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快启动振荡器(FOX)提升超外差性能

发布时间:2024-06-03 发布时间:
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汽车中常见的遥控无钥匙门锁(RKE)系统,是RF数据传输的一个常见应用。RKE系统可控制车门和旅行箱的开合,防盗报警。将来这一应用还可能包括远距离汽车的定位和启动。RKE系统由类似钥匙扣的发射器和车上的接收器构成。该系统的工作频率一般在300~450MHz之间,但在欧洲有些新系统正考虑使用ISM频段分配的868MHz。RKE系统的通讯是单向的,数据只从发射器到接收器。这种通信方式不但成本低,而且可以延长发射器里电池的寿命。RKE系统的工作很直观。开始工作时,用户按下钥匙扣上的按钮,启动内部的单片机发出一串数据流进入RF发射器。数据流包括前导数据、实际命令(比如锁门)、用于车辆识别的信道码和一些校验位。 完整的数据包(64~128bit)通常以2.4~20kHz的速率发送数据,RF调制方式用键控幅移(ASK)或键控开关(OOK,即调制度为0%和100%的ASK)。这些调制方式既能降低成本,又能延长钥匙扣里电池的寿命,而低价和长电池寿命恰恰是无线便携应用中非常重要的因素。 当RKE系统使用的数量很大(几千万)时,低价对其扩大市场非常有利。另外,长电池寿命对发射器和接收器来说都很重要。对钥匙扣发射器来说,电池寿命长意味着用户可以减少更换电池的次数。在综合考虑了携带方便和电池容量的条件下,目前钥匙扣发射器的电池寿命一般在2~5年。对接收器来说,电池寿命同样很重要。接收器必须一直开着,用户任何时候都可能发射命令。RKE接收器由汽车的蓄电池(即用于启动汽车的电池)供电,如果接收器的用电消耗太高,蓄电池就可能会没有足够的电力去发动汽车。从表面上看,这种担心似乎有点杞人忧天,汽车电池容量很大,而接收器的典型消耗只有1~5mA。当然,日常消耗这么小的电流根本不要紧,但是如果你把汽车停在机场长达几个星期或更长,情况就不一样了。 对于特定的RKE系统,电池容量与接收器的功耗和持续工作时间的乘积成正比。由此,系统会预先警告你汽车是否存足了30天以上的电量。 在超外差接收器中,振荡器的快速启动是如何影响电池寿命的那?为了简化计算,我们采用了一些中间值。前面已经讨论过数据包和传输速率,假定数据包是100bit,数据速率是10kHz(每比特0.1ms),那么发送100bit数据需要的时间为10ms。为了节省电能,我们把接收器的工作分成时间段,只让它短时间地开启一下,仅仅足够用来判定是否有有效的传输。由于接收器是分时工作的,我们必须提供额外的发送使接收器能检测出所需要的指令,通常是钥匙扣重复发送数据三次以上。如果总共发送4次,总的发送时间是4x10ms即40ms。接收器要动作,它必须至少要解码其中一次发送的100bit(10ms)。为了至少得到一个完整的传输,接收器必须轮询工作、检查是否有有效数据(当然,接收器可以一直开着,但是这样耗电较大),给定的40ms数据包不会重复,因此我们必须轮询得足够频繁,这样才能得到其中的一次完整10ms传输。很显然,最大的轮询时间间隔是30ms,超过这个时间间隔,就可能会错过接收命令。另外,系统时序可能有中断,或者有干扰或其他噪声破坏了数据。保守一点估算,系统应该能接收至少两条完整的传输,因此我们把时间间隔设为20ms。每隔20ms接收器唤醒一次去解码数据流,如果有数据就解码,否则进入睡眠状态等到下一个20ms。 为了判断接收到的数据是否有效,接收器至少需要7~8bit数据,即用0.75ms的时间去解码信息,以此确定接收到的数据是否为特定频率、特定格式的有效数据。因此,接收器必须每隔20ms唤醒约0.75ms,但目前很少有接收器能达到这一水平。接收器唤醒也需要时间,大多数接收器里的放大器能在很短的时间内稳定,但振荡器则做不到。振荡器内的压电晶体是一个电磁元件,它需要时间起振,需要更长的时间才能稳定在所需的频率上。接收器从打开到获得给定范围的振荡器频率(即稳定)的时间,是一个非常重要的参数。其他参数,如IF输出时间,会产生一些误导,当振荡器开始振荡时IF就有输出了,但是接收器的频率还没有锁定在发射器的频率上,这种情况就像收音机调到90MHz,但却实际收到了92MHz,当然,收音机在工作,但它却没有收到你所要的东西。 一般超外差接收机能在2~5ms时间内启动并稳定下来。假定在我们的讨论中是2.25ms,另外还需要0.75ms时间用于数据解码,这样在每20ms的时间间隔中需要3ms时间来检测钥匙扣发射的数据。MAX1470超外差接收机就不一样,它内置了一个快启动振荡器,通过维持晶体中的振荡来减少启动时间,能将启动时间从2.25ms减少到0.25ms。0.25ms加上0.75ms的数据解码时间,我们只需1ms时间来检测发射的数据,所用时间仅为原来的1/3,节省了电能。

大多数高性能超外差接收器(即有很高灵敏度)在5V工作时,消耗电流5mA;MAX1470的工作电压为3.3V,消耗电流5mA,同样具有极高的灵敏度。显然,MAX1470的功耗比一般接收器要低出很多。考虑到工作时间,在每20ms的时间段中,一般超外差接收器需要25mW×3ms=75μJ的能量,MAX1470只需要16.5mW×1ms=16.5uJ的能量。由此可以看出,MAX1470不但检测速度快,而且耗电少,相应的将电池的寿命延长了4~5倍。因MAX1470耗电少,所以可选用容量相对较小的电池,电池的尺寸也相应地减小。发射器电池尺寸的减小能带来很多优点,特别是应用在汽车行业中新的轮胎压力监控(TPM)系统中。 TPM发射器是一个放在轮胎中阀门杆上的发射扣,用来测量轮胎气压和温度,就像无线钥匙扣一样发送数据包。但是TPM信息发送得很频繁(相比按键再发送而言),因为要即时检测到气压问题。为了检测缓慢漏气情况,系统需要在汽车停放时依然监测每个轮胎。我们既不能在阀门杆上放置一个很大的电池,它会影响车轮平衡,也不能选用寿命较短的电池,因为接收器的电池更换起来并不很容易。由此可见,对TPM来说低功耗、高性能的传输系统是其基本要求。要满足以上要求,带快启动振荡器的超外差RKE接收器是一个上佳选择。


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