[发明专利]适用于电子收费系统的两级唤醒电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，是一种适用于国家标准的电子收费(ETC)系统的两级唤醒电路。

背景技术

智能无线电子收费系统(Electronic Toll Collection，ETC)是目前国家逐渐普及和广泛推荐的一种汽车收费站收费系统。这种系统在汽车窗角安装一个具有接收和发射射频信号功能的车载无线收费单元(On Board Unit，OBU)，在收费站设置一个路侧单元(Roadside Unit，RSU)。当汽车经过收费站时，路侧单元通过射频信号与车载单元OBU进行数据通信，自动扣除预充值在OBU里面的过路费。在汽车行车过程中就可以实现收费，节省时间，提高效率。全国智能运输系统标准化委员会制定了关于无线电子收费系统ETC的国家标准GB/T20851-2007。

ETC系统中，车载单元OBU只需要在经过收费站的时候才工作。为了节省OBU能耗，可以采用睡眠/唤醒模式。在正常行车过程中，OBU的主体电路处于休眠状态，直至经过收费站时，OBU的唤醒电路接收到路侧单元RSU发出的唤醒信号后，发出唤醒脉冲，使OBU主体由休眠状态转换为工作状态。即OBU真正工作时间很短，每次也只有几毫秒左右，而待机时间很长，全天24小时都处于待机状态。因此，OBU的待机功耗决定了OBU电池的续航时间。

路侧单元RSU连续向四周发射射频唤醒信号，此信号经车载单元OBU的天线接收和检波器转换，成为14kHz(10kHz-25KHz之间变化)的占空比为50％的微弱方波信号，当唤醒电路收到连续数个(17个以下)此频率的方波信号后，输出脉冲信号唤醒OBU。国标规定，ETC唤醒灵敏度为-40dBm。-40dBm的信号经常用检波器转换，可以转化成幅度为10mV左右的微弱信号。

ETC系统中，车载单元与路侧单元的工作距离为数米甚至数十米，唤醒灵敏度为-40dBm。无源标签和半无源标签都无法达到如此低的灵敏度。因此，车载单元一般通过有源标签实现，采用电池供电的形式。在待机状态下，唤醒电路由电池直接供电，一直工作，消耗一定的能量；而OBU单元的主体电路部分则处于休眠状态，在待机状态不消耗能量。当汽车经过收费站时，唤醒电路唤醒OBU单元的主体电路部分，建立与路侧单元的通讯。

ETC系统唤醒电路的要求如下：

待机功耗低：唤醒电路采用电池供电，并且长时间处于不断电状态，必须有很低的待机功耗。唤醒电路的待机功耗决定着整个OBU单元的待机功耗，实用化的OBU要求待机时间为数年之久。因此，低待机功耗为唤醒电路的首要考虑因素。

唤醒灵敏度适中：灵敏度即唤醒电路可以检测的最小信号幅度。从数值上，灵敏度越小，可检测的最小信号幅度越小，灵敏度越好。ETC系统唤醒灵敏度即为OBU主体单元被唤醒时候的最小信号幅度。唤醒灵敏度也是衡量ETC系统性能的一个重要指标。唤醒电路灵敏度要求保持在一定的范围之内。

灵敏度太小，车载单元与路侧单元相距较远时车载单元OBU就会转为工作状态，此时，OBU开始消耗能量，但是，由于距离过远，信号很弱，OBU与RSU无法建立有效通信，直到汽车驶近与RSU一定距离之内，两者才能建立有效通信。这样会增加OBU单元的工作时间，造成能量浪费。

灵敏度太大，则会导致车载单元与路侧单元工作距离过小。由于汽车为不停车收费，灵敏度过大，会导致在汽车靠近路侧单元至工作距离以内到汽车驶离路侧单元至工作距离以外的这段时间内，ETC没有足够的时间完成整个收费过程。或者直接导致汽车在通过收费站时，车载单元都没有被唤醒的情况。

适用于不同电源电压和温度条件：唤醒电路采用电池供电，为延长电池的使用寿命，唤醒电路需要在电池电压不足时也能正常工作。同时唤醒电路在露天环境下工作，也必须适用于不同的温度条件。GB/T 20851-2007规定，唤醒电路的工作温度在-25℃到75℃之间。

工艺健壮性强：为了大规模工业生产的需求，要求唤醒电路在各种工艺角下都能正常工作。

目前大多数唤醒电路采用分立器件或者集成元件搭建而成，这种方式实现的唤醒电路稳定性和一致性不足，同时体积大，成本高。此外，目前大多数唤醒电路的功耗在10μA量级，为了保持OBU单元数年的待机时间，需要大容量，高性能的电池供电，增加了整个ETC系统的成本和体积。