一种用于TPMS的低功耗高灵敏度低频通信接收机设计

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近年来,随着物联网的发展,汽车电子需求越来越旺盛。胎压监测系统作为汽车电子安全系统重要的组成部分也受到越来越多的关注。由于汽车轮胎内恶劣的工作环境,胎压监测系统不仅需要具备超低功耗,还要求在极端环境下稳定的工作,这对处于通信系统前端的接收机设计提出了挑战,一方面胎压监测系统(Tire Pressure  Monitoring System,TPMS)采用电池供电,且需要工作数年时间,因此需要设计超低功耗的前端接收机;另一方面TPMS系统工作环境比较嘈杂,周围干扰很大,要求接收机具有比较高的灵敏度。  本文设计的低频通信接收机为数模混合系统。包括模拟前端解调器和数字基带处理器,模拟前端部分应用亚阈值设计以及亚阈值功耗优化方法包括亚阈值电流源、亚阈值差分放大器、亚阈值整流器、亚阈值比较器等,数字基带包括采用中值滤波法设计的数字滤波器、曼彻斯特解码器等,整个低频通信接收机可以实现对载波为125kHz幅移键控调制(Amplitude Shift Keying,ASK)的信号进行接收,同时能正确唤醒MCU,并与MCU之间进行通信。针对TPMS纽扣电池供电环境和工作环境,设计的接收机可以工作在比较宽的电压范围以及温度范围,具有比较高的稳定性。  系统结构综合调谐射频结构与低中频结构,解调方式采用ASK非相干解调,整个CMOS芯片采用亚阈值设计,工艺采用中芯国际(SMIC)0.18μm工艺,低频接收机(Low Frequency Receiver,LFR)芯片占用总面积为0.96mm2,测试结果表明,设计的通信接收机工作电压范围2V-3.6V,温度范围-40℃-125℃,当采用3.3V供电时,静态消耗的电流为4.2μA,在125kHz载波和3.9kbit/s波特率下,系统灵敏度达到了0.4mVpp,工作状态下消耗的平均电流为15μA,实现的接收距离为30cm。
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