CN102355298B - 具有数字式增益控制电路的红外接收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有数字式增益控制电路的红外接收器。包括：将红外输入信号转换为电信号的输入单元，对转换的电信号进行放大的前置放大器；对放大的电信号进行放大并控制增益的可变增益放大器，对放大的电信号进行放大的限幅放大器；滤除放大电信号中通带外的噪声的带通滤波器；将输出的信号与预设的参考电压进行比较的比较器；对输出信号进行解调的解调器；接收输出的包络信号并进行波形整形后输出到外部的输出单元，接收由解调器输出的信号，分辨噪声和正常信号，产生相应的增益控制电流或电压，来控制可变增益放大器的增益，从而滤除噪声或者放大正常信号的增益控制电路，连接增益控制电路并用于产生和输入信号同步的时钟信号的振荡器。

Description

具有数字式增益控制电路的红外接收器

技术领域

本发明涉及一种具有数字式增益控制电路的红外接收器。

背景技术

红外接收器通常是指从红外数据发送装置，接收红外信号并处理所接收到的红外信号的接收装置。

红外接收器接收到的输入信号除了正常遥控信号外，通常还包括阳光、白炽灯和荧光灯等环境光产生的各种噪声，这些噪声会降低红外接收器的性能。为了使红外接收器能可靠的工作，必须滤除这些噪声。

图8所示为传统的红外接收器的电路图，包括光敏二极管的输入电路将外部红外信号转化成微弱的电信号，该电信号被前置放大器放大；可变增益放大器放大前置放大器的输出信号并能控制增益；可变增益放大器的输出信号通过限幅放大器再次放大后被送到带通滤波器以滤除通带外的噪声；增益控制电路检测带通滤波器的输出信号，分辨噪声和正常信号，并产生相应的增益控制电流或电压去控制可变增益放大器的增益；比较器将带通滤波器的输出和一个预设的参考电压进行比较，比较器的输出信号被送到解调器；解调器将信号中的载频滤除，而只输出信号的包络；解调器的输出信号被送到输出电路进行波形整形后再被输出到红外接收器的外部，这样就完成了红外信号的检测、放大、滤波和解调的整个过程。

传统技术中，通过检测信号中脉冲输入时段和空闲时段之间的比例来识别正常信号和噪声信号，当脉冲输入时段的比例不超过50%时，输入信号被认为是正常信号，否则就是噪声信号。采用由可变增益放大器，限幅放大器，带通滤波器和增益控制电路等构成的自动增益控制环路来滤除噪声。当输入信号是噪声信号时，增益控制电路对电容器充电，产生相应的增益控制电流或电压去降低可变增益放大器的增益，这样，噪声通过可变增益放大器的传输就被限制了；当输入信号是正常信号时，增益控制电路对电容器放电，产生相应的增益控制电流或电压去提高可变增益放大器的增益或者保持可变增益放大器的增益不变，这样，正常遥控信号就被正常的放大了。增益控制电路的信号波形示意图如图9所示。

传统技术的不足之处在于：电子荧光灯产生的强调制噪声，其脉冲输入时段的比例也不超过50%，与正常信号相似，会被误认为是正常信号，从而红外接收器会输出这种噪声信号。

为了解决上述传统技术的不足之处，CN200410000199.4公开了一种“红外线接收器”。它的目的是提供一种能有效限制或滤除各种噪声成份特别是电子荧光灯产生的强调制噪声的技术方案，以提高其可靠性。该技术方案通过检测输入信号的空闲时间的长短来识别正常信号和噪声信号，当输入信号的空闲时间比预设的参考时间短时，就认为输入信号是噪声，否则就是正常信号。图10和图11所示是其增益控制电路通过检测空闲时间来滤除噪声的波形示意图。

但是，CN200410000199.4“红外线接收器”也存在和传统技术相同的不足之处：首先，电容器的充电时间长，电路中需要小的电流和大容量的电容器以得到较大的时间常数。小的电流降低了有效识别正常信号和噪声的可靠性，而大容量的电容器增加了红外接收器的成本。其次，增益控制电路以采用模拟电路为主，电路的控制部分本身的电路面积较大。

CN200610162322.1公开的“红外线接收器”和CN201010146074.8公开的“具有模式转换型增益控制单元的红外接收器”也是以采用模拟电路为主，电路的控制部分本身的电路面积较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的具有能有效识别正常信号和各种噪声成分的数字式的增益控制电路以提高其可靠性的红外接收器。

本发明的技术解决方案是所述具有数字式增益控制电路的红外接收器，包括：

输入单元，包括用于将从外部接收的红外输入信号转换为电信号的光敏二极管；

前置放大器，对所述输入单元转换的所述电信号进行放大；

可变增益放大器，对所述前置放大器放大的所述电信号进行放大，并可控制所述可变增益放大器的增益；

限幅放大器，对所述可变增益放大器放大的所述电信号进行放大；

带通滤波器，滤除所述限幅放大器放大的所述电信号中的通带外的噪声；

比较器，将所述带通滤波器输出的所述信号与预设的参考电压Vref进行比较；

解调器，对所述比较器输出的所述信号进行解调； 

输出单元，接收所述解调器输出的包络信号并进行波形整形后输出到红外接收器的外部； 

其特殊之处在于： 

增益控制电路，接收由所述解调器输出的信号Vd，分辨噪声和正常信号，产生相应的增益控制电流或电压，来控制可变增益放大器的增益，从而滤除噪声或者放大正常信号；

振荡器，连接所述增益控制电路，用于产生和输入信号同步的时钟信号。

作为优选：

所述增益控制电路包括：

计数器，用于接收来自解调器的输出信号Vd，并对该输出信号Vd中的高电平的个数进行计数；

第三锁存器，用于接收来自解调器的输出信号Vd，该输出信号Vd的上升沿使该第三锁存器的输出信号Vsw变成高电平，并一直保持高电平直到被第一边沿发生器产生的清零信号Vz1清零；

第二边沿发生器，用于接收来自解调器的输出信号Vd，并根据该输出信号Vd的下降沿产生清零信号Vz2；

开关逻辑电路，分别接收来自所述振荡器的信号Vosc和来自第三锁存器的输出信号Vsw，当该输出信号Vsw为低电平时，所述开关逻辑电路输出低电平；

分频器，接收来自于开关逻辑电路的输出信号Vsl，当第三锁存器的输出信号Vsw为高电平时，所述分频器也接收经开关逻辑电路传送的振荡器信号Vosc；

第一边沿发生器，用于接收来自分频器的输出信号Vn，对解调器的输出信号Vd进行同步计时并产生相应的清零信号Vz1和读取信号Vr，并分别向第一锁存器、计数器、第三锁存器发送清零信号Vz1；

逻辑判断电路，分别接收所述第一边沿发生器产生的读取信号Vr和所述计数器的状态信号Vc；

第一锁存器，分别接收来自所述逻辑判断电路的输出信号Vsn、所述第一边沿发生器的清零信号Vz1；

第二锁存器，分别接收来自所述第二边沿发生器的清零信号Vz2和来自所述逻辑判断电路的输出信号Vcn；

充放电控制电路，分别接收来自所述第一锁存器的输出信号VL1和所述第二锁存器的输出信号VL2；

电荷泵电路，用于接收所述充放电控制电路的输出信号Vch；

当所述逻辑判断电路的输出信号Vsn变为高电平时，第一锁存器的输出信号VL1也变为高电平，并一直保持高电平直到被清零信号Vz1清零，从而使充放电控制电路的输出信号Vch变为高电平，控制电荷泵对电容器进行快速充电，使增益控制电压Vagc上升到预设电压，可变增益放大器的增益减小，输出脉冲串消失；

当所述逻辑判断电路的输出信号Vcn变为高电平时，第二锁存器的输出信号VL2也变为高电平，并一直保持高电平直到被清零信号Vz2清零，从而使所述充放电控制电路的输出信号Vch变为高电平，控制电荷泵对电容器进行快速充电，使增益控制电压Vagc上升到预设电压，可变增益放大器的增益减小，输出脉冲串消失；

当检测到解调器的输出信号Vd的上升沿后，经过40ms后，第一边沿发生器产生一个读取信号Vr，并送到逻辑判断电路，使得逻辑判断电路去读取计数器的状态，再经过40ms后，第一边沿发生器产生一个清零信号Vz1, 并送入计数器、第一锁存器和第三锁存器；计数器、第一锁存器和第三锁存器置零，同时，所述充放电控制电路的输出信号Vch变成低电平，控制电荷泵对电容器进行放电，如果输入信号是正常信号，电容两端的电压Vagc逐渐下降到初始电平；当输入信号是周期性噪声时，电容两端的电压Vagc周期性上升；

当连续噪声消失时，第二边沿发生器产生一个清零信号Vz2, 并送入第二锁存器，使第二锁存器的输出信号VL2变为低电平，此时，所述充放电控制电路的输出信号Vch也变成低电平，控制电荷泵对电容器进行放电，放电速度比充电速度慢，增益控制电压Vagc逐渐下降到初始电平。

作为优选：

所述电荷泵电路接收所述充放电控制电路的输出信号Vch，当该输出信号Vch为高电平时，开关SW2的触点1、触点3导通，并以恒定电流Ich2对电容C2进行充电；当该输出信号Vch为低电平时，开关SW2的触点2、触点3导通，并以恒定电流Idis2对电容C2进行放电，其中充电电流Ich2大于放电电流Idis2。

与现有技术相比，本发明的优点是：所述数字式增益控制电路是纯粹的数字电路，电路的控制部分比传统技术所采用的模拟电路面积小，而且不需要小电流和大容量的电容器，克服了传统技术的缺点，提高了红外线接收器的可靠性并降低了成本。

附图说明

图1是本发明具有数字式增益控制电路红外接收器的电路方框图。

图2是本发明具有数字式增益控制电路红外接收器增益控制电路的方框图。

图3是本发明具有数字式增益控制电路红外接收器的电荷泵电路图。

图4是本发明具有数字式增益控制电路红外接收器可变增益放大器的增益和电压Vagc的关系曲线示意图。

图5是本发明具有数字式增益控制电路红外接收器接收到正常信号时，增益控制电路的波形示意图。

图6是本发明具有数字式增益控制电路红外接收器接收到连续噪声时，增益控制电路的波形示意图。

图7是本发明具有数字式增益控制电路红外接收器接收到周期性噪声时，增益控制电路的波形示意图。

图8是传统的红外接收器的电路方框图。

图9是传统技术红外接收器接收正常信号的波形示意图。

图10是传统技术接收到强调制噪声时，增益控制电路的波形示意图。

图11是传统技术接收到正常信号时，增益控制电路的波形示意图。

具体实施方式

本发明下面将结合附图作进一步详述： 

请参阅图1所示，在本实施例中，所述具有数字式增益控制电路的红外接收器，包括：

输入单元，包括用于将从外部接收的红外输入信号转换为电信号的光敏二极管；

前置放大器，对所述输入单元转换的所述电信号进行放大；

可变增益放大器，对所述前置放大器放大的所述电信号进行放大，并可控制所述可变增益放大器的增益；

限幅放大器，对所述可变增益放大器放大的所述电信号进行放大；

带通滤波器，滤除所述限幅放大器放大的所述电信号中的通带外的噪声；

比较器，将所述带通滤波器输出的所述信号与预设的参考电压Vref进行比较；

解调器，对所述比较器输出的所述信号进行解调； 

输出单元，接收所述解调器输出的包络信号并进行波形整形后输出到红外接收器的外部； 

增益控制电路，接收由所述解调器输出的信号Vd，分辨噪声和正常信号，产生相应的增益控制电流或电压，来控制可变增益放大器的增益，从而滤除噪声或者放大正常信号；

振荡器，连接所述增益控制电路，用于产生和输入信号同步的时钟信号。

荧光灯产生的强调制噪声是周期性的噪声，包络周期为8ms～10ms，其脉冲输入时段的长短是固定的，为4ms～5ms；而正常遥控信号，除了开始第一个引导码的脉冲输入时段很长外（一般为0.5ms～9ms），其余码位的脉冲输入时段都比较短（一般为0.264ms～1.84 ms）。因此，可以通过检测在某个限定的时间段内，脉冲输入时段的多少来识别正常信号和噪声信号。

选取40ms作为参考时间，并记为T1,对典型的正常信号和噪声信号，在40ms内，连续噪声只有1个有脉冲的时间段，荧光灯产生的周期性噪声，有4～5个有脉冲的时间段，而正常信号至少有12个有脉冲的时间段（单一按键）或者2个有脉冲的时间段（连续按键）。利用这个特性，采用计数器，锁存器等逻辑电路就可以识别出正常信号和噪声信号。

请参阅图2所示，所述增益控制电路包括：

计数器，用于接收来自解调器的输出信号Vd，并对该输出信号Vd中的高电平的个数进行计数；

第三锁存器，用于接收来自解调器的输出信号Vd，该输出信号Vd的上升沿使该第三锁存器的输出信号Vsw变成高电平，并一直保持高电平直到被第一边沿发生器产生的清零信号Vz1清零；

第二边沿发生器，用于接收来自解调器的输出信号Vd，并根据该输出信号Vd的下降沿产生清零信号Vz2；

开关逻辑电路，分别接收来自所述振荡器的信号Vosc和来自第三锁存器的输出信号Vsw，当该输出信号Vsw为低电平时，所述开关逻辑电路输出低电平；

分频器，接收来自于开关逻辑电路的输出信号Vsl，当第三锁存器的输出信号Vsw为高电平时，所述分频器也接收经开关逻辑电路传送的振荡器信号Vosc；

第一边沿发生器，用于接收来自分频器的输出信号Vn，对解调器的输出信号Vd进行同步计时并产生相应的清零信号Vz1和读取信号Vr，并分别向第一锁存器、计数器、第三锁存器发送清零信号Vz1；

逻辑判断电路，分别接收所述第一边沿发生器产生的读取信号Vr和所述计数器的状态信号Vc；

第一锁存器，分别接收来自所述逻辑判断电路的输出信号Vsn、所述第一边沿发生器的清零信号Vz1；

第二锁存器，分别接收来自所述第二边沿发生器的清零信号Vz2和来自所述逻辑判断电路的输出信号Vcn；

充放电控制电路，分别接收来自所述第一锁存器的输出信号VL1和所述第二锁存器的输出信号VL2；

电荷泵电路，用于接收所述充放电控制电路的输出信号Vch；

当所述逻辑判断电路的输出信号Vsn变为高电平时，第一锁存器的输出信号VL1也变为高电平，并一直保持高电平直到被清零信号Vz1清零，从而使充放电控制电路的输出信号Vch变为高电平，控制电荷泵对电容器进行快速充电，使增益控制电压Vagc上升到预设电压，可变增益放大器的增益减小，输出脉冲串消失；

当所述逻辑判断电路的输出信号Vcn变为高电平时，第二锁存器的输出信号VL2也变为高电平，并一直保持高电平直到被清零信号Vz2清零，从而使所述充放电控制电路的输出信号Vch变为高电平，控制电荷泵对电容器进行快速充电，使增益控制电压Vagc上升到预设电压，可变增益放大器的增益减小，输出脉冲串消失；

当检测到解调器的输出信号Vd的上升沿后，经过40ms后，第一边沿发生器产生一个读取信号Vr，并送到逻辑判断电路，使得逻辑判断电路去读取计数器的状态，再经过40ms后，第一边沿发生器产生一个清零信号Vz1, 并送入计数器、第一锁存器和第三锁存器；计数器、第一锁存器和第三锁存器置零，同时，所述充放电控制电路的输出信号Vch变成低电平，控制电荷泵对电容器进行放电，如果输入信号是正常信号，电容两端的电压Vagc逐渐下降到初始电平；当输入信号是周期性噪声时，电容两端的电压Vagc周期性上升；

当连续噪声消失时，第二边沿发生器产生一个清零信号Vz2, 并送入第二锁存器，使第二锁存器的输出信号VL2变为低电平，此时，所述充放电控制电路的输出信号Vch也变成低电平，控制电荷泵对电容器进行放电，放电速度比充电速度慢，增益控制电压Vagc逐渐下降到初始电平。

工作原理：如图2所示，解调器的输出信号Vd被分别送到计数器、第三锁存器和第二边沿发生器，然后计数器开始对该输出信号Vd中的高电平的个数进行计数，解调器的输出信号Vd的上升沿使第三锁存器的输出信号Vsw变成高电平，并一直保持高电平直到被清零信号Vz1清零，第三锁存器的输出信号Vsw作为开关逻辑电路的开关信号，当第三锁存器的输出信号Vsw为高电平时，开关逻辑电路将来自于振荡器的信号Vosc送到分频器，当第三锁存器的输出信号Vsw为低电平时，开关逻辑电路输出低电平。开关逻辑电路的输出信号Vsl被送到分频器，分频器的输出信号Vn被送到第一边沿发生器，分频器的输出信号Vn周期约为80ms,这样当检测到解调器的输出信号Vd的上升沿后，再经过约40ms的时间，第一边沿发生器产生一个读取信号Vr，并送到逻辑判断电路，使得逻辑判断电路去读取计数器的状态，当计数器的计数为4或5时，就认为输入信号是周期性噪声，此时，逻辑判断电路的输出信号Vsn变成高电平；当计数器的计数为1时，就认为输入信号是连续噪声，此时，逻辑判断电路的输出信号Vcn变成高电平；当计数器的计数为0时，就认为没有输入信号，而计数器的计数为其他值时，就认为输入信号是正常信号，在这两种状态下，逻辑判断电路的输出信号Vsn和Vcn均为低电平。

当逻辑判断电路的输出信号Vsn变为高电平时，第一锁存器的输出信号VL1也变为高电平并一直保持高电平直到被清零信号Vz1清零，从而使充放电控制电路的输出信号Vch变为高电平，控制电荷泵对电容器进行快速充电，使得增益控制电压Vagc在较短时间内上升到预设电压，可变增益放大器的增益减小，输出脉冲串消失。

当逻辑判断电路的输出信号Vcn变为高电平时，第二锁存器的输出信号VL2也变为高电平，并一直保持高电平直到被清零信号Vz2清零，从而使信号Vch变为高电平，控制电荷泵对电容器进行快速充电，使得增益控制电压Vagc在较短时间内上升到预设电压，可变增益放大器的增益减小，输出脉冲串消失。当连续噪声消失时，边沿发生器2产生一个清零信号Vz2, 并送入锁存器2，使得锁存器2的输出信号VL2变为低电平，此时，充放电控制电路的输出信号Vch也变成低电平，控制电荷泵对电容器进行放电，放电速度比充电速度慢，经过一段时间，增益控制电压Vagc下降到初始电平。

当检测到解调器的输出信号Vd的上升沿后，再经过约80ms的时间，延迟电路产生一个清零信号Vz1, 并送入计数器、第一锁存器和第三锁存器，作为这些电路的清零信号，如果输入信号是正常信号，此时正好处于空闲时间(这也是选择40ms作为参考时间的原因之一),这时就把计数器、第一锁存器和第三锁存器置零，这样当下一串遥控信号到来时，电路才能正常工作，同时充放电控制电路的输出信号Vch变成低电平，控制电荷泵对电容器进行放电，经过一段时间，电容两端的电压Vagc能下降到初始电平。当输入信号是周期性噪声时，电容两端的电压Vagc是周期性上升的，其周期约等于信号Vn的周期。

请参阅图3所示，所述电荷泵电路接收所述充放电控制电路的输出信号Vch，当该输出信号Vch为高电平时，开关SW2的触点1、触点3导通，并以恒定电流Ich2对电容C2进行充电；当该输出信号Vch为低电平时，开关SW2的触点2、触点3导通，并以恒定电流Idis2对电容C2进行放电，其中充电电流Ich2大于放电电流Idis2。

图5～图7是当接收到正常信号或噪声信号时，增益控制电路的波形示意图，其中Vf2是图3中电容C2两端的电压Vagc充电所能达到的最大值，Vth4远大于Vth3，当电压Vagc等于Vth4时，周期性噪声通过可变增益放大器的传输仍然被限制，从而保证红外接收器不会输出噪声。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种具有数字式增益控制电路的红外接收器，包括：

输入单元，包括用于将从外部接收的红外输入信号转换为电信号的光敏二极管；

前置放大器，对所述输入单元转换的所述电信号进行放大；

可变增益放大器，对所述前置放大器放大的所述电信号进行放大，并可控制所述可变增益放大器的增益；

限幅放大器，对所述可变增益放大器放大的所述电信号进行放大；

带通滤波器，滤除所述限幅放大器放大的所述电信号中的通带外的噪声；

比较器，将所述带通滤波器输出的所述信号与预设的参考电压Vref进行比较；

解调器，对所述比较器输出的所述信号进行解调； 

输出单元，接收所述解调器输出的包络信号并进行波形整形后输出到红外接收器的外部； 

其特征在于： 

增益控制电路，接收由所述解调器输出的信号Vd，分辨噪声和正常信号，产生相应的增益控制电流或电压，来控制可变增益放大器的增益，从而滤除噪声或者放大正常信号；

振荡器，连接所述增益控制电路，用于产生和输入信号同步的时钟信号。

2.根据权利要求1所述具有数字式增益控制电路的红外接收器，其特征在于：所述增益控制电路包括：

计数器，用于接收来自解调器的输出信号Vd，并对该输出信号Vd中的高电平的个数进行计数；

第三锁存器，用于接收来自解调器的输出信号Vd，该输出信号Vd的上升沿使该第三锁存器的输出信号Vsw变成高电平，并一直保持高电平直到被第一边沿发生器产生的清零信号Vz1清零；

第二边沿发生器，用于接收来自解调器的输出信号Vd，并根据该输出信号Vd的下降沿产生清零信号Vz2；

开关逻辑电路，分别接收来自所述振荡器的信号Vosc和来自第三锁存器的输出信号Vsw，当该输出信号Vsw为低电平时，所述开关逻辑电路输出低电平；

分频器，接收来自于开关逻辑电路的输出信号Vsl，当第三锁存器的输出信号Vsw为高电平时，所述分频器也接收经开关逻辑电路传送的振荡器信号Vosc；

第一边沿发生器，用于接收来自分频器的输出信号Vn，对解调器的输出信号Vd进行同步计时并产生相应的清零信号Vz1和读取信号Vr，并分别向第一锁存器、计数器、第三锁存器发送清零信号Vz1；

逻辑判断电路，分别接收所述第一边沿发生器产生的读取信号Vr和所述计数器的状态信号Vc；

第一锁存器，分别接收来自所述逻辑判断电路的输出信号Vsn、所述第一边沿发生器的清零信号Vz1；

第二锁存器，分别接收来自所述第二边沿发生器的清零信号Vz2和来自所述逻辑判断电路的输出信号Vcn；

充放电控制电路，分别接收来自所述第一锁存器的输出信号VL1和所述第二锁存器的输出信号VL2；

电荷泵电路，用于接收所述充放电控制电路的输出信号Vch；

当所述逻辑判断电路的输出信号Vsn变为高电平时，第一锁存器的输出信号VL1也变为高电平，并一直保持高电平直到被清零信号Vz1清零，从而使充放电控制电路的输出信号Vch变为高电平，控制电荷泵对电容器进行快速充电，使增益控制电压Vagc上升到预设电压，可变增益放大器的增益减小，输出脉冲串消失；

当所述逻辑判断电路的输出信号Vcn变为高电平时，第二锁存器的输出信号VL2也变为高电平，并一直保持高电平直到被清零信号Vz2清零，从而使所述充放电控制电路的输出信号Vch变为高电平，控制电荷泵对电容器进行快速充电，使增益控制电压Vagc上升到预设电压，可变增益放大器的增益减小，输出脉冲串消失；

当检测到解调器的输出信号Vd的上升沿后，经过40ms后，第一边沿发生器产生一个读取信号Vr，并送到逻辑判断电路，使得逻辑判断电路去读取计数器的状态，再经过40ms后，第一边沿发生器产生一个清零信号Vz1, 并送入计数器、第一锁存器和第三锁存器；计数器、第一锁存器和第三锁存器置零，同时，所述充放电控制电路的输出信号Vch变成低电平，控制电荷泵对电容器进行放电，如果输入信号是正常信号，电容两端的电压Vagc逐渐下降到初始电平；当输入信号是周期性噪声时，电容两端的电压Vagc周期性上升；

当连续噪声消失时，第二边沿发生器产生一个清零信号Vz2, 并送入第二锁存器，使第二锁存器的输出信号VL2变为低电平，此时，所述充放电控制电路的输出信号Vch也变成低电平，控制电荷泵对电容器进行放电，放电速度比充电速度慢，增益控制电压Vagc逐渐下降到初始电平。