高性能的晶体振荡器即使不接入外部的电源,也能启动振荡,频率范围比一般的晶体要宽很多,在稳定性,可靠性,功能等方面也会更好.因此越来越多的厂家喜欢使用石英晶体振荡器,尤其是高要求的汽车车载,RF接收器,REK系统,ISM,遥控钥匙等产品,在单片超外差RF接收器器件中集成了独特的快速启动振荡器系统.针对300MHz至450MHz ISM(美国)频段的应用,接收器通过减少接收器的启动时间来节省电池电量.快速启动振荡器电路可实现接收器扫描的低占空比.用于简单RF数据传输的常见应用是远程无钥匙进入(RKE)系统,其用于许多新车辆中以锁定和解锁车门,打开行李箱以及控制安全警报.未来的车辆将使用RKE来定位车辆并提供远程启动.

RKE系统的操作很简单.它由一个钥匙扣发射器(通常每个用户一个)和一个基于车辆的接收器组成.工作频率通常为300MHz至450MHz,但欧洲的一些新系统正在考虑ISM频段的868MHz频率分配.通信是单一的,意味着数据仅从发送器流向接收器.在证明这种架构的众多理由中,引用最多的是密钥卡的低成本和延长的电池寿命.为了启动动作,用户按下遥控钥匙上的按钮,从而唤醒内部微控制器,该微控制器立即将数据流输出到RF发射器.数据流包括数据前导码,实际命令(例如锁门),车辆到车辆安全性的滚动代码,以确保您的密钥卡不会解锁另一辆车,以及(可能)一些检查位(图1).

图1.按遥控无钥匙进入(RKE)系统密钥卡上的按钮启动短数据流的传输.

完整的数据包(64位到128位)通常以2.4kHz和20kHz之间的速率传输,RF调制采用幅移键控(ASK)或开关键控(OOK,ASK,其中调制)是0％或100％).这些调制方案最大限度地降低了密钥卡的成本并延长了电池寿命.您可能怀疑,低价格和长电池寿命非常重要.当您考虑使用的系统数量(数千万)时,对低价的需求是显而易见的.最大电池寿命对于发射器和接收器都很重要.

对于钥匙扣发射器,长电池寿命可最大限度地减少用户更换电池的时间.理想的变送器电池可以延长车辆的使用寿命.今天这样的电池是可能的,但你可能不希望将随之而来的大型钥匙扣放在口袋或钱包里.小钥匙扣更方便,但如果必须每两个月更换一次电池则不行.今天的大多数产品都处于中间位置,提供合理的密钥卡尺寸,电池寿命在2到5年的范围内.

同样重要的是接收器的电池寿命.接收器电池必须始终打开,因此用户可以随时发出命令.RKE接收器由车辆电池供电(与用于启动车辆的电池相同).如果接收器中的功耗过高,电池将无法启动车辆！担心这种可能性似乎很愚蠢.车辆电池很大,典型的接收器仅消耗1mA至5mA.如此小的电流消耗不是日常使用车辆的问题,但如果您将车辆停放在机场数周或更长时间,情况就会发生变化.

因此,车辆制造商相应地调整电池尺对于RKE系统,电池尺寸(容量)与接收器消耗的功率乘以其供电天数成正比.因此,如果您的车辆存放时间超过30天,请事先警告.回到本文的标题-超外差接收器中石英振荡器的快速启动如何影响电池寿命?

为简化计算,我们使用一些中间值.回顾数据包和传输速度的讨论,假设100b数据包和10kHz数据速率(每数据位0.1ms).因此,100b数据包在10ms内传输.为了节省接收器的功率,我们将其操作“时间分片”只是短时间-仅足够长以确定是否存在有效传输.该“准时”值通常产生大约10％的占空比.因为接收器是时间切片的,所以我们需要提供额外的传输以确保接收器检测到所请求的动作之一.通常,密钥卡传输重复三次,总共四次传输.密钥卡的总传输时间是10毫秒或40毫秒的四倍.为了使接收器起作用,它必须完全解码100b(10ms)传输中的至少一个.

为了捕获至少一个完整传输,我们必须轮询接收器以确定是否存在有效数据.(接收器可以保持开启,但是需要耗费功率.)给定的40ms发送分组可能不会重复,因此必须经常轮询接收器以捕获至少一个完整的10ms传输.该要求规定接收机调查之间的最长时间为30ms.但是这个间隔可能太罕见,导致命令被遗漏.系统时序可能有点偏,或者可能存在破坏数据的干扰或其他噪声.为保守起见,应该设置系统以捕获至少两个完整的传输.因此,我们将接收器时间片电路设置为20ms.接收器每20ms唤醒并尝试解码传输.如果存在有效数据,则接收器对其进行解码;否则,它又回到睡眠状态20ms.

为了检测有效数据,接收器需要7位到8位数据或0.75ms时间来解码信息.该条件确定发送器是否以我们感兴趣的频率和格式发送数据.因此,接收器需要每20ms唤醒0.75ms左右.不幸的是,只有完美的接收器才能完成这一壮举.接收器需要时间唤醒.接收器中的大多数放大器可以在短时间内唤醒并稳定,但不能振荡器.它的压电石英晶体是一种机电元件,需要时间来开始振荡,并且需要更多的时间来稳定所需的频率.

请注意,某些接收器规格在这方面是模糊的.重要的规格是打开接收器和使振荡器频率在范围(稳定)之间的时间间隔.其他规格如有效的IF输出会产生误导.振荡器开始工作时,IF输出有效.但是,接收器可能没有频率锁定到发射器.这种情况就像收音机调到90MHz,实际上接收到92MHz.当然,收音机正在工作,但它没有收到你想要的东西.

普通的超外差接收器可以在2ms到5ms内启动和稳定.我们假设我们讨论了2.25ms.为数据解码增加0.75ms,它们需要每20ms按时3ms来检测密钥卡传输(图2).该另一方面,MAX1470,MAX1471和MAX1473超外差接收器包括一个快速启动振荡器,通过保持石英晶体振动最小化导通时间,从而将导通时间从正常的2.25ms减少到0.25ms.将0.25ms的开启时间增加到0.75ms的数据解码时间,我们每20ms只需要1ms来检测钥匙扣传输.因此,这些接收器通过在三分之一时间内执行相同的测量功能来节省功率.

图2.为了监视密钥卡传输,RKE接收器必须分配时间来唤醒,稳定,然后解码输入信号.

大多数高性能超外差接收器(具有良好灵敏度的接收器)在工作时在5V时吸收5mA电流.MAX1470,MAX1471和MAX1473接收器提供最佳的接收灵敏度,同时在3.3V的电源电压下吸收5mA电流.在较低电源电压下节省的功率很大:正常的超外差接收器需要25mW;MAX1470,MAX1471和MAX1473需要16.5mW.为每个20ms轮询周期添加时间函数(图3),对于正常的超外差接收器,能量需求为25mW×3ms=75μJ,而MAX1470,MAX1471和MAX1473则需要16.5mW×1ms=16.5μJ.因此,快速唤醒接收器所节省的能量可以将电池寿命延长四倍或五倍.

图3.较短的唤醒时间可以节省能源,降低电源电压也是如此.

因此,对于给定的电池寿命规格,我们可以减小电池尺寸并节省资金,或者我们可以使用相同功率更频繁地采样并减小变送器电池的尺寸.由于车辆电池的尺寸主要用于起动放大器和储备容量,因此减小其尺寸可能不会带来显着的价格优势.另一方面,减小变送器电池的尺寸提供了益处,尤其是当应用于新的轮胎压力监测(TPM)系统时.TPM变送器基本上是放置在轮胎中的钥匙扣,通常在阀杆中.它测量轮胎压力和温度并传输数据包,就像RKE钥匙链一样.然而,TPM信息经常被传输(而不是响应按键操作),因为您希望立即检测到通胀问题.为了检测慢速泄漏,系统还在车辆静止时监控每个轮胎.

请注意,在不脱落车轮平衡的情况下,不能在阀杆上放置大电池.接收器电池也不容易更换,因此它应该比密钥卡电池持续更长时间.因此,低功率传输对于TPM至关重要.虽然RKE发射器的设计者自然关注低功耗操作,但系统工程师知道接收器的改进也会影响功耗.为此,如果没有为超外差RKE接收器配备快速启动贴片晶体振荡器他可以做得更糟.