ES2257923B1 - SYNCHRONOUS HIGH PERFORMANCE SUPERREGENERATIVE RECEIVER. - Google Patents
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Abstract
Receptor superregenerativo síncrono de altas prestaciones. Consiste en un receptor superregenerativo que incorpora un sistema de control de extinción que permite efectuar las operaciones de adquisición y seguimiento de la fase de los datos presentes en la señal recibida. El generador de extinción (5) opera síncronamente con los pulsos de bit recibidos, generando un único ciclo de extinción durante cada período de bit. Este modo de operación permite mejorar la selectividad y la sensibilidad en recepción, así como obtener velocidades de transmisión más elevadas. El sistema aprovecha la correlación de bit efectuada por el oscilador superregenerativo (3) para generar una señal de control de la frecuencia (30) del generador de extinción. Consta de los siguientes elementos esenciales: un preamplificador de bajo ruido (2), un oscilador superregenerativo (3), un detector de envolvente (4), un generador de extinción (5) con control de frecuencia (30), un filtro de lazo (6) y un decisor de datos (7).High performance synchronous superregenerative receiver. It consists of a super-regenerative receiver that incorporates an extinction control system that allows the acquisition and monitoring of the phase of the data present in the received signal. The extinction generator (5) operates synchronously with the received bit pulses, generating a single extinction cycle during each bit period. This mode of operation allows to improve the selectivity and the sensitivity in reception, as well as to obtain higher transmission speeds. The system takes advantage of the bit correlation made by the super-regenerative oscillator (3) to generate a frequency control signal (30) from the extinction generator. It consists of the following essential elements: a low noise preamp (2), a super-regenerative oscillator (3), an envelope detector (4), an extinction generator (5) with frequency control (30), a loop filter (6) and a data decision maker (7).
Description
Receptor superregenerativo síncrono de altas prestaciones.Synchronous superregenerative receiver high benefits.
La presente invención está relacionada, en general, con los receptores de radio. Más concretamente, la invención se refiere a un receptor superregenerativo adaptado para la recepción eficiente de señales y que incorpora un sistema de sincronización.The present invention is related, in In general, with radio receivers. More specifically, the invention relates to a superregenerative receiver adapted for the efficient reception of signals and that incorporates a system of synchronization.
Los receptores de radio conocidos como superregenerativos se utilizan en radioenlaces de corto alcance gracias a su gran sencillez, bajo coste y reducido consumo. Algunos ejemplos de aplicación son: sistemas de control remoto, sistemas de telemetría de corta distancia y sistemas de transmisión de voz. Habitualmente, los fabricantes de este tipo de receptores persiguen en sus diseños la obtención de un consumo de potencia muy reducido así como la fabricación masiva de unidades a un bajo coste.Radio receivers known as Super regenerative are used in short range radio links thanks to its great simplicity, low cost and reduced consumption. Some Application examples are: remote control systems, systems Short distance telemetry and voice transmission systems. Usually, manufacturers of these types of receivers they pursue in their designs obtaining a very high power consumption reduced as well as the mass manufacturing of units to a low cost.
Por otro lado, existe una creciente utilización de radioenlaces de datos de corto alcance, como parte de redes de área local inalámbricas (WLAN) y sistemas de comunicación personal, que requiere el uso de terminales portátiles de tamaño, peso y consumo reducidos. Los estándares que regulan este tipo de comunicaciones utilizan las bandas de radiofrecuencia conocidas como ISM (industrial, scientific and medical), en las que es posible transmitir sin necesidad de licencia. Los terminales presentes en este tipo de radioenlaces están evolucionando para proporcionar velocidades de transmisión cada vez más elevadas, como son, por ejemplo, aquellos que soportan aplicaciones de tipo multimedia.On the other hand, there is a growing use of short-range data radio links, as part of wireless local area networks (WLAN) and personal communication systems, which requires the use of portable terminals of reduced size, weight and consumption. The standards that regulate this type of communications use the radio frequency bands known as ISM ( industrial, scientific and medical ), in which it is possible to transmit without the need for a license. The terminals present in this type of radio links are evolving to provide higher and higher transmission speeds, such as those that support multimedia applications.
La presente invención se caracteriza por utilizar un nuevo modo de funcionamiento del receptor superregenerativo en el que este opera más eficientemente, proporcionando velocidades de transmisión más elevadas y sin renunciar a las características propias del receptor, como son el bajo coste y el consumo de potencia reducido. Adicionalmente, el modo de operación propuesto permite obtener selectividades y sensibilidades mejores que las de los receptores superregenerativos convencionales. Estas características hacen que la presente invención sea susceptible de ser utilizada en aplicaciones ISM.The present invention is characterized by use a new receiver operating mode super-regenerative in which it operates more efficiently, providing higher transmission speeds and without give up the receiver's own characteristics, such as the Low cost and reduced power consumption. Additionally, the proposed mode of operation allows to obtain selectivities and sensitivities better than those of the receptors conventional super-regenerative. These features make the present invention may be used in ISM applications.
Uno de los inconvenientes tradicionales del receptor superregenerativo como receptor de señales de banda estrecha es su baja selectividad. Esta característica lo hace más vulnerable al ruido y a las interferencias en comparación con otros tipos de receptores, como por ejemplo los de tipo superheterodino. Recientemente, los autores de la presente invención han aprovechado esta propiedad para desarrollar un receptor superregenerativo de espectro ensanchado por secuencia directa, así como diversas variantes del mismo, que permite combinar las características propias del receptor, en términos de coste y consumo de potencia, con las ventajas de las comunicaciones de espectro ensanchado.One of the traditional disadvantages of super-regenerative receiver as a receiver of band signals narrow is its low selectivity. This feature makes it more vulnerable to noise and interference compared to others types of receptors, such as those of the superheterodyne type. Recently, the authors of the present invention have leveraged this property to develop a receiver super-regenerative spectrum spread by direct sequence, as well as various variants thereof, which allows combining the characteristics of the receiver, in terms of cost and power consumption, with the advantages of communications from spread spectrum.
La presente invención utiliza un nuevo modo de funcionamiento del receptor en el que, gracias a la acción de un sistema de control del generador de extinción, es posible conseguir que el receptor opere síncronamente con los datos recibidos, de forma que cada ciclo de extinción se corresponde con un único período de bit. El sistema de control permite efectuar las operaciones de adquisición y seguimiento de la fase de los datos recibidos y se caracteriza por su gran simplicidad.The present invention uses a new mode of operation of the receiver in which, thanks to the action of a extinguishing generator control system, it is possible to get that the receiver operates synchronously with the received data, of so that each extinction cycle corresponds to a single bit period The control system allows the acquisition and monitoring operations of the data phase received and characterized by its great simplicity.
La operación síncrona proporciona importantes beneficios en las prestaciones ofrecidas por el receptor, entre las que cabe destacar: mayor selectividad, mayor sensibilidad y la posibilidad de conseguir velocidades de transmisión de datos más elevadas.Synchronous operation provides important benefits in the benefits offered by the receiver, between which should be noted: greater selectivity, greater sensitivity and possibility of getting data transmission speeds more high.
El receptor superregenerativo fue presentado por Armstrong en 1922 [Arm-22] y, desde entonces, ha sido utilizado en aplicaciones diversas. Durante la década de 1930 fue ampliamente usado por radioaficionados como un económico receptor de onda corta. Diversos sistemas de tipo "walkie-talkie" se basaron en este receptor por su reducido peso y coste. En la Segunda Guerra Mundial se utilizó como baliza para la identificación radar de barcos y aeronaves [Whi-50]. A medida que el transistor empezó a reemplazar al tubo de vacío, el receptor superregenerativo quedó relegado a aplicaciones muy específicas. Sirvan como ejemplo: radares ligeros [Mil-68][Str-71], espectroscopia de resonancia nuclear [Bat-76] [Sub-81], receptores alimentados por energía solar [Coy-92] e instrumentación médica [Cre-94]. El principio de operación del receptor superregenerativo se ha implementado también con éxito en el campo de los amplificadores ópticos láser [Der-71] [Esp-99]. Actualmente, las principales aplicaciones del receptor superregenerativo se encuentran entre los enlaces de radio de corto alcance en donde el bajo coste y un consumo de potencia reducido son factores determinantes. Entre dichas aplicaciones destacan: sistemas de control remoto (puertas automáticas, alarmas de automóvil, robots, modelismo, etc.), sistemas de telemetría de corta distancia, teléfonos portátiles y similares.The superregenerative receptor was presented by Armstrong in 1922 [Arm-22] and, since then, has been used in various applications. During the 1930s It was widely used by radio amateurs as an economical shortwave receiver Various type systems "walkie-talkie" were based on this receiver by Its reduced weight and cost. In World War II it was used as a beacon for radar identification of ships and aircraft [Whi-50] As the transistor began to replace the vacuum tube, the super-regenerative receiver remained relegated to very specific applications. Serve as an example: light radars [Mil-68] [Str-71], nuclear resonance spectroscopy [Bat-76] [Sub-81], solar powered receivers [Coy-92] and medical instrumentation [Cre-94]. The principle of operation of the receiver super-regenerative has also been successfully implemented in the field of laser optical amplifiers [Der-71] [Eng-99]. Currently, the main applications of the superregenerative receptor are among the links of short range radius where low cost and consumption of reduced power are determining factors. Among those Applications stand out: remote control systems (doors automatic, car alarms, robots, modeling, etc.), short distance telemetry systems, portable phones and Similar.
Diversas innovaciones tecnológicas han ido apareciendo a lo largo del tiempo con el objetivo de mejorar las prestaciones del receptor superregenerativo. Se presenta a continuación una lista de patentes aparecidas en las últimas décadas:Various technological innovations have gone appearing over time with the aim of improving Superregenerative receiver performance. It is presented to Below a list of patents appeared in the latest decades:
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La patente de Ver Planck et al. se titula "Superregenerative Mixers and Amplifiers" y describe un receptor superregenerativo que incluye un diodo túnel. El diodo túnel se utiliza para amplificar la señal de radiofrecuencia y para mezclarla con la oscilación local, proporcionando una salida de frecuencia intermedia. La oscilación local es un armónico de la frecuencia de extinción aplicada al diodo túnel.The patent of See Planck et al. It is titled "Superregenerative Mixers and Amplifiers" and describes a superregenerative receiver that includes a tunnel diode. The tunnel diode is used to amplify the radio frequency signal and to mix it with the local oscillation, providing an intermediate frequency output. The local oscillation is a harmonic of the extinction frequency applied to the tunnel diode.
La patente de Davis se titula "Transistorized Superregenerative Radio Frequency Detector" e ilustra un detector superregenerativo de radiofrecuencia transistorizado de autoextinción, que utiliza una frecuencia de extinción mucho más alta que los receptores superregenerativos convencionales.Davis's patent is titled "Transistorized Superregenerative Radio Frequency Detector "and illustrates a transistorized radiofrequency superregenerative detector self-extinguishing, which uses a much more extinction frequency high than conventional superregenerative receptors.
La patente de Geller se titula "Digital Communications Receiver" y describe un receptor de señales de radiofrecuencia binarias. El detector superregenerativo proporciona una señal que, mediante una tensión constante de referencia y un comparador, genera una tensión de salida digital.Geller's patent is titled "Digital Communications Receiver "and describes a signal receiver Binary radiofrequency. The superregenerative detector provides a signal that, by means of a constant reference voltage and a comparator, generates a digital output voltage.
La patente de Minakuchi et al. se titula "Superregenerative Receiver" y describe un receptor superregenerativo que incluye un oscilador de extinción que permite convertir la señal recibida en una señal de baja frecuencia. El oscilador de extinción incluye un transistor, un circuito de retroalimentación positiva y un circuito RC.The Minakuchi et al. It is titled "Superregenerative Receiver" and describes a superregenerative receiver that includes an extinction oscillator that allows converting the received signal into a low frequency signal. The extinguishing oscillator includes a transistor, a positive feedback circuit and an RC circuit.
La patente de Masters se titula "Superregenerative Radio Receiver" e ilustra un receptor superregenerativo especialmente adaptado para asegurar la estabilidad en frecuencia del receptor con respecto a una frecuencia preseleccionada. El receptor incluye un receptor superregenerativo con una antena montada en un recinto especial que incorpora una superficie reflectora de señales de radio.The Masters patent is titled "Superregenerative Radio Receiver" and illustrates a receiver super-regenerative specially adapted to ensure the frequency stability of the receiver with respect to a preselected frequency. The receiver includes a receiver super-regenerative with an antenna mounted in a special enclosure that incorporates a reflective surface of radio signals.
La patente de Ash se titula "Superregenerative Detector Having a Saw Device in the Feedback Circuit" y describe un receptor superregenerativo que utiliza un único transistor con un dispositivo de onda acústica superficial en el lazo de retroalimentación, estabilizando así la frecuencia de oscilación.Ash's patent is titled "Superregenerative Detector Having a Saw Device in the Feedback Circuit "and describes a superregenerative receiver that uses a single transistor with a surface acoustic wave device in the feedback loop, thus stabilizing the frequency of oscillation.
La patente de Grindahl et al. se titula "Remotely Interrogated Transponder" e ilustra un transpondedor que puede ser interrogado de forma remota. El receptor incluye un oscilador, un detector, un demodulador y un circuito lógico. Utiliza como dispositivo selectivo en frecuencia una sección de microstrip cortocircuitada de media longitud de onda.The Grindahl et al. It is titled "Remotely Interrogated Transponder" and illustrates a transponder that can be interrogated remotely. The receiver includes an oscillator, a detector, a demodulator and a logic circuit. It uses a half-wavelength short-circuited microstrip section as a frequency selective device.
La patente de Meierdierck se titula "Superregenerative Detector" y describe un receptor superregenerativo mejorado que incluye un amplificador operacional y una señal de referencia que actúan sobre el propio receptor con el fin de someterlo a un funcionamiento lineal.Meierdierck's patent is titled "Superregenerative Detector" and describes a receiver Enhanced super-regenerative that includes an operational amplifier and a reference signal acting on the receiver itself with the in order to subject it to a linear operation.
La patente de McEwan se titula "Micropower RF Transponder with Superregenerative Receiver and RF Receiver with Sampling Mixer" y describe un transpondedor de radiofrecuencia que utiliza una adaptación del receptor superregenerativo en que el oscilador de extinción es externo al transistor regenerativo. El oscilador de extinción aplica una señal exponencialmente decreciente con el fin de conseguir una elevada sensibilidad y utiliza una configuración de alimentación que permite la operación con tensiones de alimentación muy bajas.McEwan's patent is titled "Micropower RF Transponder with Superregenerative Receiver and RF Receiver with Sampling Mixer "and describes a radio frequency transponder which uses a superregenerative receiver adaptation in which the Extinction oscillator is external to the regenerative transistor. He extinction oscillator applies a signal exponentially decreasing in order to achieve high sensitivity and uses a power setting that allows operation with very low supply voltages.
La patente de Mapes se titula "Superregenerative Oscillator RF Receiver with Differential Output" y describe un receptor superregenerativo con salida diferencial que mejora el margen de operación de la señal de salida así como la sensibilidad, sin que ello perjudique el coste ni en el consumo de corriente del receptor.The Mapes patent is titled "Superregenerative Oscillator RF Receiver with Differential Output "and describes a super-regenerative receiver with output differential that improves the operating range of the output signal as well as sensitivity, without affecting the cost or receiver current consumption.
La patente de Leibman se titula "Superregenerative Low-Power Receiver" y describe un receptor superregenerativo que incorpora un microprocesador cuya señal de reloj se utiliza para la extinción del receptor.Leibman's patent is titled "Superregenerative Low-Power Receiver" and describes a superregenerative receiver that incorporates a microprocessor whose clock signal is used for extinction of the receiver.
Recientemente han aparecido diversas publicaciones que presentan nuevos aspectos y realizaciones del receptor superregenerativo. Se presentan a continuación las más relevantes.Recently several have appeared publications that present new aspects and achievements of superregenerative receptor. Below are the most relevant.
En [Lee-96] se pone de manifiesto la existencia de comportamientos caóticos en los receptores superregenerativos.In [Lee-96] it gets manifest the existence of chaotic behaviors in superregenerative receptors
En [Jam-97] y [Buc-00] se presentan dos prototipos de receptor superregenerativo de alta frecuencia, concretamente en las bandas SHF y K_{A}, respectivamente.In [Jam-97] and [Buc-00] two receptor prototypes are presented super-regenerative high frequency, specifically in the bands SHF and K_ {A}, respectively.
En [Fav-98] se presenta un receptor superregenerativo de bajo consumo para aplicaciones ISM, integrado con tecnología CMOS de 0.8 \mum.In [Fav-98] a super low energy receiver for ISM applications, integrated with 0.8 µm CMOS technology.
En [Vou-01] se describe un receptor superregenerativo de bajo consumo a 1 GHz, integrado con tecnología CMOS de 0.35 \mum. Este receptor incluye un control automático de ganancia.[Vou-01] describes a 1 GHz low-power super-regenerative receiver, integrated with 0.35 µm CMOS technology. This receiver includes a control Automatic gain
En [Joe-01] se describe un transceptor superregenerativo de bajo consumo con control de tipo PLL compartido en el tiempo. El sistema incluye dos lazos de control: uno para el control de sensibilidad y selectividad y otro para el control de frecuencia.[Joe-01] describes a superregenerative low consumption transceiver with type control PLL shared over time. The system includes two ties of control: one for sensitivity and selectivity control and another for frequency control.
Finalmente, en [Mon-00], [Mon-01], [Mon-02a] y [Mon-02b] los autores de la presente invención describen diversas adaptaciones del receptor superregenerativo para la recepción de señales de espectro ensanchado por secuencia directa.Finally, in [Mon-00], [Mon-01], [Mon-02a] and [Mon-02b] the authors of the present invention describe various adaptations of the superregenerative receptor for the reception of spread spectrum signals by sequence direct.
En [Her-02] se describe un receptor superregenerativo adaptado para la recepción de señales moduladas en fase y en frecuencia. En dicho receptor se utiliza un sistema de sincronización similar en algunos aspectos al descrito en la presente invención. Sin embargo, a diferencia de la presente invención, se trata de un receptor coherente, este toma múltiples muestras de cada señal de bit, tal como sucede en los receptores superregenerativos convencionales, y los períodos de extinción se alternan con períodos de integración necesarios para la recuperación de los datos. La presente invención, por el contrario, efectúa una demodulación no coherente de la señal recibida, aplicando un único ciclo de extinción por cada período de bit y sin necesidad de ciclos adicionales de integración. Otra diferencia es que la presente invención no precisa de un filtro pasobajo entre la salida del detector de envolvente y el decisor de datos.[Her-02] describes a super-regenerative receiver adapted for signal reception modulated in phase and frequency. In said receiver a synchronization system similar in some aspects to the one described in the present invention. However, unlike this invention, it is a coherent receiver, this takes multiple samples of each bit signal, as it happens in the receivers conventional super-regenerative, and extinction periods are alternate with integration periods necessary for the data recovery The present invention, on the contrary, performs a non-coherent demodulation of the received signal, applying a single extinction cycle for each bit period and no need for additional integration cycles. Other difference is that the present invention does not require a low pass filter between the output of the envelope detector and the data decision maker.
[Arm-22] E.H. Armstrong. "Some recent developments of regenerative circuits". Proc. IRE, vol. 10, pp. 244-260, Aug. 1922.[Arm-22] EH Armstrong . "Some recent developments of regenerative circuits". Proc. IRE , vol. 10, pp. 244-260, Aug. 1922 .
[Whi-50] J.R. Whitehead. Super-Regenerative Receivers, Cambridge, U.K.Cambridge Univ. Press, 1950.[Whi-50] JR Whitehead . Super-Regenerative Receivers , Cambridge, UK Cambridge Univ. Press, 1950 .
[Mil-68] C.J. Milner, G.S. Shell. "A super-regenerative microwave Doppler moving-target indicator", IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. vt-17, no.1, Oct. 1968, pp. 13-23.[Mil-68] CJ Milner , GS Shell . "A super-regenerative microwave Doppler moving-target indicator", IEEE Transactions on Vehicular Technology , vol. vt-17, no.1, Oct. 1968 , pp. 13-23.
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[Der-71] L.N. Deryugin, B.P. Kulakov, V.K. Nurmukhametov. "Superregenerative amplification possibilities in a Q-switched laser", Radio Engineering and Electronic Physics, vol. 16, no. 1, Jan. 1971, pp. 119-26.[Der-71] LN Deryugin , BP Kulakov , VK Nurmukhametov . "Superregenerative amplification possibilities in a Q-switched laser", Radio Engineering and Electronic Physics , vol. 16, no. 1, Jan. 1971 , pp. 119-26.
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[Mon-02b] F. Xavier Moncunill Geniz. "New Super-Regenerative Architectures for Direct-Sequence Spread-Spectrum Communications", Tesis Doctoral, Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones, Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona, Septiembre de 2002.[Mon-02b] F. Xavier Moncunill Geniz . "New Super-Regenerative Architectures for Direct-Sequence Spread-Spectrum Communications", Doctoral Thesis, Department of Signal Theory and Communications, Polytechnic University of Catalonia, Barcelona, September 2002 .
La presente invención consiste en un receptor superregenerativo de banda estrecha que incorpora un sistema de control de extinción que efectúa las operaciones de adquisición y seguimiento de la fase de los datos recibidos, permitiendo la detección eficiente de los mismos.The present invention consists of a receiver super-regenerative narrowband that incorporates a system of extinction control that carries out the acquisition operations and phase monitoring of the received data, allowing the efficient detection of them.
Uno de los principales inconvenientes del receptor superregenerativo, tradicionalmente utilizado como receptor de señales de banda estrecha, es su baja selectividad. En cambio, mediante el modo de funcionamiento propuesto en la presente invención es posible paliar en gran medida o por completo dicho problema.One of the main drawbacks of superregenerative receiver, traditionally used as receiver of narrowband signals, is its low selectivity. In change, through the mode of operation proposed herein invention it is possible to alleviate to a large extent or completely said trouble.
Es conocido que el receptor superregenerativo presenta unos intervalos de sensibilidad, de duración notablemente más corta que el período de extinción, mediante los cuales efectúa un muestreo de la amplitud de la señal de radiofrecuencia aplicada a su entrada. El receptor superregenerativo convencional, en concreto, se caracteriza por efectuar un muestreo de la señal de entrada de forma asíncrona. En la presente invención, por el contrario, se efectúa dicho muestreo de forma síncrona, de manera que el receptor toma una muestra de cada pulso de bit de la señal digital recibida. El sistema de control de extinción que incorpora el receptor objeto de la presente invención permite adquirir y mantener el sincronismo de bit adecuado.It is known that the superregenerative receptor It has some sensitivity intervals, of notable duration shorter than the period of extinction, through which it effects a sampling of the amplitude of the radio frequency signal applied to entry. The conventional superregenerative receiver, in concrete, it is characterized by sampling the signal of Asynchronously input In the present invention, by the on the contrary, said sampling is carried out synchronously, so that the receiver takes a sample of each bit of the signal digital received. The extinguishing control system that incorporates the receiver object of the present invention allows to acquire and Maintain proper bit synchronism.
Las arquitecturas receptoras obtenidas se caracterizan por su gran simplicidad, permitiendo añadir a las características propias del receptor superregenerativo una notable mejora en sus prestaciones globales.The receiving architectures obtained are characterized by its great simplicity, allowing to add to the characteristics of the superregenerative receiver a remarkable improvement in its global benefits.
A diferencia de los receptores superregenerativos de espectro ensanchado presentados recientemente por los propios autores, la presente invención es aplicable a la recepción de señales digitales de banda estrecha.Unlike receivers spread spectrum superregenerative presented recently by the authors themselves, the present invention is applicable to the reception of digital band signals narrow.
La presente invención consta de las siguientes partes esenciales: un preamplificador de bajo ruido (2), un oscilador superregenerativo (3), un detector de envolvente (4), un generador de extinción (5) con control de frecuencia (30), un filtro de lazo (6) y un decisor de datos (7). Dependiendo de la variante del receptor utilizada, puede que alguna de estas partes esté duplicada u omitida.The present invention consists of the following essential parts: a low noise preamp (2), a superregenerative oscillator (3), an envelope detector (4), a extinguishing generator (5) with frequency control (30), a loop filter (6) and a data decision maker (7). Depending on the variant of the receiver used, some of these parts may is duplicated or omitted.
La función del amplificador de bajo ruido (2) es efectuar una adaptación entre la antena (1) y el oscilador superregenerativo (3), así como evitar la radiación de este último a través de la antena (1). Este amplificador es opcional.The function of the low noise amplifier (2) is make an adaptation between the antenna (1) and the oscillator super-regenerative (3), as well as avoiding radiation from the latter through the antenna (1). This amplifier is optional.
El oscilador superregenerativo (3) actúa como amplificador principal, efectuando además un filtrado pasobanda de la señal de radiofrecuencia recibida. En condiciones normales de funcionamiento, el pulso de bit recibido (20), preferentemente de los de tipo "de retorno a cero", debe coincidir con los intervalos de sensibilidad (21) del oscilador superregenerativo (3). De esta forma, la salida del oscilador superregenerativo está compuesta por un tren de pulsos de radiofrecuencia cuya amplitud y fase queda determinada por las características de los pulsos de bit presentes en la entrada. La amplitud de cada muestra depende de la correlación cruzada entre la envolvente del pulso muestreado (20) y la curva de sensibilidad del oscilador (21). Preferentemente, la señal de entrada es una modulación digital de amplitud, aunque también pueden utilizarse otros tipos de señales como, por ejemplo, modulaciones de frecuencia.The superregenerative oscillator (3) acts as main amplifier, also filtering bandpass of The radio frequency signal received. Under normal conditions of operation, the received bit pulse (20), preferably from those of type "zero return", must match the sensitivity intervals (21) of the superregenerative oscillator (3). In this way, the output of the superregenerative oscillator is composed of a train of radiofrequency pulses whose amplitude and phase is determined by the characteristics of the pulses of bit present in the input. The amplitude of each sample depends on cross correlation between sampled pulse envelope (20) and the oscillator sensitivity curve (21). Preferably, the input signal is a digital modulation of amplitude, although other types of signals can also be used such as frequency modulations.
La función del detector de envolvente (4) es pasar la señal de radiofrecuencia proporcionada por el oscilador superregenerativo a banda base.The function of the envelope detector (4) is pass the radio frequency signal provided by the oscillator superregenerative to baseband.
El generador de extinción (5) es un oscilador con control de frecuencia (30) que provoca la aparición y desaparición de oscilaciones en el oscilador superregenerativo, haciendo que los intervalos de sensibilidad (21) coincidan con los pulsos de bit (20). La frecuencia de extinción es igual a la frecuencia de bit.The extinction generator (5) is an oscillator with frequency control (30) that causes the appearance and disappearance of oscillations in the superregenerative oscillator, making the sensitivity intervals (21) coincide with the bit pulses (20). The extinction frequency is equal to the bit rate
El filtro de lazo (6) promedia la señal obtenida a lo largo de periodos de bit sucesivos y controla la frecuencia del oscilador de extinción para seguir la fase de los datos recibidos.The loop filter (6) averages the signal obtained over successive bit periods and controls the frequency of the extinction oscillator to follow the data phase received
Dependiendo del tipo de filtro, el receptor puede seguir estrictamente la frecuencia y la fase de la señal de entrada, o únicamente la frecuencia manteniendo cierto error de fase. Este filtro es opcional.Depending on the type of filter, the receiver can strictly follow the frequency and phase of the signal of input, or only the frequency while maintaining a certain error of phase. This filter is optional.
La función del decisor de datos (7) es recuperar el valor de bit mediante la comparación de los picos de señal proporcionados por el detector de envolvente (4), los cuales presentan dos estados diferenciados dependiendo del valor de bit correspondiente.The function of the data decision maker (7) is to recover the bit value by comparing the signal peaks provided by the envelope detector (4), which they have two different states depending on the bit value correspondent.
La Figura 1 muestra la realización más simple de la presente invención. Esta realización se compone de un receptor superregenerativo y un sistema de sincronización. El receptor superregenerativo se compone de: un preamplificador de bajo ruido (2), un oscilador superregenerativo (3), un detector de envolvente (4), un generador de extinción periódica (5) con control de frecuencia (30) y un decisor de datos (7). El sistema de sincronización se compone de un filtro de lazo (6). En este receptor, los intervalos de sensibilidad del oscilador superregenerativo (21) se centran durante la fase de seguimiento en el flanco ascendente o descendente de los pulsos de bit recibidos (20). De esta manera, el valor medio de la señal proporcionada por el detector de envolvente (4) constituye una señal de error, que crece o decrece según lo hace la fase del oscilador de extinción (5) con respecto a la señal recibida. El filtro de lazo (6) modifica la frecuencia del oscilador de extinción para corregir el error de fase. La frecuencia del generador de extinción (5) es igual a la frecuencia de bit de la señal recibida.Figure 1 shows the simplest embodiment of The present invention. This embodiment consists of a receiver Super regenerative and synchronization system. The receptor Super regenerative consists of: a low noise preamp (2), a superregenerative oscillator (3), an envelope detector (4), a periodic extinction generator (5) with control of frequency (30) and a data decision maker (7). System Synchronization consists of a loop filter (6). In this receiver, oscillator sensitivity intervals super-regenerative (21) focus during the follow-up phase on the rising or falling edge of the received bit pulses (twenty). In this way, the average value of the signal provided by the envelope detector (4) constitutes an error signal, which grows or decreases as the extinction oscillator phase does (5) with respect to the received signal. The loop filter (6) modify the frequency of the extinction oscillator to correct the phase error The frequency of the extinction generator (5) is equal to the bit rate of the received signal.
La Figura 4 muestra una realización alternativa de la presente invención. Esta realización se compone de un receptor superregenerativo y un sistema de sincronización de tipo tau-dither loop. El receptor superregenerativo se compone de: un preamplificador de bajo ruido (2), un oscilador superregenerativo (3), un detector de envolvente (4), un generador de extinción periódica (5) avanzada (31) y retardada (32) con control de frecuencia (30) y un decisor de datos (7). El sistema de sincronización se compone de: un conmutador (10) de extinción avanzada (31) y retardada (32), un generador de dither (8), un multiplicador de dither (9) y un filtro de lazo (6). En este receptor, se utiliza extinción periódica alternativamente avanzada (31) y retardada (32), con el objetivo de utilizar los flancos ascendente y descendente de los pulsos de bit recibidos (20) para generar la señal de control (30). Ello requiere la aplicación de extinción avanzada (31) y retardada (32), que provoca la aparición de intervalos de sensibilidad alternativamente adelantados (21) y retardados (23). El generador de dither (8) proporciona una señal de baja frecuencia que controla la aplicación de extinción avanzada (31) y retardada (32) mediante un conmutador (10) y, en función de aquélla y mediante un multiplicador de dither (9), asigna a la señal de entrada del filtro de lazo (6) un signo positivo o negativo. La frecuencia del generador de extinción (5) es igual a la frecuencia de bit de la señal recibida.Figure 4 shows an alternative embodiment of the present invention. This embodiment consists of a super-regenerative receiver and a tau-dither loop synchronization system. The superregenerative receiver consists of: a low noise preamp (2), a superregenerative oscillator (3), an envelope detector (4), an advanced (31) and delayed (32) periodic extinction generator (32) with control of frequency (30) and a decision maker (7). The synchronization system consists of: an advanced extinguishing switch (10) (31) and delayed (32), a dither generator (8), a dither multiplier (9) and a loop filter (6). In this receiver, alternately advanced (31) and delayed (32) periodic extinction is used, in order to use the rising and falling edges of the received bit pulses (20) to generate the control signal (30). This requires the application of advanced (31) and delayed (32) extinction, which causes the appearance of alternately advanced (21) and delayed (23) sensitivity intervals. The dither generator (8) provides a low frequency signal that controls the application of advanced (31) and delayed (32) extinction by means of a switch (10) and, depending on that and by a dither multiplier (9), Assign a positive or negative sign to the input signal of the loop filter (6). The frequency of the extinction generator (5) is equal to the bit frequency of the received signal.
La Figura 5 muestra otra realización alternativa de la presente invención. Esta realización se compone de un receptor superregenerativo y un sistema de sincronización de tipo delay-locked. El receptor superregenerativo se compone de: dos preamplificadores de bajo ruido (2), un oscilador superregenerativo (3) con extinción avanzada (31), un oscilador superregenerativo (3) con extinción retardada (31), dos detectores de envolvente (4), un generador de extinción periódica (5) avanzada (31) y retardada (32) con control de frecuencia (30) y un decisor de datos (7). El sistema de sincronización se compone de: un restador (11) y un filtro de lazo (6). En este receptor, se duplican algunos bloques para generar un ciclo de extinción avanzado (31) y otro retardado (32) en cada periodo de bit, con el objetivo de utilizar los flancos ascendente y descendente de los pulsos de bit recibidos (20) para generar la señal de control (30). Ello requiere la utilización de dos osciladores superregenerativos (3) con los correspondientes preamplificadores (2) y detectores de envolvente (4). A uno de los osciladores superregenerativos se le aplica extinción avanzada (31) y al otro retardada (32), por lo que en cada periodo de extinción se genera un periodo de sensibilidad avanzado (21) y otro retardado (23). Las señales procedentes de los detectores de envolvente (4) se restan (11) para generar, a través del filtro de lazo (6), la señal de control (30) del oscilador de extinción (5). La frecuencia del generador de extinción (5) es igual a la frecuencia de bit de la señal recibida. Una variante de esta realización, mostrada en la Figura 6, consiste en la utilización de un único preamplificador (2), un único detector de envolvente (4) y un único oscilador superregenerativo (3) cuya frecuencia de extinción es doble de la frecuencia de bit. Para ello se incluye un divisor de frecuencia (12) controlado por el generador de extinción (5) que distribuye mediante un conmutador (13) la señal proporcionada por el detector de envolvente (4) hacia las dos entradas del restador (11), con el fin de asignar signos opuestos a los ciclos de extinción avanzado y retardado.Figure 5 shows another alternative embodiment of the present invention. This embodiment consists of a super-regenerative receiver and a delay-locked synchronization system. The superregenerative receiver consists of: two low noise preamps (2), a superregenerative oscillator (3) with advanced extinction (31), a superregenerative oscillator (3) with delayed extinction (31), two envelope detectors (4), an advanced (31) and delayed (32) periodic extinction generator (32) with frequency control (30) and a data decision maker (7). The synchronization system consists of: a subtractor (11) and a loop filter (6). In this receiver, some blocks are duplicated to generate an advanced extinction cycle (31) and a delayed one (32) in each bit period, in order to use the rising and falling edges of the received bit pulses (20) to generate the control signal (30). This requires the use of two superregenerative oscillators (3) with the corresponding preamps (2) and envelope detectors (4). One of the superregenerative oscillators is applied advanced extinction (31) and the other delayed (32), so that in each extinction period an advanced sensitivity period (21) and another delayed (23) are generated. The signals from the envelope detectors (4) are subtracted (11) to generate, through the loop filter (6), the control signal (30) of the extinction oscillator (5). The frequency of the extinction generator (5) is equal to the bit frequency of the received signal. A variant of this embodiment, shown in Figure 6, consists in the use of a single preamp (2), a single envelope detector (4) and a single super-regenerative oscillator (3) whose extinction frequency is double the frequency of bit. This includes a frequency divider (12) controlled by the extinguishing generator (5) that distributes the signal provided by the envelope detector (4) to the two inputs of the subtractor (11) by means of a switch (13), with in order to assign opposite signs to advanced and delayed extinction cycles.
La Figura 1 muestra el diagrama de bloques de la realización más simple del receptor superregenerativo síncrono de altas prestaciones objeto de la presente invención, que incluye un lazo de sincronización y utiliza el flanco ascendente o descendente del pulso de bit recibido para llevar a cabo la sincronización.Figure 1 shows the block diagram of the simplest realization of the synchronous superregenerative receiver of high performance object of the present invention, which includes a sync loop and use the rising or falling edge of the received bit pulse to carry out the synchronization.
La Figura 2 muestra la envolvente de un pulso de bit (20) y la correspondiente ubicación temporal de la curva de sensibilidad (21) y la envolvente de la señal generada (22) en el oscilador superregenerativo, para el caso en el que el receptor utiliza el flanco ascendente del pulso de bit para la sincronización. Todas las curvas representadas están normalizadas a la unidad.Figure 2 shows the envelope of a pulse of bit (20) and the corresponding temporal location of the curve of sensitivity (21) and the envelope of the generated signal (22) in the superregenerative oscillator, for the case in which the receiver use the rising edge of the bit pulse for the synchronization. All curves represented are normalized to unit.
La Figura 3 muestra la envolvente de un pulso de bit (20) y la correspondiente ubicación temporal de las curvas de sensibilidad avanzadas (21) y retardadas (23), así como las correspondientes envolventes (22) (24) de la señal generada en el oscilador superregenerativo para el caso de las realizaciones alternativas que utilizan los flancos ascendente y descendente de los pulsos de bit para la sincronización. Todas las curvas representadas están normalizadas a la unidad.Figure 3 shows the envelope of a pulse of bit (20) and the corresponding temporal location of the curves of advanced (21) and delayed (23) sensitivity, as well as corresponding envelopes (22) (24) of the signal generated in the superregenerative oscillator in the case of the realizations alternatives that use the rising and falling flanks of Bit pulses for synchronization. All curves represented are normalized to the unit.
La Figura 4 muestra el diagrama de bloques de la realización alternativa del receptor que utiliza extinción periódica alternativamente avanzada y retardada (sincronización de tipo tau-dither loop). El receptor utiliza los flancos ascendente y descendente de los pulsos de bit recibidos para llevar a cabo la sincronización.Figure 4 shows the block diagram of the alternative embodiment of the receiver using alternately advanced and delayed periodic extinction ( tau-dither loop synchronization). The receiver uses the rising and falling edges of the received bit pulses to carry out the synchronization.
La Figura 5 muestra el diagrama de bloques de la realización alternativa del receptor en la que se utilizan dos osciladores superregenerativos con extinción respectivamente avanzada y retardada (sincronización de tipo delay-locked loop). El receptor utiliza los flancos ascendente y descendente de los pulsos de bit recibidos para llevar a cabo la sincronización.Figure 5 shows the block diagram of the alternative embodiment of the receiver in which two super-regenerative oscillators with respectively advanced and delayed extinction ( delay-locked loop synchronization) are used. The receiver uses the rising and falling edges of the received bit pulses to carry out the synchronization.
La Figura 6 muestra el diagrama de bloques de la realización alternativa del receptor en donde el oscilador superregenerativo opera a una frecuencia de extinción doble de la frecuencia de bit. El receptor utiliza los flancos ascendente y descendente de los pulsos de bit recibidos para llevar a cabo la sincronización.Figure 6 shows the block diagram of the alternative embodiment of the receiver where the oscillator superregenerative operates at a double extinction frequency of the bit rate The receiver uses the rising edges and descending bit pulses received to carry out the synchronization.
La Figura 7 muestra los detalles de la realización preferida.Figure 7 shows the details of the preferred embodiment
La realización preferida se basa en la configuración más simple, mostrada en la Figura 1 y que utiliza el flanco ascendente o descendente del pulso de bit recibido para llevar a cabo la sincronización. Esta configuración se caracteriza por ofrecer un buen compromiso entre prestaciones y simplicidad.The preferred embodiment is based on the simplest configuration, shown in Figure 1 and using the rising or falling edge of the received bit pulse for Carry out synchronization. This configuration is characterized for offering a good compromise between benefits and simplicity
La Figura 7 muestra el detalle de la realización preferida. En ella se aprecia la entrada de señal de radiofrecuencia (40), el preamplificador (2), el oscilador superregenerativo (3) y el detector de envolvente (4).Figure 7 shows the detail of the embodiment preferred. It shows the signal input of radio frequency (40), the preamp (2), the oscillator super-regenerative (3) and the envelope detector (4).
Para el procesado de la señal de radiofrecuencia se utilizan como dispositivos activos amplificadores de microondas integrados de banda ancha (tipo ERA3 de Mini-Circuits) (2) (44) (47), caracterizados por ofrecer impedancias de entrada y de salida adaptadas a 50 ohmios.For the processing of the radio frequency signal microwave amplifiers are used as active devices integrated broadband (type ERA3 of Mini-Circuits) (2) (44) (47), characterized by offer input and output impedances adapted to 50 ohm
La frecuencia de oscilación del oscilador superregenerativo (3) está estabilizada mediante un resonador de tipo hairpin (41) que opera como circuito selectivo en frecuencia, formando parte del lazo de retroalimentación del amplificador (44) del oscilador superregenerativo (3). El resonador (41) se conecta al resto de elementos del oscilador mediante dos líneas microstrip acopladas (42). Las líneas de retardo (43) introducen el desfase necesario para conseguir el total de 360º al cerrar el lazo. La ganancia del amplificador (44) se modifica de forma periódica mediante la señal de baja frecuencia (45) procedente del oscilador de extinción (5), provocando la aparición y la extinción de las oscilaciones de radiofrecuencia. El valor medio de la ganancia del amplificador (44) se ajusta mediante un potenciómetro (46).The oscillation frequency of the superregenerative oscillator (3) is stabilized by a hairpin type resonator (41) that operates as a frequency selective circuit, forming part of the feedback loop of the amplifier (44) of the superregenerative oscillator (3). The resonator (41) is connected to the rest of the oscillator elements by means of two coupled microstrip lines (42). The delay lines (43) introduce the necessary offset to achieve the total of 360º when closing the loop. The gain of the amplifier (44) is modified periodically by the low frequency signal (45) from the extinction oscillator (5), causing the occurrence and extinction of the radio frequency oscillations. The average gain value of the amplifier (44) is adjusted by a potentiometer (46).
El detector de envolvente (4) incluye un preamplificador (47), una capacidad ajustable (48), una línea microstrip (49) y dos diodos de alta velocidad (50), más una etapa amplificadora 5 de baja frecuencia a base de transistor (51). La capacidad ajustable (48) se utiliza a efectos de mejorar la adaptación y maximizar así el nivel de la señal de salida. La etapa amplificadora de baja frecuencia (51) incorpora a la salida un diodo (52) que restablece el nivel de continua de la señal.The envelope detector (4) includes a preamp (47), an adjustable capacity (48), a microstrip line (49) and two high speed diodes (50), plus a low frequency amplifier stage 5 based on transistor ( 51). The adjustable capacity (48) is used to improve the adaptation and thus maximize the level of the output signal. The low frequency amplifier stage (51) incorporates a diode (52) to the output that restores the level of the signal continuum.
La Figura 7 muestra también el esquema del filtro de lazo (6), el cual efectúa un filtrado pasobajo de primer orden. Este puede sustituirse por filtros más complejos con el fin de mejorar la capacidad de sincronización.Figure 7 also shows the scheme of loop filter (6), which performs first step filtering order. This can be replaced by more complex filters in order to improve synchronization capacity.
Como oscilador de extinción (5) con control de frecuencia (30) es posible utilizar cualquier topología de uso común, como por ejemplo las basadas en un oscilador de tipo Colpitts.As an extinction oscillator (5) with frequency control (30) it is possible to use any commonly used topology, such as those based on a Colpitts oscillator.
La recuperación de los datos se efectúa mediante un comparador con histéresis (53), tipo Schmitt trigger.The data is recovered by means of a hysteresis comparator (53), type Schmitt trigger .
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El receptor descrito como realización preferida se caracteriza por ofrecer unas prestaciones claramente superiores a las de los receptores superregenerativos convencionales. Operando en la banda ISM de 2.4 GHz, este receptor es capaz de proporcionar velocidades de transmisión por encima de 10 Mbit/s, cifra muy superior a las que proporcionan los receptores clásicos. Por otro lado, debido a que la anchura de la curva de sensibilidad (21) del oscilador superregenerativo (3) es comparable a la de los pulsos de bit recibidos (20), el ancho de banda de recepción resulta ser también comparable al de la señal recibida, y no mucho mayor, como es habitual en los receptores convencionales. Asimismo, mediante el uso de envolventes de bit adaptadas a la curva de sensibilidad (21) del oscilador superregenerativo (3), es posible introducir una mejora en la sensibilidad que típicamente oscila entre 5 y 10 dB. Finalmente, cabe señalar que el margen dinámico de la señal de entrada puede alcanzar los 60 dB.The receiver described as a preferred embodiment It is characterized by offering clearly superior performance to those of conventional superregenerative receptors. Operating In the 2.4 GHz ISM band, this receiver is able to provide transmission speeds above 10 Mbit / s, a very high figure superior to those provided by classical receivers. For another side, because the width of the sensitivity curve (21) of the superregenerative oscillator (3) is comparable to that of the pulses of bit received (20), the reception bandwidth turns out to be also comparable to the received signal, and not much higher, as It is common in conventional receivers. Also, through the use of bit envelopes adapted to the sensitivity curve (21) of the superregenerative oscillator (3), it is possible to enter a improvement in sensitivity that typically ranges from 5 to 10 dB. Finally, it should be noted that the dynamic range of the signal of input can reach 60 dB.
La realización preferida se caracteriza por su gran simplicidad. En particular, no requiere el filtro pasobajo que incorporan los receptores convencionales para eliminar las componentes residuales de la señal de extinción. Además, gracias a que la señal de extinción se sincroniza con los datos recibidos, esta arquitectura ofrece la posibilidad de utilizar dicha señal de extinción (45) como señal de reloj en los circuitos posteriores encargados de procesar los datos. Por este motivo, no es necesaria la incorporación de circuitos de recuperación de sincronismo de bit.The preferred embodiment is characterized by its great simplicity In particular, it does not require the low pass filter that incorporate conventional receivers to eliminate residual components of the extinction signal. Also, thanks to that the extinction signal is synchronized with the received data, this architecture offers the possibility of using said signal of extinction (45) as a clock signal in the subsequent circuits responsible for processing the data. For this reason, it is not necessary the incorporation of synchronism recovery circuits of bit.
Claims (14)
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| ES200401318A ES2257923B1 (en) | 2004-05-24 | 2004-05-24 | SYNCHRONOUS HIGH PERFORMANCE SUPERREGENERATIVE RECEIVER. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200401318A ES2257923B1 (en) | 2004-05-24 | 2004-05-24 | SYNCHRONOUS HIGH PERFORMANCE SUPERREGENERATIVE RECEIVER. |
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| ES2257923A1 ES2257923A1 (en) | 2006-08-01 |
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2004
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