CN1127707C - 红外中继器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抵制紧凑型荧光灯干扰的(IR)红外中继器。IR中继器包括一个接收表示调制信号调制的编码信号的IR光信号、和探测编码信号的接收器部分(20，30)。振荡器(40)产生一个传递器调制信号，传递器部分(50)与接收部分(30)和振荡器(40)相接，产生一个IR光信号，代表受传递器调制信号调制的探测到的编码信号。

Description

红外中继器
本发明涉及一种红外中继器，具体地涉及一种当存在由紧凑型荧光灯引起的干扰时仍保持工作的红外中继器。
现行的用户电子设备，如电视机、盒式录像机、光缆或卫星接收盒用的无线遥控器，通过从遥控器向用户电子设备传递一个红外光(IR)信号来工作，该信号相当于一个调制成调制信号的编码信号。这种调制的IR光信号被用户电子设备中的IR接收器接收、解调、译码并作出相应运作。IR遥控器是瞄准装置，即任何处在遥控器产生的IR光被遮挡处的用户电子设备都将不能接收到IR光信号而对命令做出反应。另外，IR遥控器有一定的工作范围，在一个房间内使用绰绰有余，但在两个房间之间使用则显无能为力。
然而，目前的用户电子设备一般被放在家具内，如家庭娱乐装置中，坚实的门后。例如，电视机、光缆盒、卫星接收器等可能被放在家庭误乐装置里，只要观众可以看见电视，电缆盒、卫星接收器和VCR被放在坚实门后。另外，用户电子设备可分布在家中不同的房间中。例如，卫星接收器可挨着一个电视机放在起居室中，但还可以接到卧室中的第二个电视机。由遥控器产生的IR光不能穿透实心门或从一个房间传到另一房间，因此，被遮挡的或远置的设备就不能受到控制。
为了提供控制置于壁柜或家中不同房间里的用户电子设备的能力，研制出了IR中继器。一个IR中继器包括一个设置在能够接收到遥控器产生的编码调制IR信号处的IR接收部分。例如，IR中继器可置于娱乐设备的外部或遥控器所在的房间。IR接收部分与IR传递部分相连，IR传递部分位于要被控制的用户电子设备能够接收到它的信号的地方。例如，它可位于娱乐设备的内部或用户电子设备所在的房间中。IR传递部分包括一个IR光发射器，IR光发射器的位置设置使得发射的IR光照射到要被控制的用户电子设备中的IR接收器上。更准确地说，IR光发射器通常设置在直接毗邻用户电子设备中的IR接收器。IR中继器的IR接收部分探测到遥控器产生的编码IR光信号并将它们传递到IR传递器部分，这通常是通过电线。IR传递器部分产生一个与IR接收部分接收到的IR光信号一致的IR光信号。用户电子设备接收这种来自IR传递器部分的IR光信号而执行期望的功能。
用户电子设备的不同制造厂家用不同的调制频率将编码控制信号调制成IR光信号。为了使IR中继器以厂家的调制频率工作，IR中继器在IR接收部分用一个具有较宽的频率响应特性的IR探测器。也就是IR中继器将探测到调制频率能在比较宽的频率范围内变化的调制IR光信号。例如，IR中继器一般可探测调制频率在20KHz到100KHz范围内的任何调制IR光信号。在这个频率范围内的任何调制IR信号都可被IR接收器探测到，并且当探测到时，在IR传递器中产生模拟该接收信号的IR信号。
近年来，带有电子镇流器的荧光灯，所谓紧凑型荧光灯(CLFS)做为白炽灯的替代品得到开发。CLFS的能耗此白炽灯低而因此被广泛使用。然而，CLFS产生具有与遥控器产生的编码调制IR光信号相似特性IR光。也就是在CFL中的镇流器导致荧光管产生象是在20～100KHz范围内的调制频率，尤其是约56KHz的频率调制的IR光信号。而且，CFLS产生的IR光强度远大于遥控器产生的IR光强度。因此，CFL产生的IR光完全压过了遥控器产生的调制IR光信号。因为现行的IR中继器模拟由它的接收部分接收的IR信号，所以被IR中继器拾取的周围CFLS的任何干扰也被模拟到IR中继器产生的IR光信号里。还发现有在CFLS存在时，IR中继器功能严重退化，甚至变得完全不能工作。
具有抵抗CFLS产生的干扰的IR探测器已被研制出来。这些探测器能够当存在来自CFL的干扰IR光时，接收代表来自遥控器的编码调制控制信号的IR光信号，并且以周知的方式消除来自CFL的干扰。然后，来自遥控器的编码调制IR光信号被解调，而这个IR探测器产生一个表示编码控制信号的电信号。
那种可与很多厂家制造的遥控器一起使用并能在存在CFLS时可靠工作的IR中继器是理想的。
根据本发明的原理，抗CFL干扰的IR中继器包括一个接收部分，用于接收一个代表由一调制信号调制的编码信号的IR光信号，并用于探测编码信号。一个振荡器产生一个传递调制信号，和传递部分产生一个IR光信号表示探测到的由传递调制信号调制的编码信号。
如果一个抗CFL的IR探测器用在接收器部分，则CFLS的影响可被减到最小，并且接收器部分的工作性能不会因CFLS而严重减弱。接收器部分被调到对应于调制信号的中心频率，即大约在各个厂家所用的频率范围的中间，而振荡器产生的调制信号的频率也大约在这个频率范围中间。因为由IR中继器的传递器部分产生的IR信号中，调制信号的频率大约在各个厂家采用的频率范围的中间，所以它可以由任何厂家的这种用户电子设备中的IR接收器探测。另外，传递器调制信号是一个由中继器中的振荡器产生的纯净信号，不是从接收器部分模拟而来。因此，由本发明的IR中继器产生的信号将产生一个纯净的调制IR光信号，没有CFL干扰。
图1是包括本发明IR中继器的遥控系统方框示意图。
图2是在利用了本发明的中继器的操作下的波形图。
图3是图1中所示的IR中继器的电路详图。
图4是图3所示IR探测器另一实施例电路图。
在图1中，遥控器10提供一个调制成IR光信号的编码控制信号给IR中继器IR接收器部分20的IR光探测器25。在图1的IR中继器中，IR光探测器25图示成一个IR光电晶体管，然而任何一和IR光探测器都可使用。IR接收器部分20的控制输出端耦合到信号门30的控制输入端。固定频率振荡器40有一个信号输出端耦合到信号门30的信号输入端上。信号门30的信号输出端耦合到IR中继器IR传递器部分50的输入端。IR传递器部分50耦合到IR光发射器55上。IR光发射器55产生一个相应于IR传递器部分50输入端接收到的电信号的IR光信号。在图1所示的IR中继器，IR光发射器画成一个IR光发射二极管(LED)，然而任何一种IR光发射设备都可采用。IR光发射器55的如此设置使得出射的IR光入射到一件用户电子设备60的IR光探测器65上。图1中，IR光探测器65画成一个IR光电晶体管，但是任何一种IR光探测器都可利用。另外，用户电子设备60画成一台电视机，而实际上，图1中的IR中继器可与能够由IR遥控器遥控的任意一种用户电子设备一起使用。
在操作中，遥控器10产生一个编码调制IR光信号。在所示的实施例中，编码信号(以下做更详细描述)是一个代表对电视接收器60的指令的脉冲编码调制(PCM)信号。这个信号被IR光电晶体管25探测到，产生一个代表编码调制信号的电信号并供给IR接收器部分20。IR接收器部分20解调来自IR光传感器25的电信号并产生一个表示构成该PCM信号的脉冲的双稳信号。此信号的第一状态代表在IR光电晶体管25处有调制的IR光，即逻辑″1″信号；第二状态代表在IR光电晶体管25处没有调制的IR光，即逻辑″0″信号。这些信号提供给信号门30的控制输入端。
固定频率振荡器40在它的输出端产生一个频率在47KHz周围的调制信号。选取的这个频率接近各个厂家所采用频率范围中央(从32KHz附近到56KHz附近)，把它们的PCM信号调制成来自它们遥控器的IR光信号上。这个调制信号提供给信号门30的数据输入端。信号门30用做一个可控开关。当来自IR接收器部分20的信号是逻辑″1″信号时(表示在IR光电晶体管25处有调制的IR光)，信号门30被调节成使调制信号在它的信号输入端通过到达它的输出端。当来自IR接收器部分20的信号是逻辑″0″信号时(表示在IR光电晶体管25处没有调制的IR光)，信号门30被调节成将调制信号阻挡在它的输入端上。从信号门30输出的信号是一个表示接收到的编码信号调制到47KHz调制信号的电信号。
来自信号门30的信号供给IR传递部分50。IR传递部分50调整此信号去驱动IRLED55，使它产生一个对应于此调制信号的IR光信号。因此IRLED 55产生的IR光信号是IR光电晶体管25接收到的脉冲编码信号，但调制成47KHz的调制信号。这个编码调制IR光信号入射到电视接收机65中的IR光电晶体管65上。电视接收机60以正常的方式，通过执行此编码信号代表的指令对接收到的调制编码IR光信号做出反应。
图2是在引用了本发明后操作的波形图。图2中所示的波形表示由遥控器10(图1)和IR中继器的IRLED 55产生的编码调制信号。由这些分别的发生源产生的信号不同之处将做以下详细描述。在图2中显示了一系列编码脉冲。在图2a中，这些脉冲被排列形成一个脉冲定位编码信号。一列时钟脉冲C1，C2，C3，…随数据脉冲D1，D2…穿插其中形成。数据脉冲D1，D2在时钟脉冲C1，C2，C3间的位置来确定在连续时钟脉冲C1，C2，C3，…的间隙期间是逻辑″1″还是逻辑″0″被传递。
对于时钟脉冲C1和C2及数据脉冲D1，在时间上，数据脉冲D1更接近时钟脉冲C1而不是时钟脉冲C2。这表示一个有逻辑值″1″的数据字节。对于时钟脉冲C2和C3及数据脉冲D2，在时间上数据脉冲D2更接近时钟脉冲C3而不是时钟脉冲C2。这表示一个有逻辑值″0″的数据字节。如果在择一的时间D1a时发送了第一个数据脉冲，就表示有一个″0″逻辑值的数据字节，如果在另一时间D2a时发送了第二个数据脉冲，就表示有一个″1″逻辑值的数据字节。一个控制信号包括一个预定数目的数据字节。
图2b更详细地描述了图2a中所示的时钟脉冲C2的组成。图2a中所示的每一个脉冲有一个预定的脉宽，并由发生在调制频率的IR光脉冲的周期组成。图2b中，阴影面积部分代表IR光的存在，空白面积部分代表没有IR光。在调制频率处反复的IR光脉冲的包络限定了图2a中所示的时钟和数据脉冲。对于遥控器10(图1中)产生的调制编码脉冲，调制频率是遥控器10的制造厂家利用的频率(频率范围在32KHz～56KHz)。对于IR中继器传递部分50的IRLED 55产生的调制编码脉冲，调制频率选定约为47KHz。
再针对图1，如上所述，IR光接收器部分20设计成探测由CFLS发射的乱真IR光效应并将将其减到最小。CFLS发射的IR光由连续的一组频率位于20KHz和100KHz之间的IR光脉冲组成。光脉冲有由供给CFL的Ac电源限定的包络。在该Ac源的每半周期之内，CFL产生一组IR光脉冲。该脉冲组的包络有一个50％左右的占空因数，并且脉冲组位于大约是Ac源频率两倍的频率处。尤其发现一种类型的CFL在约56KHz处产生IR光脉冲，其包络在120Hz和40％的占空因数的结合状态中见有一个重复频率。这些脉冲的特征完全不同于图2b中所示脉冲的特征，IR接收部分20能够探测其有这些特征的IR光脉冲并除去或最大程度减弱它们的影响。
如上所述，IR传递器部分50的IR LED 55产生的编码调制IR光信号可有一个略不同于电视接收机60所希望的调制频率。当然在IR中继器的应用中，这不存在问题。遥控器10用电池电源工作，因而产生一个能量水平较低的IR光。另外，遥控器通常在离电视接收机较远的距离处工作，即在几英尺之外。电视接收机中的IR光接收器的敏感足以探测到在这种情况下产生的IR光信号。但IR中继器通常直接耦合到房间Ac电源上，因而能以较高功率水平产生IR光。另外如上所述，IR中继器的IR传递器部分50的IR LED55通常实质上设置在最接近电视接收机的IR光电晶体管的地方。IR LED 55产生的IR光信号的比较高的能量水平及IR LED 55和IR光电晶体管65的极其接近远远克服了在IR中继器产生的47KHz调制频率和电视接收机60的期望调制信号频率之间的轻微失谐。
如上所述，现有技术的IR中继器的传递器部分产生一个模拟接收器部分接收到的IR光信号。因而，如果接收到的IR光信号被CFL来的IR光所掺杂，则传递的IR光信号将受到同样地掺杂。这种IR中继器的功能在CFLS出现时被极大的损耗，并且有些完全不能工作。然而图1中所示的IR中继器利用一个接收器部分抵抗CFL的干扰。从此接收器部分(表示解调编码信号)输出的信号用于调制一个来自IR中继器中的振荡器的纯振荡器信号。这个纯净的、新产生的调制信号控制在传递部分的IR光发射器。IR发射器产生的相应于此信号的IR光不包含任何CFL干扰，并且在CFLS存在时其功能并不衰减。
图3是图1中IR中继器的详细电路图。图3中，工作电源(未标)产生一个5V的电信号。电阻R1接到工作电源和NPN晶体管Q1的集电极之间。IR探测器202的信号电极接在晶体管Q1的发射极和参考电位(地)之间。IR探测器202还通过接到工作电源上而接收工作电压。IR探测器202调到45KHz的调制信号中心频率并且是一个由夏普电器公司制造的GPIU78QG型IR探测器。电阻R2接到工作电源和晶体管Q1的基极之间。电阻R3接到工作电源和NPN晶体管Q2的集电极之间。晶体管Q2的发射极接地。电阻R4接到工作电源和晶体管Q2的基极之间。电容器C1接到晶体管Q2的基极和晶体管Q1的集电极之间，电容器C2接到晶体管Q1的基极和晶体管Q2的集电极之间。
电阻R6接在工作电源和NPN晶体管Q3的集电极之间。电阻R7接在晶体管Q3的发射极和地之间。电阻R5接在晶体管Q2的集电极和晶体管Q3的基极之间。串联的电阻R8和IR LED 55接在工作电源和NPN晶体管Q4的集电极之间。晶体管Q4的发射极接地。晶体管Q3的发射极接到晶体管Q4的基极上。IR LED 55可以通过长电线，即从一间房间到另一房间的电线来连结到电阻R8和晶体管Q4上。晶体管Q1、Q2、Q3和Q4都是摩托罗拉公司制造的MPS-A20型NPN晶体管。表I包含了图3所示的电路元件的最佳值。
在操作中，如上所述在将CFLS带来的乱真IR光的影响减到最小的同时，IR探测器202探测到预定的调制信号中心频率处(即45KHz)调制的IR光的存在。当调制的IR光被探测到时，IR探测器202调节到导通它的两个信号极之间的电流，即当没有探测到IR光时，IR探测器202被调节成不导通。
 元件     量值
 R1，R3     1KΩ
 R2，R4     100KΩ
 R5     10KΩ
 R6     1KΩ
 R7     10KΩ
 R8     100KΩ
 C1，C2     100pf
 IRDET     GPIU 78 QG
 Q1，Q2，Q3，Q4     MPS-A20
表I
当IR探测器202是不导通时(表示没有探测到IR光)、晶体管Q1关闭并且两电容器起开路作用。晶体管Q2的基极通过电阻R4被提高，而晶体管Q2导通，提高了其集电极对地电位间的电压。晶体管Q3的基极通过电阻R5被降低，晶体管Q3断开。晶体管Q4的基极通过电阻R7降低，晶体管Q4断开而阻止电流流过IR LED 55。简言之，当IR探测器202没有探测到调制IR光时，IR LED 55没有发射IR光。
当IR探测器202导通时(表示探测到调制IR光)，晶体管Q1的发射极接地。晶体管Q1与Q2，电阻R1、R2、R3和R4，电容C1和C2及IR探测器202以周知的方式结合起来做为一个多谐振荡器(图1中40)调节振荡并在大约47KHz处产生一个方波。因此在晶体管Q2的集电极的信号，是一个当调制IR光被IR探测器202探测到时的周期内产生的47KHz的方波信号。IR探测器202做为一个开关调节多谐振荡器的开和关。晶体管Q3和Q4，电阻R5、R6、R7和R8及IRLED 55的结合形成传递部分(50)，并以周知的方式用做一个两级发射极跟随器放大器，当调制IR光被IR探测器202探到时，响应振荡器40的输出，在周期内以47KHz频率驱动IR LED 55的开和关。因此，IRLED 55产生一个以47KHz的频率调制的编码IR光信号。IR探测器202做为信号门，控制调制信号从振荡器40向传递部分50的传递。
图4是图3中所示的IR探测器202的又一个实施例简图。图3中所示IR中继器里的IR探测器202是一个装配好的并调制到调制信号中心频率对应于45KHz的单IR探测器。
在图4中，晶体管Q1的发射极通过第一IR探测器204和第二IR探测器206的并联接地。第一IR探测器204被调到38KHz的调制信号中心频率处，此探测器是TEMEC(德律风根微电子公司)制造的TFMS/380型IR探测器。第二IR探测器206被调到56KHz的调制信号中心频率处，此探测器是TEMEC制造的TEMS/560型IR探测器。
以上所述的IR中继器提供了一种有CFLS存在时依然可靠工作的、并能与任何厂家制造的设备共同使用的IR中继器。

Claims (19)

1.一种红外(IR)中继器，包括：
一个接收部分，用于接收表示调制信号所调制的编码信号的IR光信号；
一个第一IR探测器，耦合到所述接收部分，用于探测所述IR光信号并产生表示所述编码信号的一个第一信号，所述接收部分从所述第一信号产生一个表示没有调制信号的所述编码信号的第二信号；
一个固定频率振荡器，用于产生发射器调制信号，产生所述发射器调制信号是在与所收到的调制信号无关的预定频率下进行的；和
一个发射部分，用于产生表示所述发射器调制信号所调制的所述探测出的编码信号的输出IR光信号。
2.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，所述收到的调制信号其频率在某一频率范围内，其中所述第一IR探测器调谐到大致上在所述频率范围中央的一个中心频率。
3.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，所述收到的调制信号其频率在大约32千赫与大约56千赫之间，其中所述第一IR探测器调谐到大约45千赫的中心频率。
4.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，所述IR探测器能抵抗小型荧光灯产生的干扰。
5.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，它还包括一个第二IR探测器，所述第一和第二探测器各个探测IR光信号并产生表示所述编码信号的信号。
6.如权利要求5所述的IR中继器，其特征在于所述收到的调制信号的频率在具下限频率和上限频率的频率范围内；其中：
所述第一IR探测器调谐到大致上接近所述下限频率的中心频率；且
所述第二IR探测器调谐到大致上接近所述上限频率的中心频率。
7.如权利要求5所述的IR中继器，其特征在于，所述收到的调制信号其频率在大约32千赫与大约56千赫之间，其中：
所述第一IR探测器调谐到大约38千赫的中心频率；且
所述第二IR探测器调谐到大约56千赫的中心频率。
8.如权利要求5所述的IR中继器，其特征在于，所述第一和第二IR探测器各个能抵抗小型荧光灯产生的干扰。
9.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，所述接收部分能抵抗小型荧光灯产生的干扰。
10.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，所述收到的调制信号其频率在某频率范围内，其中振荡器的所述预定频率大致上在所述频率部分的中央。
11.如权利要求10所述的IR中继器，其特征在于，所述频率范围从大约32千赫至大约56千赫，其中振荡器的所述预定频率大致上为47千赫。
12.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，所述编码信号为第一状态或第二状态的脉冲编码信号，其中所述振荡器有选择地在所述编码信号处于第一状态时产生发射器调制信号，否则不产生所述发射器调制信号。
13.如权利要求12所述的IR中继器，其特征在于，所述接收部分起所述振荡器的开关的作用。
14.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，所述振荡器产生方波信号。
15.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，所述振荡器是个多谐振荡器。
16.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，编码信号为第一状态或第二状态的脉冲编码信号，其中所述中继器还有一个信号门耦合在所述振荡器与所述发射部分之间，用于根据所述探测出的编码信号在所述探测出的编码信号处于所述第一状态时将所述发射器调制信号从所述振荡器传送给所述发射部分，在所述探测出的编码信号处于第二状态时不让所述发射器调制信号通过。
17.如权利要求1所述的IR中继器，其特征在于，所述发射部分包括：
一个放大器，耦合到所述振荡器上；和
一个IR光发射器，耦合到所述放大器上。
18.一种IR中继器，其特征在于，它包括：
一个接收部分，用于接收表示调制信号所调制的编码信号的IR光信号；
一个第一IR探测器，耦合到所述接收部分，用于探测所述IR光信号和产生表示所述编码信号的信号；
一个振荡器，用于产生发射器调制信号；和
一个发射部分，用于产生表示所述发射器调制信号所调制的所述探测出的编码信号的输出IR光信号；
此外还包括一个第二IR探测器，所述第一和第二探测器各个探测IR光信号并产生表示所述编码信号的信号；
所述收到的调制信号其频率在具下限频率和上限频率的一个频率范围内；
所述第一IR探测器调谐到大致接近所述下限频率的中心频率；
所述第二IR探测器调谐到大致接近所述上限频率的中心频率。
19.如权利要求18所述的IR中继器，其特征在于，所述收到的调制信号其频率在大约32千赫与大约56千赫之间，其中：
所述第一IR探测器调谐到大约38千赫的中心频率；且
所述第二IR探测器调谐到大约56千赫的中心频率。
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