CN1230308A - 数据传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在数据传输中识别与电网同步的干扰信号的方法及装置,其中在有用信号之间出现间歇,其最短间歇持续时间为Tp及其电网频率为f。本发明方法的特征在于:确定一个时间长度Td,它小于最短的间歇Tp但大于电网同步干扰的最大周期1/f或1/2f;检验在一个时间间隔Tcheck、最好为Td的多倍如四倍期间,是否出现大于Td的间歇;及在这种间歇出现时被译解为具有有用信号而无电网同步干扰信号(干扰信号),和在不出现这种间歇时被译解为具有干扰。它能以数字方式工作并能避免使用外部构件。

Description

数据传输系统
本发明首先涉及一种用于在数据传输中识别与电网同步的干扰信号的方法，其中在有用信号之间出现间歇，其最短间歇的持续时间为Tp及其电网频率为f。
这样的方法及相应的装置以模拟方式工作是公知的。
对于娱乐电子装置如电视机或CD播放机的遥控或对于车库门的遥控，将要使用由用户操作的红外发送器(IR-Sender)，其红外光被接收器接收，并视所按红外发送器上的按钮而定，启动所需转换或调整过程。虽然在此类应用中相对频繁地使用红外光，但本发明并不局限于这类通过红外光传输信息的方式，也可适用于使用紫外光或可见光以及通过高频传输信息的方式。
接收装置不仅可接收由红外发送器发送的光，而且还可接收另外光源发送的光，这些光源是由家庭通用的交流电网供电的。因此出现了与电网同步的干扰，它们在单相电网频率、如50Hz情况下视干扰源而定具有50Hz或100Hz的频率。
为了以较高的可靠性识别与电网同步的干扰，需要相对大的时间常数。在公知的模拟电路装置中这需要相当大的电容，除本身的电子电路外该电容必须作为附加元件设置。也公知了无外部元件的全集成方案，但是它不能可靠地区分电网信号及干扰信号。
本发明的任务在于，创立一种电路装置，它能实现使所有电路元件设置在小空间中，尤其是不需要外部大容量电容器，并至多还需要信号接收端子，在传输红外信号时该信号接收端子为红外检测光电二极管。
根据本发明该任务将这样来解决，即确定一个时间长度Td，它小于最短的间歇Tp但大于一个电网同步干扰源的最大周期持续时间1/f或1/2f；检验在一个时间间隔Tcheck＞Td、最好为Td的多倍如四倍期间，是否出现大于Td的间歇；及在这种间歇出现时被译解为具有有用信号而无电网同步干扰(干扰信号)，和在没有这种间歇出现时被译解为具有干扰。
其一个优点在于，该电路装置可在极大程度上以数字方式工作，以使得该电路装置可设置在一个小外壳中，这意味着减少成本及开创了新的应用可能性(如摄像机)。与此相比，现今的光电组件除已述的电容器外还需要一个电阻作为外部元件。
另一优点是，在改善了功能的情况下使电源消耗明显减少。
本发明的又一优点在于，可以使与电网同步的干扰信号与通常使用的红外数据传输信号明确地区分。因此，建立了高传输可靠性，并只要有用信号的幅值大于干扰信号的幅值，就能一直进行数据传输。
通过本发明还可做到，在光电组件及红外前置放大器上可用很少类型元件实现，这便导致节约成本。通过数字方式的实现可能性，使电路装置所需面积(在集成电路实施例中为芯片面积)减小，这同样导致节约成本。耗电量可以减少，这尤其是符合用户的要求。此外，避免了外部电路成本(电容器)，这导致成本下降及小的结构。
当有用信号及干扰信号满足一定的边界条件，本发明便可使用。在此情况下根据本发明将依据信号的出现时间对干扰信号及有用信号(不一定总具有)进行区分。与电网同步的干扰(来自荧光灯，电子脉冲节能灯等)将周期性地出现。这种干扰的重复持续时间等于所使用交流电网的电网周期或等于该周期的一半(在德国该重复持续时间为T=20ms或T=10ms)。
在红外遥控中通常使用的数据格式是由一组数据位组成的，后随着一个间歇。该数据位组的时间长度通常为10ms至50ms。间歇持续时间通常大于30ms。
干扰信号及有用信号之间的区别是基于以下的辨别准则：
确定一个时间Td，它小于最短的间歇，但大于一个电网同步干扰源的最大周期持续时间。最短的间歇通常为30ms。一个电网同步干扰源的最大周期持续时间为T=20ms(相应于电网频率f=50Hz)。
当现在选择Td=24ms时，这两个条件均被满足。对于接收的信号这时根据它们的时间特性进行检验。当在一个较长的时间段中未出现大于Td的间歇时，将涉及到一个干扰。而在一个较长的时间段中出现大于Td的间歇时，将涉及到一个有用信号。这种区别可借助数字电路来实现。
此外当考虑到，在进行所述辨别的位置上使电网同步干扰的幅值小于有用信号的幅值，则能够在本发明的一个实施方式中通过使用不同高度的电压阈值来设法达到，仅使有用信号继续被传送以用于进一步估值；并可以根据本发明的另一实施方式使用放大倍数的调节，它将达到，在起振调节过程时干扰信号具有这样的电平，即有用信号与干扰信号易于从幅度上进行分离并仅使有用信号被估值。
与有用信号相比较小幅值的干扰信号可以通过滤波和/或这样的方式来达到，即在特别严重的情况下可使红外信号接收器设置成能防御外光源；及用户使用如通常总有的带方向性的红外发送器，并由此使红外信号尽可能目标准确地发送到红外接收器，其中操作距离当然不能超过预定值。
本发明还涉及一种用于在数据传输中识别与电网同步的干扰信号的装置，其中在有用信号之间出现间歇，其最短间歇持续时间为Tp及其电网频率为f。为了解决所述任务设置了，确定时间长度Td的装置，该时间长度小于最短的间歇Tp但大于一个电网同步干扰源的最大周期持续时间1/f或1/2f；设有一个检验装置，用于检验在一个时间间隔Tcheck＞Td、最好为Td的多倍如四倍期间，是否出现大于Td的间歇；及在这种间歇出现时被译解为具有有用信号而无电网同步干扰(干扰信号)，和在没有这种间歇出现时被解译为具有干扰。
在本发明的一个实施形式中设计了：在有用信号的数据通路中设置一个幅度阈值元件，它仅当在一个带通滤波器的输出端上有用信号的幅值大于干扰信号的幅值时才允许对有用信号估值。这有利地使干扰从有用信号通路中分离。
在本发明的一个实施形式中设计了：在干扰信号的估值通路中设有一个幅度阈值元件，它的阈值小于在有用数据通路中设置的上述幅度阈值元件的阈值。这有利地使得即使在出现干扰时也可这样地估价，即在干扰幅值足够小时可以不识别为干扰。
在本发明的一个实施方式中设计了：在有用信号及干扰信号的信号通路中连接有一个具有可调节放大倍数的放大器；及其放大倍数这样地调节，即从时间上平均来看，干扰信号的幅值等于用于干扰信号的幅度阈值元件的阈值。这有利地使得干扰信号幅值可这样地调节，即它几乎保持一恒定值，它比先述的幅度阈值低，由此使干扰更好地保持与有用信号通路分开。
在本发明的一个实施形式中设计了：调节部分具有一个装置，它在未识别出干扰时使放大倍数增大，及在识别出干扰时使放大倍数减小。这可有利地实现简单及可靠的调节。
从以下借助表示本发明实质性细节的附图对本发明各实施例的说明及从权利要求书可以得到本发明的其它优点及特征。在本发明一个实施形式中各个特征可本身单独地或多个任意组合地得以实现。
唯一的附图表示数字信号前置放大器电路的一个框图，它以一个光接收器、尤其是一个IR光接收器为始端；其中该前置放大器电路包括一个识别干扰信号的装置，及一个对自动放大系数调节这样地影响的装置，即它能使有用信号与干扰信号相分离地供另一处理部分继续处理。
可借且于根据本发明的方式及根据本发明的装置处理的信号是可能很不相同的。在IR遥控的情况下，通常用在30KHz及70KHz之间范围中的载频工作。对于以下的例子将假定，使用30KHz的载频。
作为例子还将假定，由用户借助其手持遥控器产生的IR信号是如下地构成的：在任意短地按压一个按钮、譬如是按了应调节到电视机另一频道上的按钮后，将产生出十个所谓脉冲串(Burst)的一个序列。每个脉冲串由15个频率为30KHz的正弦波，接着是相应于30个这样的矩形波长度的间歇，及最后又是15个矩形波组成。应被传送的信息将由第二与第一脉冲串、第三与第二脉冲串的相互距离来确定。这十个脉冲串需要约10ms至50ms的时间长度。
在该图中，对前置放大器4例如输入一个来自IR光电二极管1的信号。包含在前置放大器4中的电路将使光电二极管1的低频电流分量(0至约20KHz)、这例如是由白炽灯光或阳光产生的，与有用信号相分离。光电二极管1的高频电流分量(大于约20KHz)被转换成一个等值电压并输入一个放大器3(CGA)的信号输入端2。接着，该信号到达放大器3(CGA)，它的放大倍数可通过导线5来调节，并且该放大倍数将通过6位宽的数据字来调节。被放大的输出信号从放大器3输入到带通滤波器7(BPF)，它能使一个预定的确定频带(相应于所使用的载频)无阻碍地通过。在该频带之外的频率受到阻尼。带通滤波器7的输出端一方面与第一积分器9(INT4)的输入端相连接，另一方面与第二积分器13(INT3)的输入端相连接。
第一积分器9的内部结构是这样的：第一积分器的输入信号输入到运算放大器10的非反相输入端，它的反相输入端相对于地保持在一个预定阈值电压VTh上，其中该结构这样地起作用，即运算放大器10仅当输入到非反相输入端的信号相对地为正并大于阈值电压VTh的值时才让信号通过。在第一积分器9的输入区域中由此将进行半波整流，并仅允许其最小值为VTh的信号传送到第一积分器的其余装置上。第一积分器9的进一步结构在于，它对出现在运算放大器10输出端上的信号进行积分并使由噪音电压引起的干扰保持尽可能小，及仅当它识别出四个直接相继的30KHz载频脉冲时才在第一积分器9的输出端11产生一个逻辑值1的信号。
在第一积分器9中其积分通过向上/向下计数器来实现，并仅当对其输入了4个相继的脉冲时才向上计数到4。直接地相继的脉冲间具有约35μs的间隔，及因此第1至4直接相继的载频脉冲约经过100μs。当一旦输出端11转变为逻辑1时，仅当在三个非强制的可能会出现脉冲的相继时间点上(均约35μs)未能检测出脉冲时，该输出端才又转换到0。这同样是通过第一积分器9中的向上/向下计数器来确定的。该输出端11构成了图示电路的数据输出端，如从以下说明中所阐明的，在该数据输出端上通常提供完全与干扰脉冲无关的有用信号。
在输出端11上的有用信号是载频信号的包络信号并相对该信号延迟4个载频脉冲。
还设有第二积分器13(INT3)，它的输入侧类似于第一积分器9(INT4)的情况，通过一个构成阈值电路的运算放大器14作为前级，它的阈值VTh’为运算放大器10的阈值VTh的0.7倍。该第二积分器13也借助于一个计数器进行积分。当该第二积分器13的比较阈值VTh’被连续三次被超过时，则该第二积分器输出作为输出信号的输入载频信息的包络信号。如果该阈值VTh’一次未被达到，则该第二积分器13复位，即其输出端又置成逻辑零。
第二比较器13的输出信号被提供到输出端15，并输入到一个5位计数器18(COU5)，即输入到其复位输入端(RESET)，与计数器18的时钟输入端(CLK)相连接的是时钟发生器20(GEN)的输出端，后者提供1.33KHz的时钟脉冲。该时钟发生器20的输出端也与一个7位计数器22(COU7)的时钟输入端(CLK)相连接。5位计数器18是一个向上计数器并在输入端CLK输入每个正脉冲沿时从一个计数状态继续计数。计数器18将通过一个复位(RESET)输入端上的信号同步地复位。计数器18在达到计数值32时在其输出端19上输出一个短的触发信号。当达到计数值32时，输入到输入端CLK的下一时钟脉冲将导致到计数值0。
7位计数器22是一个向上计数器及在其输入端CLK输入每个正脉冲沿时从一个计数状态继续计数。该计数器在达到计数值128时在输出端23上输出一个短的触发信号。当计数值128达到时，在输入端CLK输入的下个时钟脉冲将导致计数值0。
计数器18的输出信号被输入到一个间隔识别存储器26(GD)的置位输入端(SET)。该存储器如同一个RS触发器地工作。通过置位输入端输入一个信号将使输出端27置为逻辑值1。通过在复位输入端(RESET)输入一个信号将使输出端27复位。该复位是通过计数器22输出端输出的脉冲再经过一个延时装置29(DL)的一些延时后输入到存储器26的复位输入端的。
存储器26的输出信号通过导线30输入到一个计数器35的向上/向下计数控制输入端32(V/R)，该计数器用于调节放大器3的放大倍数。计数器35(AGCC)是一个6位向上/向下计数器，它调节放大器3(CGA)的放大倍数。由7位计数器22的输出端输入到该计数器35时钟输入端(CLK)的一个正脉冲沿将使计数值改变一个计数步值。输入端V/R的逻辑状态确定了计数方向。
时钟发生器20的时钟频率1.33KHz相应于约0.75ms的脉冲间隔。如上所述，该电路装置以一个时间长度Td=24ms工作。假设当在一个较长的时间段(Tcheck=96ms)中未出现大于Td的间歇时，则涉及一个干扰信号。并假设当在一个较长的时间段(Tcheck)中出现大于Td的间歇，则涉及一个有用信号。时间Tcheck=96ms将由7位计数器22来产生。当在时间长度T=24ms上第二积分器13(INT3)来输出任何信号时，则在5位计数器18的输出端形成一个触发信号。这时该触发信号使存储器26置位。该存储器的输出端这时指示：出现了一个间歇T＞24ms。该输出信号用作计数器35(AGCC)的计数方向输入信号。如果存储器26的输出端被置位时，则计数器35在其输入端CLK上出现一个时钟脉冲时将向下计数一次。由此使放大器3的放大倍数增大1dB。如果在计数器35的时钟输入端CLK上出现时钟脉冲时存储器26的输出端未被置位，则计数器35向上计数一次。由此使放大器3的放大倍数减小1dB。
延时线29用于，在计数器35计数后存储器26才能被复位。
因此对于第二积分器13(INT3)的输出端得到以下功能：
在一个固定的时间标度Tcheck=96ms后将检验刚过去的时间段Tcheck=96ms。如果在该时间段期间在第二积分器13的输出端出现了一个T＞Td的信号间隔(即由此出现T＞Td的间歇)，则放大器3的放大倍数和整个装置的放大倍数均增大1dB。如果在所述时间长度期间未出现任何这样的间歇，则放大器3的放大倍数减1dB。
待估价的信号通过了放大器3及带通滤波器7。然后，该信号既通过第一积分器9(当具有足够幅值时)又通过与其并列的第二积分器13。根据计数器35(AGCC)可能的计数值，放大器3具有dV=63dB的动态调节量。以下的特征是特别重要的：
带通滤波器7的放大倍数是恒定的(在使用有源元件的情况下放大倍数约为1)。第一积分器9允许大于VTh的信号通过。第二积分器13允许大于VTh’的输入信号通过。
第一积分器9的输出端为数据输出端。该输出端串行地提供与到来的遥控信号相应的数字数据字。在自起振调节时电网同步干扰信号不会导致输出端的转换，这就是说，在自起振调节时输出端实质与干扰无关。
上述的调节功能特征导致以下的调节特性：
在输入T＜24ms的电网同步信号时，这些信号将首先到达第一积分器9的数据输出端。
这时放大器3的放大倍数在Tcheck=96ms的时间间隔中一直以每1dB的步量减小，直到带通滤波器7输出端上的信号幅值小于VTh’时为止。现在，在第二积分器13的输出端15上不再出现任何信号。接着，离开带通滤波器7的信号的信号幅值VBPF将在该值周围摆动，因为用于自动放大倍数调节的计数器持续地改变其计数方向。当该信号幅值小于VTh’时，将识别出上述间歇，这就会使放大倍数提高。由此使第二积分器13的运算放大器14的阈值重新被超过，并使该过程重复。这时放大倍数受到调节。其信号幅值VBPF相应于电压VTh’。由于第一积分器9仅让通过大于VTh的信号(相应于较大的阈值)，干扰信号不会到达第一积分器9的输出端。
在输入遥控信号的情况下，在Tcheck=96ms内总会出现大于Td=24ms的信号间歇。因此，放大器3的放大倍数一直被增大，直到达到最大放大倍数为止，或者直到噪音或干扰信号频繁地超过VTh’，以使得在T=2×Tcheck的时间间隔期间还出现T＞Td的一个统计平均值的间歇时为止。在此情况下放大器3重新被调节，因为计数器35的计数方向将被平衡在统计平均值上。在此状态下，信号电压VBPF的值是这样的，它不但超过阈值VTh’而且也超过阈值VTh。因此，信号通过第一积分器9到达其数据输出端。
带通滤波器7的输出信号不具有任何直流分量。因此它在零电平周围摇摆。使放大器3从最小放大倍数到最大放大倍数的调节或相反调节的最大调节时间为63×96ms≈6s。放大器3自动调节的放大倍数将每96ms重新被调节。计数器35总是每次变化一个计数位，并由此总是譬如变化1dB。在放大器3最小放大倍数时，IR发送器的有效距离将大于1米，由此可以处理非常长的脉冲列，如在装置编程时可能出现的。
两个积分器9及13的阈值电压的差别例如被选择为30％，以使得在数据输出端11上可能出现的干扰脉冲很难出现，以致对遥控装置的实用性不会产生不利影响。
这两个积分器两个相对阈值彼此靠近。因此，偏置误差不会很明显。
该装置可作为集成电路来实施，其中光电二极管可合乎要求地作为分离元件。

Claims (10)

1．用于在数据传输中识别与电网同步的干扰信号的方法，其中在有用信号之间出现间歇，其最短间歇的持续时间为Tp及其电网频率为f，其特征在于：确定一个时间长度Td，它小于最短的间歇Tp但大于一个电网同步干扰源的最大周期持续时间1/f或1/2f；检验在一个时间间隔Tcheck＞Td、最好为Td的多倍如四倍期间，是否出现大于Td的间歇；及在这种间歇出现时被译解为具有有用信号而无电网同步干扰(干扰信号)，和在没有这种间歇出现时被译解为具有干扰。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于：有用信号的继续传送被所述间歇的确定这样地分离，即仅在有用信号超过一预定幅值时才被继续传送。
3．根据权利要求2的方法，其特征在于：仅当干扰信号超过另一预定幅值时才被评价及确定为不存在间歇，该另一预定幅值小于上述有用信号的幅值。
4．根据权利要求3的方法，其特征在于：有用信号及干扰信号共同经受放大调节，由此使干扰信号在起振调节时被调节在这样的幅值上，即从时间上的平均值来看，存在及不存在大于Td的间歇被以约相同的频度确定。
5．用于在数据传输中识别与电网同步的干扰信号的装置，其中在有用信号之间出现间歇，其最短间歇持续时间为Tp及其电网频率为f，其特征在于：设有一个确定时间长度Td的装置(18)，该时间长度小于最短的间歇Tp但大于一个电网同步干扰源的最大周期持续时间1/f或1/2f；设有一个检验装置(18,22,26)，用于检验在一个时间间隔Tcheck＞Td、最好为Td的多倍如四倍期间，是否出现大于Td的间歇；及在这种间歇出现时被译解为具有有用信号而无电网同步干扰(干扰信号)，和在没有这种间歇出现时被解译为具有干扰。
6．根据权利要求5的装置，其特征在于：在有用信号的数据通路中设置一个幅度阈值元件(10)，它仅当在一个带通滤波器(7)输出端上有用信号的幅值大于干扰信号的幅值时才允许对有用信号估值。
7．根据权利要求6的装置，其特征在于：在干扰信号的估值通路中设有一个幅度阈值元件(14)，它的阈值小于在有用信号数据通路中设置的上述幅度阈值元件(10)的阈值。
8．根据权利要求7的装置，其特征在于：在有用信号及干扰信号的信号通路中连接有一个具有可调节放大倍数的放大器(3)；及其放大倍数被这样地调节，即从时间上平均来看，干扰信号的幅值等于用于干扰信号的幅度阈值元件(14)的阈值。
9．根据权利要求8的装置，其特征在于：调节部分具有一个装置(18,22,26,35)，它在未识别出干扰时使放大器(3)的放大倍数增大，及在识别出干扰时使放大倍数减小。
10．根据权利要求5至9中一项的装置，其特征在于：该装置以数字方式工作。
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