[实用新型]全集成CMOS超再生时分复用无线接收机结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及通信领域中短距离无线超再生接收机系统架构。 

背景技术

基于超再生理论的无线接收机由于具有结构简单、功耗低、成本低等优点，非常适合无线传感网、家庭自动控制、防盗等短距离无线通信系统。 

图1为典型的超再生接收机，包括射频放大器、超再生振荡器(SRO)、熄灭信号产生电路、包络检波电路和解调电路等。超再生振荡器工作在间歇振荡状态，由熄灭信号控制其间歇振荡周期，但在每个振荡周期内的起振时间则主要由经过低噪声放大器放大后的输入信号决定。当输入信号频率与振荡器频率一致或者输入信号强度较强时，振荡器起振时间变短，反之，起振时间增加，这种随着输入信号频率或强度变化而变化的起振时间就是超再生接收机区别输入信号逻辑的依据。经过包络检波后，这种起振时间的变化转变为脉冲宽度的变化，脉冲经过解调电路后得到输出数据。 

超再生接收机接收信号的能力依赖其超再生振荡器在接收到信号时起振时间的变化，该变化量越大，系统接收灵敏度越高。但是，超再生振荡器工作在间歇振荡状态，其起振时间对工艺、温度、噪声等十分敏感。上述因素可能使得振荡器起振过快或者过慢，甚至不起振，导致系统无法正确识别信号。理论上，可以通过改变振荡器的偏置电流大小来控制振荡器的起振时间。但该电流随工艺和温度等因素变化较大，难以控制。为了稳定振荡器的工作状态，由微处理器和数模转换器构成的复杂的控制电路被用来自动搜寻和矫正振荡器的偏置电流，这大大增加了系统的复杂度。 

本实用新型采用由超再生振荡器、高效率包络检波器和高精度电荷泵等构成的类似于锁相环的环路来控制振荡器的偏置电流，从而稳定振荡器的起振状态，具有结构简单、易于集成和性能稳定等优点。但获得稳定的起振状态和提高接收灵敏度之间是矛盾的。为此，本实用新型的接收机采用了时分复用的控制模式，有效的避免了这一矛盾。另外，为了尽量减小控制时钟产生的噪声对接收灵敏度的影响，接收机内部集成了多路控制时钟和熄灭信号产生电路，使得整个接收机工作在同步时钟模式。 

实用新型内容

本实用新型重点解决了负反馈控制环路的理论问题，振荡器起振时间和电流源、注入信号强度的关系问题，负反馈控制环路的稳定性问题。由于环路控制的目的是稳定超再生振荡器的起振状态，而信号的接收要求振荡器根据接收信号的强度不停的改变起振状态，二者是矛盾的。本实用新型通过采用时分复用的体系结构使得二者得到了很好的平衡和兼容，化解了这一矛盾。为了此体系结构的稳定工作，并提高系统的性能，实用新型中对每个主要电路模块都进行深入的分析和研究，并提出了多项改进措施，使得各个电路模块能够稳定地为系统服务，并具有较高的电路性能。全集成CMOS超再生时分复用无线接收机结构是：射频放大器连接超再生震荡器SRO，再通过包络检波电路进入比较器，通过逻辑电路反馈给电荷泵，经过低通滤波器，和熄灭信号产生电路共同连接控制振荡器形成连接环路，最后通过逻辑电路运算输出给数据解调电路完成整个结构功能，其特征是此结构拥有带环路控制功能的超再生震荡器SRO，熄灭信号产生电路，以及通过逻辑电路形成的反馈系统。 

附图说明

图1超再生接收机基本原理图 

图2本实用新型采用的超再生接收机系统原理图 

图3他熄式超再生接收机波形图 

图4射频放大器 

图5振荡器SRO 

图6熄灭信号产生电路 

图7电流源电路 

图8包络检波器 

图9电荷泵电路 

具体实施方式

本实用新型的超再生接收机结构如图2所示。该接收机工作在他熄方式，通过多个模块电路来实现系统要求的功能和性能。包括：射频放大器、带环路控制功能的SRO(包括SRO、包络检波电路、比较器、逻辑电路、电荷泵、低通滤波器)、熄灭信号产生电路和数据解调电路。 

下面将讨论本实用新型超再生接收机的具体电路模块实现： 

1，射频放大器的设计 

实用新型的射频放大器如图4所示。电路采用经典的共源共栅结构，该结构具有上限频率高，反向隔离度高等优点。 

与传统的有源电感相比，本实用新型设计的有源电感多了一个电阻Rd，如图4虚线框中所示。该电阻能有效减小MOS管M3的寄生电容Cgd的影响，在获得同等电感值前提下，Rd的引入使得品质因数和自谐振频率都能得到提高 

2，振荡器SRO的设计