專利名稱：超再生接收機及其節能方法
技術領域：
本發明涉及一種超再生接收機，且更具體地，涉及一種通過對應于周期 性接通/關斷的振蕩器的電力狀態(power state)而周期性接通/關斷其電力、 以減少平均功耗的超再生接收機。
本發明來源于由信息通信部(MIC)與信息技術推進研究院(IITA)的 信息技術(IT)研發(R&D )規劃支持的研究項目[2005-S-106-03, Development of Sensor Tag and Sensor Node Techniques for RFID/USN(用于RFID/USN的傳 感器標簽與傳感器節點技術的發展)]。
背景技術：
超再生接收機以其適當的靈敏度和低成本而聞名。超再生接收機已被廣 泛應用于遙控玩具、報警系統、以及監視器中。
超再生接收機基于振蕩器的起動(start-up)時間來檢測信號。起動時間 取決于通過天線接收的信號的功率和頻率。即使沒有輸入信號，振蕩器也可 以由于熱噪聲而非常緩慢地振蕩。
傳統的超再生接收機可以歸為兩類用于對輸入信號進行過采樣的通用 超再生接收機、以及用于對輸入信號僅進行一次過采樣的同步超再生接收機。

發明內容
由于需要延長無線傳感器網絡的使用壽命，所以要求進一步減少接收機 的功耗。然而，現有的接收機架構不能在不降低靈敏度的情況下滿足如此低 的功率要求。利用現有的可用技術，傳統通用超再生接收機和同步超再生接收機難以進一 步減少功耗。
本發明提供了一種用于控制工作周期(duty cycle)功率的方法，作為超 再生接收機中的歇振(quench)手段，以便在維持其選擇性和靈敏度的同時 減少超再生接收機的平均功耗。該方法包括調整占空比，并且周期性關斷 超再生接收機的電力，從而減少超再生接收機的功耗。
根據本發明的一方面，提供了一種超再生接收機包括振蕩器，具有起 動振蕩的起動時間段，所述起動時間段根據輸入信號的存在而變化；和功率 控制器，用于在振蕩器的起動時間段內供電。
所述功率控制器可以使用工作周期來供電，并且通過調整所述工作周期 的頻率來改變所述工作周期的時鐘關斷時間段與時鐘接通時間段之間的占空 比。
所述超再生接收機可以進一步包括絕緣放大器，用于將信號注入振蕩 器，并提供對來自振蕩器的輸入信號的反向隔離；包絡檢測器，用于檢測振 蕩器的包絡；和放大器，用于放大所述包絡，其中所述功率控制器連接到所 述絕緣放大器、所述振蕩器、所述包絡檢測器、和所述放大器。
可以延長電力關斷時間段直到所述工作周期的頻率與輸入信號的數據速 率相同為止。
根據本發明的另一方面，提供了一種用于減少超再生接收機的功耗的方 法，所述超再生接收機包括振蕩器，具有起動振蕩的起動時間段，所述起 動時間段根據輸入信號的存在而變化，其中所述方法包括通過在所述振蕩 器的起動時間段內向超再生接收機供電來控制功率。
超再生接收機可以進一步包括絕緣放大器，用于將信號注入振蕩器， 并提供對來自振蕩器的輸入信號的反向隔離；包絡檢測器，用于檢測振蕩器 的包絡；和放大器，用于放大所述包絡，其中所述控制功率的步驟包括在 所述振蕩器的起動時間段內向所述絕緣放大器、所述振蕩器、所述包絡檢測 器、和所述放大器供電。


通過參考附圖對本發明示范實施例進行詳細描述，本發明的以上及其他 特性和優點將變得更明顯，其中
圖1A和1B分別是傳統超再生接收機的框圖和時序圖；圖2A和2B分別是傳統同步超再生接收機的框圖和時序機的框圖和時序圖4A和4B分別是根據本發明實施例的用于順序控制工作周期的超再生接收機的框圖和時序圖；以及
圖5是根據本發明實施例的超再生接收機的框圖。
具體實施例方式
現在，將參考其中示出本發明示范實施例的附圖來對本發明進行更全面的描述。同樣的附圖標記始終是指同樣的元件。在這點上，本實施例可具有不同的形式，并不應被解釋為限于在此提出的描述。相應地，下面通過參考附圖來僅對所述實施例進行描述，以說明本發明的各方面。
圖1A和1B分別是傳統超再生接收機100的框圖和時序圖。參考圖1A和1B，傳統超再生接收纟幾100對輸入信號101進行過采樣。在此情況下，需要歇振頻率遠大于輸入信號數據速率R。低通濾波器140的截止頻率遠大于輸入信號數據速率R并且遠小于歇振頻率，以便從通過包絡;險測器130的信號中去除歇振信號。
因此，歇振頻率必須至少是輸入信號數據速率R的兩倍。結果，已經通過低通濾波器140的輸入信號101被解調，在基帶放大器150中被放大，并且由限幅器(slicer) 160將其恢復為數字信號161。
圖2A和2B分別是傳統同步超再生接收機200的框圖和時序圖。參考圖2A和2B，同步超再生接收機200對輸入信號僅采樣一次。在此情況下，歇振頻率與迅速增加的輸入信號數據速率R幾乎相同。更詳細地，在相同的時
間段期間，傳統同步超再生接收機200可以比圖1A和1B所示的傳統超再生接收機IOO接收更大量的比特，從而增加了數據傳送速率。
圖1A和1B所示的傳統超再生接收機100通過對1比特的輸入信號進行過采樣并執行至少幾個時鐘周期，來通過至少幾個時鐘周期表達1比特的數據。其間，圖2A和2B所示的傳統同步超再生接收機200通過對1比特的輸入信號僅進行一次采樣來表達1比特的數據，從而在相同的時間段期間與圖1A和1B所示的傳統超再生接收機100相比接收更大量的比特，使得數據傳送速率增力口。使用傳統同步超再生接收機200中的數據速率環路濾波器270以同步輸入數據和歇振信號。
與圖1和2所示的傳統超再生接收機周期性接通和關斷振蕩器的傳統構思不同，由本發明的超再生接收機執行的基本處理包括周期性接通和關斷超再生接收才幾的全部電力。
通過延長關斷超再生接收機的電力的時間段，來進一步減少本發明的超再生接收機的平均功耗。可以將關斷超再生接收機的電力的時間段延長直到輸入信號數據速率R與用于控制全部電力的控制信號的時鐘頻率相同為止。在下文中，將對本發明的超再生接收機進行描述。
圖3A和3B分別是根據本發明實施例的用于控制工作周期的超再生接收機300的框圖和時序圖。
參考圖3A，與周期性接通和關斷振蕩器320的傳統方法不同，周期性接通和關斷超再生接收機300的電力。更詳細地，超再生接收機300在振蕩器320開始振蕩的起動時間段期間檢測信號。
在關斷振蕩器320的同時，關斷超再生接收機300的電力，從而減少來自電源的功耗。此外，通過延長在其期間關斷超再生接收機300的全部電力的時間段，來進一步減少超再生接收機300的平均功耗。
可以通過控制功率控制時鐘372和472的工作周期頻率的比率來調整由超再生接收機300消耗的功率量。可以通過調整工作周期頻率來控制工作周期頻率的比率。更詳細地，可以延長功率控制時鐘372和472的工作周期頻率，使得工作周期頻率與輸入數據速率的頻率相同。輸入數據速率是一秒鐘傳送的比特數。
超再生接收機300包括絕緣放大器310、振蕩器320、包絡檢測器330、放大器340、限幅器350、和功率控制器360。
絕緣放大器310提供振蕩器320和天線之間的反向隔離(reverseisolation ),并將信號注入振蕩器320。
振蕩器320基于起動時間差來檢測信號。由用于生成停用(block)振蕩器或功率控制器360的信號的歇振信號發生器(參見圖1A和2A)來調整振蕩器320。
包絡檢測器330檢測振蕩器320的包絡。
放大器340放大振蕩器320的包絡信號，使得振蕩器320正確操作。限幅器350從由放大器340放大的包絡信號中恢復數字信號。
功率控制器360連接到絕緣放大器310、振蕩器320、包絡檢測器330、和放大器340，并生成工作周期信號以接通和關斷電路的全部電力。
僅當功率控制器360接通超再生接收機300的電力時，由天線接收的信號才通過絕緣放大器310注入振蕩器320。然后，振蕩器320對由絕緣放大器310注入的信號進行采樣并開始振蕩。
在功率控制器360接通超再生接收機300的電力之前，振蕩器320開始振蕩小信號。甚至在放大器340放大振蕩器320的包絡信號之后，也維持低于參考電壓的信號電平。
參考圖3B, RF輸入371是OOK調制后的RF信號。功率控制時鐘372是功率控制器360的工作周期功率控制信號。
通過限幅器350的轉換后的數字信號為"0"。然而，當天線接收到輸入信號時，在超再生接收機300的全部電力關斷之前(373a),振蕩器320更快速地振蕩。在此情況下，振蕩信號具有非常大的振幅并且飽和。數字信號被檢測為T (374a)。
圖4A和4B分別是才艮據本發明實施例的用于順序控制工作周期的超再生接收機400的框圖和時序圖。超再生接收機400是對圖3A所示的超再生接收機300的改進。由于與圖3A所示的元件對應的圖4A所示的元件實質上彼此相同或相似，并因而這里將不重復其詳細描述。
由功率控制時鐘472生成用于調整振蕩器420的通電和斷電的工作周期信號473。工作周期信號473比功率控制時鐘信號472更小。
更詳細地，經由延遲單元461將工作周期信號473施加到振蕩器420，使得接通超再生接收機400的其他元件，并使得它們在振蕩器420對輸入信號進行采樣之前穩定。
延遲單元461對由功率控制器460輸入的功率控制時鐘進行延遲，生成延遲后的功率控制時鐘，并通過與門462生成來自振蕩器420的功率控制時鐘。(在權利要求中"延遲單元，連接到所述功率控制器，并延遲由所述功率控制器供應的電力" 一一與以上對于延遲單元461的描述相同嗎？是！！)更詳細地，超再生接收才幾400 4吏用延遲單元461,以接通其他元件并在振蕩器420采樣輸入信號之前使它們穩定。
超再生接收機400可進一步包括用于調整振蕩器420的振蕩頻率和Q因子的校準電路(未示出)，以便提高其性能。
在此情況下，在4交準和檢測時間段期間，超再生接收機400接通并調整Q因子和振蕩頻率。在檢測時間段期間，超再生接收機400在沒有校準電路的情況下執行以上參考圖4描述的操作。校準電路的示例是數字校準電路。校準電路是用于檢測振蕩頻率的電路，如果頻率偏離，則調整振蕩器420的電容分量，并允許振蕩器420以預定頻率進行振蕩。
校準時間段是在超再生接收機400關斷的同時、振蕩器420以預定頻率振蕩的時間段。更詳細地，校準時間段排除了檢測時間段和接通超再生接收機400的時間段。此外，檢測時間段是當振蕩器420以穩定狀態振蕩并檢測通過包絡檢測器的信號的時間段。
圖5是根據本發明實施例的超再生接收才幾500的框圖。
參考圖5，超再生接收機500包括振蕩器530和功率控制器510。
振蕩器530取決于輸入信號是否具有振蕩起動時間。功率控制器510僅在振蕩器530的起動時間段內控制向絕緣放大器520、振蕩器530、包紹"險測器540、和放大器550的供電。
可替換地，超再生接收機500可以進一步包括參考圖4A和4B描述的延遲單元(未示出)。
延遲單元一端連接到功率控制器510，而另一端連接到振蕩器530,在功率控制器510為絕緣放大器520、包絡檢測器540、和放大器550穩定加電之后向振蕩器530供電。
然而，本發明不限于此，用于實現超再生接收機500的其他元件可以連接到功率控制器510并可接通和關斷以便減少功耗。
本發明還可以實施為計算機可讀記錄介質上的計算機可讀代碼。計算機可讀記錄介質是可存儲其后可以由計算機系統讀取的數據的任何數據存儲裝置。計算機可讀記錄介質的示例包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、 CD-ROM、磁帶、軟盤、光學數據存儲裝置、和載波。計算機可讀記錄介質也可為分布式網絡耦合計算機系統(distributed network coupledcomputer system),使得以分布式方式來存儲和執行計算機可讀代碼。
本發明使用在超再生接收機中作為歇振部件而使用的功率控制器，以在維持超再生接收機的選擇性和靈敏性的同時、減少超再生接收機的平均功耗。此外，通過調整功率控制器的占空比，可能簡單地調整覺醒(wakeup)接收機的平均功耗，以便滿足覺醒接收機的要求。本發明還可適用于任何其他低數據速率或低功率儀器。
領域的普通技術人員將理解，可以在其中做出形式和細節上的各種改變，而不脫離由所附權利要求限定的本發明的精神和范圍。
權利要求
1. 一種超再生接收機包括振蕩器，具有起動振蕩的起動時間段，所述起動時間段根據輸入信號的存在而變化；和功率控制器，用于在振蕩器的起動時間段內供電。
2. 如權利要求1所述的超再生接收機，進一步包括絕緣放大器，用于將信號注入振蕩器，并提供對來自振蕩器的輸入信號 的反向隔離；包絡檢測器，用于檢測振蕩器的包絡；和 放大器，用于放大所述包絡，其中所述功率控制器連接到所述絕緣放大器、所述振蕩器、所述包絡檢 測器、和所述放大器。
3. 如權利要求2所述的超再生接收機，其中所述功率控制器使用工作周 期來供電，并且通過調整所述工作周期的頻率來改變所述工作周期的時鐘關 斷時間段與時鐘接通時間段之間的占空比。
4. 如權利要求2所述的超再生接收機，進一步包括延遲單元，連接到 所述功率控制器，并延遲由所述功率控制器供應的電力，其中所述振蕩器連接到所述延遲單元，并且如果所述功率控制器連接到 所述絕緣放大器、所述包絡檢測器、和所述放大器，則所述振蕩器接收通過 所述延遲單元延遲后的電力。
5. 如權利要求3所述的超再生接收機，其中延長電力關斷時間段直到所 述工作周期的頻率與輸入信號的數據速率相同為止。
6. 如權利要求2所述的超再生接收機，其中所述振蕩器利用校準電路來 調整振蕩頻率。
7. —種用于減少超再生接收機的功耗的方法，所述超再生接收機包括 振蕩器，具有起動振蕩的起動時間段，所述起動時間段根據輸入信號的存在 而變化，其中所述方法包括通過在所述振蕩器的起動時間段內向超再生接收機供電來控制功率。
8. 如權利要求7所述的方法，其中所述超再生接收機進一步包括 絕緣放大器，用于將信號注入振蕩器，并提供對來自振蕩器的輸入信號的反向隔離；包絡檢測器，用于檢測振蕩器的包絡；和 放大器，用于放大所述包絡，其中所述控制功率的步驟包括在所述振蕩器的起動時間段內向所述絕 緣放大器、所述振蕩器、所述包絡檢測器、和所述放大器供電。
9. 如權利要求8所述的方法，其中所述控制功率的步驟包括通過使用 工作周期來供電，并且通過調整所述工作周期的頻率來改變所述工作周期的 時鐘關斷時間段與時鐘開啟時間段的占空比。
10. 如權利要求8所述的方法，進一步包括延遲在所述控制功率的步 驟中生成的電力，其中在延遲電力之后向振蕩器供電，并且直接向所述絕緣放大器、所述 包絡檢測器、和所述放大器供電。
11. 如權利要求9所述的方法，其中延長電力關斷時間段直到所述工作 周期的頻率與輸入信號的教:據速率相同為止。
12. 如權利要求8所述的方法，其中所述振蕩器利用校準電路來調整振 蕩頻率。
全文摘要
提供了一種低功耗超再生接收機和一種用于減少所述低功耗超再生接收機的功耗的方法。所述超再生接收機包括振蕩器，具有起動振蕩的起動時間段，所述起動時間段根據輸入信號的存在而改變；和功率控制器，用于在所述振蕩器的所述起動時間段內供電。
文檔編號H04B1/16GK101483447SQ200810190869
公開日2009年7月15日 申請日期2008年12月12日 優先權日2007年12月12日
發明者于曉華, 姜鎬龍, 尹大榮, 李相國, 特朗格·K·古延, 表喆植, 金智恩, 金來洙, 韓錫均 申請人:韓國電子通信研究院;韓國情報通信大學校產學協力團