[发明专利]一种物联网节点唤醒接收装置及其唤醒方法

说明书

本发明公开了一种物联网节点唤醒接收装置及其唤醒方法，唤醒接收装置包括使能控制电路和唤醒电路，使能控制电路输出端连接唤醒电路受控端，唤醒电路包括依次串联的匹配网络、低噪声放大器、包络检波器、基带放大器和比较器，唤醒方法包括唤醒接收装置进入监听模式并监测唤醒包开始帧的有无、检测到开始帧后进入数据接收模式。在监听模式下，低噪声放大器短路，唤醒电路间歇性通电工作，在接收模式下，低噪声放大器开启，唤醒电路持续工作；本发明在不牺牲唤醒接收装置灵敏度的情况下，有效降低了唤醒接收装置的功耗。

技术领域

本发明属于无线传感器节点、体域网节点等物联网节点的唤醒技术领域，具体涉及一种物联网节点唤醒接收装置及其唤醒方法。

背景技术

无线传感器节点、体域网节点等物联网节点常用的唤醒方法主要包括外部触发唤醒和内部定时唤醒两种。其中，外部触发唤醒常采用无线电唤醒，即利用外部无线电信号唤醒节点，是一种按需唤醒机制，节点采用无线电唤醒接收装置(Wake-up Receiver)接收并解调无线电唤醒信号。由于唤醒接收装置需一直处于工作状态，且其接收灵敏度限制了节点的通信距离，故要求其具有高灵敏度、低功耗的特点。目前，典型的无线传感器网络工作环境要求唤醒接收装置的平均功耗低于100μW，但是，传统的超外差式等无线电接收机功耗过高，而超低功耗的无源包络检波接收机的灵敏度无法满足系统应用需求。因此，高灵敏度、低功耗唤醒接收装置技术是WSN、体域网、有源/半有源RFID等领域的研究热点。

“A 3-μW 868-MHz Wake-Up Receiver with-83dBm Sensitivity and ScalableData Rate”European Solid-state Circuits Conference(ESSCIRC)公开了一种采用间歇式工作的唤醒接收装置，即高速周期性地开/关接收机以使其工作在低占空比模式，在开启状态“寻找”唤醒信号，在关闭时进入休眠状态。

如图1所示，该种间歇式工作的唤醒接收装置主要包括低噪声放大器、混频器、振荡器、包络检波器、比较器、脉冲控制器以及滤波器等。唤醒接收装置的工作由脉冲控制器控制，通过高速开关使得接收机间歇式工作。如图2所示的采样图可以看出，一个周期内唤醒接收装置的开启时间远远小于其关闭时间，且一个数据位大约有四个唤醒周期。

但是，图1所示唤醒接收装置具有将射频信号混频至中频解调，所用射频放大器及中频放大器及振荡器均使总功耗较大等诸多缺点。

“A New Approach to Low-Power and Low-Latency Wake-Up ReceiverSystemforWireless Sensor Nodes”(IEEE International Solid-State CircuitsConference Digest ofTechnical Papers(JSSC),2012)公开了一种唤醒接收装置，具有两种工作模式：监听模式和接收模式。如图3所示，该唤醒接收装置主要包括放大器、包络检波器、模数转换器以及控制电路。一般状态下，唤醒接收装置的开关受控制电路控制，即周期唤醒，一定时间后开启唤醒接收装置“搜索”有无唤醒信号，当检测到唤醒包的开始帧数据后，控制电路会使得开关闭合，不再断开，即进入数据接收模式。

图4为图3所示唤醒接收装置在两种工作模式下的时序图，其中，Rx表示主接收机，WuRx表示唤醒接收装置，Tx表示发射机，在主接收机没有被唤醒接收装置的唤醒信号激活之前，一直处于睡眠模式，在这期间，唤醒接收装置处于工作状态。发射机在发射通信数据之前，会发射一个唤醒包以确认接收机状态，唤醒包基本包括两个部分：开始帧和节点ID数据，对应这两个部分，唤醒接收装置有两种工作模式：监听模式和接收模式。监听模式采用周期唤醒，并且使唤醒接收装置在低占空比下工作，用于监测发射机发送的唤醒包中开始帧部分。当监测到唤醒包的开始帧部分后，唤醒接收装置进入接收模式，此时唤醒接收装置停止周期唤醒，为一直开启状态。

但是，图3所示唤醒接收装置由于功耗最大的放大器一直处于开启状态，致使总功耗较大。

发明内容