CN1983876B - 红外线接收器 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于防止产生来自于接收器内部/外部的噪声的红外接收器。在输入噪声和信号中产生脉冲。通过利用所述脉冲来区分噪声和信号。从而获得噪声的快速衰减和信号的足够时间常数。在设计集成电路时，红外接收器在短时间内响应于输入信号充电和放电，由此，通过保证足够的时间常数可以减少集成电路的面积。通过在芯片中不使用振荡器可去除连续的噪声源，从而使红外接收器保持高灵敏度。特别地，另外，相对于连续噪声的快速充电被降低，从而可以降低由于输出中的噪声而产生误差的时间。

Description

红外线接收器

技术领域

本发明涉及一种红外接收器，具体涉及一种包括增益控制器的红外接收器，所述增益控制器能够去除在所述红外线接收器中产生的噪声。

背景技术

红外接收器从红外数据发送器(例如用于诸如电视的家用器具的红外遥控器)接收红外信号。

图1是示出了传统使用的红外接收器的方框图。图1所示的红外接收器已公开在由本发明的申请人申请和登记的第322520号韩国专利登记出版物中。

参照图1，包括光电二极管的输入单元感测从红外接收器外部接收的红外输入信号，并将所感测到的红外输入信号转换为电信号。由于转换得到的电信号较弱，因此通过前置放大器对所转换的电信号进行放大。

由前置放大器所放大的信号的增益由用于控制增益的自动增益控制放大器控制。自动增益控制放大器随着电压增加而降低红外接收器的增益。

通过自动增益控制放大器的信号最终被限制放大器(limitamplifier)放大。限制放大器的输出信号再次通过带通滤波器，从而滤除红外信号的载频信号。

带通滤波器的输出被输入到增益控制器和比较器。增益控制器产生增益控制电流或增益控制电压，以根据带通滤波器输出的信号是噪声还是正常信号来控制自动增益控制放大器的增益。

比较器将带通滤波器的输出与预定的参考DC电压进行比较。比较器的输出端与解调器连接。解调器的输出信号通过输出单元输出。

除了红外线以外，输入到红外接收器内的输入信号通常还包括干扰光线，例如荧光或者太阳光。所述干扰光线并不是设计者意欲输入的，并且被认为是噪声。

图2和图3示出了用于去除并非意欲输入的噪声的传统增益控制器的增益控制方法。

图2示出了第322520号韩国专利登记出版物中公开的增益控制器的增益控制方法。

参照图2，该增益控制方法利用脉冲串与间隙之间的时间比，其表示为脉冲串∶间隙＝1∶N。

当输入信号时，N＞1。当输入噪声时，N＜1。增益控制器控制增益以使得当输入信号时，增益控制器被充电。增益控制器控制增益以使得当输入噪声时，增益控制器被放电。

在本方法中，存在这样的问题，即类似于信号的荧光噪声的增益(N＜1)被降低，并且噪声被输出。

图3示出了第2004-4030号韩国专利登记出版物中公开的增益控制器的增益控制方法。

参照图3，在间隙周期内，增益控制器被连续充电以去除荧光噪声持续图2所示的8毫秒。

然而，当所施加的信号被噪声替代时，充电时间较长。为了增加时间常数，在电路中需要采用小电流或者具有大电容的电容器，因为信号被接收时增益的损失较大。

图4是示出了第2004-4031号韩国专利登记出版物中公开的、能够去除噪声的传统红外接收器的电路图。该红外接收器通过利用振荡器、时钟信号发生器(cluck signal generator)、间隙周期探测器以及信号探测器来区分噪声和信号，并且通过充电、放电以及保持操作来去除噪声。

参照图4，与传统方法不同的是，由于噪声和正常信号的输入特征不同，因此红外接收器根据输入信号是噪声还是正常信号来控制红外接收器中放大器的增益。

但是，时钟发生器需要寄存器，从而使得电路的数量较大。大量的电路造成了集成电路结构上的负担。由于振荡器总是可产生滴答声，因此在集成电路中振荡器起到了一个噪声发生器作用。由此，振荡器降低了对所接收的微小信号进行放大的红外接收器的灵敏度。

发明内容

本发明提供了一种红外接收器，其能够通过在输入噪声和信号中产生脉冲以防止来自于接收器内部/外部的噪声出现在输出中来保证最佳接收灵敏度、能够利用所述脉冲来区分噪声和信号、以及能够获得噪声的快速衰减和信号的足够时间常数。

根据本发明的一个方面，提供了一种红外接收器，其包括：输入单元，其包括用于将从所述红外接收器外部接收的红外输入信号转换为电信号的光电二极管；前置放大器，其对由所述输入单元转换的所述电信号进行放大；自动增益控制放大器，其对由所述前置放大器放大的所述电信号进行放大，并控制所述前置放大器的输出增益；限制放大器，其对由所述自动增益控制放大器放大的所述电信号进行放大；带通滤波器，其从由所述限制放大器放大的所述电信号中滤除所述红外信号的载频信号；第一比较器，其对由所述带通滤波器滤波的所述信号与第一阈值电压进行比较；第一解调器，其对由所述第一比较器输出的所述信号进行解调；输出单元，其接收所述解调器的输出，并将所接收的信号输出到所述红外接收器的外部；第二比较器，其接收未输出至所述第一比较器的信号，并将所述信号与第二阈值电压进行比较；第二解调器，其对所述第二比较器输出的所述信号进行解调；以及增益控制器，其接收所述第二解调器的输出，输出相对于第二阈值电压的下降和上升沿探测信号，并且通过从所述下降和上升沿探测信号中提取关于脉冲串和间隙周期的时间信息来控制所述自动增益控制放大器的增益，其中所述红外接收器包括通过接收所述带通滤波器的输出信号来控制所述自动增益控制放大器的增益的增益控制器。其中所述增益控制器包括：上升和下降沿探测器，其通过高于第二阈值电压的信号开始时的下降沿在预定的时期内输出下降沿探测信号，并通过高于第二阈值电压的信号结束时的上升沿在预定的时期内输出上升沿探测信号；用于探测噪声信号和间隙周期的探测器，其通过利用来自于所述上升和下降沿探测器的上升和下降沿探测信号，提取关于脉冲串周期和间隙周期的时间信息，所述脉冲串周期中包含载波信号，而所述间隙周期中不包含载波信号；控制逻辑单元，其输出上升和下降沿探测器的信号以及噪声信号和间隙周期探测器的输出信号，作为用于最终降低信号增益的信号和用于增加信号增益的信号；以及电荷泵电路，其包括恒流源和开关，并且通过利用用于降低增益的信号和用于增加电容器增益的信号对电容器进行充电、放电以及保持来控制自动增益控制放大器的增益。其中所述用于探测噪声信号和间隙周期的探测器包括：锁存器，其将第一开关和第二开关的控制电压保持为触发器类型，从而当所述第二解调器的输出电压为下降沿时将脉冲串-间隙电压与第一参考电压进行比较，当所述输出电压为上升沿时将脉冲串-间隙电压与第二参考电压进行比较；第三比较器，其将所述脉冲串-间隙电压与所述第一或第二参考电压进行比较；以及第四比较器，其将所述脉冲串-间隙电压与所述第三参考电压进行比较。

附图说明

通过以下结合附图对示例性实施方案进行的详细描述，本发明的上述和其他特征以及优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出了传统红外接收器的方框图；

图2和图3示出了由能够去除噪声的传统增益控制器获得的波形；

图4是示出了能够去除噪声的传统红外接收器的电路图；

图5是示出了根据本发明的一个实施方案的红外接收器的方框图；

图6是示出了根据本发明的一个实施方案的红外接收器的增益控制器的示意图；

图7是示出了图6中上升和下降沿探测器以及用于探测噪声信号和间隙周期的探测器的信号的时序图；

图8a和8b示出了为图6中用于探测噪声信号和间隙周期的探测器设定参考电压的一个实施方案；

图9是详细示出了图6中所示的增益控制器的电路图；

图10a和10b示出了电荷泵电路与自动增益控制放大器之间的关系；

图11a、11b和11c是示出了电荷泵电路的充电和放电开关的BPF输出信号的时序图；以及

图12a、12b和12c是示出了相对于噪声信号和所接收信号，自动增益控制放大器电压的时序图。

具体实施方式

以下将参照附图对本发明的优选实施方案进行详细描述。

图5是示出了根据本发明的一个实施方案的红外接收器的方框图。红外接收器包括输入单元110、前置放大器120、自动增益控制放大器130、限制放大器140、带通滤波器150、增益控制器160、第一和第二比较器170和200、第一和第二解调器180和210、以及输出单元190。

以下将参照图5描述根据本发明的实施方案的红外接收器的操作。

输入单元110包括光电二极管，并将输入的光信号转换为电信号。前置放大器120对转换的电信号进行放大。

自动增益控制放大器130接收前置放大器120的输出，并且控制前置放大器120的输出的增益。限制放大器140对经过自动增益控制放大器130的信号进行放大。带通滤波器150对包含在限制放大器140的输出内的特定频带电信号进行滤波。

第一比较器170将预定的第一阈值电压Vth1与带通滤波器150的输出进行比较。当带通滤波器150的输出高于第一阈值电压Vth1时，第一比较器输出带通滤波器150的输出。第一解调器180解调第一比较器170的输出信号。输出单元190将第一解调器180的输出信号输出到红外接收器外部。

当带通滤波器150的输出低于第一阈值电压Vth1时，带通滤波器150的输出并不被输出，而是输入至第二比较器200。然后，将带通滤波器150的输出与第二阈值电压Vth2进行比较、由第二解调器210解调，并输出到增益控制器160。

增益控制器160接收第二解调器210的输出，并输出相对于第二阈值电压Vth2的下降和上升沿探测信号。增益控制器160通过从下降和上升沿探测信号中提取关于脉冲串和间隙周期的时间信息来控制自动增益控制放大器130的增益。

第一和第二比较器170和200的阈值电压是任意确定的。将第二阈值电压Vth2确定为低于第一阈值电压Vth1几十毫伏。

图6是示出了根据本发明的实施方案的红外接收器的增益控制器160的示意图。增益控制器160包括上升和下降沿探测器161、用于探测噪声信号和间隙周期的探测器162、控制逻辑单元163、以及电荷泵电路164。

以下将参照图6描述根据本发明的实施方案的红外接收器的增益控制器的操作。

上升和下降沿探测器161包括用于延迟输出信号的延迟电路，用于接收第二解调器210的输出信号以及延迟电路的输出信号并且输出上升沿探测信号Vr和下降沿探测信号Vf的门(gate)。上升和下降沿探测器161通过高于第二阈值电压Vth2的信号开始时的下降沿在预定的时期内输出下降沿探测信号Vf。上升和下降沿探测器161通过高于第二阈值电压Vth2的信号结束时的上升沿在预定的时期内输出上升沿探测信号Vr。

下降沿和上升沿探测信号Vf和Vr通过用于探测噪声信号和间隙周期的探测器162，以提取关于脉冲串周期和间隙周期的时间信息，该脉冲串周期内包含载波信号，而该间隙周期不包含载波信号。

用于探测噪声信号和间隙周期的探测器162包括锁存器、第三比较器和第四比较器。

锁存器将第一开关SW1和第二开关SW2的控制电压保持为触发器类型(toggle type)，从而当解调器的输出电压Vd为下降沿时将脉冲串-间隙电压Vbg与第一参考电压Vref1进行比较，当输出电压Vd为上升沿时将脉冲串-间隙电压Vbg与第二参考电压Vref2进行比较。

第三比较器将脉冲串-间隙电压Vbg与第一或第二参考电压Vref1或Vref2进行比较。第四比较器将脉冲串-间隙电压Vbg与第三参考电压Vref3进行比较。

图7是示出了图6中上升和下降沿探测器以及用于探测噪声信号和间隙周期的探测器的信号的时序图。

当下降沿探测信号Vf或上升沿探测信号Vr较低时，关于脉冲串和间隙周期的时间信息将被重置(0V)。当下降沿探测信号Vf和上升沿探测信号Vr较高时，电容器被电流充电，并且该时间信息被转换为脉冲串-间隙电压Vbg。

利用将用于感测噪声和信号的第三和第四比较器将脉冲串-间隙电压Vbg与三个参考电压Vref1、Vref2和Vref3进行比较。

第一参考电压Vref1用于在信号为脉冲串信号时区分大于连续阈值电压Vthr的噪声。第二参考电压Vref2用于感测脉冲串是否结束以及是否超过了和预定的间隙周期。当在间隙周期内信号超过了第二参考电压Vref2时，第三参考电压Vref3用于在预定时间内产生用于增加增益的信号。

图8a和8b示出了为图6中用于探测噪声信号和间隙周期的探测器设定参考电压的一个实施方案。

当使用恒定电流和电容器时，脉冲串-间隙电压Vbg在重置后根据方程1线性增加：

[方程1]

$T1=\frac{\mathrm{Cbg}\×\mathrm{Vref}1}{\mathrm{Iref}}$

其中第一参考电压Vref1和第一参考时间T1表示在脉冲串产生时，用于探测作为连续信号噪声的脉冲串的参考电压和参考时间。第一参考时间T1是用于探测连续脉冲串噪声的参考探测时间。该第一参考时间T1被设定为长于一般红外信号的最长的脉冲串(通常为信号的头位)约14毫秒。

第二参考电压Vref2和第二参考时间T2用于探测脉冲串结束后的间隙周期。第二参考时间T2被设定为大于16毫秒(其为周期8毫秒的两倍)，约20毫秒，以抑制与荧光灯的信号形状类似的信号。

由于第三参考电压Vref3和第三参考时间T3被作为通过利用第二参考电压Vref2探测了间隙周期之后的信号，因此第三参考电压Vref3被用于探测用来在预定时间内增加增益的信号。第三参考时间T3约为几毫秒。

控制逻辑单元163输出上升和下降沿探测器161的信号以及噪声信号和间隙周期探测器162的输出信号Vch，作为用于最终降低信号增益的信号Vch和用于增加信号增益的信号Vdis。

电荷泵电路164包括恒流源和开关，并且通过利用用于降低增益的信号Vch和用于增加电容器增益的信号Vdis在电容器中充电、放电以及保持来控制自动增益控制放大器的增益。

图9是详细示出了图6中所示的增益控制器的电路图。

参照图9，上升和下降沿探测器161包括延迟电路、NOR门、NAND门和INV门，以产生下降沿探测信号Vf和上升沿探测信号Vr。

在用于探测噪声信号和间隙周期的探测器162中，锁存器将第一开关SW1和第二开关SW2的控制电压保持为触发器类型，从而当解调器的输出电压Vd为下降沿时将脉冲串-间隙电压Vbg与第一参考电压Vref1进行比较，当输出电压Vd为上升沿时将脉冲串-间隙电压Vbg与第二参考电压Vref2进行比较。

在控制逻辑单元163中，通过利用第三比较器的输出电压V1、第四比较器的输出电压V2、下降沿探测信号Vf、以及解调器输出电压Vd，来产生用于控制电荷泵电路164的充电开关信号SWch和放电开关信号SWdis。

图10a和10b示出了电荷泵电路与自动增益控制放大器之间的关系。

参照示出了电荷泵电路的充电开关SWch和放电开关SWdis的BPF输出信号的图11a至11c来对图10a和10b进行描述。

参照图11a，当输入了其中信号脉冲串高于第二阈值电压Vth2的信号时，充电开关SWch关闭(close)预定的时间Tch，在充电开关SWch的接通状态下产生充电信号。

参照图11b，当产生充电信号后，连续的脉冲串的产生超过预定时间时，该信号被认为是电源噪声或者辉光灯噪声，并且充电信号从时间Tch开始被转换为解调器信号，并且被连续充电直到脉冲串结束。

参照图11c，当脉冲串信号高于第二阈值电压Vth2结束时，在预定的时间内没有脉冲串，该信号被认为是信号，放电开关SWdis闭合预定时间Tdis，并且在放电开关SWdis的接通状态下产生放电信号。

图12a、12b和12c是示出了相对于噪声信号和所接收信号，自动增益控制放大器电压的时序图。

图12a是相对于连续的随机信号(例如电源噪声或辉光灯噪声)，自动增益控制放大器的电压Vagc的时序图，并且电压Vagc被抑制。图12b是相对于连续的随机信号(例如荧光灯噪声)，自动增益控制放大器的电压Vagc的时序图，并且电压Vagc被抑制。图12c是相对于接收器所接收的信号，自动增益控制放大器的电压Vagc的时序图，并且电压Vagc未被抑制。

在设计集成电路时，根据本发明实施方案的红外接收器在短时间内响应于输入信号充电和放电，由此，通过保证足够的时间常数可以减少集成电路的面积。通过在芯片中不使用振荡器可去除连续的噪声源，从而使红外接收器保持高灵敏度。

另外，根据本发明实施方案的红外接收器降低了相对于连续噪声的快速充电，从而降低由于输出中的噪声而产生误差的时间。

虽然参照示例性实施方案特别示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的形式和细节进行各种改变。

Claims (8)

1.一种红外接收器，包括：

输入单元，包括用于将从所述红外接收器外部接收的红外输入信号转换为电信号的光电二极管；

前置放大器，对由所述输入单元转换的所述电信号进行放大；

自动增益控制放大器，对由所述前置放大器放大的所述电信号进行放大，并控制所述前置放大器的输出增益；

限制放大器，对由所述自动增益控制放大器放大的所述电信号进行放大；

带通滤波器，从由所述限制放大器放大的所述电信号中滤除所述红外输入信号的载频信号；

第一比较器，将由所述带通滤波器滤波的信号与第一阈值电压进行比较；

第一解调器，对由所述第一比较器输出的信号进行解调；

输出单元，接收所述解调器的输出，并将所接收的信号输出到所述红外接收器的外部；

第二比较器，接收未输出至所述第一比较器的信号，并将所述未输出至所述第一比较器的信号与第二阈值电压进行比较；

第二解调器，对所述第二比较器输出的信号进行解调；以及

增益控制器，接收所述第二解调器的输出，输出相对于第二阈值电压的下降和上升沿探测信号，并且通过从所述下降和上升沿探测信号中提取关于脉冲串和间隙周期的时间信息来控制所述自动增益控制放大器的增益，

其中所述红外接收器包括通过接收所述带通滤波器的输出信号来控制所述自动增益控制放大器的增益的增益控制器，并且

其中所述增益控制器包括：

上升和下降沿探测器，通过高于第二阈值电压的信号开始时的下降沿在预定的时期内输出下降沿探测信号，并通过高于第二阈值电压的信号结束时的上升沿在预定的时期内输出上升沿探测信号；

用于探测噪声信号和间隙周期的探测器，通过利用来自于所述上升和下降沿探测器的上升和下降沿探测信号，提取关于脉冲串周期和间隙周期的时间信息，所述脉冲串周期中包含载波信号，而所述间隙周期中不包含载波信号；

控制逻辑单元，输出上升和下降沿探测器的信号以及噪声信号和间隙周期探测器的输出信号，作为用于最终降低信号增益的信号和用于增加信号增益的信号；以及

电荷泵电路，包括恒流源和开关，并且通过利用用于降低增益的信号和用于增加电容器增益的信号对电容器进行充电、放电以及保持来控制自动增益控制放大器的增益，

其中所述用于探测噪声信号和间隙周期的探测器包括：

锁存器，将第一开关和第二开关的控制电压保持为触发器类型，从而当所述第二解调器的输出电压为下降沿时将脉冲串-间隙电压与第一参考电压进行比较，当所述输出电压为上升沿时将脉冲串-间隙电压与第二参考电压进行比较；

第三比较器，将所述脉冲串-间隙电压与所述第一或第二参考电压进行比较；以及

第四比较器，将所述脉冲串-间隙电压与第三参考电压进行比较。

2.如权利要求1所述的红外接收器，其中所述上升和下降沿探测器包括：

延迟电路，延迟所述第二解调器的输出信号；

门，接收所述第二解调器的输出信号以及所述延迟电路的输出信号、并且输出所述上升沿探测信号和所述下降沿探测信号。

3.如权利要求1所述的红外接收器，其中当所述下降沿探测信号或所述上升沿探测信号为低电平时，关于脉冲串和间隙周期的时间信息被重置，当所述下降沿探测信号和所述上升沿探测信号为高电平时，电容器被电流充电，并且所述时间信息被转换为所述脉冲串-间隙电压。

4.如权利要求3所述的红外接收器，其中利用所述第三比较器和第四比较器将脉冲串-间隙电压与多个参考电压进行比较，以用于感测噪声和信号。

5.如权利要求4所述的红外接收器，其中所述多个参考电压包括：

第一参考电压，用于区别大于连续第二阈值电压的噪声；

第二参考电压，用于感测脉冲串是否结束以及间隙周期是否已经被超过；以及

第三参考电压，当在间隙周期期间信号超过了所述第二参考电压时，被用于在预定时间内产生用于增加增益的信号。

6.如权利要求5所述的红外接收器，其中所述第一参考电压通过以下方程由恒定电流和电容来表示：

$T1=\frac{\mathrm{Cbg}\×\mathrm{Vref}1}{\mathrm{Iref}}$

其中T1是用于探测连续脉冲串噪声的参考时间，Cbg是脉冲串-间隙充电的量，Vref1是第一参考电压，Iref是参考电流。

7.如权利要求1所述的红外接收器，其中，

所述上升和下降沿探测器包括延迟电路、NOR门、NAND门和INV门，以产生下降沿探测信号和上升沿探测信号；

所述控制逻辑单元通过利用所述第三比较器的输出电压、所述第四比较器的输出电压、所述下降沿探测信号以及所述第二解调器的输出电压来产生充电开关信号和放电开关信号；以及

所述电荷泵电路从所述控制逻辑单元接收所述充电开关信号和所述放电开关信号，并利用所述接收到的充电开关信号和所述放电开关信号对电容器进行充电或放电。

8.如权利要求7所述的红外接收器，

其中在所述电荷泵电路中，当输入了信号脉冲串高于所述第二阈值电压的信号时，充电开关关闭一段预定的时间Tch，并且在所述充电开关的接通状态下产生充电信号；

其中在所述电荷泵电路中，当产生所述充电信号后，在超过预定时间T1内产生连续的脉冲串时，被输入的所述信号被认为是电源噪声或者辉光灯噪声，并且所述充电信号被连续充电直到所述脉冲串结束；以及

其中在所述电荷泵电路中，当在高于所述第二阈值电压的所述脉冲串信号结束之后的预定时间T2内没有脉冲串时，被输入的所述信号被认为是信号，放电开关关闭预定时间Tdis，并且在所述放电开关的接通状态下产生放电信号。

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