CN102123119B - 调幅解调电路及其解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种调幅解调电路及其解调方法，应用于一RF识别系统，其可通过陷波滤波器来衰减载波信号，以提高信号载波比，并降低电路设计的复杂度及成本。该调幅解调电路包含波包检测器、陷波滤波器、低通滤波器及比较电路。波包检测器可对调幅信号执行波包检测，以产生波包信号；陷波滤波器可对波包信号进行陷波滤波，以产生第一滤波信号，其中陷波滤波器的一零点是对应于调幅信号的载波频率；低通滤波器可对第一滤波信号进行低通滤波，以产生第二滤波信号，其中调幅信号的载波频率是位于低通滤波器的阻绝带；比较电路可依据一电平值，将第二滤波信号转换为数字信号。

Description

调幅解调电路及其解调方法

技术领域

本发明是有关于调幅(amplitude modulation，AM)的解调，尤指一种应用于射频识别系统的AM解调电路及其解调方法。

背景技术

调幅(amplitude modulation，AM)是常用的调制技术，而对于数字通讯系统而言，幅移键控(Amplitude Shift Keying，ASK)则是常用的调幅技术。例如，射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)系统即是应用ASK技术来进行传输数据的调制与解调。在进行AM调制时，是将所要传输的基频的数据信号载于载波信号上，以产生AM信号，并利用AM信号的振幅高低来表示传输数据，例如，若传输数据为数字数据，则可以振幅低代表数字的0，振幅高代表数字的1。在AM技术中，载波即为最大的噪声来源，所以在解调AM信号时，为了得到较好的解调效果，必须提高信号载波比(signal-to-carrier ratio)。

先前技术在解调AM信号的过程中，是采用全极点(all poles)低通滤波器，让基频的数据信号通过并同时衰减高频的载波信号，以提高信号载波比。当数据信号的频率远低于载波频率时，此种作法只需利用低阶数的低通滤波器即可收到不错的效果。然而，当数据信号的频率提高，亦即通讯系统的数据率(data rate)提高时，数据信号的频率与载波频率的差距会缩小，尤其，在载波频率偏低的通讯系统中，例如低频(LF)或高频(HF)的RFID系统，若想提高数据率，则会使数据信号的频率与载波频率的差距更加缩小。在此种情况下，为了同时让数据信号通过并衰减载波信号，必须使用更高阶数的低通滤波器才能达成，但这样会提高电路设计的复杂度及成本。

举例来说，请参阅图1，其是单极点低通滤波器的频率响应(frequencyresponse)，其中横轴为频率，纵轴为增益值。图1是假设载波频率fc仅为基频频率fs的4倍，且fs等于单极点低通滤波器的截止频率(cutoff frequency，其对应的增益值为-3dB)。由于单极点低通滤波器的阻绝带(stop band)的斜率为-20dB/decade，因此载波频率所对应的增益值为-12dB。此时，若假设需要n阶的全极点低通滤波器，才能达到30dB以上的信号载波比R，则

R＝n*(-3dB)-n*(-12dB)＞30dB          式(1)

由上式可推得n≥4，亦即需要至少4阶的全极点低通滤波器，才能使信号载波比达到30dB以上，如此会大幅增加电路设计的复杂度及成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种调幅(AM)解调电路及其解调方法，应用于一射频(RF)识别系统，其可通过陷波滤波器(notch filter)来衰减载波信号，以提高信号载波比，并降低电路设计的复杂度及成本。

本发明揭露一种AM解调电路，包含：波包检测器，用以对AM信号执行波包检测，以产生波包信号；陷波滤波器，用以对波包信号进行陷波滤波，以实质滤除该波包信号的一载波频率，进而产生第一滤波信号；低通滤波器，用以对第一滤波信号进行低通滤波，以产生第二滤波信号；以及比较电路，用以依据一电平值，将第二滤波信号转换为数字信号。

本发明另揭露一种AM解调方法，包含下列步骤：对AM信号执行波包检测，以产生波包信号；通过陷波滤波器对波包信号进行陷波滤波，以实质滤除该波包信号的一载波频率，进而生第一滤波信号；通过低通滤波器对第一滤波信号进行低通滤波，以产生第二滤波信号；以及依据一电平值，将第二滤波信号转换为数字信号。

附图说明

图1是单极点低通滤波器的频率响应的示意图。

图2是本发明的AM解调电路的一实施例的方块图。

图3是图2的陷波滤波器的频率响应的示意图。

图4是图2的低通滤波器的频率响应的示意图。

图5是本发明的AM解调方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

图2是本发明的调幅(AM)解调电路的一实施例的方块图，其中，AM解调电路20包含波包检测器(envelope detector)21、偏压电路22、陷波滤波器(notchfilter)23、低通滤波器24以及比较电路25。AM解调电路20可用来解调所接收的AM信号，例如以数字的幅移键控(ASK)技术所调制的ASK信号。AM解调电路20可用简化且有效的方式，来提高信号载波比，因此适用于基频频率与载波频率的差距不大的通讯系统。举例来说，当采用ASK技术的射频识别(RFID)系统要提高其数据率时，RFID信号的基频频率与载波频率的差距会缩小。特别是，在低频(LF)或高频(HF)的RFID系统中，载波频率本就较低，若想提高其传输的数据率，则会使RFID信号的基频频率与载波频率的差距更加缩小，例如在高频(HF)的RFID系统中，载波频率为13.56MHz，若将基频频率从848Kbps(即载波频率的1/16)提高4倍为3.39Mbps(即载波频率的1/4)，则基频频率会与载波频率相当接近，此时即可应用AM解调电路20来有效地提高RFID信号的信号载波比。

波包检测器21可对AM信号进行波包检测，以产生一波包信号。偏压电路22耦接至波包检测器21，可调整波包信号的直流偏压，一方面使波包信号的大小能落在陷波滤波器23的工作电压范围，另一方面也有助于波包信号后续在经过低通滤波器24放大及滤波处理时，不会超出低通滤波器24的工作电压范围。举例而言，偏压电路22可先通过一交流耦合器(AC coupler，图未显示)，以移除波包信号原有的直流成分，接着再执行适当的偏压。

陷波滤波器23耦接至偏压电路22，可对调整偏压后的波包信号进行陷波滤波，以产生第一滤波信号。图3是显示陷波滤波器23的频率响应。由图3可看出，在设计陷波滤波器23时，是将其零点30设计为对应至AM信号的载波频率fc，而AM信号所对应的基频频率fs(亦即，AM信号所包含的数据信号的频率)是位于陷波滤波器23的通带(pass band)。因此，陷波滤波器23在对波包信号进行陷波滤波时，可让其中的基频成份通过，但对于载波成分则予以较大幅度地衰减。藉此，陷波滤波器23可大幅度地提高信号载波比。

低通滤波器24可对陷波滤波器23所输出的第一滤波信号进行低通滤波及放大，以产生第二滤波信号。图4是显示低通滤波器24的频率响应，其中，AM信号的载波频率fc是位于低通滤波器24的阻绝带，而AM信号所对应的基频频率fs则位于低通滤波器24的通带，并且低通滤波器24具有一增益值G，以放大第一滤波信号中的基频成分(即频率为fs的信号成分)。因此，低通滤波器24可让第一滤波信号中的基频成份通过且放大，以进一步提高信号载波比。由于最初所接收的AM信号可能很弱，通过低通滤波器24所提供的信号增益，可使信号载波比达到更理想的状况。在一较佳实施例中，低通滤波器24的截止频率是对应于基频频率fs(亦即，低通滤波器24在fs的对应增益值为G-3dB)，如图4所示，以使得基频频率fs与载波频率fc的频率差距部份皆落在低通滤波器24的阻绝带，以更加拉大基频成分与载波成分间的增益值差距。另一方面，在此较佳实施例中，基频频率fs是位于陷波滤波器23的通带中具有峰值响应(peak response)的位置，如图3所示，如此可补偿基频成分在通过低通滤波器24所损失的3dB增益。

比较电路25耦接至低通滤波器24，可依据一电平值，将第二滤波信号转换为一数字信号，以达成AM信号的解调。举例来说，当第二滤波信号的电压电平大于该电平值时，则输出数字值“1”，而当第二滤波信号的电压电平小于该电平值时，则输出数字值“0”。

在图2的实施例中，低通滤波器24可为一全极点低通滤波器，而通过陷波滤波器23的运作，可降低全极点低通滤波器所需的阶数，以减少电路设计的复杂度及成本。以图1为例，先前技术需要至少4阶的全极点低通滤波器，才能使信号载波比达到30dB以上；而在本发明图2的实施例中，若陷波滤波器23可将基频成分与载波成份间的增益值差距拉大13dB，则低通滤波器24仅需使基频成分与载波成份的增益值差距加大17dB以上，即可达到30dB以上的信号载波比，因此式(1)可调整为：

n*(-3dB)-n*(-12dB)＞17dB

由上式可推得n≥2，亦即，通过增设陷波滤波器23，图2的ASK解调电路20仅需2阶的全极点低通滤波器，即可达到30dB以上的信号载波比，如此可简化电路的复杂度并降低成本。举例来说，若低通滤波器24包含两个低通增益级(lowpass gain stage)，则每一增益级仅需使用一单极点低通滤波器，即可达到所需的信号载波比。本发明所属技术领域中具有通常知识者，当能依据前述说明，设想出利用陷波滤波器及低通滤波器的其它实施态样，例如使用两个陷波滤波器及一个低通滤波器，以达成所需的信号载波比，而这些其它实施态样亦应属于本发明的范围。

另外，在图2的实施例中，陷波滤波器23与低通滤波器24间可增设另一偏压电路(图未显示)，以调整陷波滤波器23所输出的第一滤波信号的直流偏压，以确保第一滤波信号在经过低通滤波器24放大时，不会超出低通滤波器24的工作电压范围，另一方面亦有助于提升AM解调电路20所能接受的AM信号的振幅范围。

图5是本发明的AM解调方法的一实施例的流程图。步骤51是对AM信号执行波包检测，以产生一波包信号，其中，AM信号可为ASK信号，例如RFID信号。步骤52是调整波包信号的偏压，例如，可先移除波包信号的直流成分，再执行适当的偏压。

步骤53是通过一陷波滤波器对调整偏压后的波包信号进行陷波滤波处理，以产生第一滤波信号，其中，该陷波滤波器的一零点是对应于AM信号的载波频率，而AM信号所对应的基频频率是位于该陷波滤波器的通带。

步骤54是通过一低通滤波器对第一滤波信号进行低通滤波处理，以产生第二滤波信号，其中，AM信号的载波频率是位于该低通滤波器的阻绝带。该低通滤波器可为一全极点低通滤波器。较佳地，该低通滤波器的截止频率是对应于AM信号所对应的基频频率，而前述陷波滤波器则在该基频频率具有一峰值响应。

步骤55是依据一电平值，将第二滤波信号转换为一数字信号，以达成AM信号的解调。

综上所述，本发明所提出的AM解调电路及AM解调方法，可通过陷波滤波器(notch filter)来衰减载波信号，以提高信号载波比，进而减少所需要的低通滤波器的阶数，故可大幅降低解调电路的电路复杂度，因此非常适合应用于RFID系统中，以提升RFID系统的数据传输率。

以上所述是利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。凡熟知此类技术人士皆能明了，可根据以上实施例的揭示而做出诸多可能变化，仍不脱离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种调幅解调电路，应用于一RF识别系统，包含：

一波包检测器，用以对一调幅信号执行波包检测，以产生一波包信号；

一陷波滤波器，用以对该波包信号进行陷波滤波，该陷波滤波器的一零点是对应于该波包信号的一载波频率，以实质滤除该波包信号的该载波频率，该陷波滤波器在该调幅信号的一基频频率具有一峰值响应，以放大该调幅信号中的基频成分，进而产生一第一滤波信号；

一低通滤波器，该低通滤波器的一截止频率是对应于该调幅信号的该基频频率，用以对该第一滤波信号进行低通滤波，以产生一第二滤波信号；以及

一比较电路，用以依据一电平值，将该第二滤波信号转换为一数字信号。

2.根据权利要求1所述的调幅解调电路，其特征在于，该载波频率是位于该低通滤波器的一阻绝带。

3.根据权利要求1所述的调幅解调电路，其特征在于，该调幅信号是一幅移键控信号。

4.根据权利要求1所述的调幅解调电路，其特征在于，该调幅解调电路是设置于一射频识别接收器，而该调幅信号是一射频识别信号。

5.根据权利要求1所述的调幅解调电路，其特征在于，该低通滤波器具有一增益值，以放大该第一滤波信号中的一基频频率成分。

6.根据权利要求1所述的调幅解调电路，其特征在于，还包含：

一偏压电路，用以调整该波包信号的偏压。

7.根据权利要求6所述的调幅解调电路，其特征在于，该偏压电路包含一交流耦合器，用以移除该波包信号的一直流成分。

8.一种调幅解调方法，应用于一RF识别系统，包含：

对一调幅信号执行波包检测，以产生一波包信号；

对该波包信号进行一陷波滤波处理，该波包信号的载波频率是位于该陷波滤波处理的一零点，以实质滤除该波包信号的载波频率，该陷波滤波处理在该调幅信号的一基频频率具有一峰值响应，以放大该调幅信号中的基频成分，进而产生一第一滤波信号；

对该第一滤波信号进行一低通滤波处理，以产生一第二滤波信号，该低通滤波处理的一截止频率是对应于该调幅信号的该基频频率；以及

依据一电平值，将该第二滤波信号转换为一数字信号。

9.根据权利要求8所述的调幅解调方法，其特征在于，该调幅信号是一幅移键控信号。

10.根据权利要求8所述的调幅解调方法，其特征在于，该调幅信号是一射频识别信号。

11.根据权利要求8所述的调幅解调方法，其特征在于，该低通滤波处理具有一增益值，以放大该第一滤波信号中的一基频频率成分。

12.根据权利要求8所述的调幅解调方法，于该进行陷波滤波处理的步骤前还包含：

调整该波包信号的偏压。

13.根据权利要求12所述的调幅解调方法，其特征在于，该调整该波包信号的偏压的步骤包含移除该波包信号的一直流成分。