【摘要】：近年來(lái),無(wú)線通信新技術(shù)不斷涌現(xiàn),推動(dòng)了無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,無(wú)線傳感網(wǎng)的低功耗技術(shù)成為新的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。論文對(duì)用于低功耗物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)的有源喚醒接收機(jī)進(jìn)行了深入地研究,重點(diǎn)關(guān)注如何重復(fù)利用無(wú)線節(jié)點(diǎn)中普遍存在的晶體及其振蕩器,提出了基于晶體振蕩器的超再生喚醒方案;本論文著重研究解決了晶體振蕩器的起振速度、超再生接收機(jī)頻率選擇性改善等核心問(wèn)題;該設(shè)計(jì)相當(dāng)于擴(kuò)展無(wú)線節(jié)點(diǎn)的晶體振蕩器的功能,兼具了喚醒接收機(jī)的能力,有效降低了帶喚醒功能的無(wú)線節(jié)點(diǎn)的面積和功耗,為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的低功耗實(shí)現(xiàn)提供了新的思路。主要工作及成果包括:1、分析了物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)的電路特點(diǎn),提出了一種共享晶體振蕩器的超再生喚醒接收機(jī)方案。從理論上研究了基于晶體振蕩器的超再生接收機(jī)的技術(shù)可行性,為分析接收機(jī)性能奠定了基礎(chǔ)。2、分析了傳統(tǒng)晶體振蕩器起振速度提升受限的原因,提出了一種能提高晶體振蕩器內(nèi)在的起振速度的理想架構(gòu),設(shè)計(jì)了無(wú)外注入能量的快速起振晶體振蕩器。仿真和實(shí)測(cè)表明,這種平衡差分反饋環(huán)式晶體振蕩器的起振速度與普通晶體振蕩器相比可提高10倍以上,完全達(dá)到了業(yè)界快速起振晶體振蕩器研究的最前沿水平。3、提出了將晶體振蕩放大器反向運(yùn)用的技術(shù)路線,解決了晶體超大的等效電感中貯存的能量因內(nèi)部存在諧振通路不易耗散的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)晶體振蕩器快速熄滅。4、為實(shí)現(xiàn)超再生振蕩器的反復(fù)啟停,設(shè)計(jì)了一種張弛振蕩器,并對(duì)該張弛振蕩器的振蕩頻率進(jìn)行了推導(dǎo)和計(jì)算。該低頻振蕩被用作熄滅控制,并且單向斜坡變化的振蕩使能信號(hào)實(shí)現(xiàn)了線性變化的時(shí)變阻尼和最優(yōu)的頻率選擇性。5、為了確保快速起振所需的平衡條件具備足夠的實(shí)用性,提出了復(fù)用超再生振蕩器中現(xiàn)有啟停機(jī)制進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)的方案。該方案利用寄生振蕩判斷平衡電容的誤差,并采用二進(jìn)制搜索算法經(jīng)過(guò)多次起振來(lái)自動(dòng)確定最佳電容值,保證了快速起振所需的平衡條件具備適應(yīng)不同工藝、溫度和工作電壓的魯棒性。6、使用TSMC 0.18μm CMOS工藝,設(shè)計(jì)了用于物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)的基于晶體振蕩器的超再生喚醒接收機(jī),并進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)和流片測(cè)試。該接收機(jī)芯片面積0.12mm~2。測(cè)試結(jié)果表明,超再生喚醒接收機(jī)接收性能優(yōu)異。外接26MHz晶體和5pF負(fù)載電容時(shí),靈敏度為-78dBm,數(shù)據(jù)率在250bps以上。頻率選擇性高于現(xiàn)有文獻(xiàn)成果50倍以上,其3dB和10dB帶寬緊縮到1.1 kHz和1.8 kHz,有效濾除目標(biāo)頻率之外干擾。7、最后將該超再生接收機(jī)在汽車PKE智能鑰匙中進(jìn)行了示例性地應(yīng)用,有效地降低喚醒部分電路所占體積和重量,并降低功耗。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN752.2;TN850
【圖文】：

圖 1-1 IoT 設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)與構(gòu)成分析自 2011 年開(kāi)始，著名通信設(shè)備公司愛(ài)立信公司每年都會(huì)對(duì)行業(yè)現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展做一次年度報(bào)告，關(guān)于移動(dòng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展 2017 年的報(bào)告[2]中、給出了圖 1-1 所示的數(shù)據(jù)，其顯示了 IoT 設(shè)備近幾年的發(fā)展以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)顯示目前大約有 200 億個(gè)

不同協(xié)議應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的功耗對(duì)比

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1 曾嫦;;200MHz高頻晶體振蕩器研制[J];電訊技術(shù);2011年07期

2 ;晶體振蕩器分類[J];今日電子;2007年03期

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本文編號(hào)：2741840