CN1681267A - 二进制移频键控解调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BFSK信号解调器，它包括一个频率电压转换电路，一个微分器和一个抽样判决电路，BFSK调制信号经过所述频率电压转换电路转换成电压信号后输入一个微分器，所述微分器检测出该电压信号的上升沿和下降沿，然后由抽样判决电路根据设定的电压门限值滤除噪声，恢复解调后的信号。本发明可以提高调频解调器的集成度，降低功耗。适用于无线通信设备中接收机中频部分。

Description

二进制移频键控解调器

技术领域

本发明涉及一种无线通信接收设备，特别是涉及一种用于无线接收装置的中频率二进制移频键控解调器。

背景技术

在无线通信设备中，解调器是接收装置中重要的组成部分。它用于无线接收装置的后端，将前端变频后的调制信号解调出来，使解调后的信号与发射原始信号一致。误码率是衡量解调器的一个重要指标。现有的BFSK(binary frequency-shift keying，二进制移频键控)信号解调方式分为非相干解调和相干解调两类。非相干解调抗干扰性能差；而在相干解调的多种实现方式中，差分解调具有结构简单，误码率低的特点，它不需要本地提供载波，对晶振的精度要求低，由载波引起的相位误差小，是最为普遍的一种解调方式，其结构如图1所示。这种差分解调器的缺点是，会使芯片的面积增大，增加功耗，而且需要在芯片外部提供一个相移电路，使芯片的集成度降低，易受外界环境因素的影响。特别是当信号频率与载波频率相近时，对乘法器后的滤波器要求很高，差分解调器不再适用。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种BFSK信号解调器，它不需要芯片外部元件的支持，而且电路结构简单，芯片面积小，集成度高。

为解决上述技术问题，本发明BFSK信号解调器，包括频率电压转换电路，BFSK调制信号经过该频率电压转换电路转换成电压信号后输入一个微分器，所述微分器检测出该电压信号的上升沿和下降沿，然后由抽样判决电路根据设定的电压门限值滤除噪声，恢复解调后的信号。

由于采用上述结构，本发明的解调器没有任何芯片外元件，结构简单，芯片面积小，且功耗低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有的BFSK信号差分解调器原理框图；

图2是本发明BFSK信号解调器原理框图；

图3是图2中的频率电压转换电路原理图；

图4是图2中的微分器电路原理图；

图5是图2中的抽样判决电路原理图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的BFSK信号解调器由频率电压转换电路、微分器、抽样判决电路等几个简单的电路模块组成。BFSK调制信号经频率电压转换电路得到A点波形。f_c+Δf和f_c-Δf(f_c为载波信号的频率)两个频率分别对应电压V₁、V₂(V₁＜V₂)。实际上此时的信号已为解调后的信号，但是V₁、V₂之间的电压差太小，不能直接驱动逻辑电路将其变为相应的数字信号。因此，将该信号输入微分器得到B点波形，检测出该电压的上升沿和下降沿，然后由抽样判决电路根据设定的电压门限值滤除噪声，得到C点波形，即解调出的数字信号。

频率电压转换电路输出的模拟电压波形中含有很多尖刺，特别是由于开关的电荷注入效应引起的杂散。该波形经过微分器电路时，会将这些尖刺和电压信号的上升沿和下降沿一起检测出来。但是，由于尖刺的幅度小，BFSK信号高低频变化处的ΔV相对比较大，因此微分器的输出波形必然是一些幅度大小不等的脉冲信号。在抽样判决电路中选择合适的门限电压就可将由尖刺产生的脉冲信号滤除，并恢复解调后的数字信号。

图3为本发明BFSK信号解调器所采用的频率电压转换电路，该电路在本申请人的另一件专利申请中(专利申请号：200410017297.9)已作过详细说明。其工作过程是，当输入信号F_in为低时，开关管M_p1、M_p7均打开，开关管M_n2关闭，此时信号φ₁、φ₂均为低，电流I_in对电容C₁充电，电流I_c对电容C₃充电，但此时电容C₃上的电压低于V_ref，D点电压为高，开关管M_n6打开，电容C₁上电压为零。当电容C₃上的电压超过V_ref时，D点电压为低，开关管M_n6关闭，电容C₁上电压逐渐升高。当输入信号F_in为高时，开关管M_p1、M_p7均关闭，开关管M_n2打开，此时信号φ₂先变为高，φ₁仍为低，电荷在电容C₁、C₂上重新分配。然后信号φ₂变为低，φ₁变为高，电容C₁、C₃放电至电压为零，信号φ₁、φ₂均为低，等待下一个信号周期。电容C₂上的电压即频率为f的调制信号所对应的电压，由电荷守恒定律可知：电容C₂越小，电容C₁充电的次数越多，则电容C₂上的电压越接近电容C₁的初始电压，正比于T/2。充电时间控制电路加入的目的是：在有限的电源电压下，调节电容C₁的充电斜率，扩大BFSK信号频偏Δf对应的电位差ΔV，增强比较器抗噪性能，降低误码率。开关管M_p5是为了消除开关管M_n4开关时的电荷注入效应。

图4为本发明BFSK信号解调器的微分器电路。由图4可知，所述微分器电路是由电压-电流转换电路、电流模式微分电路和电流-电压转换电路连接构成。

本发明的微分器没有采用传统的运放反馈电路，而是采用了电流模式微分电路，主要是因为这种结构的微分器没有反馈回路，结构简单，功耗低，且带宽宽。该电路传递函数：

$\frac{i_{\mathrm{out}}}{i_{\mathrm{in}}}=\frac{(g_{\mathrm{mp}19}+g_{\mathrm{mn}18})\·\mathrm{sC}}{(g_{\mathrm{in}}+g_{\mathrm{mn}14}+g_{\mathrm{mp}15})(g_{\mathrm{mn}16}+g_{\mathrm{mp}17})+(g_{\mathrm{in}}+g_{\mathrm{mn}14}+g_{\mathrm{mp}15}+g_{\mathrm{mn}16}+g_{\mathrm{mp}17})\·\mathrm{sC}}$

其中：g_in为前一级电路的输出导纳。

若 $s<<\frac{(g_{\mathrm{in}}+g_{\mathrm{mn}14}+g_{\mathrm{mp}15})(g_{\mathrm{mn}16}+g_{\mathrm{mp}17})}{(g_{\mathrm{in}}+g_{\mathrm{mn}14}+g_{\mathrm{mp}15}+g_{\mathrm{mn}16}+g_{\mathrm{mp}17})\&CenterDot;C},$ 则传递函数可简化为：

$\frac{i_{\mathrm{out}}}{i_{\mathrm{in}}}=\frac{(g_{\mathrm{mp}19}+g_{\mathrm{mn}18})\&CenterDot;\mathrm{sC}}{(g_{\mathrm{in}}+g_{\mathrm{mn}14}+g_{\mathrm{mp}15})(g_{\mathrm{mn}16}+g_{\mathrm{mp}17})}$

从上式可以看出，该电路实现了一个微分器的功能。

由于频率电压转换电路输出为一电压信号，因此要通过电压-电流转换电路将该电压信号转换为电流信号，然后经电流模式微分电路微分；由微分器电路输入到抽样判决电路的信号，第一步就是比较电压，因此在该微分器电路输出端还需要一个电流-电压转换电路将电流模式微分电路输出的电流信号再转换成电压信号。

图5为本发明BFSK信号解调器的抽样判决电路原理图。微分器电路的输出信号是如图2中所示的尖脉冲信号，将该信号输入两个比较器B₁、B₂。比较器B₁的判决门限电压为V_ref1，比较器B₂的判决门限为V_ref2，尖脉冲信号高于V_refl的部分经比较器B₁比较后在其输出端E点生成宽脉冲信号，而尖脉冲信号低于V_ref2的部分经比较器B₂比较后在其输出端F点也生成宽脉冲信号，E、F两点处波形相或，并经两个反相器延迟就得到D触发器的时钟信号，即G点的波形，用该时钟信号对E点波形采样即生成解调出的数字信号。两个门限电压可以通过比较器B₁、B₂内部电阻分压电路产生。

选取合适的判决门限电压V_ref1、V_ref2可以滤除许多高频噪声，特别是由于频率电压转换电路中开关的电荷注入效应引起的杂散。

Claims (3)

1.一种BFSK信号解调器，它包括一个频率电压转换电路，其特征在于：它还包括一个微分器和一个抽样判决电路，BFSK调制信号经过所述频率电压转换电路转换成电压信号后输入一个微分器，所述微分器检测出该电压信号的上升沿和下降沿，然后由抽样判决电路根据设定的电压门限值滤除噪声，恢复解调后的信号。

2.如权利要求1所述的BFSK信号解调器，其特征在于：所述微分器电路由电压-电流转换电路、电流模式微分电路和电流-电压转换电路组成，经频率电压转换电路转换成的电压信号，由所述电压-电流转换电路将该电压信号转换为电流信号，然后经电流模式微分电路微分后，再由电流-电压转换电路将该电流信号转换成电压信号。

3.如权利要求1所述的BFSK信号解调器，其特征在于：所述抽样判决电路由两个比较器、一个或门、反相器和D触发器组成，由微分器电路输出的尖脉冲信号，输入比较器B₁、B₂，比较器B₁的判决门限电压为V_ref1，比较器B₂的判决门限为V_ref2，尖脉冲信号高于V_ref1的部分经比较器B₁比较后在其输出端E点生成宽脉冲信号，而尖脉冲信号低于V_ref2的部分经比较器B₂比较后在其输出端F点也生成宽脉冲信号，E、F两点处波形相或，并经两个反相器延迟就得到D触发器的时钟信号，即G点的波形，用该时钟信号对E点波形采样即生成解调出的数字信号。

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