Stromsparender integrierter UHF-Superregenativempfänger mit hoher Toleranz gegen dynamische Störungen

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Wake-Up-Empfänger sind eine wichtige Schlüsselkomponente in vielfältigen Anwendungen, zum Beispiel für das Internet der Dinge. Sie gewährleisten ständig verfügbare Funkkommunikation mit kurzen Antwortzeiten bei gleichzeitig hoher Lebensdauer aus erschöpflichem Energievorrat.

Mit Wake-Up-Empfängern ausgerüstete Funkknoten ermöglichen das Fernauslesen von beliebigen Sensordaten (z.B. von Heizkostenzählern, Luftdruck, Temperatur oder drahtlosen Fensterkontakten) und die Übertragung von Aktorbefehlen innerhalb eines Wimpernschlags.

Das vorliegende Buch präsentiert einen neuartigen Ansatz zum Entwurf integrierter CMOS-Wake-Up-Empfänger und greift dafür auf den Superregenativempfänger zurück, der hier modifiziert und auf lange Lebensdauer, Empfindlichkeit, Störtoleranz, kurze Antwortzeiten und geringes Batterievolumen optimiert wird.

Aus einer CR1620-Knopfzelle vom Durchmesser eines 1-Cent Stücks, wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine Stromaufnahme von 0,0006 Milliampere und ständige Funkerreichbarkeit über 10 Jahre möglich. Geringe Bauform und unabhängige Energieversorgung ermöglichen den Einsatz in mobilen Objekten so über mehrere Jahre. Zum Vergleich beträgt die Batterielaufzeit einer digitalen Armbanduhr mit LCD-Siebensegmentanzeige nur 1 bis 2 Jahre.

Die in dieser Arbeit erzielte Empfindlichkeit von –82 dBm erlaubt die Abfrage mobiler Objekte in 10 bis 15 Meter Entfernung bei geringer Sendeleistung (-10 dBm) zum Beispiel in Büro- oder Lagerhallenumgebungen. Ein mehrstufiges Funkprotokoll ermöglich dabei die individuelle Adressierung einzelner Funkknoten in einem Netzwerk von zehntausenden Knoten in wenigen Millisekunden.

Der vorgestellte Empfänger ist im Rahmen einer Promotion an der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg während der wissenschaftlichen Tätigkeit beim Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS entstanden. Unter den Gesichtspunkten Stromaufnahme, Empfängerempfindlichkeit und Antwortzeit führt er den aktuellen Stand der Technik unter Wake-Up-Empfängern an.