CN1187889C - 幅度调制信号的解调装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一个对由频率为f_o的正弦信号经频率为f_m的信号用不知道的调制比进行调幅而得到的调制信号进行解调的装置。这装置中有一晶体管(10)，在它的栅极接入输入信号(E_t)便在这晶体管(10)输出一导出信号(S_t)等于前述的调制信号的N次幂，N是大于1的整数。且在晶体管的输出端有一滤波器，用来选取f_m的频率分量。述及的装置可以用来对无接触便携物的识别系统中的扫描器接收到的调幅信号进行解调。

Description

幅度调制信号的解调装置

本发明涉及的是对幅度调制信号的解调，此述的信号是无接触便携装置上的阅读器传输的基波信号经幅度调制后为一无接触便携装置的阅读器所接收的信号。本发明特别涉及一种具有低廉造价的这种装置。

对无接触便携物的识别系统在当今的许多应用的领域都有广泛的使用，其应用之一便是无接触ISO卡，这是一种在各种领域中应用越来越广泛的系统。因而这样的卡在运输领域中得到发展，以推荐给其用户使用用来简化他的在车站和过路费中的支付。

人们预想使用ISO卡这样的不同大小的便携物，例如尺寸缩小的运输票据。这些大小不同的便携物根据物件之不同需要的天线非常不同，物件与阅读器之间的最佳距离亦不同。另外，在对于同一个阅读不同类型的便携物所出现的距离可以不同，这样，一个ISO式的卡所具有的阅读距离可以在0至8cm之间，于是，一个票据型的运输凭证则要求在0到3cm之间。

于是，无接触的阅读端或阅读器按照一个常数比(例如10％)发送调幅信号，无接触便携物用相同基波频率的调幅射信号响应，而调制比并非是个常数。实际上，调制比是无接触物吸收的能量与阅读器发射的能量之比。而如发射的能量为常数，则吸收的能量就不是常数，它决定于：

——无接触物与阅读端之间的距离。阅读器发射的能量随距离而减少，因而无接触物吸收的能量也随距离而减少，而且

——用于对无接触物供给能量和进行通讯的天线的大小。在电感一定的情况下，天线越大，则无接触物的吸收越高，因而调制比随着无接触物的位置而变化。

现今，有多种系统用来对一个调幅信号进行解调。一种传统的对调幅信号进行解调的装置是使用峰值检测。这是由串接的二极管与并联的RC电路组成的。尽管这种系统很便宜，然它具有缺陷：R和C的值与调制比有关。换言之，如这个装置对给定的调制比有效，而当调制比变化时则其有效性就丧失贻尽。而这正是前述的无接触系统的情况。

另一种解调装置是使用一个混频器。混频器实现调幅的基波信号与未调制的基波信号的相乘。在滤波之后，调制信号从别的信号中分离出来。与前面的装置相反，不管调制比是多少，这种装置都能进行解调。然而这种装置也有缺陷：除一个混频器(一般为一晶体管)之外还需要一个锁相环(PLL)，锁相环用来生成一个没有相位调制的基波信号。不好的是这种装置的成本太高，因为锁相环的造价高于混频线路的造价100倍。

最后，文献WO/42948描述了一种调幅信号解调的复杂装置，是将两个解调器组合起来。其中第一个解调器有两个场效应晶体管，用来作用于一个100％调制的信号上，第二个解调器是用来作用在一个调制小于100％的信号上，这第二个调制器中的场效应管不超过7个。

因此，本发明的目的就是提供对调制时有任意调制比的调幅信号的解调的一种简单装置。

本发明的另一目的是提供一种只需要一个晶体管的调幅信号的解调器。

本发明还有一个目就是提供一种由无接触物传输给无接触物识别系统(如一运输网中的存取系统)中的阅读器的调幅信号的解调装置。

于是，本发明的目标是一种将一个调制信号解调的装置。这里所说的调制信号是由一个频率为f_o的正弦信号被频率为f_m的信号按不知道的调制比调幅而得到的。这种装置中有一晶体管，其栅极接入调制信号，以在晶体管的输出处得到调制信号N次方的导出信号(N为大于1的整数)。这个装置中还有一个滤波器，和晶体管的输出相接，用于选取半导体输出的信号中的频率为f_m的分量。

根据本发明的一种理想的实施方式，述及的解调装置中有一个场效应管，其输出信号中有一主分量，等于输入信号的平方。这个装置中还有一个反谐振电路，用来在晶体管的输出信号中选取f_m频率分量。

阅读后面的说明将清楚地看出本发明的目的、目标和优越性。后面的说明参照的附图是：

图1是根据本发明的解调装置的一种理想的实施方式，而

图2是在根据本发明的解调装置中所实施的功能的方框图。

图1示出的电子装置是本发明的装置的一种理想的实施方式，其中输入信号E_t是由频率为f_o的基波信号被频率为f_m的调制信号进行幅度调制得到的，将这个信号通过电容器12作用在场效应管10的栅极(点1)上，电容器12的作用是去掉输入信号中的直流分量。

输入信号由式

        E_t＝[Acos(2πf_ot)]*[1+mcos(2πf_mt)]给出，其中，f_o是基波频率(例如13.56MHz)，而f_m是调制信号的频率(例如847KHz)

应该记住，这个栅极是偏置的，因为电阻14和16是串联在电位O到Vcc之间。

根据所使用的技术(MOS管是N型或P型)，电位Vcc可以是正，亦可是负，这对本发明的原理是没有差别的。

晶体管输出处(点3)的漏极电流便由式

$I_d={(V_p+E_t)}^2\·\frac{\mathrm{Idss}}{{\left(V_p\right)}^2}$

给出。其中Idss是晶体管的饱和电流，而V_p是晶体管的夹断电压。

因此，上面方程中的一项为

$\frac{\mathrm{Idss}}{{\left(V_p\right)}^2}\·E_t^2$

如果E_t由它的值替换并平方，则该项为

$A^2\·m\·\frac{\mathrm{Idss}}{{\left(V_p\right)}^2}\cos \left(2{\mathrm{\πf}}_{m}t\right)$

这样，晶体管在点3的输出信号作用到反谐振电路，这个反谐振电路是由电感18和电容20构成的，选择电感18和电容20的值，使反谐振电路与频率f_m共振。需要记住，电阻22和电感18串联，构成反谐振电路的一部分并具有值r，而且处在晶体管10的点2和O电位间的电阻24用于使晶体管偏置。

由电感18和电容20构成的带除电路的作用就像是一个滤波器，用来通过电容26选取频率为f_m的分量。电容26是用来除去信号中的直流分量。于是输出信号S_t的方程为：

$S_t=R\·A^2\·m\·\frac{\mathrm{Idss}}{{\left(V_p\right)}^2}\·\cos \left({2\mathrm{\πf}}_{m}t\right)$

其中

$R=\frac{{(L\·2\mathrm{\π}{f}_m)}^2}{2}$

及L·C·(2πf_mt)²＝1

晶体管的二次特性是来自晶体管10(MOS，CMOS)…技术)的特性，这种晶体管可以得到最好的效率。然而，这种特性是来自半导体二极管的非线性。半导体二极管生成这种非线性是由于高电平输入信号(例如1伏)，在多个谐波中损失了许多能量。这可将半导体二极管比作是将输入信号提高N次方的传递函数，其中从0级到N级谐波都有。

使用这种特性就可以得到一个解调装置，如图2所示，其中输入信号E_t30被晶体管32提高N次方，这个信号再由滤波器滤波，仅仅采集具有所需频率f_m的输出信号S_t36。

需要记住，滤波器34可以是一个带通滤波器，但在频率为f_m的信号为频率最低的信号的情况下，亦可为一低通滤波器，N次方提高的信号E_t的其它各分量或是将具有f_m的倍频，或是接近频率f_o，或f_o的一个倍频，f_o远大于f_m。

可以用于本发明的所有的晶体管都能进行幅度解调而不论其调制比，然而信噪比却要低于二次特性晶体管的信噪比，它生成了多个谐波。

作为上面描述目标的装置，可以用来对无接触便携物的识别系统的阅读器接收到的调幅信号进行解调，亦可用在智能卡或票据中，对前述系统阅读器传输的调辐信号进行解调。

尽管根据本发明的装置的理想使用是在无接触便携物的识别系统的范畴，然它可用于一切不准确知道调制比的调幅信号解调的需要，且价格低廉。

Claims (5)

1.一种在阅读器中用于对由一个频率为f_o的基波信号经一个频率为f_m的信号以一个未知的调制比进行调幅而得到的调制信号进行解调的装置，所述的被调制的基波信号是从一个便携物接收的；

所述的装置的特征在于其中包括一晶体管(10)，在晶体管的栅极接入所述的被调制的基波信号(E_t)，以在所述晶体管的输出处得到一个导出信号(S_t)，该导出信号(S_t)为所述被调制的基波信号的N次方，N是一个大于1的整数，上述装置还包括一带通滤波器，用来在晶体管的输出信号中选取频率为f_m的分量。

2.根据权利要求1的装置，其中所述带通滤波器用来在输出的信号(S_t)中仅选出f_m频率分量。

3.根据权利要求1或2的装置，其中的所述的晶体管是一场效应晶体管(10)，所述场效应管的漏极输出其电流(I_d)具有如下方程的输出信号，该电流方程为

$I_d={(V_p+E_t)}^2\·\frac{\mathrm{Idss}}{{\left(V_p\right)}^2}$

此处，Idss是晶体管的饱和电流，而V_p是晶体管的夹断电压。

4.根据权利要求3的装置，其中的所述的带通滤波器是一个在频率f_m共振的反谐振电路(18、20、22)。

5.根据权利要求1或2的装置，其中的所述的晶体管(10)是一个对高电平输入信号生成非线性的半导体二极管。

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