WakeupRx : receptor de despertado para sensores inalámbricos

Abstract

Muchos de los microsistemas electrónicos embebidos que usan comunicación inalámbrica trabajan alimentados con baterías, por lo tanto los recursos de energía son limitados. En este trabajo se busca extender el tiempo de vida de las baterías, desarrollando un receptor de despertado (en adelante WuRx) para aplicación en redes de sensores inalámbricos, compatible con el estándar IEEE 802.15.4. Cuando un nodo quiere comunicarse, transmite un patrón de despertado, que es una señal digital de 32 bits con dos símbolos posibles: ’0’ y ’1’. La comunicación se realiza sobre una portadora a la frecuencia 2.48 GHz, modulada en amplitud (OOK) con una tasa de transferencia de bits de 3276 bps. El receptor de despertado está consitituido por un bloque de radiofrecuencia, desarrollado en este proyecto, y un bloque de baja frecuencia. El bloque de RF (’rectenna’) está constituído por la antena, una red de adaptación y el detector de envolvente. El detector de envolvente consiste en un diodo Schottky polarizado y un condensador. La detección se implementa mediante la no linealidad del diodo. Se verifica analíticamente que la optimización del circuito ocurre cuando la corriente de RF por el diodo se maximiza.Se propone un método de diseño que permitió alcanzar un mejor desempeño, disminuyendo el consumo y aumentando la sensibilidad, que con los reportados en [1] y [2]. A la salida del bloque de RF, se obtiene la señal demodulada. Luego se acondiciona la señal en baja frecuencia utilizando el amplificador comercial MAX409. La señal a la salida del amplificador es adquirida con un osciloscopio y procesada por un programa que compara la señal con el patrón de despertado y muestra los resultados. La sensibilidad del sistema está determinada por la mínima potencia en la antena que garantice SNR = 12 dB a la salida del amplificador, cuando se transmite a una tasa de 3276 bps.Esto corresponde a una probabilidad de error de bit pe = 5x10-5. Se logró una sensibilidad de -48,5 dBm. Utilizando el amplificador de bajo ruido SR560, en lugar del que fue desarrollado, la sensibilidad es de -58,7 dBm. Se verificó que utilizando una antena que adapte la parte real de la impedancia del detector, se triplica el alcance de un circuito adaptando a una antena de 50Ω. El receptor opera en el rango de temperaturas entre -10ºC y 50ºC y tiene una latencia de 9,76ms. El bloque de baja frecuencia que no se diseña, puede sustituirse por un componente comercial que consume 2,78 μA. Un WuRx basado en ese bloque de baja frecuencia y los bloques diseñados en este proyecto, puede tener un consumo estático de 6,2 μA y un consumo dinámico acotado por 13,3 μA. Se realiza una análisis de ruido del sistema, concluyendo que es un factor muy limitante. Para reducirlo, se podría realizar un impreso que incluyera todos los bloques. En particular, podría diseñarse un circuito con una antena microstrip adaptada con líneas microstrip, utilizando un sustrato más adecuado que el FR-4.