CN105516038A - 一种2fsk调制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2FSK调制电路，包括：积分电路，用于产生一和第一输入控制电压成比例的三角波输出；滞回比较器，用于将该积分电路输出的三角波转换为方波输出并控制放电开关电路；放电开关电路，用于在该滞回比较器的控制下定时对该积分电路的积分电容进行放电；第一带通滤波器，用于将该滞回比较器输出的低频方波选择出来并转换为相位连续的低频正弦波；第二带通滤波器，用于将该滞回比较器输出的高频方波选择出来并转换为相位连续的高频正弦波；合并电路，用于在该第一输入信号控制下将分别将高频正弦波和低频正弦波合并输出，本发明可在无外加频率源的情况下，实现稳定的2FSK调制。

Description

一种2FSK调制电路

技术领域

本发明涉及一种2FSK调制电路，特别是涉及一种在V-F转换电路基础上进行改进，增加带通滤波电路及选通电路实现调制功能的2FSK调制电路。

背景技术

随着电子计算机的普及，数字通信技术得到了迅速发展，数字频率调制是数字通信中常见的一种调制方式，频移键控(FSK)方法简单，易于实现，并且解调不需恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能比较强，在中低速数据传输中应用十分广泛。

FSK利用载频频率的变化来传递数字信息。2FSK是指基带信号“1”对应于载频f₁，基带信号“0”对应另一载频f₀的已调波形，而且f₁和f₀之间的改变是瞬间完成的。表达式如式1所示。

2FSK调制方法主要有两种。一种是调频法，用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，产生相位连续的数字调频信号；另一种是开关法，利用矩形脉冲序列控制的开关电路，对两个不同的独立频率源进行选通，由于频率源之间的相位互不相关，容易产生相位离散的数字调频信号。

综上所述，现有技术之2FSK调制方法存在需要外加频率源，并且由于频率源之间的相位互不相关，容易产生相位离散的数字调频信号的问题，因此，实有必要提出一种技术手段，以解决上述问题。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种2FSK调制电路，其结合V-F转换特性和2FSK的调制原理，在V-F转换电路基础上进行改进，增加带通滤波电路和选通电路，随着输入控制电压的两种电平变化，随之输出在两种不同频率间变化的正弦波，从而在无外加频率源的情况下，实现稳定的2FSK调制。

为达上述及其它目的，本发明提出一种2FSK调制电路，包括：

积分电路，用于产生一和第一输入控制电压成比例的三角波输出；

滞回比较器，用于将该积分电路输出的三角波转换为方波输出并控制放电开关电路；

放电开关电路，用于在该滞回比较器的控制下定时对该积分电路的积分电容进行放电；

第一带通滤波器，用于将该滞回比较器输出的低频方波选择出来并转换为相位连续的低频正弦波；

第二带通滤波器，用于将该滞回比较器输出的高频方波选择出来并转换为相位连续的高频正弦波；

合并电路，用于在该第一输入信号控制下将分别将高频正弦波和低频正弦波合并输出。

进一步地，该积分电路和滞回比较器构成V-F转换电路，该第一带通滤波器为低频带通滤波器，第二带通滤波器为高频带通滤波器。

进一步地，该合成电路为继电器选通电路。

进一步地，该积分电路包括第一电阻、第二电阻以及第三电阻、第一电容和第一比较器，用于产生一和第一输入控制电压成比例的三角波输出，该第二电阻一端连接该第一输入控制电压，另一端接该第一电容和第一比较器的反相输入端，该第一电容另一端接该第一比较器的输出端，该第一输入控制电压经该第一电阻和第三电阻分压后得到一电压，该电压接入该第一比较器的同相输入端以控制该积分电路的积分时间。

进一步地，该滞回比较器包括第七电阻、第八电阻和第二比较器，该第七电阻一端接第二控制电压，另一端接该第八电阻和第二比较器的同相输入端，该第八电阻另一端接该第二比较器的输出端，该第二比较器的输出端连接该放电开关电路及第一带通滤波器和第二带通滤波器，第二比较器的反相输入端接该积分电路的第一比较器的输出端。

进一步地，该放电开关电路包括第四电阻、第六电阻及第一三极管，该第一三极管的基极通过该第六电阻接该第二比较器的输出端，发射极接地，其集电极经该第四电阻连接至该第一比较器的反相输入端。

进一步地，该第一带通滤波器包括第二十电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第十电容、第十二电容以及第六比较器，该第二十电阻一端接该第二比较器的输出端，另一端接第二十二电阻、第十电容和第十二电容，第二十二电阻另一端接地，第十二电容另一端连接至该第六比较器的输出端和第二十三电阻的一端，该第二十三电阻的另一端和第十电容的另一端连接至该第六比较器的反相输入端，该第六比较器的同相输入端接地，其输出端连接至该合并电路。

进一步地，该第二带通滤波器包括第二十一电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第十一电容、第十三电容以及第七比较器，该第二十一电阻一端接该第二比较器的输出端，另一端连接至该第二十四电阻、第十一电容和第十三电容，该第十三电容另一端连接至该第七比较器的输出端和该第二十五电阻的一端，该第二十五电阻的另一端和第十一电容的另一端连接至该第七比较器的反相输入端，该第七比较器的同相输入端接地，其输出端连接至该合并电路。

进一步地，该合并电路包括第十反相器、第十一反相器、第二三极管、第三三极管、第二十九电阻、第三十电阻、第一继电器、第二继电器以及第二保护二极管、第三保护二极管，该第一输入控制电压经该第十反相器反相后一路连接至第三十电阻的一端，另一路经该第十一反相器再反相后连接至该第二十九电阻的一端，该第三十电阻的另一端连接至该第三三极管的基极，该第三三极管的发射极接地，其集电极连接至该第一继电器控制端和该第二保护二极管的阳极，该第一继电器另一控制端和该第二保护二极管阴极连接至电源，该第二十九电阻的另一端连接至该第二三极管的基极，该第二三极管的发射极接地，其集电极连接至该第二继电器控制端和该第三保护二极管的阳极，该第二继电器另一控制端和该第三保护二极管的阴极连接至电源，该第一继电器和该第二继电器的输出端相接组成输出端口向后续电路输出合成后的正弦波2FSK信号。

进一步地，该第一继电器与该第二继电器的输入端分别连接该第六比较器和该第七比较器的输出端。

与现有技术相比，本发明一种2FSK调制电路通过结合V-F转换特性和2FSK的调制原理，在V-F转换电路基础上进行改进，增加带通滤波电路和选通电路，随着输入控制电压的两种电平变化，随之输出在两种不同频率间变化的正弦波，从而在无外加频率源的情况下，实现了稳定的2FSK调制。

附图说明

图1为典型的V-F转换电路图；

图2为本发明一种2FSK调制电路的结构示意图；

图3为本发明较佳实施例之2FSK调制电路的电路原理图；

图4、图5分别为本发明仿真结果的V-F转换结果及输出的2FSK信号。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

在介绍本发明之前，先描述一下V-F转换原理：

图1为典型的V-F转换电路图。如图1所示，A₁，C₁，R₁等构成积分电路。A₂，R₅，R₇等构成滞回比较器，其参考电压为E₂，其输出包含输出上限V_OM和输出下限-V_OM两种状态。电路输出v_O经过反馈支路控制三极管T₁的导通和截止，进而控制电容C₁的充放电时间。输入电压E₁的数值变化决定A₁同相输入端电位V_P1，从而控制积分电路的积分时间，使输出信号的频率随之改变。

对A₂，R₅，R₇等构成的滞回比较器电路分析可得，A₂同相输入电压如式(2)所示

$v_{P2}=\frac{R_7}{R_5+R_7}{E}_2+\frac{R_5}{R_5+R_7}{v}_O---\left(2\right)$

比较器翻转阈值对应如下：

v_O＝+V_OM时，

$V_{AH}=\frac{R_7}{R_5+R_7}{E}_2+\frac{R_5}{R_5+R_7}{V}_{OM}---\left(3\right)$

v_O＝-V_OM时，

$V_{AL}=\frac{R_7}{R_5+R_7}{E}_2-\frac{R_5}{R_5+R_7}{V}_{OM}---\left(4\right)$

假设R₅＝100KΩ，R₇＝200KΩ，由式(3)、式(4)得

$V_{AH}=\frac{2}{3}{E}_2+\frac{1}{3}{V}_{OM}---\left(5\right)$

$V_{AL}=\frac{2}{3}{E}_2-\frac{1}{3}{V}_{OM}---\left(6\right)$

当v_O＝+V_OM时，三极管T₁饱和，忽略饱和压降，得

$\frac{E_1-V_{P1}}{R_1}+C_1\frac{d(v_C-V_{P1})}{dt}=\frac{V_{P1}}{R_3}---\left(7\right)$

其中 $V_{P1}=\frac{R_4{E}_1}{R_2+R_4},$ 式(7)化简得

$C_1\frac{{\mathrm{dv}}_C}{dt}=(\frac{1}{R_3}+\frac{1}{R_1})V_{P1}-\frac{E_1}{R_1}---\left(8\right)$

设R₁＝100KΩ，R₂＝R₃＝R₄＝50KΩ，得

$v_C=\frac{1}{2\×{10}^5}\frac{E_1}{C_1}\∫dt+V_{AL}---\left(9\right)$

当v_O＝-V_OM时，三极管T₁截止，得

$\frac{E_1-V_{P1}}{R_1}=-C_1\frac{d(v_C-V_{P1})}{dt}=-C_1\frac{{\mathrm{dv}}_C}{dt}---\left(10\right)$

$v_C=-\frac{1}{2\×{10}^5}\frac{E_1}{C_1}\∫dt+V_{AH}---\left(11\right)$

结合式(5)和式(9)分析得

$\frac{2}{3}{E}_2+\frac{1}{3}{V}_{OM}=\frac{1}{2\×{10}^5}\frac{E_1}{C_1}\∫dt+\frac{2}{3}{E}_2-\frac{1}{3}{V}_{OM}---\left(12\right)$

v_O低电平时间为

$T_L=\frac{4\×{10}^5}{3}\frac{V_{OM}\·C_1}{E_1}---\left(13\right)$

结合式(6)和式(11)分析得

$\frac{2}{3}{E}_2-\frac{1}{3}{V}_{OM}=-\frac{1}{2\×{10}^5}\frac{E_1}{C_1}\∫dt+\frac{2}{3}{E}_2+\frac{1}{3}{V}_{OM}---\left(14\right)$

v_O高电平时间为

$T_H=\frac{4\×{10}^5}{3}\frac{V_{OM}\·C_1}{E_1}---\left(15\right)$

所以，振荡频率为

$f=\frac{1}{T_H+T_L}=\frac{3E_1}{8\×{10}^5{V}_{OM}\·C_1}---\left(16\right)$

综上，振荡输出信号为矩形波，频率随输入电压E1线性变化。

图2为本发明一种2FSK调制电路的结构示意图。如图2所示，本发明一种2FSK调制电路，包括：由积分电路和滞回比较器组成V-F转换电路201、低频带通滤波器202、高频带通滤波器203以及合成电路204，V-F转换电路201的输入端为一个矩形波信号源，输出信号为一个双频矩形波信号，两种频率分别对应输入矩形波信号源的高低电平，这个双频矩形波信号通过两个对应带通滤波器(低频带通滤波器202和高频带通滤波器203)分别滤出相应的正弦波，最后通过合成电路204(在本发明中使用继电器选通电路)整合成一个2FSK信号，即完成了2FSK调制。

图3为本发明较佳实施例之2FSK调制电路的电路原理图。其中，最左部分为V-F转换电路，其中U1、C1、R2等构成积分电路、U2、R7、R8等构成滞回比较器；中间部分为两个带通滤波器，上方的U6、C10、R20等构成低频带通滤波器，下方的U7、C11、R21等构成高频带通滤波器；最右部分为选通电路，主要由U10A、U11A两个非门分别控制K1和K2两个继电器电路，进行两路不同频率正弦波信号的选通，进而合成2FSK信号。

具体地，根据图3，本发明一种2FSK调制电路包含积分器10、滞回比较器20、放电开关电路30、第一带通滤波器40(即低频带通滤波器)、第二带通滤波器50(即高频带通滤波器)、合并电路60，积分电路10由电阻R1-R3、电容C1和比较器U1组成，用于产生一和第一输入控制电压成比例的三角波输出，滞回比较器20由电阻R7、R8和比较器U2组成，用于将积分器输出的三角波转换为方波输出并控制放电开关电路30，放电开关电路30由电阻R4、R6和三极管Q1组成，用于在滞回比较器20的控制下定时对积分器10的积分电容C1进行放电，第一带通滤波器40由电阻R20、R22-23、电容C10、C12和比较器U6组成，用于将滞回比较器20输出的低频方波选择出来并转换为相位连续的低频正弦波，第二带通滤波器50由电阻R21、R24-25、电容C11、C13和U7组成，用于将滞回比较器20输出的高频方波选择出来并转换为相位连续的高频正弦波，合并电路60由反相器U10-11A、三极管Q2-3、电阻R29-30、继电器K1-2以及保护二极管D2-3组成，用于在第一输入信号控制下将分别将高频正弦波和低频正弦波合并输出。

电阻R2、电容C1和比较器U1组成积分器之积分电路，R2一端连接第一输入控制电压V4，另一端接电容C1和比较器U1的反相输入端，C1另一端接比较器U1之输出端，V4为第一输入控制电压，其经电阻R1、R3分压后得到电压Vp1，该电压Vp1接入比较器U1之同相输入端以控制积分器的积分时间，电阻R4和三极管Q1组成积分电路的放电通道，比较器U1输出为充放电电压，该电压近似为一三角波(当时间常数R2×C1较大时)，该三角波接至电阻R7、R8和比较器U2组成的迟滞比较器的反相输入端，电阻R7一端接第二控制电压V2，另一端接电阻R8和比较器U2之同相输入端，电阻R8另一端接比较器U2之输出端，比较器U2之输出一路经电阻R6连接至三极管Q1的基极，三极管Q1发射机接地，其集电极经电阻R4连接至比较器U1之反相输入端，比较器U2之输出的另两路分别接第一带通滤波器的输入端电阻R20和第二带通滤波器的输入端电阻R21之一端，电阻R20另一端连接至电阻R22、电容C10和C12，电阻R22另一端接地，电容C12另一端连接至比较器U6的输出端和电阻R23的一端，电阻R23的另一端和电容C10的另一端连接至比较器U6的反相输入端，比较器U6的同相输入端接地，其输出端连接至继电器K1的输入端，电阻R21另一端连接至电阻R24、电容C11和C13，电阻R24另一端接地，电容C13另一端连接至比较器U7的输出端和电阻R25的一端，电阻R25的另一端和电容C11的另一端连接至比较器U7的反相输入端，比较器U7的同相输入端接地，其输出端连接至继电器K2的输入端，第一输入控制电压V4经反相器U10A反相后一路连接至电阻R30的一端，另一路经反相器U11A再反相后连接至电阻R29的一端，电阻R30的另一端连接至三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接地，其集电极连接至继电器K1控制端和保护二极管D2的阳极，继电器K1另一控制端和保护二极管D2的阴极连接至电源，电阻R29的另一端连接至三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，其集电极连接至继电器K2控制端和保护二极管D3的阳极，继电器K2另一控制端和保护二极管D3的阴极连接至电源，继电器K1和K2的输出端相接组成输出端口向后续电路输出合成后的正弦波2FSK信号。

仿真结果分析

电路的ERC检查无误后，在2FSK调制电路的输入端，加入二进制序列“0101”，设定合适的偏置电压后，如图4所示，码元“0”和“1”对应输出650Hz和1.96KHz的矩形波，与原理分析结果基本一致。经过带通滤波和继电器选通电路后，输出的2FSK信号如图5所示，对应码元“0”和“1”分别输出650Hz和1.96KHz的正弦波，波形过渡较平稳，振幅一致。

通过仿真结果分析，本发明之2FSK调制电路设计较为简单实用，并能在无外加频率源的情况下，对应基带信号“1”和基带信号“0”分别产生了两种稳定频率的正弦波，波形过渡较平滑，与电路理论分析相符，达到预期设计要求。

综上所述，本发明一种2FSK调制电路通过结合V-F转换特性和2FSK的调制原理，在V-F转换电路基础上进行改进，增加带通滤波电路和选通电路，随着输入控制电压的两种电平变化，随之输出在两种不同频率间变化的正弦波，从而在无外加频率源的情况下，实现了稳定的2FSK调制。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种2FSK调制电路，包括：

积分电路，用于产生一和第一输入控制电压成比例的三角波输出；

滞回比较器，用于将该积分电路输出的三角波转换为方波输出并控制放电开关电路；

放电开关电路，用于在该滞回比较器的控制下定时对该积分电路的积分电容进行放电；

第一带通滤波器，用于将该滞回比较器输出的低频方波选择出来并转换为相位连续的低频正弦波；

第二带通滤波器，用于将该滞回比较器输出的高频方波选择出来并转换为相位连续的高频正弦波；

合并电路，用于在该第一输入信号控制下将分别将高频正弦波和低频正弦波合并输出。

2.如权利要求1所述的一种2FSK调制电路，其特征在于：该积分电路和滞回比较器构成V-F转换电路，该第一带通滤波器为低频带通滤波器，第二带通滤波器为高频带通滤波器。

3.如权利要求1所述的一种2FSK调制电路，其特征在于：该合成电路为继电器选通电路。

4.如权利要求2所述的一种2FSK调制电路，其特征在于：该积分电路包括第一电阻、第二电阻以及第三电阻、第一电容和第一比较器，用于产生一和第一输入控制电压成比例的三角波输出，该第二电阻一端连接该第一输入控制电压，另一端接该第一电容和第一比较器的反相输入端，该第一电容另一端接该第一比较器的输出端，该第一输入控制电压经该第一电阻和第三电阻分压后得到一电压，该电压接入该第一比较器的同相输入端以控制该积分电路的积分时间。

5.如权利要求4所述的一种2FSK调制电路，其特征在于：该滞回比较器包括第七电阻、第八电阻和第二比较器，该第七电阻一端接第二控制电压，另一端接该第八电阻和第二比较器的同相输入端，该第八电阻另一端接该第二比较器的输出端，该第二比较器的输出端连接该放电开关电路及第一带通滤波器和第二带通滤波器，第二比较器的反相输入端接该积分电路的第一比较器的输出端。

6.如权利要求5所述的一种2FSK调制电路，其特征在于：该放电开关电路包括第四电阻、第六电阻及第一三极管，该第一三极管的基极通过该第六电阻接该第二比较器的输出端，发射极接地，其集电极经该第四电阻连接至该第一比较器的反相输入端。

7.如权利要求6所述的一种2FSK调制电路，其特征在于：该第一带通滤波器包括第二十电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第十电容、第十二电容以及第六比较器，该第二十电阻一端接该第二比较器的输出端，另一端接第二十二电阻、第十电容和第十二电容，第二十二电阻另一端接地，第十二电容另一端连接至该第六比较器的输出端和第二十三电阻的一端，该第二十三电阻的另一端和第十电容的另一端连接至该第六比较器的反相输入端，该第六比较器的同相输入端接地，其输出端连接至该合并电路。

8.如权利要求7所述的一种2FSK调制电路，其特征在于：该第二带通滤波器包括第二十一电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第十一电容、第十三电容以及第七比较器，该第二十一电阻一端接该第二比较器的输出端，另一端连接至该第二十四电阻、第十一电容和第十三电容，该第十三电容另一端连接至该第七比较器的输出端和该第二十五电阻的一端，该第二十五电阻的另一端和第十一电容的另一端连接至该第七比较器的反相输入端，该第七比较器的同相输入端接地，其输出端连接至该合并电路。

9.如权利要求7所述的一种2FSK调制电路，其特征在于：该合并电路包括第十反相器、第十一反相器、第二三极管、第三三极管、第二十九电阻、第三十电阻、第一继电器、第二继电器以及第二保护二极管、第三保护二极管，该第一输入控制电压经该第十反相器反相后一路连接至第三十电阻的一端，另一路经该第十一反相器再反相后连接至该第二十九电阻的一端，该第三十电阻的另一端连接至该第三三极管的基极，该第三三极管的发射极接地，其集电极连接至该第一继电器控制端和该第二保护二极管的阳极，该第一继电器另一控制端和该第二保护二极管阴极连接至电源，该第二十九电阻的另一端连接至该第二三极管的基极，该第二三极管的发射极接地，其集电极连接至该第二继电器控制端和该第三保护二极管的阳极，该第二继电器另一控制端和该第三保护二极管的阴极连接至电源，该第一继电器和该第二继电器的输出端相接组成输出端口向后续电路输出合成后的正弦波2FSK信号。

10.如权利要求9所述的一种2FSK调制电路，其特征在于：该第一继电器与该第二继电器的输入端分别连接该第六比较器和该第七比较器的输出端。