超再生接收机设计研究

福州大学物理与信息工程学院 林潇垄

随着植入式医疗设备需求的不断增加，其核心接收机模块的设计备受关注，虽然当今接收机模块多以超外差为主，它的性能指标很高，具有较高的稳定性、高灵敏度以及频率选择性，但是其结构复杂、成本高昂以及高功耗，所以并不能很好的满足植入式医疗设备对接收机性能的要求。超外差接收机的功耗一般在毫瓦级以上，而Armstrong在上世纪提出的超再生接收机（SRR），通过多年的发展，功耗已经可以做到毫瓦级。另外，超再生接收机结构简单，有利于做到微小尺寸，因此，超再生接收机成为了植入式医疗设备无线通信模块的重要备选方案之一。

1 电路设计

典型的SRR系统框图如图1所示，它由以下几个模块组成：超再生振荡器（SRO）、熄火信号发生器、包络检波器、比较器、解调器。熄火信号控制SRO工作在间歇振荡状态，振荡时根据有无输入信号，SRO的起振时间不同，通过包络检波器和比较器将不同的起振时间转化为不同的脉冲宽度，再通过解调器识别不同的脉冲宽度即可成功解调。

图1 超再生接收机系统框图

1.1 超再生振荡器

超再生振荡器是超再生接收机的核心模块，振荡器采用Colpitts电容三点式结构，谐振频率为：

在熄火信号的作用下该振荡器可以提供一个负的时变电导，该电导与LC谐振网络的等效正电导并联，叠加为一个随时间变化可正可负的电导，使SRO工作在间歇振荡状态。本实验采用易于实现且性能较好的锯齿波作为熄火信号。在无信号输入的时候，由于噪声的存在，输出振荡波的振荡速度慢，幅度小；当有输入信号时，输出电压振荡速度呈指数式大幅度增长。这种有区别的波形就是SRR接收RF信号的依据。

1.2 包络检波和比较器

解调OOK数据最简单、最低功耗的方法就是通过包络检波器。它仅对射频信号进行整流并过滤掉高频分量，从而产生包络。传统的二极管检波直流分量很低，不适合后级的比较器工作，所以本次实验采用共C组态的三极管检波方式，为输出包络叠加一个直流电平。

2 测试结果

基于分立器件BFR93AW实现了超再生接收机的设计，三角波熄火信号的频率、高电平、低电平、对称性分别为100kHz、1.1V、0V、90%。所用测试仪器如图2所示，包括Agilent MSO7054A示波器、Rigol DG1062信号发生器、GWINSTEK GPS-3030D电源、Agilent E4438C矢量信号发生器。

图2 测试仪器

图3 熄火信号、振荡包络、数字输出

经测试，熄火信号、振荡包络、解调后的数字信号如图3所示。可以看到，超再生接收机把脉宽的区别成功转化为“1”和“0”的数字信号。所测试的接收机带宽为0.2m，具有很好的接收性能。