一款采用石英变压器匹配网络的27纳瓦级唤醒接收器，在0.8%偏移量时实现了-71.9分贝的灵敏度和-46分贝的信噪比（SIR）

《Journal of Microelectromechanical Systems》：A 27-nW Wake-Up Receiver With a Quartz Transformer Matching Network Achieving ?71.9-dBm Sensitivity and ?46-dB SIR at 0.8% Offset

该研究提出一种集成石英MEMS变压器匹配网络的超低功耗唤醒接收器，在65nm CMOS工艺下实现27nW功耗，灵敏度-71.9dBm，通过2kHz带宽滤波使SIR达-46dB。

　　

摘要：

本文报道了首款集成石英微机电系统（MEMS）变压器匹配网络（MN）的超低功耗唤醒接收器（WuRX），其信噪比（SIR）优于现有的亚100 nW接收器。选择石英谐振压电变压器（PT）是因为其高负载Q值（约19,000），这使得它能够提供较大的无源电压增益——这对于低功耗无线电至关重要，因为有源射频放大会消耗大量功率。通过对CMOS包络检测器（ED）输入阻抗和ED级数的优化，在保持前级MEMS变压器高Q值的同时，实现了27 dB的高无源增益和50 MHz时2 kHz的窄带宽。石英PT的设计旨在从50 Ω的电源到ED输入端获得最大电压增益。六级ED的设计输入阻抗大于1 MΩ，转换增益为264.9 V^-1，从而在不降低变压器Q值的情况下最大化灵敏度。WuRX采用65纳米CMOS工艺实现，灵敏度达到-71.9 dBm，功耗仅为27 nW。由于变压器的窄带滤波作用，在0.8%的频率偏移下测得的SIR为-46 dB。

引言

物联网（IoT）中的无线传感器节点必须具备坚固、低功耗和始终在线运行的特性；然而，低功耗和始终在线运行的要求往往相互冲突。在某些传感器节点中，可以通过使用辅助无线电——唤醒接收器（WuRX）来解决这一问题，即仅在接收到特定射频序列时才激活节点（即唤醒节点），如图1(a)所示[1]。WuRX可以应用于各种场景，从环境和农业监测（传感器可能作为低功耗广域网（LPWAN）的一部分部署在偏远地区），到工业监测（在有其他无线通信的密集网络中）。为了支持这些多样化的应用场景，WuRX应具备以下特点：1）高灵敏度，以实现远距离通信而不限制主收发器的通信范围；2）良好的抗干扰能力，以便在繁忙环境中与其他无线传感器节点共存；3）低功耗，以延长部署寿命并降低维护成本（例如更换电池）。

(a) 带有WuRX的传感器节点的框图。WuRX架构的框图包括：(b) LNA和ED之间的滤波器；(c) 匹配网络（MN）；(d) 混合型MEMS MN的一部分。