建模,设计和实现一个基于低功耗fpga异步唤醒接收机的无线应用程序

《建模,设计和实现一个基于低功耗fpga异步唤醒接收机的无线应用程序》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、.建模，设计和实现一个基于低功耗FPGA异步唤醒接收机的无线应用程序PonsJean-Franc¸ois•BraultJean-JulesSavariaYvon收稿日期：3月20日2013/修订：2013年6月27日/接受日期：2013年9月6日在线/发布时间：2013年9月28日 这篇文章发表在Springerlink.com并免费获取摘要：功耗是无线传感器网络（WSNs）节点的一个大问题，并且它通常是以通信装置的功率消耗为主。对于这样的网络，设备的大部分时间是由电池供电，而且需要具有非常低的功耗。此外，对于无线传感器网络，无线电在空闲或深度睡眠模式下的大

2、部分时间，有限的数据量会定期发送。因此，使用事件触发无线电非常适合，并可能显著降低无线传感器网络的整体功耗。因此，本文探讨了当另一节点发送数据可以唤醒主接收器的异步模块的设计。此外，我们实施所提出的方案，用FPGA为低容量应用降低制造成本，并使其更容易设计，再利用和提高。为减小静态功耗，我们探索降低电源电压的可能性。所观察到的总功耗在250kbps时低于5微瓦。此外，使用一个新的异步设计技术，我们观察到，功耗可以进一步降低。关键词：唤醒接收器；异步；低功耗；无线传感器网络；FPGA1引言无线传感器网络（WSNs）在过去的二十年里，是微电子研究最多的领域之一。

3、这是由于先进的低功率射频（RF）收发器架构使无线设备由电池供电[1，2]可持续数天，数周，甚至数年成为可能。例如，表1总结了基于流行的IEEE802.15.4标准的多个RF收发器的功率消耗，以及在市场上可以见到的RF收发器（也参见图1）。可以从这样的功耗数据可直接推断，在几天的活跃时间里不断利用标准电池供电只有几百毫安差距。同样的观察可能已做了其他行业标准。幸运的是，大多数无线传感器网络的应用程序在他们的活动时间时只需要使用RF收发器。利用闲置，睡眠或大多数微控制器的深度睡眠模式，可有效大量降低功耗。...表1可用RF收发器的功耗图1参考收发器：aSPZB3

4、2，bCC2531，cMRF24J40MA和dMRF24J40MB例如，最近的应用程序，如昆虫的启发机器人或智能电表受益于低占空比，因为它们处理的数据是相关的只有稀稀落落地随着时间[3]的推移。例如，以智能电表为例，它可以采样和发送数据每月甚至每年。然而，低功耗的协议，如IEEE802.15.4[4]，蓝牙低耗能[5]，甚至自定义的需要有关讯息是否有在睡眠期间被发送的信息。这是典型的情况，以RF开关灯为例，当设备可以接收到另一个设备的命令。要做到这一点，最常用的方法是定期唤醒接收器和索要错过的消息。尽管它易于部署，这种技术有一个重大的缺点就是超低功耗所关心的

5、问题：电源效率。这是由于即使没有消息被发送，主接收器也需要被唤醒的事实。再一个可以在两个唤醒之间设置一个长周期（或适应良好的一个）...，就像在智能电表，为此，也可以事先知道的情况下报告时间和周期。然而，整个系统会缺乏适应性：这可能是一个更新需要在电表运行时进行的这种情况。为了解决这个问题，一些研究[6-10]已经完成预测，并考虑到信息交换的需要和吞吐量，但毕竟是一些复杂的算法，不可避免地是以显著的能源消耗为代价的。此外周期性唤醒技术需要使用永远在线的部位，如定时器，负责唤醒时间的验证。为了避免耗电算法的需要，并能支持可变的网络数据吞吐量，我们考虑使用一个额

6、外的模块调用唤醒接收器。基本上，这个接收器是为了当一个相关的传入消息已被发现时检测特定的唤醒消息和唤醒主接收器。图2给出了一个通用的无线传感器网络节点体系结构图，包括一个唤醒接收机（WUR）的框图。根据不同的应用，这WUR可直接或通过一个微控制器被唤醒。这样WUR的几个设计可以在文献[11-16]中找到。然而，大多数时候，该WUR是实现了定制的ASIC，对于低容量应用非常昂贵的。为了应对这种需求，我们探索出现场可编程门阵列（FPGA）上实现了新的异步架构。FPGA提供了减少开发时间和成本的可能性。当有需要改变的应用程序作出响应时，它也比一个特殊应用集成电路（

7、ASIC）更灵活。我们还建议您使用相匹配的唤醒信号的异步设计。对于[11-14，16]中，数字解调器是同步的，在不活动的阶段是低效的。它可能是像在[17,18]中一样使用时钟脉冲，但将需要额外的电路，如定时器和信号检测来触发WUR的开始。为了避免这种情况，我们直接使用异步逻辑设计WUR。要做到这一点，我们首先使用NULL公约逻辑（NCL）[19，20]对所提出的WUR[21]作为一个异步设计的指引，然后提出了免费NULL公约逻辑（SHF-NCL）[22]作为以减少资源使用量，和最终消耗功率为目标的设计异步电路的新方法。图2WUR在系统架构的位置本文的其余部分

8、安排如下：第二节...提供一般WUR有关的背景资料，