CN1404657A - 用于抑制接收电路中干扰的方法和配置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在载波调制信号SIN的接收电路中借助于一个品质可调节的带通滤波器抑制干扰的方法,其中经带通滤波的接收信号Bout被解调,并且用解调的接收信号Dout触发一个开关过程。然而现已公开的接收电路具有以下缺点:由于电路面积尺寸小,在接收机输出区域中开关过程,尤其是由驱动晶体管,基于电容耦合而形成干扰,例如振荡器振荡形式的干扰,它们不能被电路中已存的增益调整排除。按照本发明,这种自身引起的干扰如此被排除:带通滤波器的品质除低与引起干扰的开关过程相关联。本发明方法首先适用于红外线-接收机的电路结构,这样这些电路是小的,无引加元件的,因而有效地被生产。
Description
本发明涉及如权利要求1前序部分所述的一种在载波调制信号接收电路中借助于一个品质可调节的带通滤波器抑制干扰的方法,以及实施此方法的一种电路配置。
已知的用于这样接收机电路,尤其是遥控接收机的集成电路(IC),如TEMIC半导体公司的U2548基于其工艺有较大尺寸,从而具有小的干扰耦合。其大小约为1.8平方毫米。在可用面积上电路具有用于输入信号,输出信号,供电电压和地线的连接装置,以及多个补偿装置。这种电路的工作方式是,由一个光检测器——通常是一个光二极管——接收的信号,即接收信号被送到一个输入电路。此输入电路具有一个互阻抗放大器,它放大脉冲化的输入电流信号并转换为电压信号。然后此电压信号在一个信号处理中被处理。信号处理具有一个调整放大器,一个限幅器和一个带通滤波器。其中调整放大器的任务是按照预设调节量放大互阻抗放大器的输出信号。限幅器的任务是限制信号辐度,以避免带通滤波器过荷。带通滤波器使接收机具有选择性并限制其带宽。带通滤波器输出端上的信号在一个作为判别电路的解调器中被判别。此解调器由比较器,一个积分器和史密特-融发器组成,并产生一个作用于一个起开关作用的驱动晶体管的开关信号,从而得到一个数字的控制信号送到例如一个微控制器去继续处理。
这些已公开的电路还具有一个放大量调节,通过它,接收机的增益按照干扰大小被调整,以而取得了对接收信号的高灵敏度,然而同时诸如由杂散光引起的干扰进一步被抑制,使得尽可能不由干扰产生驱动晶体管的输出脉冲。
然而这些已公开电路具有以下缺点:在应用新工艺时电路面积缩小,从而由于接收机输出区域中,尤其是驱动晶体管的开关过程基于现在起作用的电容耦合和地电位差在电路中引起干扰,例如振荡器振荡形式的干扰,它们是不能被放大量调节消除的。
为解决上述问题,由单片集成的光-电路TPS831的Toshiba-说明书可知,在输出端V0和地GND之间连接一个容量为1000Pf的外部电容,以避免说明书中所述的振荡。此解决方案的明显缺点在于,增加的元件导致除芯片费用以外的其它费用,并且解调输出脉冲由于此电容器而失真了。
本发明的目的在于给出本说明书开始处所述的方法,其中上述自身引起的干扰可以被抑制,而且没有现有技术的上述那些缺点。
上述任务由权利要求1所述特征完成。按照本发明,通过在出现干扰的瞬间,即在开关时以及紧接其后的开关过程中进行的带通滤波器品质的有限时间的降低,实现对由于接收机电路输出区域中开关过程自身所引起的干扰的有效抑制。有优点的是品质降低的时间期被限制为至少在开关过程所引起的干扰的持续期,即品质降低的时间期如此之长,一直到干扰消失为止。
按照本发明一个有优点的设计,按照解调器输出信号,其作为第一个矩形脉冲对应于载波调制接收信号的包络曲线,并且作为切换信号被送到接收机的作为输出晶体管的驱动晶体管,一个用于降低带通滤波器品质的控制信号tqr如此被形成:根据第一个矩形脉冲的边沿产生一个相位延迟的矩形脉冲,它最好在时间上紧接在第一个矩形脉冲之后。因为用第一个矩形脉冲的第一个边沿起动开关过程,例如上述开关的开通,并且用其第二个边沿结束开关过程,例如关断上述开关,可以简单地得到干扰与品质降低之间的关联。
此外,解调器所产生的矩形脉冲如此由经带通滤波的接收信号形成:首先由此接收信号通过量化产生脉冲序列,它们接着被上升积分到一个积分值,并且在不存在脉冲序列时完成此积分值的返回。
在另一个有优点的实施例中,借助于一个调整放大器实现接收信号的自动增益调节,接收信号在带通滤波之前送给此调整放大器。此调节根据接收信号的信号大小和接收电路的环境条件——尤其是干扰大小——进行。为了避免由此调整可能引起的干扰,此增益调节在经带通滤波的接收信号解调时——即在接收有效数据比特时被停止工作。有优点的是为了关闭自动增益调节而产生一个相对于第一个矩形脉冲(解调器输出信号)相位延迟了的第三个矩形脉冲,其脉冲宽度比第一个矩形脉冲的宽度长。
最后,有优点的是,根据积分值不仅在上升积分时而且在返回时也形成解调器输出信号(第一个矩形脉冲),用于带通滤波器品质降低的控制信号(第二个矩形脉冲)和用于关闭自动增益调节的控制信号(第三个矩形脉冲)。
用于实施本发明方法的优化电路配置如权利要求12至15中特征所述。
用于实施本发明方法的一种接收电路作为单片电路被制造,其仅需一个光二极管,以使其能作为红外线遥控接收机工作,并且可解调在数百皮安范围内很小的电流,其中然而要求300兆欧数量级的高互阻抗。解调器输出端的驱动晶体管在满逻辑电平幅度(例如5伏)时最大导通电流直到几个毫安。在以新的导致更小的芯片尺寸的工艺实现这个电路时——例如1平方毫米的芯片面积时——由于现在有更小的距离,以及由于驱动晶体管的大电压跳变产生的至接收电路输入端的耦合,存在前述自身引起的干扰(振荡)。与芯片大小无关,这种电路也由于驱动电流所引起的地电压降而导致振荡。利用本发明方法,所有上述干扰都被抑制。并且与芯片的尺寸无关,从而在将来能进一步缩减芯片尺寸的新工艺中本发明方法仍可继续有优点地被使用。
下面借助附图所示实施例详细说明本发明方法,附图中:
图1:本发明接收电路方框图,
图2:图1所示接收电路中所用解调器方框图,
图3:用于说明图2所示解调器工作原理的逻辑图,
图4:图1所示接收电路中所用积分器方框图,
图5:用于说明图4所示积分器工作原理的逻辑图,
图6:图1所示接收电路中所用反馈型带通滤波器的原理图。
图1示出一个接收电路10及其周围电路的方框图。由发光二极管6射出的载波调制数据作为红外线-脉冲包被光二极管5接收。射在光二极管5上的具有例如38KHz的载波频率的红外线-脉冲包被转换为电流信号SIN。它加在接收电路10的输入端11上。电流信号SIN被送给作为互阻抗放大器工作的输入电路1,它放大电流信号SIN并变换为电压信号,以使得在后续电路处理级中的噪声成分可忽略不计。在后接信号处理部件2中此电压信号再次被一调整放大器21放大,被一个限幅器22限幅,接着在一个带通滤波器23中被滤波,其中带通滤波器23除其模拟输入外还具有一个控制输入,利用此输入,带通滤波器的品质可在两个值之间切换。
借助于限幅器22实现的信号限制是需要的,其作用是避免后接带通滤波器23的过荷,并且抑制诸如经过供电连接端VS抵达接收机的脉冲干扰。在连接于信号处理部件2的判别部件3中,经带通滤波的信号Bout借助于一个解调器31被解调,并经过具有相应负载电阻32的驱动晶体管32作为输出信号Sout提供给一个微控制器7用于进一步处理。解调器31还产生一个控制信号tqr,它通过导线72给到带通滤波器23的控制输入端。用此信号,带通滤波器23的品质在驱动晶体管32的开关过程中短时间被降低,以避免由驱动晶体管32完成的开关过程引起一个振荡,以抵抗在实现为集成电路的接收电路中的干扰耦合。工作在有用信号载波频率上并实现电路选择性的带通滤波器23具有例如10的品质,它可在控制信号tqr作用下降到1,如下面说明的那样。
为了放大由发射二极管6射出的有用信号从而优化接收机的灵敏度,接收电路10具有一个调整电路4,它提供调整信号给调整放大器21,并且它以通过导线75来的带通滤波器23的输出信号Bout和经导线73来的解调器产生的信号Dstop-agc作为其输入信号。调整电路4的任务是如此优化信噪比:根据输入信号的大小改变输入信号SIN的增益。调整电路4由一个调整逻辑部件(AGC)41和一个数模转换器(DAC)42构成。调整逻辑部件41分离有用信号和干扰信号,并置有用信号的增益到一个尽可能高的水平上,从而取得对有用信号的高灵敏度。同时例如来自杂散光的干扰影响被减小。数模转换器42变换调整逻辑部件41所产生的数字的增益信息为用于增益放大器21的模拟控制电压。
下面借助于图2和图3所示相应的脉冲图详细说明解调器31的工作原理,尤其是开关驱动晶体管32的解调器31的输出信号Dout和用于降低带通滤波器23的品质的控制信号Dtgr之间的关系。
如图2所示,由带通滤波器23产生的输出信号Bout通过比较器311被数字化,其门限电压319是一个固定调整的参考值,然而也可相对于带通滤波器截止电平根据信号调整到多个电压级上。作为脉冲序列Compsig(见图3中脉冲图311)的比较器311的数字信号在一个模拟积分电路313中被积分。此积分器313识别状态“充电”或“放电”直至控制门限0%或100%,从而产生一个限幅的积分电压波形(见图3中脉冲图313)作为输出信号Intout。积分器313的输出端上后接三个具有不同滞后的史密特-触发器316、317、318。在实施例中史密特-触发器的导通-和关断-开关过程对于触发器316位于80%和40%(见图3中脉冲图316),对于触发器317位于85%和10%(见图3中脉冲图317,对于触发器317位于50%和25%(见图3中脉冲图318)。由三个史密特-触发器-输出信号Dout,Dshop-agc和318在时间上的重叠,借助于逻辑门L2和L3得到控制信号Dtgr(72),Dshop-agc(73)和76。
由图3脉冲图可见,在上升的积分器值达到最大值(100%)的80%时产生矩形的解调输出信号Dout的正跳变沿,在积分器值的下降值为40%时产生负跳变沿,相应地以上面给出的值产生矩形信号Dstop-agc(317),它被送到调整逻辑部件41,以在传输一个有效的数据比特的同时及其后短时间内使调整电路4的调整不工作。从而也避免了由驱动晶体管产生的干扰对调整电路4的影响。矩形信号318,信号Dstop-agc(317)和倒相的信号Dout在与非门L3中相与产生控制信号Dtgr(72)。这样在Dout信号降至其低电平时产生矩形信号72的正跳变沿,而其负跳变沿与矩形信号318的负跳变沿时间上相同。
由反相的Dout信号316和Dshop-agc信号317通过一个与非门L2产生另一个矩形信号76。它与比较器311所产生的Compsig脉冲序列311一起被送给一个与门L1。此矩形脉冲76脉冲持续期对应于从Dout信号316脉冲结束至Dshop-agc信号317的脉冲结束之间的时间期。从而避免了在调整电路4切换为不工作时比较器311的触发。
解调器31中所用的模拟积分器313积分数字脉冲序列Compsig,它可能像下面结合图4反图5所示相应的脉冲图所说明的那样简单地实现。图5举例示出的脉冲序列Compsig具有不同宽度的脉冲,且有不同的脉冲间隔,脉冲序列被送到一个触发和保持单元T,它在出现第一个脉冲时接通电流源Q,它以电流I1对积分电容Cint充电。这里不完整的脉冲序列必须被解调器31判别为不完整的,并且不可以导致一个输出信号。为此应用触发和保持单元T的保持功能,用此功能在一个规定的时间期——它可根据频率选择为1.6/f0——之后如果没有脉冲则中断充电,并且起动具有相同速度的下降积分,这时接通电流源S,以对积分电容Cint放电。此保持功能以保持1.6/f0示出在脉冲图中,由图可见:时刻t1和t2处的头两个脉冲之间的脉冲间隔被搭接,即在此脉冲间隔中继续积分,然而第二个脉冲后面的脉冲间隔即时刻t2和t3之间不被完全搭接。因此充电只进行到保持时间1.6/f0结束,即只到时刻t3。接着触发-和保持单元T切换到电流源S上,以电流I2对积分电容Cint放电,直到时刻t4,此时出现下一个导至充电的脉冲,此过程一直进行到时刻t5达到100%的最大积分值,然而还继续有脉冲出现,保持时间1.6/f0在时刻t6才结束。接着下降积分直至时刻t7,这时积分器输出信号Intout的积分值又达到0%的输出值。
图6举例示出一个品质可调的带通滤波器的结构,它可用于图1所示接收电路中。所示带通滤波器是一个反馈型滤波器2,其总传送函数F(s)由下式给出:
F(S)=(S/ωo)/(1+(S/(ωoQ)+(S2/ωo2)其中S为拉普拉斯算子,ωo为谐振频率,Q为品质。下面说明的电路实现此传递函数。
按照图6,被限幅器22限幅的模拟信号通过带通滤波器的输入端E送到具有三个输入端(两个正相输入端和一个反相输入端)的相加器231的正相输入端。由加在三个输入端上的信号构成的和信号被放大器232放大ωo倍,并继续送给一个等效于一个电容的限幅积分器233。接着此积分信号由一个信号成形器234-它模仿一个晶体管特性曲线—成形并构成带通滤波器23的输出信号Bout。同时此输出信号Bout一方面经过由另一个增益为-ωo的放大器235和其后接的另一个结构对应于积分器233的积分器266构成的反馈电路给到相加器231的第二个正相输入端,另一方面分别通过放大器237和238送到一个切换器239上,它根据加到其上的控制信号Dtgr连接或者是具有增益0.1(=1/Q1)的放大器237-对应于品质值10-,或者是具有增益1(=1/Q2)的放大器238-对应于品质值1-到相加器231的反相输入端。
在Dtgr-信号为高电平,即驱动晶体管32关断时刻及其后短时间内通过品质的降低,滤波器处于较小的接收能量能力的状态下,从而由驱动晶体管32引起的形式为带通滤波器输入端上的跳动的干扰可很快消退。控制信号Dtgr有效的时间期必须如此之长,在此时间期内在带通滤波器23前面的电路部件上作用有驱动晶体管32的干扰。对有用信号解调的负面影响同时被排除了,因为用于抑制干扰的时间显著短于有用信号比特序列的间隔时间。
接收机整体功能所需要的这种带通滤波器23的性能主要在于接收机的带宽被限制,从而降低前级和光二极管的噪声而得到对有用信号的高灵敏度,此外还抑制了中心频率之外的干扰信号。
Claims (15)
1.在载波调制接收信号(SIN)的接收电路中借助于一个品质可调节的带通滤波器(23)抑制干扰的方法,其中经带通滤波的接收信号(Bout)被解调,并且用解调的接收信号(Dout)触发一个开关过程,其特征在于,带通滤波器(23)的品质降低与开关过程相关联。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,品质降低的时间期被限制为至少是在开关过程所引起的干扰的持续期上。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,产生一个对应于载波调制接收信号(SIN)的包络曲线的第一矩形脉冲作为解调的接收信号(Dout)用于触发开关过程,并且根据第一矩形脉冲(Dout)两个边沿中的一个边沿导出一个相位延迟的第二矩形脉冲(Dtgr)作为控制信号(72)用于带通滤波器(23)的品质下降。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,第二矩形脉冲(Dtgr)时间上紧接在第一矩形脉冲(Dout)之后。
5.如权利要求3或4所述的方法,其特征在于,用第一矩形脉冲(Dout)的第一个沿进入开关过程,而用第一矩形脉冲(Dout)的第二个沿结束开关过程。
6.如以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,为了解调,经带通滤波的接收信号(Bout)被量化为脉冲信号形式(Compsig),并且此脉冲序列在其脉冲间隔上被上升积分到一个积分值上。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,在规定时间之后不存在脉冲序列(Compsig)时结束上升积分并且积分值返回。
8.如以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,接收信号在带通滤波之前按照一个由接收信号的信号大小和环境条件确定的调整值进行自动增益调整。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,在经带通滤波的接收信号被解调时自动增益调整被停止工作。
10.如权利要求5至9中任一项所述的方法,其特征在于,为了使自动增益调整停止工作,产生一个相对于第一矩形脉冲(Dout)相位延迟的第三矩形脉冲(Dstop-agc),其脉冲宽度比第一矩形脉冲(Dout)的脉冲宽度长。
11.如权利要求7至10中任一项所述的方法,其特征在于,根据积分值,不仅在上升积分时而且在其返回时也产生第一、第二和第三矩形脉冲(Dout,Dtgr,Dstop-agc)。
12.用于实施以上权利要求中任一项所述的方法的电路配置,其特征在于,接收电路具有一个输入放大器(1),它后接一个调整放大器(21)和带通滤波器(23),并且带通滤波器(23)按以下传递函数F(S)被结构为二阶滤波器:
F(S)=(S/ωo)/(1+(S/(ωoQ)+(S2/ωo2)其中S为拉普拉期算子,ωo为谐振频率,Q为品质,并且根据控制信号(Dtgr)借助于切换开关(239)可调整品质Q为两个值Q1和Q2。
13.如权利要求12所述的电路配置,其特征在于,为了解调,带通滤波器(23)后接一个用于产生脉冲序列(Compsig)的比较器(311),此脉冲序列(Compsig)被送到一个模拟积分器(313),并且积分值被继续送到多个具有不同滞后值的史密特-触发器(316、317、318)上。
14.如权利要求13所述的电路配置,其特征在于,史密特-触发器(316、317、318)的输出端与一个与门(L4)相连接,用于产生降低带通滤波器(23)的品质所用的控制信号(Dtgr)。
15.如权利要求12至14中任一项所述的电路配置,其特征在于,为了借助于调整放大器(21)进行自动增益调整,设置了一个调整逻辑部件(41)和一个后接的数-模-转换器(42),并且为了传送经带通滤波的接收信号(Bout)和第三矩形脉冲(Dstop-agc),调整逻辑部件(41)通过各自分开的导线(73、75)连接于带通滤波器(23)的输出端和解调器(31)的一个比较器(317)。
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