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。500 MHz 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2．4 km，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。

    MC2P2030 是 Micro-chip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1 mVpp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。