[发明专利]具有改善频率区分的超再生收发器

说明书

本公开提供了一种带有具有可控增益的反馈元件的超再生收发器。超再生收发器利用可控增益来改善RF信号数据灵敏度和改善RF信号数据捕获速率。本文描述的超再生收发器允许在宽范围的频率和一系列通信协议上捕获信号数据。本文描述的超再生收发器是可调谐的，消耗非常少的功率用于操作和维护，并且即使在由非常小的电源(例如，纽扣电池)供电时也允许长期操作。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月11日提交的美国临时专利申请No.62/457,823和2017年2月11日提交的美国临时专利申请No.62/457,825的优先权的权益，每个申请均通过引用整体并入本文，包括所有描述、参考文献、图和权利要求，用于所有目的。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在国家科学基金会授予的奖项编号(FAIN)1549465和1738563的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本公开一般而言涉及无线通信接收器、无线通信发送器和电子振荡器设计、系统、方法和设备。特别地，本公开涉及用于实现对无线接收器、无线发送器和电子振荡器中使用的超再生谐振器体系架构的改进的设计、系统、方法和设备。更具体而言，本公开涉及对允许低功率无线接收器和发送器的超再生谐振器体系架构的改进，以及对振荡器的频率稳定性和操作频率范围的改进。

背景技术

RF-MEMS领域迄今为止改进了无线通信的许多方面，与常规技术相比，在降低功耗和减小尺寸方面获得了巨大的收益。片上MEMS设备现在提供从紧凑和低相位噪声参考振荡器到频带选择RF前端双工器的应用。但是，如果可以利用MEMS中可能的高品质因子和CAD可定义频率来实现完整的无线电装置而不需要在现代RF体系架构中使用高耗电的混频和宽带模数转换，那么仍然有更大的潜力。

由于在一些谐振器中可实现高Q因子，使用这种谐振器制造的超再生接收器不仅提供了常规超再生接收器中可能的幅移键控(ASK)，而且允许区分频移键控(FSK)，这是现代数字通信系统的关键能力。先前的专利申请PCT/US2015/031251描述了一种可以用于这种应用的基于高Q因子微机电系统(MEMS)的谐振器。先前的专利申请PCT/US2015/031589描述了一种提供FSK解码能力的基于MEMS的超再生收发器。

发明内容

本公开描述了允许超再生接收器使用许多使用FSK或开关键控(OOK)调制的现代协议来操作的改进，包括但不限于蓝牙或GSM标准的实现或Z-Wave。本公开还描述了一种用于在超再生接收器中使用的改进的基于MEMS的谐振器。

除了上面列出的协议之外，本公开还描述了允许超再生接收器用于以下协议中的至少一个或多个的实现中的改进：Zigbee、IEEE802.15.4、SigFox、Helium、LORA、GPS、ANT+、NB-IoT和Dash7。

蓝牙、蓝牙低能耗(BLE)和Z-Wave是广泛用于家庭和商业自动化以及消费者无线应用的协议。Z-Wave专注于900MHz处9.6kbps至40kbps的低数据速率，与诸如Zigbee之类的2.4GHz协议相比，Z-Wave提供具有增大范围以及更简单的RF硬件和标准兼容性的无线电技术。实际上，简单的频移键控调制和合理的规范允许这种收发器被实现为在家庭和工业监视应用中使用几乎没有困难。蓝牙和BLE标准为各种各样的消费者和其它商业应用提供了更高的兼容性和更多的操作模式，但代价是复杂性有所增加。虽然设计用于电池操作的远程设备，但这些标准的当前实现通常不友好地消耗15mW至50mW或更多的电池，对于在未来无所不在的物联网系统中部署设想的低成本传感器微粒所需的小电池来说，显然远远不能长时间操作。