Приемник радиочастотных сигналов
Изобретение относится к приемнику радиочастотных сигналов. Технический результат изобретения заключается в упрощении схемы приемника и уменьшении потребления тока по сравнению с известными аналогами. Приемник (1), по меньшей мере, одного радиочастотного модулированного сигнала, поступающего с антенны (101), внешней по отношению к приемнику, содержит первый каскад (103) для малошумящего усиления радиочастотного модулированного сигнала и каскад (106) демодуляции вышеупомянутого сигнала. Приемник содержит фильтр (104) SAW, приспособленный для действия в качестве полосового фильтра около предварительно определенной частоты для сигнала, поступающего с первого каскада, логарифмический усилитель (105), приспособленный для усиления сигнала, поступающего с фильтра SAW, пиковый детектор (402) выходного сигнала логарифмического усилителя, средство (203), приспособленное для регулирования коэффициента усиления первого каскада (103) для усиления радиочастотного модулированного сигнала в зависимости от выходного сигнала (Vopeak) пикового детектора. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.
Данное изобретение относится к приемнику радиочастотных сигналов.
В большинстве современных приемников радиочастотных сигналов используется сложная конструкция, как правило - супергетеродинного типа. Упомянутые приемники содержат смеситель, генератор для генерирования гетеродинного сигнала и схему PLL (фазовой автоматической подстройки частоты), приспособленную для стабилизации частоты приемника.
В частности, в случае устройств для передачи и приема информации, связанной с некоторыми частями транспортного средства, например, такой, как надлежащий уровень жидкости в баке, температура и давление в шине, состояние аккумуляторной батареи и т.п., приемники зачастую встроены в бортовой компьютер или находятся в более подходящем положении для приема сигналов внутри транспортного средства и связи с бортовым компьютером. Данные, принимаемые приемником, передаются в компьютер внутри автомобиля для отображения простых информационных сообщений или аварийных условий на специализированном дисплее.
Однако современные приемники сложны, особенно из-за наличия фазового детектора, приспособленного для сравнения двух сигналов на разных частотах и излучения сигнала с фазой, пропорциональной разности фаз этих двух сигналов на разных частотах.
Кроме того, упомянутые приемники потребляют значительные уровни тока и вызывают последующее рассеяние энергии.
Ввиду состояния уровня техники, задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать приемник радиочастотных сигналов, схема которого проще, чем известные, и имеет меньшее потребление тока, чем известные.
В соответствии с данным изобретением, упомянутая задача достигается посредством приемника, по меньшей мере, одного радиочастотного модулированного сигнала, поступающего с антенны, внешней по отношению к приемнику, причем упомянутый приемник содержит первый каскад для малошумящего усиления радиочастотного модулированного сигнала и каскад демодуляции радиочастотного модулированного сигнала, при этом приемник отличается тем, что содержит фильтр SAW (поверхностных акустических волн), приспособленный для действия в качестве полосового фильтра около предварительно определенной частоты для сигнала, поступающего с первого каскада, логарифмический усилитель, приспособленный для усиления сигнала, поступающего с фильтра SAW, пиковый детектор выходного сигнала логарифмического усилителя, средство, приспособленное для регулирования коэффициента усиления первого каскада для усиления радиочастотного сигнала в зависимости от выходного сигнала пикового детектора, причем упомянутый выходной сигнал логарифмического усилителя и упомянутый выходной сигнал пикового детектора поступают на вход в каскад демодуляции.
Благодаря данному изобретению можно разработать приемник радиочастотных сигналов, пригодный, в частности, для использования в системах передачи и приема данных малого радиуса действия, таких как системы открывания дверей автомобилей или системы мониторинга давления в шине.
Этот приемник, в частности, пригоден для приема сигналов с фазоимпульсной модуляцией (PPM) или с широтно-импульсной модуляцией (PWM).
Признаки и особенности данного изобретения станут яснее из нижеследующего подробного описания варианта его практического осуществления, приводимого посредством неограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:
на фиг.1 показана блок-схема приемника радиочастотных сигналов в соответствии с данным изобретением;
на фиг.2 показана принципиальная электрическая схема каскада малошумящего предварительного усилителя приемника согласно фиг.1;
на фиг.3 показана блок-схема каскада фильтрации приемника согласно фиг.1;
на фиг.4 показан график частотной характеристики каскада фильтрации приемника согласно фиг.3;
на фиг.5 показана принципиальная электрическая схема логарифмического усилителя приемника согласно фиг.1;
На фиг.6 показан график выходного напряжения как функции уровня входного сигнала каскада согласно фиг.5;
на фиг.7 показана принципиальная электрическая схема компараторов «ASK» и «PULSE» («ИМПУЛЬСНОГО»), используемых в приемнике согласно фиг.1;
на фиг.8 схематически показан корпус с приемником согласно фиг.1, выполненным в подложке из керамического материала в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения;
на фиг.9 схематически показан корпус с приемником согласно фиг.1 и микроконтроллером, выполненными в подложке из керамического материала в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Обращаясь к фиг.1, отмечаем, что здесь показан приемник 1 радиочастотных сигналов в соответствии с данным изобретением. Приемник содержит каскад 103 предварительного усилителя радиочастотного сигнала, принимаемого антенной 101, каскад 104 фильтрации, каскад 105 усиления и каскад 106 демодуляции сигналов.
Сигнал, поступающий с антенны 101, подается на вход в каскад 103 малошумящего предварительного усилителя, содержащего, как лучше всего видно на фиг.2, полосовой фильтр 201, настроенный на частоту приема; фильтр 201 также имеет функцию адаптера полного сопротивления.
Выходной сигнал фильтра 201 передается в схемный блок 202, содержащий радиочастотный транзистор Q1, управляемый выходным сигналом для схемы 203; выходной сигнал из транзистора Q1 течет через низкоомный резистор R с предпочтительным сопротивлением примерно 100 Ом, чтобы иметь постоянное полное сопротивление на входе следующего каскада. Транзистор Q1 предпочтительно является биполярным транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером. Схемный блок 202 представляет собой каскад малошумящего усилителя, коэффициент G усиления которого регулирует схема 203.
Схемой 203 управляет сигнал Vopeak, поступающий с пикового детектора 402, принадлежащего приемнику 1. Схема 203 содержит транзистор Q2, предпочтительно биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, вывод эмиттера которого соединен с «землей» GND. Вывод базы транзистора Q2 возбуждается сигналом Vopeak, отфильтрованным посредством полосового фильтра R70*C50. Сигнал на выводе коллектора транзистора Q2 возбуждает вывод базы транзистора Q1 и изменяет ток смещения базы транзистора Q1 для изменения, в частности для уменьшения, коэффициента G усиления транзистора Q1 пропорционально интенсивности сигнала на антенне; поэтому схема 203 образует блок автоматической регулировки усиления. Когда сигнал Vopeak увеличивается, транзистор Q2 действует так, чтобы уменьшать коэффициент G усиления транзистора Q1; коэффициент G усиления биполярного транзистора Q1 обратно пропорционален амплитуде сигнала Vopeak.
Выходной сигнал каскада 103 поступает на вход фильтра 302 SAW каскада 104, лучше показанного на фиг.3, который должен выбирать сигналы в канале между 300 и 600 кГц, т.е. он должен фильтровать сигналы в полосе пропускания от 300 до 600 кГц и должен обеспечивать постоянное время Tg групповой задержки, причем это время групповой задержки указывает изменение времени прохождения сигнала через полосу Bsaw пропускания фильтра SAW. Схемы 301 и 303 адаптеров полного сопротивления, расположенные на входе и выходе фильтра 302 SAW, сконфигурированы для получения постоянного времени Tg групповой задержки по всей полосе пропускания фильтра 302 SAW. На фиг.4 показано изменение полосы и времени Tg групповой задержки в зависимости от частоты для фильтра 302 SAW согласно фиг.3. Выходной сигнал фильтра 302 SAW усиливается усилителем 304 с фиксированным коэффициентом усиления.
Постоянство времени Tg групповой задержки обеспечивает правильное усиление нарастающего и спадающего фронтов радиочастотного модулированного сигнала, например, такое как в случае, когда модулированный сигнал является сигналом с широтно-импульсной модуляцией (PWM) или с фазоимпульсной модуляцией (PPM), при которых, например, радиочастотные импульсы имеют нарастающий и спадающий фронты порядка 100 наносекунд.
Выходной сигнал усилителя 304 поступает на вход логарифмического усилителя 401, показанного на фиг.5, принадлежащего каскаду 105 и приспособленного для усиления входного сигнала. Логарифмический усилитель 401 является усилителем с температурной компенсацией и воплощает большой коэффициент усиления посредством цепочки из нескольких каскадов Ai,..., An усиления. На фиг.6 показан график сигнала выходного напряжения Vodet как функции уровня In входного сигнала логарифмического усилителя 401 на разных частотах.
Выходной сигнал Vodet логарифмического усилителя передается в каскад демодуляции для демодуляции информации. Тот же самый выходной сигнал Vodet логарифмического усилителя 401 передается в пиковый детектор 402, приспособленный для обнаружения пиков выходных сигналов логарифмического усилителя 401. Пиковый детектор 402 предпочтительно содержит операционный усилитель 403, имеющий выходной сигнал логарифмического усилителя 401 на выводе неинвертирующего входа, имеющий выход, соединенный с анодом диода 404, имеющего катод, соединенный с выводом инвертирующего входа и с выводом сопротивления R2, имеющего другой вывод, соединенный с выводом конденсатора C1, в свою очередь соединенного с «землей» GND; постоянная времени, связанная с конденсатором C1, имеет малое значение, составляющее примерно одну микросекунду. Напряжение Vopeak на выводах конденсатора С1 поступает на выход пикового детектора. Выходной сигнал Vopeak передается в компаратор, приспособленный для проведения демодуляции сигналов, и используется схемой 203 для управления радиочастотным транзистором 202. Сопротивление R2 имеет малое значение, предпочтительно 22 Ом, и служит для стабилизации работы схемы, компенсирующей задержки распространения сигналов посредством операционного усилителя.
В заключение, сигналы Vodet и Vopeak передаются в каскад 106 демодуляции для цифровой реконструкции информации, содержащейся в принимаемом модулированном сигнале, как лучше показано на фиг.7. Компаратор 501 проводит демодуляцию в случае сигнала, модулированного посредством амплитудной модуляции ASK (амплитудной манипуляции) или также модуляции OOK (двоичной амплитудной манипуляции); компаратор 501 принимает сигнал Vodet на своем неинвертирующем входе, при этом на инвертирующий вход компаратора поступает среднее значение сигнала Vodet, усредненного схемой, содержащей сопротивление R3, соединенное с конденсатором C2, в свою очередь, соединенным с «землей» GND и с инвертирующим входом. Выходным сигналом компаратора 501 является сигнал Infask. Выходной сигнал Vopeak передается как сигнал RSSI (индикации уровня принимаемого сигнала).
Компаратор 502 проводит демодуляцию в случае сигнала, модулированного посредством фазоимпульсной модуляции PPM или широтно-импульсной модуляции PWM; компаратор 504 принимает сигнал Vodet на своем неинвертирующем входе, а на его инвертирующий вход поступает опорный сигнал, получаемый резистивным делителем, состоящим из сопротивлений R4 и R5, и к цепочке сопротивлений R4 и R5 прикладывается сигнал Vopeak. Значения сопротивлений R4 и R5 и емкости конденсатора C1 определяют постоянную времени спада выходного напряжения; упомянутая постоянная времени, обычно составляющая порядка нескольких миллисекунд, играет главную роль, если сигналы подвергаются влиянию внезапных изменений амплитуды, как бывает в сигналах, используемых для передачи давления в шине. Выходным сигналом компаратора 502 является сигнал Infppm. Сигналы Infask, Infppm и RSSI являются выходными сигналами каскада 106 демодуляции и приемника 1.
В частности, приемник в соответствии с данным изобретением лучше подходит для систем передачи и приема данных, расположенных в транспортных средствах, предпочтительно в автомобилях. Передатчики можно размещать в различных частях автомобиля, например, после аккумуляторной батареи или в шинах для передачи данных о температуре шины или давлении в шине.
Приемник приспособлен для приема упомянутых данных и передачи их в центральный компьютер для отображения аварийных сигналов или сообщений на дисплее.
В случае передачи данных давления в шине посредством фазоимпульсной модуляции, передаваемый сигнал предпочтительно начинается после заданного периода времени путем инициирования колебаний с генерированием первого импульса, который отображает начало сообщения и имеет ширину W, в типичном случае составляющую 3 микросекунды. Затем генерируются другие последовательные импульсы, а их положения во времени, т.е. периоды времени между одним импульсом и следующим импульсом, представляют содержание передаваемой информации.
Приемник в соответствии с изобретением пригоден, в частности, для приема данных, модулированных в соответствии с фазоимпульсной модуляцией.
Согласно изобретению можно изготовить корпус 600, называемый также корпусом LTCC, в котором приемник 1, показанный на фиг.1-6, выполнен в подложке из керамического материала 601 с использованием технологии LTCC (керамики низкотемпературного совместного обжига), как показано на фиг.8. Приемник изготовлен как единое целое в керамической подложке, за исключением конденсаторов C1 пикового детектора 402 и C2 демодулятора 106; упомянутые конденсаторы доступны снаружи для адаптации постоянных времени пикового детектора и демодулятора к разным требованиям приемника.
На фиг.9 показан корпус в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения; корпус содержит микроконтроллер 602, подключенный к приемнику 1, причем микроконтроллер 602 приспособлен для управления принимаемыми сигналами, модулированными посредством PPM.
1. Приемник (1), по меньшей мере, одного радиочастотного модулированного сигнала, поступающего с антенны (101), внешней по отношению к приемнику, причем упомянутый приемник содержит первый каскад (103) для малошумящего усиления радиочастотного модулированного сигнала и каскад (106) демодуляции радиочастотного модулированного сигнала, отличающийся тем, что содержит фильтр (104) SAW, приспособленный для действия в качестве полосового фильтра около предварительно определенной частоты для сигнала, поступающего с первого каскада, логарифмический усилитель (401), приспособленный для усиления сигнала, поступающего с фильтра SAW, пиковый детектор (402) выходного сигнала логарифмического усилителя, средство (203), приспособленное для регулирования коэффициента (G) усиления первого каскада (103) для усиления радиочастотного модулированного сигнала в зависимости от выходного сигнала (Vopeak) пикового детектора, причем упомянутый выходной сигнал (Vodet) логарифмического усилителя и упомянутый выходной сигнал (Vopeak) пикового детектора поступают на вход в каскад (106) демодуляции.
2. Приемник по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое средство (203) приспособлено для уменьшения коэффициента (G) усиления первого каскада (103) усиления радиочастотного модулированного сигнала в соответствии с увеличением значения выходного сигнала пикового детектора, причем упомянутое средство приспособлено для увеличения коэффициента (G) усиления первого каскада усиления радиочастотного модулированного сигнала в соответствии с уменьшением значения выходного сигнала пикового детектора.
3. Приемник по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое средство (203) содержит первый биполярный транзистор (Q2), включенный по схеме с общим эмиттером, выводом базы которого управляет выходной сигнал (Vopeak) пикового детектора, причем упомянутый первый каскад (103) усиления содержит второй биполярный транзистор (Q1), включенный по схеме с общим эмиттером, причем ток, текущий через вывод базы упомянутого второго биполярного транзистора (Q1), зависит от тока, текущего через вывод коллектора первого биполярного транзистора.
4. Приемник по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый пиковый детектор (402) содержит, по меньшей мере, один конденсатор (С1), значение емкости которого определяет постоянную спада выходного сигнала пикового детектора.
5. Приемник по п. 4, отличающийся тем, что упомянутый пиковый детектор (402) содержит операционный усилитель (403), имеющий выходной сигнал логарифмического усилителя (401) на выводе неинвертирующего входа, выходной вывод, соединенный с анодом диода, имеющего катод, соединенный с выводом инвертирующего входа упомянутого операционного усилителя и с одним выводом сопротивления (R2), имеющего другой вывод, соединенный с одним выводом конденсатора (C1), имеющего другой вывод, подключенный к опорному напряжению (GND).
6. Приемник по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что упомянутый демодулятор (106) содержит средство (R3, C2), приспособленное для усреднения выходного сигнала логарифмического усилителя, причем упомянутое средство содержит, по меньшей мере, дополнительный конденсатор (C2).
7. Корпус (600) LTCC, содержащий приемник (1) по любому из предыдущих пунктов, который выполнен в подложке (601) из керамического материала, и при этом упомянутый, по меньшей мере, один конденсатор (C1) и, по меньшей мере, дополнительный конденсатор (C2) находятся снаружи корпуса.
8. Корпус LTCC по п. 7, отличающийся тем, что содержит микроконтроллер (602), выполненный в упомянутой подложке (601) из керамического материала, и при этом упомянутый приемник приспособлен для взаимодействия с упомянутым микроконтроллером.
