เครื่องตรวจจับอคติแบบ Zero-Bias ให้ความไวสูงด้วยการใช้พลังงานระดับนาโน

แท็ก RF ID วงจรที่ตรวจจับการโทร "ปลุก" และส่งคืนข้อมูลจำนวนมาก ต้องทำงานโดยใช้กระแสไฟที่นิ่งต่ำมากเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี แต่มีพลังงานแบตเตอรี่เพียงพอสำหรับการรับสายเรียกเข้า สำหรับขนาดที่เล็กที่สุด ส่วนใหญ่จะทำงานในช่วงความถี่สูงพิเศษ ซึ่งการออกแบบวงจรเครื่องรับไมโครพาวเวอร์มีปัญหา เทคนิคที่คุ้นเคย เช่น การแปลงโดยตรง การสร้างซูเปอร์รีเจนเนอเรชันใหม่ หรือซูเปอร์เฮโทรไดน์ ใช้กระแสไฟมากเกินไปสำหรับอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนาน วิธีที่ดีกว่านั้นเกี่ยวข้องกับเทคนิคที่ยืมมาจากเครื่องวัดความแรงของสนามอย่างง่าย: วงจรที่ปรับแล้วและเครื่องตรวจจับไดโอด รูปที่ 1 แสดงวงจรที่สมบูรณ์ซึ่งได้รับการทดสอบเพื่อพิสูจน์แนวคิดที่ 445MHz วงจรนี้มีการปรับปรุงสองสามอย่างเหนือมิเตอร์วัดความแรงสนาม L/C-with-whip มาตรฐาน วงจรที่ปรับแต่งแล้วไม่ได้สร้างหรือควบคุมได้ง่ายที่ UHF ดังนั้นจึงใช้สายส่งเพื่อจับคู่ไดโอดตรวจจับ (1N5712) กับเสาอากาศแส้คลื่นสี่คลื่น ส่วนสายส่ง0.23λจะเปลี่ยนความจุของจุดเชื่อมต่อไดโอด 1pF (350Ω) ให้สั้นเสมือนที่ฐานของเสาอากาศ ในเวลาเดียวกัน มันจะแปลงกระแสเสาอากาศที่ได้รับเป็นวงจรแรงดันไฟที่ไดโอด ให้ความไวที่ยอดเยี่ยม     รูปที่ 1 เครื่องตรวจจับสนามนาโนพาวเวอร์ การให้น้ำหนักกับไดโอดของเครื่องตรวจจับสามารถปรับปรุงความไวได้1แต่ก็ต่อเมื่อไดโอดถูกโหลดโดยความต้านทาน DC ภายนอกเท่านั้น การตรวจสอบตัวติดตามเส้นโค้งอย่างระมัดระวังของ 1N5712 ที่จุดเริ่มต้นพบว่าเป็นไปตามสมการไดโอดในอุดมคติด้วยมาตราส่วนมิลลิโวลต์และนาโนแอมแปร์ ในการใช้ไดโอดแบบไม่มีอคติที่จุดกำเนิด วงจรตัวเปรียบเทียบภายนอกต้องไม่โหลดเอาต์พุตที่แก้ไข เครื่องเปรียบเทียบและอ้างอิงกำลังนาโน LTC1540 เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับแอปพลิเคชันนี้ เนื่องจากไม่เพียงแค่แสดงภาระให้กับไดโอดเท่านั้น แต่ยังดึงพลังงานเพียง 300nA จากแบตเตอรี่อีกด้วย สิ่งนี้แสดงถึงการปรับปรุงอายุแบตเตอรี่ 10 เท่าเมื่อเทียบกับแผนการตรวจจับแบบเอนเอียง2 อินพุตคือ CMOS และกระแสไบแอสอินพุตประกอบด้วยการรั่วไหลในเซลล์ป้องกัน ESD ขนาดเล็กที่เชื่อมต่อระหว่างอินพุตกับกราวด์ การรั่วไหลของอินพุตวัดในช่วง picoampere ในขณะที่ 1N5712 รั่วไหลของ picoampere หลายร้อยตัว เอาต์พุตที่แก้ไขจากไดโอดจะถูกโหลดโดยไดโอดเอง ไม่ใช่โดย LTC1540 และความไวสามารถจับคู่กับเครื่องตรวจจับลำเอียงที่โหลดได้ เอาต์พุตที่แก้ไขจะถูกตรวจสอบโดยตัวเปรียบเทียบ LTC1540 การอ้างอิงภายในของ LTC1540 ใช้เพื่อตั้งค่าขีดจำกัดประมาณ 18mV ที่อินพุตกลับด้าน ขอบที่เพิ่มขึ้นที่เอาท์พุตตัวเปรียบเทียบจะทริกเกอร์ช็อตเดียว ซึ่งช่วยให้สามารถตอบกลับและฟังก์ชั่นพัลส์อื่นๆ ได้ชั่วคราว กระแสไฟจ่ายทั้งหมดอยู่ที่ 400nA โดยใช้พลังงานแบตเตอรี่เพียง 7mAH ในระยะเวลาห้าปี การยิงครั้งเดียวแบบเสาหินดึงกระแสโหลดที่สำคัญ แต่ '4047 นั้นดีที่สุดในแง่นี้ การยิงครั้งเดียวที่สร้างขึ้นจากประตู NAND แบบแยกส่วนทำให้เกิดพลังงานเพียงเล็กน้อย ความไวนั้นยอดเยี่ยม และวงจรสามารถตรวจจับได้ประมาณ 200mW จากไดโพลอ้างอิงที่ 100 ฟุต แน่นอนว่าช่วงจะขึ้นอยู่กับความถี่ในการทำงาน การวางแนวเสาอากาศ และสิ่งกีดขวางโดยรอบ ความไวไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า ตัวรับสัญญาณนี้จะทำงานได้ดีกับแบตเตอรี่ 9V เช่นเดียวกับเซลล์ลิเธียมเพียงเซลล์เดียว ความยาวของสายส่งไม่ได้ปรับขนาดตามความถี่ เนื่องจากการลดลงของค่ารีแอกแตนซ์ของไดโอด ความยาวทางไฟฟ้าจะสั้นลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ปรับความยาวเส้นสำหรับอิมพีแดนซ์จุดป้อนต่ำสุดที่ความถี่ในการทำงาน หากใช้เครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์ในการวัดสาย ตัวเก็บประจุ 1pF สามารถใช้แทนไดโอดเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบของสัญญาณขนาดใหญ่ในตัวไดโอด ศึกษาแผ่นข้อมูลของผู้ผลิตเพื่อกำหนดลักษณะเฉพาะของอิมพีแดนซ์ไดโอดที่ความถี่ที่น่าสนใจ หมายเหตุ 1 Eccles, WH Wireless Telegraphy and Telephony, Second Edition Ben Brothers Limited, London, 1918, หน้า 272. 2 Lee, Mitchell. “เครื่องตรวจจับลำเอียงให้ความไวสูงพร้อมการใช้พลังงานต่ำมาก” Linear Technology VII:1(กุมภาพันธ์ 1997), หน้า 21.

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ