单片集成ISM频段315433MHz射频接收机.pdf

目前，家庭自动化控制、无线门铃、遥控装置、报警和安全系统等短距离无线控制系统 得到广泛应用。本课题致力于研制一种工作在315／433]ⅥI-IZ ISM频段的低成本、低功耗和 高稳定性的单片集成无线接收机，满足日益增长的短距无线控制需求。 由于具有低成本、低功耗和易集成等优点，超再生结构成为本课题接收方案的首选。但 基于超再生结构的传统接收机容易受到器件离散性的影响，核心电路超再生振荡器的起振状 态非常不稳定，导致系统不稳定，且成品率低，给规模应用带来困难。本文采用类似锁相环 的负反馈控制环路来稳定振荡器的起振状态，基本的电路设计思想是通过检测振荡器的包络 输出，将该包络进行数字化后根据其占空比的变化调整振荡器尾电流源的偏置电压，控制振 荡器的电流源，形成一个负反馈环路来稳定振荡器的起振状态，避免由于工艺、电源和温度 等的偏差导致振荡器起振状态发生大幅波动。 围绕上述目标，本文重点解决了负反馈控制环路的理论问题，分析了振荡器起振时间与 电流源以及注入信号强度的关系，对负反馈控制环路进行了建模和稳定性分析，提出了环路 的离散模型和相应的分析、仿真方法，并通过MATLAB仿真进行了验证。 由于环路控制的目的是稳定超再生振荡器的起振状态，而信号的接收要求振荡器根据接 收信号的强度不停地改变起振状态，二者是矛盾的。本文通过引入时分复用的体系结构使得 二者得到了很好的平衡和兼容，化解了这一矛盾。 同时，为了系统的稳定工作，并提高系统的性能，文中对每个主要电路模块都进行深入 的分析和研究，并提出了多项改进措施，使得各个电路模块能够稳定地为系统服务，并具有 较高的电路性能，这些模块电路主要包括采用改进型有源电感的低噪声放大器，具有优化电 路结构的超再生振荡器，高效率包络检波器，高精度电荷泵等。 芯片采用国内CSMC公司的0．5岬CMOS工艺实现，芯片面积为1．2mmx0．8mm，测试 结果显示，电源电压为2．5—5．5V时，整个芯片消耗电流2．5^4．5 mA，各项功能正常，采用 10mW商用遥控发射器得到的接收距离在空旷地带>100米，满足应用要求。 关键词：无线接收机，超再生振荡器，振荡器起振时间，包络检波器，电荷泵，开关键控