Детектор с нулевым смещением обеспечивает высокую чувствительность при потреблении наноэнергии

RF ID-метки, схемы, которые обнаруживают «пробуждающий» вызов и возвращают пакет данных, должны работать с очень низким током покоя в течение нескольких месяцев или лет, но при этом иметь достаточно заряда батареи для ответа на входящий вызов. Для наименьшего размера большинство из них работают в диапазоне сверхвысоких частот, где создание схемы микромощного приемника проблематично. Знакомые методы, такие как прямое преобразование, суперрегенерация или супергетродин, потребляют слишком много тока питания для длительного срока службы батареи. Лучший метод включает в себя технику, заимствованную из простых измерителей напряженности поля: настроенная схема и диодный детектор. На рис. 1 показана полная схема, которая была проверена на соответствие принципам работы на частоте 445 МГц. Эта схема содержит несколько улучшений по сравнению со стандартным измерителем напряженности поля L / C-with-whip. Настроенные схемы нелегко построить или контролировать в УВЧ, поэтому для согласования диода детектора (1N5712) с штыревой четвертьволновой антенной используется линия передачи. Участок линии передачи 0.23λ преобразует емкость диодного перехода 1 пФ (350 Ом) в виртуальное короткое замыкание в основании антенны. В то же время он преобразует принимаемый антенный ток в петлю напряжения на диоде, обеспечивая превосходную чувствительность.     Рисунок 1. Детектор поля наномощности. Смещение диода детектора может улучшить чувствительность 1, но только тогда, когда диод нагружен внешним сопротивлением постоянному току. Тщательный анализ кривой 1N5712 в начале координат показывает, что он следует уравнению идеального диода со шкалами в милливольтах и ​​наноамперах. Чтобы использовать диод с нулевым смещением в начале координат, схема внешнего компаратора не должна загружать выпрямленный выход. Компаратор наномощности LTC1540 и эталон - хороший выбор для этого приложения, поскольку он не только не нагружает диод, но и потребляет всего 300 нА от батареи. Это означает 10-кратное увеличение срока службы батареи по сравнению со схемами детекторов со смещением2. Входной сигнал - CMOS, а входной ток смещения состоит из утечки в небольшой ячейке защиты от электростатического разряда, подключенной между входом и землей. Входная утечка измеряется в пикоамперном диапазоне, тогда как 1N5712 пропускает сотни пикоампер. Любой выпрямленный выходной сигнал диода загружается самим диодом, а не LTC1540, и чувствительность может соответствовать чувствительности нагруженного смещенного детектора. Выпрямленный выход контролируется компаратором LTC1540. Внутренний опорный сигнал LTC1540 используется для установки порога около 18 мВ на инвертирующем входе. Нарастающий фронт на выходе компаратора запускает однократный импульс, который временно разрешает ответ и любые другие импульсные функции. Общий ток питания составляет 400 нА, при этом срок службы батареи составляет всего 7 мАч в течение пяти лет. Монолитные однозарядные устройства потребляют значительный ток нагрузки, но 4047-й - лучший в этом отношении. Одноразовый блок, созданный из дискретных логических элементов NAND, потребляет незначительную мощность. Чувствительность отличная, и схема может обнаруживать около 200 мВт от эталонного диполя на расстоянии 100 футов. Дальность действия, конечно же, зависит от рабочей частоты, ориентации антенны и окружающих препятствий. Чувствительность не зависит от напряжения питания; этот приемник будет работать как с батареей 9 В, так и с одним литиевым элементом. Длина линии передачи не зависит от частоты. Из-за уменьшения реактивного сопротивления диода электрическая длина будет сокращаться с увеличением частоты. Отрегулируйте длину линии для минимального импеданса точки питания на рабочей частоте. Если для измерения линии используется анализатор импеданса, вместо диода можно использовать конденсатор емкостью 1 пФ, чтобы избежать сильного влияния сигнала в самом диоде. Проконсультируйтесь с техническими данными производителя для точной характеристики импеданса диода на интересующей частоте. Примечания 1 Экклс, WH Беспроводная телеграфия и телефония, второе издание. Ben Brothers Limited, Лондон, 1918, стр. 272. 2 Ли, Митчелл. «Детектор со смещением обеспечивает высокую чувствительность при сверхнизком энергопотреблении». Линейная технология VII: 1 (февраль 1997 г.), стр. 21.

Оставить сообщение 

Список сообщений