TW490923B - Demodulation circuit and demodulation method - Google Patents

Description

五、發明説明（1 ) 本發明涉及一種電路配置及一種振幅調變（AM )信號之 解調方法。 ’ 在習知之方式中’在振幅調變時一種正弦振盪之振幅 (其具有載波（carrier)頻率）被調變而可傳送資訊。在解 調器中測得汞調變之信號之振幅之改變且進行計算。 由於通信系統中有較多之待處理之資料量，則較高之傳 送頻率已形成一種趨勢◦調變和解調必須在較大之頻率計 算以符合需求。一種振幅調變信號之調變及解調所用之電 路必須在各種不同之任務週期（duty cycle)時都可工作。 矩形信號之任務週期比是此時段（其由上升邊緣至下降邊緣） 與與另一時段（其由上升邊緣至下--個上升邊緣）之比 (ratio) 〇 一種簡易構成之巳爲人所知之尖峰之値整流器具有一種 連接成導通方向之二極體，其輸入端可施加一種可解調之 振幅調變信號且在其輸出端上連接一個電容C至接地電位 且與電阻R並聯。適當地選取時間常數r ( r = Rx C)，貝ϋ 所期望之解調信號位於電容C或電阻R上。在數位式振幅 調變時，此種信號通常是一種矩形信號，其任務週期比事 先是末知的，這是因爲其與即將傳送之資訊有關。時間常 數r會影響電容C之放電時間。爲了對一種載波頻率是數 個1 0MHz之振幅調變信號進行解調，則上述之尖峰値整流 器是不適當的，此乃因此種電路之尺寸（特別是適當之時間 常數r之調整）已顯示下述情況幾乎是不可能的··此電路 工作於各種不同之任務週期。若r選擇成太大，則解調器 490923 五、發明説明（2 ) 之輸出端不會形成有效之電壓變動。反之，若r太小’則 輸出信號追隨該調變信號，但會不利地被局頻振盪所重® 。這樣會使此信號不能簡易地被計算。此乃因調變信號在 與參考電壓相比較時此信號不能在位準切換時指出明確之 切點以便偵測高-或低狀態。 本發明之目的是提供一種簡易之解調電路及一種簡易之 解調方法，其適用於高頻中。 上述目的就電路配置而言是以一種解調電路來達成’其 包含： -電路輸入端，振幅調變之信號可輸送至此輸入端’ -第一電容，一種由振幅調變之信號所導出之信號可傳 送至此電容，其上可測得一種電壓，此電容是與接地 端相連， -第一放電元件，其並聯至第一電容， -第二電容，一種由振幅調變之信號所導出之信號可傳送 至此電容，其上可測得一種電壓，此電容是與接地端相 連。 -第二放電元件，其並聯至第二電容， -一種元件，使振幅調變之信號之依序之半波交替地儲存 至各電容，此元件使各電容可與信號輸入端相耦合， -一種計算單元，使第一，第二電容上之電壓互相比較， 第二電容上可測得一種已解調之信號。 就方法而言，上述目的是一種振幅調變之信號之解調 方法來達成，其包含以下各步驟：使信號傳送至第一二極 -4- 490923 五、發明説明（3 ) 體，使信號整流，以巳整流之信號之第一半波來對第一電 容充電至第一電壓，以此信號之第二半波來對第二電容充 電至第二電壓，對第一和第二電壓進行比較且對所產生之 振幅改變進行偵測，使第一電容放電，以及使第二電容放 電。 此電路配置依據以下之原理：尖峰値整流作用是藉由可 切換之時間常數來設定。 本發明之電路配置具有第·二極體，其連接於電容之後 且接地，電容可藉由一個開關而放亀。例如，若一個正弦 形式之信號傳送至第一二極體，則此二極體用作開關，使 只有正半波可通過且傳送至電容。此電容因此充電至正半 波之尖峰値。爲了可測得下一個半波之尖峰値，則此電容 利用第一放電元件（其可以是一種開關且並聯至第一電容） 而放電。此半波之尖峰値因此能可靠地湏得，若此尖峰値 小於先前之半波之尖峰値時。此開關在二極體截止時可閉 合以使電容放電。在電容充電至-·種電壓値（其對應於一種 半波之尖峰値）和此電容以此開關來放電之間須計算此種施 加至電容之電壓。 相對於傳統之尖峰値整流器（其包含一種電阻，電容可經 由此電阻而放電）而言，本發明之配置之基本原理是有利的 ，其可在時間常數之間切換。因此設有一種開關（其與電容 並聯）及一種二極體，其與一種交流輸入電壓一起作用而成 爲隱含式（impHcnt)開關。 解調電路或解調方法之上述原理具有之優點是：其可簡 490923 五、發明説明（4 ) 易地且低費用地達成以及可用在高頻中。 此外，設有第二電容，已整流之信號可傳送’至第二電容 ，其上可測得一種電壓，第二電容以一個接點連接至接地 ;第二放電元件，其並聯至第二電容，…種計算單元，用 來比較第-〜，第二電容上之電壓，第二電容上可測得一種 已解調之信號。 此種解調電路之原理是：使用二個電容，其分別具有一 種放電元件使電容可被放電，且即將解調之信號可傳送至 各電容。至少一個二極體分別連接於各電容之前。此二極 體之極性因此與所使用之電容之極性有關。並聯至第一， 第二電容之開關須受到控制，以便可在計算單元中對已調 變之信號之振幅値與先前之振幅値進行比較。 在該二個電容器中可對即將解調之信號之直接依序而來 之半波交替地進行儲存，因此可藉由這些半波所形成之電 容器電壓之比較來比較這些直接依序而來之半波。但在高 頻時若不能以足夠之準確性正確地偵測二個直接依序而來 之半波之間之位準變化，則例如只可比較每一第二，第三 ，第四及其後之半波。在第一電容中例如只儲存一種指定 半波之振幅，在第二電容中不儲存直接位於後面之半波’ 而是儲存第三個半波。在目前所儲存之适些半波之間因此 可準確地偵測一種振幅變換。 在使用上述之解調原理於無接觸式之晶片卡時’其中可 傳送之信號之可測量之振幅不只與調變有關。而且例如亦 與一個固定台之晶片卡之距離有關，則上述解調原理可有 -6- 490923 五、發明説明（5) 利地發生作用。依序而來之半波之振幅之比較可達成一種 廣泛地與晶片卡對固定台之相對位置無關之計’算，而即將 偵測之振幅相對於參考値之比較會造成錯誤。 上述之原理適用於調變信號有任意之任務週期時，此乃 因此不會形成有效之放電時間常數。第一和第二電容放電 用之上述開關在閉合狀態時形成一種至接地之低歐姆路 徑。 依據此種計算單元之實施形式，則利用上述之配置可導 出振幅調變信號之包路線（enve 1 ope )或由已解調之信號導 出一種差動信號，其顯示邊緣之切換。 在本發明有利之實施形式中設置一種轉換器，其配置在 二極體和電容之間。藉此可形成第三開關’其使可解調之 信號傳送至第一或第二電容。 在本發明之另一實施形式中設置第:：二極體。每一二 極體連接於一個電容之前。一對差動信號可傳送至二極體 輸入端。這些二極體極化成相同方向且連接成導通方向。 在本發明之另一實施形式中，設有第一和第二開關NM〇S 電晶體，其具有高頻所需之切換時間且形成低歐姆路徑使 各別之電容放電。 在上述方法之有利之實施形式中’已整流之可解調之振 幅調變信號之直接依序而來之半波交替地切換至第一和第 二電容。但亦可控制此電路’使只儲存每第三個半波且進 行比較。這對該計算電路而言另有其它優點：其可用於較 慢之時脈速率中。 490923 五、發明説明（6) 本發明其它細節描述在申請專利範圍各附屬項中。 本發明以下將依據圖式中之實施例來描述。’ 圖式簡單說明： 第1圖本發明第一實施形式之方塊圖。 第2圖 本發明第二實施形式之方塊圖。 第3圖 本發明第三實施形式之方塊圖。 第4圖依據第1圖之輸入電壓及電容電壓之時間關係 圖。 第1圖中之m路配置具有第一二極體d 1，其可傳送一種 待解調之振幅已調變之信號。二極體D1之後連接第一電容 C1且接地。電容C1上之電壓以VC1表示。開關S1並聯至 第一電容C1 ◦ 若第一電容C 1以所施加之信號之正半波來充電，則此開 關S 1斷開。一種很長之時間常數因此是有效的。在第一二 極體D 1截止時，第--電容C 1可以第一開關來放電。在切 換狀態時，一種很短之時間常數是有效的。然後第一電容 C1以下一個半波又充電至其電壓最大値。儲存在第一電容 中之電壓値（其對應於可解調之信號之半波）可在第1圖中 未顯示之計算單元中測得且進行計算。此信號之解調因此 是可能的。 第2圖是一種具有第一電容C1及第二電容C2之電路配 置，可解調之振幅調變信號在第一二極體D 1 (其連接於電容 之前）中整流。第一二極體（其在本例子中極化成導通方向 )之信號可傳送至接點LA。轉換器S3配置在第一二極體D1 490923 五、發明説明（7) 之輸出端。此轉換器S3使二極體之輸出可與第一電容C1 之第一接點相連或與第：:：電容C2之第一接點相連。電容 Cl，C2之第二接點是與接地相連。第一電容上之電壓以 VC1表示，第二電容上之電壓以VC2表示。第一開關S1並 聯至第一電容，第二開關S2並聯至第二電容。輸入信號 U1(其可解調）對接地點之電壓是U1。依據第一二極體D1之 連接方式，只有正電壓才會傳送至電容Cl，C2。一種計算 單元AE連接於電容Cl，C2之後以比較電容上之電壓VC1， VC2。此計算單元AE上可導出一種已解調之信號。 第2圖之電路之功能藉由第4圖來說明，第4圖中顯示 此輸入電壓U1，電容電壓UC1，UC2之時間關係圖◦第4圖 之上部是已整流之輸入信號U1之時間關係圖。半波之振幅 可具有二種不同之値，就像數位調變中之一般情況一樣。 一種振幅値可表示第一邏輯狀態，一種與第一振幅値不同 之第二振幅値可表示第二邏輯狀態。振幅已調變之矩形功 肯g (其具有原來之資訊內容）在可解調之信號之電壓波形中 是以電壓U 1來表不◦在第4圖之卜部中所不之圖形中顯不 電容電壓之時間流程。UC 1表示第一電容上之電壓，UC2表 示第二電容上之電壓◦利用此輸入電壓U 1之第一半波使第 二電容C2充電。第二電容C2充電至其最大値，利用第二 半波使第一電容C 1充電。現在可比較第一和第二電容上之 電壓。但由於這些電壓相互間不具有明顯之不同，則不能 測得此信號位準之切換。現在各電容電壓比較之後，第二 電容C2藉由開關S2閉合而放電且隨後以輸入信號之第三 -9- 490923 五、發明説明（8) 半波利用此電壓υι又充電至最大値。第二電容上之電壓現 在可與第三半波相比較。但此處亦不能偵測到’振幅變化。 然後各電容Cl，C2交替地以輸入電壓VI之半波來充電。 第一電容電壓在時間點T1與第二電容電壓相比較時顯示一 種振幅差AUl。此調變信號之狀態已由高變化至低。時間 點Τ2時此信號位準同樣存在著一種切換現象。這是由第 一，第二電容之電容電壓之間之電壓差AU2來表示，其電 壓差在時間點Τ2形式。電容電壓UC1，UC2之比較是在計 算單元ΑΕ中進行。在計算單元ΑΕ中可導出一種已解調之 信號。 電容Cl，C2交替地充電至電壓U1之最大値減去第一二 極體D 1上之壓降。電容C 1，C2上之電壓須保持一段時 間，直至另一電容C2，C1以輸入信號之下一個半波來充電 爲止。然後在一個或二個電容藉由開關S 1，S 2來放電之 前，電壓UC1，UC2(其施加至第一電容C1或第二電容C2) 在計算單元AE中比較，以對已調變之信號之振幅偵測其可 能已發生之改變。開關S1，S2，S3之控制未顯示在第2圖 之電路中。但此開關之一種適當之控制可輕易地由第4圖 中之電壓圖形中得知。 若可解調之振幅調變信號以差動信號存在，則適應於此 種情況之電路配置以方塊圖顯示在第3圖中。電壓是U2之 此對（pair)差動信號可傳送至端點對（pair)LA，LB。端點 LA是第一二極體D1之第一端點，D1之輸出是與第一電容 C1相連。第一開關S1並聯至第一電容C1且接地。第一電 -10- 490923 五、發明説明（9) 容上之電壓以U C 1 '表示。第二端點L B連接第二一極體 D2。第二電容C2連接於第：:：二極體D2之後，’C2以其一個 接點接地。第二開關S2並聯至第：:：電容。第二電容C2上 可測得電壓UC2 '。第3圖之電路不需一種轉換器S3，此乃 因差動輸入電壓（其是一種高頻振幅調變信號）並不存在。 電容電壓UC 1，UC2之比較是在計算單元AE中進行，其中 可測得一種已解調之信號。 第3圖之電路之功能上之基本原理是與第2圖者相同。 第3圖中第一，第二開關S 1，S2之控制是依據第2圖所述 之原理來達成：所施加之差動信號之半波交替地儲存在電 容Cl，C2中且各別半波之以電壓値形式儲存在電容Cl，C2 中之振幅互相比較。直接依序而來之半波又可互相比較或 分別儲存每一第2或第3等等之半波且相比較。振幅値之 比較可使振幅調變之信號解調。 上述之實施例可對振幅調變信號進行簡易且精確之解調 。就實現此種解調所需之電路而言，只需數目很少之組件 。此種電路因此能以很少之費用製成。由於電容之放電是 以開關來達成而不是以此種與充電時間常數有關之電阻來 達成，則上述之原理亦可用在高頻中。 符號之說明

Cl，C2.....電容 D1，D2.....二極體 SI , S2.....開關 S3........轉換器 UC1，UC2 ...電壓 AE........計算單元 -11-

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 第901 14143號「解調電路及解調方法」專利案 (91年4月修正） A申請專利範圍 1. 一種解調電路，其特徵爲包含： -電路輸入端（LA)，振幅調變信號可傳送至此輸入端， -第一電容（C1)，一種振幅調變信號導出之信號可傳送至 此電容（C1)，其上可測得一種電壓（UC1)，此電容（C1) 以一個接點連至接地（GND)， -第一放電元件（S1)，其並聯至第一電容（C1)， -第二電容（C2)，一種由振幅調變信號導出之信號可傳送 至此電容（C2)，其上可測得一種電壓（UC2)，且此電容 (C2)以一個接點連至接地（GND)， -第二放電元件（S2)，其並聯至第二電容（C2)， -一種元件，其使振幅調變之信號（D1，S3)之依序而來之 半波交替地儲存至電容（Cl，C2)，此信號（D1，S3)使 電容（Cl，C2)可與信號輸入（LA)相耦合， --*種計算單元（AE)，用來比較第一和第二電容（C 1， C2)(其上可測得已調變之信號）上之電壓（UC1，UC2)。 2. 如申請專利範圍第1項之解調電路，其中交替儲存用之 該元件包含第一二極體（D1)。 3. 如申請專利範圍第2項之解調電路，其中在第一二極體（D1) 和電容（Cl，C2)之間配置第三開關（S3)，其在第一開關設 定時使二極體（D1)可與第一電容（C1)之接點相連且在第二 開關設定時使二極體（D2)可與第二電容~(C2)之接點相連。 490923 六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第2項之解調電路，其中設有第二二極 體（D2)，信號可傳送至此二極體（D2)，且此二極體（D2)是 與第二電容（C2)相連。 5. 如申請專利範圍第2，3或4項之解調電路，其中第一和 第二放電元件（SI，S2)是NMOS電晶體開關。 6. —種振幅調變信號之解調方法，其特徵爲以下各步驟： -信號傳送至第一二極體（D1)， -使信號整流， -以已整流之信號之第一半波使第一電容（C1)充電至第一 電容電壓（UC1)， -以此信號之第二半波使第二電容（C2)充電至第二電容電 壓（UC2)， -比較此第一和第二電容電壓（UC1，UC2)且偵測所產生 之振幅變化（ΛΙΠ，ΛΙΠ)， -使第一電容（Cl)放電， -使第二電容（C2)放電。 7. 如申請專利範圍第6項之解調方法，其中此信號之直接 依序而來之半波交替地切換至第一電容（C1)和第二電容 (C2)。 -2-