CN106997660A - 一种红外接收器及其增益控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外接收器及其增益控制方法，其中红外接收器包括依次电连接的内置光敏二极管的输入单元、前置放大器(A1)、可变增益放大器(A2)、限幅器(A3)、带通滤波器(BF)、第一解调器和输出驱动单元，还包括输出端与可变增益放大器控制端电连接的增益控制模块，其特征在于，还包括依次电连接在带通滤波器与增益控制模块之间的用于识别强信号的第三电压比较器(B3)、第三解调器与第三波形整形单元(S3)；方法包括分两路控制增益：第一路识别遥控信号或噪声，并相应地增加或缩减增益，另一路通过检测调制信号幅度识别强信号(包括噪声)，以远超第一路的速度、大幅地降低增益。这种红外接收器及其增益控制方法，能快速抑制强信号并解决近距离遥控失灵的问题，从而提高生产测试效率，降低成本。

Description

一种红外接收器及其增益控制方法

技术领域

本发明涉及实用电子电路技术，具体涉及一种红外接收器及其增益控制方法。

背景技术

红外接收器通常是指从红外数据发送装置，例如：电视等家用电器使用的红外遥控器，接收红外信号并处理所接收到的红外信号的接收装置。红外接收器所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各种环境光，包括阳光、白炽灯和荧光灯等。阳光和白炽灯产生的噪声是白噪声即直流光电流噪声；荧光灯产生的噪声，频率在100Hz到几十KHz之间，即交流光电流噪声。

图1-2所示为传统的两种红外接收器的电路方框图，其中，输入电路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；而前置放大器A1用于将输入电路产生的微弱电信号放大到能被适当控制的等级；前置放大器的输出信号被送入一个可变增益放大器A2，该放大器的增益可以被适当的控制；可变增益放大器的输出信号通过限幅器A3再次放大并限幅后被送到带通滤波器BF，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送到解调器，解调器将信号中的载波滤除，而只输出信号的包络；取自带通滤波器或者解调器输出端的反馈信号Vf被送到增益控制电路，增益控制电路识别反馈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器的增益，从而抑制噪声并正常放大遥控信号；波形整形电路S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电路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。

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各种环境光，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，甚至导致遥控失灵。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。红外接收器的优势在于成本低，应用广，为提高生产效率，进一步降低生产测试成本，红外接收器的快速抑制噪声的性能就变得极为重要。

另一方面，在接收距离远时，红外接收器输入端接收到的信号幅度非常小，通常在几十微伏到几百微伏，为提高接收灵敏度，红外接收器内部的各级信号处理电路的总增益一般高达70dB～90dB，这样，当接收距离近时，输入信号幅度过大，经过前级信号处理电路放大后，后级信号处理电路的输入信号会超过其输入动态范围，后级信号处理电路工作异常，其输出信号会出现过冲和振铃现象，导致红外接收器输出的脉冲宽度超过编码要求，从而出现近距离遥控失灵的现象。

传统红外接收器电路的缺点有两个：首先，为了在稳定可靠的抑制噪声的同时保证高而稳定的接收灵敏度，也为了远距离遥控不丢码，信号Vagc的变化就必须缓慢，这就导致传统红外接收器不能快速抑制各种噪声，使得生产测试效率低，成本高，客户的应用体验也不好；其次，因为不能抑制强的遥控信号，会出现因输出脉冲宽度超标导致的近距离遥控失灵现象。

为了解决传统红外接收器的近距离遥控失灵的问题，中国发明专利“一种红外接收电路及红外接收器”，申请号为201620159025.0，公开了一种电路，该电路在传统电路基础上增加了一路反馈信号，该反馈信号取自带通滤波器的输入信号，用来判别输入信号的强弱，如果输入信号强，则减小可变增益放大器的增益，使得输入到带通滤波器的信号幅度减小。但是，该专利存在以下缺点：首先，识别信号强度的反馈信号和识别噪声的反馈信号分别取自带通滤波器的输入、输出信号，而带通滤波器是有增益的，该增益会因为温度、电压、工艺和芯片个体差异而波动，这样两路反馈信号的相对幅度大小将变得难以确定，从而信号强弱的识别将变得困难，再加上该专利对识别强信号并没有给出明确的判断标准，故并不能有效识别强信号，其次，即使能有效识别强信号并通过减小可变增益放大器的增益减小了带通滤波器的输入信号幅度，但是，如果带通滤波器增益较大，其输出信号幅度仍可能超过其输出动态范围，从而输出信号中会出现过冲和振铃现象，就仍然会出现近距离遥控失灵的现象。第三，因为两路反馈信号分别取自带通滤波器的输入、输出信号，所以在信号载波脉冲持续期间，这两路反馈信号中都包含有载波信号，其产生的控制信号就是脉冲信号，那么在抑制强信号或者噪声时，信号Vagc的变化就不是连续的，即信号Vagc的变化不可能太快，所以该专利技术并不能快速地抑制噪声和强信号。

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增益控制方法，能快速地抑制噪声和强信号，从而提高其生产测试效率和近距离遥控可靠性。

本发明的上述第一个技术问题这样解决：构建一种红外接收器，包括依次电连接的内置光敏二极管的输入单元、前置放大器、可变增益放大器、限幅器、带通滤波器、第一解调器和输出驱动单元，还包括输出端与所述可变增益放大器控制端电连接的增益控制模块，其特征在于，还包括依次电连接在所述带通滤波器与所述增益控制模块的一输入端之间的用于识别强信号的第三电压比较器、第三解调器与第三波形整形单元。这样将强的噪声成分和强的正常遥控信号都作为强信号进行识别和抑制。

按照本发明提供的红外接收器，强信号包括强噪声和强的正常遥控信号。

按照本发明提供的红外接收器，还包括串接在第三电压比较器与所述增益控制模块之间的延时单元，这样可以进一步加快抑制强信号的速度。

按照本发明提供的红外接收器，还包括依次电连接在所述带通滤波器与所述增益控制模块的一输入端之间的用于识别噪声或信号的第二电压比较器、第二解调器与第二波形整形单元。

按照本发明提供的红外接收器，还包括依次电连接在所述带通滤波器与第一解调器之间的第一电压比较器。

按照本发明提供的红外接收器，第二电压比较器的阈值电压与带通滤波器输出共模电平之间的电压差绝对值比第一电压比较器的阈值电压与带通滤波器输出共模电平之间的电压差绝对值小。

按照本发明提供的红外接收器，第三电压比较器的阈值电压与带通滤波器输出共模电平之间的电压差绝对值比第二电压比较器和第一电压比较器的阈值电压与带通滤波器输出共模电平之间的电压差绝对值都大。

按照本发明提供的红外接收器，所述增益控制模块包括噪声识别电路。

按照本发明提供的红外接收器，所述增益控制模块包括电荷泵。

按照本发明提供的红外接收器，所述电荷泵包括电容及其由噪声识别电路控制工作的第二充电单元和放电单元，以及由第三波形整形单元或延时单元控制工作的第一充电单元；第一充电单元的充电电流值、第二充电单元的充电电流值和所述放电单元的放电电流值由大到小排列，且第一充电单元的充电电流值是第二充电单元的充电电流值的2倍以上。

按照本发明提供的红外接收器，第一解调器、第二解调器、第三解调器可以是包络检波器。

本发明的上述另一个技术问题这样解决：构建一种红外接收器增益控制方法，通过控制内部可变增益放大器的放大倍数动态调节红外接收信号的增益，其特征在于，分两路控制，每路各自配备解调器和波形整形单元，输入连接用于滤除红外接收信号通带外的噪声的带通滤波器输出端，包括以下具体步骤：

一路通过检测带通滤波器输出端的信号识别是遥控信号或噪声，是遥控信号则增加所述放大倍数，是噪声则缩减所述放大倍数；

另一路通过检测从带通滤波器输出端的信号中提取的叠加在载波信号上的调制信号的幅度是否超过范围，是则判断为强信号，降低所述放大倍数；

其中：另一路中所述降低的幅度是一路中所述增加或缩减的幅度的2倍以上。

按照本发明提供的红外接收器增益控制方法，强信号包括强噪声和强的正常遥控信号。

按照本发明提供的红外接收器增益控制方法，所述识别遥控信号或噪声已被现有的红外遥控器普遍采用，可通过检测上述调制信号的时间特性具体实现。

本发明提供的红外接收器及其增益控制方法，与现有技术相比，具有以下优势：

1、快速抑制强信号；

2、提高生产测试效率，降低产品成本；

3、解决近距离遥控失灵的问题。

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是一种传统红外接收器电路方框结构示意图；

图2是另一种传统红外接收器电路方框结构示意图；

图3是本发明第一优选实施例的红外接收器电路结构示意图；

图4是本发明第二优选实施例的红外接收器电路结构示意图；

图5是图4所示红外接收器中可以采用的包络检波器的电路结构示意图；

图6是图4所示红外接收器的Vf1信号在临界状态下的时序示意图；

图7是图3和4所示红外接收器中共通的增益控制模块的电路结构示意图；

图8是图7中电荷泵的电路结构示意图。

其中附图标记：

A1-前置放大器，A2-可变增益放大器，A3-限幅器，BF-带通滤波器，B1-第一电压比较器，B2-第二电压比较器，B3-第三电压比较器，S-波形整形电路，S1-第一波形整形单元，S2-第二波形整形单元，S3-第三波形整形单元。

具体实施方式

首先，说明本发明的核心和出发点：

第一，将强的噪声成分和强的正常信号都作为强信号进行识别和抑制；第二，自动增益控制回路有两路，一路通过检测信号的时间特性来识别一般强度的噪声和正常遥控信号，一路通过检测信号的幅度大小来识别强信号；第三，增益控制模块的两个输入信号都取自于波形整形单元的输出信号；第四，为了能有效识别、抑制强信号和一般强度噪声并正确输出正常遥控信号，两路反馈回路检测的都是带通滤波器的输出信号，并且第一电压比较器的阈值电压Vth1、第二电压比较器的阈值电压Vth2、第三电压比较器的阈值电压Vth3和带通滤波器输出共模电平VCM之间的大小关系为：Vth3＞Vth1＞Vth2＞VCM，因为带通滤波器输出信号在幅度上的对称性，所以阈值电压Vth1、Vth2、Vth3和共模电平VCM之间的大小关系还可以是：Vth3＜Vth1＜Vth2＜VCM；而电荷泵的充电电流Ich1、Ich2和放电电流Idis的关系为：Ich1＞Idis并且Ich2＞Idis；第五，为了能快速抑制强信号，Ich1应该远远大于Ich2，一般的，Ich1是Ich2的10倍；第六，为了进一步加快抑制强信号的速度，在检测强信号的自动增益控制回路里增加了延时单元，当检测到强信号时，适当增加Vagc的充电时间，延迟时间Td小于1ms。

第二，结合本发明第一较佳实施例和第二较佳实施例进一步对本发明进行详细说明：

㈠一较佳实施例

如图3所示，本发明的第一较佳实施例，与现有红外接收器的区别在于：输入到增益控制模块的信号有两路，其中输入信号Vf1用来识别信号强弱，而输入信号Vf2用来识别噪声；Vf2不是像传统技术那样取自于带通滤波器或解调器的输出信号，而是取自于第二波形整形单元S2的输出信号；Vf1也不是像现有技术那样取自于带通滤波器的输入信号，也不是取自于解调器的输出信号，而是取自于第三波形整形单元S3的输出信号；整个自动增益控制环路包括了两个环路，第一个环路由可变增益放大器A2、限幅器A3，带通滤波器BF、第二电压比较器B2、第二解调器、第二波形整形单元和增益控制模块组成，第二个环路由可变增益放大器A2、限幅器A3，带通滤波器BF、第三电压比较器B3、第三解调器、第三波形整形单元S3和增益控制模块组成。采用信号Vf1、Vf2作为增益控制模块的输入信号，一方面是因为这两个信号的波形和红外接收器输出信号的波形最接近，可以更有效地识别噪声并消除一些宽度较窄的噪声脉冲对增益控制模块的干扰，提高增益控制模块识别噪声的性能；另一方面，也是最重要的，是因为在信号载波脉冲持续期间，信号Vf1、Vf2都不是脉冲信号，而是连续的电平信号，可以使得Vagc的变化是连续的，即信号Vagc的变化可以很快，所以可以快速抑制强信号和噪声。

㈡二较佳实施例

如图4所示，本发明的第二个较佳实施例，与图3电路的区别是：在第三电压比较器和增益控制模块之间增加了延时单元，解调功能由一个简单的包络检波器完成，所述包络检波器如图5所示，延时单元可以由电容充放电电路和比较器组成，也可以由计数器组成。而增加延时单元的主要目的是在波形整形阈值电压和包络检波器输出信号的峰值接近的临界状态下，保证Vf1信号是一个连续电平，而不是脉冲信号，以加快临界状态下Vagc电压的变化速度，从而加快强信号的抑制速度，另一方面，延时单元还可以适当增加Vagc的变化时间，进一步加快抑制强信号和噪声的速度，延迟时间Td小于1ms。波形整形阈值电压、包络检波器输出信号Vd3和Vf1信号在临界状态下的波形示意图如图6所示。

图3-4对应的第一和第二较佳实施例，输入到增益控制模块的信号都是两路，其中输入信号Vf1用来识别信号强弱，而输入信号Vf2用来识别噪声。红外接收器识别噪声是通过检测信号的时间特性，比如，Vf2信号的高、低电平的宽度来实现的，这类噪声识别已经为各现有的红外接收器采用。而红外接收器识别信号强弱是通过检测信号幅度大小来实现的，为了能有效识别、抑制强信号和一般强度噪声并正确输出正常遥控信号，两路反馈回路检测的都是带通滤波器的输出信号，并且第一电压比较器的阈值电压Vth1、第二电压比较器的阈值电压Vth2、第三电压比较器的阈值电压Vth3和带通滤波器输出共模电平VCM之间的大小关系为：Vth3＞Vth1＞Vth2＞VCM，一般的，Vth3比Vth1大100mV～500mV，Vth1比Vth2大几十毫伏，而Vth2比VCM大100mV～300mV。因为带通滤波器输出信号在幅度上是对称的，其对称中心电平就是共模电平VCM，如图6中所示，所以阈值电压Vth1、Vth2、Vth3和共模电平VCM之间的大小关系还可以是：Vth3＜Vth1＜Vth2＜VCM，一般的，Vth3比Vth1小100mV～500mV，Vth1比Vth2小几十毫伏，而Vth2比VCM小100mV～300mV。

为了快速的抑制强信号，本发明的增益控制模块和传统的增益控制电路也有所不同。本发明的增益控制模块方框图如图7所示，其中噪声识别电路用来识别一般强度的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进行充电或放电；而CHF信号也是一个充电控制信号，它也通过控制电荷泵对电容进行充电。

信号真值表如下表所示

电荷泵的电路结构如图8所示，当充电控制信号CHF为低电平时，开关SW1的接触点1、2连通，以恒定电流Ich1对电容C1进行充电，当CHF为高电平时，开关SW1的接触点1、2断开，不对电容C1充电；当充电控制信号CH为低电平时，开关SW2的接触点3、4连通，以恒定电流Ich2对电容C1进行充电；当CH为高电平时，开关SW2的接触点3、4断开，不对电容C1充电；当放电控制信号DISCH为高电平时，开关SW3的接触点5、6连通，以恒定电流Idis对电容C1进行放电；当DISCH为低电平时，开关SW3的接触点5、6断开，不对电容C1放电；其中，充电电流Ich1、Ich2和放电电流Idis的关系为：Ich1＞Idis并且Ich2＞Idis。为了快速抑制强信号，Ich1应该远远大于Ich2，一般的，Ich1是Ich2的10倍以上。

电荷泵的输出电压Vagc被送到可变增益放大器A2去改变其增益，从而抑制噪声并正常放大遥控信号。

在另外的实施例中，特别地，第一电压比较器B1，第二电压比较器B2或第三电压比较器B3在本领域普通技术人员的理解范围内可以适当减少或位置改变。

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，包括依次电连接的内置光敏二极管的输入单元、前置放大器(A1)、可变增益放大器(A2)、限幅器(A3)、带通滤波器(BF)、第一解调器和输出驱动单元，还包括输出端与所述可变增益放大器(A2)控制端电连接的用于噪声抑制和信号增强的增益控制模块，其特征在于，还包括依次电连接在所述带通滤波器(BF)与所述增益控制模块的一输入端之间的用于识别强信号的第三电压比较器(B3)、第三解调器与第三波形整形单元(S3)。

2.根据权利要求1所述红外接收器，其特征在于，还包括串接在第三电压比较器(B3)与所述增益控制模块之间的延时单元。

3.根据权利要求1或2所述红外接收器，其特征在于，还包括依次电连接在所述带通滤波器(BF)与所述增益控制模块的另一输入端之间的用于识别噪声或信号的第二电压比较器(B2)、第二解调器与第二波形整形单元(S2)。

4.根据权利要求3所述红外接收器，其特征在于，还包括依次电连接在所述带通滤波器(BF)与第一解调器之间的第一电压比较器(B1)。

5.根据权利要求4所述红外接收器，其特征在于，第二电压比较器(B2)的阈值电压与带通滤波器(BF)输出共模电平之间的电压差绝对值比第一电压比较器(B1)的阈值电压与带通滤波器(BF)输出共模电平之间的电压差绝对值小。

6.根据权利要求4所述红外接收器，其特征在于，第三电压比较器(B3)的阈值电压与带通滤波器(BF)输出共模电平之间的电压差绝对值比第二电压比较器(B1)和第一电压比较器(B2)的阈值电压与带通滤波器(BF)输出共模电平之间的电压差绝对值都大。

7.根据权利要求3所述红外接收器，其特征在于，所述增益控制模块包括噪声识别电路。

8.根据权利要求3所述红外接收器，其特征在于，所述增益控制模块包括电荷泵。

9.根据权利要求8所述红外接收器，其特征在于，所述电荷泵包括电容及其由噪声识别电路控制工作的第二充电单元和放电单元，以及由第三波形整形单元或延时单元控制工作的第一充电单元；第一充电单元的充电电流值、第二充电单元的充电电流值和所述放电单元的放电电流值由大到小排列，且第一充电单元的充电电流值是第二充电单元的充电电流值的2倍以上。

10.一种红外接收器增益控制方法，通过控制内部可变增益放大器的放大倍数动态调节红外接收信号的增益，其特征在于，分两路控制，每路各自配备解调器和波形整形单元，输入连接用于滤除红外接收信号通带外的噪声的带通滤波器输出端，包括以下具体步骤：

一路通过检测识别是遥控信号或噪声，是遥控信号则增加所述放大倍数，是噪声则缩减所述放大倍数；

另一路通过检测叠加在载波信号上的调制信号的幅度是否超过范围，是则判断为强信号，降低所述放大倍数；

其中：另一路中所述降低的幅度是一路中所述增加或缩减的幅度的2倍以上。