CN113890656A - 调频解调装置及调频解调装置的控制方法 - Google Patents

调频解调装置及调频解调装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种调频解调装置及其控制方法。调频解调装置包括输入端、相位转换器、锁相回路电路以及频偏侦测器。输入端接收输入信号。相位转换器耦接所述输入端，接收输入信号以获得相位信号。锁相回路电路耦接所述相位转换器，依据所述相位信号产生相位调整信号，且所述锁相回路电路依据所述相位调整信号调整所述相位信号，以进行所述输入信号的解调。频偏侦测器耦接所述锁相回路电路，依据从所述锁相回路电路中获得的所述相位调整信号产生频偏判断信号。所述频偏判断信号与所述输入信号的相位频偏有关。

Description

调频解调装置及调频解调装置的控制方法
技术领域
本发明是有关于一种在调频广播中于接收端进行音频解调的技术，且特别是有关于一种调频解调装置及调频解调装置的控制方法。
背景技术
调频广播(Frequency Modulation Broadcast，常缩写为FM广播)是一种以频率调制技术来传送音频的无线电广播技术。图1是一种用于调频广播的音频接收设备100的模块示意图。参见图1，音频接收设备100的接收端IN1获得用于承载音频的数据105，并且音频接收设备100利用相位转换器110以及频域转换器120来对数据105进行解调(demodulation)，从而获得数据中的音频内容(如，解调输出数据125)。
然而，在因长途传播而使数据105中蕴含的能量或其信号质量较低时，数据105的频率相位变化将更难以被音频接收设备100所侦测。如此一来，将导致数据105中的音频难以被正确地解调，从而使得音频接收设备100对于数据105的灵敏度较低。换句话说，当音频接收设备100对于数据105的灵敏度较低时，解调输出数据125中经解调后的音频品质将连带地较低。因此，如何让音频接收设备100对于数据105具备更高的灵敏度以获得较佳的音频质量，便是欲待解决的研究方向之一。
发明内容
本发明提供一种调频解调装置及调频解调装置的控制方法，可在所接收数据中蕴含的能量或其信号质量较低时仍能从所接收数据中获得较佳的音频质量，从而提升调频解调装置对于所接收数据的灵敏度。
本发明的调频解调装置包括输入端、相位转换器、锁相回路电路以及频偏侦测器。输入端接收输入信号。相位转换器耦接所述输入端，接收输入信号以获得相位信号。锁相回路电路耦接所述相位转换器，依据所述相位信号产生相位调整信号，且所述锁相回路电路依据所述相位调整信号调整所述相位信号，以进行所述输入信号的解调。频偏侦测器耦接所述锁相回路电路，依据从所述锁相回路电路中获得的所述相位调整信号产生频偏判断信号。所述频偏判断信号与所述输入信号的相位频偏有关。
本发明的调频解调装置的控制方法包括下列步骤。接收输入信号。透过相位转换器以依据所述输入信号获得相位信号。透过锁相回路电路以依据所述相位信号产生相位调整信号，其中所述锁相回路电路依据所述相位调整信号调整所述相位信号，以进行所述输入信号的解调。以及，依据所述相位调整信号产生频偏判断信号，其中所述频偏判断信号与所述输入信号的相位频偏有关。
基于上述，本发明实施例的调频解调装置及其控制方法藉由锁相回路电路来对经由相位转换器处理后的信号(亦即，相位信号)进行信号对齐与信号补偿，藉以在所接收数据中蕴含的能量或其信号质量较低的情形下仍能对所接收数据中的音频具备较高的灵敏度。并且，本实施例的调频解调装置还利用频偏侦测器以从锁相回路电路处理后的信号(亦即，相位调整信号)中判断目前相位信号的频偏情形，从而产生频偏判断信号。藉此，当调频解调装置藉由频偏判断信号得知输入信号的频偏情形过大时，可自动地调整输入信号的接收频段以降低频偏情形，或是自动地降低音频信号的音量，而获得更佳的音频品质。
附图说明
图1是一种用于调频广播的音频接收设备的模块示意图。
图2是符合本发明实施例的一种调频解调装置的模块示意图。
图3是符合本发明实施例的一种调频解调装置的详细模块示意图。
图4是符合本发明实施例的一种调频解调装置中输入信号在没有频偏的情形下各种信号的波形图。
图5是符合本发明实施例的一种调频解调装置中输入信号在具备+40KHz频偏的情形下各种信号的波形图。
图6是符合本发明实施例的一种调频解调装置中输入信号在具备-40KHz频偏的情形下各种信号的波形图。
图7是符合本发明另一实施例的一种调频解调装置的详细模块示意图。
图8是符合本发明再一实施例的一种调频解调装置的详细模块示意图。
图9是符合本发明实施例的一种调频解调装置的控制方法的流程图。
【符号说明】
100、200、700、800:音频接收设备
105:数据
110:相位转换器
120、750:频域转换器
125:解调输出数据
230:锁相回路电路
240:频偏侦测器
310:加法器
320:回路滤波器
330:压控振荡器
340:相位零交叉判断电路
350:累加器
760:选择器
770:控制器
880:声音控制装置
S910～S960:调频解调装置的控制方法的各步骤
IN1:输入端
Sin:输入信号
PS1:相位信号
PAS:相位调整信号
FPS:经过滤相位信号
FDDS:频偏判断信号
AAPS:经调整相位信号
FDAS:频偏侦测信号
FA:频偏累计信号
PAS_fall:相位下降侦测信号
PAS_rise:相位上升侦测信号
T1、T2、T3:时间点
具体实施方式
图2是符合本发明实施例的一种调频解调装置200的模块示意图。调频解调装置200可以是调频广播音频接收设备的一部分。于其他实施例中，图2的调频解调装置200也可以应用于无线传输的频移键控(frequency shift keying；FSK)信号接收设备。
调频解调装置200包括输入端IN1、相位转换器110、锁相回路电路230以及频偏侦测器240。调频解调装置200的输入端IN1接收包含有音频的输入信号Sin。于本实施例中，输入信号Sin可以是显示正弦波的强度和相位的改变的同相(in-phase)/正交(quadrature)资料(常称为I/Q资料(I/Q data))。
相位转换器110耦接输入端IN1。相位转换器110接收输入信号Sin以获得相位信号PS1。详细来说，相位转换器110藉由输入信号Sin的频率来判断出输入信号Sin的相位，从而产生相位信号PS1。
锁相回路电路230耦接相位转换器110。锁相回路电路230依据相位信号PS1产生相位调整信号PAS。锁相回路电路230依据相位调整信号PAS调整相位信号PS1，以进行输入信号Sin的解调，并且从而产生经过滤相位信号FPS。换句话说，锁相回路电路230对经由相位转换器110处理后的相位信号PS1进行信号对齐与信号补偿，以产生经过滤相位信号FPS。因此，透过对相位信号PS1进行信号对齐与信号补偿而产生经调整相位信号(请见下述图3及相关描述)、经过滤相位信号FPS与相位调整信号PAS，锁相回路电路230可在输入信号Sin中蕴含的能量(也可以称为是，输入信号Sin的载波振幅)或其信号质量较低的情形下仍能对输入信号Sin中的音频具备较高的灵敏度。
图2的实施例可将经过滤相位信号FPS作为调频解调装置200的输出信号。而在其他的实施例中，应用本实施例者可依其需求，以从锁相回路电路230中的经调整相位信号(请见下述图3及相关描述)、经过滤相位信号FPS与相位调整信号PAS三者选择其中之一来作为调频解调装置200的输出信号，让后端的音频处理设备能够获得所选择的这些信号其中之一中的音频信号。
图2的频偏侦测器240耦接锁相回路电路230。频偏侦测器240依据从锁相回路电路230中获得的相位调整信号PAS产生频偏(frequency offset/shift)判断信号FDDS。频偏判断信号FDDS与输入信号Sin的相位频偏有关。换句话说，本实施例的频偏侦测器240是从锁相回路电路230中获得的相位调整信号PAS来侦测输入信号Sin的相位频偏程度。
图3是符合本发明实施例的一种调频解调装置200的详细模块示意图。图3主要绘示图2中锁相回路电路230以及频偏侦测器240的详细电路结构。图3中的锁相回路电路230包括加法器310、回路滤波器320以及压控振荡器(voltage-controlled oscillator；VCO)330。加法器310从相位转换器110接收相位信号PS1，并加总相位信号PS1以及相位调整信号PAS以产生经调整相位信号AAPS。回路滤波器320耦接加法器310。回路滤波器320接收并过滤经调整相位信号FPS以产生经过滤相位信号FPS。于本实施例中，回路滤波器320可以是低通滤波器。压控振荡器330耦接回路滤波器320。压控振荡器330依据经过滤相位信号FPS产生相位调整信号PAS。于本实施例中，压控振荡器330所产生的相位调整信号PAS以及加法器310作为反馈回路，藉以反馈调整相位信号PS1。
请继续参照图3，频偏侦测器240包括相位零交叉判断电路340以及累加器350。相位零交叉判断电路340接收相位调整信号PAS，判断相位调整信号PAS对于相位信号PS1的调整方向而产生频偏侦测信号FDAS。累加器350耦接相位零交叉判断电路340。累加器350累计频偏侦测信号240以产生频偏累计信号FA。频偏累计信号FA与频偏判断信号FDDS有关，且用以呈现输入信号Sin的相位频偏情形。
图4是符合本发明实施例的一种调频解调装置200中输入信号Sin在没有频偏的情形下各种信号的波形图。图4中呈现以15位呈现的相位信号PS1、以2位呈现的相位调整信号PAS、呈现相位信号PAS的调整方向为第一调整方向的相位下降侦测信号PAS_fall、呈现相位信号PAS的调整方向为第二调整方向的相位上升侦测信号PAS_rise以及以17位呈现的频偏累计信号FA。图4是呈现当输入信号Sin在没有频偏的情形下，图4中频偏侦测器240的各个信号的波形及数值互有增减情形。
请同时参照图3及图4，在此假设频偏累计信号FA所呈现的初始计数值数值为”-8”。当相位调整信号PAS从正号数值(例如，”1”)变为负号数值(例如，”-2”)时，例如图4中的时间点T1及T2，相位下降侦测信号PAS_fall将会致能。于此时，相位零交叉判断电路340将频偏侦测信号FDAS设定成负号预定频偏值，以表示相位信号PAS的调整方向为第一调整方向(亦即，正频偏方向)。并且，累加器350在接收到为第一调整方向(正频偏方向)的相位信号PAS时，便将累加器当中的计数值加1。例如，于时间点T1中，频偏累计信号FA从”-8”变成”-7”；于时间点T2中，频偏累计信号FA从”-7”变成”-6”。
另一方面，当相位调整信号PAS从负号数值(例如，”-2”)变为正号数值(例如，”1”)时，例如图4中的时间点T3，相位上升侦测信号PAS_rise将会致能。于此时，相位零交叉判断电路340将频偏侦测信号FDAS设定成正号预定频偏值，以表示相位信号的调整方向为第二调整方向(亦即，负频偏方向)。并且，累加器350在接收到为第二调整方向(负频偏方向)的相位信号PAS时，便将累加器当中的计数值减1。例如，于时间点T3中，频偏累计信号FA从”-6”变成”-7”。本实施例所述的第一调整方向(正频偏方向)与第二调整方向(负频偏方向)相反。因此，当输入信号Sin在没有频偏的情形下，频偏累计信号FA会在数值”-8”附近跳动，调频解调装置200可藉由此频偏累计信号FA的数值是否变化过大而产生频偏判断信号FDDS，藉以判断输入信号Sin的频偏情形。另一方面，应用本实施例者亦可利用接收此频偏累计信号FA的装置(如，后续描述的图7的控制器及图8的声音控制装置)来判断输入信号Sin的频偏情形。
图5是符合本发明实施例的一种调频解调装置200中输入信号Sin在具备+40KHz频偏的情形下各种信号的波形图。请同时参照图3及图5，因输入信号Sin在具备+40KHz频偏，导致相位信号PS1的数值一直向上递增，使得相位下降侦测信号PAS_fall持续地致能。于此时，相位零交叉判断电路340将频偏侦测信号FDAS设定成负号预定频偏值，以表示相位信号PAS的调整方向为第一调整方向(亦即，正频偏方向)。并且，累加器350在接收到为第一调整方向(正频偏方向)的相位信号PAS时，便将累加器当中的计数值加1。如此一来，将导致频偏累计信号FA的数值从图5中初始的”383”逐步累加至”391”。
图6是符合本发明实施例的一种调频解调装置200中输入信号Sin在具备-40KHz频偏的情形下各种信号的波形图。请同时参照图3及图6，因输入信号Sin具备-40KHz频偏，导致相位信号PS1的数值一直向下递减，使得相位上升侦测信号PAS_rise持续地致能。于此时，相位零交叉判断电路340将频偏侦测信号FDAS设定成正号预定频偏值，以表示相位信号PAS的调整方向为第二调整方向(亦即，负频偏方向)。并且，累加器350在接收到为第二调整方向(负频偏方向)的相位信号PAS时，便将累加器当中的计数值减1。如此一来，将导致频偏累计信号FA的数值从图6中初始的”-1187”逐步递减至”-1201”。
经前述图4至图6的实例中相对于相位信号PS1、相位调整信号PAS以及与频偏判断信号FDDS有关的频偏累计信号FA之后，可知图3的频偏侦测器240确实能够依据从锁相回路电路230中获得的相位调整信号PAS产生频偏判断信号FDDS，从而侦测到输入信号Sin的相位频偏情形。本发明实施例的调频解调装置可藉由频偏判断信号FDDS来对输入信号Sin或后端的音频信号进行自动化调整，从而获得较佳的音频品质。
图7是符合本发明另一实施例的一种调频解调装置700的详细模块示意图。与图3相较，图7的调频解调装置700可以更包括频域转换器750以及选择器760。频域转换器750耦接相位转换器110。频域转换器750依据相位信号PS1产生解调输出信号S2。本实施例的频域转换器可以是离散式频域转换器，例如是Z转换(Z-transform)器，可以用方程式(1-Z)^-1来呈现。
选择器760耦接频域转换器750以及锁相回路电路230。选择器760的第一接收端接收频域转换器750产生的解调输出信号S2。选择器760的第二接收端接收锁相回路电路230产生的经过滤相位信号FPS。选择器760依据输入信号Sin的振幅大小或其信号质量而选择性将解调输出信号S2以及经过滤相位信号FPS其中之一作为调频解调装置700的输出信号。详细来说，当输入信号Sin的振幅或其信号质量大于预定能量值时，因为输入信号Sin的振幅(亦即，输入信号Sin的中蕴含的能量)足够大且频域转换器750在输入信号Sin的振幅足够大、或信号质量较佳的情况下具备较佳的输入信号Sin频率相位变化识别度，因此选择器760可将频域转换器750产生的解调输出信号S2作为调频解调装置700的输出信号。相对地，当输入信号的振幅或其信号质量小于预定能量值时，由于锁相回路电路230在输入信号Sin的振幅(亦即，输入信号Sin的中蕴含的能量)较低、或信号质量较差的情况下具备较佳的输入信号Sin频率相位变化识别度，因此选择器760将锁相回路电路230产生的经过滤相位信号FPS作为调频解调装置700的输出信号。
调频解调装置700可以更包括控制器770。控制器770耦接频偏侦测器240。本实施例中，控制器770可依据频偏判断信号FDDS以自动地调整输入信号Sin的接收频段，从而降低输入信号Sin的频偏情形。
图8是符合本发明再一实施例的一种调频解调装置800的详细模块示意图。与图7相较，图8的调频解调装置800可以更包括声音控制装置880。声音控制装置880耦接频偏侦测器240。本实施例的声音控制装置880可依据频偏判断信号FDDS以调整后端输出的音频信号的声波大小。本实施例中的音频信号与解调后的输入信号Sin有关。也就是说，当输入信号Sin的频偏情形较为严重时，与输入信号Sin有关的音频信号也会有较多的杂音或干扰，本实施例将会在此时自动地调低音频信号的声波大小(也就是，音量)，甚至可以关闭音频信号使其不要播放，避免用户在输入信号Sin的频偏情形较为严重时听到音质不佳且噪音大声的音频信号。
应用本实施例者可以将图7的控制器770以及图8的声音控制装置880相互结合，使得调频解调装置能够利用频偏判断信号FDDS而得知输入信号Sin的频偏情形较为严重时，自动地调低音频信号的声波大小或是自动地调整输入信号Sin的接收频段。并且，应用本实施例者可以利用频偏判断信号FDDS来让调频解调装置具备更多的应用，例如，在得知输入信号Sin的频偏情形较为严重时通知用户更换频道、手动调整输入信号Sin的频段…等。
图9是符合本发明实施例的一种调频解调装置的控制方法的流程图。图9所述的控制方法可应用于本实施例图3、图7及图8的调频解调装置200、700及800。在此以图7的调频解调装置700作为举例。请参照图7及图9，于步骤S910中，相位转换器110接收输入信号Sin。于步骤S920中，透过相位转换器110以依据输入信号Sin获得相位信号PS1。于步骤S930中，透过锁相回路电路230以依据相位信号PS1产生相位调整信号PAS。锁相回路电路230依据相位调整信号PAS调整相位信号PS1，以进行输入信号Sin的解调，而产生经过滤相位信号FPS。于步骤S940中，频偏侦测器240依据相位调整信号PAS产生频偏判断信号FDDS，其中频偏判断信号FDDS与输入信号Sin的相位频偏有关。
特别说明的是，步骤S950是对应图7中的控制器770，步骤S960则是对应图8中的声音控制装置880。于步骤S950中，图7中的控制器770依据频偏判断信号FDDS以自动地调整输入信号Sin的接收频段。于步骤S960中，图8中的声音控制装置880依据频偏判断信号FDDS以自动地调整音频信号的声波大小，且此音频信号与解调后的输入信号Sin有关。图9中各步骤的相关实施例及说明请参照前述各图式及实施例。
综上所述，本发明实施例的调频解调装置及其控制方法藉由锁相回路电路来对经由相位转换器处理后的信号(亦即，相位信号)进行信号对齐与信号补偿，藉以在所接收数据中蕴含的能量或其信号质量较低的情形下仍能对所接收数据中的音频具备较高的灵敏度。并且，本实施例的调频解调装置还利用频偏侦测器以从锁相回路电路处理后的信号(亦即，相位调整信号)中判断目前相位信号的频偏情形，从而产生频偏判断信号。藉此，当调频解调装置藉由频偏判断信号得知输入信号的频偏情形过大时，可自动地调整输入信号的接收频段以降低频偏情形，或是自动地降低音频信号的音量，用户能调频解调装置而获得更佳的音频质量。

Claims (16)

1.一种调频解调装置，其特征在于，包括：
一输入端，接收一输入信号；
一相位转换器，耦接该输入端，接收该输入信号以获得一相位信号；
一锁相回路电路，耦接该相位转换器，依据该相位信号产生一相位调整信号，且该锁相回路电路依据该相位调整信号调整该相位信号，以进行该输入信号的解调；以及
一频偏侦测器，耦接该锁相回路电路，依据从该锁相回路电路中获得的该相位调整信号产生一频偏判断信号，其中该频偏判断信号与该输入信号的相位频偏有关。
2.如权利要求1所述的调频解调装置，其特征在于，其中该锁相回路电路包括：
一加法器，从该相位转换器接收该相位信号，并加总该相位信号以及该相位调整信号以产生一经调整相位信号；
一回路滤波器，耦接该加法器，接收并过滤该经调整相位信号以产生一经过滤相位信号；以及
一压控振荡器，耦接该回路滤波器，依据该经过滤相位信号产生该相位调整信号。
3.如权利要求1所述的调频解调装置，其特征在于，其中该频偏侦测器包括：
一相位零交叉判断电路，接收该相位调整信号，判断该相位调整信号对于该相位信号的调整方向而产生一频偏侦测信号；以及
一累加器，耦接该相位零交叉判断电路，累计该频偏侦测信号以产生一频偏累计信号，其中该频偏累计信号与该频偏判断信号有关，且以呈现该输入信号的相位频偏情形。
4.如权利要求3所述的调频解调装置，其中该相位零交叉判断电路判断该相位调整信号是否从正号数值变为负号数值，或是判断该相位调整信号是否从负号数值变为正号数值，
当相位调整信号从正号数值变为负号数值时，该相位零交叉判断电路将该频偏侦测信号设定成一正号预定频偏值，以表示该相位信号的调整方向为一第一调整方向；
当相位调整信号从负号数值变为正号数值时，该相位零交叉判断电路将该频偏侦测信号设定成一负号预定频偏值，以表示该相位信号的调整方向为一第二调整方向，其中该第一调整方向与该第二调整方向相反。
5.如权利要求2所述的调频解调装置，其特征在于，其中该锁相回路电路的该经调整相位信号、该经过滤相位信号与该相位调整信号的其中之一作为该调频解调装置的一输出信号。
6.如权利要求1所述的调频解调装置，其特征在于，更包括：
一频域转换器，耦接该相位转换器，依据该相位信号产生一解调输出信号。
7.如权利要求6所述的调频解调装置，其特征在于，更包括：
一选择器，耦接该频域转换器以及该锁相回路电路，该选器的一第一端接收该频域转换器产生的该解调输出信号，该选择器的一第二端接收该锁相回路电路产生的一经过滤相位信号，
其中该选择器依据该输入信号的振幅大小或该输入信号的信号质量而选择性将该解调输出信号以及该经过滤相位信号其中之一作为该调频解调装置的一输出信号。
8.如权利要求7所述的调频解调装置，其特征在于，当该输入信号的振幅或该输入信号的信号质量大于一预定能量值时，该选择器将该频域转换器产生的该解调输出信号作为该调频解调装置的该输出信号；以及
当该输入信号的振幅或该输入信号的信号质量小于该预定能量值时，该选择器将该锁相回路电路产生的该经过滤相位信号作为该调频解调装置的该输出信号。
9.如权利要求1所述的调频解调装置，其特征在于，更包括：
一控制器，耦接该频偏侦测器，
其中该控制器依据该频偏判断信号以调整该输入信号的接收频段。
10.如权利要求1所述的调频解调装置，其特征在于，更包括：
一声音控制装置，耦接该频偏侦测器，
其中该声音控制装置依据该频偏判断信号以调整一音频信号的声波大小，且该音频信号与解调后的该输入信号有关。
11.一种调频解调装置的控制方法，其特征在于，包括：
接收一输入信号；
透过一相位转换器以依据该输入信号获得一相位信号；
透过一锁相回路电路以依据该相位信号产生一相位调整信号，其中该锁相回路电路依据该相位调整信号调整该相位信号，以进行该输入信号的解调；以及
依据该相位调整信号产生一频偏判断信号，其中该频偏判断信号与该输入信号的相位频偏有关。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，产生该频偏判断信号包括：
判断该相位调整信号对于该相位信号的调整方向而产生一频偏侦测信号；以及
累计该频偏侦测信号以产生一频偏累计信号，其中该频偏累计信号与该频偏判断信号有关，且以呈现该输入信号的相位频偏情形。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，判断该相位调整信号对于该相位信号的调整方向而产生该频偏侦测信号包括：
判断该相位调整信号是否从正号数值变为负号数值，或是判断该相位调整信号是否从负号数值变为正号数值；
当相位调整信号从正号数值变为负号数值时，将该频偏侦测信号设定成一正号预定频偏值，以表示该相位信号的调整方向为一第一调整方向；以及
当相位调整信号从负号数值变为正号数值时，将该频偏侦测信号设定成一负号预定频偏值，以表示该相位信号的调整方向为一第二调整方向，其中该第一调整方向与该第二调整方向相反。
14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，更包括：
依据该相位信号并藉由一频域转换器产生一解调输出信号；
依据该输入信号的振幅大小或该输入信号的信号质量而选择性将该解调输出信号以及该锁相回路电路产生的一经过滤相位信号其中之一作为该调频解调装置的一输出信号；
当该输入信号的振幅或该输入信号的信号质量大于一预定能量值时，将该频域转换器产生的该解调输出信号作为该调频解调装置的该输出信号；以及
当该输入信号的振幅或该输入信号的信号质量小于该预定能量值时，将该锁相回路电路产生的该经过滤相位信号作为该调频解调装置的该输出信号。
15.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，更包括：
依据该频偏判断信号以调整该输入信号的接收频段。
16.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，更包括：
依据该频偏判断信号以调整一音频信号的声波大小，且该音频信号与解调后的该输入信号有关。
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