CN103050002A - 一种红外接收器及其识别和抑制噪声的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外接收器及其识别和抑制噪声的方法，其中红外接收器包括电连接在可变增益放大单元与波形整形单元之间的增益控制单元；方法包括：检测波形整形单元输出信号的有脉冲时段和空闲时段的长度及其周期，从所述输出信号中识别周期噪声和正常遥控信号；进行自动增益控制并在该过程中抑制周期噪声、放大正常遥控信号。这种红外接收器及其识别和抑制噪声的方法，能有效识别并抑制或滤除各种噪声成分，从而提高红外接收器的工作可靠性。

Description

一种红外接收器及其识别和抑制噪声的方法

技术领域

本发明涉及集成电路，具体涉及一种红外接收器及其识别和抑制噪声的方法。

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，红外数据发送装置例如：电视等家用电器使用的红外遥控器。除了红外遥控信号外，红外接收器接收到的信号通常还包括各种噪声，这些噪声信号主要来自于环境光，包括阳光、白炽灯和荧光灯等。这些噪声成分通过红外接收器的各级电路也被传送，会降低红外接收器的性能，甚至导致红外接收器完全不能正常工作。为了使红外接收器能稳定可靠地工作，这些噪声必须被去除或加以适当地抑制。

传统的红外接收器，电路结构如图1所示，其中：输入单元包括一个检测外部红外线输入信号并将其转化成电信号的光敏二极管；而前置放大单元用于将输入单元产生的微弱电信号放大到能被适当控制的等级；前置放大单元的输出信号被送入一个可变增益放大单元，该放大单元的增益可以被适当的控制；可变增益放大单元的输出信号通过限幅放大单元再次放大并限幅后被送到带通滤波器，该带通滤波器的中心频率被调整到红外遥控信号的载频上以滤除通带外的噪声；带通滤波器的输出信号被分别送到解调器和增益控制单元，解调器将信号中的载波滤除，而只输出信号的包络；增益控制单元识别带通滤波器的输出信号是噪声信号还是正常遥控信号，并产生相应的增益控制电流或电压，去控制可变增益放大单元的增益，从而抑制噪声并正常放大遥控信号；波形整形单元将解调器输出的包络信号进行波形整形后再通过输出驱动单元输出到红外接收器的外部；输出驱动单元为外部负载提供一定的输出驱动能力；这样就完成了红外信号的检测、放大、滤波、解调和波形整形的整个过程。

进入红外接收器的各种环境光噪声中，阳光和白炽灯产生的直流噪声以及荧光灯产生的一部分交流噪声是落在带通滤波器的通带外的，比较容易滤除；只有荧光灯产生的包络周期为8ms～10ms的强调制噪声落在带通滤波器的通带内，并且和正常遥控信号比较相似，难以滤除，所以，红外接收器的电路设计主要围绕滤除这种噪声进行，从而提出了各种电路方案。

传统技术通过检测带通滤波器输出信号的有脉冲时段和空闲时段之间的比例来识别正常遥控信号或噪声信号。对典型的正常遥控信号和噪声信号（主要是阳光和白炽灯产生的连续噪声），正常遥控信号的有脉冲时段在整个信号周期中的比例不超过50％；而噪声信号的空闲时段很短或者没有。所以当有脉冲时段的比例不超过50％时，输入信号被认为是正常遥控信号，否则就是噪声信号。图2所示为传统技术中增益控制单元识别和抑制噪声的信号波形示意图。

该传统技术的缺点在于：电子荧光灯产生的强调制噪声，其有脉冲时段的比例也不超过50％，与正常遥控信号相似，会被误认为是正常遥控信号，从而红外接收器会输出这种噪声信号。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种红外接收器及其识别和抑制噪声的方法，能有效识别并抑制或滤除各种噪声成分、提高可靠性。

本发明的第一个技术问题这样解决，具体包括两种方案：

方案一

构建一种红外接收器，包括依次电连接的输入单元、前置放大单元、可变增益放大单元、限幅放大单元、带通滤波器、第一解调器、第一波形整形单元和输出驱动单元，其特征在于，包括与所述第一波形整形单元输出端电连接的上升沿延迟电路、第一边沿信号发生器、第三计时器和第二边沿信号发生器；所述上升沿延迟电路输出端和第一边沿信号发生器输出端依次电连接第一或门、第一锁存器、第一计时器、第二锁存器和电荷泵的充电控制端；第三计时器输出端电连接所述电荷泵的放电控制端，所述电荷泵输出端电连接所述可变增益放大单元的增益控制输入端；第二边沿信号发生器电连接第二或门和第三或门的一输入端，第二或门的另一输入端与第一计时器输出端电连接，第三或门的另一输入端依次电连接第二计时器、第二锁存器的反相输出端；第二或门的输出端与第一锁存器复位端电连接，第三或门的输出端与第二锁存器复位端电连接；所述电荷泵是带开关的电容充放电电路。

按照本发明提供的红外接收器，其特征在于，所述计时器包括但不限制于是：㈠带开关的电容充放电电路和比较器构成的组合电路，或者㈡计数器。

方案二

构建一种红外接收器，包括依次电连接的输入单元、前置放大单元、可变增益放大单元、限幅放大单元、带通滤波器、第一解调器、第一波形整形单元和输出驱动单元，其特征在于，包括与所述带通滤波器输出端依次电连接的第二解调器和第二波形整形单元，所述第二波形整形单元输出端电连接的上升沿延迟电路、第一边沿信号发生器、第三计时器和第二边沿信号发生器；所述上升沿延迟电路输出端和第一边沿信号发生器输出端依次电连接第一或门、第一锁存器、第一计时器、第二锁存器和电荷泵的充电控制端；第三计时器输出端电连接所述电荷泵的放电控制端，所述电荷泵输出端电连接所述可变增益放大单元的增益控制输入端；第二边沿信号发生器电连接第二或门和第三或门的一输入端，第二或门的另一输入端与第一计时器输出端电连接，第三或门的另一输入端依次电连接第二计时器、第二锁存器的反相输出端；第二或门的输出端与第一锁存器复位端电连接，第三或门的输出端与第二锁存器复位端电连接；第二解调器的解调阈值电平小于第一解调器的解调阈值电平；所述电荷泵是带开关的电容充放电电路。

按照本发明提供的红外接收器，其特征在于，所述计时器包括但不限制是：㈠带开关的电容充放电电路和比较器构成的组合电路，或者㈡计数器。

本发明的另一个技术问题这样解决：构建一种红外接收器识别和抑制噪声的方法，其特征在于，利用内置依次电连接的带通滤波器、解调器和波形整形单元的红外接收器，包括以下步骤：

提取所述波形整形单元输出信号；

检测所述波形整形单元输出信号的有脉冲时段和空闲时段的长度及其周期，从所述输出信号中识别周期噪声和正常遥控信号；

进行自动增益控制，并在自动增益控制过程中，抑制所述周期噪声且放大所述正常遥控信号。

按照本发明提供的识别和抑制噪声的方法，其特征在于，识别周期噪声和正常遥控信号包括检测判断有脉冲时段的长度或者空闲时段的长度超过预设时间阈值T1，所述预设时间阈值T1大于所述正常遥控信号的地址码和数据码中最长有脉冲时段的长度且小于所述周期噪声的半周期。

按照本发明提供的识别和抑制噪声的方法，其特征在于，所述周期噪声的周期是8-10ms。

按照本发明提供的识别和抑制噪声的方法，其特征在于，所述正常遥控信号的地址码（或用户码）和数据码的最长有脉冲时段的长度是1.84ms。

按照本发明提供的识别和抑制噪声的方法，其特征在于，所述预设时间阈值T1是3ms。

按照本发明提供的识别和抑制噪声的方法，其特征在于，该方法还包括检测所述波形整形单元输出信号中无输入信号时段的长度大于周期噪声的周期且小于各组正常遥控信号之间的无输入信号时段的长度，则自动恢复可变增益放大单元的最大增益值。

本发明提供的红外接收器及其识别和抑制噪声的方法，与现有技术相比，具有以下优势：

1、能抑制电子荧光灯产生的强调制噪声；

2、抗干扰更强，可靠性高。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1是传统的红外接收器的电路方框图；

图2是传统红外接收器接收正常遥控信号的波形示意图；

图3是本发明的第一优选实施例红外接收器的电路方框图；

图4是本发明的第二优选实施例红外接收器的电路方框图；

图5是图3或4中波形整形单元输出的不同占空比的周期性噪声示意图；

图6是图3或4中增益控制单元的方框图；

图7是图6中噪声识别电路的电路结构示意图；

图8是图6中电荷泵的电路结构示意图；

图9是图3或4中可变增益放大单元的增益和电压Vagc的关系曲线示意图；

图10是图3或4中接收到周期性噪声时，增益控制单元的波形示意图；

图11是图3或4中接收到连续噪声时，增益控制单元的波形示意图；

图12是图3或4中接收到正常遥控信号时，增益控制单元的波形示意图。

具体实施方式

第一优选实施例

如图3所示，本发明第一红外接收器和传统红外接收器的区别在于：输入到增益控制单元的反馈信号不是像传统技术那样取自于带通滤器的输出信号Vf，也不是取自于解调器的输出信号Vd1，而是取自于波形整形单元的输出信号Vs1；整个自动增益控制环路由可变增益放大单元、限幅放大单元，带通滤波器、第一解调器、第一波形整形单元和增益控制单元组成；采用信号Vs1作为自动增益控制环路的反馈信号，是因为本发明中，增益控制单元识别正常信号和噪声信号的方法和传统技术不同，并且信号Vs1的波形和红外接收器输出信号的波形最接近，可以消除一些宽度较窄的噪声脉冲对增益控制单元的干扰，提高增益控制单元识别噪声的性能。除了上述的区别外，本发明的其他各个单元电路的连接关系及功能和传统的红外接收器是相同的。

第二优选实施例

本发明的另一较佳实施例如图4所示，和图3的电路的区别是：在图3的电路基础上增加了第二解调器和第二波形整形单元；输入到增益控制单元的反馈信号取自于第二波形整形单元的输出信号Vs2；整个自动增益控制环路由可变增益放大单元、限幅放大单元，带通滤波器、第二解调器、第二波形整形单元和增益控制单元组成；并且第二解调器的解调阈值电平Vth2小于第一解调器的解调阈值电平Vth1。这样，图4电路可以得到比图3电路更优越的抗噪声性能。

红外接收器接收到的各种噪声信号主要来自于环境光，包括阳光、白炽灯和荧光灯等，其中，阳光产生的噪声是白噪声；白炽灯产生的噪声，频率为100Hz；荧光灯产生的噪声，频率在100Hz到几十KHz之间。在各种环境光噪声中，阳光、白炽灯等产生的噪声以及荧光灯产生的弱调制噪声是连续性的噪声，很容易滤除；而只有荧光灯产生的强调制噪声和正常遥控信号比较相似，难以滤除。

工作原理

荧光灯产生的强调制噪声是周期性的噪声，其波形会因灯具的不同和距离的不同而发生变化，但是，无论其波形如何变化，这种噪声的包络周期总是相对固定不变的，为8ms～10ms。强调制噪声波形的变化，只会使波形整形单元的输出信号的占空比发生变化，而其周期仍和强调制噪声的周期保持一致。无论波形整形单元的输出信号的占空比如何变化，只会出现三种情形，即其占空比等于50％，占空比大于50％和占空比小于50％，如图5所示，其中Tn为周期性噪声的周期。在这三种情形下，或者其有脉冲时段的长度大于或等于Tn/2，或者其空闲时段的长度大于或等于Tn/2，二者必居其一；而正常遥控信号，除了开始第一个引导码的有脉冲时段和空闲时段很长外（一般为0.5ms～9ms），其余码位的有脉冲时段和空闲时段都比较短（一般为0.264ms～1.84ms）。因此，利用强调制噪声的周期性以及正常遥控信号和强调制噪声在有脉冲时段或者空闲时段长度上的不同就可以将二者有效的识别出来。取预设的参考时间阈值T1为：2ms<T1<4ms，作为检测有脉冲时段和空闲时段的长度的时间阈值，以识别正常遥控信号和噪声，并进行相应的自动增益控制。

在增益控制单元中，为了得到较大的时间常数，通常采用大容量的电容器，使得电路面积太大。为了采用小容量的电容器以缩小电路面积，本发明采用了新的充放电方式，即在限定的时间段内充电，比如，取300us作为预设的充电参考时间阈值，并记为T2。

当环境光噪声消失后，为了提高红外接收器的接收灵敏度，需要检测噪声消失的状态以便将可变增益放大单元的增益恢复到最大值。检测噪声消失是通过检测无输入信号时段的长度来实现的，因为各种环境光噪声的包络周期都小于或等于10ms，而各组正常遥控信号之间的无输入信号时段的长度一般大于或等于20ms，故取预设的参考时间阈值T3为：10ms<T3<20ms，当检测到无输入信号时段的长度大于T3时，就认为噪声消失。

增益控制单元这样工作：首先检测有脉冲时段的长度和空闲时段的长度，当有脉冲时段的长度或者空闲时段的长度超过预设时间阈值T1时，将输入信号识别为噪声，在预设的时间段T2内对增益控制单元中的电容进行快速的充电，增益控制电压Vagc上升；当有脉冲时段的长度大于2*T1时，将输入信号识别为连续噪声，以T1为周期，在每一个周期中，对增益控制单元中的电容进行一次在预设时间段T2内的快速的充电，增益控制电压Vagc上升；当无输入信号时段的长度大于预设时间阈值T3时，在超过T3的时间段，才对电容缓慢的放电，增益控制电压Vagc下降；其余情况下，电容既不充电也不放电。

当接收到的信号是阳光、白炽灯等产生的连续噪声信号时，空闲时段不存在，有脉冲时段的长度大于2*T1，电容器以T1为周期，间歇性的充电，增益控制电压Vagc最终会超过预定电压；当接收到的信号是荧光灯产生的周期性噪声时，其有脉冲时段的长度或者空闲时段的长度大于T1，则电容器以周期性噪声的周期Tn为周期，间歇性的充电，增益控制电压Vagc最终也会超过预定电压；当增益控制电压Vagc超过预定电压后，可变增益放大单元的增益减小，通过可变增益放大单元的噪声就被抑制了。当噪声信号消失或者无输入信号时，当无输入信号时段的长度大于T3后，电容放电，增益控制电压Vagc下降，可变增益放大单元的增益增大；当接收到正常遥控信号时，只在引导码的长度超过T1的有脉冲时段或者空闲时段才对电容进行0～3次在限定时间段T2内的快速的充电，而在各组正常遥控信号之间的无输入信号时段的大部分时间里被放电，其余时段既不充电也不放电，增益控制电压Vagc不会超过预定电压，可变增益放大单元的增益不会减小，因此，通过可变增益放大单元的正常遥控信号能被正常放大。

硬件实现

增益控制单元，结构如图6所示，其中噪声识别电路用来识别噪声或正常遥控信号，并产生相应的充电控制信号CH或放电控制信号DISCH，去控制电荷泵对电容充电或放电。

㈠噪声识别电路的一个较佳实施例，结构如图7所示，其中第一边沿信号发生器产生输入信号Vs的下降沿信号DES；第二边沿信号发生器产生输入信号Vs的上升、下降沿信号ADES；第一计时器检测输入信号的高电平或者低电平是否超过预设的参考时间阈值T1，从而产生第一锁存器的复位清零信号T1O；第二计时器检测充电控制信号是否超过预设的参考时间阈值T2，从而产生第二锁存器的复位清零信号T2O；第三计时器检测输入信号Vs的低电平是否超过预设的参考时间阈值T3从而输出放电控制信号DISCH；信号RST1和RST2分别是第一、第二锁存器的复位置零信号；第二锁存器的正相输出端信号是充电控制信号CH。其中，计时器可以由带开关的电容充放电电路和比较器组成，也可以由计数器组成。接收到周期噪声时，图7中各个信号的波形示意图如图10所示；接收到连续噪声时，增益控制单元的波形示意图如图11所示；接收到正常遥控信号时，增益控制电路的波形示意图如图12所示。

㈡电荷泵的一个较佳实施例，电路如图8所示，当充电控制信号CH为高电平时，开关SW1的接触点1、2连通，以恒定电流Ich2对电容C2进行充电；当CH为低电平时，开关SW1的接触点1、2断开，不对电容C2充电；当放电控制信号DISCH为高电平时，开关SW2的接触点3、4连通，以恒定电流Idis2对电容C2进行放电；当DISCH为低电平时，开关SW2的接触点3、4断开，不对电容C2放电；其中，充电电流Ich2大于放电电流Idis2。电荷泵的输出电压Vagc被送到可变增益放大单元去改变其增益，可变增益放大单元的增益和电压Vagc的关系曲线示意图如图9所示，其中Vth3是可变增益放大单元的增益开始减小时所对应的Vagc电压，Vf3是增益刚好降低到最小时所对应的Vagc电压，在电压Vagc大于Vth3而小于Vf3的情况下，当电压Vagc增大时，可变增益放大单元的增益降低，当电压Vagc减小时，可变增益放大单元的增益增加。

本发明的关键是：首先，本发明的增益控制单元通过检测输入信号的周期去识别噪声信号和正常遥控信号；其次，本发明的增益控制单元的反馈输入信号取自于波形整形单元的输出信号（参考图3、图4）。

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 (10)

1.一种红外接收器，包括依次电连接的输入单元、前置放大单元、可变增益放大单元、限幅放大单元、带通滤波器、第一解调器、第一波形整形单元和输出驱动单元，其特征在于，包括与所述第一波形整形单元输出端电连接的上升沿延迟电路、第一边沿信号发生器、第三计时器和第二边沿信号发生器；所述上升沿延迟电路输出端和第一边沿信号发生器输出端依次电连接第一或门、第一锁存器、第一计时器、第二锁存器和电荷泵的充电控制端；第三计时器输出端电连接所述电荷泵的放电控制端，所述电荷泵输出端电连接所述可变增益放大单元的增益控制输入端；第二边沿信号发生器电连接第二或门和第三或门的一输入端，第二或门的另一输入端与第一计时器输出端电连接，第三或门的另一输入端依次电连接第二计时器、第二锁存器的反相输出端；第二或门的输出端与第一锁存器复位端电连接，第三或门的输出端与第二锁存器复位端电连接；所述电荷泵是带开关的电容充放电电路。

2.根据权利要求1所述红外接收器，其特征在于，所述计时器是计数器，或者是带开关的电容充放电电路和比较器构成的组合电路。

3.一种红外接收器，包括依次电连接的输入单元、前置放大单元、可变增益放大单元、限幅放大单元、带通滤波器、第一解调器、第一波形整形单元和输出驱动单元，其特征在于，包括与所述带通滤波器输出端依次电连接的第二解调器和第二波形整形单元，所述第二波形整形单元输出端电连接上升沿延迟电路、第一边沿信号发生器、第三计时器和第二边沿信号发生器；所述上升沿延迟电路输出端和第一边沿信号发生器输出端依次电连接第一或门、第一锁存器、第一计时器、第二锁存器和电荷泵的充电控制端；第三计时器输出端电连接所述电荷泵的放电控制端，所述电荷泵输出端电连接所述可变增益放大单元的增益控制输入端；第二边沿信号发生器电连接第二或门和第三或门的一输入端，第二或门的另一输入端与第一计时器输出端电连接，第三或门的另一输入端依次电连接第二计时器、第二锁存器的反相输出端；第二或门的输出端与第一锁存器复位端电连接，第三或门的输出端与第二锁存器复位端电连接；第二解调器的解调阈值电平小于第一解调器的解调阈值电平；所述电荷泵是带开关的电容充放电电路。

4.根据权利要求3所述红外接收器，其特征在于，所述计时器是计数器，或者是带开关的电容充放电电路和比较器构成的组合电路。

5.一种红外接收器识别和抑制噪声的方法，其特征在于，利用内置依次电连接的带通滤波器、解调器和波形整形单元的红外接收器，包括以下步骤：

提取所述波形整形单元输出信号；

检测所述波形整形单元输出信号的有脉冲时段和空闲时段的长度及其周期，从所述输出信号中识别周期噪声和正常遥控信号；

进行自动增益控制，并在自动增益控制过程中，抑制所述周期噪声且放大所述正常遥控信号。

6.根据权利要求5所述识别和抑制噪声的方法，其特征在于，识别周期噪声和正常遥控信号包括检测判断有脉冲时段的长度或者空闲时段的长度超过预设时间阈值T1，所述预设时间阈值T1大于所述正常遥控信号的地址码和数据码中最长有脉冲时段的长度且小于所述周期噪声的半周期。

7.根据权利要求6所述识别和抑制噪声的方法，其特征在于，所述周期噪声的周期是8-10ms。

8.根据权利要求7所述识别和抑制噪声的方法，其特征在于，所述正常遥控信号的地址码和数据码中的最长有脉冲时段的长度是1.84ms。

9.根据权利要求7所述识别和抑制噪声的方法，其特征在于，所述预设时间阈值T1是3ms。

10.根据权利要求5-7所述识别和抑制噪声的方法，其特征在于，该方法还包括检测所述波形整形单元输出信号中无输入信号时段的长度大于周期噪声的周期且小于各组正常遥控信号之间的无输入信号时段的长度，则自动恢复可变增益放大单元的最大增益值。

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