CN103209150A - 幅移键控解调器和幅移键控信号的解调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种幅移键控解调器，包括：整流电路，用于接收幅移键控信号并对该幅移键控信号进行整流；有源负载电路，接收所述整流电流并提供一阻抗，当基带信号的频率满足预设条件时，阻抗和整流电流的至少一部分成反比；比较器，对参考电压和生成电压进行比较并输出解码信号。本发明还公开了一种幅移键控的解调方法。本发明具有极低的功耗，能和CMOS集成电路兼容，能提高解码的可靠性，还能使增益进行动态调整从而能扩大所能接收的幅移键控信号的功率范围。

Description

幅移键控解调器和幅移键控信号的解调方法
技术领域
本发明涉及一种幅移键控(Amplitude Shift Keying，ASK)解调器；本发明还涉及一种幅移键控信号的解调方法。
背景技术
ASK解调器在通信系统中普遍采用。例如，在电子收费系统(Electronic Toll Collection，ETC)中比较典型的是，路侧读写单元(Road Side Unit，RSU)广播的唤醒信号就是调制为ASK信号。
为了节能，现有技术中一般是采用肖特基二极管(Schottky BarrierDiodes，SBD)或者源极跟随器(Source Followers，SF)来解调ASK信号。但是，SBD和CMOS集成电路不兼容，而源极跟随器解调的增益较小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种幅移键控解调器，具有极低的功耗，能和CMOS集成电路兼容，能提高解码的可靠性，还能使增益进行动态调整并能扩大所能接收的幅移键控信号的功率范围。为此，本发明还提供一种幅移键控信号的解调方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的幅移键控解调器包括：一整流电路，用于接收幅移键控信号、对该幅移键控信号进行整流以及产生一整流电流。一有源负载电路，和所述整流电路相连接，所述有源负载电路接收所述整流电流并提供一阻抗，当基带信号的频率满足预设条件时，所述阻抗和所述整流电流的至少一部分成反比。一比较器，和所述整流电路以及所述有源负载电路相连接，所述比较器的输入端接收一参考电压和一生成电压，所述生成电压的值至少部分基于所述整流电流和所述阻抗；所述比较器用于对所述参考电压和所述生成电压进行比较并在输出端输出一解码信号。
进一步的改进是，所述有源负载电路包括：一第一MOS晶体管，所述第一MOS晶体管的源极和电源连接，所述第一MOS晶体管的漏极和所述整流电路连接；一第一电容，所述第一电容的第一端和电源连接，所述第一电容的第二端和所述第一MOS晶体管的栅极连接；一第二MOS晶体管，所述第二MOS晶体管的源极和所述第一MOS晶体管的栅极以及所述第一电容的第二端连接在一起，所述第二MOS晶体管的栅极和所述第一MOS晶体管的漏极连接，所述第二MOS晶体管的漏极接地。
进一步的改进是，所述幅移键控解调器还包括一参考电压产生电路，所述参考电压产生电路和所述比较器连接并提供所述参考电压给所述比较器，所述参考电压的值为所述生成电压的平均值。
进一步的改进是，所述参考电压产生电路包括：一第一电流源，所述第一电流源的第一端连接电源；一第三MOS晶体管，所述第三MOS晶体管的源极和所述第一电流源的第二端、所述第一MOS晶体管的栅极、所述第二MOS晶体管的源极以及所述第一电容的第二端连接在一起；所述第三MOS晶体管的栅极和漏极连接在一起并用于提供所述参考电压；一第二电流源，所述第二电流源的第一端和所述第三MOS晶体管的栅极和漏极连接在一起，所述第二电流源的第二端接地。
进一步的改进是，所述第一电流源提供的电流值为所述第二电流源的电流值的两倍。
进一步的改进是，所述第一MOS晶体管和所述第二MOS晶体管都是P型MOS晶体管。
进一步的改进是，当所述基带信号的频率处于第一频率范围时，所述阻抗的大小和所述第一MOS晶体管的跨导的倒数相同；所述第一频率范围为频率值小于第一转折频率的频率范围；当所述基带信号的频率处于第二频率范围时，所述阻抗和所述整流电流的直流分量成反比，所述第二频率范围为频率值高于第二转折频率的频率范围。
进一步的改进是，所述整流电流包括直流分量和交流分量，所述直流分量至少部分是由所述幅移键控信号的平均功率决定的；所述交流分量至少部分是由所述幅移键控信号的强度和调制深度决定的。
为解决上述技术问题，本发明提供的幅移键控信号的解调方法包括如下步骤：
步骤一、整流电路接收幅移键控信号、对所述幅移键控信号进行整流并产生一整流电流。
步骤二、有源负载电路接收所述整流电流并提供一阻抗，当基带信号的频率满足预设条件时，所述阻抗和所述整流电流的至少一部分成反比。
步骤三、比较器对参考电压和生成电压进行比较形成解码信号并将解码信号在输出端输出，所述生成电压的值至少部分基于所述整流电流和所述阻抗。
进一步的改进是，所述参考电压的值为所述生成电压的平均值。
进一步的改进是，当所述基带信号的频率处于第一频率范围时，所述阻抗的大小和第一MOS晶体管的跨导的倒数相同；当所述基带信号的频率处于频率值高于所述第一频率范围的第二频率范围时，所述阻抗和所述整流电流的直流分量成反比。
进一步的改进是，所述整流电流包括直流分量和交流分量，所述直流分量至少部分是由所述幅移键控信号的平均功率决定的；所述交流分量至少部分是由所述幅移键控信号的强度和调制深度决定的。
本发明具有如下有益效果：
本发明具有极低的功耗。
本发明幅移键控解调器是采用MOS晶体管、电容和电流源形成，故能够和CMOS集成电路兼容。
本发明参考电压的值为生成电压的平均值，使得比较器能够正确区分参考电压和生成电压，能使本发明不需要采用放大器就能得到正确的解码结果。这样，不仅能使解码的可靠性得到提高，还能简化电路结构。
本发明的增益能够受到ASK信号的功率的动态调制，ASK信号强时，能使增益变小；ASK信号弱时，能使增益变大。这样就能使增益的动态范围变宽，从而能扩大所能接收的幅移键控信号的功率范围。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是包含有本发明实施例幅移键控解调器的器件的电路结构框图；
图2是图1中的本发明实施例幅移键控解调器的电路结构框图；
图3是本发明实施例幅移键控解调器的电路图；
图4是本发明实施例幅移键控解调器的有源负载电路的阻抗和基带信号的频率的关系曲线；
图5是本发明实施例幅移键控解调器的有源负载电路的阻抗和偏置电流的关系曲线；
图6是本发明实施例幅移键控解调器的不同位置处的信号曲线；
图7是本发明实施例幅移键控信号的解调方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，是包含有本发明实施例幅移键控解调器的器件的电路结构框图。器件100是通过本发明实施例幅移键控解调器200接收ASK信号ASK signal，所述幅移键控解调器200对所述ASK信号ASK signal进行解调产生一解调信号Demodulated signal并将所述解调信号Demodulated signal提供给下游电路120。本发明的不同实施例中，所述器件100能为接收ASK信号ASK signal的任何器件，例如：ETC系统中的车载单元(on board unit，OBU)。在ETC系统中，ASK信号ASK signal由RSU产生的，且是通过为将一个唤醒信号调制到一个射频载波上而形成的，本发明实施例中，唤醒信号的频率能为14KHz，射频载波的频率能为5.83GHz或者5.84GHZ。本发明实施例中，所述幅移键控解调器200对所述ASK信号ASK signal进行解调后产生的解调信号Demodulated signal为一唤醒信号，所述幅移键控解调器200将所述唤醒信号提供给下游电路120，本发明实施例中，所述下游电路120能为一唤醒电路，该唤醒电路120设置为能被14KHz的唤醒信号给唤醒。
如图2所示，是图1中的本发明实施例幅移键控解调器的电路结构框图。本发明实施例幅移键控解调器200包括：一整流电路220、一有源负载电路240和一比较器260。
所述整流电路220用于接收幅移键控信号、对该幅移键控信号进行整流以及产生一整流电流。所述整流电流包括直流(DC)分量和交流(AC)分量，所述直流分量是由所述幅移键控信号的平均功率决定的；所述交流分量是由所述幅移键控信号的强度和调制深度决定的。
所述有源负载电路240和所述整流电路220相连接，所述有源负载电路240接收所述整流电流并提供一阻抗，当基带信号的频率满足预设条件时，所述阻抗和所述整流电流的至少一部分成反比，如所述阻抗和所述整流电流的所述直流分量成反比。本发明实施例中的基带信号为唤醒信号。在本发明实施例中，所述基带信号的频率满足的预设条件为所述基带信号的频率处于预先设定的频率范围内。
所述比较器260和所述整流电路220以及所述有源负载电路240相连接，所述比较器260的输入端接收一参考电压Reference Voltage和一生成电压。所述生成电压的值是由所述整流电流和所述阻抗决定；所述比较器260用于对所述参考电压和所述生成电压进行比较并在输出端输出一解码信号Demodulated signal。本发明实施例中，所述参考电压ReferenceVoltage的值为所述生成电压的平均值，这样就能确保所述比较器260解码出来的结果和ASK信号中所包含的数据1和数据0相一致。当所述ASK信号的平均功率较高时，受所述有源负载电路240的所述阻抗的影响所述生成电压的值会得到限制，从而使器件的增益降低；而当所述ASK信号的平均功率较低时，受所述有源负载电路240的所述阻抗的影响，器件的增益会增加。
如图3所示，是本发明实施例幅移键控解调器220a的电路图。在图2中所示的所述幅移键控解调器220的基础上，所述幅移键控解调器220a还包括一参考电压产生电路380，所述参考电压产生电路380和所述比较器260连接并提供所述参考电压Reference Voltage给所述比较器260。
在本发明实施例中，所述整流电路220包括一第二电容322，一电阻324和一第四MOS晶体管326，该第四MOS晶体管326选用一NMOS晶体管。所述第二电容322的第一端用于接收所述ASK信号ASK Signal并将ASK信号ASK Signal中的直流分量都去除。所述电阻324的第一端连接所述整流电路220的偏置电压Vbias，所述第二电容322的第二端、所述电阻324的第二端和所述第四MOS晶体管326的栅极都连接在一起，连接点为N1。所述第四MOS晶体管326的源极接地，所述第四MOS晶体管326的漏极和所述有源负载电路240以及所述比较器260相连接，连接点为N3；所述第四MOS晶体管326的源极处即N3提供所述生成电压。由上可知，所述整流电路220提供的整流电流为一所述第四MOS晶体管326的漏极到源极的电流，该整流电流由所述ASK信号ASK Signal的控制而产生，所述整流电流和所述ASK信号ASK Signal间为非线性关系。
由图3可知，所述有源负载电路240包括：一第一MOS晶体管342，一第一电容344和一第二MOS晶体管346。本发明实施例中，所述第一MOS晶体管342和所述第二MOS晶体管346都为PMOS晶体管。所述第一MOS晶体管342的源极和电源Power Supply连接，所述第一MOS晶体管342的漏极和所述整流电路220连接即连接到N3。所述第一电容344的第一端和电源Power Supply连接，所述第一电容344的第二端和所述第一MOS晶体管342的栅极连接。所述第二MOS晶体管346的源极和所述第一MOS晶体管342的栅极以及所述第一电容344的第二端连接在一起，连接点为N2。所述第二MOS晶体管346的栅极和所述第一MOS晶体管342的漏极连接即连接到N3，所述第二MOS晶体管346的漏极接地。
由图3可知，所述有源负载电路240的阻抗可以由公式(1)得到：
R o ~ 1 gm 1 1 + SC / gm 2 1 + SC gm 2 gm 1 Ron 1 - - - ( 1 )
其中，R0为阻抗，gm1为所述第一MOS晶体管342的跨导，S为所述基带信号的复频率即jω，C是所述第一电容344的电容值，gm2为所述第二MOS晶体管346的跨导，Ron1为所述第一MOS晶体管342的源漏电阻。
从公式(1)可以进一步的推导出：
当所述有源负载电路240只接收到直流分量时，S＝0，
Figure BDA0000131170560000082
当所述基带信号的频率比较高时，阻抗的一阶近似解为，R0＝Ron1，该阻抗值可进一步的由公式(2)定义：
R o = Ronl = 1 λI dc - - - ( 2 )
其中，λ为常数且为所述第一MOS晶体管342的沟道电流模型中的沟道调制系数；Idc所述第一MOS晶体管342的源漏电流中的直流分量也即所述整流电流的直流分量。
如图4所示，是本发明实施例幅移键控解调器的有源负载电路240的阻抗和基带信号如唤醒信号的频率的关系曲线；该关系曲线是从公式(1)和(2)可以得出，且是在满足偏置电流即所述整流电流的直流分量Idc所为一常数的条件下得出，偏置电流是由ASK信号的平均功率决定。在图4中示意处了2个转折频率，第一转折频率由gm2和C决定，且第一转折频率值为
Figure BDA0000131170560000091
；第二转折频率值为
Figure BDA0000131170560000092
。本发明实施例中频率值小于所述第一转折频率的频率范围为。频率值小于所述第一转折频率的频率范围为第一频率范围；频率值大于所述第二转折频率的频率范围为第二频率范围。
如图5所示，是本发明实施例幅移键控解调器的有源负载电路的阻抗和偏置电流的关系曲线。当所述基带信号的频率大于第二转折频率时，阻抗值能从公式(2)得出，从图5可以看出，所述阻抗和所述整流电流的直流分量也即所述第一MOS晶体管342的源漏电流中的直流分量成反比，所述直流分量由所述幅移键控信号的平均功率决定的。可以得出，当所述直流分量越高，所述阻抗越低；当所述直流分量越低，所述阻抗则越高。同样可以得到，解调器的增益大小能够受到所述幅移键控信号的功率调制，当所述幅移键控信号的功率较强时，所述阻抗会降低，所述阻抗的降低也会使增益降低；当所述幅移键控信号的功率较弱(如小信号)时，所述阻抗会增加，所述阻抗的增加也会使增益增加。
如图3所示，所述参考电压产生电路380包括：一第一电流源382，所述第一电流源382的第一端连接电源Power Supply。一第三MOS晶体管384，该第三MOS晶体管384为一PMOS晶体管。所述第三MOS晶体管384的源极和所述第一电流源382的第二端、所述第一MOS晶体管342的栅极、所述第二MOS晶体管346的源极以及所述第一电容344的第二端连接在一起，连接点为N2。所述第三MOS晶体管384的栅极和漏极连接在一起并用于提供所述参考电压，所述第三MOS晶体管384的栅极和漏极连接点为N4。一第二电流源386，所述第二电流源386的第一端和所述第三MOS晶体管384的栅极和漏极连接在一起，所述第二电流源386的第二端接地。
本发明实施例中N4点处提供的所述参考电压的值为N3点处的所述生成电压的平均值。
本发明实施例中所述第一电流源382提供的电流值为所述第二电流源386的电流值的两倍，这样可以得到，所述第三MOS晶体管384的源漏电流和所述第二MOS晶体管346的源漏电流相同。当ASK信号ASK Signal没有加入时，N3和N4处的电压相同。当所述幅移键控解调器220a接收到所述ASK信号ASK Signal时，N4处的电压会随所述ASK信号ASK Signal的平均功率变化并且等于N3处的电压的平均值；其中，N3处的电压即为所述生成电压，N4处的电压即为所述参考电压。所述比较器260对N3和N4处的电压进行比较从而得到解码信号Demodulated signal，并将该解码信号Demodulated signal输出到图1中所示的所述下游电路120。
如图6所示，是本发明实施例幅移键控解调器的不同位置处的信号曲线。可以看出，N3和N4处的电压值的区别是很大，这样，所述比较器260就能够正确地解码处所述基带信号如唤醒信号的数据1和数据0。
在本发明的不同实施例中，即使ASK信号很强或者具有非100％的调制深度，本发明实施例的解码器也能得到良好的解码结果。所以本发明实施例相对于现有ASK解码器具有更宽的动态解码范围。
如图7所示，是本发明实施例幅移键控信号的解调方法的流程图。本发明实施例幅移键控信号的解调方法包括如下步骤：
步骤一、如图3所示，整流电路220接收幅移键控信号ASK Signal、对所述幅移键控信号ASK Signal进行整流并产生一整流电流。
步骤二、有源负载电路240接收所述整流电流并提供一阻抗，当基带信号的频率满足预设条件时，所述阻抗和所述整流电流的至少一部分成反比。
步骤三、比较器260对参考电压和生成电压进行比较形成解码信号并将解码信号在输出端输出，所述生成电压的值至少部分基于所述整流电流和所述阻抗。
在一较佳实施例中，所述参考电压的值为所述生成电压的平均值。
在一较佳实施例中，当所述基带信号的频率处于第一频率范围时，所述阻抗的大小和第一MOS晶体管342的跨导的倒数相同；当所述基带信号的频率处于所述第二频率范围时，所述阻抗和所述整流电流的直流分量成反比。
在一较佳实施例中，所述整流电流包括直流分量和交流分量，所述直流分量至少部分是由所述幅移键控信号的平均功率决定的；所述交流分量至少部分是由所述幅移键控信号的强度和调制深度决定的。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种幅移键控解调器，其特征在于，包括：
一整流电路，用于接收幅移键控信号、对该幅移键控信号进行整流以及产生一整流电流；
一有源负载电路，和所述整流电路相连接，所述有源负载电路接收所述整流电流并提供一阻抗，当基带信号的频率满足预设条件时，所述阻抗和所述整流电流的至少一部分成反比；
一比较器，和所述整流电路以及所述有源负载电路相连接，所述比较器的输入端接收一参考电压和一生成电压，所述生成电压的值至少部分基于所述整流电流和所述阻抗；所述比较器用于对所述参考电压和所述生成电压进行比较并在输出端输出一解码信号。
2.如权利要求1所述的幅移键控解调器，其特征在于，所述有源负载电路包括：
一第一MOS晶体管，所述第一MOS晶体管的源极和电源连接，所述第一MOS晶体管的漏极和所述整流电路连接；
一第一电容，所述第一电容的第一端和电源连接，所述第一电容的第二端和所述第一MOS晶体管的栅极连接；
一第二MOS晶体管，所述第二MOS晶体管的源极和所述第一MOS晶体管的栅极以及所述第一电容的第二端连接在一起，所述第二MOS晶体管的栅极和所述第一MOS晶体管的漏极连接，所述第二MOS晶体管的漏极接地。
3.如权利要求2所述的幅移键控解调器，其特征在于：所述幅移键控解调器还包括一参考电压产生电路，所述参考电压产生电路和所述比较器连接并提供所述参考电压给所述比较器，所述参考电压的值为所述生成电压的平均值。
4.如权利要求3所述的幅移键控解调器，其特征在于：所述参考电压产生电路包括：
一第一电流源，所述第一电流源的第一端连接电源；
一第三MOS晶体管，所述第三MOS晶体管的源极和所述第一电流源的第二端、所述第一MOS晶体管的栅极、所述第二MOS晶体管的源极以及所述第一电容的第二端连接在一起；所述第三MOS晶体管的栅极和漏极连接在一起并用于提供所述参考电压；
一第二电流源，所述第二电流源的第一端和所述第三MOS晶体管的栅极和漏极连接在一起，所述第二电流源的第二端接地。
5.如权利要求4所述的幅移键控解调器，其特征在于：所述第一电流源提供的电流值为所述第二电流源的电流值的两倍。
6.如权利要求2所述的幅移键控解调器，其特征在于：
当所述基带信号的频率处于第一频率范围时，所述阻抗的大小和所述第一MOS晶体管的跨导的倒数相同；所述第一频率范围为频率值小于第一转折频率的频率范围；
当所述基带信号的频率处于第二频率范围时，所述阻抗和所述整流电流的直流分量成反比，所述第二频率范围为频率值高于第二转折频率的频率范围。
7.如权利要求1所述的幅移键控解调器，其特征在于：所述整流电流包括直流分量和交流分量，所述直流分量至少部分是由所述幅移键控信号的平均功率决定的；所述交流分量至少部分是由所述幅移键控信号的强度和调制深度决定的。
8.一种幅移键控信号的解调方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、整流电路接收幅移键控信号、对所述幅移键控信号进行整流并产生一整流电流；
步骤二、有源负载电路接收所述整流电流并提供一阻抗，当基带信号的频率满足预设条件时，所述阻抗和所述整流电流的至少一部分成反比；
步骤三、比较器对参考电压和生成电压进行比较形成解码信号并将解码信号在输出端输出，所述生成电压的值至少部分基于所述整流电流和所述阻抗。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述参考电压的值为所述生成电压的平均值。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述整流电流包括直流分量和交流分量，所述直流分量至少部分是由所述幅移键控信号的平均功率决定的；所述交流分量至少部分是由所述幅移键控信号的强度和调制深度决定的。
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