產生控制信號的電路裝置的製作方法
2023-09-23 10:45:25
專利名稱：產生控制信號的電路裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於產生控制信號的電路裝置，以及包括這種電路裝置的無線電接收機。
EP-A0160339公開了一個設計用於直接接收調製的數據信號的調頻接收機的電路裝置。這一電路裝置包括一個其頻率位於兩個信號頻率間的頻率範圍內的本機振蕩器。已知的電路裝置特別設計用於數字無線電接收機(尋呼機)中FSK調製信號的接收和解調。
在EP-A0160339中所知的電路裝置包括一個將以天線接收到的原始信號與本機振蕩器產生的信號混合的混頻器。緊接著混頻器的是一個設計為低通或帶通的通道濾波器，用於過濾混頻器輸出的信號並將其作用到一個具有鑑頻器特性的傳遞函數的處理單元。其輸出信號經一個放大器和低通濾波器，作為控制信號作用到本機振蕩器用於調節其頻率。Stephan Drude和Funkscham在1989年Heft 2669到76頁所發表的文章「Zwei Ics Fur einen pager」描述了一個具有類碼號UAA 2050T的接收機器件，用於按直接頻移鍵控，即FSK調製運作的尋呼機。用這種接收機器件構成的尋呼機包含用於補償溫度波動和老化效應的自動頻率控制(AFC)。
DE-A-2942512描述了一個經天線接收FSK調製的無線電信號的無線電接收機。無線電信號包括兩個位於RF載波頻率上下、距離同FSK調製的頻偏相等的接收頻率。此無線電信號作用於兩個高增益混頻器。一個混頻振蕩器以RF載波頻率振蕩。其信號直接作用於第一高增益混頻器，並經一個90°的相移器後作用到第二高增益混頻器。混頻器的輸出接到相應的低通濾波器。濾波後的信號然後到達相應的高增益限幅放大器。限幅放大器的輸出產生方波信號。根據天線接收信號是高於還是低於混頻振蕩器信號，一個限幅放大器的輸出信號超前或滯後於另一個限幅放大器的輸出信號。這兩個可能的狀態由一個D觸發器根據上述原則轉換到它的兩個可能的狀態之一而判明。
對於這種無線電接收機，如尋呼機，理想的接收信號頻率在兩個可能的值之間突變，這兩個值即所接收的無線電信號的兩個可能頻率，在無線電信號數據碼中也稱為發射機信號「1」或「0」。然而，實際上這樣的理想信號是不存在的；相反，發射機信號從一個頻率到另一個頻率的變化需要一個有限的時間段。類似地，解調的信號從一個狀態變化到另一個狀態發射機也需要一個有限的時間段。很顯然，在這段時間內不可能進行有效的頻率測量。在這段稱為轉變間隔的時間段中，不僅有礙於將傳送的無線電信號賦值為數值「1」或「0」之一，而且顯然有礙於為可控振蕩器產生控制信號。這是因為為了達到對振蕩器頻率的正確控制，控制信號必須同FSK調製的頻偏一致。但是，在轉變間隔，也即從接收信號獲得的數據信號改變其值的間隔中，產生的控制信號不再同FSK調製的頻偏一致，而是顯著地相應於一個較小的頻差。這就導致了在轉變間隔對振蕩器頻率的不恰當的調節。
在以高信息傳輸率接受簡訊息單元比特信號的情形下，顯著地出現相關的錯誤。這是由於轉變間隔此時佔了單個比特時段中相當大的部分。這增加了振蕩器頻率控制受產生的錯誤的控制信號幹擾的風險。無線電接收機數據接收的錯誤於是增加；為確保不超出無線接收機(如尋呼機)所需的誤比特率，必須避免這種錯誤。
由於現在的無線電接收機(尋呼機)的接收頻率共計，例如約930MHz，對接收設備的振蕩器頻率的長期和短期的穩定性都附加了很嚴格的要求。如果振蕩器不能滿足這些要求。靈敏度將不可避免地受到影響，某些情形下，甚至會中斷接收。
本發明的一個目的是提供一個為所述的這種接收設備的可控振蕩器產生控制信號的電路裝置，其中控制信號不受上述轉變間隔中幹擾的影響。
根據本發明，通過一個為接收設備的可控振蕩器產生控制信號的電路裝置達到此目的，該電路裝置設計為將具有至少兩個預定義的輸入頻率的FSK調製輸入信號同可控振蕩器產生的振蕩波相混合，從而構成一個中間頻率信號，並從中間頻率信號中獲取瞬時值由中間頻率信號的頻率(中間頻率)決定的數據信號，以及頻率和/或者相位是中間頻率信號的頻率和/或者相位大小的解調器脈衝信號，該電路裝置包括一個從解調器脈衝信號中獲取控制信號的控制信號產生分支，一個在數據信號改變其值的時間間隔中從數據信號中獲取中斷信號的中斷信號產生分支，以及響應中斷信號的出現抑制從解調器脈衝信號中提取控制信號值的中斷處理單元。
這樣，根據本發明的電路裝置在轉變間隔抑制了接收信號的頻率測量，即抑制為可控振蕩器產生控制信號。這樣就有效地消除了轉變間隔會錯誤地產生控制信號這一錯誤源。
在一個根據本發明的電路裝置的富有吸引力的實施例中，控制信號由不連續地從解調器脈衝信號中獲取的一系列控制信號值的時間平均值構成，在平均操作中消除了轉變間隔產生的控制信號值。這樣就獲得了雙重錯誤保護機制一方面，不連續地抽取值減少了控制信號上的幹擾的影響，另一方面，也排除了在轉變間隔中產生的控制信號。這可以通過一個非常簡單的電路裝置而實現。
在本發明的一個優選實施例中，解調器脈衝信號包含一系列重複頻率為中間頻率整數倍的脈衝。控制信號值通過測量連續脈衝的時間間隔得到。這一測量可以用一積分單元完成，在解調器脈衝信號的兩個連續脈衝的間隔時間內對一個固定電平的信號積分。在相關時間段的結束時刻固定電平的積分值就表示了控制信號的瞬時值。
在本發明的一個優選實施例中中斷信號產生分支包括一個信號變化檢測單元和與其相連的脈衝整形單元。信號變化檢測單元用作檢測數據信號值的變化，優選包括一個微分單元。不論什麼時候當作用到其上的輸入信號改變其值時，這樣的單元及時產生一個輸出信號。脈衝整形單元用於形成一個持續時間同轉變間隔相等的脈衝整形的中斷信號。此中斷信號可以直接用於消除根據本發明的電路裝置中的不希望有的、包含錯的解調的接收信號。
有利的信號變化檢測單元包括了一個緊接著微分單元的整流單元。該整流單元用作產生微分單元輸出信號的絕對值，即去掉符號，因為識別轉變間隔只需識別數據信號值的變化，而不必識別其變化方向。
附圖中顯示了一個根據本發明的電路裝置的一個實施例，下面詳細描述之。
圖1顯示從中間頻率信號中獲取解調器脈衝信號和數據信號的設計方框圖，這一設計可以同根據本發明的電路裝置一起使用，用於為可控振蕩器產生一控制信號；圖2顯示在圖1所示的裝置運行過程中產生的信號隨時間的變化；圖3顯示了一個根據本發明的電路裝置的方框圖4顯示了採用根據本發明的電路裝置的接收設備中，實驗性地確定的時間變化的示例，圖5和圖6顯示測量到的根據本發明的電路裝置的可控振蕩器頻率控制系統的頻率-電壓特性的示例。
在接收FSK調製的輸入信號的接收設備中，圖1所示的裝置構成了一個可從中間頻率信號獲取數據信號和解調器脈衝信號的解碼單元。為達到此目的，如圖1所示解碼單元的兩個輸入端1、2連到一正交解調器的輸入端，該正交解調器通過將FSK調製的輸入信號同可控振蕩器產生的振蕩混合而產生兩個90°相移的方波振蕩。這種正交解調器由，如DE-A2942512中所知的電路裝置構成。限幅放大器的輸出BA提供兩兩彼此超前和滯後90°的七方波振蕩並形成中間頻率信號。DE-A2942512中圖1的限幅放大器8的輸出B同本發明的實施例的圖1中所示解碼單元的第一輸入端1相連。類似地，前面設計的限幅放大器7的輸出A同本發明圖1的解碼單元的第二輸入端2相連。以舉例的方式，圖2a顯示了作用到第一輸入端1的方波振蕩，圖2b顯示了作用到第二輸入端2的方波振蕩。
圖1解碼單元的第一輸入端1經第一RC高通濾波器3同第一混頻器5的第一輸入4相連，並直接連接到第二混頻器7的第二輸入6。類似地，第二輸入端2經第二RC高通濾波器8同第二混頻器7的第一輸入9相連，並直接接到第一混頻器5的第二輸入10。混頻器5和7的輸出11和12分別接到減法單元13的相應輸入端。通過減法單元13，以第一混頻器5的輸出11的信號中減掉了第二混頻器7的輸出12的信號。這一減法操作產生的信號作為解調器脈衝信號出現在減法單元13的輸出14上。數據信號經作為施密特觸發器的觸發器電路15從中得到，該數據信號經觸發器電路15的輸出16輸出。
圖2所示的信號波形表示尋呼機理想的接收信號情形下的結果；這些結果同信號頻率在兩個值之間突然變化的時間段有關。在頻率變化的時刻，圖1解碼單元的輸入端1和2的方波信號之間的相位值也發生變化。這是由於第二輸入端2的信號的相位遵從圖2b而跳變。
用作微分器件的RC高通濾波器3、8分別響應輸入端1和2的各信號沿，各自向混頻器5和7的第一輸入4和9提供短脈衝(尖脈衝)，上述脈衝的極性根據是正向還是反向沿而變。圖2c顯示了第一混頻器5的第一輸入4上的這類尖脈衝，圖2d顯示了第二混頻器7的第一輸入9上的尖脈衝。它們的相位遵從輸入端1和2信號的相位。其後，第一輸入4的尖脈衝串在混頻器5中與作用到其第二輸入10的第二輸入端2的信號相乘。類似地，第一輸入9的尖脈衝串在混頻器7中與作用到其第二輸入6的第一輸入端1的信號相乘。圖2e所示的尖脈衝序列出現在混頻器5的輸出端11，對於輸入端1、2信號間相位的相位值連續地具有一致的極性。圖2f所示的相應形成的尖脈衝序列出現在混頻器7的輸出端12。減法單元13從圖2e所示的尖脈衝序列中減掉圖2f所示的尖脈衝序列產生了該單元輸出端14上的如圖2g所示的尖脈衝序列。此序列包括對應輸入端1、2的每一個信號沿的一個尖脈衝；尖脈衝的極性隨輸入端1、2信號間的相位值的變化而變化。用作施密特觸發器的觸發器電路15從圖2g所示的信號中形成圖2h所示的信號。其中，每一個信號電平表示輸入信號的一個頻率值。
下文中，圖2g所示的信號將稱作解調器脈衝信號，圖2h所示的信號將稱作數據信號。
圖2顯示了一個如上文所建議和描述的、根據本發明的用於產生無線電接收機的可控振蕩器的控制信號的電路裝置實施例。出於簡化的目的，此實施例再次設計為用一般稱為雙電平FSK的調製，如圖1所示的電路裝置，接收信號在兩個不同的頻率間變化。但是，本發明並不局限於這樣的雙電平FSK信號，而是可用於多電平FSK調製。
所述的電路裝置優選用於無線電接收機的自動頻率控制(AFC)；它將接收設備的可控振蕩器的頻率控制到FSK調製預定義的兩個輸入頻率的中間值。這與FSK調製的發射機信號的載波頻率在同一時刻。
在如「Funkschan」中提到的出版物中詳細描述的這一類自動頻率控制的情形中，中間頻率被用作振蕩器頻率與輸入頻率間的頻率間隔信息。但是，中間頻率也受調製的影響。在所述文獻中得知的頻率控制系統中，對于振蕩器必須的頻率調節有可能導致錯誤信息。發生錯誤信息的情形依賴於輸入信號所採用的數據率、數據傳輸間的相位位置和中間頻率。在發射機中配備的用於傳輸並接收的信號的帶寬限制的稱為鄰道幹擾濾波器也有一定影響。在這方面鄰道幹擾濾波器最重要的特性是實際上經鄰道幹擾濾波器處理後信號不再突變。這樣鄰道幹擾濾波器就有助於拉長轉變間隔，從而可能有助於上述幹擾的出現。
由於眾多不同的影響，包含著相對可控振蕩器頻率的必要的糾正的錯誤信息的測量錯誤具有相當隨機的特性，由於有關振蕩器頻率的必要的糾正方向錯誤的出現不能預先排除，其結果是難於預測的。但是，有關頻率糾正方向的錯誤卻能容易地導致振蕩器頻率脫離輸入頻率的範圍。這種振蕩器頻率偏移通常導致數據接收的徹底失敗，因此應不惜一切代價避免。
應注意到在無線電接收機(尋呼機)中，誤比特率不應超過如3％。
在根據本發明的電路裝置中，數據變化，即輸入頻率變化的轉變間隔的出現被檢測到。在這些轉變間隔中形成的所有測量信息都被抑制了。來自中間頻率的信息只在輸入頻率對於數據值之一穩定後才被使用。
圖3所示的電路裝置包括一個控制信號產生分支，集中了一個整流單元17、一個延遲器件18、第一脈衝整形單元19、第二脈衝整形單元20、一個積分單元21、一個混頻器22、一個顯示為開關的鍵控單元23、以及一個RC低通濾波器24。整流單元17的輸入同圖1中減法單元13的輸出14相連，接收解調器脈衝信號。該信號在整流單元17中被整流，即圖2g中信號波形的所有尖脈衝被賦予統一的極性，與圖2h中的數據信號的瞬時值無關。例中所示為正極性。這樣，整流單元17就「去掉」了圖2g中所示信號的符號；構成了解調器脈衝信號的絕對值。此絕對值信號經延遲器件18驅動第一脈衝整形單元19的輸入。第一脈衝整形單元19包括一個單穩態觸發器電路，其響應來自整流單元17或延遲器18的絕對值信號的各正向沿，在輸出26上產生一個具有預定持續時間的方波脈衝。該脈衝的後沿在第二脈衝整形單元20的輸出27上產生第二方波脈衝，第二方波脈衝時間上緊接著第一脈衝整形單元19的輸出26上的第一方波脈衝。第二脈衝整形單元20的輸出27上的第二方波脈衝作用到積分單元21的復位輸入28上。積分單元21經參考值輸入29接收一個固定電平的信號。該信號在積分單元21中被連續積分，產生的積分經積分單元21的輸出30作為信號值(或電平)輸出。輸出30上的信號值響應到達積分單元21的復位輸入28的各方波脈衝被復位到一個初始值，其後信號值又從該初始值開始增加。因此，輸出30上的信號值是復位輸入28上的上一個方波脈衝到達後所經過時間的直接度量。這樣，在下一個方波脈衝到達復位輸入28之前的瞬間，輸出30上的信號值即為解調器脈衝信號兩個尖脈衝之間的間隔的一個測量。因而輸出30的信號值表示了中值頻率信號的頻率。它與可控振蕩器的頻率一起變化，因此可以用作控制此振蕩器頻率的一個控制信號。為達到這一目的，在混頻器22中它首先與觸發器15的輸出16上的數據信號相混合，為此，輸出16和積分單元21的輸出30連接到混頻器22相應的輸入端。由於積分單元21的輸出30上的信號值同觸發器單元15的輸出16上的數據信號相混合，輸出30上的信號值被賦予同接收到的數據信號值一致的極性，該極性決定振蕩器頻率控制或糾正的檢測。
鍵控單元23包括一個控制輸入32，當鍵控單元23必須在混頻器22的輸出31與RC低通濾波器24之間建立導通連接時，控制輸入32必須接受一個邏輯高電平(「1」)信號。為達此目的，圖3中第一脈衝整形單元19的輸出26被連接到控制輸入32上；從而第一方波脈衝就建立起上述連接。這樣，RC低通濾波器24在積分單元21通過復位輸入28上的第二方波脈衝復位之前，以取樣值的形式，直接接收到與數據信號混合(經混頻器22)的輸出30的瞬時信號值。換句話說，RC低通濾波器24經鍵控單元23，連續地接收到了解調器脈衝信號每兩個脈衝間的間隔的測量值，即中間頻率信號的不連續的頻率測量值。這些測量值經RC低通濾波器24低通過濾，使RC低通濾波器24的輸出25可以作為振蕩器控制信號。此電路的處理相當於加權取樣。
圖3也顯示了一個緊接著觸發器單元15的輸出16的中斷信號產生分支，包括一個信號變化檢測單元和一個同其相連的(第三)脈衝整形單元33。信號變化檢測單元包括一個微分單元34和一個下遊(第二)整流單元35。脈衝整形單元33、微分單元34和整流單元35連成一個連接到觸發器單元15的輸出16上的網絡。
微分單元34用作識別數據信號的信號值變化。它的輸出信號的極性由數據信號的信號值變化的方向決定。由於這點對本發明的目的並不重要，從整流單元35中又產生了一個固定極性的脈衝序列，即又將符號消除掉了。在本例子中，脈衝整形單元33中從整流單元35接收到的每個脈衝產生一個具有負極性(或低信號電平)、預定持續時間的脈衝。此脈衝用作中斷信號，由脈衝整形單元33作用到中斷單元37的第一輸入36。此中斷單元優選構造為與門，其第二輸入38同第一整形單元19的輸出26相連。中斷單元37的輸出39連接到鍵控單元23的控制輸入32。
當觸發器15的輸出16上的數據信號具有一個穩定值時，中斷單元37的第一輸入36上持續存在一個邏輯電平「1」。因而，中斷單元37持續導通來自第一脈衝整形單元19的輸出26的第一方波脈衝。這樣便可以經積分單元21和鍵控單元23，為解調器脈衝信號的每一尖脈衝獲得在RC低通濾波器24的輸出25上產生控制信號的測量值。當出現中斷信號時，即數據信號改變其值的轉變間隔中，中斷單元37的第一輸入36上出現一低信號電平(邏輯值「0」)。這樣就中斷了第一方波脈衝由第一脈衝整形單元19向鍵控單元23的傳送。因此，在轉變間隔不再有測量值作用到RC低通濾波器上，因而在轉變間隔中，存儲在其上的控制信號的值不受影響，也就不會出錯。
在控制信號產生分支中，延遲器件18產生信號的延時，這樣就保證了中斷信號在適當的時刻作用到中斷單元37上，即在轉變間隔中第一脈衝整形單元19上出現第一方波脈衝之前。優選由(第三)脈衝整形單元33的單穩態觸發器決定的經脈衝整形的中斷信號的長度為使得轉變間隔根據接收到的信號而被屏蔽掉。
積分單元21可以以一定的方式構造，使得當解調器脈衝信號中兩個連續的尖脈衝之間的時間間隔太大時，其輸出30的信號值保持為一個預定的最終值。信號電平可以以一定的方式調整，使得積分單元21的輸出30的信號值當振蕩器頻率正確地調節到接收信號的載波頻率時，恰好採用初始值和上述最終值之間的中間值。那種情形下，振蕩器的頻率不會被糾正。
所述的電路裝置提供了在信噪比減少和其它接收條件導致數據信號隨機錯誤時，用於接收設備可控振蕩器的控制信號的絕對值減小的優勢。在這些運行條件下，也就防止了錯誤的控制信號的產生。此外，所示的電路裝置採用了控制信號的限制和均衡控制。從而確保自動頻率控制決不會使振蕩器頻率到達接收的輸入頻率之外的範圍，即超出接收的頻率鍵控。由製造參數和溫度效應決定的未控制的振蕩器的頻率容限必須選擇得足夠小，使得振蕩器頻率和輸入頻率間的間隔從不會小於對應自動頻率控制的控制範圍的值。總的說來，根據本發明的電路裝置對振蕩器的要求同技術狀況相比是不太苛刻的，從而生產成本也不會太昂貴。
本發明通過限制控制信號，減少了由於對技術熟練者所周知的如「衰落」、「多徑」、「同播」、「鄰道效應」、「阻塞」等運行條件而產生的振蕩器控制的偽效應。
圖4顯示了利用根據本發明的電路裝置構造的接收設備中測量到的一些信號波形。圖4a和4b顯示了兩個中間頻率信號的正交解調振蕩，其相位根據恢復的數據信號的調製而交替地超前與滯後。在圖4c和4d中，圖4a和4b的信號分別被轉換為方波信號，例如通過高增益限幅放大器。圖4e顯示了一個從中獲得的解調器脈衝信號，同圖29的波形一致。其中，根據本發明而排除的測量間隔以標記M而標註。
作為考慮根據本發明的電路裝置的配備的例子，圖5和圖6顯示了振蕩器頻率同發射機載波頻率的偏差和根據本發明的電路裝置產生的控制信號值之間的函數關係。為此目的，控制信號以RC低通濾波器24的輸出25的電壓標度縱坐標。圖5顯示了調製輸入信號的關係，圖6顯示相對照的非調製輸入信號的情形。
如果願意，積分單元21可以用可編程電路裝置實現，其中積分單元的信號處理過程在編程的信號處理進程中執行。
權利要求
1.一種為接收設備的可控振蕩器產生控制信號的電路裝置，該電路裝置設計用於將具有至少兩個預定義的輸入頻率的FSK調製的輸入信號同可控振蕩器產生的振蕩波混合，從而構成一個中間頻率信號，並從中間頻率信號中獲取其瞬時值由中間頻率信號的頻率(中間頻率)決定的數據信號，以及其頻率和/或者相位是中間頻率信號的頻率和/或者相位的一種測量的解調器脈衝信號，該電路裝置包括一個從解調器脈衝信號中獲取控制信號的控制信號產生分支，一個在數據信號改變其值的時間間隔中從數據信號中獲取中斷信號的中斷信號產生分支，以及響應中斷信號的產生，抑制從解調器脈衝信號中提取控制信號值的中斷處理單元。
2.如權利要求1所述的電路裝置，其特徵在於控制信號由不連續地從解調器脈衝信號中獲取的一系列控制信號值的時間平均值構成，在數據改變其值的時間間隔中產生的控制信號值被從平均操作預先排除。
3.如權利要求2所述的電路裝置，其特徵在於解調器脈衝信號包含一系列重複頻率為中間頻率的整數倍的脈衝，控制信號值通過測量連續脈衝間的時間間隔得到。
4.如權利要求3所述的電路裝置，其特徵在於其包括一個積分單元，用於在解調器脈衝信號的兩個連續脈衝的間隔時間中的每個時間間隔內對一個固定電平的信號積分而構成相應的控制信號的值。
5.如上述任一權利要求所述的電路裝置，特徵在於中斷信號產生分支包括一個信號變化檢測單元，用於檢測數據信號值的變化，以及一個同信號變化檢測單元相連的脈衝整形單元，用於構成覆蓋數據信號改變其值的時間段內的整形的中斷信號。
6.如權利要求5所述的電路裝置，其特徵在於信號檢測單元包括一個微分單元和緊接著的整流單元。
7.一個無線電接收機(尋呼機)，其特徵在於它包括一個如上述任一權利要求所述的電路裝置。
全文摘要
為接收設備的可控振蕩器產生控制信號的電路裝置,設計為將具有至少兩個預定義的輸入頻率的FSK調製的輸入信號同可控振蕩器的輸出振蕩混合,從而構成一個中間頻率信號,並從中間頻率信號中獲取其瞬時值由中間頻率信號的頻率(中間頻率)決定的數據信號,以及其頻率和/或者相位是中間頻率信號的頻率和/或者相位的度量的解調器脈衝信號。電路裝置包括一個從解調器脈衝信號中獲取控制信號的控制信號產生分支,一個在數據信號改變其值的時間間隔中從數據信號中獲取中斷信號的中斷信號產生分支,以及響應中斷信號的產生、抑制控制信號從解調器脈衝信號中提取值的中斷處理單元。所述的電路裝置預先排除了在數據信號改變其值的時間間隔中控制信號的誤用。
文檔編號H04L27/16GK1189271SQ97190380
公開日1998年7月29日 申請日期1997年2月27日 優先權日1996年3月2日
發明者M·比爾, W·雅森, R·皮拉斯基 申請人:菲利浦電子有限公司