CN102487369B - 解调器、解调ask信号的方法和车载单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种解调器，其具有低功耗、高增益，且与CMOS集成工艺兼容的特点。本解调器利用了设置在共源状态的MOS晶体管，以获得理想的增益。本发明还公开了一种解调ASK信号的方法以及电子收费系统的车载单元。

Description

解调器、解调ASK信号的方法和车载单元
技术领域
本发明涉及一种振幅偏移键控信号的解调，尤其涉及一种解调器和解调振幅偏移键控信号的方法，以及包含该解调器的车载单元。
背景技术
振幅偏移键控(简称：ASK)调制被广泛地用在通讯系统中，例如，在电子收费系统(ETC)中，由路边单元发出的唤醒信号通常由振幅偏移键控法进行调制。
通常，为了保存电力，ASK信号通过肖特基势垒二极管SBD或源极跟随器的方式来解调。然而，肖特基势垒二极管与CMOS集成工艺不兼容，而源极跟随器仅能获得非常有限的增益。
因此，急需一种有着低功耗和高的增益，同时适合与CMOS集成工艺的新的解调器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种解调器，其能与CMOS集成工艺兼容。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种解调器，其包括：
整流电路，所述整流电路包括隔直组件、第一电阻、MOS晶体管、电流源和第二电阻；所述隔直组件的一端用于接收ASK信号，另一端连接至所述第一电阻的一端和所述MOS晶体管的栅极，所述第一电阻的另一端用于接收偏置电压；所述电流源和所述第二电阻并联后连接至所述MOS晶体管的漏极，形成串联电路，所形成的串联电路设置在正电源和地之间；
滤波器，所述滤波器连接至所述电流源、所述第二电阻和所述MOS晶体管的漏极形成的公共端，用于接收产生在所述公共端的漏极信号，从漏极信号中移除载波以产生滤波后信号；
判定电路，连接至所述滤波器的输出端，用于接收滤波后信号，并根据滤波后信号来产生基带信号。
本发明还提供了一种解调ASK信号的方法，其包括：
用解调器接收ASK信号，所述解调器包括整流电路，所述整流电路包括隔直组件、第一电阻、MOS晶体管、电流源和第二电阻；所述隔直组件的一端用于接收ASK信号，另一端连接至所述第一电阻的一端和所述MOS晶体管的栅极，所述第一电阻的另一端用于接收偏置电压；所述电流源和所述第二电阻并联后连接至所述MOS晶体管的漏极，形成串联电路，所形成的串联电路设置在正电源和地之间；滤波器，所述滤波器连接至所述电流源、所述第二电阻和所述MOS晶体管的漏极形成的公共端，用于接收产生在所述公共端的漏极信号，从漏极信号中移除载波以产生滤波后信号；判定电路，连接至所述滤波器的输出端，用于接收滤波后信号，并根据滤波后信号来产生基带信号；
用所述解调器解调所述ASK信号。
本发明还提供一种电子收费系统的车载单元，其包括：
解调器，用于解调ASK信号以获得基带信号；
唤醒电路，连接至解调器，用于接收所述基带信号；
主要电路，连接至所述唤醒电路；
所述解调器包括：整流电路，所述整流电路包括隔直组件、第一电阻、MOS晶体管、电流源和第二电阻；所述隔直组件的一端用于接收ASK信号，另一端连接至所述第一电阻的一端和所述MOS晶体管的栅极，所述第一电阻的另一端用于接收偏置电压；所述电流源和所述第二电阻并联后连接至所述MOS晶体管的漏极，形成串联电路，所形成的串联电路设置在正电源和地之间；滤波器，所述滤波器连接至所述电流源、所述第二电阻和所述MOS晶体管的漏极形成的公共端，用于接收产生在所述公共端的漏极信号，从漏极信号中移除载波以产生滤波后信号；判定电路，连接至所述滤波器的输出端，用于接收滤波后信号，并根据滤波后信号来产生基带信号。
本发明的解调器，其利用MOS晶体管实现整流功能，与CMOS集成工艺兼容。本发明的解调器同时具有低功耗，高增益的优点。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为使用中的ETC系统的示意图；
图2为本发明实施例的ETC系统的示意框图；
图3为本发明实施例的解调器的电路示意图；
图4为本发明实施例中的信号波形示意图；
图5为本发明另一实施例的解调器的电路示意图；
图6为本发明的ASK信号的解调方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，ETC系统包括路边单元(简称RSU)2和车载单元(OBU)3。在实际应用中，车载单元3通常安装在车辆1的挡风玻璃或其他适合的位置上。
车载单元3包括解调器30、唤醒电路31和主要电路32(见图2)。解调器30解调ASK信号(振幅偏移键控信号)，并获得一个基带信号。唤醒电路31探测基带信号的频率。当该频率符合至少一个预先设置的条件，例如频率落入一个限定的频率范围，而后唤醒主要电路32。之后主要电路32与路边单元2建立联系来完成付款。
图2中的解调器30包括整流电路300、滤波器301和判定电路302。参考图3和图4将对解调器30作可仿效的详细结构说明。
整流电路300a对ASK信号进行整流，并产生一适合于滤波器301的整流后信号。隔直组件310，例如隔直电容，被设置为用正极端接收ASK信号。隔直组件310能阻挡直流信号，使得由偏置电压源312a提供的偏置电压能通过第一电阻311将NMOS晶体管313a设置在亚阈值状态。
根据本发明的实施例，亚阈值状态指栅极到源极之间的电压低于NMOS晶体管313a的阈值电压的一个工作状态，并有漏极到源极的电流。当NMOS晶体管313a工作在亚阈值状态时，漏极到源极电流IDS与栅极到源极之间的电压呈指数关系。这种MOS晶体管的非线性特征常被用于整流。
根据图3中本发明的实施例，NMOS晶体管313a的源极接地，栅极到源极的电压VGS等于栅极的电势。漏极到源极电流IDS为电流源314a的电流和电阻315上电流的之和。既然电流源为常电流，电阻315上电流的变化相当于IDS电流的变化。NMOS晶体管313a的漏极上的电压变化可由以下等式确定：
ΔVD＝-ΔIDSR  (1)
其中ΔVD代表漏极电压的变化，R为电阻315的阻值。
参考图1至图4，将对ETC系统中的解调器300、滤波器301和判定电路302的应用作详细的说明。
在图4的顶端，图解表示调制之前的基带信号，例如在14KHZ的唤醒信号。
路边单元2使用基带信号来改变载波信号的振幅，并发送合成ASK信号330给车载单元3，其中载波信号的频率在5.83-5.84GHz之间。
在车载单元3的解调器30中，ASK信号330被整流。为响应NMOS晶体管313a栅极的输入，NMOS晶体管313a的漏极产生漏极信号331，在图中标为信号333。
查看在图4中的信号331和信号332，以及等式(1)，当信号331下降时，信号332上升。由于NMOS晶体管313a在亚阈值状态下的非线性特征，IDS急剧下降使得IDS最终很难影响漏极信号。如图4所见，当信号330在波谷附近时，信号331几乎为水平线。当信号331开始从波谷上升时，作为反应信号332下降的非常快。根据本发明的一个实施例，在信号331的作用下，NMOS晶体管313a可能不工作在亚阈值状态下。根据本发明的另一个实施例，在信号331的作用下，NMOS晶体管313a可能临时地、周期性地进入线性状态，当信号331达到波峰时，信号332将在波谷。这其中的差异存在于信号331的振幅中。
因此，如图4所示，当基带信号为“1”，由于NMOS晶体管313a的非线性特征，信号332的上面部分被切掉而信号332的较低部分为放大。
滤波器301得到漏极信号332，该滤波器为典型的具有去除漏极信号中的高频载波的低通滤波器，生成滤波后信号333
滤波后信号333在第一电压和第二电压之间交替变化，其中第一电压比第二电压要高。万一第一电压和第二电压之间的差异不适当，如图3所示，放大器320被用于放大滤波后信号333，来产生放大后信号334。因此，通过输入放大后信号334到非对称性比较器321的输入端，滤波后信号33到比较器321的另一端，产生基带信号335(见图4)。当放大后信号334和滤波后信号333的差异大于等于阈值时，比较器321输出“1”；当放大后信号334和滤波后信号333的差异小于阈值时，比较器321输出“0”。解调器30维持基带信号的频率，使得所生成的基带信号335能使用在唤醒电路中频率探测。
图3中所述的实施例有变例，包括显示在图5中的例子。根据这个变化例，PMOS晶体管313b被用于替代NMOS晶体管313a。偏置电压供应312b提供一个低于通过正电源316提供的正电压值的电压，以至于使PMOS晶体管313b偏置在亚阈值状态。既然整流电路300b的设置镜像了图3中整流电路300a的设置，这个变例分享图4所示的波形。当信号331的电压降低时，在第二电阻315上的电流增加，其结果为漏极信号332电压的增加。当信号332的电压增加时，在第二电阻315上的电流降低，其结果为漏极信号332电压的降低。
图6为解调ASK信号的方法的流程图。本发明的一个实例中，步骤602，用图3所示的解调器30a接收ASK信号。步骤604，用解调器30a解调ASK信号，如上所讨论的那样。在另一个实施例中，步骤602，用图5所示的解调器30b接收ASK信号。步骤604，用解调器30b解调ASK信号，如上所讨论的那样。
本领域的一般技术人员理解，信号332显示为线性，为更清楚的解释波形的变化，而不是限定本发明的范围。

Claims (6)

1.一种解调器，其特征在于，包括：
整流电路，所述整流电路包括隔直组件、第一电阻、MOS晶体管、电流源和第二电阻；所述隔直组件的一端用于接收ASK信号，另一端连接至所述第一电阻的一端和所述MOS晶体管的栅极，所述第一电阻的另一端用于接收偏置电压；所述电流源和所述第二电阻并联后连接至所述MOS晶体管的漏极，形成串联电路，所形成的串联电路设置在正电源和地之间；
滤波器，所述滤波器连接至所述电流源、所述第二电阻和所述MOS晶体管的漏极形成的公共端，用于接收产生在所述公共端的漏极信号，从漏极信号中移除载波以产生滤波后信号；
判定电路，连接至所述滤波器的输出端，用于接收滤波后信号，并根据滤波后信号来产生基带信号；
所述MOS晶体管为NMOS晶体管，所述NMOS晶体管的源极接地，所述电流源的负极连接至所述第二电阻的一端和所述NMOS晶体管的漏极来形成所述公共端，所述电流源的正极连接至所述第二电阻的另一端和所述正电源；或者，所述MOS晶体管为PMOS晶体管，所述PMOS晶体管的源极接正电源，所述电流源的正极连接至所述第二电阻的一端和所述PMOS晶体管的漏极来形成所述公共端，所述电流源的负极连接至所述第二电阻的另一端并接地。
2.按照权利要求1所述的解调器，其特征在于：
所述判定电路包括放大器和比较器；
所述放大器连接至所述滤波器的输出端，用于接收和放大滤波后信号，以产生放大后信号；
所述比较器的输入端连接至所述滤波器的输出端，用于接收滤波后信号，所述比较器的另一输入端连接至所述放大器的输出端，用于接收放大后信号；所述比较器用于比较滤波后信号和放大后信号后，产生基带信号。
3.一种解调ASK信号的方法，其特征在于，包括：
用解调器接收ASK信号，所述解调器包括整流电路，所述整流电路包括隔直组件、第一电阻、MOS晶体管、电流源和第二电阻；所述隔直组件的一端用于接收ASK信号，另一端连接至所述第一电阻的一端和所述MOS晶体管的栅极，所述第一电阻的另一端用于接收偏置电压；所述电流源和所述第二电阻并联后连接至所述MOS晶体管的漏极，形成串联电路，所形成的串联电路设置在正电源和地之间；滤波器，所述滤波器连接至所述电流源、所述第二电阻和所述MOS晶体管的漏极形成的公共端，用于接收产生在所述公共端的漏极信号，从漏极信号中移除载波以产生滤波后信号；判定电路，连接至所述滤波器的输出端，用于接收滤波后信号，并根据滤波后信号来产生基带信号；
用所述解调器解调所述ASK信号；
所述MOS晶体管为NMOS晶体管，所述NMOS晶体管的源极接地，所述电流源的负极连接至所述第二电阻的一端和所述NMOS晶体管的漏极来形成所述公共端，所述电流源的正极连接至所述第二电阻的另一端和所述正电源；或者，所述MOS晶体管为PMOS晶体管，所述PMOS晶体管的源极接正电源，所述电流源的正极连接至所述第二电阻的一端和所述PMOS晶体管的漏极来形成所述公共端，所述电流源的负极连接至所述第二电阻的另一端并接地。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在：
所述判定电路包括放大器和比较器；
所述放大器连接至所述滤波器的输出端，用于接收和放大滤波后信号，以产生放大后信号；
所述比较器的输入端连接至所述滤波器的输出端，用于接收滤波后信号，所述比较器的另一输入端连接至所述放大器的输出端，用于接收放大后信号；所述比较器用于比较滤波后信号和放大后信号后，产生基带信号。
5.一种电子收费系统的车载单元，其特征在于，包括：
解调器，用于解调ASK信号以获得基带信号；
唤醒电路，连接至解调器，用于接收所述基带信号；
主要电路，连接至所述唤醒电路；
所述解调器包括：整流电路，所述整流电路包括隔直组件、第一电阻、MOS晶体管、电流源和第二电阻；所述隔直组件的一端用于接收ASK信号，另一端连接至所述第一电阻的一端和所述MOS晶体管的栅极，所述第一电阻的另一端用于接收偏置电压；所述电流源和所述第二电阻并联后连接至所述MOS晶体管的漏极，形成串联电路，所形成的串联电路设置在正电源和地之间；滤波器，所述滤波器连接至所述电流源、所述第二电阻和所述MOS晶体管的漏极形成的公共端，用于接收产生在所述公共端的漏极信号，从漏极信号中移除载波以产生滤波后信号；判定电路，连接至所述滤波器的输出端，用于接收滤波后信号，并根据滤波后信号来产生基带信号；
所述MOS晶体管为NMOS晶体管，所述NMOS晶体管的源极接地，所述电流源的负极连接至所述第二电阻的一端和所述NMOS晶体管的漏极来形成所述公共端，所述电流源的正极连接至所述第二电阻的另一端和所述正电源；或者，所述MOS晶体管为PMOS晶体管，所述PMOS晶体管的源极接正电源，所述电流源的正极连接至所述第二电阻的一端和所述PMOS晶体管的漏极来形成所述公共端，所述电流源的负极连接至所述第二电阻的另一端并接地。
6.按照权利要求5所述的车载单元，其特征在于：
所述判定电路包括放大器和比较器；
所述放大器连接至所述滤波器的输出端，用于接收和放大滤波后信号，以产生放大后信号；
所述比较器的输入端连接至所述滤波器的输出端，用于接收滤波后信号，所述比较器的另一输入端连接至所述放大器的输出端，用于接收放大后信号；所述比较器用于比较滤波后信号和放大后信号后，产生基带信号。
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