Метки RFID, схемы, обнаруживающие сигнал «пробуждения» и возвращающие пакет данных, должны иметь очень низкий ток покоя и работать в течение месяцев или лет, но при этом сохранять достаточный заряд батареи для ответа на входящий вызов. Для минимизации размеров в большинстве случаев для них выбирается сверхвысокий диапазон рабочих частот, где разработка микромощной схемы приемника проблематична. Известные методы, такие как прямое, сверхрегенеративное или супергетеродинное преобразование, потребляют слишком большой ток для длительного срока службы батареи. Более хороший метод основан на решениях, заимствованных из простых измерителей напряженности поля: настроенном контуре и диодном детекторе.
На Рисунке 1 показана полная схема, работоспособность которой была протестирована на частоте 445 МГц. По сравнению со стандартными измерителями напряжённости поля, основанными на LC контуре и штыревой антенне, эта схема содержит ряд усовершенствований. Сконструировать контур на УВЧ и настроить его не так легко, поэтому для согласования детекторного диода (1N5712) с четвертьволновой штыревой антенной используется передающая линия. Секция передающей линии длиной 0.23λ трансформирует емкость 1 пФ p-n перехода диода в виртуальное короткое замыкание у основания антенны. В то же время она преобразует наведенный в антенну ток в пучность напряжения на диоде, обеспечивая превосходную чувствительность.
 |
|
| Рисунок 1. | Микромощный детектор напряженности поля. |
Смещение детекторного диода может улучшить чувствительность, но только в том случае, если диод нагружен внешним сопротивлением постоянному току. Тщательное изучение диода 1N5712 с помощью характериографа показывает, что на начальном участке в диапазоне милливольт и наноампер его вольтамперная характеристика соответствует уравнению идеального диода. Чтобы использовать диод с нулевым смещением в начале вольтамперной характеристики, схема внешнего компаратора не должна нагружать выпрямленный выход.
Микросхема LTC1540, содержащая микромощный компаратор и источник опорного напряжения, хорошо подходит для этого приложения, так как она не только не нагружает диод, но и потребляет от батареи всего 300 нА. Компаратор имеет КМОП входной каскад, а входной ток смещения обусловлен внутренними элементами цепи защиты от электростатических разрядов, включенной между входом и землей. Входная утечка измеряется в диапазоне единиц пикоампер, в то время как у диода 1N5712 ток утечки составляет сотни пикоампер. Любой выпрямленный выходной сигнал диода нагружается самим диодом, а не микросхемой LTC1540, и чувствительность может соответствовать чувствительности нагруженного детектора со смещением.
Выпрямленный выходной сигнал контролируется компаратором LTC1540. Внутренний источник опорного напряжения микросхемы используется для установки на инвертирующем входе порога порядка 18 мВ. Нарастающий фронт на выходе компаратора запускает ждущий мультивибратор, который временно включает функцию ответа на входящий вызов и любые другие импульсные функции.
При общем потребляемом токе 400 нА срок службы батареи 7 мА•ч составляет пять лет. Значительный ток потребляют микросхемы мультивибраторов, и CD4047 – едва ли не лучший в этом отношении. Ждущий мультивибратор, сделанный на основе дискретных логических элементов И-НЕ, потребляет значительно меньшую мощность.
Чувствительность отличная, и схема может обнаруживать мощность порядка 200 мВт, излучаемую эталонным диполем с расстояния 100 футов. Дальность действия, конечно, зависит от рабочей частоты, ориентации антенны и окружающих препятствий. Чувствительность схемы не зависит от напряжения питания; этот приемник будет работать одинаково хорошо и с батареей 9 В, и с одним литиевым элементом.
Длина передающей линии не масштабируется с частотой. Из-за уменьшения реактивного сопротивления диода электрическая длина будет сокращаться с увеличением частоты. Подберите длину линии так, чтобы получить минимальный импеданс в точке запитывания на рабочей частоте. Если для измерения линии используется анализатор импеданса, диод можно заменить конденсатором емкостью 1 пФ, чтобы избежать эффектов, связанных с влиянием большого сигнала на сам диод. Для точной характеристики импеданса диода на интересующей частоте обращайтесь к техническому описанию производителя.
Купить LTC1540 на РадиоЛоцман.Цены
