DE19703967A1 - Empfänger mit Amplitudenumtastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ASK(Amplitudenumtastung)-Emp­ fänger, und spezieller betrifft sie einen ASK-Empfänger mit digitaler Schaltung.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein herkömmli­ cher ASK-Empfänger erläutert. Dieser umfaßt einen Vorver­ stärkungsteil 1 zum Verstärken eines empfangenen, amplitu­ denumgetasteten Signals, ein Bandpaßfilter 2 zum Durchlas­ sen der Signale vom Vorverstärkungsteil 1 nur innerhalb eines vorbestimmten Bands, einen Demodulator 3 zum Erhalten eines ursprünglichen niederfrequenten Signals aus dem Aus­ gangssignal des Bandpaßfilters 2, einen Verzögerungsteil 4 zum Verzögern des Signals vom Demodulator 3 um eine vorbe­ stimmte Zeitspanne, eine Glättungseinrichtung 5 zum Glätten des Signals vom Demodulator 3 mittels eines Kondensators, einen dynamischen Schwellenwertgenerator 6 zum Erzeugen eines Schwellenwerts, der klarstellt, daß das empfangene Signal höher als ein Rauschsignalpegel ist, und einen Mikro­ prozessor 7.

Nun wird der Betrieb des herkömmlichen ASK-Empfängers mit diesem System erläutert.

Gemäß Fig. 1 wird ein empfangenes amplitudenumgetastetes Si­ gnal durch den Vorverstärkungsteil 1 verstärkt und das Band­ paßfilter 2 gefiltert, um ein Signal zu empfangen, das nur in einem bestimmten Band liegt und das vom Demodulator 3 empfangen wird. Der Demodulator 3 erzeugt Impulse mit hohem Bitpegel, wenn ein Trägersignal vorhanden ist, dagegen einen Impuls mit niedrigem Bitpegel, falls dies nicht der Fall ist. Dann wird das Signal vom Demodulator 3 an den Verzöge­ rungsteil 4, die Glättungseinrichtung 5 und den dynamischen Schwellenwertgenerator 6 gegeben. Der Verzögerungsteil 4 verzögert das Signal vom Demodulator 3 um eine vorbestimmte Zeitspanne, während die Glättungseinrichtung 5 das Signal unter Verwendung eines Kondensators glättet. Der dynamische Schwellenwertgenerator 6 erzeugt einen Schwellenwert, der klarstellt, daß ein empfangenes Signal einen höheren Pegel aufweist, als es dem Rauschsignalpegel entspricht. Unter den Signalen vom Demodulator 3, wie sie vom Verzögerungsteil 4 um eine vorbestimmte Zeitspanne verzögert werden, wird ein Signal, dessen Wert größer ist als der Schwellenwert vom Schwellenwertgenerator 6 und das einen Abschnitt aufweist, der größer ist als das in der Glättungseinrichtung 6 geglät­ tete Signal, als Signal mit hoher Bitstelle erzeugt, während Signale anderer Abschnitte als Signale mit niedriger Bit­ stelle erzeugt werden. Diese Werte werden an den Mikrocompu­ ter 7 gegeben und schließlich in Binärstellensignale umge­ setzt.

Jedoch hat dieser herkömmliche ASK-Empfänger die folgenden Nachteile:

• - erstens weist das Analogsignalsystem geringe Zuverlässig­ keit und hohen Energieverbrauch auf;
• - zweitens ist es nicht möglich, das Bauteil mit hoher Dich­ te aufzubauen, und die gesondert vorhandene analoge Span­ nungsquelle verursacht starke Störsignale.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ASK-Empfän­ ger mit hoher Zuverlässigkeit, geringem Energieverbrauch und kleiner Störsignalerzeugung zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch den Empfänger gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren ver­ anschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht ein Blockdiagramm des Systems eines herkömmlichen ASK-Empfängers;

Fig. 2 veranschaulicht das Blockdiagramm das Systems eines ASK-Empfängers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3A-3F veranschaulichen den zeitlichen Ablauf von Si­ gnalen im ASK-Empfänger des bevorzugten Ausführungsbei­ spiels.

Gemäß Fig. 2 umfaßt der ASK-Empfänger des bevorzugten Aus­ führungsbeispiels einen Signalempfänger 21 zum Empfangen eines amplitudenumgetasteten Signals, einen Signaldemodula­ tionsteil 22 zum Demodulieren eines Signals mit Trägerfre­ quenz (oder eines Signals ohne Trägerfrequenz) im empfange­ nen Signal und zum Erfassen des Vorliegens von Störsignalen, einen Impulserfassungsteil 23 zum Überprüfen eines Signals vom Signalempfangsteil 21 in vorbestimmten Einheiten zum Kompensieren von Fehlern im Signalerfassungsteil 22, und einen Signalermittlungsteil 24 zum Ermitteln und Wiederher­ stellen eines Signals, das gemäß den Signalen vom Signaler­ fassungsteil 22 und vom Impulserfassungsteil 23 wiederherge­ stellt werden soll.

Der Signalempfangsteil 21 verfügt über einen Vorverstär­ kungsteil 21a und einen Quantisierungsteil 21b, und er ver­ stärkt das empfangene, amplitudenumgetastete Signal im Vor­ verstärkungsteil 21a auf eine vorbestimmte Amplitude und quantisiert das verstärkte Signal im Quantisierungsteil 21b. Der Signalempfangsteil 21 erzeugt ein Signal mit Amplituden­ umtastungs-Trägerfrequenz für eine Binärstelle sowie ein Si­ gnal (Datenwert mit niedrigem Bit) ohne Trägerfrequenz für den Rest der Binärstellen.

Der Signalempfangsteil 22 umfaßt einen Oszillatorteil 22a, einen ASK-Flankenzählteil 22b und einen Vergleichsteil 22c. Der Oszillatorteil 22a erzeugt ein Taktsignal mit vorbe­ stimmtem Zyklus, das den ASK-Flankenzählteil 22b anweist, mit einem Zählvorgang zu beginnen. Der ASK-Flankenzählteil 22b zählt steigende Flanken des empfangenen, amplitudenumge­ tasteten Signals entsprechend dem Taktsignal mit vorbestimm­ tem Zyklus, wie vom Oszillatorteil 22a empfangen. Das Takt­ signal mit vorbestimmtem Zyklus, das den ASK-Flankenzählteil 22b anweist, mit einem Zählvorgang zu beginnen, wie es im Oszillatorteil 22a erzeugt wird, wird unabhängig von der Bitzeit, die abhängig von den Signalübertragungsraten große Unterschiede zeigt, mit vorbestimmten Intervallen erzeugt (z. B. wird beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung ein Zählzyklus von 13 µs verwendet). Demgemäß ermittelt der ASK-Flankenzählteil 22b alle 13 µs das Vorliegen der Trägerfrequenz. D.h., daß der ASK-Flankenzählteil 22b wäh­ rend 12 µs der 13 µs Impulsflanken zählt. Der ASK-Flanken­ zählteil 22b wird während der restlichen 1 µs gelöscht, und der Zählwert wird an den Vergleichsteil 22c gegeben. Demge­ mäß vergleicht der Vergleichsteil 22c den vom ASK-Flanken­ zählteil 22b gezählten Wert mit einem vorbestimmten Bezugs­ wert, der dann 6 ist, wenn die empfangene ASK-Trägerfrequenz 500 kHz ist. Wenn z. B. angenommen wird, daß der hohe Ab­ schnitt des Impulses des quantisierten Signals der Datenwert "1" ist und der Abschnitt, der nicht hoch ist, der Datenwert "0" ist, zählt der ASK-Zählteil 22c die Anzahl von Flanken in den Abschnitten hoher Impulse. Da im allgemeinen bei IR(Infrarot)-Kommunikation eine Schwingung von 500 kHz für Datenwerte "1" erzeugt wird und für den Datenwert "0" ein niedriger Bitdatenwert erzeugt wird, wird für den Datenwert "1" in 13 µs der Zählwert 6 erhalten. Der Vergleichsteil 22c vergleicht den empfangenen Zählwert mit einem Bezugswert, um zu ermitteln, ob das Signal ein Trägersignal aufweist. Der Vergleichsteil 22c erkennt, daß das Signal ein Trägersignal enthält, wenn der Zählwert vom ASK-Flankenzählteil 22b in den Bereich von "4" bis "8" fällt, wobei er andernfalls an­ nimmt, daß kein Trägersignal vorliegt, mit einem Fehler von ± 20%.

Der Impulserfassungsteil 23 ist ein Block mit einem Zähler und einer Steuerlogik zum Erzeugen eines Signals zum Kompen­ sieren von Fehlern im Signalerfassungsteil 22. D.h., daß dann, wenn, wie erläutert, das ASK-Signal normal ist und keinerlei Störsignale enthält, eine Schwingung von 500 kHz zu einem Datenwert "1" gemacht wird. Wenn jedoch ein schwa­ ches Störsignal in irgendeinem Abschnitt des Signals vor­ liegt, für das eine Schwingung von 500 kHz erzeugt wird, wird, selbst wenn die Schwingung sicher dem Datenwert "1" entspricht, die Impulsbreite der Schwingung von 500 kHz in einem Abschnitt mit Störsignalen länger. Wenn dies auftritt, kann der Zählwert aus dem Zählvorgang für Impulsflankenab­ schnitte in vorbestimmten Intervallen durch den ASK-Flanken­ zählteil 22b nicht dem vorbestimmten Bereich (hier von 4 bis 8) genügen. Demgemäß tritt der Fall auf, daß ein Datenwert "1" fehlerhaft nicht erkannt wird, obwohl dieser Datenwert vorliegt. Der Impulserfassungsteil 23 kompensiert einen der­ artigen Fehler. Dann werden die Ausgangssignale sowohl vom Vergleichsteil 22c als auch vom Impulserfassungsteil 23 an den Signalermittlungsteil 24 gegeben.

Der Signalermittlungsteil 24 umfaßt einen Zähler und einen Zufallsteil 24a zum Empfangen der Ausgangssignale sowohl des Impulserfassungsteils 23 als auch des Vergleichsteils 22c und zum Ausschließen der Möglichkeit einer Verzerrung durch Störsignale, und er erfaßt auch einen Hexadezimalzählteil 24b. Der Zähler mit Zufallsteil 24a verwendet ein Taktsignal mit einer Geschwindigkeit, die das 16-fache der Signalüber­ tragungsrate bei der Übertragung von Binärstellen ist, ent­ sprechend einer Bitzeitspanne, und er liefert dies für jede Übertragungsrate an den Hexadezimalzählteil 24b.

Nun wird die Funktion dieses ASK-Empfängers gemäß dem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Gemäß Fig. 2 wird ein von außen vom ASK-Empfänger empfange­ nes amplitudenumgetastetes Signal im Vorverstärkungsteil 21a im Signalempfangsteil 21 auf eine vorbestimmte Amplitude verstärkt und im Quantisierungsteil 21b quantisiert. Das quantisierte Signal enthält ein Signal mit ASK-Trägerfre­ quenz für eine Binärstelle, und es enthält Signale ohne Trä­ gerfrequenz für den Rest der Binärstellen. Das Ausgangssi­ gnal des Signalempfangsteils 21 wird an den Signalerfas­ sungsteil 22, den ASK-Flankenzählteil 22b und den Impulser­ fassungsteil 23 gegeben. Der ASK-Flankenzählteil 22b zählt die Flankenabschnitte der Signale vom Signalempfangsteil 21 für jeweils 13 µs, wie im Oszillatorteil 22a erzeugt. Dieser Flankenabschnitt-Zählvorgang bedeutet eine Ermittlung des Vorliegens einer Trägerfrequenz im empfangenen Signal. Wenn die Schwingungsfrequenz der nächsten Frequenz erzeugt wird, wird der ASK-Zählteil 22b gelöscht, und der Zählwert wird an den Vergleichsteil 22c gegeben. Der Vergleichsteil 22c ver­ gleicht den vom ASK-Flankenzählteil 22b empfangenen Zählwert mit einem Bezugswert, um zu ermitteln, ob das Signal ein solches mit der Trägerfrequenz ist. In diesem Fall ermittelt der Vergleichsteil 22c, daß das Signal ein solches mit Trä­ gersignal ist, wenn der Zählwert in den Bereich von 4 bis 8 fällt, während das Signal ein solches ohne Trägersignal ist, wenn der Zählwert nicht in diesen Bereich fällt. In diesem Fall erzeugt der Impulserfassungsteil 23 ein Signal an einem Punkt, an dem ein Datenwert im vom Signalempfangsteil 21 empfangenen Signal existiert, und zwar ein Signal, das dafür sorgt, daß das Signal vom Signalempfangsteil 21 selbst dann als normales Signal erfaßt wird, wenn das Signal teilweise schwache Störsignale enthält. Die Ausgangssignale sowohl vom Impulserfassungsteil 23 als auch vom Vergleichsteil 22c wer­ den an den Signalermittlungsteil 24 gegeben. Der Zähler mit Zufallsteil 24a im Signalermittlungsteil 24 verwendet ein Taktsignal mit einer Geschwindigkeit, die das 16-fache der Signalübertragungsrate ist, und zwar beim Erfassen von Si­ gnalabschnitten, die in den vom Impulserfassungsteil 23 und vom Vergleichsteil 22b empfangenen Signalen identisch sind. Der Hexadezimalzählteil 24b empfängt das Signal vom Zähler mit Zufallsteil 24a und stellt das Signal als das ursprüng­ liche Signal dar.

Die Fig. 3A-3F veranschaulichen den zeitlichen Verlauf der Signale in diesem ASK-Empfänger.

Gemäß diesen Fig. 3A-3F repräsentiert das in Fig. 3A dar­ gestellte Signal dasjenige vom Signalempfangsteil 21, das dann, wenn das Signal dem Datenwert "1" entspricht, mit 500 kHz schwingt, während es dann ein niedriges Signal ist, wenn es dem Datenwert "0" entspricht. Das in Fig. 3B darge­ stellte Signal repräsentiert das Signal vom Oszillatorteil 22a mit einer Impulsdauer von 13 µs. Diese Impulse wirken als Taktsignal zum Zählen von Flankenabschnitten der Impulse im Signal vom Signalempfangsteil 21. Das in Fig. 3C darge­ stellte Signal repräsentiert den Impulssignalverlauf vom Vergleichsteil 22c, und es zeigt das Ergebnis eines Flanken­ abschnitt-Zählvorgangs für die Impulse des Signals vom Si­ gnalempfangsteil 21 durch den ASK-Flankenzählteil 22b unter der Steuerung des Oszillatorteils 21a. D.h., daß dann, wenn das Ergebnis des Flankenabschnitt-Zählvorgangs für Im­ pulse über eine Dauer von 13 µs in den Bereich von 4 bis 8 fällt, die Impulse auf den niedrigen Pegel wechseln. Das in Fig. 3D dargestellte Signal repräsentiert den Signalverlauf vom Impulserfassungsteil 23, der zum selben Zeitpunkt wie der Oszillatorbeginn des Signals vom Signalempfangsteil 21 auf den niedrigen Pegel wechselt. In diesem Fall wird, ob­ wohl das in Fig. 3D dargestellte Signal erneut auf hohen Pe­ gel wechseln sollte, wenn das Signal vom Signalempfangsteil 21 keine Schwingung aufweist, das Signal für eine vorbe­ stimmte Dauer auf niedrigem Pegel gehalten, die den mögli­ chen Fehler berücksichtigt, wie er dann auftreten kann, wenn die Impulse im Signal vom Signalempfangsteil 21 schwache Störsignale enthalten. Das in Fig. 3E dargestellte Signal repräsentiert den Signalverlauf vom Zähler mit Zufallsteil 24a, wobei es sich um einen Signalverlauf handelt, der se­ lektiv aus Abschnitten der Signalverläufe sowohl vom Ver­ gleichsteil 22c als auch vom Impulserfassungsteil 23 entnom­ men ist, die gleichzeitig den zwei Signalverläufen genügen. Der Signalverlauf vom Zähler mit Zufallsteil 24a wird durch den Hexadezimalzählteil für die Zeit eines Bits als ur­ sprüngliches Signal wiederhergestellt, wie in Fig. 3F darge­ stellt.

Dieser ASK-Empfänger hat die folgenden Vorteile:

• - Erstens ist die Zuverlässigkeit des mit einer digitalen Schaltung aufgebauten ASK-Empfängers verbessert.
• - Zweitens ist eine Integration des Empfängers mit anderen digitalen Schaltungen einfach.
• - Drittens werden wegen der geringeren Leistung weniger Störsignale erzeugt, wodurch der ASK-Empfänger weniger Stör­ signale erzeugt.

Claims (5)

1. ASK-Empfänger unter Verwendung von Infrarotstrahlung, gekennzeichnet durch:

• - einen Signalempfangsteil (21) zum Empfangen, Verstärken und Quantisieren eines ASK-Signals;
• - einen Frequenzteiler zum Teilen eines Taktsignals mit einem vorbestimmten Wert;
• - einen Zählteil (22b) zum Zählen des ASK-Signals mit vorbe­ stimmten Intervallen unter Steuerung durch den Frequenztei­ ler;
• - einen Vergleichsteil (22c) zum Vergleichen des Zählwerts vom Zählteil mit einem Bezugswert zum Ermitteln, ob der Zählwert in einen vorbestimmten Bereich fällt, um zu Bestim­ men, ob das Signal normal ist;
• - einen Impulserfassungsteil (23) zum Kompensieren von Feh­ lern, wie sie im Vergleichsteil durch Störsignale erzeugt werden, die teilweise im Signal vom Signalempfangsteil ent­ halten sind;
• - einen Zähler mit Zufallsteil (24a) zum Erzeugen eines Si­ gnals, das den Ausgangssignalen sowohl vom Vergleichsteil als auch vom Impulserfassungsteil gleichzeitig genügt, durch Verwenden eines Taktsignals, dessen Geschwindigkeit das n-fache der Übertragungsrate ist; und
• - einen Signalwiederherstellteil (24b) zum Wiederherstellen des ursprünglichen Signals aus dem Signal vom Zähler mit Zu­ fallsteil.

2. ASK-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlertoleranz im Zählteil (22b) ± 20% des Zähl­ werts ist.

3. ASK-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählintervall des Zählteils (22b) unabhängig von der Bitzeit konstant ist.

4. ASK-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler mit dem Zufallsteil (24a) ein Taktsignal empfängt, dessen Geschwindigkeit das 16-fache der Übertra­ gungsrate des Signals ist.

5. ASK-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalwiederherstellteil einen Hexadezimalzähler (24b) aufweist.