| 大多數(shù)汽車中常見(jiàn)的遙控?zé)o鑰匙門禁（RKE）系統(tǒng),是簡(jiǎn)單RF數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋�(gè)常見(jiàn)應(yīng)用。RKE系統(tǒng)可控制車門的開(kāi)關(guān),旅行箱的開(kāi)合,防盜報(bào)警。將來(lái)的應(yīng)用還可能包括遠(yuǎn)距離汽車的定位和啟動(dòng)。
RKE系統(tǒng)由類似鑰匙扣的發(fā)射器（通常每人一個(gè)）和車上的接收器構(gòu)成。該系統(tǒng)的工作頻率一般在300～450MHz之間,但在歐洲有些新系統(tǒng)正考慮使用ISM頻段分配的868MHz。RKE系統(tǒng)的通訊是單向的,數(shù)據(jù)只從發(fā)射器到接收器。這種通信方式不但成本低,而且可以延長(zhǎng)發(fā)射器里電池的壽命。
RKE系統(tǒng)的工作很直觀。開(kāi)始工作時(shí),用戶按下鑰匙扣上的按鈕,啟動(dòng)內(nèi)部的單片機(jī)發(fā)出一串?dāng)?shù)據(jù)流進(jìn)入RF發(fā)射器。數(shù)據(jù)流包括前導(dǎo)數(shù)據(jù)、實(shí)際命令（比如鎖門）、用于車輛識(shí)別的信道碼和一些校驗(yàn)位,見(jiàn)圖1。
完整的數(shù)據(jù)包（64～128bit）通常以2.4～20kHz的速率發(fā)送數(shù)據(jù),RF調(diào)制方式用鍵控幅移（ASK）或鍵控開(kāi)關(guān)（OOK,即調(diào)制度為0%和100%的ASK）。這些調(diào)制方式既能降低成本,又能延長(zhǎng)鑰匙扣里電池的壽命,而低價(jià)和長(zhǎng)電池壽命恰恰是無(wú)線便攜應(yīng)用中非常重要的因素。
當(dāng)RKE系統(tǒng)使用的數(shù)量很大（幾千萬(wàn)）時(shí),低價(jià)對(duì)其擴(kuò)大市場(chǎng)非常有利。另外,長(zhǎng)電池壽命對(duì)發(fā)射器和接收器來(lái)說(shuō)都很重要。對(duì)鑰匙扣發(fā)射器來(lái)說(shuō),電池壽命長(zhǎng)意味著用戶可以減少更換電池的次數(shù)。在綜合考慮了攜帶方便和電池容量的條件下,目前鑰匙扣發(fā)射器的電池壽命一般在2～5年。對(duì)接收器來(lái)說(shuō),電池壽命同樣很重要。接收器必須一直開(kāi)著,用戶任何時(shí)候都可能發(fā)射命令。RKE接收器由汽車的蓄電池（即用于啟動(dòng)汽車的電池）供電,如果接收器的用電消耗太高,蓄電池就可能會(huì)沒(méi)有足夠的電力去發(fā)動(dòng)汽車。從表面上看,這種擔(dān)心似乎有點(diǎn)兒杞人憂天,汽車電池容量很大,而接收器的典型消耗只有1～5mA。當(dāng)然,日常消耗這么小的電流根本不要緊,但是如果你把汽車停在機(jī)場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)星期或更長(zhǎng),情況就不一樣了。
對(duì)于特定的RKE系統(tǒng),電池容量與接收器的功耗和持續(xù)工作時(shí)間的乘積成正比。因此,系統(tǒng)會(huì)預(yù)先警告你汽車是否存足了30天以上的電量。
現(xiàn)在回到本文的主題：在超外差接收器中,振蕩器的快速啟動(dòng)是如何影響電池壽命的？
為了簡(jiǎn)化計(jì)算,我們采用了一些中間值。前面已經(jīng)討論過(guò)數(shù)據(jù)包和傳輸速率,假定數(shù)據(jù)包是100bit,數(shù)據(jù)速率是10kHz（每比特0.1ms）,那么發(fā)送100bit數(shù)據(jù)需要的時(shí)間為10ms。為了節(jié)省電能,我們把接收器的工作分成時(shí)間段,只讓它短時(shí)間地開(kāi)啟一下——僅僅足夠用來(lái)判定是否有有效的傳輸。
由于接收器是分時(shí)工作的,我們必須提供額外的發(fā)送使接收器能檢測(cè)出所需要的指令,通常是鑰匙扣重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)三次以上。如果總共發(fā)送4次,總的發(fā)送時(shí)間是4x10ms即40ms。接收器要?jiǎng)幼?它必須至少要解碼其中一次發(fā)送的100bit（10ms）。為了至少得到一個(gè)完整的傳輸,接收器必須輪詢工作、檢查是否有有效數(shù)據(jù)（當(dāng)然,接收器可以一直開(kāi)著,但是這樣耗電較大）,給定的40ms數(shù)據(jù)包不會(huì)重復(fù),因此我們必須輪詢得足夠頻繁,這樣才能得到其中的一次完整10ms傳輸。很顯然,最大的輪詢時(shí)間間隔是30ms,超過(guò)這個(gè)時(shí)間間隔,就可能會(huì)錯(cuò)過(guò)接收命令。另外,系統(tǒng)時(shí)序可能有中斷,或者有干擾或其他噪聲破壞了數(shù)據(jù)。保守一點(diǎn)估算,系統(tǒng)應(yīng)該能接收至少兩條完整的傳輸,因此我們把時(shí)間間隔設(shè)為20ms。每隔20ms接收器喚醒一次去解碼數(shù)據(jù)流,如果有數(shù)據(jù)就解碼,否則進(jìn)入睡眠狀態(tài)等到下一個(gè)20ms。
為了判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有效,接收器至少需要7～8bit數(shù)據(jù),即用0.75ms的時(shí)間去解碼信息,以此確定接收到的數(shù)據(jù)是否為特定頻率、特定格式的有效數(shù)據(jù)。因此,接收器必須每隔20ms喚醒約0.75ms,但目前很少有接收器能達(dá)到這一水平。接收器喚醒也需要時(shí)間,大多數(shù)接收器里的放大器能在很短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定,但振蕩器則做不到。振蕩器內(nèi)的壓電晶體是一個(gè)電磁元件,它需要時(shí)間起振,需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能穩(wěn)定在所需的頻率上。接收器從打開(kāi)到獲得給定范圍的振蕩器頻率（即穩(wěn)定）的時(shí)間,是一個(gè)非常重要的參數(shù)。其他參數(shù),如IF輸出時(shí)間,會(huì)產(chǎn)生一些誤導(dǎo),當(dāng)振蕩器開(kāi)始振蕩時(shí)IF就有輸出了,但是接收器的頻率還沒(méi)有鎖定在發(fā)射器的頻率上,這種情況就像收音機(jī)調(diào)到90MHz,但卻實(shí)際收到了92MHz,當(dāng)然,收音機(jī)在工作,但它卻沒(méi)有收到你所要的東西。
一般超外差接收機(jī)能在2～5ms時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)并穩(wěn)定下來(lái)。假定在我們的討論中是2.25ms,另外還需要0.75ms時(shí)間用于數(shù)據(jù)解碼,這樣在每20ms的時(shí)間間隔中需要3ms時(shí)間來(lái)檢測(cè)鑰匙扣發(fā)射的數(shù)據(jù),如圖2所示。MAX1470超外差接收機(jī)就不一樣,它內(nèi)置了一個(gè)快啟動(dòng)振蕩器,通過(guò)維持晶體中的振蕩來(lái)減少啟動(dòng)時(shí)間,能將啟動(dòng)時(shí)間從2.25ms減少到0.25ms。0.25ms加上0.75ms的數(shù)據(jù)解碼時(shí)間,我們只需1ms時(shí)間來(lái)檢測(cè)發(fā)射的數(shù)據(jù),所用時(shí)間僅為原來(lái)的1/3,節(jié)省了電能。
大多數(shù)高性能超外差接收器（即有很高靈敏度）在5V工作時(shí),消耗電流5mA;MAX1470的工作電壓為3.3V,消耗電流5mA,同樣具有極高的靈敏度。顯然,MAX1470的功耗比一般接收器要低出很多�？紤]到工作時(shí)間,在每20ms的時(shí)間段中,一般超外差接收器需要25mW×3ms=75μJ的能量;MAX1470只需要16.5mW×1ms=16.5uJ的能量（見(jiàn)圖3）。由此可以看出,MAX1470不但檢測(cè)速度快,而且耗電少,相應(yīng)的將電池的壽命延長(zhǎng)了4～5倍。因MAX1470耗電少,所以可選用容量相對(duì)較小的電池,電池的尺寸也相應(yīng)地減小。發(fā)射器電池尺寸的減小能帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn),特別是應(yīng)用在汽車行業(yè)中新的輪胎壓力監(jiān)控(TPM)系統(tǒng)中。
TPM發(fā)射器是一個(gè)放在輪胎中閥門桿上的發(fā)射扣,用來(lái)測(cè)量輪胎氣壓和溫度,就像無(wú)線鑰匙扣一樣發(fā)送數(shù)據(jù)包。但是TPM信息發(fā)送得很頻繁（相比按鍵再發(fā)送而言）,因?yàn)橐磿r(shí)檢測(cè)到氣壓?jiǎn)栴}。為了檢測(cè)緩慢漏氣情況,系統(tǒng)需要在汽車停放時(shí)依然監(jiān)測(cè)每個(gè)輪胎。我們既不能在閥門桿上放置一個(gè)很大的電池,它會(huì)影響車輪平衡;也不能選用壽命較短的電池,因?yàn)榻邮掌鞯碾姵馗鼡Q起來(lái)并不很容易。由此可見(jiàn),對(duì)TPM來(lái)說(shuō)低功耗、高性能的傳輸系統(tǒng)是其基本要求。要滿足以上要求,帶快啟動(dòng)振蕩器的超外差RKE接收器是一個(gè)上佳選擇。 |
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