CN100422766C - 用于切换功率放大器的有源发射机环降 - Google Patents

Abstract

描述了一种发射机中控制发射信号的信号衰减的方法。该方法包括测量由衰减的信号感应到发射机的电流量，以及在该信号从负载发射之后，使用该电流测量来控制该信号的衰减。还描述了一种用于电子物品监视(EAS)系统的发射机，其包括电流感测电路，配置为在信号传输之后至少测量由负载感应到发射机的电流量，以及发射机控制电路，配置为使用该感测的电流来确定施加到负载的电流的电流量和极性，以将感应电流减少到期望的数值。

Description

用于切换功率放大器的有源发射机环降

相关申请的交叉引用

本申请涉及并且要求序号为60/570,031的临时申请的优先权，该临时申请于2004年5月11日提交，标题为“Active Transmitter Ringdown For SwitchingAcoustic-Magnetic Power Amplifier”，其全部内容在这里被引用作为参考。

技术领域

本发明一般涉及电子物品监视(EAS)标签信号，更具体而言涉及一种减少在EAS发射机信号生成器中使用的切换放大器(switching amplifier)的电路环降(ringdown)时间的系统和方法。

背景技术

声学-磁性的或磁机械的EAS系统通过在标签的共振频率上发射电磁脉冲串(burst)来激发EAS标签。该标签以EAS系统接收机可检测的声学-磁性的或磁机械的响应频率做出响应。在发射机脉冲串的末尾，系统检测标签的指数地衰减的响应。然而，因为标签信号振幅快速地衰减到环境噪声水平，限制了在其中能够检测到标签信号的时间间隔。

在这样的系统中，发射机脉冲串信号不会突然地结束，而是由于发射机电路电抗而指数地衰减。结果，难以检测标签信号直到电路“环降”已经基本上消失。因此，减小了在其中可以检测到标签信号的时间周期。这是特殊的问题，因为当标签信号最大时发生电路环降。

美国专利号4,510,489公开了这样一个EAS系统，EAS系统的一个实施例已经由佛罗里达Boca Raton的Sensormatic Electronics Corporation，以商标ULTRAMAX卖出。ULTRAMAX系统使用一个脉冲收发信机，该收发信机工作在具有标称脉冲宽度的特定频率。在脉冲之后，接收机部分“侦听”标签信号的存在。功率放大器认定的负载是高-Q谐振电路。在传输脉冲串末端，发射机信号跟随天线的自然响应，该自然响应是发射功率的缓慢衰减。发射机信号缓慢地衰减，因为信号的传输导致了传输天线周围的电磁场。在完成传输之后，电磁场开始消失，这个消失的场的结果是在发射机内感应的电流。

然而，传输信号的这个衰减有时干扰标签接收，因为标签也工作在近似传输信号频率的频率上。标签信号和衰减的发射机信号也可能在时间和频率中重叠，因此很难分离两个信号。此外，除了它的自然响应之外，衰减的传输信号变成小于标签信号所经过的时间期间可能导致EAS系统操作的难度。

先前用于解决电路环降问题的方法是在传输脉冲串时间的未端(例如，在1.6ms)，把收发信机的发射机部分转换到“de-Q’ing”电路中，以减少天线负载的“Q”、或品质因子，例如，从大约25到大约2。传输信号则更快速地衰减，允许更早的标签信号检测。但是，储存在传输天线中的能量(消失的电磁场)在de-Qing电路中耗散。该存储的能量可以导致显著的功率消耗，并且de-Qing电路中的元件的物理尺寸和费用可变得相当大。

发明内容

提供了一种用于控制来自发射机的电磁传输的信号衰减的方法。该方法可包括通过电磁传输之后剩余的衰减场来测量感应到发射机中的电流量，并且使用电流测量来控制衰减场的衰减率。

同时，提供了用于电子物品监视(EAS)系统的发射机，该发射机可配置为向外部负载输出传输信号。发射机可包括电流感测电路，配置为在信号传输之后至少感测通过负载感应回到发射机中的电流量，和发射机控制电路，该发射机控制电路配置为利用感测的电流来确定施加于负载以减少感应电流到期望值的电流的量和极性。

提供了电子物品监视(EAS)系统，该系统可包括配置为接收由EAS标签产生的信号的接收机，以及配置为把信号施加于负载的发射机。发射机可更进一步配置为在EAS标签的共振频率发射信号，并且感测在传输周期期间施加于负载的电流量以及在非传输周期期间通过负载感应回到发射机的电流量。发射机也可配置为利用感测的电流以控制在传输周期和非传输周期期间施加于负载的电流的量和极性。

附图说明

为了更好地理解本发明的各种的实施例，应参考下列详细说明，应结合下列附图理解下列详细说明，在图中相同的附图标记表示相同的部分。

图1是结合根据本发明的有源(active)发射机环降的EAS发射机的实施例的框图。

图2是用于在图1的EAS发射机中控制传输脉冲串和有源环降的控制器的框图。

图3是说明结合有源发射机环降的EAS发射机的操作流程图。

图4是EAS系统的示意图。

具体实施方式

为说明的简单和方便起见，这里将结合其不同示范性的实施例说明本发明。但是，本领域技术人员将认识到，可在各种配置中实现本发明的特点和优势。因此，应当理解，通过示意的方式介绍在这里说明的实施例，而不是作为限制。

在图1中说明了结合有源发射机环降的EAS发射机10的一个实施例。如图1所示，EAS发射机10一般地可包括电流感测电路12，例如变压器和运算放大器，它感测在传输脉冲串期间用来驱动天线16的电流14的量。天线16可以表示用于EAS发射机10的多个天线，并且有时在这里可称为天线负载。电流感测电路12也可操作为确定在传输之后由在完成传输脉冲串时围绕天线16的上述消失的电磁场感应回到发射机10的电流量。电流感测电路12也提供电流感测信号18，该信号被输入到模数转换器(ADC)20并且被转换成数字信号22。然后，可通过软件或硬件把数字信号22切换到一个或多个组件，组件可包括脉冲串控制算法组件30和环降控制算法组件32。

在实施例中，当EAS发射机10将产生脉冲调制信号36，例如用于传输以检测安全标签时，脉冲串控制算法组件30可用来控制脉宽调制器34的操作。在说明的实施例中，由放大器38放大脉冲调制驱动信号36，在说明的实施例中放大器38是半桥式放大器，它提供由天线16发射的输出信号39。虽然在这里说明为半桥放大器，应当理解，在EAS发射机内也可结合其他放大器类型，例如，推挽和全桥放大器，并且本发明在此方面不受限制。可由电流感测电路12感测与输出信号39有关的电流，尽管在这里说明为脉宽调制器，应当理解，也可使用其他调制器类型以实现控制发射机环降。

环降控制算法组件32可用来控制发射机10的环降，以使得EAS系统的接收部分可以检测来自安全标签的响应。如上所述，电流感测电路12也可可操作为感测从在完成传输脉冲串后围绕天线16的消失的电磁场感应回到发射机10的电流。环降控制算法组件32使用这些感测的电流以反转输出信号39的极性，这导致上述电磁场的更快速消失。更具体地说，由调制器34和放大器38把相反的驱动电压，相对于感应电流的量，施加到天线16以在传输脉冲串之后使围绕天线16的电磁场更迅速地消失。通过更迅速地使这样的场消失，EAS系统的接收机部分能够比巳知的EAS系统更早地开始接收标签信号。

在一个实施例中，可在处理芯片上，例如数字信号处理器(DSP)上，实现脉冲串控制算法组件30、环降控制算法组件32、和数字信号22的切换，数字信号处理器的操作是众所周知的。EAS发射机10可以传统的方式基于发射机10工作的模式(脉冲串或环降)在脉冲串控制算法组件30和环降控制算法组件32之间切换。

例如，可通过使用脉冲串结束转换(end-of-burst transition)控制组件40来完成从脉冲串控制模式(和脉冲串控制算法组件30)到环降控制模式(和环降控制算法组件32)的切换。在说明的实施例中，脉冲串结束转换控制组件40配置为检测脉冲调制信号脉冲串的结束，并且产生控制信号42，用于从脉冲串控制算法组件30切换到环降控制算法组件32。

环降控制算法组件32可配置为使脉宽调制器34输出与通过消失的电磁场感应到发射机10中的电流相比正确振幅且相反极性的信号。可由放大器38放大相反极性的信号。这两个互相应用的相反极化信号的结果是电磁场的迅速衰减。如上所述，这样迅速衰减的优势是它允许更早接收标签信号。在一个实施例中，发射机10配置为在预置的时间之后切换回脉冲串控制模式，以开始下一个传输。

图1中的脉冲串结束转换控制组件40可以形成为例如用于EAS发射机10的全部软件的一部分。在一个实施例中，脉冲串结束转换控制组件40可配置为确定从传输脉冲串模式开始的经过时间，并且在期望的脉冲串时间，例如1.6毫秒，之后，切换控制到环降模式。

类似地，例如在用于EAS发射机10的全部软件中可包括环降结束转换控制组件50。在说明的实施例中，环降结束转换控制组件50配置为在环降控制算法组件32已经把放大器38输出的电流减少到预定水平之后，切换de-Q’ing电路52到天线16上。如本领域技术人员所理解的，de-Q′ing电路52可简单地包括电阻器，其改变天线16的Q。

图2是在图1的EAS发射机中可用来控制传输脉冲串和有源发射机环降的控制算法100的实施例的框图。更具体地说，由控制算法100接收来自ADC 20(如图1中所示)的反馈信号102，控制算法100确定反馈信号102的大小。可例如使用包络检波器106确定反馈信号102的大小。尽管说明为包络检波器，用于确定信号大小的其他算法与电路是已知的，并且可以在可选实施例中代替包络检波器106，并且本发明在此方面不受限制。

对于脉冲串控制模式，由设定点信号110定义的“设定点(Set Point)”表示期望的发射电流电平，例如，16安培。对于环降控制模式，设定点设置为零，使得环降控制算法使可用来感测的电流为零。典型地，对于两个模式(传输脉冲串和环降)，控制参数将是不同的，例如，赋予每一个比例、积分、和微分组件的相对权重。

从由包络检波器106输出的计算的电流振幅116中减去设定点信号110所定义的期望的电流振幅，而产生误差信号120。误差信号120乘以比例增益常数122，Kp，以产生比例控制值124，Cp。也向积分器等式组件130提供误差信号120，积分器等式组件130的输出132乘以积分增益常数134，Ki，以产生积分控制值136，Ci。此外，也向微分器等式组件140提供误差信号120，微分器等式组件140的输出142乘以微分增益常数144，Kd，以产生微分控制值146，Cd。对三个控制分量，Cp 124、Ci 136、和Cd 146求和以产生总的控制值，或控制信号C 150。由限幅器160把控制值C 150限制到脉宽调制器(PWM)电路的容许范围，然后把控制值C 150用于产生PWM 34(图1中所示)的输出。PWM的容许范围的一个例子是50％占空度。

如本领域技术人员已知的那样，可以使用数字信号处理器上离散积分和微分器等式的实现。此外，适当的增益常数Kp 122、Ki 134、和Kd 144的选择取决于EAS发射机10的其他参数，例如电流感测电路12和放大器38中的增益。基于“设备(plant)”物理学的PID控制器的设计对于控制理论技术的技术人员来说是众所周知的，并且尽管在这里说明为PID控制器，应当理解在于此说明的实施例中也可使用其他闭环控制器。注意，数字信号处理器可以使用其他控制器拓扑结构，例如模糊和/或神经控制结构，观测器/估计器或状态空间控制结构，等等。

当脉冲串控制算法组件30处于操作之中时，控制分量，Cp 124、Ci 136、和Cd 146可基于在天线16感测的电流14产生控制信号，C 150。向脉宽调制器34(图1中所示)提供此控制信号，C 150，脉宽调制器34产生具有由控制信号C 150确定的宽度的脉冲调制信号36(图1中所示)。脉宽调制器34的操作对本领域技术人员是公知的。

因此，在脉冲串控制模式中，脉冲调制信号36由脉宽调制器34产生，然后由放大器38放大且用于驱动传输天线或负载(例如，天线16)。可以将传输脉冲(输出信号39)输出到天线16，并且由电流感侧电路12再次感测得到的电流14，该电流感测电路12向控制信号发生器(例如ADC 20)和脉冲串控制算法30提供反馈。以这样的方式，反馈信号18(图1中所示)可用来设置传输信号脉冲(输出信号39)的宽度。

当环降控制算法组件32工作时，反馈信号18可用来控制脉宽调制器34，并且将驱动信号36反向至放大器38。如在这里使用的，术语反向驱动信号一般指反转施加于天线16的信号39的极性，这便于通过在传输脉冲串之后更快速地使围绕天线16的电磁场消失而使发射机信号迅速衰减。在衰减的发射机信号的振幅已经减小到这里说明的预定电平之后，de-Q′ing电路52可应用于由天线16提供的负载，以如所公知地那样消耗剩余发射机信号(输出信号39)。

因此，本发明的各种实施例提供了用于通过切换功率放大器迅速衰减高Q天线负载中的发射机电流的方法。不是使用无源部件来减少或“de-Q”天线负载并且吸收储存的能量，在这里说明的实施例利用发射机内部的放大器来将电流驱向零。这样的配置在这里被描述为有源发射机环降抑制。

图3是说明本文说明的有源环降控制实施例的流程图200。首先，确定202传输脉冲串的结尾。可测量204由负载(天线16)处的消失的电磁场感应到发射机(例如图1中显示的发射机10)中的电流。可以配置206发射机的调制器，使得把基本上等值和相反极性的电流输出到负载。再次测量208负载处的电流。如果电流测量低于210预定水平，可将失谐(detuning)电路切换212到负载上。如果电流不低于210预定电平，可再次如上所述配置调制器，并且重复测量过程。

在一个实施例中，可通过在传输脉冲串的结尾之后反转驱动信号的极性、并然后使用反馈来控制由发射机的脉宽调制器和放大器输出的反向极性电流量，来使得电流趋于零。在通过此处理已经充分地降低衰减发射机信号的振幅，例如，到预定水平之后，可将de-Q′ing电路切换到天线负载上，以消耗任何剩余发射机信号。但是，因为在这一时间点上的剩余发射机信号的振幅非常低，de-Q′ing电路组件的功率耗散需求(并因此其费用和大小)远远小于在巳知的电路环降应用中使用的那些。

但是，在某些实施例中可能仍然需要de-Q′ing电路，这是因为用于反馈的电流感测硬件和接收机动态范围之间动态范围的差异，即，可以由电流感测硬件检测到的最小信号是几毫安的数量级。但是，这仍然典型地比要检测的EAS标签信号大很多。此外，这样的配置显著地减少了衰减组件上的热负荷，这改进了EAS发射机的可靠性。更具体而言，通过由于热临界de-Qing电路52的低功耗要求而允许更低成本和更高可靠性，各种实施例提供了优于现有技术的优势。

图4是能够结合本文说明的实施例的EAS系统250的示意图。具体而言，EAS系统250包括第一天线支架252和第二天线支架254。天线支架252和254连接到包括发射机258和接收机260的控制单元256。在控制单元256内，控制器262可配置为与外部设备通信。此外，控制器262可配置为控制从发射机258的传输和接收机260处的接收，使得可以使用天线支架252和254来用于传送信号到EAS标签270，并且接收由EAS标签270产生的频率。系统250表示许多EAS系统，并且仅仅是作为一个例子。例如，在可选实施例中，控制单元256可位于一个天线支架中。在另一个实施例中，可以使用只接收来自EAS标签270的频率的附加天线做为EAS系统的一部分。此外，单个控制单元256，在基座内或分离的，可配置为控制多组天线支架。

应当理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以对本发明的各种实施例进行变化和修改。还应当理解，本发明的范围不应理解为限制在本文所公开的具体实施例，而应当基于前面的公开根据附加权利要求来理解。

Claims (19)

1. 一种用于控制来自发射机的电磁传输的信号衰减的方法，所述方法包括：

测量由在所述电磁传输之后剩余的衰减的场感应到所述发射机的电流量；以及

使用所述电流测量来控制所述衰减的场的衰减率；。

其中使用所述电流测量控制所述衰减的场的衰减率包括施加与所述测量的电流的极性相反的极性的电压。

2. 根据权利要求1的方法，进一步包括：

在传输脉冲串期间测量由所述发射机输出的电流量；以及

使用所述电流测量来控制脉冲串控制算法组件，所述脉冲串控制算法组件被配置为在所述发射机的传输时间期间控制发射信号的产生。

3. 根据权利要求1的方法，进一步包括：

确定第一电磁传输的完成；以及

启动具有与所述第一电磁传输相反极性的第二电磁传输。

4. 根据权利要求1的方法，进一步包括：

确定感应到发射机的电流何时已经衰减到一个值；以及

将失谐电路应用到发射机上。

5. 根据权利要求1的方法，其中使用所述电流测量包括使用所述电流测量来确定将要由发射机输出的相反极性电流的量。

6. 根据权利要求1的方法，其中使用所述电流测量包括：

确定由所述电流测量的同相和正交成分感应到发射机的电流的大小；以及

将所述电流测量的大小与期望的发射机电流比校，以为所述发射机设定电流输出电平。

7. 一种用于电子物品监视(EAS)系统的发射机，所述发射机被配置为向外部负载输出传输信号，所述发射机包括：

电流感测电路，配置为在所述信号传输之后，至少测量由所述负载感应回到所述发射机的电流量；以及

发射机控制电路，配置为使用所述感测的电流来确定要施加到所述负载以将感应电流减少到期望值的电流的量和极性。

8. 根据权利要求7的发射机，其中所述发射机包括配置为输出所述传输信号的调制器，所述发射机控制电路配置为在一个传输周期完成之后反转所述传输信号的极性。

9. 根据权利要求7的发射机，其中所述电流感测电路包括模数转换器。

10. 根据权利要求7的发射机，其中所述电流感测电路进一步配置为在信号传输期间感测施加于所述负载的电流量；并且其中所述发射机控制电路包括以所述发射机的传输周期来编程的脉冲串结束转换控制算法，所述脉冲串结束转换控制算法被配置为在所述发射机传输周期完成之后，将所述感测的电流信号从脉冲串控制算法切换到环降控制算法。

11. 根据权利要求7的发射机，进一步包括失谐电路，其中所述发射机控制电路包括环降结束转换控制算法，所述环降结束转换控制算法被编程为当确定在传输周期完成之后施加于所述负载的电流量低于一个门限值时，将所述失谐电路切换到所述负载上。

12. 根据权利要求7的发射机，其中所述发射机控制电路包括脉冲串控制算法，所述脉冲串控制算法被配置为在所述发射机的传输周期期间接收感测的电流，所述脉冲串控制算法包括控制器，所述控制器被编程为：

将施加于所述负载的电流量与期望的负载电流相比较，以产生误差信号；以及

利用所述误差信号来调节施加于所述负载的电流量。

13. 根据权利要求7的发射机，其中所述发射机控制电路包括环降控制算法，所述环降控制算法被配置为接收由所述负载感应到所述发射机的感测电流，所述环降控制算法包括控制器，所述控制器被编程为：

将由所述负载感应回到所述发射机的电流量与期望的电流量相比较，产生误差信号；以及

利用所述误差信号来确定施加于所述负载的电流量和电流极性。

14. 根据权利要求7的发射机，其中所述发射机控制电路包括比例积分微分控制器。

15. 根据权利要求7的发射机，其中所述发射机控制电路包括环降控制算法，所述环降控制算法被配置为在所述发射机的非传输周期期间接收感测电流，所述环降控制算法包括控制器，所述控制器被编程为：

将由所述负载感应回到所述发射机的电流量与期望的电流量相比较，产生误差信号；以及

将所述误差信号应用到闭环控制器上，所述闭环控制器被配置为控制施加于所述负载的电流量和电流极性。

16. 一种电子物品监视(EAS)系统，包括：

接收机，配置为接收由EAS标签产生的信号；以及

发射机，配置为将信号施加于负载，并进一步配置为以EAS标签的谐振频率发射信号，所述发射机进一步配置为感测在传输周期期间施加于所述负载的电流量以及在非传输周期期间由所述负载感应回所述发射机的电流量，所述发射机被配置为利用感测的电流去控制在传输周期期间和非传输周期期间施加于所述负载的电流量和电流极性；

其中所述发射机包括：

将所述电流施加到所述负载上的调制器；以及

发射机控制电路，配置为在传输周期完成之后反转所述调制器输出的信号的极性。

17. 根据权利要求16的EAS系统，其中所述发射机包括以所述发射机的传输周期来配置的脉冲串结束转换控制算法，所述脉冲串结束转换控制算法被配置为在所述发射机传输周期完成之后，将感测电流信号从脉冲串控制算法切换到环降控制算法。

18. 根据权利要求16的EAS系统，其中所述发射机包括：

失谐电路；以及

环降结束转换控制算法，所述算法被编程为当确定施加于所述负载的电流量低于一个门限值时，将所述失谐电路切换到所述负载上。

19. 根据权利要求16的EAS系统，其中所述发射机包括环降控制算法，其被配置为在所述发射机的非传输周期期间接收感应回所述发射机的感测电流，所述环降控制算法包括控制器，所述控制器被编程为：

将由所述负载感应回到所述发射机的电流量与期望的电流量相比较，产生误差信号；以及

利用所述误差信号来确定要施加于所述负载的电流量和电流极性。

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