CN1189271A - 产生控制信号的电路装置 - Google Patents

Abstract

为接收设备的可控振荡器产生控制信号的电路装置,设计为将具有至少两个预定义的输入频率的FSK调制的输入信号同可控振荡器的输出振荡混合,从而构成一个中间频率信号,并从中间频率信号中获取其瞬时值由中间频率信号的频率(中间频率)决定的数据信号,以及其频率和/或者相位是中间频率信号的频率和/或者相位的度量的解调器脉冲信号。电路装置包括一个从解调器脉冲信号中获取控制信号的控制信号产生分支,一个在数据信号改变其值的时间间隔中从数据信号中获取中断信号的中断信号产生分支,以及响应中断信号的产生、抑制控制信号从解调器脉冲信号中提取值的中断处理单元。所述的电路装置预先排除了在数据信号改变其值的时间间隔中控制信号的误用。

Description

产生控制信号的电路装置

本发明涉及一种用于产生控制信号的电路装置，以及包括这种电路装置的无线电接收机。

EP-A0160339公开了一个设计用于直接接收调制的数据信号的调频接收机的电路装置。这一电路装置包括一个其频率位于两个信号频率间的频率范围内的本机振荡器。已知的电路装置特别设计用于数字无线电接收机(寻呼机)中FSK调制信号的接收和解调。

在EP-A0160339中所知的电路装置包括一个将以天线接收到的原始信号与本机振荡器产生的信号混合的混频器。紧接着混频器的是一个设计为低通或带通的通道滤波器，用于过滤混频器输出的信号并将其作用到一个具有鉴频器特性的传递函数的处理单元。其输出信号经一个放大器和低通滤波器，作为控制信号作用到本机振荡器用于调节其频率。Stephan Drude和Funkscham在1989年Heft 2669到76页所发表的文章“Zwei Ics Fur einen pager”描述了一个具有类码号UAA 2050T的接收机器件，用于按直接频移键控，即FSK调制运作的寻呼机。用这种接收机器件构成的寻呼机包含用于补偿温度波动和老化效应的自动频率控制(AFC)。

DE-A-2942512描述了一个经天线接收FSK调制的无线电信号的无线电接收机。无线电信号包括两个位于RF载波频率上下、距离同FSK调制的频偏相等的接收频率。此无线电信号作用于两个高增益混频器。一个混频振荡器以RF载波频率振荡。其信号直接作用于第一高增益混频器，并经一个90°的相移器后作用到第二高增益混频器。混频器的输出接到相应的低通滤波器。滤波后的信号然后到达相应的高增益限幅放大器。限幅放大器的输出产生方波信号。根据天线接收信号是高于还是低于混频振荡器信号，一个限幅放大器的输出信号超前或滞后于另一个限幅放大器的输出信号。这两个可能的状态由一个D触发器根据上述原则转换到它的两个可能的状态之一而判明。

对于这种无线电接收机，如寻呼机，理想的接收信号频率在两个可能的值之间突变，这两个值即所接收的无线电信号的两个可能频率，在无线电信号数据码中也称为发射机信号“1”或“0”。然而，实际上这样的理想信号是不存在的；相反，发射机信号从一个频率到另一个频率的变化需要一个有限的时间段。类似地，解调的信号从一个状态变化到另一个状态发射机也需要一个有限的时间段。很显然，在这段时间内不可能进行有效的频率测量。在这段称为转变间隔的时间段中，不仅有碍于将传送的无线电信号赋值为数值“1”或“0”之一，而且显然有碍于为可控振荡器产生控制信号。这是因为为了达到对振荡器频率的正确控制，控制信号必须同FSK调制的频偏一致。但是，在转变间隔，也即从接收信号获得的数据信号改变其值的间隔中，产生的控制信号不再同FSK调制的频偏一致，而是显著地相应于一个较小的频差。这就导致了在转变间隔对振荡器频率的不恰当的调节。

在以高信息传输率接受短信息单元比特信号的情形下，显著地出现相关的错误。这是由于转变间隔此时占了单个比特时段中相当大的部分。这增加了振荡器频率控制受产生的错误的控制信号干扰的风险。无线电接收机数据接收的错误于是增加；为确保不超出无线接收机(如寻呼机)所需的误比特率，必须避免这种错误。

由于现在的无线电接收机(寻呼机)的接收频率共计，例如约930MHz，对接收设备的振荡器频率的长期和短期的稳定性都附加了很严格的要求。如果振荡器不能满足这些要求。灵敏度将不可避免地受到影响，某些情形下，甚至会中断接收。

本发明的一个目的是提供一个为所述的这种接收设备的可控振荡器产生控制信号的电路装置，其中控制信号不受上述转变间隔中干扰的影响。

根据本发明，通过一个为接收设备的可控振荡器产生控制信号的电路装置达到此目的，该电路装置设计为将具有至少两个预定义的输入频率的FSK调制输入信号同可控振荡器产生的振荡波相混合，从而构成一个中间频率信号，并从中间频率信号中获取瞬时值由中间频率信号的频率(中间频率)决定的数据信号，以及频率和/或者相位是中间频率信号的频率和/或者相位大小的解调器脉冲信号，该电路装置包括一个从解调器脉冲信号中获取控制信号的控制信号产生分支，一个在数据信号改变其值的时间间隔中从数据信号中获取中断信号的中断信号产生分支，以及响应中断信号的出现抑制从解调器脉冲信号中提取控制信号值的中断处理单元。

这样，根据本发明的电路装置在转变间隔抑制了接收信号的频率测量，即抑制为可控振荡器产生控制信号。这样就有效地消除了转变间隔会错误地产生控制信号这一错误源。

在一个根据本发明的电路装置的富有吸引力的实施例中，控制信号由不连续地从解调器脉冲信号中获取的一系列控制信号值的时间平均值构成，在平均操作中消除了转变间隔产生的控制信号值。这样就获得了双重错误保护机制：一方面，不连续地抽取值减少了控制信号上的干扰的影响，另一方面，也排除了在转变间隔中产生的控制信号。这可以通过一个非常简单的电路装置而实现。

在本发明的一个优选实施例中，解调器脉冲信号包含一系列重复频率为中间频率整数倍的脉冲。控制信号值通过测量连续脉冲的时间间隔得到。这一测量可以用一积分单元完成，在解调器脉冲信号的两个连续脉冲的间隔时间内对一个固定电平的信号积分。在相关时间段的结束时刻固定电平的积分值就表示了控制信号的瞬时值。

在本发明的一个优选实施例中中断信号产生分支包括一个信号变化检测单元和与其相连的脉冲整形单元。信号变化检测单元用作检测数据信号值的变化，优选包括一个微分单元。不论什么时候当作用到其上的输入信号改变其值时，这样的单元及时产生一个输出信号。脉冲整形单元用于形成一个持续时间同转变间隔相等的脉冲整形的中断信号。此中断信号可以直接用于消除根据本发明的电路装置中的不希望有的、包含错的解调的接收信号。

有利的信号变化检测单元包括了一个紧接着微分单元的整流单元。该整流单元用作产生微分单元输出信号的绝对值，即去掉符号，因为识别转变间隔只需识别数据信号值的变化，而不必识别其变化方向。

附图中显示了一个根据本发明的电路装置的一个实施例，下面详细描述之。

图1显示从中间频率信号中获取解调器脉冲信号和数据信号的设计方框图，这一设计可以同根据本发明的电路装置一起使用，用于为可控振荡器产生一控制信号；

图2显示在图1所示的装置运行过程中产生的信号随时间的变化；

图3显示了一个根据本发明的电路装置的方框图；

图4显示了采用根据本发明的电路装置的接收设备中，实验性地确定的时间变化的示例，

图5和图6显示测量到的根据本发明的电路装置的可控振荡器频率控制系统的频率-电压特性的示例。

在接收FSK调制的输入信号的接收设备中，图1所示的装置构成了一个可从中间频率信号获取数据信号和解调器脉冲信号的译码单元。为达到此目的，如图1所示译码单元的两个输入端1、2连到一正交解调器的输入端，该正交解调器通过将FSK调制的输入信号同可控振荡器产生的振荡混合而产生两个90°相移的方波振荡。这种正交解调器由，如DE-A2942512中所知的电路装置构成。限幅放大器的输出BA提供两两彼此超前和滞后90°的七方波振荡并形成中间频率信号。DE-A2942512中图1的限幅放大器8的输出B同本发明的实施例的图1中所示译码单元的第一输入端1相连。类似地，前面设计的限幅放大器7的输出A同本发明图1的译码单元的第二输入端2相连。以举例的方式，图2a显示了作用到第一输入端1的方波振荡，图2b显示了作用到第二输入端2的方波振荡。

图1译码单元的第一输入端1经第一RC高通滤波器3同第一混频器5的第一输入4相连，并直接连接到第二混频器7的第二输入6。类似地，第二输入端2经第二RC高通滤波器8同第二混频器7的第一输入9相连，并直接接到第一混频器5的第二输入10。混频器5和7的输出11和12分别接到减法单元13的相应输入端。通过减法单元13，以第一混频器5的输出11的信号中减掉了第二混频器7的输出12的信号。这一减法操作产生的信号作为解调器脉冲信号出现在减法单元13的输出14上。数据信号经作为施密特触发器的触发器电路15从中得到，该数据信号经触发器电路15的输出16输出。

图2所示的信号波形表示寻呼机理想的接收信号情形下的结果；这些结果同信号频率在两个值之间突然变化的时间段有关。在频率变化的时刻，图1译码单元的输入端1和2的方波信号之间的相位值也发生变化。这是由于第二输入端2的信号的相位遵从图2b而跳变。

用作微分器件的RC高通滤波器3、8分别响应输入端1和2的各信号沿，各自向混频器5和7的第一输入4和9提供短脉冲(尖脉冲)，上述脉冲的极性根据是正向还是反向沿而变。图2c显示了第一混频器5的第一输入4上的这类尖脉冲，图2d显示了第二混频器7的第一输入9上的尖脉冲。它们的相位遵从输入端1和2信号的相位。其后，第一输入4的尖脉冲串在混频器5中与作用到其第二输入10的第二输入端2的信号相乘。类似地，第一输入9的尖脉冲串在混频器7中与作用到其第二输入6的第一输入端1的信号相乘。图2e所示的尖脉冲序列出现在混频器5的输出端11，对于输入端1、2信号间相位的相位值连续地具有一致的极性。图2f所示的相应形成的尖脉冲序列出现在混频器7的输出端12。减法单元13从图2e所示的尖脉冲序列中减掉图2f所示的尖脉冲序列产生了该单元输出端14上的如图2g所示的尖脉冲序列。此序列包括对应输入端1、2的每一个信号沿的一个尖脉冲；尖脉冲的极性随输入端1、2信号间的相位值的变化而变化。用作施密特触发器的触发器电路15从图2g所示的信号中形成图2h所示的信号。其中，每一个信号电平表示输入信号的一个频率值。

下文中，图2g所示的信号将称作解调器脉冲信号，图2h所示的信号将称作数据信号。

图2显示了一个如上文所建议和描述的、根据本发明的用于产生无线电接收机的可控振荡器的控制信号的电路装置实施例。出于简化的目的，此实施例再次设计为用一般称为双电平FSK的调制，如图1所示的电路装置，接收信号在两个不同的频率间变化。但是，本发明并不局限于这样的双电平FSK信号，而是可用于多电平FSK调制。

所述的电路装置优选用于无线电接收机的自动频率控制(AFC)；它将接收设备的可控振荡器的频率控制到FSK调制预定义的两个输入频率的中间值。这与FSK调制的发射机信号的载波频率在同一时刻。

在如“Funkschan”中提到的出版物中详细描述的这一类自动频率控制的情形中，中间频率被用作振荡器频率与输入频率间的频率间隔信息。但是，中间频率也受调制的影响。在所述文献中得知的频率控制系统中，对于振荡器必须的频率调节有可能导致错误信息。发生错误信息的情形依赖于输入信号所采用的数据率、数据传输间的相位位置和中间频率。在发射机中配备的用于传输并接收的信号的带宽限制的称为邻道干扰滤波器也有一定影响。在这方面邻道干扰滤波器最重要的特性是实际上经邻道干扰滤波器处理后信号不再突变。这样邻道干扰滤波器就有助于拉长转变间隔，从而可能有助于上述干扰的出现。

由于众多不同的影响，包含着相对可控振荡器频率的必要的纠正的错误信息的测量错误具有相当随机的特性，由于有关振荡器频率的必要的纠正方向错误的出现不能预先排除，其结果是难于预测的。但是，有关频率纠正方向的错误却能容易地导致振荡器频率脱离输入频率的范围。这种振荡器频率偏移通常导致数据接收的彻底失败，因此应不惜一切代价避免。

应注意到在无线电接收机(寻呼机)中，误比特率不应超过如3％。

在根据本发明的电路装置中，数据变化，即输入频率变化的转变间隔的出现被检测到。在这些转变间隔中形成的所有测量信息都被抑制了。来自中间频率的信息只在输入频率对于数据值之一稳定后才被使用。

图3所示的电路装置包括一个控制信号产生分支，集中了一个整流单元17、一个延迟器件18、第一脉冲整形单元19、第二脉冲整形单元20、一个积分单元21、一个混频器22、一个显示为开关的键控单元23、以及一个RC低通滤波器24。整流单元17的输入同图1中减法单元13的输出14相连，接收解调器脉冲信号。该信号在整流单元17中被整流，即图2g中信号波形的所有尖脉冲被赋予统一的极性，与图2h中的数据信号的瞬时值无关。例中所示为正极性。这样，整流单元17就“去掉”了图2g中所示信号的符号；构成了解调器脉冲信号的绝对值。此绝对值信号经延迟器件18驱动第一脉冲整形单元19的输入。第一脉冲整形单元19包括一个单稳态触发器电路，其响应来自整流单元17或延迟器18的绝对值信号的各正向沿，在输出26上产生一个具有预定持续时间的方波脉冲。该脉冲的后沿在第二脉冲整形单元20的输出27上产生第二方波脉冲，第二方波脉冲时间上紧接着第一脉冲整形单元19的输出26上的第一方波脉冲。第二脉冲整形单元20的输出27上的第二方波脉冲作用到积分单元21的复位输入28上。积分单元21经参考值输入29接收一个固定电平的信号。该信号在积分单元21中被连续积分，产生的积分经积分单元21的输出30作为信号值(或电平)输出。输出30上的信号值响应到达积分单元21的复位输入28的各方波脉冲被复位到一个初始值，其后信号值又从该初始值开始增加。因此，输出30上的信号值是复位输入28上的上一个方波脉冲到达后所经过时间的直接度量。这样，在下一个方波脉冲到达复位输入28之前的瞬间，输出30上的信号值即为解调器脉冲信号两个尖脉冲之间的间隔的一个测量。因而输出30的信号值表示了中值频率信号的频率。它与可控振荡器的频率一起变化，因此可以用作控制此振荡器频率的一个控制信号。为达到这一目的，在混频器22中它首先与触发器15的输出16上的数据信号相混合，为此，输出16和积分单元21的输出30连接到混频器22相应的输入端。由于积分单元21的输出30上的信号值同触发器单元15的输出16上的数据信号相混合，输出30上的信号值被赋予同接收到的数据信号值一致的极性，该极性决定振荡器频率控制或纠正的检测。

键控单元23包括一个控制输入32，当键控单元23必须在混频器22的输出31与RC低通滤波器24之间建立导通连接时，控制输入32必须接受一个逻辑高电平(“1”)信号。为达此目的，图3中第一脉冲整形单元19的输出26被连接到控制输入32上；从而第一方波脉冲就建立起上述连接。这样，RC低通滤波器24在积分单元21通过复位输入28上的第二方波脉冲复位之前，以取样值的形式，直接接收到与数据信号混合(经混频器22)的输出30的瞬时信号值。换句话说，RC低通滤波器24经键控单元23，连续地接收到了解调器脉冲信号每两个脉冲间的间隔的测量值，即中间频率信号的不连续的频率测量值。这些测量值经RC低通滤波器24低通过滤，使RC低通滤波器24的输出25可以作为振荡器控制信号。此电路的处理相当于加权取样。

图3也显示了一个紧接着触发器单元15的输出16的中断信号产生分支，包括一个信号变化检测单元和一个同其相连的(第三)脉冲整形单元33。信号变化检测单元包括一个微分单元34和一个下游(第二)整流单元35。脉冲整形单元33、微分单元34和整流单元35连成一个连接到触发器单元15的输出16上的网络。

微分单元34用作识别数据信号的信号值变化。它的输出信号的极性由数据信号的信号值变化的方向决定。由于这点对本发明的目的并不重要，从整流单元35中又产生了一个固定极性的脉冲序列，即又将符号消除掉了。在本例子中，脉冲整形单元33中从整流单元35接收到的每个脉冲产生一个具有负极性(或低信号电平)、预定持续时间的脉冲。此脉冲用作中断信号，由脉冲整形单元33作用到中断单元37的第一输入36。此中断单元优选构造为与门，其第二输入38同第一整形单元19的输出26相连。中断单元37的输出39连接到键控单元23的控制输入32。

当触发器15的输出16上的数据信号具有一个稳定值时，中断单元37的第一输入36上持续存在一个逻辑电平“1”。因而，中断单元37持续导通来自第一脉冲整形单元19的输出26的第一方波脉冲。这样便可以经积分单元21和键控单元23，为解调器脉冲信号的每一尖脉冲获得在RC低通滤波器24的输出25上产生控制信号的测量值。当出现中断信号时，即数据信号改变其值的转变间隔中，中断单元37的第一输入36上出现一低信号电平(逻辑值“0”)。这样就中断了第一方波脉冲由第一脉冲整形单元19向键控单元23的传送。因此，在转变间隔不再有测量值作用到RC低通滤波器上，因而在转变间隔中，存储在其上的控制信号的值不受影响，也就不会出错。

在控制信号产生分支中，延迟器件18产生信号的延时，这样就保证了中断信号在适当的时刻作用到中断单元37上，即在转变间隔中第一脉冲整形单元19上出现第一方波脉冲之前。优选由(第三)脉冲整形单元33的单稳态触发器决定的经脉冲整形的中断信号的长度为使得转变间隔根据接收到的信号而被屏蔽掉。

积分单元21可以以一定的方式构造，使得当解调器脉冲信号中两个连续的尖脉冲之间的时间间隔太大时，其输出30的信号值保持为一个预定的最终值。信号电平可以以一定的方式调整，使得积分单元21的输出30的信号值当振荡器频率正确地调节到接收信号的载波频率时，恰好采用初始值和上述最终值之间的中间值。那种情形下，振荡器的频率不会被纠正。

所述的电路装置提供了在信噪比减少和其它接收条件导致数据信号随机错误时，用于接收设备可控振荡器的控制信号的绝对值减小的优势。在这些运行条件下，也就防止了错误的控制信号的产生。此外，所示的电路装置采用了控制信号的限制和均衡控制。从而确保自动频率控制决不会使振荡器频率到达接收的输入频率之外的范围，即超出接收的频率键控。由制造参数和温度效应决定的未控制的振荡器的频率容限必须选择得足够小，使得振荡器频率和输入频率间的间隔从不会小于对应自动频率控制的控制范围的值。总的说来，根据本发明的电路装置对振荡器的要求同技术状况相比是不太苛刻的，从而生产成本也不会太昂贵。

本发明通过限制控制信号，减少了由于对技术熟练者所周知的如“衰落”、“多径”、“同播”、“邻道效应”、“阻塞”等运行条件而产生的振荡器控制的伪效应。

图4显示了利用根据本发明的电路装置构造的接收设备中测量到的一些信号波形。图4a和4b显示了两个中间频率信号的正交解调振荡，其相位根据恢复的数据信号的调制而交替地超前与滞后。在图4c和4d中，图4a和4b的信号分别被转换为方波信号，例如通过高增益限幅放大器。图4e显示了一个从中获得的解调器脉冲信号，同图29的波形一致。其中，根据本发明而排除的测量间隔以标记M而标注。

作为考虑根据本发明的电路装置的配备的例子，图5和图6显示了振荡器频率同发射机载波频率的偏差和根据本发明的电路装置产生的控制信号值之间的函数关系。为此目的，控制信号以RC低通滤波器24的输出25的电压标度纵坐标。图5显示了调制输入信号的关系，图6显示相对照的非调制输入信号的情形。

如果愿意，积分单元21可以用可编程电路装置实现，其中积分单元的信号处理过程在编程的信号处理进程中执行。

Claims (7)

1.一种为接收设备的可控振荡器产生控制信号的电路装置，该电路装置设计用于将具有至少两个预定义的输入频率的FSK调制的输入信号同可控振荡器产生的振荡波混合，从而构成一个中间频率信号，并从中间频率信号中获取其瞬时值由中间频率信号的频率(中间频率)决定的数据信号，以及其频率和/或者相位是中间频率信号的频率和/或者相位的一种测量的解调器脉冲信号，该电路装置包括一个从解调器脉冲信号中获取控制信号的控制信号产生分支，一个在数据信号改变其值的时间间隔中从数据信号中获取中断信号的中断信号产生分支，以及响应中断信号的产生，抑制从解调器脉冲信号中提取控制信号值的中断处理单元。

2.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于控制信号由不连续地从解调器脉冲信号中获取的一系列控制信号值的时间平均值构成，在数据改变其值的时间间隔中产生的控制信号值被从平均操作预先排除。

3.如权利要求2所述的电路装置，其特征在于解调器脉冲信号包含一系列重复频率为中间频率的整数倍的脉冲，控制信号值通过测量连续脉冲间的时间间隔得到。

4.如权利要求3所述的电路装置，其特征在于其包括一个积分单元，用于在解调器脉冲信号的两个连续脉冲的间隔时间中的每个时间间隔内对一个固定电平的信号积分而构成相应的控制信号的值。

5.如上述任一权利要求所述的电路装置，特征在于中断信号产生分支包括：

一个信号变化检测单元，用于检测数据信号值的变化，以及

一个同信号变化检测单元相连的脉冲整形单元，用于构成覆盖数据信号改变其值的时间段内的整形的中断信号。

6.如权利要求5所述的电路装置，其特征在于信号检测单元包括一个微分单元和紧接着的整流单元。

7.一个无线电接收机(寻呼机)，其特征在于它包括一个如上述任一权利要求所述的电路装置。

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