应用于无线体域网的超低功耗唤醒接收机设计

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随着世界逐渐进入老龄化社会,庞大的老年人医疗保健以及年轻人因不良工作生活方式带来的肥胖病以及慢性病的治疗给已经超负荷运载的医疗系统带来了严峻的挑战,同时促进了以无线体域网为代表的新技术在医疗领域的快速发展。如今低成本、低功耗、快速反应,延迟小的无线传感器节点的研究成为了热点。由于传感器节点的大部分功耗都消耗在无线通信上,而在通信过程中射频前端所占的功耗则是很重要的一部分,所以要想实现超低功耗这一目标,设法降低射频前端部分电路的功耗是关键。在节点中引入唤醒接收机的设计思路,以其设计灵活,功耗低,延时小,使系统快速反应等优点,得到了研究人员的重视。本文提出了一种基于不定中频结构的新型唤醒收发机。这个接收机显著地降低了功耗,而且大大缩小了延时,因此适合于信道通信频繁,快速反应,延时小如老年人跌倒姿势检测等的应用场合。本文主要由以下几部分组成。首先,介绍了无线体域网的定义以及应用背景,对目前无线体域网工作模式的缺陷和问题进行了分析,介绍了唤醒接收机的研究背景,并针对快速反应以及超低功耗应用等,提出了唤醒接收机的解决办法,对唤醒接收机就不同的应用进行了分类。其次,为全面深入了解唤醒接收机,分析了适用于唤醒接收机的调制方式和解调电路结构,对常用的几种解调结构进行了分析对比。然后,针对无线体域网唤醒接收机,给出了符合IEEE802.15.6无线体域网标准的主要技术指标,并计算了针对特定应用的唤醒接收机的重要系统指标。提出了一种工作于亚阈值区的新型不定中频超低功耗唤醒接收机结构,在Cadence系列软件环境下,采用Smic0.13um工艺进行原理图及版图设计,并对该接收机结构进行仿真验证,结果显示采用开关键控调制方式的2.4GHz唤醒接收机10e-5误码率,100kbps数据率下,前后仿真结果相近,灵敏度达到-60dBm,功耗为126.6uW,面积小,外接元件少,集成度高,从而证明了该结构在超低功耗、短延迟,快速反应应用场合下的有效性。最后,对整个毕业设计工作进行了总结,并针对现已完成的工作和接下来可以进行的工作及未来的发展方向进行了展望。
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