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零偏置检测器具有高灵敏度和纳米功耗的技术方案

来源:analog 发布时间:2023-10-17

摘要: 射频识别标签,检测“唤醒”电话并返回数据的电路,必须在非常低的静态电流下工作数月或数年,但有足够的电池电量储备来接听来电。对于最小尺寸,大多数工作在超高频范围内,其中微功率接收器电路的设计是有问题的。

射频识别标签,检测“唤醒”电话并返回数据的电路,必须在非常低的静态电流下工作数月或数年,但有足够的电池电量储备来接听来电。对于最小尺寸,大多数工作在超高频范围内,其中微功率接收器电路的设计是有问题的。熟悉的技术,如直接转换、超级再生或超外差,消耗了太多的电源电流来延长电池寿命。一个更好的方法是从简单的场强计中借鉴的技术:一个调谐电路和一个二极管检测器。

图1显示了完整的电路,在445MHz下进行了概念验证测试。与标准的L/ c带鞭磁场强度计相比,该电路包含了一些改进。调谐电路在超高频下不容易构造或控制,因此使用传输线将探测器二极管(1N5712)与四分之一波鞭状天线相匹配。0.23λ传输在线部分将1pF (350欧姆)二极管结电容转换为天线底部的虚拟短路。同时,它将接收到的天线电流转换为二极管处的电压环,从而提供极好的灵敏度。


图1所示 纳米磁场探测器

偏置检测二极管可以提高灵敏度,(1)但只有当二极管由外部直流电阻负载时。在原点对1N5712进行仔细的曲线示踪检查显示,它遵循理想的二极管方程,具有毫伏和纳安培的尺度。为了在原点处使用零偏二极管,外部比较器电路必须不加载整流输出。

LTC1540纳米功率比较器和参考是这个应用的一个很好的选择,因为它不仅给二极管提供无负载,而且从电池中只吸取300nA。这代表了电池寿命比偏置检测器方案提高了10倍。(2)输入是CMOS,输入偏置电流由连接在输入和地之间的小型esd保护单元中的泄漏组成。输入泄漏测量在皮安范围内,而1N5712泄漏数百皮安。二极管的任何整流输出都由二极管本身加载,而不是由LTC1540加载,并且灵敏度可以与负载偏置检测器相匹配。

整流输出由LTC1540比较器监控。LTC1540的内部基准用于在反相输入处设置约18mV的阈值。比较器输出端的上升沿触发一次脉冲,它暂时启用应答和任何其他脉冲功能。

总供电电流为400nA,在5年的时间里仅消耗7mAH的电池寿命。单片单片吸收大量负载电流,但' 4047在这方面是最好的。由离散非与门构成的一次发射功率可以忽略不计。

灵敏度非常好,电路可以从100英尺的参考偶极子检测到大约200mW。当然,范围取决于工作频率、天线方向和周围障碍物。灵敏度与电源电压无关;这款接收器使用9V电池和使用单个锂电池一样好。

传输线的长度不随频率成比例。由于二极管电抗的减小,电长度将随着频率的增加而缩短。在工作频率下调整线长以使馈点阻抗最小。如果使用阻抗分析仪测量线路,则可以用1pF电容代替二极管,以避免二极管本身产生大信号效应。请查阅制造商的数据表,了解感兴趣频率下二极管阻抗的准确特性。

笔记

(1)埃克尔斯,W.H.无线电报和电话,第二版。本兄弟有限公司,伦敦,1918年,第272页。

(2)李,米切尔。“偏置检测器具有高灵敏度和超低功耗。”线性技术VII:1(1997年2月),第21页。

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