Ο ανιχνευτής μηδενικής μεροληψίας αποδίδει υψηλή ευαισθησία με κατανάλωση νανοενέργειας

Οι ετικέτες RF ID, κυκλώματα που εντοπίζουν μια κλήση αφύπνισης και επιστρέφουν μια έκρηξη δεδομένων, πρέπει να λειτουργούν με πολύ χαμηλό ρεύμα ηρεμίας για μήνες ή χρόνια, αλλά διαθέτουν αρκετή ισχύ μπαταρίας για να απαντήσουν σε μια εισερχόμενη κλήση. Για το μικρότερο μέγεθος, τα περισσότερα λειτουργούν στο εύρος υπερυψηλών συχνοτήτων, όπου ο σχεδιασμός ενός κυκλώματος δέκτη μικροενέργειας είναι προβληματικός. Γνωστές τεχνικές, όπως άμεση μετατροπή, σούπερ αναγέννηση ή υπερθεροδίνη, καταναλώνουν πάρα πολύ ρεύμα τροφοδοσίας για μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Μια καλύτερη μέθοδος περιλαμβάνει μια τεχνική που δανείστηκε από απλούς μετρητές έντασης πεδίου: ένα συντονισμένο κύκλωμα και έναν ανιχνευτή διόδου. Το σχήμα 1 δείχνει το πλήρες κύκλωμα, το οποίο δοκιμάστηκε για απόδειξη της ιδέας στα 445 MHz. Αυτό το κύκλωμα περιέχει μερικές βελτιώσεις σε σχέση με τον τυπικό μετρητή έντασης πεδίου L/C-με μαστίγιο. Τα συντονισμένα κυκλώματα δεν κατασκευάζονται ή ελέγχονται εύκολα σε UHF, επομένως μια γραμμή μετάδοσης χρησιμοποιείται για την αντιστοίχιση της δίοδος ανιχνευτή (1N5712) με μια κεραία μαστιγίου τετάρτου κύματος. Το τμήμα γραμμής μετάδοσης 0.23λ μετατρέπει την χωρητικότητα σύνδεσης διόδου 1pF (350Ω) σε ένα εικονικό κοντό στη βάση της κεραίας. Ταυτόχρονα, μετατρέπει το λαμβανόμενο ρεύμα κεραίας σε βρόχο τάσης στη δίοδο, δίνοντας εξαιρετική ευαισθησία.     Εικόνα 1. Ανιχνευτής πεδίου Nanopower. Η πόλωση της διόδου ανιχνευτή μπορεί να βελτιώσει την ευαισθησία, 1 αλλά μόνο όταν η δίοδος φορτώνεται από εξωτερική αντίσταση DC. Η προσεκτική εξέταση καμπύλης-ανίχνευσης του 1N5712 στην αρχή αποκαλύπτει ότι ακολουθεί την ιδανική εξίσωση διόδου, με κλίμακες χιλιοστών βολτ και νανοαμπέρ. Για να χρησιμοποιήσετε μια δίοδο μηδενικής πόλωσης στην αρχή, το εξωτερικό κύκλωμα σύγκρισης δεν πρέπει να φορτώνει την διορθωμένη έξοδο. Ο συγκριτής και αναφορά nanopower LTC1540 είναι μια καλή επιλογή για αυτήν την εφαρμογή, επειδή όχι μόνο δεν παρουσιάζει φορτίο στη δίοδο, αλλά επίσης αντλεί μόνο 300nA από την μπαταρία. Αυτό αντιπροσωπεύει 10 φορές βελτίωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας σε σχέση με μεροληπτικά συστήματα ανιχνευτή.2 Η είσοδος είναι CMOS και το ρεύμα πόλωσης εισόδου αποτελείται από διαρροή σε μια μικρή κυψέλη προστασίας ESD που συνδέεται μεταξύ της εισόδου και της γείωσης. Η διαρροή εισόδου μετρά στο εύρος των πικοαμπέρ, ενώ το 1N5712 παρουσιάζει διαρροές εκατοντάδων πικοαμπέρ. Οποιαδήποτε διορθωμένη έξοδος από τη δίοδο φορτώνεται από την ίδια τη δίοδο, όχι από το LTC1540 και η ευαισθησία μπορεί να ταιριάζει με αυτή ενός φορτωμένου, πολωμένου ανιχνευτή. Η διορθωμένη έξοδος παρακολουθείται από τον συγκριτή LTC1540. Η εσωτερική αναφορά του LTC1540 χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση ενός κατωφλίου περίπου 18mV στην αναστροφή της εισόδου. Μια ανερχόμενη άκρη στην έξοδο σύγκρισης ενεργοποιεί μία λήψη, η οποία επιτρέπει προσωρινά την απάντηση-απάντηση και τυχόν άλλες παλμικές λειτουργίες. Το συνολικό ρεύμα τροφοδοσίας είναι 400nA, καταναλώνοντας διάρκεια μπαταρίας μόλις 7mAH σε μια περίοδο πέντε ετών. Οι μονολιθικές μονές βολές τραβούν σημαντικό ρεύμα φορτίου, αλλά το '4047 είναι το καλύτερο από αυτή την άποψη. Μια απλή βολή κατασκευασμένη από διακριτές πύλες NAND αντλεί αμελητέα ισχύ. Η ευαισθησία είναι εξαιρετική και το κύκλωμα μπορεί να ανιχνεύσει περίπου 200 mW από ένα δίπολο αναφοράς στα 100 πόδια. Το εύρος, φυσικά, εξαρτάται από τη συχνότητα λειτουργίας, τον προσανατολισμό της κεραίας και τα γύρω εμπόδια. Η ευαισθησία είναι ανεξάρτητη από την τάση τροφοδοσίας. Αυτός ο δέκτης θα λειτουργεί εξίσου καλά με μια μπαταρία 9V όπως και με μία κυψέλη λιθίου. Το μήκος της γραμμής μεταφοράς δεν κλιμακώνεται με τη συχνότητα. Λόγω της μείωσης της αντίδρασης διόδου, το ηλεκτρικό μήκος θα μειωθεί καθώς αυξάνεται η συχνότητα. Ρυθμίστε το μήκος γραμμής για ελάχιστη σύνθετη αντίσταση σημείου τροφοδοσίας στη συχνότητα λειτουργίας. Εάν ένας αναλυτής σύνθετης αντίστασης χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της γραμμής, ένας πυκνωτής 1pF μπορεί να αντικατασταθεί από τη δίοδο για να αποφευχθούν μεγάλα εφέ σήματος στην ίδια τη δίοδο. Συμβουλευτείτε το φύλλο δεδομένων του κατασκευαστή για ακριβή χαρακτηρισμό της σύνθετης αντίστασης της διόδου στη συχνότητα που σας ενδιαφέρει. Σημειώσεις 1 Eccles, WH Wireless Telegraphy and Telephony, Second Edition. Ben Brothers Limited, Λονδίνο, 1918, σελίδα 272. 2 Lee, Mitchell. "Ο προκατειλημμένος ανιχνευτής αποδίδει υψηλή ευαισθησία με εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας." Linear Technology VII: 1 (Φεβρουάριος 1997), σελίδα 21.

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων