СХЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОДУЛЯЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ, МОДУЛИРОВАННОГО СМЕНОЙ АМПЛИТУД МЕЖДУ НИЗКИМ И ВЫСОКИМ УРОВНЕМ (ASK-МОДУЛЯЦИЕЙ) Российский патент 2005 года по МПК H04L27/06 H03K9/02 H03D1/00 

Изобретение относится к схемному устройству для демодуляции напряжения, модулированного сменой амплитуд между низким и высоким уровнем (ASK-модуляцией).

При использовании бесконтактных чип-карт и тому подобных средств, например, так называемых бесконтактных маркеров, часто применяются методы так называемой ASK (Amplitude-Shift Keying - амплитудная манипуляция) модуляции. Под этим понимается высокочастотный сигнал, который согласно цифровым данным осуществляет переходы между первым и вторым уровнем и таким образом модулирует высокочастотный сигнал.

Так, подобно тому, как в цифровых данных различаются состояния "да" и "нет", или "1" и "0", или "высокий" уровень и "низкий" уровень, осуществляется различение между высокой амплитудой и низкой амплитудой. При этом в настоящее время обычными являются оба типа ASK-модуляции: ASK 100 и ASK 10, причем ASK 100 означает разность уровней в 100%, a ASK 10 означает разность уровней в 10%. Однако также возможны и другие значения разности, и в последующем описании изобретение не ограничивается этими обоими общепринятыми типами модуляции.

Проблема, присущая ASK-модуляции, состоит в том, что вследствие изменения расстояния между передатчиком и приемником модулированного таким образом сигнала, при сохранении постоянной амплитуды передаваемого сигнала на стороне приема происходит изменение амплитуды принимаемого сигнала, когда расстояние изменяется. То же самое имеет место, когда в пространстве между передатчиком и приемником возникают различия.

Эта проблема усугубляется тем, что при применении сигналов, которые постоянно возвращаются к нулю, т.е. между двумя двоичными "единицами", сигнал возвращается к нулю, и сигналов, которые это не предусматривают, модулируются и передаются последовательности с различной длиной "0" и "1".

Задачей изобретения является создание схемы демодуляции, посредством которой по возможности с минимальными затратами обеспечивается надежное распознавание смены уровней между двумя состояниями при ASK-модуляции.

Эта задача в соответствии с изобретением решается средствами, как указано в пункте 1 формулы изобретения. Данное схемное устройство имеет то преимущество, что при сравнении обоих напряжений заряда можно легко распознать смену уровней модуляции.

Ниже изобретение поясняется со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

Фиг.1 - первый пример выполнения соответствующего изобретению схемного устройства,

Фиг.2 - огибающая сигнала, модулированного посредством ASK-модуляции;

Фиг.3 - примерная характеристика изменения первого и второго напряжения заряда,

Фиг.4 - второй пример выполнения, соответствующий изобретению;

Фиг.5 - пример выполнения схемы оценки;

Фиг.6 - характеристическая кривая разряда напряжения Vref;

Фиг.7 - схемотехническая реализация изобретения;

Фиг.8 - характеристическая кривая заряда напряжения Vref.

В случае показанного на фиг.1 первого примера выполнения, соответствующего изобретению, высокочастотное входное напряжение UHF прикладывается на вход схемы демодуляции, который обозначен двумя входными выводами LA и LB.

На фиг.2 представлена огибающая амплитуды высокочастотного входного напряжения, изменяющаяся в зависимости от времени. Как видно, она изменяется между высоким уровнем амплитуды, который обозначен как "высокий", и низким уровнем амплитуды, который обозначен как "низкий". Это выпрямленное высокочастотное входное напряжение UHF прикладывается, таким образом, в выпрямленной форме к узлу Y схемы. К узлу Y параллельно подсоединены две схемы заряда, которые заряжаются посредством выпрямленного высокочастотного напряжения.

Первая схема заряда состоит из конденсатора С1 и источника тока i1, которые в свою очередь, исходя от узла V1 напряжения, включены параллельно. Соответственно построена вторая схема заряда, состоящая из конденсатора С2 и источника тока i2, которые, исходя от узла V2 тока, включены параллельно. Вторая схема заряда соединена с узлом Y через переключатель S1 заряда. Этот переключатель S1 приводится в действие низкочастотным напряжением UNF, которым модулировано высокочастотное переменное напряжение UHF. Простейшим способом это может быть реализовано посредством не показанного на чертеже диода.

Ниже описан принцип действия этой схемы. Пока выпрямленное высокочастотное напряжение UHF в узле Y больше, чем напряжение на входных узлах V1 и V2, и переключатель S1 замкнут, конденсаторы С1 и С2 заряжаются до значения выпрямленного высокочастотного переменного напряжения UHF. Одновременно конденсаторы С1 и С2 разряжаются через источники тока i1 и соответственно i2, причем постоянная времени обеих схем заряда должна быть выбрана таким образом, чтобы она была большой по сравнению с полупериодом высокочастотного входного напряжения UHF, чтобы в обоих входных узлах V1 и V2 не возникали существенные колебания напряжения (пульсации), которые вызываются переходами через нуль высокочастотного переменного напряжения.

Как показано на фиг.2, амплитуда высокочастотного входного напряжения UHF должна теперь находиться на высоком уровне до момента времени перед t1. К моменту t1 она меняется на низкий уровень. Эта смена обуславливает то, что переключатель S1 размыкается, и вторая схема заряда и тем самым входной узел V2 отсоединяется от остальной схемы. Если постоянные времени первой и второй схем заряда выбраны различными, то это приводит к различному разряду обоих конденсаторов С1 и С2. Это возможно, например, благодаря тому, что оба конденсатора С1 и С2 одинаковы, в то время как источники тока i1 и i2 имеют различную мощность. Получаемая в результате этого кривая разряда показана на фиг.3.

Как видно из фиг.3, напряжение в узле V2 спадает заметно более резко, чем напряжение в узле V1. Как можно видеть из фиг.1, напряжение V1 еще преобразуется с помощью делителя напряжения Х% в напряжение V1'. Тем самым, как можно видеть из фиг.3, получают пересечение кривых разряда V2 и V1'. Точка пересечения S теперь может быть применена для обозначения перехода от высокого уровня к низкому уровню. Такая точка пересечения может быть определена с помощью схемы оценки, которая описана ниже.

На фиг.4 представлен другой вариант осуществления соответствующей изобретению схемы демодулятора. В данном случае следует прежде всего указать на оба делителя напряжения Y% и Z%, которые напряжение узла V2 преобразуют в два различных напряжения: V2', также обозначенное как "V siglow", и напряжение V", также обозначенное как "V sighigh".

Схема по фиг.4 функционирует в принципе так же, как схема, описанная со ссылками на фиг.1. В данном случае постоянная времени второй схемы заряда должна быть заметно меньше, чем постоянная времени первой схемы заряда, т.е. источник тока i2, разряжает конденсатор С2 заметно быстрее, чем источник тока i1 разряжает конденсатор С1. Это можно видеть на фиг.6. Сигналы V sighigh и V siglow следуют, таким образом, довольно точно за сменой уровня высокочастотного входного напряжения с высокого на низкий. В результате получается, как уже описано выше в связи с фиг.3 со ссылкой на фиг.1, точка пересечения S между сигналом V ref и сигналом, который соответствует сигналу напряжения V sighigh.

Как только напряжение в узле напряжения V2 за счет разряда посредством источника тока спадет настолько, что напряжение будет ниже высокочастотного входного напряжения UHF, переключатель SI вновь замыкается. Это означает, что источник тока i2 через сопротивление R1 теперь дополнительно разряжает конденсатор С1. Это распознается по большей крутизне кривой разряда от V ref, начиная с момента времени t2. Если теперь происходит смена уровня высокочастотного напряжения UHF с низкого на высокий, конденсаторы С1 и С2 схем заряда вновь заряжаются и это приводит, как показано на фиг.8, к точке пересечения S' между кривой V ref и кривой V siglow.

Диод D3 обеспечивает то, что между V1 и V2 соответственно существует только одна разность напряжений, соответствующая падению напряжения на этом диоде D3. Тем самым напряжение в обеих узловых точках и при высоких индексах модуляции, как, например, в случае ASK 100, когда амплитуда высокочастотного напряжения достигает по существу "0" при низком уровне, подается параллельно. Таким путем и при таких высоких скачках модуляции обеспечивается то, что можно определить четкую точку пересечения между V sighigh и V ref.

На фиг.5 представлено возможное выполнение схемы оценки для сигналов напряжения V ref, соответствующего напряжению VI', напряжения V2', соответствующего напряжению V sighigh, и напряжения V2'', соответствующего напряжению V siglow. Здесь VI' прикладывается соответственно к отрицательному входу двух дифференциальных усилителей, а V sighigh и соответственно V siglow прикладываются соответственно к положительному входу. Выходы дифференциальных усилителей, как показано на чертеже, подключены к RS-триггеру. Выход RS-триггера будет тогда выдавать сигнал, соответствующий высокому уровню и низкому уровню. Однако схема оценки может быть выполнена и иным образом.

На фиг.7 показана схемотехническая реализация изобретения по обычной КМОП (комплементарной металл-окисел-полупроводник) технологии. В данном случае входное переменное напряжение приложено также к входным выводам LO и LD. Диоды D1, D2 рассмотренного выше примера выполнения в данной технологии образованы соответственно транзисторами N4, N5, N11.

К выпрямительной схеме подключен фильтр нижних частот для подавления несущей частоты.

В противоположность схеме заряда предыдущего примера выполнения предусмотрена схема плавающего уровня тока из р-канальных транзисторов Р1 и Р0. Эта схема уровня тока заряжает конденсаторы С1 и С2, к которым подсоединены токовые нагрузки из n-канальных транзисторов N8 и N10. Отношение тока заряда, вырабатываемого схемой уровня тока, к току разряда определяет соответствующую постоянную времени заряда конденсаторов С1 и С2. Сопротивления R4, R5 и R7 реализуют уже упоминавшийся в связи с предыдущим примером выполнения делитель напряжения, который вырабатывает сигналы , vsighihg и vsiglow, подаваемые на схему двустороннего ограничения.

Ранее упоминавшиеся диоды N24 и N25 обеспечивают развязку напряжений V1 и V2, как только входное напряжение снижается ниже уровней напряжения V1 или соответственно V2.

Диод N11 имеет ту же функцию, что и вышеупомянутый диод D3.

Дополнительно к предыдущим примерам выполнения предусмотрено, что при распознавании более высокой степени модуляции в выходном сигнале pausex на вентиль NA6 подается соответствующий управляющий сигнал demodenx. Этот вентиль управляет двумя параллельными токовыми нагрузками N1 и N0, которые включены последовательно со схемой Р4 уровня тока. Схема Р4 уровня тока, в свою очередь, включена параллельно схемам Р1 и Р0 уровня тока, за счет чего ток заряда конденсаторов многократно повышается. Это обеспечивает неизменную ширину полосы детектирования, так как и при модуляции с высоким подъемом стационарное состояние устанавливается с более высоким быстродействием.

В остальном оценка сигналов vrefdem, vsighigh и vsiglow осуществляется аналогично тому, как это осуществляется в предыдущих примерах выполнения.

Номиналы компонентов схемы непосредственно показаны на схеме.

Однако изобретение не ограничивается приведенным вариантом выбора параметров схемы.

Изобретение относится к схемному устройству для демодуляции напряжения, модулированного сменой амплитуд между низким и высоким уровнем (ASK-модуляцией). Технический результат заключается в обеспечении надежного распознавания смены уровней между двумя состояниями при ASK-модуляции. В первой и второй схеме заряда вырабатывается соответственно напряжение заряда (V1, V2). Первая схема заряда состоит из конденсатора (С1) и источника тока (i1), которые в свою очередь, исходя от узла (V1) напряжения, включены параллельно. Соответственно построена вторая схема заряда, состоящая из конденсатора (С2) и источника тока (i2). Вторая схема заряда соединена с узлом (Y) через переключатель (S1) заряда. (S1) приводится в действие низкочастотным напряжением (UNF), которым модулировано входное высокочастотное переменное напряжение (UHF) выпрямительной схемы (D1, D2). 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Схемное устройство для демодуляции напряжения, модулированного сменой амплитуд между низким и высоким уровнем (ASK-модуляцией), содержащее подключенную к высокочастотному входу (LB, LA) выпрямительную схему (D1, D2; N4, N5), первую схему заряда (C1, i1; C1, Р1) и вторую схему заряда (С2, i2; C2, i2, P2), которые включены параллельно выходу выпрямительной схемы (D1, D2; N4, N5) и которые вырабатывают соответственно напряжение заряда (V1, V2), развязывающее устройство (S1; N24, N25) для развязки напряжений заряда (V1, V2) при заданном соотношении между соответствующим напряжением заряда (V1, V2) и входным напряжением (UHF) выпрямительной схемы (D1, D2; N4, N5) и схему оценки, которая из отношения напряжений заряда (V1, V2) определяет уровень модуляции.2. Схемное устройство по п.1, отличающееся тем, что схема заряда имеет схему (Р1; Р0) плавающего уровня тока.3. Схемное устройство по п.1, отличающееся тем, что напряжение заряда (V1) по меньшей мере одной схемы заряда (C1, i1; C2, i2) изменяется с помощью делителя напряжения (Х%).4. Схемное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что первая и вторая схемы заряда (C1, i1; C2, i2) при предварительно заданном соотношении напряжений заряда (V1, V2) связываются между собой через диод (D3; N11).5. Схемное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что напряжение второй схемы заряда преобразуется в два различных напряжения.6. Схемное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первая и вторая схемы заряда имеют различные значения времени разряда.7. Схемное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что в ней предусмотрено устройство переключения (NA6), которое, начиная с предварительно заданной степени модуляции, включает схему усиления (Р4, N1, N0, N2, Р2) тока заряда.