高性能的晶體振蕩器即使不接入外部的電源,也能啟動振蕩,頻率范圍比一般的晶體要寬很多,在穩(wěn)定性,可靠性,功能等方面也會更好.因此越來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)特的快速啟動振蕩器系統(tǒng).針對300MHz至450MHz ISM(美國)頻段的應(yīng)用,接收器通過減少接收器的啟動時間來節(jié)省電池電量.快速啟動振蕩器電路可實(shí)現(xiàn)接收器掃描的低占空比.用于簡單RF數(shù)據(jù)傳輸?shù)某Ｒ姂?yīng)用是遠(yuǎn)程無鑰匙進(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.未來的車輛將使用RKE來定位車輛并提供遠(yuǎn)程啟動.

RKE系統(tǒng)的操作很簡單.它由一個鑰匙扣發(fā)射器(通常每個用戶一個)和一個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的電池壽命.為了啟動動作,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代碼,以確保您的密鑰卡不會解鎖另一輛車,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了電池壽命.您可能懷疑,低價格和長電池壽命非常重要.當(dāng)您考慮使用的系統(tǒng)數(shù)量(數(shù)千萬)時,對低價的需求是顯而易見的.最大電池壽命對于發(fā)射器和接收器都很重要.

對于鑰匙扣發(fā)射器,長電池壽命可最大限度地減少用戶更換電池的時間.理想的變送器電池可以延長車輛的使用壽命.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,但如果必須每兩個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,因此用戶可以隨時發(fā)出命令.RKE接收器由車輛電池供電(與用于啟動車輛的電池相同).如果接收器中的功耗過高,電池將無法啟動車輛！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)場數(shù)周或更長時間,情況就會發(fā)生變化.

因此,車輛制造商相應(yīng)地調(diào)整電池尺對于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間超過30天,請事先警告.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如何影響電池壽命?

為簡化計算,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“時間分片”只是短時間-僅足夠長以確定是否存在有效傳輸.該“準(zhǔn)時”值通常產(chǎn)生大約10％的占空比.因?yàn)榻邮掌魇菚r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到所請求的動作之一.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.

為了捕獲至少一個完整傳輸,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)送分組可能不會重復(fù),因此必須經(jīng)常輪詢接收器以捕獲至少一個完整的10ms傳輸.該要求規(guī)定接收機(jī)調(diào)查之間的最長時間為30ms.但是這個間隔可能太罕見,導(dǎo)致命令被遺漏.系統(tǒng)時序可能有點(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)以捕獲至少兩個完整的傳輸.因此,我們將接收器時間片電路設(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),則接收器對其進(jìn)行解碼;否則,它又回到睡眠狀態(tài)20ms.

為了檢測有效數(shù)據(jù),接收器需要7位到8位數(shù)據(jù)或0.75ms時間來解碼信息.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.接收器需要時間喚醒.接收器中的大多數(shù)放大器可以在短時間內(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,需要時間來開始振蕩,并且需要更多的時間來穩(wěn)定所需的頻率.

請注意,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)之間的時間間隔.其他規(guī)格如有效的IF輸出會產(chǎn)生誤導(dǎo).振蕩器開始工作時,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3ms來檢測密鑰卡傳輸(圖2).該另一方面,MAX1470,MAX1471和MAX1473超外差接收器包括一個快速啟動振蕩器,通過保持石英晶體振動最小化導(dǎo)通時間,從而將導(dǎo)通時間從正常的2.25ms減少到0.25ms.將0.25ms的開啟時間增加到0.75ms的數(shù)據(jù)解碼時間,我們每20ms只需要1ms來檢測鑰匙扣傳輸.因此,這些接收器通過在三分之一時間內(nèi)執(zhí)行相同的測量功能來節(jié)省功率.

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

大多數(shù)高性能超外差接收器(具有良好靈敏度的接收器)在工作時在5V時吸收5mA電流.MAX1470,MAX1471和MAX1473接收器提供最佳的接收靈敏度,同時在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20ms輪詢周期添加時間函數(shù)(圖3),對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四倍或五倍.

圖3.較短的喚醒時間可以節(jié)省能源,降低電源電壓也是如此.

因此,對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放大器和儲備容量,因此減小其尺寸可能不會帶來顯著的價格優(yōu)勢.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(TPM)系統(tǒng)時.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測到通脹問題.為了檢測慢速泄漏,系統(tǒng)還在車輛靜止時監(jiān)控每個輪胎.

請注意,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)更長時間.因此,低功率傳輸對于TPM至關(guān)重要.雖然RKE發(fā)射器的設(shè)計者自然關(guān)注低功耗操作,但系統(tǒng)工程師知道接收器的改進(jìn)也會影響功耗.為此,如果沒有為超外差RKE接收器配備快速啟動貼片晶體振蕩器他可以做得更糟.