基于MCP2030无线激活的低功耗系统设计

引言

进入21世纪之后，随着社会信息化的不断普及与发展，嵌入式系统的应用越来越广泛。其中自备电源嵌入式系统由于受功耗的限制，其设计与应用一直受到制约。一般来说，正常工作的嵌入式系统电流消耗在mA级，而处于休眠状态下可以控制在μA级左右，3个数量级的能源节约对于有限的自备电源无疑具有极大的诱惑，所以这类系统基本上都要采用休眠激活的方案以实现节能，达到延长工作寿命的目的。

目前可供采用的休眠激活方案主要有3种：事件激活法、定时激活法和定位激活法。事件激活法主要应用于检测告警等场合，系统一般处于休眠模式，如果特定参数超限就会激发系统工作，这种方法一般要与相应的传感器配合实现，微处理器中也要占用相应的中断资源；定时激活法主要应用于周期工作的系统（如小区三表数据的采集）中，系统按照定时器设定的时间间隔定期上报采集数据，这种激活法的实现也非常方便，只需在相应的微处理器中添加定时器的中断处理程序；定位激活法主要应用于对位置敏感的系统（如贵重资产管理和停车场的自动道闸等）中，该系统在特定位置安装检测设备，如果有监管人员或设备离开或进入这些特定领域将会激发系统工作。定位激活法的实现有多种，本文主要介绍利用无线信号进行定位激活的一种实现方法。

1 基本原理

无线信号频谱中LF频段信号具有穿透能力强的特点，它可以穿透非磁性介质，如水、混凝土、塑料等（不受视线距离限制），所以利用LF频段设计激活电路是一种较好方案。无线信号频率与波长存在反比例关系，天线长度取决于波长长度。500MHz RF信号的波长为60 cm，天线很短，完全可以方便地实现；而125 kHz LF信号的波长为2.4km，做这样的天线肯定不实际。所以利用LF频段信号作为激活信号，接收端不再采用电磁场（radio）原理进行工作，而是直接通过接收磁场（magnetic）信号，然后利用磁场在线圈中的感应信号进行判断处理，如图1所示。该系统主要由磁场发射端和接收端两种设备组成。

低功耗系统设计0' height="128" />

图1 磁场工作原理

MCP2030是Microchip公司开发的专门针对低频无线磁场通信的模拟前端器件。该器件集成有8个可编程配置寄存器和1个只读状态寄存器，根据寄存器配置，MCP2030可以输出解调数据、载波时钟和磁场强度RSSI。该器件模拟接收电路具有较强的灵敏度，可以接收识别1mVpp信号并解调8%的微弱调制信号。为了得到可靠的磁场信号，MCP2030采用了3组天线和3组接收解调电路。3组天线分别指向互相垂直的X、Y、Z轴，这样无论接收器如何放置，总可以得到磁场信号，从而解决了磁场信号的方向性问题。其结构框图如图2所示。

图2 MCP2030结构框图

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图3 MCP2030有输出的情况

MCP2030集成了无线信号数字序列滤波部件，可以根据需要设定数字序列，器件只有当接收到特定数字序列时才做出响应，所以可有效避免其他信号干扰所引起的激活现象。图3所示为无线数字序列符合设定数字序列的情况，特定的数字序列为“2ms有2ms无”载波信号，此时LFDATA在监测到特定序列之后输出的ASK调制信号，如果无线数字序列不符合设定数字序列，LFDATA无输出。