CN104702303A - 一种数字解调超再生无线接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字解调超再生无线接收机，包括接收天线、低噪声放大器、超再生振荡器、熄灭电路以及数字调节电路；其中数字调节电路包括频率变换电路、带通滤波器、电压比较器以及单片机。与传统超再生无线接收机检波解调方式不同，本发明利用该自熄灭信号的频率随接收机输入信号的不同而变化的特点，将该熄灭信号整形后输入单片机中，采用数字处理方法进行解调。由于采用数字解调，该发明有效解决了传统OOK自熄灭超再生无线接收机中采用模拟的包络检波方式易受干扰和码率低的问题。

Description

一种数字解调超再生无线接收机
技术领域
本发明属于无线通信接收机的技术领域，具体涉及一种超再生无线接收机。
背景技术
超再生接收机是一种依靠内部振荡器起振时间的改变来识别输入信号强弱的装置，典型的超再生接收机主要由接收天线、低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)、超再生振荡器(Super Regeneration Oscillator,SRO)、包络检波解调电路以及熄灭信号产生电路等构成，如图1所示。
超再生接收机的核心是超再生振荡器。而超再生振荡器实际上是一个工作在间歇振荡状态的振荡器，间歇频率由熄灭信号决定。如图1所示，在自熄灭方式超再生接收机中，当超再生接收机接收到信号时，信号经过前端的LNA放大后送到后级的超再生振荡电路中，超再生振荡器接收到同频率的信号，振荡器三极管静态工作点改变，电路开始起振，振荡器开始工作，放大三极管Q2工作电流增大，振荡器电路经过电感L3给C4充电，当充电电压升高，三极管Q2发射极电压升高，当电压升高到三极管Q2的关断电压时，振荡器停止工作，电流变小，此时发射级电压由于R4的放电作用，开始放电，三极管Q2的发射极电压开始降低，降低到可以使三极管Q2导通的范围时，振荡器又开始工作，振荡电流加大，又开始充电，三极管关断，三极管开始间歇性的工作。若一直接收到信号，振荡器的间歇性工作一直持续进行。这个间歇性工作的频率由RC的充放电时间决定。接收到的信号幅度越强，振荡器工作电流越大，RC充放电时间越快。当没有接收到输入信号，即输入“0”信号时，振荡器在每个间歇周期内的起振时间是相对稳定的一个值；当接收到输入信号时，即输入“1”时，振荡器在每个间歇周期内的起振时间将缩短，因此，振荡器输出的自熄灭信号的包络在有、无信号时会出现差异，输入的调制信号由后级包络检波电路根据包络差解调出来。
在传统超再生无线接收机中的包络检波和解调电路中，首先进行包络的提取。如图1，超再生振荡器的输出自熄灭信号，经过R8、R9、C10和C11组成的带通滤波器滤除300MHz以上的高频振荡信号，500KHz以上的熄灭信号以及直流干扰后，所提取的包络亦即数据信号，但其幅度十分微弱，且夹杂着噪声，所以需要进行放大从而供后续的比较器进行比较，恢复出原始数据。在此一般采用LM358放大器(或其它358系列运放)完成，其内置了两个单电源供电的高增益运算放大器。其中5脚、6脚和7脚分别运用于放大器的同相端，反相端和输出端，再加上R14，R15，C12组成了同相比例积分放大器，用于信号的放大和和脉冲的积分；而3脚、2脚和1脚分别运用于比较器的同相端，反相端和输出端，再加上电阻R10、R11、R12和R13组成了同相迟滞比较器，从而恢复出原始数据。
然而，在传统超再生分立检波解调模块中，由于同相比例积分放大器中电容较大，因此充放电时间较长，导致数据传输速率难以提高。此外，来自电源及板级等外界干扰对信号比较器门限值的影响会恶化电压比较，从而降低解调电路的精度，且滤波器滤波脉冲信号引起的码间串扰问题也将降低解调的精度。虽然这可以通过降低熄灭频率得到适当缓解，但这势必又将降低数据传输速率。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种数字解调超再生无线接收机，解决超再生芯片传统包络检波电路易受干扰和码率低的问题。
技术方案：一种数字解调超再生无线接收机，包括接收天线、低噪声放大器、超再生振荡器、熄灭电路以及数字调节电路；所述数字调节电路包括频率变换电路、带通滤波器、电压比较器以及单片机；所述频率变换电路用于对所述超再生振荡器输出的自熄灭信号进行差频处理；所述带通滤波器用于对频率变换电路输出信号进行高频信号滤波；所述电压比较器用于将带通滤波器输出信号转换成单片机可识别的数字信号；所述单片机用于根据电压比较器输出的数字信号的频率，实现所述数字解调超再生无线接收机输入信号的解调，具体为：当电压比较器输出的数字信号的频率大于阈值A时，得到接收机输入为“1”信号，当电压比较器输出的数字信号的频率小于或等于阈值A时，得到接收机输入为“0”信号。
作为本发明的优选方案，所述阈值A＝P1-K+20KHz，其中P1为所述数字解调超再生无线接收机在输入为“0”信号时熄灭电路输出自熄灭信号频率值。
作为本发明的优选方案，所述阈值A＝P1-K+40KHz，其中P1为所述数字解调超再生无线接收机在输入为“0”信号时熄灭电路输出自熄灭信号频率值。
有益效果：与传统超再生无线接收机检波解调方式不同，本发明的一种数字解调超再生无线接收机，利用熄灭电路输出的自熄灭信号在接收机输入为“0”信号时输出频率固定在某一频率范围内，而在接收机输入为“1”信号时输出频率相对较高的特点，根据超再生接收机中的自熄灭信号频率随接收机“0”和“1”输入信号的变化而变化的特点，来对信号进行解调。
在超再生振荡器输出端将自熄灭信号取出，由于此时自熄灭信号频率较高，为了降低单片机处理的难度，通过频率变换电路对该信号进行差频处理，然后滤除高频信号，得到低频的自熄灭信号。该自熄灭信号再经电压比较器比较放大，自熄灭信号转化数字信号后输出到单片机的IO口。为了避免自熄灭信号在接收机输入为“0”的时候，干扰信号造成的误判，将熄灭电路输出自熄灭信号频率值P1加上20KHz的频率值后与基频信号频率的差值作为单片机判断阈值A，通过单片机对自熄灭信号的频率的分析，将高于阈值A时的输入信号记录为“1”信号，低于阈值A的输入信号记录为“0”信号，从而完成信号的解调。由于采用数字解调，该发明有效解决了传统OOK自熄灭超再生无线接收机中采用模拟的包络检波方式易受干扰和码率低的问题。
附图说明
图1为传统OOK自熄灭超再生无线接收机电路结构图；
图2为本发明数字解调超再生无线接收机电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图2所示，一种数字解调超再生无线接收机，包括接收天线、低噪声放大器、超再生振荡器、熄灭电路以及数字调节电路。其中，接收天线、低噪声放大器、超再生振荡器以及熄灭电路与传统的OOK自熄灭超再生无线接收机中结构相同；数字调节电路包括频率变换电路、带通滤波器、电压比较器以及单片机。
其中，频率变换电路用于对超再生振荡器输出的自熄灭信号进行差频处理，具体由异或门实现。将自熄灭信号与频率K＝560KHz的基频信号通过差频的方法降低频率，该基频信号可由数字调节电路中的单片机产生。基频信号选择560KHz的原因在于，在接收机无线信号时，输出自熄灭信号频率即为560KHz左右；在接收机有信号输入的时候，输出自熄灭信号频率会大于560KHz，最高在630KHz。该异或门会输出现高频与低频信号，高频在信号为1MHz左右，低频信号即自熄灭信号与基频信号的频率差值了。
带通滤波器选用RC低通滤波器，用于对频率变换电路输出信号进行高频信号滤波，输出低频的熄灭信号，即输出频率低于200KHz以内的信号，将频率变换电路输出信号中的1MHz以上的高频信号滤除。
电压比较器选用型号LM393的双电压比较集成电路，用于将带通滤波器输出的低频信号转换成单片机可识别的数字信号，其参考电压可设置为自熄灭信号幅度的中间点位的幅值。同时，电压比较器还对带通滤波器输出信号进行调节占空比，将信号占空比控制在50％左右。
电压比较器输出的数字信号直接送到单片机的IO口上，通过单片机定时计算输入信号的频率，实现数字解调超再生无线接收机输入信号的解调。单片机实现数字解调超再生无线接收机输入信号的解调时，当电压比较器输出的数字信号的频率大于阈值A时，得到接收机输入为“1”信号，当电压比较器输出的数字信号的频率小于或等于阈值A时，得到接收机输入为“0”信号。
本实施例中，若数字解调超再生无线接收机在输入为“0”信号时，熄灭电路输出自熄灭信号频率值为P1＝560KHz，该频率值会有不超过20KHz的波动，熄灭电路输出自熄灭信号与560KHz基频信号进行差频后，该不超过20KHz的波动经电压比较器转换后输入到单片机，若单片机对输入信号的采样周期为100us，此时单片机可采集到n个脉冲，n等于1或2。即把熄灭电路输出自熄灭信号频率界限设定在580KHz，580KHz频率以下为接收机输入为“0”信号的情况，580KHz频率以上为接收机输入为“1”信号的情况。
为了避免干扰等因素的影响，加上20KHz容差，即限定输入电压比较器的信号频率在40KHz以内时，认定接收机输入为“0”信号，此时在采样周期为100us单片机可最多采集到(n+2)个脉冲，即不超过4个脉冲。那么，在采样周期为100us的情况下，若单片机在一个采样周期内检测到的脉冲数大于4则认定接收机输入为“1”信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种数字解调超再生无线接收机，包括接收天线、低噪声放大器、超再生振荡器、熄灭电路以及数字调节电路，其特征在于：所述数字调节电路包括频率变换电路、带通滤波器、电压比较器以及单片机；所述频率变换电路用于对所述超再生振荡器输出的自熄灭信号进行差频处理，其基频信号频率为K；所述带通滤波器用于对频率变换电路输出信号进行高频信号滤波；所述电压比较器用于将带通滤波器输出信号转换成单片机可识别的数字信号；所述单片机用于根据电压比较器输出的数字信号的频率，实现所述数字解调超再生无线接收机输入信号的解调，具体为：当电压比较器输出的数字信号的频率大于阈值A时，得到接收机输入为“1”信号，当电压比较器输出的数字信号的频率小于或等于阈值A时，得到接收机输入为“0”信号。
2.根据权利要求1所述的一种数字解调超再生无线接收机，其特征在于：所述阈值A＝P1-K+20KHz，其中P1为所述数字解调超再生无线接收机在输入为“0”信号时熄灭电路输出自熄灭信号频率值。
3.根据权利要求1所述的一种数字解调超再生无线接收机，其特征在于：所述阈值A＝P1-K+40KHz，其中P1为所述数字解调超再生无线接收机在输入为“0”信号时熄灭电路输出自熄灭信号频率值。
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