CN102571042A - 一种时间编码接收解调电路及其解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种的时间编码解调电路及其解调方法，属于时间编码解调技术领域。该电路包括，可控增益放大器、检波器、信号强度计算模块、自动增益控制模块、比较器模块以及电源控制模块。该电路可以实现高灵敏度的时间编码信号解调。它能够随着接收信号的大小不同而自动调整比较器门限，克服集成电路制造工艺波动和误差所导致的直流偏差。

Description

一种时间编码接收解调电路及其解调方法

技术领域

本发明涉及编码解调电路领域，尤其涉及时间编码信号的解调电路及其解调方法。

背景技术

时间编码信号由固定的电台发射，其信号本身调制了时间编码信息。一般的时间编码信号的频率范围在40kHz～120kHz之间，在波段上属于长波范围。因此一个适当功率的发射电台发射的信号可以覆盖相当大范围的区域。

传统的时间编码解调电路内部通常包含一个比较器模块，该比较器模块将电路检波得到的模拟解调电压信号和比较器门限相比较，如果模拟解调电压信号高于比较器的门限比较器就输出高电平，如果相反的话比较器就输出低电平。而这个比较器门限的设定对于整个电路是否能够得到正确的解调信号非常重要，传统的比较器门限设定有以下两种方法：

第一种比较器门限的设定方法是以一个固定的参考电压值作为比较器门限，这种设定方法最为简单但是存在很大的问题。图1所示为固定的比较器门限和模拟解调电压信号的示意图，由于模拟解调电压信号的幅度和接收的时间编码信号的强度成正比，所以如图1中102为接收较大时间编码信号时得到的模拟解调电压信号，而103为接收较小时间编码信号时得到的模拟解调电压信号。如图1所示的按照102模拟解调电压信号设置的比较器门限101会导致信号强度小的情况下无法正确解调出时间编码信号。

第二种比较器门限的设定方法是将模拟解调电压信号的正峰值作为参考，正峰值越高，比较器门限也就越高。这种设定方法比固定的门限要好很多，一定程度上兼顾了大信号和小信号两种情况，但是仍然有几点不足之处。其一，该方法只将模拟解调电压信号的正峰值作为比较器门限的设置参考，而正峰值并不能完全反映解调信号的强度信息，其他很多因素，比如集成电路制造工艺波动产生的电阻和电流的差异都会造成模拟解调电压信号直流偏置的差异，进而造成正峰值的差异，如图2所示即为正确的解调信号202与因直流偏置差异造成的移位后的解调信号201。其二，即使不考虑制造工艺波动造成的正峰值差异，这种简单的门限设置方法也无法保证比较器门限的上升和模拟解调电压信号的正峰值保持线性关系。

集成电路制造工艺不可避免出现的波动和误差将会使比较器门限的正确设置更加的困难，特别是在接收信号强度特别小或者特别大时，比较器门限设置方法所导致的解调误差将会变得更加严重。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供了一个优化的时间编码接收和解调电路结构及其解调方法，该电路架构可以实现高灵敏度的时间编码信号的接收和解调。它能够随着接收信号的大小不同而自动调整比较器门限，克服集成电路制造工艺波动和误差所导致的直流偏差。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种时间编码解调电路，包括：依次相连的可控增益放大器、检波器、比较器、信号强度计算模块、自动增益控制模块以及电源控制模块，其中可控增益放大器，用于对时间编码信号进行可调控的增益放大，将放大后的时间编码信号输出至检波器；检波器，对放大后的时间编码信号进行检波，输出模拟解调电压信号至比较器及信号强度计算模块；信号强度计算模块，用于计算和产生信号强度电压，输出至自动增益控制模块及比较器模块；自动增益控制模块，将接收的信号强度电压与自身的自动增益控制门限进行比较，输出增益控制信号至可控增益放大器；可控增益放大器接收自动增益控制模块的增益控制信号，以调整放大器增益；比较器模块从信号强度计算模块接收信号强度电压并将之作为比较器的门限，并将模拟解调电压信号与比较器门限相比较，输出数字解调信号；电源控制模块，用于提供和控制电路各模块的基准电流。

信号强度计算模块同时监测模拟解调电压信号的正峰值和负峰值，并将其中点电压输出至比较器模块和自动增益控制模块。可控增益放大器采用多级差分放大器，至少包括8级以上的差分放大器，前3或者4级放大器的增益由自动增益控制模块控制，其他级放大器采用固定增益。可控增益放大器至少提供100dB以上的增益。

比较器模块接收信号强度计算模块监测所得的模拟解调信号电压的中间值并将之设定为比较器的门限。

一种解调时间编码信号的方法，包括以下步骤：

A、对时间编码信号进行放大后进行检波，得到一个模拟解调电压信号；

B、监测模拟解调电压信号的正负峰值，并计算得到正负峰值的中点电压作为其信号强度电压；

C、将信号强度电压设定为比较器模块的比较器门限，将得到的模拟解调电压信号变成数字解调信号；

D、将信号强度电压和自动增益控制门限相比较，用于调整可控增益放大器的增益。

当接收到的信号强度电压大于设定的自动增益控制门限时，则降低可控增益放大器增益。

本发明所公开的时间编码解调电路可以实现高灵敏度的时间编码信号的接收和解调。自适应的比较器门限计算模块克服了传统的比较器门限容易受集成电路制造工艺波动影响和不能精确设定的缺点，计算出来的比较器门限是模拟解调电压信号的中间值。按照此方法设置比较器门限以后不论输入信号幅度如何变化或者模拟解调电压信号的直流偏置如何波动，比较器门限始终设置在最优点，电路的灵敏度和输入动态范围都会保持最佳。

附图说明

图1是固定的比较器门限和模拟解调电压信号的示意图；

图2是直流偏置造成的模拟解调电压信号偏移示意图；

图3是本发明的电路结构图；

图4是检波器输入信号与模拟解调电压信号示意图；

图5是自适应比较器门限示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明提供了一个优化的时间编码解调电路架构和实现方法，该电路主要的组成部分包括可控增益放大器、检波器、比较器、自动增益控制模块、信号强度计算模块以及电源控制模块，如图3所示。

可控增益放大器对于天线接收的时间编码信号进行放大，信号由RFIN+和RFIN-两个管脚双端输入，增益由自动增益控制模块控制。为了达到足够的接收灵敏度，放大器提供的最大增益一般在100dB以上，所以可控增益放大器由多级差分放大器组成，通常情况下由8～9级差分放大器组成，其中3～4级差分放大器的增益由自动增益控制模块控制，其余差分放大器的增益不可调整。为了抑制带外噪声可控增益放大器外部通过管脚QOUT和QIN连接一个晶振作为滤波器使用，正常工作时由于接收的时间编码信号的频率是固定的，所以晶振等效于一个通带很窄的带通滤波器。

检波器用来对放大后的时间编码信号进行检波，由于时间编码信号属于调幅信号，所以整个检波过程分为整流和滤波两步。整流采用传统的二极管整流方式，滤波则依靠DEM检波脚的外接电容C_DEM完成。检波后在电路的检波脚会得到一个和时间编码信号幅度成正比的模拟解调电压信号，如图5所示。

比较器将前面得到的模拟解调电压信号和计算出来的比较器门限相比较，如果模拟解调电压信号的电压高于比较器门限，比较器输出端OUT脚输出高电平，反之则输出低电平。比较器的输出作为整个电路最后的输出将检波得到的模拟解调电压信号进行数字化，随后该数字解调信号被送入到相应的解码电路中进行解码。

自动增益控制模块自身内部有一个控制门限，称之为自动增益控制门限。自动增益控制门限的设置是以电路中放大器具体的增益为基础，设置自动增益控制门限的宗旨是保证放大器最后输出的信号不会被限幅。因为时间编码信号是一种幅度调制信号，如果放大器的增益过大导致载波信号限幅，那么调制在载波上的调制信号就会丢失，造成无法正确的解调。一般来说，自动增益控制门限采用一个恒流源电流在一个固定电阻上的电压降来进行设置，该电阻一端接地、另一端接恒流源，通过调整恒流源电流的大小或者电阻的大小可以来调整自动增益控制门限。

自动增益控制模块接收来自于信号强度计算模块的信号强度电压，然后将这个信号强度电压和自身的自动增益控制门限相比较。如果信号强度电压超过自动增益控制门限的话表示接收的信号过大，此时自动增益控制模块会降低可控增益放大器的增益以保证放大后的信号不会限幅。反之，如果信号强度电压小于启控门限，则表示接收的信号过小，自动增益控制模块则调高可控增益放大器的增益以保证正确解调较微弱的时间编码信号。

信号强度计算模块通过监测检波脚的模拟解调电压信号的正峰值和负峰值得到信号强度电压，信号强度电压就是模拟解调电压信号正峰值和负峰值的中点电压，此信号强度电压同时也输出至比较器模块被用来作为比较器的自适应比较门限501，比较器的自适应比较门限501始终设定在模拟解调电压信号的中间位置，克服了传统的比较器门限容易受集成电路制造工艺波动影响和不能精确设定的缺点，如图5所示。此中点电压同时作为信号强度电压表示接收信号的强度并输出至自动增益控制模块。

电源控制模块给整个电路提供基准电流偏置，待机脚PDN用来控制切断电路的基准电流使电路进入待机状态，节约电路在待机时的电流消耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种时间编码解调电路，其特征在于包括：

依次相连的可控增益放大器、检波器、比较器、信号强度计算模块、自动增益控制模块以及电源控制模块，其中

可控增益放大器，用于对时间编码信号进行可调控的增益放大，将放大后的时间编码信号输出至检波器；

检波器，对放大后的时间编码信号进行检波，输出模拟解调电压信号至比较器及信号强度计算模块；

信号强度计算模块，用于计算和产生信号强度电压，输出至自动增益控制模块及比较器模块；

自动增益控制模块，将接收的信号强度电压与自身的自动增益控制门限进行比较，输出增益控制信号至可控增益放大器；

可控增益放大器接收自动增益控制模块的增益控制信号，并据此调整放大器增益；

比较器模块将信号强度计算模块产生的信号强度电压设定为比较器门限，并将模拟解调电压信号与比较器门限相比较，得到数字解调信号；

电源控制模块，用于提供和控制电路各模块的基准电流。

2.如权利要求1所述的时间编码解调电路，其特征在于：所述的信号强度计算模块同时监测模拟解调电压信号的正峰值和负峰值，并将其中点电压输出至比较器。

3.如权利要求1所述的时间编码解调电路，其特征在于：所述的可控增益放大器采用多级差分放大器。

4.如权利要求3所述的时间编码解调电路，其特征在于：所述的可控增益放大器至少包括8级以上的差分放大器。

5.如权利要求4所述的时间编码解调电路，其特征在于：所述的可控增益放大器前3或者4级放大器的增益由自动增益控制模块控制，其他级放大器采用固定增益。

6.如权利要求3所述的时间编码解调电路，其特征在于：所述的可控增益放大器至少提供100dB以上的增益。

7.如权利要求1所述的时间编码解调电路，其特征在于：所述的比较器模块接收信号强度计算模块监测所得的模拟解调电压信号中间值并将之设定为比较器门限。

8.一种解调时间编码信号的方法，其特征在于包括以下步骤：

A、对时间编码信号进行放大后进行检波，得到一个模拟解调电压信号；

B、监测模拟解调电压信号的正负峰值，并计算得到正负峰值的中点电压作为其信号强度电压；

C、将信号强度电压设定为比较器模块的比较器门限，将得到的模拟解调电压信号变成数字解调信号；

D、将信号强度电压与自动增益控制门限比较，用于调整可控增益放大器的增益。

9.如权利要求8所述的解调时间编码信号的方法，其特征在于：所述的步骤D中，当信号强度电压大于设定的自动增益控制门限时，则降低可控增益放大器增益。

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