WO2008080758A1 - Ask-demodulator - Google Patents

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WO2008080758A1
WO2008080758A1 PCT/EP2007/063470 EP2007063470W WO2008080758A1 WO 2008080758 A1 WO2008080758 A1 WO 2008080758A1 EP 2007063470 W EP2007063470 W EP 2007063470W WO 2008080758 A1 WO2008080758 A1 WO 2008080758A1
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positive
branch
signal
negative
demodulator
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PCT/EP2007/063470
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Inventor
Sven-Matthias Scheibe
Thomas Nagel
Original Assignee
Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D1/00—Demodulation of amplitude-modulated oscillations
    • H03D1/08—Demodulation of amplitude-modulated oscillations by means of non-linear two-pole elements
    • H03D1/10—Demodulation of amplitude-modulated oscillations by means of non-linear two-pole elements of diodes

Definitions

  • the present invention relates to a demodulator for amplitude modulated signals, in particular for the demodulation of amplitude shift keying signals (ASK: Amplitude Shift Keying).
  • ASK is a digital modulation type wherein the amplitude of a carrier signal for information transmission is changed.
  • ASK generally includes non-return-to-zero (NRZ) signals that do not fall back to zero potential at regular intervals.
  • NRZ non-return-to-zero
  • An NRZ signal contains only the pure binary coded user data, with NuII and Einbits often being represented by positive and negative potentials.
  • Such forms of data transmission are suitable for example for inductively coupling connector couplings, as sold by the applicant under the name Memosens.
  • a clamping circuit is used.
  • the circuit provides by means of diodes via a coupling of the voltage paths of data signal and comparator threshold to the operating voltage for a mutual compensation of the fluctuations.
  • the comparator threshold also rises.
  • the disturbances in the signal recovery can be minimized.
  • the clamping circuit is temperature-dependent due to the Schottky diodes used there.
  • the circuit is comparatively sluggish, so that the comparator threshold can not be tracked fast enough. In this way, fast disturbances in the data signal, for example in the low to medium ⁇ s range, can not be intercepted.
  • the demodulator according to the invention for demodulating ASK signals comprises
  • a symmetric envelope demodulator which demodulates a data signal from a carrier frequency, wherein the envelope demodulator comprises a positive branch and a negative branch to which the signal to be demodulated is simultaneously supplied to the positive and the negative half-wave of the signal simultaneously or parallel to demodulate;
  • a DC decoupler wherein the DC decoupler in each case the
  • a potential conditioner connected downstream of the DC decoupler for adjusting the potentials of the signals of the negative and positive branches to be supplied to a comparator as a difference signal;
  • a comparator whose output is switched only in response to the difference between the adjusted signals of the positive and the branch.
  • the DC decoupler for the positive branch and the negative branch each comprise a longitudinal capacitor.
  • the potential conditioner each comprises a voltage divider for the positive branch and the negative branch, wherein the voltage divider are each connected between the operating voltage and ground.
  • the comparator comprises a
  • Operational amplifier at whose input the conditioned signals of the positive and negative branches are present.
  • the essential circuit components of the positive and the negative branch have a mutually symmetrical structure.
  • the demodulator circuit according to the invention has the advantage that disturbances, for example the operating voltage or the amplitude of the carrier signal, have the same effect on both signal paths due to the largely symmetrical structure and are thus compensated.
  • the fluctuating DC component of the data signal acts on both circuit branches, whereby its disturbing influence on the demodulation is eliminated.
  • the use of the two half-waves of the carrier signal also allows a safe demodulation even at low modulation strokes.
  • the comparator requires due to the exclusive dependence on the conditioned difference signal no further wiring.
  • Fig. 1 a schematic circuit diagram of an embodiment of a demodulator circuit according to the invention.
  • the demodulator circuit 1 shown in FIG. 1 comprises the following components according to the signal flow: A signal input 2, to which a carrier with a modulated ASK signal is applied, a symmetrical envelope detector 3, a DC decoupler 4, a potential conditioner 5, and a comparator 6 that outputs a demodulated signal.
  • the said circuit components are after the signal input 2, which will now be described in more detail, designed substantially symmetrically with respect to a ground branch 20, wherein they comprise a positive branch and a negative branch.
  • the envelope demodulator 3 comprises an input diode 31, 32 for the positive branch and the negative branch, respectively, whereby the sign of the branch is fixed. This is followed in each case by a capacitor 33, 34 in both branches and, in parallel thereto, by a resistor 35, 36, wherein the capacitor and the resistor are connected across the signal path to the ground branch.
  • the DC decoupler 4 comprises in the positive branch and in the negative branch in each case a longitudinal capacitor 41, 42 in the signal path, whereby the DC components are eliminated in both branches.
  • the potential conditioner comprises, in the positive branch and the negative branch, in each case transversely to the signal path, a voltage divider 51, 52 which is connected between ground 20 and + U B transversely to the signal path.
  • a capacitor 53, 54 is provided in parallel with the voltage dividers.
  • the components ie diodes, resistors and capacitors, are dimensioned so that the information to be exploited at the input 2 pending modulated ASK signal is completely contained in the difference of the conditioned signals of the positive and the negative branch.
  • the comparator 6 comprises an operational amplifier 60, at the inputs 61, 62 bear the conditioned signals of the positive and the negative branch.
  • the output of the operational amplifier 63 is switched according to the signal difference between its inputs.

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  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Ein Demodulator (1) zum Demodulieren von ASK-Signalen, umfasst einen symmetrischen Hüllkurvendemodulator (3), der ein Datensignal aus einer Trägerfrequenz demoduliert, wobei der Hüllkurvendemodulator (3) einen positiven Zweig und einen negativen Zweig umfasst, denen das zu demodulierende Signal von einem Signaleingang (2) gleichzeitig zugeführt wird, um die positive und die negative Halbwelle des Signals gleichzeitig zu demodulieren; einen DC-Entkoppler (4), wobei der DC-Entkoppler jeweils den Gleichspannungsanteil des Ausgangssignals auf dem positiven Zweig und dem negativen Zweig des Hüllkurvendemodulators abkoppelt; einen dem DC-Entkoppler (4) nachgeschalteten Potential-Konditionierer (5) zum Anpassen der Potentiale der Signale des negativen und positiven Zweigs, dass sie geeignet sind, einem Komparator (6) als Differenzsignal zugeführt zu werden; und einen Komparator (6), dessen Ausgang (63) nur in Abhängigkeit der Differenz zwischen den angepassten Signalen des positiven und des Zweigs geschaltet wird.

Description

Beschreibung
ASK-Demodulator
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Demodulator für amplitudenmodulierte Signale, insbesondere für die Demodulation von Amplitudenumtastungssignalen (ASK nach dem Englischen: Amplitude Shift Keying). ASK ist eine digitale Modulationsart, wobei die Amplitude eines Trägersignals zur Informationsübermittlung verändert wird. ASK umfasst allgemein NRZ-Signale (Non-Return-to-Zero), die nicht in regelmäßigen Intervallen auf ein Nullpotential zurückfallen. Ein NRZ-Signal enthält nur die reinen binär codierten Nutzdaten, wobei NuII- und Einsbits häufig durch positives und negatives Potential repräsentiert werden.
[0002] Derartige Formen der Datenübertragung sind beispielsweise für induktiv koppelnde Steckverbindekupplungen geeignet, wie sie von der Anmelderin unter der Bezeichnung Memosens vertrieben werden.
[0003] Nach dem Stand der Technik werden mittels ASK gesendete Daten beispielsweise mit einem Hüllkurvendemodulator demoduliert, da jedoch das NRZ-kodierte Datensignal einen variablen Gleichanteil hat, schwankt der Pegel des so zurück gewonnenen Signals erheblich.
[0004] Damit die Komparatorschwelle den Schwankungen angepasst werden kann, wird eine Klemmschaltung eingesetzt. Die Schaltung sorgt mittels Dioden über eine Kopplung der Spannungspfade von Datensignal und Komparatorschwelle an die Betriebsspannung für einen gegenseitigen Ausgleich der Schwankungen. Steigt die Signalspannung an, dann steigt auch die Komparatorschwelle an. Somit können die Störungen bei der Signalrückgewinnung minimiert werden. Die beschriebene Schaltung weist jedoch die folgenden Nachteile auf: Die Klemmschaltung ist aufgrund der dort eingesetzten Schottky-Dioden temperaturabhängig. Weiterhin ist die Schaltung vergleichsweise träge, so dass die Komparatorschwelle nicht schnell genug nachgeführt werden kann. Damit können schnelle Störungen im Datensignals, beispielsweise im unteren bis mittleren μs-Bereich, nicht abgefangen werden. Weiterhin ist ein hoher Modulationsgrad erforderlich, der nur einen engen Schwankungsbereich erlaubt. Zudem sind der Demodulator und die Signalrückgewinnung lastabhängig. Schließlich wirken sich Störungen, die von der Betriebsspannung ausgehen, unterschiedlich auf die beiden Spannungspfade, also Datensignal und Komparatorschwelle aus.
[0005] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Demodulator bereitzustellen, der die beschriebenen Nachteile des Stands der Technik überwindet.
[0006] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Demodulator gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1.
[0007] Der erfindungsgemäße Demodulator zum Demodulieren von ASK-Signalen umfasst
[0008] einen symmetrischen Hüllkurvendemodulator, der ein Datensignal aus einer Trägerfrequenz demoduliert, wobei der Hüllkurvendemodulator einen positiven Zweig und einen negativen Zweig umfasst, denen das zu demodulierende Signal gleichzeitig zugeführt wird, um die positive und die negative Halbwelle des Signals gleichzeitig bzw. parallel zu demodulieren;
[0009] einen DC-Entkoppler, wobei der DC-Entkoppler jeweils den
Gleichspannungsanteil des Ausgangssignals auf dem positiven Zweig und dem negativen Zweig des Hüllkurvendemodulators abkoppelt;
[0010] einen dem DC-Entkoppler nachgeschalteten Potential-Konditionierer zum Anpassen der Potentiale der Signale des negativen und positiven Zweigs, dass sie geeignet sind, einem Komparator als Differenzsignal zugeführt zu werden; und
[0011] eine Komparator, dessen Ausgang nur in Abhängigkeit der Differenz zwischen den angepassten Signalen des positiven und des Zweigs geschaltet wird.
[0012] In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der DC-Entkoppler für den positiven Zweig und den negativen Zweig jeweils einen Längskondensator.
[0013] In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Potentialkonditionierer jeweils einen Spannungsteiler für den positiven Zweig und den negativen Zweig, wobei die Spannungsteiler jeweils zwischen der Betriebsspannung und Masse geschaltet sind. [0014] In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Komparator einen
Operationsverstärker, an dessen Eingang die konditionierten Signale des positiven und negativen Zweigs anliegen.
[0015] Vorzugsweise weisen die wesentlichen Schaltungskomponenten des positiven und des negativen Zweigs einen zueinander symmetrischen Aufbau auf. Die erfindungsgemäße Demodulatorschaltung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sich Störungen, beispielsweise der Betriebsspannung oder der Amplitude des Trägersignals, aufgrund des weitgehend symmetrischen Aufbaus auf beide Signalpfade gleich auswirken und insoweit kompensiert werden.
[0016] Gleichermaßen wirkt der schwankende Gleichanteil des Datensignals auf beide Schaltungszweige, wodurch dessen störender Einfluss auf die Demodulation eliminiert ist.
[0017] Die Nutzung der beiden Halbwellen des Trägersignals ermöglicht zudem ein sicheres Demodulieren auch bei geringen Modulationshüben.
[0018] Schließlich benötigt der Komparator aufgrund der ausschließlichen Abhängigkeit vom konditionierten Differenzsignal keinerlei weitere Beschaltung.
[0019] Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
[0020] Es zeigt:
[0021] Fig. 1 : einen schematischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Demodulatorschaltung.
[0022] Die in Fig. 1 dargestellte Demodulatorschaltung 1 umfasst dem Signalfluss nach beschrieben die folgenden Komponenten: Einen Signaleingang 2, an dem ein Träger mit aufmoduliertem ASK-Signal anliegt, einen symmetrischen Hüllkurvendemodulator 3, einen DC-Entkoppler 4, einen Potentialkonditionierer 5, und einen Komparator 6, der ein demoduliertes Signal ausgibt.
[0023] Grundsätzlich sind die genannten Schaltungskomponenten nach dem Signaleingang 2, die nun näher beschrieben werden, im wesentlichen symmetrisch bezüglich eines Massezweigs 20 ausgelegt, wobei sie einen positiven Zweig und einen negativen Zweig umfassen. [0024] Der Hüllkurvendemodulator 3 umfasst für den positiven Zweig und den negativen Zweig jeweils eine Eingangsdiode 31 , 32 wodurch das Vorzeichen des Zweigs festgelegt ist. Danach folgen in beiden Zweigen jeweils ein Kondensator 33, 34 und parallel dazu ein Widerstand 35, 36, wobei der Kondensator und der Widerstand quer zum Signalpfad gegen den Massezweig geschaltet sind.
[0025] Der DC-Entkoppler 4 umfasst im positiven Zweig und im negativen Zweig jeweils einen Längskondensator 41 , 42 im Signalpfad, wodurch die Gleichanteile in beiden Zweigen eliminiert werden.
[0026] Der Potentialkonditionierer, umfasst im positiven Zweig und im negativen Zweig jeweils quer zum Signalpfad einen Spannungsteiler 51 , 52 der zwischen Masse 20 und +UB quer zum Signalpfad geschaltet ist. Parallel zu den Spannungsteilern ist jeweils ein Kondensator 53, 54 vorgesehen.
[0027] Die Bauelemente, also Dioden, Widerstände und Kondensatoren, sind so dimensioniert, dass die zu verwertende Information des am Eingang 2 anstehenden modulierten ASK-Signals vollständig in der Differenz der konditionierten Signale des positiven und des negativen Zweigs enthalten ist.
[0028] Der Komparator 6 umfasst einen Operationsverstärker 60, an dessen Eingängen 61 , 62 die konditionierten Signale des positiven und des negativen Zweigs anliegen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 63 wird entsprechend der Signaldifferenz zwischen seinen Eingängen geschaltet.

Claims

Ansprüche
1. 1. Demodulator (1) zum Demodulieren von ASK-Signalen, umfassend: einen symmetrischen Hüllkurvendemodulator (3), der ein Datensignal aus einer Trägerfrequenz demoduliert, wobei der Hüllkurvendemodulator (3)einen positiven Zweig und einen negativen Zweig umfasst, denen das zu demodulierende Signal von einem Signaleingang (2) gleichzeitig zugeführt wird, um die positive und die negative Halbwelle des Signals gleichzeitig zu demodulieren; einen DC-Entkoppler (4), wobei der DC-Entkoppler jeweils den
Gleichspannungsanteil des Ausgangssignals auf dem positiven Zweig und dem negativen Zweig des Hüllkurvendemodulators abkoppelt; einen dem DC-Entkoppler (4) nachgeschalteten Potential-Konditionierer (5) zum Anpassen der Potentiale der Signale des negativen und positiven Zweigs, dass sie geeignet sind, einem Komparator (6) als Differenzsignal zugeführt zu werden; und einen Komparator (6), dessen Ausgang (63) nur in Abhängigkeit der Differenz zwischen den angepassten Signalen des positiven und des Zweigs geschaltet wird.
2. 2. Demodulator nach Anspruch 1 , wobei der DC-Entkoppler (4) für den positiven Zweig und den negativen Zweig jeweils einen Längskondensator (41 , 42) aufweist.
3. 3. Demodulator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Potentialkonditionierer (5) jeweils einen Spannungsteiler (51 , 52) für den positiven Zweig und den negativen Zweig umfasst, wobei die Spannungsteiler jeweils zwischen der Betriebsspannung UB und Masse (20) geschaltet sind.
4. 4. Demodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Komparator 6) einen Operationsverstärker (60), an dessen Eingängen (61 , 62) die konditionierten Signale des positven und negativen Zweigs anliegen.
5. 5. Demodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der positive und der negativen Zweig einen zueinander symmetrischen Aufbau aufweisen.
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