CN102332913A - 一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于锁相环技术实现的40/49MHz监护系统。采用集成锁相环、只读存储器和RF功率放大器于一体的发射芯片，替代传统的晶体倍频实现发射方案，不仅省去了晶体方案中为滤除多次谐波及基波而使用的中周，解决了中周调谐调试带来的生产复杂性和不良率高的问题，而且在保持晶体倍频方案成本低廉的优势的条件下，简化了系统方案。本发明还采用集成锁相环、只读存储器、射频放大器、混频器、解调器、音频功放于一体的接收芯片，大大提高了系统集成度和稳定度，轻易实现多频率选择，不需多晶体的使用，集成的只读存储器固化了所有行业规定的标准频点，无需使用MCU控制锁定，节省器件成本。

Description

一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统

技术领域

本发明涉及一种使用锁相环技术作为核心技术实现的40/49MHz监护系统。

背景技术

监护器是近二、三十年来从欧美市场开始逐渐普及应用的消费电子产品，主要用于家庭、敬老院、疗养院、医院等场所对婴儿、老人、病人的日常监护。随着经济的快速发展，电子产品日新月异的更新换代、行业企业的激烈竞争，产品的成本控制已经成为消费电子的重要门槛。40/49M的监护系统相比于2.4G数字式监护器，其巨大的成本优势使其在监护器市场始终占据大比例份额。传统40/49MHz监护系统基本采用十几MHz晶体振荡再经3次倍频的方式得到工作频率，这种方案的优点是技术简单，成本低廉，但是3倍频导致电路中充斥了很多不需要的多次谐波及基波。为了滤除不需要的频率，通常采用中周调谐的方式选出所要的频率。因此生产调试复杂，不良率高，而且一个工作频率需要一个晶体，对于多频道选择的监听器，就需要多个晶体，增加了生产成本和中周调谐的复杂性。

发明内容

本发明解决的技术问题是改变传统40/49M监护系统使用晶体倍频的方式，使用集具有超大可选振荡范围VCO电路的锁相环技术、固化频点信息的ROM模块、RF功放等功能与一体的发射集成电路，和集射频放大和混频、锁相环、ROM模块、中频解调、音频放大等功能与一体的接收集成电路，极大程度地提高了系统集成度，简化了系统方案，而且消除了传统电路中出现多次谐波干扰的缺陷，保证系统工作的稳定性和可靠性。

本发明采用的技术方案为：

一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，由发射部分(1)和接收部分(2)组成，其特征在于：

上述发射部分(1)，包括：

用于固化发射频点信息的存储器模块(02)；

用于产生振荡频率并根据从存储器模块(02)读取的频率信息锁定的锁相环模块(01)；

用于拾取声音信息并转化为电子信号的音频采集模块(11)；

用于加载音频信号到已锁定的振荡信号上的调制模块(12)；

用于放大已调制了音频信号的振荡信号的功率模块(13)；

其中存储器模块(02)、锁相环模块(01)、和功率模块(13)是集成在一片集成电路上。

上述接收部分，包括：

用于放大输入的射频信号的放大器模块(21)；

用于改变已放大的输入信号的频率的变频模块(22)；

用于固化接收频点信息的存储器模块(02)；

用于产生振荡频率、根据从存储器模块(02)读取的频率信息锁定频率、并提供给变频模块(22)做参考本振的锁相环模块(01)；

用于抽取加载在已变换频率的输入信号上的音频信号的解调模块(23)；

用于放大音频信号的扩音模块(24)。

其中放大器模块(21)、变频模块(22)、存储器模块(02)、锁相环模块(01)、解调模块(23)、和扩音模块(24)是集成在一片集成电路上。

所述存储器模块(02)为只读存储器ROM，固化了所需的频点信息。

所述锁相环模块(01)由集成电路上的压控振荡器VCO(011)、晶体振荡器(012)、分频器(013)、鉴频器(014)、以及置于集成电路外的环路滤波器(015)组成。

所述压控振荡器(011)是由内置于集成电路中的CMOS电路、置于集成电路外的电感、电容构成的差分振荡器，通过改变电感、电容的数值，可以实现2.8MHz-1.5GHz超大范围的振荡，由环路滤波器(015)反馈的电压控制达到频率的锁定，并把锁定的频率信号输出到RF功率放大器(13)进行功率放大。

所述晶体振荡器(012)是CMOS晶体振荡器。

所述分频器(013)包括反馈分频器(0131)和参考分频器(0132)，反馈分频器(0131)用于把VCO频率根据ROM中固化的频点信息分频，参考分频器(0132)用于把晶体频率分频。所述鉴频器(014)把反馈分频器(0131)和参考分频器(0132)的分频结果进行比较，输出比较结果送给环路滤波器(015)。

所述环路滤波器(015)把从鉴频器收集到的电流信号转化为电压信号，并且滤除鉴频器输出的杂波，把电压信号送到VCO(011)进行反馈控制。

所述音频采集模块(11)为麦克风、和将声音信号转化为电子信号并放大的音频放大器。

所述调制模块(12)是把音频放大器输出的信号加载到锁相环的VCO上的调制电路。

所述功率模块(13)为RF功率放大器，放大锁相环输出的频率信号的功率，直接带50ohm天线(03)负载。

所述放大器模块(21)为低噪声放大器LNA，用于把输入的RF信号进行低噪声放大。

所述变频模块(22)为混频器mixer，作用是把输入的RF信号与锁相环锁定的频率信号进行乘法运算，转换为中频频率的载波，便于后级的信号处理。

所述解调模块(23)是把已经转换为中频的载波中加载的音频信号恢复出来的解调电路。

所述扩音模块(24)为音频功放，是把解调出来的音频信号进行功率放大，送到扩音器放音。

本发明的有益效果为：

采用本发明的技术方案，不仅省去中周和多个晶体的使用，简化生产调试的复杂性，完全实现系统免调，大大提高了生产效率，而且完美地保留了传统晶体倍频方案成本低廉的优势。采用集成电路带来的高集成度的优点使系统保持技术简单，尤其不需要使用MCU控制，使电路板设计简洁，板材体积更小，材料成本降低，使外形的结构设计具有更大灵活多变的空间，整机装配简易，本发明真正给40/49M监护系统的生产带来了技术革命。

附图说明

图1为本发明的系统组成部分示意图，显示由发射部分和接收部分组成；

图2为本发明的发射部分构成的部件图；

图3为本发明的接收部分构成的部件图；

图4为本发明的锁相环结构图。

具体实施方式

监护系统由发射部分和接收部分组成，如图1所示，是短距离点对点无线传输系统，使用超外差一次/二次变频方式。

锁相环模块和ROM模块在发射部分中的功能是产生频率、锁定频率、功率放大。其中产生频率的是压控振荡器VCO，是本发明的电路特点之一，VCO是一个由集成在集成电路上的CMOS电路、置于集成电路外的电感、电容构成的差分振荡器，电感电容外置的优点是，用户可以根据使用需要，通过选用电感、电容的数值，自行定义振荡范围，本发明的VCO集成电路部分设计为能够实现2.8MHz-1.5GHz超大范围的振荡，基本覆盖了从VHF段到UHF段绝大部分无线电子产品应用的频段，具有宽阔的应用领域。

产生自由振荡的VCO要由锁相环的反馈环路控制，才能固定在设定的频率上，如图4示意出锁相环的工作流程。VCO的频率送入反馈分频器，根据读取的ROM中已固化的频率信息，进行分频，输出频率信息到鉴频器；另一条信号通路是晶体振荡器产生的精准的振荡频率，送入参考分频器分频，同样读取ROM中固化的频点信息，把振荡频率分频为参考频率送到鉴频器。鉴频器把两个分频信息进行比较，输出差别信息到LPF，LPF把鉴频器送来的电流信号转换为电压信号，并且滤除鉴频器输出信号的杂波干扰，把电压送到VCO进行频率控制。如果VCO的频率高过设定的锁定频率，反馈分频器输出的频率就超过参考分频器输出的参考频率，鉴频器和LPF输出负电压信号给VCO，令VCO降低频率；如果VCO降低频率过多，低于设定的锁定频率，反馈分频器输出的频率就低过参考分频器输出的参考频率，鉴频器和LPF输出正电压信号给VCO，令VCO提高频率；如此反馈控制，VCO的频率将最终锁定在设定的频点上，相位锁定也是同样的原理，图4示意出整个环路的组成部分和信号流程。

ROM中固化的频点是北美、欧洲、亚洲对监护系统制定的行业标准频率，根据真值表，由CMOS管构成存储矩阵的点阵，每个地址对应一个点，地址由逻辑运算获得，而逻辑运算的控制靠输入端的逻辑电平设定。用户使用时，只需根据逻辑表，使用开关置输入端为高电平或者低电平，电路便依据逻辑组合进行运算，确定地址，找到唯一的频率点，从而把对应的频率信息传送给分频器。

图2所示的发射部分中，锁定了的VCO频率作为载波，准备加载信息，麦克风拾取声音，音频电路把声音信号转化为电子信号，并经过调制电路的调制，加载到VCO的载波上，由RF功率放大器放大，从天线发射出去，完成发射部分的功能。

发射部分中，VCO的CMOS电路、晶体振荡器、分频器、鉴频器、ROM、RF功放是集成在一片集成电路上的，只需要少量的集成电路外元件，无需调试，就能够实现发射功能。

锁相环模块和ROM模块在接收部分中的功能是产生频率、锁定频率、提供给混频器做参考本振。其中产生频率的VCO与发射电路中的VCO相同结构和原理，锁定频率的反馈控制原理与发射电路的相同，不同的是ROM固化的频率与发射部分ROM固化的频率相差一个中频的频率，这个中频频率就是混频器的输出频率，这意味着接收部分锁定的频率与发射部分锁定的频率相差一个中频频率。使用在接收部分中的VCO频率不需要功率放大，直接送混频器做本振。

图3所示的接收部分中，天线捕捉RF信号，经过LNA放大、与锁相环锁定的VCO频率在混频器中进行变频，改变了频率的载波信号送入解调电路解调出载波上加载的音频信号，再由音频功放扩音在扬声器发声，完成接收部分的功能。

接收部分中，LNA、Mixer、VCO的CMOS电路、晶体振荡器、分频器、鉴频器、ROM、解调电路、音频功放是集成在一片集成电路上的，同样只需要少量外围器件就能够实现接收功能，不需要调试。

Claims (10)

1.一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，由发射部分和接收部分组成，其特征在于：

上述发射部分，包括：

用于固化发射频点信息的存储器模块；

用于产生振荡频率并根据从存储器模块读取的频率信息锁定的锁相环模块；

用于拾取声音信息并转化为电子信号的音频模块；

用于加载音频信号到已锁定的振荡信号上的调制模块；

用于放大已调制了音频信号的振荡信号的功率模块；

其中存储器模块、锁相环模块、和功率模块是集成在一片集成电路上。

上述接收部分，包括：

用于放大输入的射频信号的放大器模块；

用于改变已放大的射频信号的频率的变频模块；

用于固化接收频点信息的存储器模块；

用于产生振荡频率、根据从存储器模块读取的频率信息锁定频率、并提供给变频模块做参考本振的锁相环模块；

用于抽取加载在已变换频率的输入信号上的音频信号的解调模块；

用于放大音频信号的扩音模块；

其中放大器模块、变频模块、存储器模块、锁相环模块、解调模块、和扩音模块是集成在一片集成电路上。

2.如权利要求1所述的一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，其特征在于所述存储器模块为只读存储器ROM，固化了所需的频点信息。

3.如权利要求1所述的一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，其特征在于所述锁相环模块由集成电路上的压控振荡器VCO、晶体振荡器、分频器、鉴频器、以及置于集成电路外的环路滤波器组成。

压控振荡器是由内置于集成电路中的CMOS电路、置于集成电路外的电感、电容构成的差分振荡器，通过改变电感、电容的数值，可以实现2.8MHz-1.5GHz超大范围的振荡，由环路滤波器反馈的电压控制达到频率的锁定，并把锁定的频率信号输出到RF功率放大器进行功率放大。

晶体振荡器是CMOS晶体振荡器。

分频器包括反馈分频器和参考分频器，反馈分频器用于把VCO频率根据ROM中固化的频点信息分频，参考分频器用于把晶体频率分频。

鉴频器把反馈分频器和参考分频器的分频结果进行比较，输出比较结果送给环路滤波器。

环路滤波器把从鉴频器收集到的电流信号转化为电压信号，并且滤除鉴频器输出的杂波，把电压信号送到VCO进行反馈控制。

4.如权利要求1所述的一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，其特征在于所述音频模块为麦克风、和将声音信号转化为电子信号并放大的音频放大器。

5.如权利要求1所述的一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，其特征在于所述调制模块是把音频放大器输出的信号加载到锁相环的VCO上的调制电路。

6.如权利要求1所述的一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，其特征在于所述功率模块为RF功率放大器，放大锁相环输出的频率信号的功率，直接带50ohm天线负载。

7.如权利要求1所述的一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，其特征在于所述放大器模块为低噪声放大器LNA，用于把输入的RF信号进行低噪声放大。

8.如权利要求1所述的一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，其特征在于所述变频模块为混频器mixer，作用是把输入的RF载波信号与锁相环锁定的频率信号进行乘法运算，转换为中频频率的载波，便于后级的信号处理。

9.如权利要求1所述的一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，其特征在于所述解调模块是把已经转换为中频的载波中加载的音频信号恢复出来的解调电路。

10.如权利要求1所述的一种使用锁相环技术实现的40/49MHz监护系统，其特征在于所述扩音模块为音频功放，是把解调出来的音频信号进行功率放大，送到扩音器放音。

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