El detector de sesgo cero produce una alta sensibilidad con un consumo de energía nano

Las etiquetas RF ID, circuitos que detectan una llamada de "despertador" y devuelven una ráfaga de datos, deben funcionar con una corriente de reposo muy baja durante meses o años, pero tienen suficiente carga de batería en reserva para responder una llamada entrante. Para el tamaño más pequeño, la mayoría opera en el rango de frecuencia ultra alta, donde el diseño de un circuito receptor de micropotencia es problemático. Las técnicas conocidas, como la conversión directa, la superregeneración o el superhetrodino, consumen demasiada corriente de suministro para prolongar la vida útil de la batería. Un método mejor implica una técnica tomada de simples medidores de campo: un circuito sintonizado y un detector de diodos. La Figura 1 muestra el circuito completo, que fue probado para prueba de concepto a 445MHz. Este circuito contiene un par de mejoras sobre el medidor de campo estándar L / C con látigo. Los circuitos sintonizados no se construyen o controlan fácilmente en UHF, por lo que se utiliza una línea de transmisión para hacer coincidir el diodo detector (1N5712) con una antena de látigo de cuarto de onda. La sección de línea de transmisión de 0.23λ transforma la capacitancia de la unión del diodo de 1pF (350Ω) en un corto virtual en la base de la antena. Al mismo tiempo, convierte la corriente de antena recibida en un bucle de voltaje en el diodo, lo que proporciona una excelente sensibilidad.     Figura 1. Detector de campo de nanopotencia. La polarización del diodo detector puede mejorar la sensibilidad, 1 pero solo cuando el diodo está cargado por una resistencia de CC externa. Un examen cuidadoso del trazador de curvas del 1N5712 en el origen revela que sigue la ecuación de diodo ideal, con escalas de milivoltios y nanoamperios. Para usar un diodo de polarización cero en el origen, el circuito del comparador externo no debe cargar la salida rectificada. El comparador y referencia de nanopotencia LTC1540 es una buena opción para esta aplicación porque no solo no presenta carga para el diodo, sino que también extrae solo 300 nA de la batería. Esto representa una mejora de 10 veces en la vida útil de la batería en comparación con los esquemas de detectores polarizados.2 La entrada es CMOS y la corriente de polarización de entrada consiste en una fuga en una pequeña celda de protección ESD conectada entre la entrada y la tierra. La fuga de entrada mide en el rango de picoamperios, mientras que el 1N5712 pierde cientos de picoamperios. Cualquier salida rectificada del diodo es cargada por el diodo mismo, no por el LTC1540, y la sensibilidad puede coincidir con la de un detector cargado y polarizado. La salida rectificada es monitoreada por el comparador LTC1540. La referencia interna del LTC1540 se utiliza para configurar un umbral de aproximadamente 18 mV en la entrada inversora. Un flanco ascendente en la salida del comparador activa un disparo único, que habilita temporalmente la respuesta y cualquier otra función pulsada. La corriente de suministro total es 400nA, consumiendo solo 7mAH de duración de la batería durante un período de cinco años. Los one-shots monolíticos consumen una corriente de carga significativa, pero el '4047 es el mejor en este sentido. Un one-shot construido a partir de puertas NAND discretas consume una energía insignificante. La sensibilidad es excelente y el circuito puede detectar aproximadamente 200 mW de un dipolo de referencia a 100 pies. El alcance, por supuesto, depende de la frecuencia operativa, la orientación de la antena y los obstáculos circundantes. La sensibilidad es independiente de la tensión de alimentación; este receptor funcionará tan bien con una batería de 9 V como con una sola pila de litio. La longitud de la línea de transmisión no se escala con la frecuencia. Debido a una disminución en la reactancia del diodo, la longitud eléctrica se acortará a medida que aumente la frecuencia. Ajuste la longitud de la línea para la impedancia mínima del punto de alimentación a la frecuencia de operación. Si se utiliza un analizador de impedancia para medir la línea, se puede sustituir el diodo por un condensador de 1pF para evitar grandes efectos de señal en el propio diodo. Consulte la hoja de datos del fabricante para obtener una caracterización precisa de la impedancia del diodo en la frecuencia de interés. Notas 1 Eccles, WH Telegrafía y telefonía inalámbrica, segunda edición. Ben Brothers Limited, Londres, 1918, página 272. 2 Lee, Mitchell. "El detector sesgado produce una alta sensibilidad con un consumo de energía ultrabajo". Linear Technology VII: 1 (febrero de 1997), página 21.

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