JP2584171B2 - Fskデータ復調器 - Google Patents

Fskデータ復調器

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JP2584171B2
JP2584171B2 JP4168834A JP16883492A JP2584171B2 JP 2584171 B2 JP2584171 B2 JP 2584171B2 JP 4168834 A JP4168834 A JP 4168834A JP 16883492 A JP16883492 A JP 16883492A JP 2584171 B2 JP2584171 B2 JP 2584171B2
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  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として無線通信の直
接変換受信機に適用されるFSK(周波数偏移変調:フ
リケンシー・シフト・キーイング)データ復調器に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】最近、無線通信において、FSK信号を
用いた直接変換受信器が、集積回路化に適した構成とし
て注目されている。
【0003】例えば、特開昭55ー14701号公報に
記載されている構成が知られている。以下、図9を参照
して従来のFSKデータ復調器について簡単に説明す
る。
【0004】図9において、入力60に加えられたFS
K受信信号は、ミキサ61に供給されると同時に、ミキ
サ62に供給される。局部発振器63の信号はミキサ6
1と、90度移相器64を介してミキサ62に供給さ
れ、それぞれ入力60の信号と混合することにより入力
信号をダウンコンバートし、ベースバンド信号のみを通
過する低域通過フィルタ65、66を通し、I信号67
とQ信号68を得る。I信号67、Q信号68はそれぞ
れ、振幅制限増幅器69、70を通し、デジタル信号7
1、72を得る。そして、Dフリップフロップ73のD
入力端子とクロック入力端子に、デジタル信号71、7
2を入力し、Dフリップフロップ73の出力信号74を
用いてデータの復号を行なう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の実施例の構成に
よる実際の受信機では、I信号Q信号のベースバンド信
号を、直接に振幅制限増幅器へ入力することによりデジ
タル信号を得ているため、ベースバンド信号が振幅制限
増幅器の判定点付近の電圧であった場合、微小な雑音が
加わることでもIQ信号が判定点を上下し、誤ったデジ
タル信号が発生することにより、復調が困難になるとい
う課題を有していた。
【0006】本発明は上記課題を解決するもので、第1
に、IQ信号を零クロス点において交互に切り換えるこ
とにより、雑音が影響しやすい零クロス点付近の信号を
使わずに復調し、雑音余裕を大きくするものである。
【0007】第2に、本発明による復調方式によって得
られる信号から、二値化したIQ信号と等価な信号を、
簡単な回路構成で合成することができるため、従来のデ
ジタル直交復調器の前段に用いることにより、復調器の
雑音特性が改善できるものである。また、デジタル回路
により構成可能であるため、集積回路化に向いた回路構
成の直接変換受信機に適応した、雑音特性に優れた復調
器の実現を目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の技術的解決手段は、第1に、直交復調系に
より供給されるIQベースバンド信号の内のどちらかを
選択制御信号により選択し出力する信号選択回路を有
し、信号選択回路から供給されるベースバンド信号の零
クロス点により、選択制御信号を生成する零クロス判定
回路を有し、信号選択回路から供給される、選択された
ベースバンド信号と、選択制御信号を用い、復調する構
成を有している。
【0009】
【0010】
【作用】本発明は上記構成により、IQベースバンド信
号の零クロス点において、交互にIQベースバンド信号
を切り替え、得られたベースバンド信号をもって復調す
るものである。この切り替えによって、ベースバンド信
号の零クロス点付近における信号の振幅が大きくなるた
め、雑音許容値が大きくなる。
【0011】このように、切り替え前後における符号変
化の有無を判定することにより、IQ信号相互の位相の
進みと遅れを判定し、切り替え信号との混合演算によ
り、FSK信号の復調をおこなうことで、雑音特性の良
好な復調器が小形に実現できる。
【0012】
【0013】
【実施例】(実施例1)以下、図1、図3、図4、図
5、図6、図7、図8を参照しながら、本発明の第1の
実施例について説明する。
【0014】図1は本発明のデータ復調器を適用したF
SK受信機の主要部である。図1において、1はアンテ
ナにより受信し増幅したFSK変調信号、2は局部発振
源、3は局部発振源2の信号を移相する90度移相器、
4、5はFSK変調信号1を局部発振源2の信号と90
度移相器3の出力信号を混合する第1、第2の混合器、
6、7は混合器4、5の出力信号からI信号8、Q信号
9を得る第1、第2の低域通過フィルタである。10は
制御信号11によりI、Q信号8、9を選択し、出力信
号12を得る信号選択回路、13は信号12の零クロス
点を検出し、制御信号11を得る零クロス検出回路、1
4は制御信号11の変化前後における、信号12の符号
変化の判定信号15を得る符号変化判定回路、16は制
御信号11と符号変化判定信号15を混合演算する混合
器である。
【0015】以上のような構成において、第1の混合器
4にはFSK変調信号1と、局部発振源2の出力信号を
供給し、第1の混合器4の出力を第1の低域通過フィル
タ6を通し、第1のベースバンド信号として、I信号8
を得、第2の混合器5にはFSK変調信号2と、局部発
振源2の出力信号を第1の90度移相器3により移相し
た信号を供給し、第2の混合器5の出力を第2の低域通
過フィルタ7を通し、第2のベースバンド信号として、
Q信号9を得る。
【0016】次に、信号選択回路10にI信号8とQ信
号9を供給し、制御信号11により、供給されたI、Q
信号8、9を選択し、出力として信号12を得、零クロ
ス検出回路13に信号選択回路の出力信号12を供給す
る。零クロス検出回路13では、その供給された信号の
零クロスを検出する毎に符号の反転する制御信号11を
出力する。そして、符号変化判定回路14に選択された
IQ信号12と、制御信号11を供給し、制御信号11
の変化前後における、信号12の符号変化の判定信号1
5を出力する。次に、混合器16に、制御信号11と、
符号変化判定信号15が供給され、復調信号17を得
る。
【0017】以上の回路構成による信号処理の詳細を図
3(a)〜(f)を参照して説明する。
【0018】図3(a)はI信号8とQ信号9、図3
(b)は選択されたIQ信号12、図3(c)は制御信
号11、図3(d)は符号変化判定信号15、図3
(e)は図1における復調出力17の、それぞれマー
ク、スペース送信時における波形である。
【0019】図3(a)に示すように、FSK直接変換
によって得られたQ信号9は、送信データがマークの場
合はI信号8より90度位相の進んだ信号となり、スペ
ースの場合はI信号8より90度位相の遅れた信号とな
る。また、図3(a)において白丸で示したI信号8、
Q信号9の零クロスは、交互に発生することがわかる。
【0020】ここで、送信信号がマークの場合、Q信号
9がI信号8より90度位相の進んだ信号となるので、
I信号8に零クロス点が発生し、Q信号9に切り替わる
場合、切り替え前に比べ90度位相の進んだ波形が得ら
れる。これは、零クロス点以後90度位相の進んだ波形
であるため、零クロス前の符号とは逆の符号の信号が得
られる。従って、切り替え前後において、選択されたI
Q信号12の符号が変化する。
【0021】一方、送信信号がスペースの場合、I信号
8がQ信号9より90度位相の遅れた信号となるので、
I信号8に零クロス点が発生し、Q信号9に切り替わる
場合、切り替え前に比べ90度位相の遅れた波形がえら
れる。つまり、零クロス点以前90度位相をさかのぼっ
た波形を再度なぞることになる。従って、図3(b)に
示した、切り替え前後における、選択されたIQ信号1
2の符号変化は無い。
【0022】このように、I信号8の零クロス点でI信
号8からQ信号9へ切り替えを行ない、選択されたIQ
信号12の符号変化の有無を判定することにより、I信
号8に対するQ信号9の位相の進みと遅れが判定でき
る。また、I信号8とQ信号9は対称であるため、Q信
号9の零クロス点で、Q信号9からI信号8に切り換え
たときにおいても、後述するような同様の方法により判
定が可能である。
【0023】ここで、I信号8とQ信号9の零クロス点
は交互に発生することから、選択されたIQ信号12の
零クロス点によりIQ信号の切り替えを行なえば良いこ
とがわかる。
【0024】即ち、(1)選択されたIQ信号12の零
クロス点において、I信号8からQ信号9に切り替わる
場合、選択されたIQ信号12の符号が変化した場合
は、I信号8に比べQ信号9が進んでいるのだからマー
ク、選択されたIQ信号12の符号が変化しない場合
は、I信号8に比べQ信号9が遅れているのだからスペ
ースが送信されていることが判定できる。
【0025】(2)選択されたIQ信号12の零クロス
点において、Q信号9からI信号8に切り替わる場合、
選択されたIQ信号12の符号が変化が変化した場合
は、Q信号9に比べI信号8が進んでいるのだからスペ
ース、符号が変化しない場合は、進んでいるのだからマ
ークが送信されていることが判定できる。
【0026】IQ信号間の切り替えは、信号選択回路1
0の制御信号11(図3(c))により制御されている
ため、制御信号11により、現在選択されている信号が
判定する。従って、符号変化判定回路14により、選択
されたIQ信号12の零クロス点、即ち制御信号11の
変化点前後における信号12の符号変化の有無を判定
(図3(d))し、制御信号11による現在選択されて
いる信号と照合することにより、前記の復調(図3
(e))をおこなう。
【0027】以下、図4〜図8を用いて、図1における
信号選択回路10、零クロス検出回路13、符号変化判
定回路14、混合器16のより詳細な回路構成を示す。
【0028】図4は信号選択回路10の詳細構成を示す
ものである。図4に示すように、信号選択回路10は、
第1、第2の入力端8a、9aを有し、各々の入力端8
a、9aに供給される信号を、制御信号11により選択
し、信号12として、出力端12aに出力するものであ
る。
【0029】とりわけ、信号選択回路10を図4(a)
のように構成した場合、第1、第2の入力端8a、9a
に供給されたIQ信号8、9は、制御信号11により入
力信号を制御するアナログスイッチ20により選択さ
れ、図3(b)の実線で示す信号が得られる。この信号
を、振幅制限増幅器21により二値のデジタル信号に変
換したすると、図3(b)の破線で示された信号が得ら
れる。ここで、振幅制限増幅器21による信号のデジタ
ル化は、本実施例において、後段の信号処理をデジタル
回路素子で行なうことを想定しているため行なうもの
で、そうでない場合は必要ではない。
【0030】一方、信号選択回路10を図4(b)のよ
うに構成した場合、第1、第2の入力端8a、9aに供
給されたIQ信号8、9は、振幅制限増幅器23、24
により二値のデジタル信号に変換され、スリーステート
回路25、26に供給される。ここで、スリーステート
回路25、26は制御信号11により選択され、図3
(b)に示した信号12を得る。
【0031】ここで、図4(a)(b)両実施例とも、
制御信号11が”1”の場合にI信号8、”0”の場合
にQ信号9が選択されるものである。
【0032】次に、図5を用いて零クロス検出回路13
の詳細構成を説明する。零クロス検出回路13は、入力
デジタル信号12の符号変化を検出するエッジ検出回路
27と、Dフリップフロップ28を有し、エッジ検出回
路27による入力信号符号変化の検出信号を、Dフリッ
プフロップ28のクロック入力とし、1クロック毎に出
力の状態を変化するように、Dフリップフロップのデー
タ入力に、反転出力を加える構成とする。
【0033】さて、エッジ検出回路27にI、Q信号の
入力デジタル信号12が入力される際には、当該I、Q
信号の信号選択回路10での切り替わりにおいて図4の
振幅制限増幅器21又は23と24により、必ず零クロ
ス点が生じる図3(b)の破線に示すような信号が入力
される。そのため、図3(b)の破線に示した入力信号
12の零クロス点を、エッジ検出回路27により検出
し、図3(d)に示すパルス状の検出出力を得る。
【0034】エッジ検出回路27は、入力信号のエッジ
検出の毎に出力信号の符号を変化させるものである。
【0035】図6(a)は図5におけるエッジ検出回路
27の第1の構成例である。29は2つの入力端を有す
る排他的論理和演算器で、片方の入力端に電圧比較用の
容量素子30を設け、他方の入力端をエッジ検出回路の
入力端とし、両端子間に電流検出用抵抗31を設け、出
力をエッジ検出回路27の出力端とするものである。
【0036】いま、エッジ検出回路27に入力されてい
る信号が”1”で、排他的論理和演算器29の両入力端
間の電圧が等しいものとする。ここで、入力信号が”
0”に変化した場合を考える。排他的論理和演算器29
のエッジ検出回路27の入力端に接続されている端子の
電圧は瞬時に”0”となるが、他方の端子の電圧は、抵
抗素子31と、容量素子30の時定数に関係する時間T
の間は”1”のままであるため、エッジ検出回路27の
出力信号27aとして、時間幅Tのパルス状信号が得ら
れる。同様にして、入力信号が”1”から”0”に変化
した場合も、時間幅Tのパルス状信号が得られる。従っ
て、この時間Tをベースバンド信号の周期に対し、充分
小さい値にとれば、エッジ検出回路の出力信号32はベ
ースバンド信号の零クロス点の判定信号となる。
【0037】図6(b)は図5におけるエッジ検出回路
27の第2の構成例である。このような構成では、エッ
ジ検出回路27の入力信号を、偶数個のNOT回路32
により時間Tだけ遅延した信号と排他的論理和演算を行
なう事により、入力信号の変化点から遅延時間Tの幅の
パルスを得るものである。この構成は、ICによる構成
が困難な容量素子を含まないため、回路規模の小形化が
可能である。
【0038】零クロス点において、信号選択回路10の
制御信号11を反転させる回路として、前記構成のDフ
リップフロップを用いる。即ち、前記出力信号27aを
クロック信号とすることによって、反転信号を読み込
み、出力を反転させる。この構成により零クロス点毎
に、出力信号を反転させる回路が構成でき、図3(b)
に示した選択されたIQ信号12を入力として、図3
(c)に示した制御信号11を得る。
【0039】符号変化判定回路14は図3(c)に示し
た零クロス検出回路13による制御信号11の変化点に
より、ベースバンド信号の零クロス点を検出し、図3
(b)に示した零クロス点前後での信号12の符号変化
の有無を判定し、図3(d)に示すように変化がある場
合は”1”を、変化がない場合は”0”の判定信号を出
力するものである。
【0040】図7は符号変化判定回路14の詳細構成を
示すものである。制御信号11をエッジ検出器33の入
力とし、エッジ検出器33の出力により、動作するDフ
リップフロップ34、35を有し、IQ信号をDフリッ
プフロップ34の入力とし、Dフリップフロップ34の
出力をDフリップフロップ35の入力とし、Dフリップ
フロップ34、35の出力を排他的論理和演算回路36
により比較し、両Dフリップフロップ34、35の符号
に差異があった場合、”1”出力を得、その他の場合
は、”0”出力を得る。
【0041】図8は混合器16の詳細構成を示すもので
ある。図8(a)は混合器37と、振幅制限増幅器38
によって構成した場合の混合器である。
【0042】図8(b)は排他的論理和演算回路39に
よって構成した場合の混合器である。
【0043】以上、本実施例による復調器では、IQ信
号の零クロス点における切り替えにより、復調されるベ
ースバンド信号12の振幅が大きくなるので、これまで
単にIQベースバンド信号を振幅制限増幅器等で二値化
して復調する方式よりも、大きい雑音余裕が得られる。
【0044】(実施例2)以下、図2を参照しながら、
本発明の第2の実施例について説明する。
【0045】図2は本発明のFSKデータ復調器の主要
部である。また、図3(f)は図2の復調器における復
調過程で得られる信号波形である。
【0046】図2において、1は受信したFSK変調信
号、2は局部発振発源、3は局部発振発源2の信号を移
相する90度移相器、4、5はFSK変調信号1を局部
発振発源2の信号と90度移相器3の出力信号を混合す
る第1、第2の混合器、6、7は混合器4、5の出力信
号からI信号8、Q信号9を得る第1、第2の低域通過
フィルタ、10は制御信号11によりIQ信号を選択
し、出力信号12を得る信号選択回路、13は信号12
の零クロス点を検出し、制御信号11を得る零クロス検
出回路であり、以上は図1に示した構成と同様のもので
ある。
【0047】図2において図1と異なるのは、信号選択
回路10の出力信号12と制御信号11を混合演算する
混合器40を設けるとともに、信号選択回路10の出力
信号12と混合器40の出力信号41とを直交復調する
直交復調器42を設けたものである。
【0048】このような本実施例の構成を従来の直交復
調器の前段、具体的には図9のDフリップフロップ73
の前段に設けることにより、耐雑音特性を向上させるも
のである。
【0049】ここで、図1の第1の実施例と同様に、信
号選択回路10として図4の構成を、零クロス検出回路
13として図5の構成を、混合器40として図8の構成
を用いた場合のFSKデータ復調器について、その動作
を図3を用いて説明する。
【0050】まず、I信号8とQ信号9は、前述したよ
うに、信号12の零クロス点を零クロス検出回路13で
検出した信号を制御信号11とする信号選択回路10に
よって交互に選択され、ベースバンド信号12として図
3(b)の破線で示した波形を得る。
【0051】これは、図3(c)に示した前記制御信号
11と混合することにより、図3(f)の波形を得る。
ここで、図3(b)の破線と、図3(f)を比較する
と、送信データがマークの場合、図3(b)の波形が図
3(f)の波形に比べ、ベースバンド周波数における9
0度分だけ進んでいる。
【0052】また、送信データがスペースの場合、図3
(b)の波形が図3(f)の波形に比べ、ベースバンド
周波数における90度分だけ遅れている。
【0053】このことから、従来のI信号とQ信号を振
幅制限し、復調する方式の復調器に図3(b)、図3
(f)に示した信号を用いることにより、復調が可能で
ある。
【0054】従って、信号選択回路10の出力信号12
と、制御信号11を図8に示した混合器により混合し、
その出力信号41と、信号12を従来のデジタル復調方
式に供給することにより、復調が可能である。
【0055】なお、以上の第1、第2のいずれの実施例
も、受信信号はFSK変調がかけられたものとしている
が、PSK変調のように、結果的に周波数の偏移をもっ
て変調された信号を復号する場合においても、本発明の
データ復調器が有効であることは明らかである。
【0056】また、いずれの実施例も、受信信号はFS
K変調がかけられたものとしているが、PSK変調のよ
うに、結果的に周波数の偏移をもって変調された信号を
復号する場合においても、本実施例のデータ復調器が有
効であることは明らかである。
【0057】さらに、本実施例においては、受信方式に
直接変換受信方式を用いた受信機の復調器について説明
を行ったが、搬送波信号を中間周波数信号とすれば、ヘ
テロダイン方式の受信機に対して、本発明のデータ復調
器を適用できることは明らかである。
【0058】
【発明の効果】以上、本発明は上記構成により、第1
に、従来の復調回路に比べ、少ない回路素子で従来と同
等の復調性能を得るものである。
【0059】また、第2に、ベースバンド信号の振幅が
大きい所を選択的に用いて復調するため、これまでの復
調器に比べ雑音余裕が大きい。
【0060】
【0061】加えて、第3に、全構成を論理素子で実現
可能なため、IC化に適していることから、復調回路の
小形化、低消費電力化が可能であるため、その工業的な
効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるFSK復調器の
要部ブロック結線図
【図2】本発明の第2の実施例におけるFSK復調器の
要部ブロック結線図
【図3】同FSK復調器の要部波形図
【図4】同FSK復調器の要部である信号選択回路の詳
細回路図
【図5】同FSK復調器の要部である零クロス検出回路
の詳細回路図
【図6】同FSK復調器の要部であるエッジ検出回路の
詳細回路図
【図7】同FSK復調器の要部である符号変化判定回路
の詳細回路図
【図8】同FSK復調器の要部である混合器の詳細回路
【図9】従来のFSK復調器を用いた受信機のブロック
結線図
【符号の説明】
2 局部発振源 3 90度移相器 4、5 混合器 6、7 低域通過フィルタ 10 信号選択回路 13 零クロス検出回路 14 符号変化判定回路 16、40 混合器 41 直交復調器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横崎 克司 神奈川県横浜市港北区綱島四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 今川 保美 石川県彦三町二丁目1番45号 株式会社 松下通信金沢研究所内 (56)参考文献 特開 平3−101445(JP,A) 特開 平3−44246(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに位相が直交し、かつ周波数偏移変
    調であるFSK信号の搬送波周波数からの周波数偏移の
    上下により、互いの位相関係が相対的に反転する第1、
    第2のベースバンド信号を入力とし、制御信号により当
    該第1、第2のベースバンド信号を切り替えることによ
    第3のベースバンド信号として出力する信号選択回路
    と、前記信号選択回路の出力信号である第3のベースバ
    ンド信号の電圧を基準電圧と比較し、その比較した電圧
    の大小関係が変化したときにのみ状態を変化させた制御
    信号を生成して出力する零クロス検出回路と、前記制御
    信号と前記第3のベースバンド信号を入力とし、前記制
    御信号の変化点の前後において、前記第3のベースバン
    ド信号の符号反転の有無を判定し、判定信号を出力する
    符号変化判定回路と、前記判定信号と前記制御信号を
    力とし、両信号の混合を行なう混合器とを具備したFS
    Kデータ復調器。
  2. 【請求項2】 混合器として、第1の排他的論理和演算
    回路の入力端子を前記混合器の入力端子とし、前記第1
    の排他的論理和演算回路の出力端子を、前記混合器の出
    力端子とする構成を有することを特徴とする請求項1記
    載のFSKデータ復調器。
  3. 【請求項3】 混合器として、第1、第2の入力端子を
    有する混合演算回路と、振幅制限増幅器を有し、前記混
    合演算回路の第1、第2の入力端子を前記混合器の入力
    端子とし、前記混合演算回路の出力信号を、前記振幅制
    限増幅器の入力信号とし、前記振幅制限増幅器の出力端
    子を、前記混合器の出力端子とする構成を有することを
    特徴とする請求項1記載のFSKデータ復調器。
  4. 【請求項4】 零クロス検出回路として、前記零クロス
    検出回路の入力端子の信号の符号変化を検出する第1の
    エッジ検出回路を有し、前記第1のエッジ検出回路の出
    力信号をクロック入力信号とする第1のDフリップフロ
    ップ回路を有し、前記第1のDフリップフロップ回路の
    反転出力信号を前記第1のDフリップフロップ回路のデ
    ータ入力信号とすることにより、クロック信号が入力さ
    れる毎に出力を反転する前記第1のDフリップフロップ
    回路の出力端子を、前記零クロス検出回路の出力端子と
    する構成を有することを特徴とする請求項1から3のい
    ずれかに記載のFSKデータ復調器。
  5. 【請求項5】 符号変化判定回路として、零クロス検出
    回路の出力信号を入力とする第2のエッジ検出回路を有
    し、第3のベースバンド信号をデータ入力とする第2の
    Dフリップフロップ回路を有し、前記第2のDフリップ
    フロップ回路の出力信号を、データ入力信号とする第3
    のDフリップフロップ回路を有し、前記第2のエッジ検
    出回路の出力信号を、前記第2、第3のDフリップフロ
    ップ回路のクロック入力信号とし、前記第2のDフリッ
    プフロップ回路の出力信号と、前記第3のDフリップフ
    ロップ回路の出力信号を入力信号とする、第2の排他的
    論理和演算回路を有し、前記第2の排他的論理和演算回
    の出力端子を、前記符号変化判定回路の出力端子とす
    る構成を有することを特徴とする請求項1から4のいず
    れかに記載のFSKデータ復調器。
  6. 【請求項6】 第1のエッジ検出回路及び第2のエッジ
    検出回路の少なくとも一方のエッジ検出回路として、前
    少なくとも一方のエッジ検出回路の入力信号を遅延さ
    せる偶数個のNOT回路を有し、前記少なくとも一方の
    エッジ検出回路の入力信号と、前記NOT回路の出力信
    号を比較する、第3の排他的論理和演算回路を有し、前
    記NOT回路の入力端子を前記少なくとも一方のエッジ
    検出回路の入力端子とし、前記第3の排他的論理和演算
    回路の出力信号を、前記少なくとも一方のエッジ検出回
    の出力信号とする構成を有することを特徴とする請求
    項4または5記載のFSKデータ復調器。
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