供的中频滤波器输出的第二滤波信号的功率谱图。
如图4D所示，混频信号经中频滤波器3滤波后，得到第二滤波信号。该第二滤波信号中的噪声自混频信号被完全滤除，信号噪声混频信号功率和基带热噪声信号功率大幅降低。
根据本发明实施例提供的唤醒接收机，基于高Q值第一谐振器的高Q值(>16000)，射频滤波器1的射频通带带宽BWRF极低。背景噪声经过自混频器2后，产生的基带噪声主要集中在低于BWRF的频带内。当BWRF<fIF时，背景噪声的自混频与中频信号的频带不发生交叠，因此可以被中频滤波器3滤除。
根据本发明的实施例提供的唤醒接收机，背景噪声信号与输入信号混频产生的信号均匀分布在fIF±BWRF的频段内。通过以片外高Q值低频谐振器的为核心的中频滤波器3滤波，可大幅降低唤醒接收机系统的中频带，进而提高对背景噪声与信号的混频噪声的抑制。
根据本发明的实施例提供的唤醒接收机，通过使用高Q值射频微机电谐振器与中频片外高Q值低频谐振器进行滤波，以及相应的编码规则，使得该唤醒接收机在背景噪声为-30dBm/MHz时，灵敏度高于-70dBm。
根据本发明的实施例提供的唤醒接收机对噪声自混频信号、信号噪声混频信号和基带热噪声信号三种噪声信号均有很强的抑制作用。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种唤醒接收机，包括：
射频滤波器，被配置用于对包括输入信号和背景噪声信号的混合信号进行滤波，得到第一滤波信号，所述第一滤波信号包括所述输入信号和部分所述背景噪声信号，所述输入信号为调制信号与射频载波的乘积；
自混频器，与所述射频滤波器连接，被配置用于使所述第一滤波信号发生自混频，得到混频信号，其中，所述混频信号包括所述输入信号发生自混频得到的所述调制信号、部分所述背景噪声信号发生自混频得到的噪声自混频信号以及所述输入信号与部分所述背景噪声信号发生混频得到的信号噪声混频信号；
中频滤波器，与所述自混频器连接，被配置用于对所述混频信号进行滤波，滤除所述混频信号中的噪声自混频信号，得到第二滤波信号，所述第二滤波信号包括所述调制信号；以及
唤醒信号生成模块，与所述中频滤波器连接，被配置用于根据所述调制信号，得到唤醒信号；
其中，所述调制信号的频率大于或等于所述射频滤波器的射频通带带宽。
2.如权利要求1所述的唤醒接收机，其中，所述自混频器的输出带宽大于等于所述射频滤波器的射频通带带宽。
3.如权利要求1所述的唤醒接收机，其中，所述调制信号为二进制信号与频率为fIF的中频载波信号的乘积，所述调制信号的频率为fIF。
4.如权利要求1所述的唤醒接收机，其中，所述中频滤波器还被配置用于对所述唤醒接收机产生的基带热噪声信号进行滤波，得到部分基带热噪声信号。
5.如权利要求1所述的唤醒接收机，其中，所述唤醒信号生成模块包括：
基带低噪声放大器，被配置用于对所述调制信号进行放大，得到放大信号；
模数转换器，被配置用于对所述放大信号进行模数转换，得到数字信号；以及
相关器，被配置用于对所述数字信号进行解码得到所述二进制信号，在识别所述二进制信号为唤醒信号的情况下发出唤醒指令。
6.如权利要求1所述的唤醒接收机，其中，所述射频滤波器包括第一谐振器，所述第一谐振器的品质因数大于16000。
7.如权利要求6所述的唤醒接收机，其中，所述第一谐振器选自高次谐波体声波谐振器、单晶压电薄膜谐振器、横向过模体声波谐振器、绝缘体上压电薄膜谐振器、空心盘型谐振器、鳍式声学谐振器中的一种。
8.如权利要求1所述的唤醒接收机，其中，所述中频滤波器的带宽小于10Hz。
9.如权利要求1所述的唤醒接收机，其中，所述中频滤波器包括第二谐振器，所述第二谐振器的品质因数大于15000。
10.如权利要求9所述的唤醒接收机，其中，所述第二谐振器选自石英晶体谐振器、金刚石晶体谐振器、蓝宝石晶体谐振器、碳化硅晶体谐振器、铌酸锂晶体谐振器、钽酸锂晶体谐振器中的一种。
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