JP3563667B2

JP3563667B2 - 信号復調回路及びそれを用いた光信号受信装置

Info

Publication number: JP3563667B2
Application number: JP2000129071A
Authority: JP
Inventors: 隆典奥田; 毅西野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001313681A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リモートコントロール送信器（以下「リモコン」という）等からの赤外線信号を復調する信号復調回路及びこれを用いた光信号受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線などの光信号を利用したデータ通信用素子としては、家電製品に使用されている最も一般的なリモコンや、パソコン機器周辺に使用されるＩｒＤＡに準拠した光空間伝送素子などが挙げられる。これら機器の使用環境においては必要とされる信号光の他に、太陽光や照明器具からの外乱ノイズ光が存在しており、これら外乱ノイズ光が赤外線受信装置に入力され誤動作出力が発生された場合、赤外線受信装置を用いた機器の動作にも誤動作などの影響を与えてしまう。ここでは、外乱ノイズ光入射時に出力を不感（誤動作防止）とする信号復調回路及び、それを用いた赤外線受信装置の回路構成について述べる。
【０００３】
従来の赤外線受信装置についてその回路ブロック図を図４に、またこの回路ブロック図における各部の動作波型図を図５に示す。まず、図４について説明すると、図中のフォトダイオードＰＤで赤外線入力信号を電気信号に変換し、その電気信号をアンプＡ１、Ａ２により増幅し、更に入力信号の搬送波周波数を中心周波数ｆｏとするバンドパスフィルタＢＰＦにより強度変調する。この強度変調された出力はローパスフィルタＬＰＦに入力され、信号検出のための検波レベルとして出力されて、前記バンドパスフィルタＢＰＦの出力とともに比較器ＣＯＭＰ１に入力される。
【０００４】
比較器ＣＯＭＰ１とコンデンサＣ２において前記ローパスフィルタＬＰＦの出力である検波レベルｄと前記バンドパスフィルタＢＰＦの出力信号ｃを比較積分し、第２の比較器ＣＯＭＰ２において波形整形を行い、その信号を出力端子ＯＵＴに出力する。
【０００５】
図５は図４における各部の信号波形図である。図５に示すように、送信されて来る赤外線入力信号をフォトダイオードＰＤで受信した赤外線入力信号は、ａに示すような波形になる。この赤外線入力信号ａをアンプＡ１、Ａ２で増幅するとアンプの出力波形はｂに示すような波形となり、更にバンドパスフィルタＢＰＦで強度変調を行うとｃに示すような波形となる。この波形ｃをローパスフィルタＬＰＦに入力すると、その出力波形はｄに示すような波形になり、検波レベルを与える信号になる。この検波レベルになる波形ｄと前記信号波形ｃを第１の比較器ＣＯＭＰ１で比較し、その比較出力をコンデンサＣ２で積分すると、その出力波形は、ｅに示すような積分波形になり、この積分波形ｅを第２の比較器ＣＯＭＰ２を介し更にトランジスタで波形整形を行うと、出力端子ＯＵＴには赤外線入力信号ａに対応した出力波形５ｆが導出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例で説明した図４に示す信号復調ブロックでは、ローパスフィルタＬＰＦにおいて信号検出のための検波レベルを設定し、インバーター蛍光灯などの外乱光ノイズ成分に対しては上記検波レベルにより、ノイズ成分のピークを捉えてノイズ成分を除去するよう動作している。このため検波レベルを設定するためのローパスフィルタの時定数については微調整が必要となる。つまり、時定数を大きくしていくと信号成分に対して検波レベルが殆ど変化しないため受信感度が高くなり受信距離が延びることになるが、ノイズ成分に対してはノイズ振幅のピークを捉えられないため、ノイズ成分を出力端子ＯＵＴに出力してしまう誤動作の頻度が高くなる。
【０００７】
逆に、ローパスフィルタＬＰＦの時定数を小さくしていくと、ノイズ成分振幅のピークを捉えることができるため、ノイズによる誤動作を防止できるが、信号成分に対しても検波レベルが影響を受けるため、受信感度が下がり受信距離が低下することになる。
【０００８】
インバーター蛍光灯などの外乱光ノイズ成分は、信号増幅ブロックにおいて信号と同様に増幅されて、信号復調ブロックに入力されるため、外乱光の照度が大きくなり、ノイズ振幅が大きくなると、ローパスフィルタＬＰＦの出力の検波レベルがノイズのピークを捉えることことができなくなるため、ノイズ成分が出力端子ＯＵＴに誤動作信号として出力されてしまうという問題があった。
【０００９】
この赤外線受信装置の外乱光ノイズによる誤動作は、赤外線受信装置を用いた家電製品自体の誤動作を招く可能性もあるため、家電製品側のマイコンで誤動作対策を行う必要があり、設計が複雑化するとともに、誤動作に対応するため常にマイコンを動作状態にする必要があり、製品の省電力化の妨げとなるなどの問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の信号復調回路は、入力信号の検波レベルを入力信号の振幅に応じて設定する検波レベル設定回路と、該検波レベル設定回路で設定した検波レベルと前記入力信号とを比較しその差信号を積分して出力信号を導出する比較積分回路を設けた信号復調回路において、
入力ノイズの振幅の平均値を検出する平均値検出回路と、前記入力ノイズの振幅の下限値を検出する下限値検出回路と、前記入力ノイズの振幅の平均値と下限値の差信号を検出する比較回路とを備え、該比較回路で検出した差信号に基づき前記検波レベル設定回路の検波レベルを調整することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光信号受信装置は、光信号を受光し電気信号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子から出力する電気信号を増幅する振幅回路と、該振幅回路で増幅した電気信号を強度変調するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力を入力信号とする上記信号復調回路を設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係わる信号復調回路の等価回路ブロック図であり、図２はその各部の動作波形図である。図１において従来例と異なる部分は、長時間ノイズ処理用ブロックＫが付加されている点と大入力信号検出回路Ｌが設けられている点である。長時間ノイズ処理ブロックＫにおいては、入力端子ＩＮより入力された入力ノイズは、入力振幅の下限値を出力するための下限ピークホールドＰＨＬＤ及び、入力振幅の平均値を検出するためのローパスフィルタＬＰＦ１に入力される。そして、この下限ピークホールドＰＨＬＤ及びローパスフィルタＬＰＦ１の出力値は電圧差電流変換回路Ｖ／Ｉ_１に入力され、その入力電圧差（平均値−下限値）に応じた充電電流を発生させてコンデンサＣ３を充電する。
【００１３】
コンデンサＣ３に充電され発生した電圧は電圧電流変換回路Ｖ／Ｉ_２においてリニアに電流変換され、信号検出用のローパスフィルタＬＰＦから電流を引き抜いて検波レベルを下げるようシフトさせていく。ローパスフィルタＬＰＦから出力される検波レベルは、充電電流制御回路ＩＣＪに入力され、前記ノイズ振幅下限値と比較されて検波レベルがノイズ振幅の下限値に達すると電圧差電流変換回路Ｖ／Ｉ_１を不作動にしてコンデンサＣ３への充電を切るようになっている。このようにして検波レベルが入力ノイズ振幅の下限値を捉えるようになる。
【００１４】
入力端子ＩＮより入力された入力信号とローパスフィルタＬＰＦで生成された検波レベルは後段の入力オフセットを持つ比較積分器ＣＯＭＰ１に入力され、入力信号と検波レベルの差が該オフセット電圧値以下になると、比較積分器ＣＯＭＰ１は検出・復調動作しないため出力端子は不感状態となり、入力ノイズによる出力端子への誤動作は発生しない。
【００１５】
次に大入力信号検出回路Ｌを前記信号復調回路に付加したときの動作について説明する。大入力信号検出回路Ｌは入力ノイズと前記検波レベルを比較してコンデンサＣ４を充電し、コンデンサＣ４に発生した電圧により予め定める電流値をローパスフィルタＬＰＦより引き抜いて検波レベルをある値にシフト固定するように働く。ここで、大入力信号検出回路Ｌの時定数は前記ローパスフィルタＬＰＦ１からの時定数より短く設定されているため信号入力時点から大入力信号検出回路Ｌの方が長時間ノイズ処理回路（ＰＨＬＤやＬＰＦ１、Ｖ／_Ｉ、Ｖ／_２より成る）よりも早く動作する。また、前記ＬＰＦから引き抜く電流値は検波レベルが信号の平均値からある電圧値低下した時に長時間ノイズ処理回路の出力電流値つまり電圧電流変換回路Ｖ／Ｉ_２の出力電流値に略等しく設定される。
【００１６】
よって、大入力信号時には大入力信号検出回路Ｌにより設定される検波レベルで一旦保持され、長時間ノイズ処理回路の出力電流値が、大入力信号検出回路Ｌの出力電流値を越えた時点から、検波レベルは再び、ノイズ振幅下限に向かって下がっていくことになる。
【００１７】
次に、無信号検出回路Ｍを前記信号復調回路に付加した時の動作について説明する。無信号検出回路Ｍは入力ノイズが消滅した時に、コンデンサＣ３から電流を引き抜いて強制的に放電を行うことでリセットするようにし、ローパスフィルタＬＰＦの出力である検波レベルが初期状態（最高検出感度状態）に復帰する時間を短くするよう動作する。
【００１８】
図２は前記信号復調回路の各部における動作波形を示す図である。この図２に示す各部の動作波形を用いて前記信号復調回路の動作をさらに詳細に説明する。入力端子ＩＮに入力される入力ノイズＡの下限値を捉える下限ピークホールドＰＨＬＤ回路の出力はＢの波形となり、入力ノイズＡの平均値を検出するローパスフィルタＬＰＦ１の出力はＣの波形となる。これらの波形に基づいて制御されるローパスフィルタＬＰＦより出力される検波レベルはＤの波形となる。
【００１９】
この検波レベルの波形Ｄにおいて、ノイズ入力があるとその時点から検波レベルの波形Ｄは大入力信号検出回路Ｌによりノイズ入力信号の振幅に合わせてレベルＶｏから下がり始め、ある値Ｖ_１で一旦その値が保持される。さらにノイズ入力が継続すると、長時間ノイズ処理回路の出力によってローパスフィルタＬＰＦの検波レベルは再度下がり始め、入力ノイズ波形Ａの振幅の下限（レベルＶ_２）まで下がり、無信号検出回路Ｍによりノイズ消滅が検出されるとコンデンサＣ３の充電を放電させて、初期レベルまで速やかに復帰する。
【００２０】
Ｅの波形は波形Ａで示す前記入力ノイズと波形Ｄで示す検波レベルを入力オフセットを持つ比較積分器ＣＯＭＰ１で比較し、積分出力したのもである。波形Ｅにおいて、波形Ａで示す入力ノイズと波形Ｄで示す検波レベルの差電圧が比較積分器ＣＯＭＰ１が持つ入力オフセット電圧値より小さくなると、比較積分器ＣＯＭＰ１は検出感度を持たないため積分は行われなくなり、出力波形Ｆも反転復帰してノイズによる誤動作が無くなる。ノイズ入力から出力反転復帰までの時間即ち不感状態への移行時間Ｔは、必要信号のブロック長を踏まえて通常数百ｍｓｅｃに設定される。
【００２１】
一方、端子ＩＮに入力される所望入力信号はコード化されているので、図５に示すように信号のオフ期間（波形の無い期間）が存在し、ノイズのようにオフ期間無しで継続することはない。よって、上述したローパスフィルタＬＰＦ１、比較器ＣＯＭＰ１、ＣＯＭＰ２のみ動作するため、信号に応じて図４のｅ、ｆに示すように所望の信号出力が得られる。ノイズ入力の場合は、図２の（３）に示すように最初に擬似パルスが出力されるが、その後はリセットされて不感状態となるので、ノイズの影響は生じない。また、ノイズが入力された状態で信号入力がある場合、送信機を受信機に近づけて信号振幅がノイズ振幅より大きくなると、ノイズ振幅のピークを捉えた検波レベルより大きい信号部分についてローパスフィルタＬＰＦ１、比較器ＣＯＭＰ１、ＣＯＭＰ２のみ動作して正常に信号コードを再生できる。図６はこの様子を示す波形図である。同図において、Ｎはノイズ入力、Ｓは信号入力、Ｄは検波レベル、Ｔは図２で示すノイズ入力初期における誤動作パルス、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３は再生された信号（コード信号）である。
【００２２】
これらを具体的な例で説明する。今、エアコン（空気調和機）の動作中に蛍光灯を点灯すると、エアコンに搭載のリモコン受信器には光ノイズ信号が入力され、リモコン受信器から図２の▲３▼のパルスが出力されるが、その後はノイズに対して不感となり、引き続くノイズ入力によりリモコン（及びそれを搭載したエアコン）が誤動作することはない。次に、エアコンを制御するべく、リモコンよりリモートコントロール信号を送信すると、リモコン受信器は正規の動作を行ない、リモートコントロール信号を正しく再生し、その信号に従ってエアコンを制御する。
【００２３】
第３図に本発明の信号復調回路を用いた光信号受信装置の一実施形態を示す。従来例と異なる点は上述する本発明に示す信号復調回路を用いた点である。光信号受信装置の動作については、従来例で説明した通りであり、信号復調回路の動作は上述した通りであるので説明を省略する。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、信号復調回路において、その検波レベルに入力ノイズの振幅の下限値を精度良く捉えることができるので、その検波レベルを用いて入力ノイズを正確に捉え、入力ノイズにより出力に発生する誤動作を高精度に防止することができる。また、信号検出用及び、長時間ノイズ処理用の２ブロック構成とすることで高感度且つ出力誤動作のノイズ耐量の高い信号復調回路を容易に設計することができる。
【００２５】
また、本発明の信号復調回路を赤外線等の光信号受信装置に用いることにより、外乱光ノイズ入力による出力端子の誤動作を防止できるため、家電機器等におけるシステムの設計が簡略化され、且つ光信号受信装置の不要誤動作パルスにマイコンなど周辺機器の動作を抑制でき、システムの低消費電力化にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の信号復調回路のブロック図である。
【図２】本発明の信号復調回路の各部動作波形を示す図である。
【図３】本発明の信号復調回路を備えた赤外線受信装置のブロック図である。
【図４】従来の光信号受信装置のブロック図である。
【図５】従来の光信号受信装置の各部波形を示す図である。
【図６】本発明の信号復調回路の各部の動作波形を示す図である。
【符号の説明】
Ａ１，Ａ２アンプ
Ｃ１〜Ｃ４コンデンサ
ＢＰＦバンドパスフィルタ
ＬＰＦ，ＬＰＦ１ローパスフィルタ
ＰＨＬＤ下限ピークホールド
ＣＯＭＰ１比較器
ＣＯＭＰ２比較器
ＩＣＪ充電電流制御回路
Ｖ／Ｉ_１電圧電流変換回路
Ｖ／Ｉ_２電圧電流変換回路
Ｌ大入力信号検出回路
Ｍ無信号検出回路

Claims

入力信号の検波レベルを入力信号の振幅に応じて設定する検波レベル設定回路と、該検波レベル設定回路で設定した検波レベルと前記入力信号とを比較しその差信号を積分して出力信号を導出する比較積分回路を設けた信号復調回路において、
入力ノイズの振幅の平均値を検出する平均値検出回路と、前記入力ノイズの振幅の下限値を検出する下限値検出回路と、前記入力ノイズの振幅の平均値と下限値の差信号を検出する比較回路とを備え、該比較回路で検出した差信号に基づき前記検波レベル設定回路の検波レベルを調整することを特徴とする信号復調回路。
前記検波レベル設定回路および平均値検出回路はローパスフィルタで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の信号復調回路。
前記入力ノイズの振幅に応じて前記検波レベル設定回路の検波レベルの調整速度を変化させる検波レベル調整速度変化手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の信号復調回路。
前記検波レベル設定回路で設定した検波レベルが入力ノイズの振幅の下限値になったとき比較積分回路が不感状態になることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の信号復調回路。
前記比較積分回路にオフセット電圧を設定し、入力ノイズの振幅と、入力ノイズの下限値の差が前記オフセット電圧の値以下になると復調動作を停止させるようにしたことを特徴とする請求項請求項１〜４のいずれかに記載の信号復調回路。
ノイズが入力してから、入力ノイズの振幅と前記検波レベルとの差が前記オフセット電圧の値以下になるまでの時間を予め設定できるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の信号復調回路。
前記検波レベルと入力ノイズを比較して積分し、その値より大信号の入力を検出する大入力信号検出回路を設け、該大入力信号検出回路により、前記検波レベルを予め定めたオフセットで固定するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の信号復調回路。
前記入力ノイズがなくなったことを検出する無信号検出回路を設け、該無信号検出回路により、検波レベルを強制的に初期レベルに戻すリセット回路を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の信号復調回路。
光信号を受光し電気信号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子から出力する電気信号を増幅する振幅回路と、該振幅回路で増幅した電気信号を強度変調するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力を入力信号とする、請求項１〜８のいずれかに記載の信号復調回路を設けたことを特徴とする光信号受信装置。