Несмотря на нестабильность частоты и плохую избирательность сверхрегенеративных приемников, разработчики питающихся от батарей беспроводных приложений малого радиуса действия часто именно им отдают предпочтение, когда первостепенное значение для проекта имеет потребляемая мощность. Примерами могут служить системы удаленного бесключевого доступа, автомобильные сигнализации, биомедицинские мониторы, сенсорные сети и компьютерная периферия. Сверхрегенеративный детектор также может демодулировать частотно-модулированные сигналы путем частотного дискриминирования. Для этого надо настроить детектор так, чтобы сигнал попадал на склон кривой избирательности схемы детектора. В этой статье представлен сверхрегенеративный приемник, который потребляет мощность менее 1 мВт и работает на нелицензируемой частоте 433 МГц диапазона ISM.
В своей простейшей форме сверхрегенеративный приемник содержит радиочастотный генератор, который периодически включается и выключается более низкочастотным сигналом (сигналом «гашения»). Когда сигнал гашения включает генератор, амплитуда его колебаний начинает нарастать по экспоненте. Подача внешнего сигнала с номинальной частотой генератора ускоряет рост огибающей этих колебаний. Таким образом, коэффициент заполнения импульсов «гасимого» генератора изменяется пропорционально амплитуде приложенного радиочастотного сигнала (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | При принятии сигнала в сверхрегенеративном приемнике радиочастотные колебания запускаются раньше, чем при отсутствии сигнала. |
Сверхрегенеративный детектор может принимать сигналы AM и хорошо подходит для детектирования сигналов с амплитудной манипуляцией (OOK). Сверхрегенеративный детектор представляет собой систему выборки данных; то есть в каждом периоде гашения он производит выборку и усиление радиочастотного сигнала. Чтобы точно восстановить исходную модуляцию, генератор гашения должен работать на частоте, в несколько раз превышающей наивысшую частоту исходного модулирующего сигнала. Добавление детектора огибающей, за которым следует фильтр нижних частот, улучшает демодуляцию АМ [1].
 |
|
| Рисунок 2. | Сверхрегенеративный приемник значительно проще супергетеродинной схемы. |
На Рисунке 2 показана блок-схема сверхрегенеративного приемника, а на Рисунке 3 – его принципиальная схема. Основой приемника является обычный LC-генератор Колпитца, работающий на частоте, определяемой последовательным резонансом элементов L1, L2, C1, C2 и C3. Выключение базового тока транзистора Q1 гасит генератор. (Обратите внимание, что увеличение значений емкостей C1 и C2 улучшает стабильность частоты генератора, но за счет увеличения энергопотребления). Соединенные каскодно транзисторы Q2 и Q3 образуют антенный усилитель, улучшающий коэффициент шума приемника и обеспечивающий некоторую высокочастотную изоляцию между генератором и антенной. Для экономии мощности усилитель работает только во время нарастания колебаний.
 |
|
| Рисунок 3. | В сверхрегенеративном приемнике относительно мало компонентов. |
Генератор гашения, основанный на схеме триггера Шмита, коммутирует генератор и каскад высокочастотного усилителя. Для улучшения чувствительности генератор гасится треугольными импульсами на конденсаторе C5, а высокочастотный усилитель выключается прямоугольными импульсами с выхода усилителя IC1. Фазы сигналов на двух выходах генератора гашения смещены друг относительно друга на 90°, так что высокочастотный усилитель получает питание, когда колебания детектора начинают нарастать. Частота гашения этой схемы составляет 100 кГц, что позволяет передавать данные со скоростью до 20 кбит/с.
Детектор огибающей состоит из усилителя с общим истоком, который без дополнительного смещения работал бы в режиме класса B. Чтобы увеличить коэффициент усиления этого каскада, в него подается небольшой ток смещения, чтобы заставить его работать в режиме класса AB. Чтобы уменьшить нагрузку на резонансный контур генератора, конденсатор C10 подключен к отводу катушки индуктивности L1, условно показанному отдельными катушками L1 и L2.
Первый каскад схемы восстановления данных содержит буфер IC2A, усилитель IC2B и фильтр нижних частот третьего порядка, подавляющий составляющие частоты гашения на выходе детектора огибающей. Схема триггера Шмитта на микросхеме IC3 со связью по постоянному току извлекает передаваемые данные из демодулированного сигнала. Фильтр нижних частот на элементах C12 и R16 выделяет постоянную составляющую демодулированного сигнала и устанавливает порог принятия решения триггера Шмитта. Как следствие, в передатчике данных для модуляции должна использоваться схема кодирования со сбалансированной постоянной составляющей, такая, например, как манчестерский код. Тогда на приемной стороне не потребуются никакие дополнительные активные компоненты для выделения порога принятия решения схемы восстановления данных, что поможет минимизировать энергопотребление приемника.
 |
|
| Рисунок 4. | В прототипе сверхрегенеративного приемника в основном используются компоненты для поверхностного монтажа. Большой черный компонент с выводами в правом верхнем углу представляет собой конденсатор развязки по питанию. Обратите внимание на высокочастотный входной разъем в центре печатной платы. |
Макет устройства занял на печатной плате площадь примерно 5×3 см (Рисунок 4). С помощью простого самодельного генератора псевдослучайной двоичной последовательности, использующего манчестерское кодирование с длиной последовательности 28–1 бит [2], можно выполнить измерения коэффициентов битовых ошибок, результаты которых показаны на Рисунке 5. Эти результаты демонстрируют чувствительность лучше –100 дБм для вероятности битовых ошибок 10–4 и скорости 1 кбит/с. При напряжении питания 3 В приемник потребляет ток 270 мкА, рассеивая, таким образом, мощность 810 мкВт. Если в качестве дальнейшего усовершенствования конструкции в схеме передатчика использовать микросхему MAX1472, можно создать простой, компактный, недорогой и малопотребляющий приемопередатчик ISM-диапазона 433 МГц. Схему приемника можно легко адаптировать для восстановления АМ аудио или других аналоговых сигналов, заменив триггер Шмитта IC3 обычным выходным аудиоусилителем. Высокочастотный генератор можно перенастраивать, чтобы он охватывал интересующий частотный диапазон.
 |
|
| Рисунок 5. | Измерения зависимости коэффициента битовых ошибок от мощности входного радиочастотного сигнала подтверждают высокую чувствительность прототипа приемника. Частота составляет 433.92 МГц. |
Ссылки
- Insam, Eddie, “Designing Super-Regenerative Receivers,” Electronics World, April 2002, pg 46.
- Mélange, Cedric, Johan Bauwelinck, Jo Pletinckx, and Jan Vandewege, “Low-cost BER tester measures errors in low-data-rate applications,” EDN, Dec 5, 2005, pg 123.
Купить ADCMP371 на РадиоЛоцман.Цены
