一种应用于WSN节点的超低功耗唤醒接收机设计

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuzuhua
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,随着传感器技术与无线通信技术的发展,无线传感器网络(WSN)已成为学术界与工业界的一个研究热点。实现低功耗集成化节点是目前WSN的主要发展趋势之一。由于在现有WSN节点上用于通信的功耗占总功耗比重较大,因此实现低功耗WSN节点的一个有效方法就是降低节点上的通信功耗。采用唤醒接收机来实现休眠/唤醒通信是一种目前被广泛研究的WSN节点低功耗通信方案。在该方案中,没有数据通信时主收发机会处于休眠状态,而唤醒接收机负责在数据通信开始前将其激活。由于唤醒接收机要一直处于工作状态以监测来自其他节点的数据通信请求信号,因此如何实现一个具有超低功耗的唤醒接收机是凸显该方案优势的关键。在研究上述休眠/唤醒通信方案的基础上,本文提出了一种将包络检波器作为射频前端的第一级并在基带电路中采用过采样电压比较器来恢复数据信号的集成唤醒接收机,其具有超低功耗、灵敏度高和实现面积小的优势。为了抑制电源噪声以及共模噪声对信号处理的影响,所提出的唤醒接收机采用了差分形式的基带接收通路。对于具体的电路实现,首先,为了提升唤醒接收机的灵敏度,本文设计了一种单端转差分无源包络检波器,与传统单端无源包络检波器相比,其不仅可以在输出端获得差分的包络信号,而且还可以在不增加输出信号上升时间的前提下获得2倍的转换增益和输出信噪比。其次,论文提出了一种基于电压域-时间域(V-T)转换的差分输入电压比较器,其可在完成电压比较的同时在转换过程中附加低通滤波的特性,与传统结构中使用无源RC低通滤波器级联电压比较器相比,大大地减小了芯片实现的面积。另外,为了消除差分基带接收通路的正负信号路径之间的失调,本文根据V-T转换的特征提出了一种基于离散时间锁相环(PLL)的直流失调校准环路,其可在多个采样周期后等效地消除失调,从而提高了唤醒接收机对工艺失配的鲁棒性。最后,为了解决传统基准电流源在低电源电压下不能使用共源共栅结构来提升电源调整率的问题,本文还设计了一种基于电压箝位的改进基准电流源,其可在低电源电压下实现具有高电源抑制(PSR)的基准电流。基于TSMC 65nm LP CMOS工艺,本文完成了所提出的超低功耗唤醒接收机的电路原理图设计和版图实现。所设计的唤醒接收机兼容ISM频段,使用的载波频率为434MHz,调制方式OOK调制,数据传输速率为250bps。仿真结果表明所设计的唤醒接收机可以正常地实现唤醒功能,在误报率(FAR)小于1/h以及漏检率(MDR)小于10-3的水平下实现了-72d Bm的接收灵敏度,在0.6V电源电压下消耗的功率为17.9n W。版图实现结果表明整个唤醒接收机芯片的面积为0.9mm×0.6mm,其中核心电路占据的面积为0.6mm×0.3mm。
其他文献
目前智能终端设备呈现小型化,移动化的特点,但由于体积、功率等限制,这些智能终端能感知到的信息维度较少。现有移动终端上最常见的感知成像设备是光学传感器,其布置灵活,使用方便,但是它很容易受到光路遮挡等影响,对使用环境有要求。基于电磁波的传感器(雷达)则可以避开上述问题,感知更多维度的信息。本文围绕基于移动终端的高精度感知成像雷达相关技术展开研究,以实现近场三维成像和降低阵列成本为目的,研究了实孔径条
新型硬件和嵌入式软件平台的发展,促进移动自组织网络朝向蜂群、协同、智能化的方向发展,展现出移动自组织网络实用性的特性,同时也带来许多新的挑战。另外,移动自组织网络向着大规模、快速组织、快速部署的方向发展,然而传统移动自组织网络的相关技术并不能满足上述需求。软件定义网络通过可编程的数据平面、集中式控制器以及开放的北向接口,可实现网络的快速部署和新型协议的测试验证。因此,融合两种网络特性,实现软件定义
异构网络(Heterogeneous Network,Het Net)中,宏蜂窝与小蜂窝重叠覆盖并使用相同的频谱资源来提高频谱利用率的方式,导致其中的干扰问题尤为严重。早期研究中,将干扰当作噪声处理、解调干扰信号或者正交复用资源等技术已难以满足实际的干扰管理需求。干扰对齐(Interference Alignment,IA)作为一种革命性的干扰消除技术,为干扰处理领域提供了新思路。因此,论文将利用
FBMC作为一种基于滤波器组的多载波通信系统,具有频谱旁瓣低、带外泄露小的优点,使用单独设计的原型滤波器,可以达到比OFDM系统更高的频谱利用率。在不久的将来,随着对FBMC系统低复杂度实现方式的深入研究以及硬件技术的进一步发展,FBMC系统的大规模应用成为可能。在5G或未来通信中,它将扮演越来越重要的角色,并有望成为OFDM的替代性方案,适应更加多样化的应用场景。但是,和OFDM系统一样,它仍然
雾与霾是常见的天气现象,在有雾天气或有霾天气下拍摄的图像,通常存在亮度和对比度下降以及信息损失严重等问题,这些问题会严重影响后续计算机视觉任务的性能。图像匹配算法,作为众多计算机视觉任务的基础,依托于图像特征信息,其性能受输入图像质量所影响。当其输入图像为有雾或有霾图像时,由于图像特征信息损失严重,无法准确地检测到图像特征点,从而造成图像匹配性能下降。因此,恢复图像的特征信息对有雾图像匹配任务来说
随着大数据时代的到来和智能手机技术的发展,互联网上的图像数据呈现爆发增长。海量的图像数据每天都在被上传到互联网上,如何利用计算机挖掘这些信息中的价值成为一个挑战。其中一些图像数据信息需要对物体进行定位与识别才能有效挖掘,因此目标检测成为了研究的热点。近年来,随着深度学习的不断发展,基于卷积神经网络的目标检测算法相较传统方法取得了极大的进步。但这也产生了一些诸如小目标、重叠目标误检等新的难题。针对这
在现代战场中,雷达技术以及对雷达的干扰技术已经成为左右战场局势、决定成败的焦点,而雷达干扰决策作为雷达干扰作战指挥的先决条件,显得更加重要。由于现代电子战的参战双方投入了越来越多的雷达和干扰装备,在实际战场中的雷达干扰决策很容易面临组合爆炸的问题,利用传统的手段已经很难在短时间内对庞大的目标集体准确地制定干扰方案。本文针对上述问题,研究了以下几方面内容:首先,研究了雷达干扰决策的基本原理,论述了雷
随着经济的快速发展,人们的饮食结构发生了很大的改变,高糖分、高热量食物的过量摄入使得在全球范围内糖尿病的发病率越来越高且发病人群越来越年轻化。血糖检测作为糖尿病预防和治疗的关键环节,有着非常重要的意义,但是目前的血糖检测技术存在有创伤、易感染、时间长、成本高等缺点,不利于患者日常管理和调节自身血糖。因此,本文提出了一种利用心电图(ECG)和光电容积脉搏波(PPG)进行无创血糖检测的算法,并结合糖尿
随着科学技术的发展和当今在科研、航天、工业和国防等领域的需要,业界对脉冲功率系统的输出功率、输出能量、脉冲前沿、脉冲前沿上升率、重复频率、脉冲宽度和体积等方面有更加严格的要求,其中开关技术对系统的性能有重大影响。光导开关作为一种拥有快响应、通流能力强、耐压高、重复频率高、抖动低和体积小等优点的新型开关,对脉冲功率系统的性能有显著的提升。本文以Marx发生器作为研究对象,主要进行了如下工作:(1)理
随着电力电子以及信息和通信技术行业的发展,传统硅基功率器件的性能已经不能满足现今高功率密度的应用要求。近年来,碳化硅材料因其具有比传统硅材料更加优异的材料特性而受到广泛关注。在众多碳化硅功率器件中,碳化硅IGBT因其具有驱动简单,导通损耗小,耐压能力高,功率密度高等特点,成为未来功率半导体器件发展的核心器件。本文首先通过运用理论分析了IGBT的工作原理,介绍了IGBT的各类特性,然后利用Senta