在電流迴路上串行通信的移頻鍵控調製與解調技術的製作方法

2023-05-08 23:30:06

專利名稱：在電流迴路上串行通信的移頻鍵控調製與解調技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及調製和解調技術，具體涉及在一電流迴路上的移頻鍵控調製和解調技術。
移頻鍵控(FSK)是通常用於低速數據機中的一種頻率調製的形式，其中，信號的兩種狀態以兩個不同的頻率傳送。1以一預定的信號頻率(空號(space)頻率)傳送，0以另一預定的信號頻率(傳號(mark)頻率)傳送。人們發現，在噪聲環境中FSK比其它調製形式諸如調幅或調相具有較高的抗噪聲性能。在能源有限的設備中例如迴路發信機和電池供電設備，在發信機與另一設備之間的在線通信使用的FSK一般需要大量的能源，因為對FSK信號解碼和編碼需要大量的電路元件。為了將能源的使用減到最小，不採用移頻鍵控的調製技術現已研製出來，例如第4，607，247號美國專利(SterlingJr.等人)中所採用的那種。
由於上述原因，現在需要研製一種總能源使用和硬體需要量降到最低程度的移頻鍵控調製系統和解調系統。
本發明提供一種移頻鍵控調製系統和解調系統，該系統將能源的需求量和系統中需要的元件數減小到最低程度，從而解決了現有技術中有關的問題及其它的問題。該調製系統包括一個數控振蕩器，其輸出頻率由其內一個電容器的充電和放電速率來調整。預定的上頻率(傳號頻率)由一組並聯電阻器的電阻值來確定，而預定的下頻率(空號頻率)由上述電阻中的一個電阻的阻值與兩個電阻的阻值之和的比值來確定。由該數控振蕩器產生的信號迭加在一電流迴路上。
所提供的解調系統包括一個數控振蕩器和一相位比較器，相互連接在一個鎖相環內。由該比較器產生的信號經過濾波與另一信號比較以產生一輸出信號，該輸出信號是迭加在電流迴路上的移頻鍵控信號的數字表象。


圖1是本發明移頻鍵控調製器的概括圖圖2是圖1所示的調製系統內各點上的波形圖;
圖3是本發明移頻鍵控解調器的概括圖;
圖4是圖3所示的解調系統內各點的波形圖。
參見附圖，這些圖是為了描述本發明的較佳實施例的目的而表示的，而不是用以限制本發明。圖1是本發明移頻鍵控調製系統10的概括圖，系統10包括一個傳輸接口裝置12、一個數字控制振蕩器14、給電流迴路18供電的電源16和一個與數字控制振蕩器14及電流迴路18相互連接的電路20。
接口裝置12通常參照RS-232或類似物，並且適當參照所使用的二進位串行數據互換的在數據終端設備與數據通信設備之間的接口。接口裝置12產生表示兩個可能信號狀態之一(空號頻率)的電源電壓VS和表示另一信號狀態(傳號頻率)的0輸出電壓。接口設備12的輸出端與數字控制振蕩器14內的或門30的一個端入端連接。或門30的另一輸入端在B點與電阻器32的一端連接，還與反相器34的輸入端連接。或門30的輸出端與電阻器36的一端連接。電阻器36的另一端在A點處與電阻器32的另一端連接。反相器34的輸出端在C點處與反相器38的輸入端以及電阻器40的一端連接。電阻器40的另一端在A點處與電阻器32和36連接。電容器42一端接到A點，另一端在D點處與反相器38的輸出端連接。反相器38的輸出端代表數字控制振蕩器14的輸出，與反相器44的輸入端連接。反相器44的輸出端與串聯在一起的電阻器46和電容器48連接，電容器48的另一端與變壓器50的接地側連接。變壓器50的另一側通過電阻器52和電容器54跨接在電流迴路18上。該電流迴路18包括電阻器56，並且連接到電源16的輸出端上，該電源一般可提供最小值為4毫安到最大值為20毫安的電流。
在運行中，接口裝置12的輸出電壓控制著數控振蕩器14的頻率。參照圖2，接口裝置12的輸出用波形F表示。圖2中所示的其它波形表示調製系統10內各點的電壓並相應於圖1中的各有關字母。針對波形F，接口裝置12的輸出端上呈現電源電壓VS時導致數控振蕩器14產生預定的上信號頻率，而在接口裝置12的輸出端上為0電壓時導致振蕩器14產生預定的下信號頻率。在F點呈現電源電壓VS時，或門30對於B點的信號起著反相器的作用。如圖2所示(a點)，B點電壓的出現使E點電壓和C點電壓為0，使D點電壓變為電源電壓VS。由於或門30和反相器34都具有高輸入阻抗，流經電阻器32的電流很小可以忽略不計，A點和B點電壓基本上等於電源電壓VS。當電容器42從D點分別經過電阻器40和36到C和E點開始充電時，A點電壓開始從電源電壓VS向0電壓減小。當B和A點到達或門30和反相器34的邏輯0轉換點(VIL)的最大輸入電壓時，這些部件轉換，使C和E點電壓增加到電源電壓VS，接著，使B、A和D點的電壓變為0。當D點變為0伏時，電容器42開始通過電阻器40和36放電，在B點產生電壓從0伏向電源電壓VS開始增加。當B點到達或門30和反相器34的邏輯1的轉換點(VIH)的最低輸入電壓時，這些設備翻轉引起C和E點的電壓變為0，B、A和D點的電壓變為電源電壓VS。由於E和C點的電壓隨時都是相等的，所以電容器42的充、放電時間正比於並聯的電阻器40和36的阻值。振蕩以電容器42的充、放電速率繼續進行，接到F點的輸入電壓變化為止。所述的電容器42的充、放電速率分別代表預定的上信號頻率。
當接口裝置12的輸出為0伏(圖2，D點)時，或門30對於B點的電壓起不反相的緩衝器的作用，致使在E點的輸出等於B點的輸入。這種情況使C和E點隨時都具有相反的電壓。當這種情況發生時，電容器42的充、放電時間將正比於電阻器40的阻值與電阻器40和36阻值之和的比值。這導致電容器42以較慢的速率充、放電，於是產生以一預定的下頻率振蕩。這樣，當數控振蕩器14在F點的輸入等於電源電壓VS時，在D點以一預定的上信號頻率產生輸出，當F點的輸入是0伏時，將以一預定的下信號頻率產生輸出。
數控振蕩器14的輸出通過反相器44、電阻器46和電容器48驅動變壓器50。變壓器50用來使振蕩器14與電流迴路18相隔離。在圖1，H點的信號通過變壓器50反映到I點並且經過電阻器52和電容器54交流耦合到電流迴路18。變壓器50防止來自電流迴路的任何直流電流被傳送到數控振蕩器14，相反亦然。這就許可在電流迴路18上進行在線通信，而其上不存在4～20毫安直流電流的幹擾。
參照圖3，它示出本發明移頻鍵控解調系統60的概括圖。這些元件與調製系統10中所使用的元件相同的，採用了相同的編號因此不再贅述。解調系統60包括一個解調器62、將解調器62與電流迴路18互連的一個電路64、一個數控振蕩器14和一個接收接口裝置66。電路64使電流迴路18通過一個變壓器68與解調器62互連。變壓器68的一側經過電阻器70和電容器72跨接到電流迴路18上，其另一側接地和連接到一個帶通濾波器74，帶通濾波器74的輸出端與或門76的一個輸入端連接。或門76的另一個輸入端與數控振蕩器14中的反相器38的輸出端連接，或門76的輸出端與數控振蕩器14中的或門30的一個輸入端連接，還與電阻器78的一端連接。電阻器78的另一端一方面與電阻器80的一端連接，另一方面通過電容器82接地。電阻器80的另一端與或門84的一個輸入端連接，還與電阻器86的一端連接。電阻器86的另一端與或門84的輸出端連接。或門84的另一輸入端接地，或門84的輸出端與接收接口裝置66連接。接收接口裝置66是RS-232或類似物。
如上所述，圖3上被選點的波形示於圖4。電流迴路18上的移頻鍵控信號經過電容器72、電阻器70和變壓器68被傳送到帶通濾波器74。變壓器68的交流耦合防止來自電流迴路18的任何直流電流傳送到解調器62。帶通濾波器74抑制移頻鍵控帶外的任何信號，其輸出在圖4中示為波形C，它是已濾波移頻鍵控信號的數字表象。
包含數控振蕩器14和或門76的系統是一種鎖相環形式。B點和C點處的信號由或門76進行比較，在A點處得到輸出，該輸出又返回到數控振蕩器14，調整其頻率以使該頻率與C點的輸入頻率相同。為了實現上述目的，數控振蕩器14的工作周期隨輸入頻率而變化，低輸入頻率產生小於50%的振蕩工作周期，而高輸入頻率產生大於50%的振蕩工作周期。
D點的信號是A點得出的信號經由電阻器78和電容器82組成的RC電路濾波後的平均值。或門84起電壓比較器的作用，亦即如果D點電壓高於Vcc/2，則F點的電壓升高(圖4波形F)，如果D點電壓低於Vcc/2，則F點電壓就下降。實際上，F點電壓是移頻鍵控信號的數字表象，並且可通過接口裝置66傳送到任何數據終端設備(圖中未畫出)。電阻器86和80對或門84引入滯後現象以便在電平突變時減小抖動。
調製系統10和解調系統60的主要優點在於這些系統對電源的低需求量。這種低電源需求可導致系統內所需元件數的減少、適於採用CMOS晶片和使用低單值的電容器。這些系統，在電源電壓由於邏輯門的輸入轉換點(VIH和VIL)正比於電源電壓而在寬範圍內變化的情況下，頻率是穩定的。上述這些優點可在使用載有4～20毫安直流電流的相同電流迴路的低能源設備之間進行可靠的在線通信而不影響直流電流值。
在閱讀上述部分以後，本技術領域的技術人員將會做出某些修改和改進，應該理解所有這些修改和改進在這裡為了簡要和便於閱讀起見已被省略了，而且它們也包括在所附的權利要求範圍之內。
權利要求
1.具有提供各種電平電流的電源的一種電流迴路結構，包括一個電流迴路，該迴路與上述電源連接，用以載有各種電平的電流；用以調製移頻鍵控脈衝的裝置，以產生具有第一預定頻率和第二預定頻率的信號；以及用以將上述調製裝置連接到上述電流迴路的裝置，上述的連接裝置允許上述調製裝置產生的上述信號在上述電流迴路上進行通信。
2.根據權利要求1所述的電流迴路結構，其中，上述調製裝置所產生的上述信號迭加在上述電流迴路內的電流電平上。
3.根據權利要求1所述的電流迴路結構，其中，上述調製裝置包括一個數控振蕩器用以產生具有第一預定頻率和第二預定頻率的上述信號。
4.根據權利要求3所述的電流迴路結構，其中，上述的數控振蕩器包括電容器裝置，該電容器裝置以分別對應於上述第一預定頻率和上述第二預定頻率的第一速率和第二速率可選擇地進行充電和放電。
5.根據權利要求1所述的電流迴路結構，其中，上述連接裝置包括變壓器裝置，該變壓器裝置與上述調製裝置和上述電流迴路相連接。
6.根據權利要求5所述的電流迴路結構，其中，上述變壓器裝置將上述數控振蕩器與上述電流迴路隔離開，以允許具有上述第一預定頻率和上述第二預定頻率的上述信號在上述電流迴路上進行在線通信。
7.根據權利要求1所述的電流迴路結構，還包括用以對上述電流迴路上的調製信號進行解調的裝置，該解調裝置產生表示上述調製信號的移頻鍵控脈衝。
8.具有提供各種電平電流的電源的一種電流迴路結構，包括一個電流迴路，該迴路與上述電源連接，用以載有各種電平的電流，上述各種電平的電流受移頻鍵控脈衝調製;用以對上述電平電流解調得到移頻鍵控脈衝的裝置;以及用以將上述解調裝置連接到上述電流迴路的裝置。
9.根據權利要求8所述的電流迴路結構，其中，所述的解調裝置包括數控振蕩器裝置，以產生具有第一預定頻率和第二預定頻率的信號。
10.根據權利要求9所述的電流迴路結構，其中，所述的數控振蕩器包括電容器裝置，該電容器裝置以分別對應於上述第一預定頻率和上述第二預定頻率的第一速率和第二速率可選擇地充電和放電。
11.根據權利要求9所述的電流迴路結構，其中，上述解調裝置還包括連接到鎖相環裝置內的上述數控振蕩器的比較器裝置。
12.根據權利要求8所述的電流迴路結構，其中，上述連接裝置包括連接到上述解調裝置和上述電流迴路的變壓器裝置。
13.根據權利要求12所述的電流迴路結構，其中，上述連接裝置還包括插接在上述解調裝置和上述變壓器裝置之間的濾波器裝置。
全文摘要
在一電流迴路上的移頻鍵控調製系統和解調系統現已公開。該調製系統包括一數控振蕩器，其輸出頻率由其內一電容器的充電和放電速率來調整。該數控振蕩器產生的信號疊加在該電流迴路上。該解調系統也包括一個數控振蕩器，該系統產生輸出信號是該電流迴路上疊加的移頻鍵控信號的數字表象。
文檔編號H04L27/152GK1046424SQ9010112
公開日1990年10月24日 申請日期1990年3月3日 優先權日1989年4月12日
發明者愛德華·巴斯蒂傑尼克, 約瑟夫·C·耐莫 申請人:巴布科克和威爾科斯公司