高性能的晶體振蕩器即使不接入外部的電源,也能啟動(dòng)振蕩,頻率范圍比一般的晶體要寬很多,在穩(wěn)定性,可靠性,功能等方面也會(huì)更好.因此越來(lái)越多的廠家喜歡使用石英晶體振蕩器,尤其是高要求的汽車車載,RF接收器,REK系統(tǒng),ISM,遙控鑰匙等產(chǎn)品,在單片超外差RF接收器器件中集成了獨(dú)特的快速啟動(dòng)振蕩器系統(tǒng).針對(duì)300MHz至450MHz ISM(美國(guó))頻段的應(yīng)用,接收器通過減少接收器的啟動(dòng)時(shí)間來(lái)節(jié)省電池電量.快速啟動(dòng)振蕩器電路可實(shí)現(xiàn)接收器掃描的低占空比.用于簡(jiǎn)單RF數(shù)據(jù)傳輸?shù)某Ｒ姂?yīng)用是遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入(RKE)系統(tǒng),其用于許多新車輛中以鎖定和解鎖車門,打開行李箱以及控制安全警報(bào).未來(lái)的車輛將使用RKE來(lái)定位車輛并提供遠(yuǎn)程啟動(dòng).

RKE系統(tǒng)的操作很簡(jiǎn)單.它由一個(gè)鑰匙扣發(fā)射器(通常每個(gè)用戶一個(gè))和一個(gè)基于車輛的接收器組成.工作頻率通常為300MHz至450MHz,但歐洲的一些新系統(tǒng)正在考慮ISM頻段的868MHz頻率分配.通信是單一的,意味著數(shù)據(jù)僅從發(fā)送器流向接收器.在證明這種架構(gòu)的眾多理由中,引用最多的是密鑰卡的低成本和延長(zhǎng)的電池壽命.為了啟動(dòng)動(dòng)作,用戶按下遙控鑰匙上的按鈕,從而喚醒內(nèi)部微控制器,該微控制器立即將數(shù)據(jù)流輸出到RF發(fā)射器.數(shù)據(jù)流包括數(shù)據(jù)前導(dǎo)碼,實(shí)際命令(例如鎖門),車輛到車輛安全性的滾動(dòng)代碼,以確保您的密鑰卡不會(huì)解鎖另一輛車,以及(可能)一些檢查位(圖1).

圖1.按遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入(RKE)系統(tǒng)密鑰卡上的按鈕啟動(dòng)短數(shù)據(jù)流的傳輸.

完整的數(shù)據(jù)包(64位到128位)通常以2.4kHz和20kHz之間的速率傳輸,RF調(diào)制采用幅移鍵控(ASK)或開關(guān)鍵控(OOK,ASK,其中調(diào)制)是0％或100％).這些調(diào)制方案最大限度地降低了密鑰卡的成本并延長(zhǎng)了電池壽命.您可能懷疑,低價(jià)格和長(zhǎng)電池壽命非常重要.當(dāng)您考慮使用的系統(tǒng)數(shù)量(數(shù)千萬(wàn))時(shí),對(duì)低價(jià)的需求是顯而易見的.最大電池壽命對(duì)于發(fā)射器和接收器都很重要.

對(duì)于鑰匙扣發(fā)射器,長(zhǎng)電池壽命可最大限度地減少用戶更換電池的時(shí)間.理想的變送器電池可以延長(zhǎng)車輛的使用壽命.今天這樣的電池是可能的,但你可能不希望將隨之而來(lái)的大型鑰匙扣放在口袋或錢包里.小鑰匙扣更方便,但如果必須每?jī)蓚€(gè)月更換一次電池則不行.今天的大多數(shù)產(chǎn)品都處于中間位置,提供合理的密鑰卡尺寸,電池壽命在2到5年的范圍內(nèi).

同樣重要的是接收器的電池壽命.接收器電池必須始終打開,因此用戶可以隨時(shí)發(fā)出命令.RKE接收器由車輛電池供電(與用于啟動(dòng)車輛的電池相同).如果接收器中的功耗過高,電池將無(wú)法啟動(dòng)車輛！擔(dān)心這種可能性似乎很愚蠢.車輛電池很大,典型的接收器僅消耗1mA至5mA.如此小的電流消耗不是日常使用車輛的問題,但如果您將車輛停放在機(jī)場(chǎng)數(shù)周或更長(zhǎng)時(shí)間,情況就會(huì)發(fā)生變化.

因此,車輛制造商相應(yīng)地調(diào)整電池尺對(duì)于RKE系統(tǒng),電池尺寸(容量)與接收器消耗的功率乘以其供電天數(shù)成正比.因此,如果您的車輛存放時(shí)間超過30天,請(qǐng)事先警告.回到本文的標(biāo)題-超外差接收器中石英振蕩器的快速啟動(dòng)如何影響電池壽命?

為簡(jiǎn)化計(jì)算,我們使用一些中間值.回顧數(shù)據(jù)包和傳輸速度的討論,假設(shè)100b數(shù)據(jù)包和10kHz數(shù)據(jù)速率(每數(shù)據(jù)位0.1ms).因此,100b數(shù)據(jù)包在10ms內(nèi)傳輸.為了節(jié)省接收器的功率,我們將其操作“時(shí)間分片”只是短時(shí)間-僅足夠長(zhǎng)以確定是否存在有效傳輸.該“準(zhǔn)時(shí)”值通常產(chǎn)生大約10％的占空比.因?yàn)榻邮掌魇菚r(shí)間切片的,所以我們需要提供額外的傳輸以確保接收器檢測(cè)到所請(qǐng)求的動(dòng)作之一.通常,密鑰卡傳輸重復(fù)三次,總共四次傳輸.密鑰卡的總傳輸時(shí)間是10毫秒或40毫秒的四倍.為了使接收器起作用,它必須完全解碼100b(10ms)傳輸中的至少一個(gè).

為了捕獲至少一個(gè)完整傳輸,我們必須輪詢接收器以確定是否存在有效數(shù)據(jù).(接收器可以保持開啟,但是需要耗費(fèi)功率.)給定的40ms發(fā)送分組可能不會(huì)重復(fù),因此必須經(jīng)常輪詢接收器以捕獲至少一個(gè)完整的10ms傳輸.該要求規(guī)定接收機(jī)調(diào)查之間的最長(zhǎng)時(shí)間為30ms.但是這個(gè)間隔可能太罕見,導(dǎo)致命令被遺漏.系統(tǒng)時(shí)序可能有點(diǎn)偏,或者可能存在破壞數(shù)據(jù)的干擾或其他噪聲.為保守起見,應(yīng)該設(shè)置系統(tǒng)以捕獲至少兩個(gè)完整的傳輸.因此,我們將接收器時(shí)間片電路設(shè)置為20ms.接收器每20ms喚醒并嘗試解碼傳輸.如果存在有效數(shù)據(jù),則接收器對(duì)其進(jìn)行解碼;否則,它又回到睡眠狀態(tài)20ms.

為了檢測(cè)有效數(shù)據(jù),接收器需要7位到8位數(shù)據(jù)或0.75ms時(shí)間來(lái)解碼信息.該條件確定發(fā)送器是否以我們感興趣的頻率和格式發(fā)送數(shù)據(jù).因此,接收器需要每20ms喚醒0.75ms左右.不幸的是,只有完美的接收器才能完成這一壯舉.接收器需要時(shí)間喚醒.接收器中的大多數(shù)放大器可以在短時(shí)間內(nèi)喚醒并穩(wěn)定,但不能振蕩器.它的壓電石英晶體是一種機(jī)電元件,需要時(shí)間來(lái)開始振蕩,并且需要更多的時(shí)間來(lái)穩(wěn)定所需的頻率.

請(qǐng)注意,某些接收器規(guī)格在這方面是模糊的.重要的規(guī)格是打開接收器和使振蕩器頻率在范圍(穩(wěn)定)之間的時(shí)間間隔.其他規(guī)格如有效的IF輸出會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo).振蕩器開始工作時(shí),IF輸出有效.但是,接收器可能沒有頻率鎖定到發(fā)射器.這種情況就像收音機(jī)調(diào)到90MHz,實(shí)際上接收到92MHz.當(dāng)然,收音機(jī)正在工作,但它沒有收到你想要的東西.

普通的超外差接收器可以在2ms到5ms內(nèi)啟動(dòng)和穩(wěn)定.我們假設(shè)我們討論了2.25ms.為數(shù)據(jù)解碼增加0.75ms,它們需要每20ms按時(shí)3ms來(lái)檢測(cè)密鑰卡傳輸(圖2).該另一方面,MAX1470,MAX1471和MAX1473超外差接收器包括一個(gè)快速啟動(dòng)振蕩器,通過保持石英晶體振動(dòng)最小化導(dǎo)通時(shí)間,從而將導(dǎo)通時(shí)間從正常的2.25ms減少到0.25ms.將0.25ms的開啟時(shí)間增加到0.75ms的數(shù)據(jù)解碼時(shí)間,我們每20ms只需要1ms來(lái)檢測(cè)鑰匙扣傳輸.因此,這些接收器通過在三分之一時(shí)間內(nèi)執(zhí)行相同的測(cè)量功能來(lái)節(jié)省功率.

圖2.為了監(jiān)視密鑰卡傳輸,RKE接收器必須分配時(shí)間來(lái)喚醒,穩(wěn)定,然后解碼輸入信號(hào).

大多數(shù)高性能超外差接收器(具有良好靈敏度的接收器)在工作時(shí)在5V時(shí)吸收5mA電流.MAX1470,MAX1471和MAX1473接收器提供最佳的接收靈敏度,同時(shí)在3.3V的電源電壓下吸收5mA電流.在較低電源電壓下節(jié)省的功率很大:正常的超外差接收器需要25mW;MAX1470,MAX1471和MAX1473需要16.5mW.為每個(gè)20ms輪詢周期添加時(shí)間函數(shù)(圖3),對(duì)于正常的超外差接收器,能量需求為25mW×3ms=75μJ,而MAX1470,MAX1471和MAX1473則需要16.5mW×1ms=16.5μJ.因此,快速喚醒接收器所節(jié)省的能量可以將電池壽命延長(zhǎng)四倍或五倍.

圖3.較短的喚醒時(shí)間可以節(jié)省能源,降低電源電壓也是如此.

因此,對(duì)于給定的電池壽命規(guī)格,我們可以減小電池尺寸并節(jié)省資金,或者我們可以使用相同功率更頻繁地采樣并減小變送器電池的尺寸.由于車輛電池的尺寸主要用于起動(dòng)放大器和儲(chǔ)備容量,因此減小其尺寸可能不會(huì)帶來(lái)顯著的價(jià)格優(yōu)勢(shì).另一方面,減小變送器電池的尺寸提供了益處,尤其是當(dāng)應(yīng)用于新的輪胎壓力監(jiān)測(cè)(TPM)系統(tǒng)時(shí).TPM變送器基本上是放置在輪胎中的鑰匙扣,通常在閥桿中.它測(cè)量輪胎壓力和溫度并傳輸數(shù)據(jù)包,就像RKE鑰匙鏈一樣.然而,TPM信息經(jīng)常被傳輸(而不是響應(yīng)按鍵操作),因?yàn)槟Ｍ⒓礄z測(cè)到通脹問題.為了檢測(cè)慢速泄漏,系統(tǒng)還在車輛靜止時(shí)監(jiān)控每個(gè)輪胎.

請(qǐng)注意,在不脫落車輪平衡的情況下,不能在閥桿上放置大電池.接收器電池也不容易更換,因此它應(yīng)該比密鑰卡電池持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間.因此,低功率傳輸對(duì)于TPM至關(guān)重要.雖然RKE發(fā)射器的設(shè)計(jì)者自然關(guān)注低功耗操作,但系統(tǒng)工程師知道接收器的改進(jìn)也會(huì)影響功耗.為此,如果沒有為超外差RKE接收器配備快速啟動(dòng)貼片晶體振蕩器他可以做得更糟.