專利名稱：一種超低功耗的帶通鑒頻器及其鑒頻方法
技術領域：
本發明屬于無線通信和CMOS集成電路設計領域，特別涉及低功耗鑒頻器領域，具體為一種超低功耗的帶通鑒頻器及方法。
背景技術：
無線通信接收機在目前主流的接收機結構中，都是采取下變頻方案，射頻信號經低噪聲放大器放大后，與本振信號一起送至混頻器，進行下混頻，得到低中頻或零中頻信號，再經過復數濾波器后，抑制鏡像信號，再經過自動增益控制后，經A/D輸出給基帶處理器處理。這種方案接收靈敏度好，信噪比高，抑制鏡像干擾強，但是這種結構需要頻率合成器提供本振信號，根據應用情況電路功耗從IOmA到IOOmA以上不等，存在電路功耗大的缺陷。在應用非常廣泛的物聯網或者無線傳感網中，很多節點或者設備都是靠電池供電，一塊電池需要維持設備5 10年的使用時間，在這種超低功耗的應用中，需要保證設備大部分時間是關閉的，只有在被喚醒的時候，主電路才打開進行收發數據，其它時候只有喚醒接收機一直工作。采用喚醒技術的喚醒接收機的功能跟普通接收機類似，從數GHz的無線射頻信號中，解調出調制信號或者數據，判斷是否包含喚醒信號，用于確定是否打開主電路，進行數據收發工作。喚醒接收機具有節能特點，但是對喚醒接收機的功耗要求卻非常苛亥IJ，電路功耗應在IOuA以下。顯而易見，采用上面下變頻方案的無線通信接收機根本不能滿足采用喚醒接收機的超低功耗要求。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種超低功耗的帶通鑒頻方法，以設置的鑒頻參數配置值為對輸入數字信號的帶通鑒頻條件，通過條件比較，產生喚醒使能信號，控制輸出輸入數字信號，否則關閉輸出輸入數字信號，實現喚醒接收機的節能控制，達到超低功耗的目的。另一個目的是公開一種超低功耗的帶通鑒頻器，它包括數字頻率比較器和狀態機，采用超低功耗的帶通鑒頻方法，實現喚醒接收機的喚醒功能，能抑制帶外干擾或外部接收到帶內的噪聲以及由于低功耗電路本身的噪聲干擾，并滿足接收靈敏度要求，使接收機能在IOuA以下的功耗，從GHz無線射頻信號中解調出調制數據或者信號。發明的目的和上述技術問題是通過下面的技術方案來實現。一種超低功耗的帶通鑒頻器，其在于，模塊結構的超低功耗的帶通鑒頻器簡稱帶通鑒頻器包括數字頻率比較器和狀態機；其中
數字頻率比較器的輸入端連接前一級射頻前端處理比較器的輸出端，數字頻率比較器的輸出端連接后一級數字基帶處理器的輸入端，用于選通輸出來自前一級輸出端的輸入數據；狀態機的使能控制端和復位控制端分別連接后一級數字基帶處理器的使能控制線和復位控制線，狀態機的計數與復位控制線連接數字頻率比較器的計數與復位控制端，狀態機的鑒頻參數配置線連接數字頻率比較器的鑒頻參數配置端；帶通鑒頻器輸出端為喚醒控制端，用于輸出一個喚醒控制信號Y。所述的帶通鑒頻器，其在于所述數字頻率比較器包括上升沿檢測器、上升沿計數器、復位單元、時鐘計數器、比較器、設置參數配置單元、使能選通門；其中
經過射頻前端處理的輸入數據連接上升沿檢測器輸入端，上升沿檢測器的一個輸出端連接狀態機，該上升沿檢測輸出端用于使狀態機進入計數狀態，并開啟相應的上升沿計數器和時鐘計數器計數，上升沿檢測器的另一輸出端連接上升沿計數器的輸入端，上升沿檢測器的配置端連接狀態機的數字控制配置字P，上升沿檢測器還有一輸出端連接復位單元的輸入端，復位單元的輸出端連接狀態機的復位端，用于當上升沿檢測器檢測到上升沿非均勻連續時，控制復位單元給狀態機輸出復位信號，使狀態機軟復位，時鐘計數器的時鐘輸入端連接參考時鐘信號，時鐘計數器的開始端、停止端和復位端連接狀態機的開始計數、停止計數和復位的控制信號端，設置參數配置單元的配置字端連接狀態機配置字ER、DUP、DDN，用于完成帶通鑒頻器的設置參數配置控制，設置參數配置單元的一個輸出端連接時鐘計數器，用于設置時鐘計數器計數預設值，設置參數配置單元的另一個輸出端連接比較器的一個輸入端，用于設置比較器預設值；時鐘計數器的輸出端和設置參數配置單元參數配置端分別連接比較器的二個輸入端，用于時鐘計數器的計數值與設置的預設值送至比較器進行比較，比較器輸出連接使能選通門一個輸入端，輸入數據也連接至使能選通門另一輸入端，比較器的輸出高電位作為使能信號，用于控制使能選通門，將輸入數據選通輸出；同時比較器的輸出還作為鑒頻指示信號，用于輸出喚醒信號。所述的帶通鑒頻器，其在于所述時鐘計數器包括依次串聯連接的分頻器、倍頻器和計數器；參考時鐘接入分頻器，分頻和倍頻參數控制端連接設置參數配置單元的ER配置端，計數器控制端連接狀態機的開始計數、停止計數和復位端，計數器輸出端連接比較器；時鐘計數器的分頻和倍頻參數設置端連接設置參數配置單元，時鐘計數器的分頻和倍頻參數由設置參數配置單元ER配置字作配置，確定參考時鐘進行分頻的分頻比和倍頻比，用于確定鑒頻誤差精度。所述的帶通鑒頻器，其在于所述狀態機為集成于帶通鑒頻器片內的微處理器，狀態機連接來自片外數字基帶處理器的使能信號EN和復位信號RES，同時連接來自數字頻率比較器的上升沿檢測器、上升沿計數器、復位單元的輸出信號，狀態機輸出開始計數、停止計數和復位的控制信號線連接數字頻率比較器的上升沿計數器和時鐘計數器的控制端；狀態機的工作狀態包括空閑IDLE態、計數COUNTER態、結束FINISH態，狀態機按照鑒頻工作需求實現三種工作狀態的轉換。一種超低功耗的帶通鑒頻方法，包括以下步驟:
(I)由帶通鑒頻器的狀態機配置鑒頻參數；
由帶通鑒頻器的狀態機為數字頻率比較器配置鑒頻參數，狀態機的存儲器內存有鑒頻參數配置表，狀態機按照射頻接收機的的鑒頻要求，通過查表輸出一組鑒頻參數配置字；當芯片上電或接收到復位信號，將一組鑒頻參數配置字配置給數字頻率比較器；
當射頻前端芯片上電或接收到來自數字基帶處理器的復位信號時，由狀態機啟動帶通鑒頻器的鑒頻參數配置，狀態機通過查表方式從鑒頻參數配置表中調出一組鑒頻參數配置字發送給數字頻率比較器，完成帶通鑒頻器的鑒頻參數配置；鑒頻參數配置表是按工作頻段范圍、鑒頻數據長度和鑒頻誤差精度的鑒頻需求與對應計數的鑒頻參數設置值編制而成，一組鑒頻參數包括參考時鐘計數上、下限值，一個時鐘周期的參考時鐘最大計數值和上升沿計數設置值；
(2)檢測輸入數據的上升沿；
檢測來自射頻前端電路的輸入數據的上升沿，當檢測到第一上升沿時，開始對上升沿個數計數，檢測輸入數據的每個上升沿，計數值加I ;同時開始對參考時鐘信號計數；
由上升沿檢測器對來自射頻前端電路的輸入數據檢測其上升沿，當檢測到第一個上升沿時，上升沿檢測器檢測輸出到狀態機，狀態機進入計數狀態，上升沿計數器和時鐘計數器各自開始計數，上升沿檢測器按照設定的鑒頻誤差精度，對輸入數據實現相應精度的檢測，滿足不同需求射頻接收機的鑒頻要求；檢測輸入數據的每個上升沿并對輸入數據作判斷；
(3)檢測輸入數據的每個上升沿并對輸入數據作判斷；
檢測輸入數據的每個上升沿并對輸入數據作判斷，若上升沿檢測器輸出的上升沿個數不連續，檢測判斷到方波信號不連續或方波占空比不對則送一個重新計數信號，狀態機作濾波復位，轉步驟(2)重新檢測輸入數據上升沿；若否則轉步驟(4)；
若檢測到起始的方波信號不連續或方波占空比不對，狀態機作濾波復位處理，使方波信號不連續或方波不對的輸入信號，不能從帶通鑒相器輸出，實現對帶外的干擾信號和帶內的噪聲信號的帶通濾波；
(4)判斷上升沿計數值是否達到設置值；
上升沿計數值加1，并判斷上升沿計數值是否達到設置值；若是，狀態機輸出停止計數控制信號，參考時鐘計數器停止計數；否則轉步驟(2)；
當上升沿計數器計數值達到帶通鑒頻參數設置值，上升沿計數器也停止計數。(5)判斷參考時鐘計數值是否在工作頻段上、下限對應值范圍之內；
參考時鐘計數值送比較器，與相應鑒頻參數配置值作比較判斷；若在設定的時鐘周期內，參考時鐘計數值在工作頻段上、下限對應值范圍之內，比較器輸出高電平；否則輸出低電平，返回步驟(2)；
在設定的時鐘周期內，上升沿計數值不滿足參數設置值，則輸出低電平，喚醒接收機不具備喚醒條件；
(6)輸出高電平作使能選通控制和實現喚醒功能；
由使能單元對比較器輸出電平和輸入數據進行使能控制處理，當比較器輸出高電平時，選通輸入數據，并輸出喚醒信號，實現喚醒功能；否則封鎖輸入數據不輸出，實現帶外干擾和帶內噪聲濾除功能。帶通鑒頻器作為喚醒模塊能出色完成喚醒控制功能，在執行不喚醒功能時，接收機的其它耗能模塊處于休眠狀態，從而獲得超低功耗的節能效果。數據調制到高頻的載波發射，經天線接收后，經射頻包絡檢波器解調出包含噪聲在內的包絡信號，包絡信號經放大器放大后，經過比較器轉換為含有噪聲在內的數據信號，再經過帶通鑒頻器鑒頻后，濾除帶外的干擾噪聲，輸出基帶信號給數字基帶處理器處理。所述帶通鑒頻方法，其在于步驟(I)所述狀態機配置鑒頻參數包括以下內容:
1)工作頻段范圍配置；根據具體的喚醒調制數據工作頻率，配置鑒頻器的工作頻率上、下限值；
2)配置鑒頻的輸入數據長度；根據輸入數字調制數據的喚醒調制數據的數據幀格式，配置帶通鑒頻器接收數字調制信號的輸入數據長度；
3)配置最大允許誤差的參考時鐘個數ER;在不影響接收靈敏度的前提下，根據系統的誤碼率要求作鑒頻誤差精度配置；
4)配置上升沿計數設置值P;在保證喚醒接收機誤碼率的前提下，對工作速度即接收到輸入數據判決長度進行配置；
5)配置時鐘計數設置值的范圍；根據I)工作頻段范圍配置時鐘計數設置值。所述帶通鑒頻方法，其在于步驟(2)和(3)所述檢測輸入數據的第一上升沿和每個上升沿包括以下控制內容:
1)上升沿檢測器未檢測第一個輸入數據的上升沿，狀態機處于空閑IDLE態；
2)上升沿檢測器檢測第一個輸入數據的上升沿，輸出開始檢測信號，狀態機處于計數COUNTER 態；
3)上升沿檢測器檢測每個輸入數據的上升沿；
a.上升沿檢測器輸出送上升沿計數器對上升沿個數計數:
b.參考時鐘送時鐘計數器對時鐘個數計數:
4)若上升沿檢測器檢測到起始的方波信號不連續或方波不對，
a.上升沿檢測器給復位單元輸出一個信號:
b.復位單元輸出復位請求信號給狀態機；
c.狀態機輸出復位信號，控制上升沿計數器和時鐘計數器清零，上升沿檢測器重新開始對輸入數據進行檢測；
4)完成配置的鑒頻數據長度檢測，狀態機處于結束FINISH態。所述帶通鑒頻方法，其在于步驟(4)所述判斷上升沿計數器計數值是否達到設置值包括以下控制內容:
1)狀態機未接收到上升沿計數器輸出計數完成信號，判定上升沿計數器計數值<設置值，狀態機繼續等待上升沿計數器輸出計數完成信號，上升沿計數器繼續計數，時鐘計數器繼續計數；
2)狀態機接收到上升沿計數器輸出計數完成信號，判定上升沿計數器計數值>設置
值；
3)狀態機輸出停止計數信號，上升沿計數器停止計數，時鐘計數器停止計數；
4)時鐘計數器計數值送至比較器與設定的工作頻段上、下限對應的參考時鐘個數設置值作比較判斷，若計數值在工作頻段范圍內，則輸出高電平指示信號，并使能輸出數據；否則維持低電平輸出指示信號，并將計數器復位，重新開始上升沿檢測器，若上升沿計數器沒有達到預設值，則轉步驟(2)繼續計數。所述帶通鑒頻方法，其在于步驟(5)所述判斷參考時鐘計數值是否在工作頻段上、下限對應值范圍之內包括以下內容:
O比較器對參考時鐘計數值與相應鑒頻參數配置值作比較判斷；
2)若在設定的時鐘周期內，參考時鐘計數值在工作頻段上、下限對應值范圍之內，比較器輸出為高電平；
3)在設定的時鐘周期內，上升沿計數值不滿足參數設置值，參考時鐘計數值不在工作頻段上、下限對應值范圍之內，比較器輸出為低電平，則不具備喚醒條件。
所述帶通鑒頻方法，其在于步驟(6)所述輸出高電平作使能選通控制和實現喚醒功能包括以下內容:
1)當比較器輸出為高電平時，作為使能選通信號控制使能選通門實現帶通鑒頻器選通數據輸出，選通數據傳輸給下一級的數字基帶處理器，選通數據一次傳輸完；
2)同時，比較器輸出為高電平，具備喚醒條件，輸出喚醒信號給接收機，喚醒功能用于實現低功耗；
3)下一級數字基帶處理器接收到帶通鑒頻器一次傳輸的選通數據，反饋送出復位信號給鑒頻器，開始新的一次輸入數據的鑒頻與判斷。本發明的實質性效果為:
1、解決了物聯網或無線傳感網中對喚醒接收機超低功耗的非常苛刻要求，使喚醒接收機的功耗小于5uA。2、對接收到的輸入信號或數據進行鑒頻判決時，能抑制帶外干擾和帶內噪聲信號，克服低功耗帶來的干擾抑制性能變差的問題。3、超低功耗帶通鑒頻器的帶通鑒頻和噪聲干擾抑制，有利于最大程度保證前級電路的性能，使接收機獲得較高的接收靈敏度和較低的誤碼率。4、電路采用標準CMOS實現，便于集成制造，成本低，可靠性高。5、超低功耗帶通鑒頻方法和鑒頻器可廣泛應用于物聯網和無線傳感網中不同要求的通信系統，為超低功耗接收提供可行的技術途徑。
圖1a是一種帶有本發明帶通鑒頻器的超低功耗調幅接收機組成框 圖1b另一種帶有本發明帶通鑒頻器的超低功耗調幅接收機組成框圖:
圖1a和圖1b中:11 一接收天線，12—射頻如端電路，120—微分器，121—射頻包絡檢波器，122—放大器，123—比較器，13—帶通鑒頻器，131—數字頻率比較器，132—狀態機，
14一數字基帶處理器。圖2a是本發明第一實施例的帶通鑒頻器的構成電路框 圖2b是本發明第二實施例的帶通鑒頻器的構成電路框 圖2a和圖2b中:21—數字頻率比較器，22—狀態機，211—上升沿檢測器，212—上升沿計數器，213—復位單元，214 —時鐘計數器，215—比較器，216—設置參數配置單元，217—使能選通門，EN—使能信號，RST—來自基帶處理器的復位信號，ER—誤差精度配置字，DUP—頻率上限配置字，DDN—頻率下限配置字，P—上升沿計數器配置字，Y—鑒頻判決輸出的喚醒信號。圖3是本發明實施例的帶通鑒頻器的狀態機狀態轉換圖
圖 3 中:31—空閑態(IDLE)，32—計數態(COUNTER)，33—結束態(FINISH)
圖4是本發明實施例的工作流程圖。圖5a是本發明實施例的帶通鑒頻器輸入數據13KHz的仿真波形圖。圖5b是本發明實施例的帶通鑒頻器輸入數據SKHz的仿真波形圖。
具體實施方式
下面按照實施例并結合附圖，對本發明的具體實現方式進行詳細闡述，使本發明的技術方案、有益效果得到進一步說明。本發明第I實施例的超低功耗調幅接收機構成框圖如圖1a所示，接收天線11接收已調制調幅射頻信號，射頻包絡檢波器12從已調幅載波信號中解調出低頻的包絡調制信號或數據，經過放大器13增益放大后，送至比較器14量化為數字信號。射頻和模擬前端包括射頻包絡檢波器12、放大器13和比較器14都采用超低功耗的結構和電路實現，總功耗為3uA以內。在比較器14輸出的數字信號中，還包含有帶外的干擾信號和噪聲，也包括由于射頻和模擬前端采用超低功耗設計，內部噪聲引起的經比較器14輸出的數字噪聲信號，數字信號和數字噪聲信號送至帶通鑒頻器15進行鑒頻和濾波處理，濾除帶外干擾和數字噪聲信號，再輸出給數字基帶處理器16，在保證整機的接收靈敏度性能的同時，控制接收數據誤碼率在低的范圍內。本發明第2實施例的超低功耗調頻接收機構成框圖如圖1b所示，為了達到超低功耗的接收機，在圖1a調幅接收機構成的基礎上，在天線11與射頻包絡檢波器12之間接入一級微分器10，微分器10將已調頻載波信號變為已調頻調幅載波信號，后面的接收處理按調幅接收機來接收。后面的工作過程與圖1a的調幅接收機類似，不再詳述。本發明第一實施例的帶通鑒頻器構成框圖如圖2a所示，它包括數字頻率比較器21和狀態機22。數字頻率比較器21包括上升沿檢測器211、上升沿計數器212、復位單元213、時鐘計數器214、比較器215、設置參數配置單元216和輸出數據的使能選通門217。輸入數據DATA IN連接上升沿檢測器211，上升沿檢測器211的輸出送給上升沿計數器212、同時輸出送給復位單元213進行信號判斷，同時上升沿檢測器211輸出還送給狀態機22，狀態機將211輸出的第一個上升沿作為開始檢測信號，輸出啟動鑒頻控制信號。上升沿計數器212的輸出反饋給狀態機，復位單元也將輸出及結果送至狀態機，參考時鐘送至時鐘計數器，其輸出與設置參數配置的設置值一起送至比較器，作為輸出數據的使能選通信號送到使能選通門217，輸入數據DATA IN同時連接到使能選通門217信號輸入端，當使能選通信號為高電平，使能選通門217輸出端讓輸入數據通過，使能選通門217輸出的帶通鑒頻器輸出數據DATA OUT，是濾除帶外干擾和帶內噪聲的輸入數據。狀態機22使能端和復位端接收來自數字基帶處理器的使能信號EN和復位信號RES，狀態機22還接收來自數字頻率比較器21的上升沿檢測器211輸出的檢測信號、上升沿計數器212輸出的計數完成信號、復位單元213輸出的復位信號，對接收信號進行處理判決，狀態機22輸出信號包括開始計數和停止計數的控制信號給時鐘計數器214，以及對帶通鑒頻器的復位信號。同時比較器的輸出為鑒頻判決輸出信號Y，用于作為喚醒輸出信號。結合圖2a和實施例1對帶通鑒頻器技術方案作進一步說明。圖1a或圖1b中比較器123輸出的數字信號，作為輸入數據DATA IN送至帶通鑒頻器，若數字頻率比較器21的上升沿檢測器211檢測到輸入數據的第一個上升沿，則輸出一個“開始檢測”的啟動信號給狀態機22，狀態機22處理輸出“開始計數”的控制信號，上升沿計數器212開始對輸入數據上升沿進行計數，同時時鐘計數器214開始對參考時鐘進行計數。與此同時，輸入數據送至復位單元213進行信號判決，如果輸入數據出現非連續信號，即前后脈沖的間隔超過預設的范圍，或者輸入數據的占空比不滿足要求時，復位單元213輸出高電平給狀態機，狀態機對整個帶通鑒頻器復位，重新開始新一輪鑒頻判決。如果判決輸入數據信號連續，復位單元213輸出低電平，則上升沿計數器212加1，復位單元依次作信號判決，若上升沿計數器212的計數值沒有到達上升沿計數器配置字P預設值，復位單元213輸出維持低電平，上升沿計數器212不斷加I。當上升沿計數器212的計數值到達上升沿計數器配置字P預設值，則復位單元213輸出高電平信號給狀態機22，狀態機22輸出停止計數的信號給時鐘計數器214，時鐘計數器214送出的時鐘計數值與設置參數配置單元216送出的工作頻率上、下限值對應的二個預設值，一起送至比較器215進行比較，如計數值在二個預設值范圍內，則輸出高電平的鑒頻判決信號Y，Y作為使能信號送至使能控制門217輸入端，控制使能選通門217選通輸出數據DATA OUT送至基帶處理器，如果計數值不在預設值范圍內，則計數器復位，鑒頻器開始重新判決。本發明實施例的設置參數配置單元216根據工作頻段范圍、鑒頻的誤差精度、工作速度，由狀態機對鑒頻參數:誤差精度配置字ER、頻率下限配置字DUP、頻率上限配置字DDN和上升沿計數限值配置字P進行配置。為便于對實施例工作過程的描述，假設鑒頻參數配置如下:輸入的參考時鐘為20KHz并經4倍頻配置為80KHz ;帶通鑒頻器的帶通特性為8 22KHz之間，通過工作頻段范圍可調；工作速度為在Γ15個輸入數據的上升沿之間可調，誤差精度配置字在31個參考時鐘個數之間可調。狀態機22對鑒頻參數配置是根據接收機的性能需求來設置，并通過查表給出誤差精度配置字ER，頻率上限配置字DUP，頻率上限配置字DDN和上升沿計數器配置字P。表I為鑒頻的速度和帶通特性配置表。如表I所示，表的左邊第一列帶通頻率F，表示鑒頻的帶通頻率，而上邊第一行C表示上升沿計數設置值。表I中給出不同的鑒頻帶通頻率值和不同上升沿計數設置值下的參考時鐘計數設置值，時鐘計數設置值與鑒頻速度相對應，從中可見。以鑒頻器的帶通頻率范圍為13 15kHz為例，如果選擇上升沿計數設置值P為6，則鑒頻器的下限頻率13kHz對應的參考時鐘80kHz的參考時鐘計數設置值為31，而上限頻率15kHz對應的參考時鐘計數設置值為27，當上升沿計數器212對輸入數據上升沿計數值達到6時，時鐘計數器214停止計數，如果送到比較器215的參考時鐘計數值在27^31范圍內，則比較器215輸出高電平，帶通鑒頻器輸出喚醒控制信號Y，開啟接收機上的收發電路，同時使能選通門217打開，`輸入數據輸出，反之，比較器輸出低電平，使能選通門217關閉，輸入數據不輸出，從輸入數據中濾除了帶外干擾和帶內噪聲的數據，同時帶通鑒頻器不輸出喚醒控制信號，關閉接收機上的收發電路，實現節能低功耗。表2復位的連續性判決條件配置表。如表2所示，第一行Fmin表示為帶通鑒頻器配置的下限頻率值，而第2行Cs表示為一個時鐘周期內誤差允許的參考時鐘個數值，它由誤差精度配置字確定，即時鐘周期內一組連續數據輸入時允許誤差的參考時鐘最大個數值。復位單元213主要是對輸入數據的連續性和占空比進行統計和判決，復位單元213對上升沿檢測器211輸出的上升沿個數的連續性進行判決。根據表I和表2說明鑒頻參數配置值與判斷關系。在一個時鐘周期(以所配置頻率下限值為時鐘周期)內，當時鐘計數器214計數到工作頻率下限對應的最長計數個數31，上升沿檢測器還沒有檢測到上升沿時，表明輸入的數據是非連續，就發出復位信號。復位單元212對上升沿檢測器211送出的輸入數據的高電平和低電平個數進行統計和判斷，如果在一個時鐘周期內，而高、低電平的個數差超過限值，則為此時鐘周期內輸入數據的占空比不滿足要求，復位單元212輸出復位信號。由表2所示，下限頻率13kHz對應的允許誤差的參考時鐘最大個數值為6，若復位單元213對上升沿檢測器211輸出的上升沿個數的連續性進行判決，若高、低電平的個數差超出6，則輸出復位信號。在一個時鐘周期內，上升沿計數器未達到上升沿計數設置值，復位將當前上升沿計數值清零。表I
權利要求
1.一種超低功耗的帶通鑒頻器，其特征在于，模塊結構的超低功耗的帶通鑒頻器簡稱帶通鑒頻器包括數字頻率比較器和狀態機；其中 數字頻率比較器的輸入端連接前一級輸出端，數字頻率比較器的輸出端連接后一級數字基帶處理器的輸入端，用于選通輸出來自前一級輸出端的輸入數據；狀態機的使能控制端和復位控制端分別連接后一級數字基帶處理器的使能控制線和復位控制線，狀態機的計數與復位控制線連接數字頻率比較器的計數與復位控制端，狀態機的鑒頻參數配置線連接數字頻率比較器的鑒頻參數配置端；帶通鑒頻器輸出端為喚醒控制端，用于輸出一個喚醒控制信號Y。
2.如權利要求1所述的 帶通鑒頻器，其特征在于，所述數字頻率比較器包括上升沿檢測器、上升沿計數器、復位單元、時鐘計數器、比較器、設置參數配置單元、使能選通門；其中 輸入數據連接上升沿檢測器輸入端，上升沿檢測器的一個輸出端連接狀態機，該上升沿檢測輸出端用于使狀態機進入計數狀態，并開啟相應的上升沿計數器和時鐘計數器計數，上升沿檢測器的另一輸出端連接上升沿計數器的輸入端，上升沿檢測器的配置端連接狀態機的數字控制配置字P，上升沿檢測器還有一輸出端連接復位單元的輸入端，復位單元的輸出端連接狀態機的復位端，時鐘計數器的時鐘輸入端連接參考時鐘信號，時鐘計數器的開始端、停止端和復位端連接狀態機的開始計數、停止計數和復位的控制信號端，設置參數配置單元的配置字端連接狀態機配置字ER、DUP、DDN，用于完成帶通鑒頻器的設置參數配置控制，設置參數配置單元的一個輸出端連接時鐘計數器，用于設置時鐘計數器計數預設值，設置參數配置單元的另一個輸出端連接比較器的一個輸入端，用于設置比較器的預設值；時鐘計數器的輸出端和設置參數配置單元參數配置端分別連接比較器的二個輸入端，用于時鐘計數器的計數值與設置的預設值送至比較器進行比較，比較器輸出連接使能選通門一個輸入端，輸入數據也連接至使能選通門另一輸入端，比較器的輸出高電位作為使能信號，用于控制使能選通門，將輸入數據選通輸出；同時比較器的輸出還作為鑒頻指示信號，用于輸出喚醒信號。
3.如權利要求2所述的帶通鑒頻器，其特征在于:所述時鐘計數器包括依次串聯連接的分頻器、倍頻器和計數器；參考時鐘接入分頻器，分頻和倍頻參數控制端連接設置參數配置單元的ER配置端，計數器控制端連接狀態機的開始計數、停止計數和復位端，計數器輸出端連接比較器；時鐘計數器的分頻和倍頻參數設置端連接設置參數配置單元，時鐘計數器的分頻和倍頻參數由設置參數配置單元ER配置字作配置，確定參考時鐘進行分頻的分頻比和倍頻比，用于確定鑒頻誤差精度。
4.如權利要求1-3所述的帶通鑒頻器，其特征在于:所述狀態機為集成于帶通鑒頻器片內的微處理器，狀態機連接來自片外數字基帶處理器的使能信號EN和復位信號RES，同時連接來自數字頻率比較器的上升沿檢測器、上升沿計數器、復位單元的輸出信號，狀態機輸出開始計數、停止計數和復位的控制信號線連接數字頻率比較器的上升沿計數器和時鐘計數器的控制端；狀態機的工作狀態包括空閑IDLE態、計數COUNTER態、結束FINISH態，狀態機按照鑒頻工作需求實現三種工作狀態的轉換。
5.一種超低功耗的帶通鑒頻方法，包括以下步驟: (I)由帶通鑒頻器的狀態機配置鑒頻參數； 由帶通鑒頻器的狀態機為數字頻率比較器配置鑒頻參數，狀態機的存儲器內存有鑒頻參數配置表，狀態機按照射頻接收機的的鑒頻要求，通過查表輸出一組鑒頻參數配置字；當芯片上電或接收到復位信號，將一組鑒頻參數配置字配置給數字頻率比較器； (2)檢測輸入數據的上升沿； 檢測來自射頻前端電路的輸入數據的上升沿，當檢測到第一上升沿時，開始對上升沿個數計數，檢測輸入數據的每個上升沿，計數值加I ;同時開始對參考時鐘信號計數； (3)檢測輸入數據的每個上升沿并對輸入數據作判斷； 檢測輸入數據的每個上升沿并對輸入數據作判斷，若上升沿檢測器輸出的上升沿個數不連續，檢測判斷到方波信號不連續或方波占空比不對則送一個重新計數信號，狀態機作濾波復位，轉步驟(2)重新檢測輸入數據上升沿；若否則轉步驟(4)； 若檢測到起始的方波信號不連續或方波占空比不對，狀態機作濾波復位處理，使方波信號不連續或方波不對的輸入信號，不能從帶通鑒相器輸出，實現對帶外的干擾信號和帶內的噪聲信號的帶通濾波； (4)判斷上升沿計數值是否達到設置值； 上升沿計數值加1，并判斷上升沿計數值是否達到設置值；若是，狀態機輸出停止計數控制信號，參考時鐘計數器停止計數；否則轉步驟(2)； (5)判斷參考時鐘計數值是否在工作頻段上、下限對應值范圍之內； 參考時鐘計數值送比較器，與相應鑒頻參數配置值作比較判斷；若在設定的時鐘周期內，參考時鐘計數值在工作頻段上、下限對應值范圍之內，比較器輸出高電平；否則輸出低電平，返回步驟(2)； 在設定的時鐘周期內，上升沿計數值不滿足參數設置值，則輸出低電平，喚醒接收機不具備喚醒條件； (6)輸出高電平作使能選通控制和實現喚醒功能； 由使能單元對比較器輸出電平和輸入數據進行使能控制處理，當比較器輸出高電平時，選通輸入數據，并輸出喚醒信號，實現喚醒功能；否則封鎖輸入數據不輸出，實現帶外干擾和帶內噪聲濾除功能； 帶通鑒頻器作為喚醒模塊能出色完成喚醒控制功能，在執行不喚醒功能時，接收機的其它耗能模塊處于休眠狀態，用于獲得超低功耗。
6.如權利要求5所述的帶通鑒頻方法，其特征在于，步驟(I)所述狀態機配置鑒頻參數包括以下內容: 1)工作頻段范圍配置；根據具體的喚醒調制數據工作頻率，配置鑒頻器的工作頻率上、下限值； 2)配置鑒頻的輸入數據長度；根據輸入數字調制數據的喚醒調制數據的數據幀格式，配置帶通鑒頻器接收數字調制信號的輸入數據長度； 3)配置最大允許誤差的參考時鐘個數ER;在不影響接收靈敏度的前提下，根據系統的誤碼率要求作鑒頻誤差精度配置； 4)配置上升沿計數設置值P;在保證喚醒接收機誤碼率的前提下，對工作速度即接收到輸入數據判決長度進行配置； 5)配置時鐘計數設置值的范圍；根據1)工作頻段范圍配置時鐘計數設置值。
7.如權利要求5所述的帶通鑒頻方法，其特征在于，步驟(2)和(3 )所述檢測輸入數據的第一上升沿和每個上升沿包括以下控制內容: 1)上升沿檢測器未檢測第一個輸入數據的上升沿，狀態機處于空閑IDLE態；計數COUNTER 態、結束 FINISH 態； 2)上升沿檢測器檢測第一個輸入數據的上升沿，輸出開始計數信號； 3)上升沿檢測器檢測每個輸入數據的上升沿； a.上升沿檢測器輸出送上升沿計數器對上升沿個數計數: b.參考時鐘送時鐘計數器對時鐘個數計數: 4)若上升沿檢測器檢測到起始的方波信號不連續或方波不對， a.上升沿檢測器給復位單元輸出一個信號: b.復位單元輸出復位請求信號給狀態機； c.狀態機輸出復位信號，控制上升沿計數器和時鐘計數器清零，上升沿檢測器重新開始對輸入數據進行檢測。
8.如權利要求5所述的帶通鑒頻方法，其特征在于，步驟(4)所述判斷上升沿計數器計數值是否達到設置值包括以下控制內容: 1)狀態機未接收到上升沿計數器輸出計數完成信號，判定上升沿計數器計數值<設置值，狀態機繼續等待上升沿計數器輸出計數完成信號，上升沿計數器繼續計數，時鐘計數器繼續計數；` 2)狀態機接收到上升沿計數器輸出計數完成信號，判定上升沿計數器計數值>設置值； 3)狀態機輸出停止計數信號，上升沿計數器停止計數，時鐘計數器停止計數； 4)時鐘計數器計數值送至比較器與設定的工作頻段上、下限對應的參考時鐘個數設置值作比較判斷，若計數值在工作頻段范圍內，則輸出高電平指示信號，并使能輸出數據；否則維持低電平輸出指示信號，并將計數器復位，重新開始上升沿檢測器，若上升沿計數器沒有達到預設值，則轉步驟(2)繼續計數。
9.如權利要求5所述的方法帶通鑒頻方法，其特征在于，步驟(5)所述判斷參考時鐘計數值是否在工作頻段上、下限對應值范圍之內包括以下內容: O比較器對參考時鐘計數值與相應鑒頻參數配置值作比較判斷； 2)若在設定的時鐘周期內，參考時鐘計數值在工作頻段上、下限對應值范圍之內，比較器輸出為高電平； 3)在設定的時鐘周期內，上升沿計數值不滿足參數設置值，參考時鐘計數值不在工作頻段上、下限對應值范圍之內，比較器輸出為低電平，則不具備喚醒條件。
10.如權利要求5-9所述的帶通鑒頻方法，其特征在于，步驟(6)所述輸出高電平作使能選通控制和實現喚醒功能包括以下內容: 1)當比較器輸出為高電平時，作為使能選通信號控制使能選通門實現帶通鑒頻器選通數據輸出，選通數據傳輸給下一級的數字基帶處理器，選通數據一次傳輸完； 2)同時，比較器輸出為高電平，具備喚醒條件，輸出喚醒信號給接收機，喚醒功能用于實現低功耗； 3)下一級數字基帶處理器接收到帶通鑒頻器一次傳輸的選通數據，反饋送出復位信號給鑒頻器，開始新的一次輸入數據的鑒頻與判斷。
全文摘要
本發明公開一種超低功耗的帶通鑒頻方法包括帶通鑒頻器配置鑒頻參數配置字；啟動對輸入信號的檢測和計數；檢測到非正常信號通過復位重新計數，濾除帶外干擾和帶內噪聲；檢測到正常信號的上升沿計數值和時鐘計數值與相應設置值作比較判斷，在設定時鐘周期內，滿足參數設置值范圍，產生高電平使能信號，使能選通門允許輸入信號輸出，實現喚醒功能。一種超低功耗的帶通鑒頻器，包括數字頻率比較器和狀態機，數字頻率比較器由狀態機為其配置鑒頻參數值，根據輸入信號檢測計數值以及時鐘計數值，與相應配置值作比較，生成使能信號，濾除帶外干擾和帶內噪聲信號，判決并選通輸入信號。超低功耗帶通鑒頻器作為喚醒接收機廣泛應用于物聯網和無線傳感網。
文檔編號H03D7/16GK103107776SQ20111035856
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者尹喜珍, 黃璐, 錢敏, 馬成炎 申請人:嘉興聯星微電子有限公司