【導讀】家庭自動化、活動監視器、yuanchengchuanganqijiedianhetaiyajianshiqidengyingyongshiyongxiaoxingdianchiyunxing

，xuyaojiaochangdeyunxingshijian。duiwuxiancixingchuangkoubaojingchuanganqixitongdetaolunshuominglezaixiaoxingniukoudianchishanghuodechangshijianyunxingdetiaozhan。gaishejijiejuefanganbiaoming，jichengweikongzhiqiheshancundegaoxingnengsipinduotongdaoshoufaqiyouzhuyuzuidaxiandudiyanchangyuanchengwuxianchuanganqidedianchiyunxingshijian。

家庭自動化、活動監視器、yuanchengchuanganqijiedianhetaiyajianshiqidengyingyongshiyongxiaoxingdianchiyunxing
，xuyaojiaochangdeyunxingshijian。duiwuxiancixingchuangkoubaojingchuanganqixitongdetaolunshuominglezaixiaoxingniukoudianchishanghuodechangshijianyunxingdetiaozhan。gaishejijiejuefanganbiaoming，jichengweikongzhiqiheshancundegaoxingnengsipinduotongdaoshoufaqiyouzhuyuzuidaxiandudiyanchangyuanchengwuxianchuanganqidedianchiyunxingshijian。

介紹

電池運行時間是遠程無線傳感器的關鍵功能。無線傳感器正變得無處不在
，滲透到最多樣化的應用中，如家庭自動化

、活動監視器
、遠(yuan)程(cheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)和(he)胎(tai)壓(ya)監(jian)視(shi)器(qi)，僅(jin)舉(ju)幾(ji)大(da)類(lei)。運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)要(yao)求(qiu)從(cong)一(yi)年(nian)到(dao)二(er)十(shi)年(nian)不(bu)等(deng)
，對(dui)這(zhe)些(xie)移(yi)動(dong)設(she)備(bei)的(de)設(she)計(ji)提(ti)出(chu)了(le)嚴(yan)峻(jun)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。此(ci)設(she)計(ji)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)將(jiang)首(shou)先(xian)回(hui)顧(gu)一(yi)些(xie)運(yun)行(xing)時(shi)挑(tiao)戰(zhan)的(de)情(qing)況(kuang)。其(qi)次(ci)，它(ta)將(jiang)討(tao)論(lun)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)的(de)典(dian)型(xing)實(shi)現(xian)及(ji)其(qi)缺(que)點(dian)
，最(zui)後(hou)，它(ta)將(jiang)介(jie)紹(shao)一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)超(chao)低(di)功(gong)耗(hao)RF ISM收發器，有助於最大限度地延長遠程無線傳感器的電池運行時間。

運行時要求

liru，wuxiancixingchuanghubaojingqihewuxiansuozaijiatinghejiudianzhongyuelaiyueshouhuanying。tamenbixushiyongdangedianchiyunxingzhishaoyinian。zaiqitashilizhong，jiankongshuiheloushui、地震、氣體

、濕度和溫度的遠程抄表器需要自主運行長達 20 年。在每種情況下
，遠程係統都需要小巧且便宜，使用容量有限的非常小的電池運行，通常隻使用幾分之一安培小時 （Ah）。為了滿足如此艱巨的運行時間要求，設計人員必須明智地使用傳感器電池中的每個庫侖。

典型傳感器係統

典型的無線磁性窗口報警傳感器係統（遠程傳感器子係統和中央控製台）如圖2所示。為遠程傳感器子係統供電的 1.5V 紐niu扣kou電dian池chi由you升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi調tiao節jie。遠yuan程cheng傳chuan感gan器qi子zi係xi統tong大da部bu分fen時shi間jian處chu於yu深shen度du睡shui眠mian模mo式shi
，升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi和he收shou發fa器qi處chu於yu關guan斷duan狀zhuang態tai。每mei當dang磁ci傳chuan感gan器qi激ji活huo時shi，子zi係xi統tong就jiu會hui被bei喚huan醒xing（上拉電阻R和晶體管T），並將報警信號發送到智能收發器進行處理並將報警傳輸到中央控製台。

圖2.無線磁性窗戶報警傳感器係統。

在遠程傳感器處於深度睡眠模式期間，需要消耗盡可能少的功率。在常規喚醒和不頻繁的傳輸時間內，它可以吸收高達100mA的短脈衝電流。

壁掛式中央控製台的收發器與建築物或現場的每個子係統進行無線通信。其收發器通過UART與負責控製整個係統的主控製器CPU通信。

電池運行時間

假設紐扣電池的容量為150mAh，運行時間要求為2年。數學非常簡單：必須管理傳感器操作，使其平均電流消耗不超過8.5μA（8.5μA x 365d/y x 24h/d x 2y = 150mAh）！這沒什麼可過的。

典型解決方案

目前可用的典型解決方案是在深度睡眠中消耗1μA電流，這仍然占用了12%的總電池運行時間！很hen明ming顯xian
，傳chuan感gan器qi中zhong的de每mei個ge組zu件jian都dou需xu要yao做zuo得de更geng好hao
，才cai能neng將jiang運yun行xing時shi損sun失shi降jiang低di到dao更geng可ke接jie受shou的de水shui平ping。理li想xiang情qing況kuang下xia，如ru果guo遠yuan程cheng傳chuan感gan器qi保bao持chi低di於yu此ci水shui平ping（100nA）一個數量級
，則運行時損耗將降低到更可接受的1.2%。

超低功耗收發器

MAX7037 sub-1GHz
、超低功耗
、RF ISM收發器可以滿足如此嚴格的要求。圖 3 顯示了其功能圖。

圖3.MAX7037功能框圖

MAX7037為高性能、四頻多通道收發器
，集成8051微控製器、閃存和傳感器接口。它支持 300MHz 至 930MHz 範圍內的標準 ISM 頻段
，輸出功率高達 10dBm。電源電壓範圍為 2.1V 至 5.5V

，使其能夠應對各種能源，例如太陽能電池
、機電或熱電能。在圖2中，MAX7037取代了每個“收發器+ μC”模塊。硬件實現的發送和接收例程使高效收發器係統能夠實現無線故障安全多頻段/多通道通信
，具有先進的FSK（頻移鍵控）和ASK（幅度移鍵控）協議功能。休眠模式允許輕鬆實現具有快速反應時間的低功耗應用。

無線單元的超低功耗解決方案

在事件驅動的無線傳感器應用中，MAX7037大部分時間處於深度睡眠模式。在這種模式下
，電流消耗為100nA （最大值）。dangjiancedaoshijianshi，chuanganqitongchangtongguozhongduanxiangweikongzhiqifachuxinhao。duanshujubaoyouweikongzhiqixingcheng，bingyizhidingpinlvchuanshu。shujubaoxuyaobaohanchuanganqideyixiebiaoshifu，liruzhishiqizhuangtaidebiaozhizijie。tahaixuyaocuowujiancehuoshiyongyushujubaoneirongdemouzhongxiaoyanhehuoqitacuowujiancedaima。ciwai，shujubaodediyigezijieshishujubaoyouxiaofuzaizhongdezijieshu。chuleyaoqiudiyigezijiezhishiyouxiaofuzaidechangduwai，duishujubaoyouxiaofuzaideneirongmeiyouxianzhi。

使用的射頻頻率可以從標準sub-GHz ISM頻率中選擇;例如，315MHz 或 868MHz。根據係統部署在世界的哪個部分，應使用該區域的 ISM 頻pin段duan。如ru果guo可ke以yi選xuan擇ze頻pin率lv，最zui理li想xiang的de是shi建jian築zhu物wu中zhong使shi用yong的de最zui低di頻pin率lv
，因yin為wei較jiao低di頻pin率lv的de信xin號hao會hui更geng好hao地di通tong過guo牆qiang壁bi傳chuan播bo。但dan是shi
，幹gan擾rao因yin素su可ke能neng會hui決jue定ding頻pin率lv的de選xuan擇ze。

使用我們之前提到的遠程無線磁性窗口報警傳感器示例，MAX7037將運行時間損耗從12%（3個月）降低到1.2%（9天）！

毫微功耗升壓轉換器

MAX17222毫微功耗升壓轉換器也是該應用的理想選擇。憑借其 400mV 的最小輸入操作，它可以從 1.5V 電池中汲取最後一滴能量。它還提供了一個 0.5A 峰值電感器電流限值和一個采用單個標準 1% 電阻器的可選輸出電壓。其新穎的真關斷™模式可產生納安級（典型值為 0.5nA）的漏電流
，使其成為真正的毫微功耗器件。

中央控製台

中央控製台始終處於打開狀態。主控製器CPU定期輪詢位於同一位置的MAX7037
，以檢查是否收到數據包。收到數據包後，CPU 確認內容沒有錯誤，如果是，則廣播 ACK（確認）數據包。當遠端子係統中的MAX7037收到帶有ID的ACK時，返回深度睡眠模式。如果來自子係統的數據包出現錯誤
，主控製器 CPU 將改為發送否定確認 （NAK）。如果在一定超時時間內未收到 ACK 或收到 NAK

，子係統控製器將重新發送原始數據包。所描述的握手協議是一種可能的替代方法。當使用FSK調製時
，MAX7037可以傳輸高達125kbps的數據。

結論

我(wo)們(men)討(tao)論(lun)了(le)許(xu)多(duo)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)中(zhong)對(dui)電(dian)池(chi)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)的(de)極(ji)其(qi)嚴(yan)格(ge)的(de)要(yao)求(qiu)。我(wo)們(men)回(hui)顧(gu)了(le)一(yi)個(ge)典(dian)型(xing)的(de)無(wu)線(xian)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)，該(gai)係(xi)統(tong)由(you)於(yu)深(shen)度(du)睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)下(xia)過(guo)度(du)泄(xie)漏(lou)而(er)浪(lang)費(fei)了(le)12%的電池壽命。我們展示了使用MAX7037如何將運行時間損失從12%（3個月）降低到1.2%（9天）！MAX7037具有超低的100nA深度睡眠電流，可顯著降低漏電流，有助於實現此類應用所需的長電池運行時間。

反過來
，MAX17222毫微功耗升壓轉換器具有真關斷模式
，為MAX7037收發器提供理想的功率升壓。

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