小型無線視頻傳感器設計(06-100)

　　前言

　　單片無線電技術的飛速發展，小型CMOS圖像傳感器和數字攝像技術的改進，造就了新一代無線圖像傳感器，即一種小型化(體積不足一立方寸)、自主的、高集成的成像器一種能高效，經濟地感知環境，無線遙測圖像的傳感器。本文介紹的分布無線傳感器網絡用的成像器，可廣泛地應用于視頻監控，醫學與化學分析，貨物跟蹤以及倉庫控制等領域。
 

　　圖像傳感器

　　市場上已有多種CCD與CMOS成像器和集成小型攝像機。雖然CCD有較高的信噪比，良好的圖像質量，但CMOS有可能SoC集成，工作電流小，是一種低成本，低功耗器件，非常適合無線網絡應用。典型的圖像SoC包括像素陣列，定時電路，模擬調理電路，A/D、DSP與數字接口電路。片上DSP主要用于圖像壓縮，如JPEG，同時亦具備實時與運動圖像的能力。DSP還可以對圖像流數據進行處理。

　　本文使用的MT9D111是一個商品化、高品質JPEG成像器，它的主要特性如表1所示。該款產品是以Digitalclanity技術為特色，不但把2百萬像素傳感器內核和新一代圖像處理器集成在一塊單片電路上，而且能耗極低。雖然它的像素只有2.8mm見方，但內部處理器可以執行一系列修正和增強功能，如整體復位、像素整合、色彩的還原與修正、銳化、gamma修正以及自動暗電流偏移修正、曝光、白平衡、透鏡暗電流修正和防閃光等，突破了像素越小，高品質成像效果越難實現的難題。
  
　　天線

　　對無線傳感器來說，天線是一個重要部件，設計一種小型化(其幾何尺寸僅為波長的十分之一)而又有較高輻射效率的天線無疑是一個十分棘手的事。大家知道，常用的430MHz ISM頻段的波長為700mm，920MHz時，波長為300mm，只有到2.4GHz，波長才會減少到合適程度。

　　簡單地說，天線是一個L、C并聯諧振回路，電感用作輻射元件，諧振回路有一空損耗的，一般用Q=ωoL/R來表示，無線的有荷Q值在10~40之間。因此，電感線圈等效電路用一個純電感L與損耗電阻R和輻射電阻Rrad串聯來表示，Rrad近似地為：

　　Rrad≈20×(2π/λ)4×(NA)2

　　式中，λ為波長，A為線圈的面積，N為圈數。

　　設計一個小型化天線應考慮如下因素：

　　·天線必須工作在或接近諧振頻率，否則會大幅度降低效率。

　　·輻射效率與天線面積成平方關系。

　　·為了降低天線阻擾，應設置阻抗變換或匹配電路。