CN114731137A

CN114731137A - 用于数据传输的设备和方法

Info

Publication number: CN114731137A
Application number: CN202080079932.3A
Authority: CN
Inventors: A·万耶科; M·布索瑞斯
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2022-07-08
Also published as: DE102020006742A1; US20220400039A1; EP4062531A1; WO2021098981A1

Abstract

本发明涉及一种用于数据传输的设备，其包括用于产生频率调制的输出信号(S5)的发送器(10)。该发送器(10)具有用于将输出信号(S5)的输出频率调节到载波频率上的锁相回路(30)和用于将数据流(S1)耦合到锁相回路(30)中的耦合电路(20)，其中利用耦入的数据流(S1)频率调制的输出信号(S5)具有时间上可变的输出频率，并且其中耦合电路(20)包括补偿单元(22)，该补偿单元将补偿信号(S2)耦合到锁相回路(30)中，该补偿信号至少近似地将由锁相回路(30)执行的输出频率调节到载波频率上。本发明还涉及一种用于借助根据本发明的设备进行数据传输的方法。

Description

用于数据传输的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于数据传输的设备，其包括用于生成频率调制/调频的输出信号的发送器。本发明还涉及一种用于借助根据本发明的设备进行数据传输的方法。

背景技术

由现有技术已知频率调制，以进行传输数据。在此涉及一种调制方法，其中载波频率通过待传输的信号改变。频率调制相对于其它调制方法——例如振幅调制——能够实现信息信号的更高的动态性范围。此外，频率调制不太容易受到干扰的影响。

从文献“A 10Mb/s hybrid Two Points Modulation with Front Check Selectand Dual-Path DCO Modulation(具有前端检查选择和双路径DCO调制的10Mb/s混合两点调制)”中已知一种用于产生输出信号的调制器。调制器具有也称为“锁相回路(PLL)”的锁相环，该锁相环具有也称为“压控振荡器(VCO)”的压控振荡器。

文章“用于相移键控调制方案的低功率发射机”(2006IEEE)公开了一种用于生成输出信号的调制系统。该调制系统同样具有带压控振荡器的锁相回路。

从文献EP 1 318 598 A1中已知一种具有跟踪振荡器的锁相回路。跟踪振荡器的输出信号在此与参考信号比较。由补偿单元将补偿信号输送给回路滤波器，由此可以补偿信号偏移。

由文献EP 0 961 412 A1已知了一种频率发生器，该频率发生器具有压控振荡器和锁相回路。

从文献US 5,920,556中已知一种用于频率合成的方法。在此，产生补偿的误差信号并且将其输送给压控振荡器。

为了在锁相回路中的压控振荡器的输出端上获得调制的输出信号(该输出信号可以用于数据传输)，给压控振荡器的输入端加载控制信号。控制信号包括直流分量，该直流分量与偏移叠加。偏移取决于待传输的数据流的位模式。如果通过位模式使偏移持续，从而输出信号具有与载波频率相比改变的、尤其是提高的输出频率，则锁相回路随着时间调节回到原始的载波频率。在这种情况下，对于作为通信伙伴的输出信号接收器来说，无法实现输出信号的正确解调。

发明内容

因此，本发明的目的在于，改进用于借助频率调制进行数据传输的设备和方法。在此，尤其应当能够实现具有相对高的带宽的数据传输，其中在数据传输期间保持输出信号的输出频率与载波频率的所需偏差。

该目的通过具有在权利要求1中所说明的特征的用于数据传输的设备实现。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。该目的也通过具有在权利要求7中说明的特征的用于数据传输的方法实现。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。

这种用于数据传输的设备包括用于生成频率调制的输出信号的发送器。频率调制的输出信号尤其是具有信号段的时间序列，这些信号段分别具有至少近似恒定的信号频率。在此，至少一个信号频率与载波频率不同。

根据本发明，发送器具有用于将输出信号的输出频率调节到载波频率上的锁相回路。同样地，发送器具有用于将数据流耦入到锁相回路中的耦合电路。在此，利用耦入的数据流进行频率调制的输出信号具有时间上可变的输出频率。耦合电路在此包括补偿单元，该补偿单元将补偿信号耦合到锁相回路中。在此，补偿信号至少近似地补偿由锁相回路实施的将输出频率调节到载波频率上的调节。

由发送器产生的输出信号的输出频率在此可根据耦入的数据流被调整到多个信号频率上，其中，至少一个信号频率与载波频率不同。这种恰好具有两个信号频率的调制方法也被称为“频移键控(Frequency Shift Keying)”(FSK)。这种具有多于两个信号频率的调制方法也被称为“多频移键控”(MFSK)。通过补偿信号的耦入，有利地防止了被设定成信号频率的输出频率朝着载波频率漂移。因此，在数据传输期间保持了输出频率与载波频率的所需偏差。

根据本发明的一个有利的设计方案，发送器的耦合电路具有用于将待耦入的数据流和补偿信号相加成校正信号的相加点。耦合电路在此将校正信号耦入锁相回路中。因此，仅需要将信号、即校正信号耦入到锁相回路中。在此，这样的相加点在电路技术上可以相对简单地实现。

根据本发明的一个优选设计方案，锁相回路具有用于产生输出信号的压控振荡器、用于产生调节信号的调节器和用于将调节信号与校正信号相加成为控制信号的加和点。在此，控制信号施加在振荡器上。输出信号的输出频率至少近似地与控制信号的电压成比例。校正信号在此尤其是被耦合电路耦入到锁相回路中。

发送器的锁相回路例如构造为用于实施雷达测量的雷达发送器。因此，可使用现有的雷达发送器来借助于频率调制进行数据传输。因此，不需要用于生成调频输出信号的额外的单独电路。输出频率可以相对快速地从一个信号频率变换到另一个信号频率。在锁相回路中实施的将输出偏离朝向载波频率的调节是相对缓慢的，尤其是在锁相回路的调节器具有PT1特性或PT2特性的情况下。在锁相回路中的相对缓慢的调节通过由补偿单元产生的补偿信号至少近似地补偿。

根据本发明的一个有利的改进方案，补偿单元具有补偿输入端，在该补偿输入端上施加调节信号。在此，调节信号尤其是由锁相回路的调节器产生。此外，补偿单元有利地具有用于产生补偿信号的补偿输出端。

根据本发明的另一有利的改进方案，耦合电路具有开关单元，耦合电路借助该开关单元可以被切换到数据传输模式中和雷达模式中。在数据传输模式中将数据流和补偿信号耦入到锁相回路中。在雷达模式中，不发生数据流和补偿信号到锁相回路中的耦入。当发送器的锁相回路是雷达发送器时，则发送器例如可以交替地用于数据传输以及用于执行雷达测量。

根据本发明的借助于根据本发明的用于数据传输的设备进行数据传输的方法，由发送器产生频率调制的输出信号。由耦合电路将数据流耦合到锁相回路中，使得利用耦入的数据进行频率调制的输出信号具有时间上可变的输出频率。补偿信号从补偿单元耦入到锁相回路中，通过该锁相回路至少近似地补偿由锁相回路执行的、将输出频率调节到载波频率上的调节。

由发送器产生的输出信号的输出频率在此根据耦入的数据流被设定到多个信号频率上，其中至少一个信号频率与载波频率不同。通过补偿信号的耦入，有利地防止了被设定到信号频率上的输出频率朝着载波频率漂移。因此，在数据传输期间保持了输出频率与载波频率的所需偏差。

根据本发明的一个有利的设计方案，在耦合电路的相加点上，将数据流和补偿信号加和成校正信号。在此，由耦合电路将校正信号耦入到锁相回路中。因此，仅一个信号、即校正信号被耦入到锁相回路中。信号在相加点上的这种相加在电路技术上可以相对简单地实现。

根据本发明的一个优选的设计方案，输出信号由锁相回路的压控振荡器产生。此外，由锁相回路的调节器产生调节信号。在锁相回路的加和点处，调节信号和校正信号被相加为控制信号。控制信号被施加到振荡器。在此，输出信号的输出频率至少近似地与控制信号的电压成比例。校正信号在此尤其是被耦合电路耦入到锁相回路中。

发送器的锁相回路例如构造为用于实施雷达测量的雷达发送器。因此，现有的雷达发送器被用于借助于频率调制进行数据传输。因此，不需要用于生成频率调制的输出信号的额外的单独电路。输出频率可以相对快速地从一个信号频率变换成另一个信号频率。在锁相回路中实施的将输出频率朝向载波频率的调节是相对缓慢的，尤其是在锁相回路的调节器具有PT1特性或PT2特性的情况下。锁相回路中的该相对缓慢的调节通过由补偿单元产生的补偿信号至少近似地补偿。

根据本发明的一个有利的改进方案，在补偿单元的补偿输入端上施加调节信号。在此，调节信号尤其是由锁相回路的调节器产生。此外，由补偿单元的补偿输出端产生补偿信号。

根据本发明的另一有利的改进方案，耦合电路借助于开关单元以时间顺序在数据传输模式中和雷达模式中进行切换。在数据传输模式中，数据流和补偿信号被耦入到锁相回路中。在雷达模式中，不发生数据流和补偿信号到锁相回路中的耦入。当发送器的锁相回路是雷达发送器时，则发送器例如交替地用于数据传输和执行雷达测量。

另外的优点由从属权利要求给出。本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员，尤其是从提出的目的和/或通过与现有技术相比较而提出的目的，可得到权利要求和/或单个权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其它合理的组合可能性。

附图说明

现在根据附图详细解释本发明。本发明不限于在附图中示出的实施例。附图仅示意性地示出本发明的主题。附图示出：

图1：发送器的示意图，

图2：数据流的时间变化曲线，

图3：补偿信号的时间变化曲线，

图4：修正信号的时间变化曲线，

图5：调节信号的时间变化曲线，

图6：控制信号的时间变化曲线，

图7：在没有补偿的情况下的控制信号的时间变化曲线，

图8：输出信号的输出频率的时间变化曲线，

图9：在没有补偿的情况下的输出信号的输出频率的时间变化曲线。

具体实施方式

图1示出用于数据传输的设备的发送器10的示意图。发送器10用于生成调频输出信号S5。发送器10包括锁相回路30和耦合电路20。锁相回路30在此是雷达发送器并且用于执行雷达测量。

锁相回路30包括压控振荡器32，由该压控振荡器产生具有可变输出频率的输出信号S5。锁相回路30还包括放大器38，由该放大器38将所述输出信号S5放大为具有相同的可变的输出频率的放大的输出信号S7。

锁相回路30包括分频器40，由压控振荡器32产生的输出信号S5被输送给该分频器。分频器40具有当前整数的分频比。分频器40产生输入信号S8，该输入信号的输入频率相当于输出信号S5的输出频率除以分频比。

锁相回路30包括探测器42，具有参考频率的参考信号S10被输送给该探测器。还将由分频器40产生的具有输入频率的输入信号S8提供给探测器42。探测器42将参考信号S10的参考频率与输入信号S8的输入频率进行比较。探测器42输出错误信号S9。探测器42尤其包括用于输出误差信号S9的电荷泵。误差信号S9与参考信号S10的参考频率以及与参考信号S10和输入信号S8之间的差相关。

锁相回路30包括调节器34，误差信号S9被输送给该调节器。由调节器34产生调节信号S4。调节器34具有PT1特性或PT2特性。调节信号S4是模拟信号，该模拟信号的电压是由振荡器32产生的输出信号S5的待调节的输出频率的度量。

锁相回路30包括加和点36。在加和点36处，调节信号S4和校正信号S3被加和成控制信号S6。控制信号S6被施加到振荡器32。由振荡器32产生的输出信号S5的输出频率在此与控制信号S6的电压成比例。

耦合电路20具有开关单元28。借助开关单元28可以将耦合电路20切换到数据传输模式以及切换到雷达模式。开关单元28生成例如二进制开关信号S11。在开关信号S11中，对耦合电路20所切换的模式进行编码。

耦合电路20包括补偿单元22，开关信号S11被输送给该补偿单元。补偿单元22具有补偿输入端25，该补偿输入端在此包括模拟数字转换器。将调节信号S4输送给补偿输入端25。补偿单元22还具有补偿输出端26，该补偿输出端在此包括数字模拟转换器。当耦合电路20被切换到数据传输模式中时，由补偿输出端26产生补偿信号S2。

输入数据流S0被输送给开关单元28。当耦合电路20被切换到数据传输模式时，切换单元28产生与输入数据流S0对应的数据流S1。可能情况下，开关单元28对输入数据流S0执行电平调整或调制。数据流S1当前是二进制信号并且具有状态“0”或者状态“1”。

耦合电路20具有相加点24。在相加点24处，数据流S1和补偿信号S2被相加成校正信号S3上。校正信号S3耦入到锁相回路30中。特别是，修正信号S3被输送给加和点36。

图2示例性地示出了数据流S1的时间变化曲线，该数据流S1在此是二进制信号。在横坐标上绘制了时间t，在纵坐标上绘制了数据流S1的电压V。数据流S1的电压V首先具有对应于状态“0”的电压值。在时刻t0，数据流S1改变其状态，并且其电压V现在跳到与状态“1”对应的电压值。对应于状态“0”的电压值在此大于对应于状态“1”的电压值。

图3示例性地示出了补偿信号S2的时间变化曲线。在横坐标上绘制了时间t，在纵坐标上绘制了补偿信号S2的电压V。首先，补偿信号S2的电压值是恒定的。从时刻t0起，补偿信号S2的电压值连续地上升。

图4示例性地示出了修正信号S3的时间变化曲线。在横坐标上绘制时间t，在纵坐标上绘制校正信号S3的电压V。首先，修正信号S3的电压值是恒定的。在时刻t0，校正信号S3的电压V跳到较高的电压值。从时间点t0开始，校正信号S3的电压值连续地上升。修正信号S3的电压值相当于数据流S1与补偿信号S2的电压值之和。

图5示例性地示出了调节信号S4的时间变化曲线。在横坐标上绘制了时间t，在纵坐标上绘制了调节信号S4的电压V。首先，调节信号S4的电压值是恒定的。从时刻t0起，调节信号S4的电压值连续下降。补偿信号S2尤其是从时刻t0起与调节信号S4互补。因此，调节信号S4的下降通过补偿信号S2的上升来补偿。

图6示例性地示出了控制信号S6的时间变化曲线。在横坐标上绘制了时间t，在纵坐标上绘制了控制信号S6的电压V。首先，控制信号S6的电压值是恒定的。在时刻t0处，控制信号S6的电压V跳到较高的电压值。控制信号S6的电压值相当于校正信号S3与调节信号S4的电压值之和。

为了比较，图7示出了在没有补偿的情况下、即在没有产生补偿信号S2的情况下控制信号S6的时间变化曲线。在横坐标上绘制了时间t，在纵坐标上绘制了控制信号S6的电压V。首先，控制信号S6的电压值是恒定的。在时刻t0处，控制信号S6的电压V跳到较高的电压值。从时刻t0起，控制信号S6的电压值连续下降。在这种情况下，控制信号S6的电压值相当于数据流S1的电压值和调节信号S4的电压值之和。

图8示例性地示出了输出信号S5的输出频率的时间变化曲线。在横坐标上绘制了时间t，在纵坐标上绘制了频率f。输出信号S5的输出频率首先具有第一信号频率。在时刻t0，输出信号S5的输出频率跳到第二信号频率。第二信号频率在此高于第一信号频率。

在此，输出信号S5的输出频率与数据流S1的电压值相关。当数据流S1的电压值对应于状态“0”时，输出信号S5的输出频率具有第一信号频率。当数据流S1的电压值对应于状态“1”时，输出信号S5的输出频率具有第二信号频率。

为了比较，图9示出了在没有补偿的情况下、即在没有产生补偿信号S2的情况下输出信号S5的输出频率的时间变化曲线。在横坐标上绘制了时间t，在纵坐标上绘制了频率f。输出信号S5的输出频率首先具有第一信号频率。在时刻t0，输出信号S5的输出频率跳到第二信号频率。从时刻t0起，输出信号S5的输出频率连续下降。

第一信号频率当前相应于载波频率，第二信号频率与载波频率不同。从时刻t0起，锁相回路30将输出信号S5的输出频率调节到载波频率上。输出信号S5的输出频率从时刻t0起的变化曲线尤其是由调节器34的特性决定。当前，调节器34具有PT1特性或PT2特性。因此，输出信号S5的输出频率渐近地接近载波频率。

附图标记列表：

10 发送器

20 耦合电路

22 补偿单元

24 相加点

25 补偿输入端

26 补偿输出端

28 开关单元

30 锁相回路

32 振荡器

34 调节器

36 加和点

38 放大器

40 分频器

42 探测器

S0 输入数据流

S1 数据流

S2 补偿信号

S3 修正信号

S4 调节信号

S5 输出信号

S6 控制信号

S7 放大的输出信号

S8 输入信号

S9 错误信号

S10 参考信号

S11 开关信号

V 电压

t 时间

t0 时刻

f 频率

Claims

1.一种用于数据传输的设备，其包括：

用于产生频率调制的输出信号(S5)的发送器(10)，

其特征在于，

发送器(10)具有锁相回路(30)，该锁相回路用于将所述输出信号(S5)的输出频率调节到载波频率上，

发送器具有耦合电路(20)，该耦合电路用于将数据流(S1)耦入到锁相回路(30)中，

其中，利用耦入的数据流(S1)进行频率调制的输出信号(S5)具有在时间上变化的输出频率，

其中，耦合电路(20)包括补偿单元(22)，

该补偿单元将补偿信号(S2)耦入到锁相回路(30)中，该补偿信号至少近似地补偿由锁相回路(30)执行的、将输出频率调节到载波频率上的调节。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，

耦合电路(20)具有相加点(24)，相加点用于将数据流(S1)与补偿信号(S2)相加成修正信号(S3)，并且

耦合电路(20)将校正信号(S3)耦入到锁相回路(30)中。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，

其特征在于，

锁相回路(30)包括：用于产生输出信号(S5)的压控振荡器(32)、用于产生调节信号(S4)的调节器(34)，和用于将调节信号(S4)与校正信号(S3)加和成控制信号(S6)的加和点(36)，

其中，将控制信号(S6)施加到振荡器(32)上，

并且其中，输出信号(S5)的输出频率至少近似地与控制信号(S6)的电压成比例。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，

其特征在于，

发送器(10)的锁相回路(30)被构造为用于实施雷达测量的雷达发送器。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，

其特征在于，

补偿单元(22)具有补偿输入端(25)和补偿输出端(26)，在该补偿输入端上施加调节信号(S4)，该补偿输出端用于产生补偿信号(S2)。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的设备，

其特征在于，

耦合电路(20)具有开关单元(28)，耦合电路(20)借助于所述开关单元能被切换到数据传输模块中和雷达模式中，

在数据传输模式中，数据流(S1)和补偿信号(S2)被耦入到锁相回路(30)中，

在雷达模式中不发生数据流(S1)和补偿信号(S2)到锁相回路(30)中的耦入。

7.用于借助根据上述权利要求中至少一项所述的设备进行数据传输的方法，

其特征在于，

由发送器(10)产生经频率调制的输出信号(S5)，

由耦合电路(20)将数据流(S1)耦入到锁相回路(30)中，从而利用耦入的数据流(S1)进行频率调制的输出信号(S5)具有时间上变化的输出频率，

其中，由补偿单元(22)将补偿信号(S2)耦入到锁相回路(30)中，通过该补偿信号(S2)至少近似地补偿由锁相回路(30)执行的、将输出频率调节到载波频率上的调节。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

在耦合电路(20)的相加点(24)上将数据流(S1)与补偿信号(S2)相加为校正信号(S3)，

耦合电路(20)将校正信号(S3)耦入到锁相回路(30)中。

9.根据权利要求7至8中至少一项所述的方法，

其特征在于，

由锁相回路(30)的压控振荡器(32)产生输出信号(S5)，

由锁相回路(30)的调节器(34)产生调节信号(S4)，

在锁相回路(30)的加和点(36)上将调节信号(S4)与校正信号(S3)加和成控制信号(S6)，

将控制信号(S6)施加到振荡器(32)，

其中，输出信号(S5)的输出频率至少近似地与所述控制信号(S6)的电压成比例。

10.根据权利要求7至9中至少一项所述的方法，

其特征在于，

11.根据权利要求7至10中至少一项所述的方法，

其特征在于，

在补偿单元(22)的补偿输入端(25)上施加调节信号(S4)，由补偿单元(22)的补偿输出端(26)产生补偿信号(S2)。

12.根据权利要求7至11中至少一项所述的方法，

其特征在于，

耦合电路(20)借助于开关单元(28)以时间顺序在数据传输模式中和雷达模式中进行切换，

在数据传输模式中，将数据流(S1)和补偿信号(S2)耦入到锁相回路(30)中，

在雷达模式中，不发生数据流(S1)和补偿信号(S2)到锁相回路(30)中的耦入。