CN1233115A - 具有衰减电路的红外信号接收机 - Google Patents

Abstract

红外信号接收机有红外辐射传感器,放大器,带通滤波器,衰减器,检测器和波形整形器。来自带通滤波器的输出信号和来自衰减器的经衰减信号被提供给检测器。检测器有一个DC电平移位器,产生一个来自带通滤波器的输出信号的DC偏置和来自衰减器的经衰减信号,并将DC偏置作为检测阈值加在接通和断开检测器的差分放大器的晶体管的电压。

Description

具有衰减电路的红外信号接收机

本发明涉及红外信号接收机。

附图1以框图形式表示传统的红外信号接收机。在有某个频率的载波被接通和截止时产生的脉冲位置调制(PPM)信号被提供，以激活一个红外LED，以产生经调制的红外辐射信号。如图1所示，这个经调制的红外辐射信号由红外辐射传感器接收，接着被放大器2放大。经放大的信号通过被调谐到PPM信号的载波的一个带通滤波器(BPF)3，从而从来自放大器2的信号中移出不要的信号分量和噪声。BPF3向检测PPM信号的高和低电平的检测器4提供一个输出信号。来自检测器4的输出信号被波形整形器5进行波形整形，根据来自输出端6的PPM信号的载波输出脉冲。

红外辐射传感器1通常包括一个针形光电二极管。

下面将参考附图2详细描述BPF3，检测器4，和波形整形器5。如图2所示，在BPF3中，电容器C1有一端和放大器2的输出端相连接，而另一端和缓冲器12的输入端以及可变跨导放大器11的输出端相连接，可变跨导放大器11有一个非反相输入端和一个反相输入端。缓冲器12有一个输出端和可变跨导放大器13的非反相输入端连接。可变跨导放大器13有一个输出端和缓冲器14的输入端及电容器C2的一端相连接。电容器C2有另一端接地。缓冲器14有一个输出端和可变跨导放大器11的反相输入端及电阻R2的一端连接。可变跨导放大器11的非反相输入端被连接到电压源的正端和电阻R1的一端。电阻R1的另一端被连接到电阻R2的另一端和可变跨导放大器13的反相输入端。电容器C1,C2，可变跨导放大器11,13,和缓冲器12,14，以及电阻器R1和R2这样彼此连接组成BPF3，由和放大器2相连接的电容器C1的端子提供BPF3的输入端，而其输出端由缓冲器14的输出端提供。

BPF3有用下式(1)表示的调谐频率f0： $f0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{C1\×C2}}\sqrt{\mathrm{gm}1\×\mathrm{gm}2}$ (1)

其中C1,C2表示电容器C1和C2的电容值，而gm1和gm2表示可变跨导放大器11,13的相应跨导。

因此BFP 3只放大根据由电阻R1和R2建立的反馈量其频率被调谐到频率f0的信号。

BPF3的输出端被连接到检测器4的DC电平移位器15的一个输入端。DC电平移位器15有一对相应基极彼此连接的NPN晶体管Q100，Q101。NPN晶体管Q100有一个发射极和横流源25连接，并作为DC电平移位器15的第一输出端。NPN晶体管Q101有一个发射极连接到横流源26，作为DC电平移位器15的第二输出端。DC电平移位器15的第一输出端和差分放大器的NPN晶体管Q102的基极连接。DC电平移位器15的第二输出端和低通滤波器16的一个输入端连接。低通滤波器16包括电阻器R4，有一个端作为低通滤波器16的输入端，而另一端被连接到电容器C3的一端，电容器C3的另一端接地。电阻器R4和电容器C3之间的结作为低通滤波器16的输出端。低通滤波器16的输出端被连接到差分放大器的NPN晶体管Q103的基极。差分放大器有一个输出端被连接到电流镜17的输入端17.1，电流镜17的输出端17.2被连接到电流镜23的输出端23.3和有一端接地的电容器的一端。NPN晶体管Q102,Q103有相应的发射极被连接到电流镜23的输出端23.2。电流镜23有输入端23.1经过电阻器R5连接到电源。

下面将参考图3A到3D描述检测器4的操作。图3A示例表示PPM信号的波形。如图3A所示，PPM信号包括存在载波的on周期和只有直流信号的off周期。从BPF3的输出端向检测器4的DC电平移位器提供PPM信号，并将其提供给NPN晶体管Q100,Q101。提供给NPN晶体管Q101的PPM信号经过NPN晶体管Q100被发送，作为NPN晶体管Q102的基极的射随。提供给NPN晶体管Q101的PPM信号经过NPN晶体管Q101被发送，作为低通滤波器16的射随，其中PPM信号的载波被移去。来自低通滤波器16的PPM信号被提供给NPN晶体管Q103的基极。NPN晶体管Q102,Q103作为差分开关操作。当NPN晶体管Q102的基极电位低于NPN晶体管Q103的基极电位时，NPN晶体管Q103被导通，允许电流流经电流镜17到输出端17.2。当NPN晶体管Q102的基极电位高于NPN晶体管Q103的基极电位时，NPN晶体管Q103截止，阻止电流流到电流镜17的输出端17.2。

当NPN晶体管Q103接通时，来自电流镜17的电流I₄被选择得大于流经电流镜23的输出端23.3的电流I₃。因此，当NPN晶体管Q103被接通时，以电流I₄和I₃之间的差值对电容器C4充电。当NPN晶体管Q103截止时，电容器C4以电流I₃放电。在PPM信号的每个on周期，根据锯齿形电容器重复地被以电流I₄和I₃之间的差值充电和以电流I₃放电，并且变为高电平。在PPM信号的每个off周期，由于只以电流I₃放电，电容器C4变为低电平。电容器C4的充电和放电电压如下：

(2)

(3)其中f_IN表示PPM信号的载频，而C4表示电容器C4的电容值。

来自电容器C4的放电和充电信号被提供给波形整形器5。波形整形器5有迟滞比较器18，选择其迟滞宽度使得不响应来自反相操作的荧光灯等额外光噪声产生的锯齿波的峰值。来自电容器C4的充电和放电信号被迟滞比较器18进行波形整形，输出正比于来自输出端6的PPM信号的on周期的脉冲。

图3B表示NPN晶体管Q102和Q103的基极的信号波形。在PPM信号的off周期，NPN晶体管Q102的基极受到设备噪声和额外的光噪声的影响，或没有信号加在NPN晶体管Q102的基极上。噪声经过NPN晶体管Q103的基极，使得检测器输出信号为低电平，引起检测器错误操作。为了防止检测器错误操作，由流经相应的NPN晶体管Q100,Q101的电流I₁和I₂之间的差值而产生NPN晶体管Q100,Q101的基极到发射极电压V_BE之间的电位差，从而提供一个DC偏置给NPN晶体管Q102和Q103的基极。这样施加的DC偏置作为检测阈值电压。施加在NPN晶体管Q102的基极的BPF3的输出信号，距PPM信号的每个on周期的末端有一个组延迟间隔，如图3B所示。如果检测阈值电压固定，则组延迟间隔也被检测到。结果，如图3C所示，波形整形器5的取决于PPM的on和off周期的输出脉冲，变得比PPM信号的on周期长一个组延迟间隔，引起错误操作。为了防止这种错误操作，低通滤波器16的充电和放电电流比被设置为大约50∶1，根据来自BPF3的输出信号的电平检测阈值电压。以这种方式，来自BPF3的输出信号的正值的高电平部分被检测，而组延迟间隔未被检测到，所以正比于图3D所示的PPM信号的脉冲被从输出端6输出。

根据红外信号的传统的传输格式，如附图4A所示，108ms的连续波PPM信号被作为一个命令载波发送。近来，如附图4B所示，建议了一种发送格式，诸如用于VTR搜索模式，据此在大于108ms的周期内，PPM信号作为一个命令载波被发送。传统的红外信号接收机不能检测这样的PPM信号，使得其输出端6为高电平。由于传统的红外信号接收机不能精确地发送命令，这使得包括传统的红外信号接收机的设备出现误操作(见附图4C和4D)。

下面将描述这种误差的原因。来自BPF 3的输出信号的载波被低通滤波器16移除，低通滤波器16的充电和放电电流比改变，以根据来自BPF3的输出信号提高检测阈值电压，如NPN晶体管Q102和Q103的基极电压之间的偏置电压。当连续提供来自BPF3的输出信号时，即使在PPM信号的off周期，检测阈值电压的电平也提高，如图4C所示，直到它达到了来自BPF 3的输出信号的峰值电平和DC偏置的和值为止。因此检测阈值电压超过加在NPN晶体管Q102的基极的来自BPF3的输出信号一个DC偏置，不能检测PPM信号的on周期，即不能接通NPN晶体管Q103。

本发明的目的是提供一个红外信号接收机，即使在长于108ms的周期内作为一个命令载波发送一个PPM信号时，也能防止检测阈值电压超过加到NPN晶体管的基极上的BPF的输出电平，并能够检测PPM信号的on周期，并输出正比于来自输出端的PPM信号的on周期的脉冲，从而精确地发送红外命令。

根据本发明的红外信号接收机采用来自带通滤波器的衰减信号，作为提高检测器的检测阈值电压的信号。具体地，红外信号接收机包括一个衰减器，用于在检测阈值电压增加时，防止检测阈值电压超过来自提供给检测器的带通滤波器的输出信号。

根据本发明的红外信号接收机能够检测在大于108ms的周期内作为一个命令载波发送的连续波形PPM信号。由于来自带通滤波器的衰减信号被用作提高检测阈值电压的信号，检测阈值电压不超过来自提供给检测器中的差分放大器的NPN晶体管的基极的带通滤波器的输出信号的电平。

红外信号接收机能够输出正比于来自输出端的PPM信号的on周期的脉中，从而给包括红外信号接收机的设备发送精确的红外命令。

通过以下结合附图对本发明例子的描述，本发明的以上和其它目的，特征和益处将变得更清楚。

图1是传统的红外信号接收机的框图；

图2是图1所示的除放大器外的传统的红外信号接收的电路图；

图3A-3D是表示在图1所示的传统红外信号接收机中的检测器操作的信号波形图；

图4A-4D是表示图1所示的传统红外信号接收机中的检测器的操作的信号波形图；

图5是根据本发明的红外信号接收机的框图；

图6是图5所示的除放大器外的红外信号接收机的电路图；和

图7A-7D是表示图5所示的红外信号接收机中的检测器的操作的信号波形图。

现在参考图5，根据本发明的红外信号接收机不同于图1所示的传统的红外信号接收机，它还附加地有一个用于衰减BPF输出信号的衰减器24,BPF输出信号和衰减器24输出的衰减信号被提供给检测器4。根据本发明的红外信号接收机的其它细节和图1所示的传统红外信号接收机相同，

图6表示图5所示的根据本发明的红外信号接收机，放大器5除外。除衰减器24及其相关细节外，根据本发明的红外信号接收机的细节和图2所示的传统的红外信号接收机的相同。

如图6所示，衰减器24有一个根据由DC电平移位器15给BPF3的输出加的DC偏置电压和NPN晶体管Q102和Q103的动态范围建立的衰减量，由DC电平移位器15给BPF3的输出加的DC偏置电压，用于抵销在没有信号加到NPN晶体管Q102的基极时所引起的设备噪声和额外光噪声。衰减器24只是用电阻器R2和R3的阻值比衰减来自BPF3的输出信号的AC分量，并输出经衰减的信号。

根据本发明的红外信号接收机中的信号以和传统的红外信号接收机同样的方式流过。具体地，经调制的红外辐射信号被红外信号传感器1接收并被放大器2放大。经放大的信号通过被调谐到PPM信号的载波的BPF3，使得不需要的信号分量和噪声被从来自放大器2的信号中移去。BPF3提供一个输出信号给检测器4，检测器4检测PPM信号的高低电平。来自检测器4的输出信号被波形整形器5的迟滞比较器18进行波形整形，波形整形器根据来自输出端6的PPM信号的载波输出脉冲。

衰减器24根据由DC电平移位器15给BPF3的输出加的DC偏置电压和NPN晶体管Q102和Q103的动态范围建立的衰减量，用电阻值比为85∶15电阻器R2和R3划分来自BPF3的输出信号，由DC电平移位器15给BPF3的输出加的DC偏置电压，用于抵销在没有信号加到NPN晶体管Q102的基极时所引起的设备噪声和额外光噪声。来自衰减器24的经衰减的输出信号被提供给DC电平移位器15。电阻器R2,R3在可变跨导放大器13的反相输入端和缓冲器14的输出端之间串联电阻R2和R3。电阻器R2和R3通过作为衰减器24的输出端的结被彼此连接。根据本实施例，DC电平移位器15有两个分别由NPN晶体管Q100,Q101提供的输入端。NPN晶体管Q100的基极被连接到BPF 3的输出端，而NPN晶体管Q101的基极被连接到衰减器24的输出端。

下面将参考附图7A到7D来描述图6所示的检测器4的操作。通过改变低通滤波器16的充放电电流的比率，根据来自BPF3的输出信号提高检测阈值电压。当连续提供来自BPF3的输出信号时，检测阈值电压最终增加到BPF3的输出信号电平。然而，根据本实施例，BPF3的输出信号被衰减一定量，该衰减量是通过根据由DC电平移位器15加在BPF3的输出信号上的DC偏置电压和NPN晶体管Q102的动态范围50mv而建立的，提供DC偏置电压以抵销在没有信号加在NPN晶体管Q102的基极上时引起的设备噪声和额外光噪声，经衰减的信号被提供给低通滤波器16。因此防止检测阈值电压超过加在NPN晶体管Q102的基极上的来自BPF3的输出信号(见图7C)。这样检测器4能够在大于180ms内检测一个连续波形PPM信号(见图7B)，大于传统的连续波形PPM信号(见图7A)。结果如图7D所示，红外信号接收机的输出端6能输出正比于PPM信号的周期的精确脉冲，这样可以防止包括红外信号接收机任何设备的误操作。

尽管已经用具体术语描述了本发明的优选实施例，但这些描述仅是出于说明的目的，应当理解在不背离以下权利要求的精神和范围的情况下可以有各种变型和改变。

Claims (6)

1．红外信号接收机包括：

一个红外辐射传感器；

放大由所述红外辐射传感器接收的信号的放大器；

带通滤波器，用于从所述放大器放大的信号中提取一个预定频率分量；

一个衰减器，用于衰减所述带通滤波器的输出信号；

一个检测器，包括由两个晶体管组成的差分放大器，和一个DC电平移位器，被提供来自所述带通滤波器的输出信号和来自所述衰减器的衰减信号，并且给接通上述两个晶体管的电压提供一个DC偏置；和

一个波形整形器，对来自所述检测器的输出信号的波形整形。

2．根据权利要求1的红外信号接收机，其中所述衰减器有一个根据所述DC偏置和所述差分放大器的动态范围建立的衰减量。

3．根据权利要求1的红外信号接收机，其中所述带通滤波器包括一个有反相输入端的可变跨导放大器，和有一个输入端连接到所述可变跨导放大器的输出端的缓冲器，所述衰减器包括在可变跨放大器的所述反相输入端和所述缓冲器的输出端之间串联的电阻，所述两个电阻通过一个作为所述衰减器的输出端的结而彼此连接。

4．根据权利要求1的红外信号接收机，其中所述DC电平移位器包括一个可以由来自所述带通滤波器的输出信号接通和断开的第一晶体管，第一横流源用于给所述第一晶体管提供一个恒定电流，第二晶体管能够被来自所述衰减器的衰减信号接通和断开，第二横流源用于为所述第二晶体管提供一个恒定电流。

5．根据权利要求4的红外信号接收机，其中所述检测器有一个低通滤波器，用于将一个载波从来自DC电平移位器的所述第二晶体管的输出信号中移去，并且将信号输出给所述差分放大器的晶体管之一。

6．根据权利要求1的红外信号接收机，其中所述检测器包括一个电容器和一个电流镜，电流镜用于给所述电容器提供一个电流，以便在所述差分放大器的晶体管被接通和断开时，对所述电容器充电和放电。

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