第8期王 欢等:

具有稳定工作状态的无线接收用超再生振荡器

1611

图8 包络检波电路

图10 芯片照片

Fig.8 Envelopedetector

Fig.10 Diephotograph

电路采用了正反馈环,在电路设计时要仔细选择参数,避免产生振荡.由于包络检波电路在输出端有一个较大的电容,若将该节点作为环路主极点,同时保证环路中其他节点都为低阻节点,且选择合适的环路增益就可以保证环路稳定工作.4 3 电荷泵

为了保证系统的时序正确,环路中电荷泵的充放电比例必须准确和稳定.如图9(a)所示,

传统电荷泵的充

电和放电电流分别由两个轮流导通或截止的开关控制,相对独立.这种独立的开关控制会导致电路中节点1和2的电压大幅度改变,在开关切换时存在建立时间,影响充放电过程的线性度和电流比例的精确性.为了减小开关控制对电荷泵性能的影响,本文采用了图9(b)所示的电荷泵电路,主要从两方面减小电路中节点s1和s3的波动.一方面采用恒流充电电流,放电电流通过运算得到,仅仅控制nMOS管就可以实现对电容的充放电,从而保证s3的稳定;另一方面是采用差分对结构实现对nMOS管的开关控制,且nMOS差分对的栅极控制电压高电平为Vref2,从而稳定s1的电压.在开关控制过程中,电荷泵电路中的各个节点电压均为稳定的电压,有效避免了传统电荷泵电路的在开关控制中产生的非线性过程,确保了充放电电流的精确性.

5 测试结果

采用0 5 mCMOS工艺,成功实现了用于短距无线接收的具有闭环控制功能的超再生振荡器,芯片照片如图10所示.测试结果显示,电源电压为2 5~5 5V时,整个环路消耗电流<0 5mA,各项功能正常.

无输入信号时,在电源电压分别为5 5和2 5V时测试得到的振荡波形和相应的包络检波输出分别为图11(a)和(b),从测试结果可以看出,振荡器每个熄灭周期内的起振时间在不同电源电压时几乎相同,与电源电压无关.虽然由于噪声的影响,起振时间具有一定的随机性,但总是在某个起振时间附近波动,这个稳定的时间是由环路决定的.

在相同条件下还测试了另一颗芯片的起振时间,以及芯片表面温度约80&时的第三颗芯片的起振时间,表1是这些测试结果的总结.测试结果表明不同的芯片在不同的电源电压,不同的温度条件下振荡器的起振时间几乎相同,总是在由环路决定的某个稳定时间附近波动.

由于测试条件限制,在测试接收功能时采用的信号源为商用遥控发射器,频率为315MHz,距离大于50m.图12(a)和(b)分别为输入 0 和 1 时的熄灭信号和比较器输出信号.从图中可以看到,当接收到 1 信号时,比较器输出波形中只有一半的脉冲宽度发生改变,0 ,

图9 (a)传统电荷泵;(b)本文采用的电荷泵

Fig.9 (a)Traditionalchargepump;(b)Presentedcharge

pump