CN101789921B

CN101789921B - 幅移键控解调装置和方法

Info

Publication number: CN101789921B
Application number: CN2009100458930A
Authority: CN
Inventors: 王家庆; 吴庆阳; 彭云祥; 罗文哲
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: CN101789921A; US20100189196A1; US8446983B2

Abstract

一种幅移键控解调装置和方法，其中，幅移键控解调装置包括：交流获取单元，用于从基带信号包络中获取交流分量；交流处理单元，用于对所述交流分量进行处理，增加其幅值和其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率；脉冲获取单元，用于根据经过处理的上升沿和下降沿区域内的所述交流分量，获得脉冲信号；比较单元，用于将所述脉冲信号与阈值进行比较，获得数字信号。本发明将放大器与微分器和施密特触发器相结合进行使用，以更简单的结构实现了更好的性能，并且减少了装置功耗，减小了芯片面积，减低了成本。

Description

幅移键控解调装置和方法

技术领域

本发明涉及射频识别技术，特别是射频识别中的幅移键控解调装置和方法。

背景技术

射频识别(RFID)技术的便利性和灵活性使该技术越来越被人们广为接受和应用。举例来说，在零售行业中，消费者可以选择很多商品，并将所有最终选定的商品带至超市出口。由于商品的条码，也就是RFID标签，包含了对应商品的例如价格等相关信息，收银员通过使用RF询问器对这些RFID标签进行扫描，获取商品的信息，并可将这些信息显示在屏幕上提示消费者，随后消费者根据相应的价格为所挑选的商品付费。此外，通过使用RF询问器、RFID标签、天线、以及诸如RFID系统之类的管理模块，还可以使销售方实现实时地自动更新商品信息，包括，可提供的商品数量、商品的价格变动等。RFID技术的优势在于：消费方可以一次性选择多件商品统一进行付费，而无需每选一件商品就立刻进行付款，从而使消费过程更加简单和便利；销售方可方便地每一种商品的库存量和销售量进行统计，从而节省了大量时间和精力，使管理过程更加方便和高效。除了零售行业之外，RFID技术还存在大量其它可能的应用。

RFID技术应用中，一个关键步骤就是对由于RFID标签的RF询问而产生的信号进行解调。RFID系统中的询问器和发射机应答器之间的典型数字解调方法主要包括幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)以及相移键控(PSK)，其中幅移键控的使用最为广泛。

对ASK调制信号进行解调的方案大致可分为相干检测和非相干检测。在传统方案的相干检测中，将本地相干参考信号与所接收到的信号相乘；接着，通过滤波器来获取信号的大致包络；随后，可利用具有阈值装置的采样保持电路来恢复原始信号。而传统方案的非相干检测中，首先对信号包络进行提取，随后通过采样保持电路和阈值装置来恢复原始信号。

采用相干检测对ASK调制信号进行解调，虽然可以提供较好的性能，但要求相对复杂和昂贵的结构，而采用非相干检测所需要的结构较为简单和便宜。因此，对于以成本考虑为主导的大部分消费电子产品而言，非相干检测仍然是进行ASK解调的较好选择。然而在采用非相干检测的方式对ASK调制信号进行解调的过程中，只有当所接收的信号具有较高的信噪比时才具有较好的性能。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种幅移键控解调装置和幅移键控解调方法，采用非相干检测的方式对ASK调制信号进行解调。

为解决上述问题，本发明提供了一种幅移键控解调装置，包括：交流获取单元，用于从基带信号包络中获取交流分量；交流处理单元，用于对所述交流分量进行处理，增加其幅值和其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率；脉冲获取单元，用于根据经过处理的上升沿和下降沿区域内的所述交流分量，获得脉冲信号；比较单元，用于将所述脉冲信号与阈值进行比较，获得数字信号。

可选的，所述交流处理单元对所述交流分量进行放大，增大所述交流分量的电压幅值，并且使交流分量具有更陡峭的上升沿和下降沿。

可选的，所述交流处理单元包括放大器。

可选的，所述脉冲获取单元提取所述交流分量的上升沿和下降沿区域，形成正、负脉冲；其中，所述正、负脉冲的幅值为所述交流分量上升沿和下降沿区域的信号大小变化率。

可选的，所述脉冲获取单元将所述上升沿的交流分量转换成正脉冲，将所述下降沿的交流分量转换成负脉冲。

可选的，所述脉冲获取单元为微分器，对上升沿和下降沿区域的所述交流分量进行微分处理，形成正、负脉冲。

可选的，所述比较单元为施密特触发器。

可选的，所述比较单元包括倒相器或比较器。

可选的，还包括包络检测单元，用于从ASK调制信号中提取基带信号包络。

可选的，所述包络检测单元包括：二极管，用于进行包络检波，将信号从频带中搬回到基带；分路电阻器和电容器，用于对经过包络检波后的信号进行滤波。

可选的，所述包络检测单元的分路电阻器包括采用二极管形式连接的MOS场效应管、级联MOS场效应管、或由有源器件构成的电阻性元件。

可选的，还包括输入电阻器，用于提供足够大的输入阻抗，以抵抗其它以相同ASK调制信号为输入的装置和/或系统的干扰。

可选的，一种幅移键控解调方法，包括：根据ASK信号包络，获取其中的交流分量；对所述交流分量进行处理，增加其幅值以及其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率；根据经过处理的上升沿和下降沿区域内的所述交流分量，获得脉冲信号；将所述脉冲信号与阈值进行比较，获得数字信号。

可选的，所述获取ASK信号包络中的交流分量包括滤除ASK信号包络中的直流分量。

可选的，所述增加交流分量的幅值以及其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率，包括对所述交流分量进行放大。

可选的，所述根据上升沿和下降沿区域的交流分量获得脉冲信号，包括：提取上升沿和下降沿区域的所述交流分量；对所提取区域内的交流分量进行微分处理，获得脉冲信号。

可选的，上升沿区域的交流分量对应正脉冲信号，下降沿区域的交流分量对应负脉冲信号，并且所述脉冲信号的幅值对应于所述提取区域的斜率绝对值。

可选的，还包括接收ASK调制信号，检测ASK信号包络。

可选的，所述ASK调制信号通过接收对RFID标签的询问而获得。

与现有技术相比，本发明将放大器与微分器和施密特触发器相结合进行使用，以更简单的结构实现了更好的性能，并且减少了装置功耗，减小了芯片面积，减低了成本。

附图说明

图1是传统幅移键控解调装置的结构示意图。

图2是本发明幅移键控解调装置实施方式的结构示意图。

图3是本发明幅移键控解调装置一种具体实施方式的结构示意图。

图4是本发明幅移键控解调装置具体实施例的结构示意图。

图5是本发明幅移键控解调方法实施方式的流程示意图。

图6是本发明幅移键控解调方法另一种具体实施方式的流程示意图。

图7是本发明幅移键控解调方法具体实施例所获得的信号波形示意图。

具体实施方式

参考图1，传统的幅移键控解调装置，除了包括带通滤波器101、检波器102和低通滤波器103之外，还包括抽样判决器104。在实际解调过程中，首先，带通滤波器101从所接收的射频信号中提取ASK调制信号y(t)，即y(t)＝s(t)cosω_ct；接着，将ASK调制信号经过检波器102和低通滤波器103的包络检测后，滤除其中的高频杂波，保留基带信号包络s(t)；接下来，通过抽样判决器104根据基带信号包络s(t)，获得原来的数字信号{a_n}。

在传统的幅移键控解调装置中，参考图2，抽样判决器104包括：抽样单元201、判别单元202以及码元生成单元203；在具体工作过程中，抽样单元201对基带信号包络s(t)进行抽样，并通过判别单元202将抽样数据与阈值进行比较，进而判别其所对应的数字信号，然后通过码元生成单元203获得码元。由于ASK是对信号幅值进行调制，而噪声是基于信号幅值且不规则变化的信号，因此在采用传统的幅移键控解调装置对ASK调制信号进行解调的过程中，只有当ASK调制信号具有较高的信噪比时，才具有较好的性能。

参考图3，本发明提供了一种幅移键控解调装置，除了用于从ASK调制信号中提取基带信号包络的包络检测单元310之外，还包括：交流获取单元320，用于从基带信号包络中获取交流分量；交流处理单元330，用于对所述交流分量进行处理，增加其幅值和其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率；脉冲获取单元340，用于根据经过处理的上升沿和下降沿区域内的所述交流分量，获得脉冲信号；以及比较单元350，用于将所述脉冲信号与阈值进行比较，获得数字信号。

具体来说，上述检测单元310、交流获取单元320、交流处理单元330、脉冲提取单元340以及比较单元350串联连接，进行工作。

所述交流获取单元320接收来自检测单元310的基带信号包络，阻挡其中的直流分量，获取交流分量。

交流处理单元330通过对交流分量进行处理，增大其幅值以及其大小在上升沿和下降沿区域随时间的变化率。在具体实现过程中，交流处理单元330可通过对交流分量进行放大，增大交流分量的电压幅值，使其接近电源电压，并且使交流分量具有更陡峭的上升沿和下降沿，即增大上升沿和下降沿的斜率的绝对值。

经过处理的交流分量的上升沿区域和下降沿区域随后被脉冲提取单元340提取，并形成正、负脉冲。其中，正、负脉冲的幅值为所述交流分量上升沿和下降沿区域的信号大小变化率。

正脉冲和/或负脉冲分别接入比较单元350的两输入端，另外，比较单元350的两输入端之间还引入阈值电压，通过正脉冲和/或负脉冲的电压幅值与阈值电压的比较，将这些脉冲转换成原始数字信号。

在本发明ASK解调装置的其它实施例中，还可包括输入电阻器，位于装置的最前端，用于提供足够大的输入阻抗，以抵抗其它以相同ASK调制信号为输入的装置和/或系统的干扰。

参考图4，在本发明ASK解调装置的具体实施例中，包括：包络检测器85，包括二极管60、分路电阻器70以及电容器80；放大器111，包括串联连接的电容器90和放大器100；微分器115，包括电容器110以及电阻器120；以及施密特触发器130。

在实际工作过程中，包络检测器85、放大器111、微分器115和施密特触发器130串联连接。下面对本发明ASK解调装置具体实施例的具体工作流程进行进一步说明。

电阻器50对到来的ASK调制信号a₀进行缓冲，以获得输入至本ASK解调装置实施例的输入信号a₁。输入a₁可同时连接至其它几个并行的装置/系统。在具体实现中，可根据本ASK解调装置实施例和其它装置/系统之间的相互影响以及介入损失，对电阻器50的电阻值进行选择。

包络检测器85中，二极管60用于进行包络检波，将信号从频带中搬回到基带。经过包络检波后，信号一般还会有高频成分，所以还需进行滤波处理，把载波彻底滤除。因此通过分路电阻器70和电容器80，对经过包络检波后的信号进行滤波。具体来说，可调节分路电阻器70和电容器80的RC时间常量，使其足够大到可以过滤掉冗余载波波纹，并且足够小到不会实质地使得数字调制形状变形。

放大器111，用于阻挡直流分量，并且将检测到的数字信号进行放大。通过对信号进行放大，使其具有更大的幅度，并且使信号的上升沿和下降沿的斜率的绝对值变得更大。可根据数字信号级来控制放大器增益。但是，不应该将放大器增益调节得过高，避免随后的施密特触发器由于所产生的额外纹波和噪声而出现故障。在一个具体实施例中，放大器111的增益可为1.5到2之间的任意值。

放大器111获得放大信号a₂，并将其输入至微分器115。微分器115根据输入的放大信号a₂，将其上升沿转换成正脉冲，将其下降沿转换成负脉冲。

随后正脉冲和/或负脉冲被分别发送至施密特触发器130，具体来说，正脉冲被发送至施密特触发器的高触发，负脉冲被发送至施密特触发器的低触发，通过选择合适的偏置电平，将这些脉冲精确地转换成标准逻辑电平下的原始数字信号a₃。

在另外的实施例中，包络检测器的分路电阻器可由其它类型的器件替代。例如，可采用二极管形式连接的MOS场效应管、级联MOS场效应管、或由有源器件构成的电阻性元件。

在又一个实施例中，当所接收的信号的大小足够大，例如其电压幅值值接近电源电压时，可省略放大器，以节省功耗。

在又一个实施例中，在噪声较小的环境中，当微分器的输出信号出现较少纹波，并且触发不受噪声干扰，可采用倒相器或比较器代替施密特触发器。

在又一个实施例中，可省去微分器的电阻性元件，并将施密特触发器中的电阻性部分、或比较器、或倒相器作为微分器的电阻性元件。具体来说，微分器可根据阈值电压，设置施密特触发器、或比较器、或倒相器的电路输入电阻。

在上述实施方式中，微分器115用于降低噪声。施密特触发器通过选择优化的触发级将信号转换成标准逻辑电压下的信号，其中，所选择的触发级与阈值电压不能太接近，以提高解调的稳定性。

在具体实施例中，所接收的ASK调制信号可通过RF询问器或读卡器读取RF标签、并通过RFID发射机进行发射而获得。本发明并不限于用于所述情况，还可应用到更加广泛的范围中，以及进行ASK解调的任何情况中。

本发明所提供的上述多种实施方式能够在噪声环境中将所接收到的信噪比很低的信号转换成其原始数字域，而采用传统的ASK解调装置在这种环境中，仅能采用复杂的相干检测，以获得调制结果。本发明所提供的ASK解调装置各实施方式还可适用于RFID射频前端。

参考图5，本发明还提供一种幅移键控解调方法，包括：步骤S1，根据ASK信号包络，获取其中的交流分量；步骤S2，对所述交流分量进行处理，增加其幅值以及其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率；步骤S3，根据经过处理的上升沿和下降沿区域内的所述交流分量，获得脉冲信号；步骤S4，将所述脉冲信号与阈值进行比较，获得数字信号。

其中，所述获取ASK信号包络中的交流分量可通过滤除ASK信号包络中的直流分量来实现。

其中，增加所述交流分量的幅值以及其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率可通过对所述交流分量进行放大处理来实现。具体来说，通过对所述交流分量进行放大，使所述交流分量的电压幅值增大，并且具有更陡峭的上升沿和下降沿，也就是说，增加了其在上升沿和下降沿的斜率。

其中，所述根据上升沿和下降沿区域的交流分量获得脉冲信号，可包括：提取上升沿和下降沿区域的所述交流分量；对所提取区域内的交流分量进行微分处理，获得脉冲信号。具体来说，对应于上升沿区域的交流分量所获得的为正脉冲信号，对应于下降沿区域的交流分量所获得的为负脉冲信号，并且所述脉冲信号的幅值对应于所述提取区域的斜率绝对值。

进一步地，在本发明幅移键控解调方法的其它实施方式中，参考图6，还可包括步骤S100，接收ASK调制信号，检测ASK信号包络。

在本发明幅移键控解调方法的具体实施例中，通过工作频率为13.56MHz的四个RFID芯片，对从RFID发射机应答器接收到的ASK调制过的RF信号进行解调。

参考图7，其中，底部波形602是所接收到的ASK调制信号，其解调指数为5％，中间的波形604是检测到的ASK信号包络。顶部波形606是解调后的输出信号，其幅度为VDD。从图中可以发现，甚至在所述调制信号的信噪比很低的情况下，采用本发明具体实施例，也能对ASK输入信号进行解码。

本发明并不限于上述具体实施例，可在不同的实际环境下或者根据不同的实际需求，具有各种替换方案。在一个具体实施例中，可降低分路电容或者增加修正电路，以使图7中解调之后的输出信号为理想的方波。在其它具体实施例中，当微分后的信号具有较少纹波时，可采用倒相器，以替换施密特触发器。

相较于现有技术，本发明以更简单的结构实现了更好的性能，并且减少了装置功耗，减小了芯片面积，减低了成本。此外，在本发明的具体实施方式中，将放大器与微分器和施密特触发器相结合进行使用，大大地增强了噪声环境中的解调性能。

虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但这些较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种改正和补充，因此，本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。

Claims

1.一种幅移键控解调装置，其特征在于，包括：

交流获取单元，用于从基带信号包络中获取交流分量；

交流处理单元，用于对所述交流分量进行处理，增加其幅值和其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率；

脉冲获取单元，用于提取所述交流分量的上升沿和下降沿区域，形成正、负脉冲，其中，所述正、负脉冲的幅值为所述交流分量上升沿和下降沿区域的信号大小变化率；

比较单元，用于将所述正、负脉冲的电压幅值与阈值电压进行比较，获得数字信号。

2.如权利要求1所述的幅移键控解调装置，其特征在于，所述交流处理单元对所述交流分量进行放大，增大所述交流分量的电压幅值，并且使交流分量具有更陡峭的上升沿和下降沿。

3.如权利要求2所述的幅移键控解调装置，其特征在于，所述交流处理单元包括放大器。

4.如权利要求1所述的幅移键控解调装置，其特征在于，所述脉冲获取单元将所述上升沿的交流分量转换成正脉冲，将所述下降沿的交流分量转换成负脉冲。

5.如权利要求1所述的幅移键控解调装置，其特征在于，所述脉冲获取单元为微分器，对上升沿和下降沿区域的所述交流分量进行微分处理，形成正、负脉冲。

6.如权利要求1所述的幅移键控解调装置，其特征在于，所述比较单元为施密特触发器。

7.如权利要求1所述的幅移键控解调装置，其特征在于，所述比较单元包括倒相器或比较器。

8.如权利要求1所述的幅移键控解调装置，其特征在于，还包括包络检测单元，用于从ASK调制信号中提取基带信号包络。

9.如权利要求8所述的幅移键控解调装置，其特征在于，所述包络检测单元包括：二极管，用于进行包络检波，将信号从频带中搬回到基带；分路电阻器和电容器，用于对经过包络检波后的信号进行滤波。

10.如权利要求9所述的幅移键控解调装置，其特征在于，所述包络检测单元的分路电阻器包括采用二极管形式连接的MOS场效应管、级联MOS场效应管、或由有源器件构成的电阻性元件。

11.如权利要求1所述的幅移键控解调装置，其特征在于，还包括输入电阻器，用于提供足够大的输入阻抗，以抵抗其它以相同ASK调制信号为输入的装置和/或系统的干扰。

12.一种幅移键控解调方法，其特征在于，包括：

根据ASK信号包络，获取其中的交流分量；

对所述交流分量进行处理，增加其幅值以及其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率；

提取所述交流分量的上升沿和下降沿区域，形成正、负脉冲，其中，上升沿区域的交流分量对应正脉冲信号，下降沿区域的交流分量对应负脉冲信号，并且所述脉冲信号的幅值对应于提取区域的斜率绝对值；

将所述正、负脉冲信号的电压幅值与阈值电压进行比较，获得数字信号。

13.如权利要求12所述的幅移键控解调方法，其特征在于，所述获取ASK信号包络中的交流分量包括滤除ASK信号包络中的直流分量。

14.如权利要求12所述的幅移键控解调方法，其特征在于，所述增加交流分量的幅值以及其在上升沿和下降沿区域的大小随时间的变化率，包括对所述交流分量进行放大。

15.如权利要求12所述的幅移键控解调方法，其特征在于，所述根据上升沿和下降沿区域的交流分量获得脉冲信号，包括：

提取上升沿和下降沿区域的所述交流分量；

对所提取区域内的交流分量进行微分处理，获得脉冲信号。

16.如权利要求12所述的幅移键控解调方法，其特征在于，还包括接收ASK调制信号，检测ASK信号包络。

17.如权利要求16所述的幅移键控解调方法，其特征在于，所述ASK调制信号通过接收对RFID标签的询问而获得。