超再生接收機設計研究

福州大學物理與信息工程學院 林瀟壟

隨著植入式醫療設備需求的不斷增加，其核心接收機模塊的設計備受關注，雖然當今接收機模塊多以超外差為主，它的性能指標很高，具有較高的穩定性、高靈敏度以及頻率選擇性，但是其結構復雜、成本高昂以及高功耗，所以并不能很好的滿足植入式醫療設備對接收機性能的要求。超外差接收機的功耗一般在毫瓦級以上，而Armstrong在上世紀提出的超再生接收機（SRR），通過多年的發展，功耗已經可以做到毫瓦級。另外，超再生接收機結構簡單，有利于做到微小尺寸，因此，超再生接收機成為了植入式醫療設備無線通信模塊的重要備選方案之一。

1 電路設計

典型的SRR系統框圖如圖1所示，它由以下幾個模塊組成：超再生振蕩器（SRO）、熄火信號發生器、包絡檢波器、比較器、解調器。熄火信號控制SRO工作在間歇振蕩狀態，振蕩時根據有無輸入信號，SRO的起振時間不同，通過包絡檢波器和比較器將不同的起振時間轉化為不同的脈沖寬度，再通過解調器識別不同的脈沖寬度即可成功解調。

圖1 超再生接收機系統框圖

1.1 超再生振蕩器

超再生振蕩器是超再生接收機的核心模塊，振蕩器采用Colpitts電容三點式結構，諧振頻率為：

在熄火信號的作用下該振蕩器可以提供一個負的時變電導，該電導與LC諧振網絡的等效正電導并聯，疊加為一個隨時間變化可正可負的電導，使SRO工作在間歇振蕩狀態。本實驗采用易于實現且性能較好的鋸齒波作為熄火信號。在無信號輸入的時候，由于噪聲的存在，輸出振蕩波的振蕩速度慢，幅度小；當有輸入信號時，輸出電壓振蕩速度呈指數式大幅度增長。這種有區別的波形就是SRR接收RF信號的依據。

1.2 包絡檢波和比較器

解調OOK數據最簡單、最低功耗的方法就是通過包絡檢波器。它僅對射頻信號進行整流并過濾掉高頻分量，從而產生包絡。傳統的二極管檢波直流分量很低，不適合后級的比較器工作，所以本次實驗采用共C組態的三極管檢波方式，為輸出包絡疊加一個直流電平。

2 測試結果

基于分立器件BFR93AW實現了超再生接收機的設計，三角波熄火信號的頻率、高電平、低電平、對稱性分別為100kHz、1.1V、0V、90%。所用測試儀器如圖2所示，包括Agilent MSO7054A示波器、Rigol DG1062信號發生器、GWINSTEK GPS-3030D電源、Agilent E4438C矢量信號發生器。

圖2 測試儀器

圖3 熄火信號、振蕩包絡、數字輸出

經測試，熄火信號、振蕩包絡、解調后的數字信號如圖3所示。可以看到，超再生接收機把脈寬的區別成功轉化為“1”和“0”的數字信號。所測試的接收機帶寬為0.2m，具有很好的接收性能。