專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外線傳輸音頻技術(shù)，是一種由鎖相環(huán)控制的新型收發(fā)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代多種無(wú)線傳輸技術(shù)中，紅外線無(wú)線技術(shù)以其信號(hào)不受空間電磁波頻率和工業(yè)設(shè)備的干擾、不受?chē)?guó)家無(wú)線管理委員會(huì)的限制、信號(hào)傳輸具有超強(qiáng)的保密性(紅外光只能在同一室內(nèi)傳播，墻壁可阻斷傳播，從而杜絕了外來(lái)惡意干擾及竊聽(tīng))、傳遞信息的帶寬較大等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在目前市場(chǎng)上無(wú)線語(yǔ)音分配系統(tǒng)中成為最常用的一種傳輸方式。然而，傳統(tǒng)紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)很容易受新興的高頻驅(qū)動(dòng)光源，如節(jié)能燈的干擾；由于紅外線直線傳輸?shù)奶匦?，發(fā)射的角度有限，易受物體的阻擋而中斷通信；使用電感電容諧振提供的載波很容易受環(huán)境影響，比如紅外發(fā)射器長(zhǎng)時(shí)間工作，會(huì)使系統(tǒng)溫度升高、頻率偏移，最終可能導(dǎo)致接收端無(wú)法接收和解調(diào)音頻信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)上述現(xiàn)有系統(tǒng)的缺陷，使用鎖相環(huán)控制技術(shù)為核心， 提出一種新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，改善了發(fā)射角度有限的缺點(diǎn)，解決了光源干擾、頻率偏移的問(wèn)題，極大程度提高和保證紅外線音頻傳輸?shù)男阅?，擴(kuò)大了紅外線傳輸?shù)膽?yīng)用范圍，為紅外線的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)突破性進(jìn)展。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)射單元(1)和接收單元 O)，其特征在于上述發(fā)射單元(1)，包括用于固化發(fā)射頻點(diǎn)信息的存儲(chǔ)器模塊(02)；用于產(chǎn)生振蕩頻率并根據(jù)從存儲(chǔ)器模塊(02)讀取的頻率信息鎖定的鎖相環(huán)模塊 (01)；用于拾取聲音信息并轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)的音頻采集模塊(11)；用于加載音頻信號(hào)到已鎖定的振蕩信號(hào)上的調(diào)制模塊(12)；用于放大已調(diào)制了音頻信號(hào)的振蕩信號(hào)的功率模塊(13)；用于把已經(jīng)放大了的振蕩信號(hào)加載在紅外波上發(fā)射出去的紅外發(fā)射模塊(14)；用于把輸入電壓提高并且穩(wěn)定輸出、作為發(fā)射單元各模塊的工作電壓的升壓模塊；其中存儲(chǔ)器模塊(0 、鎖相環(huán)模塊(01)、和功率模塊(1 是集成在一片集成電路上。上述接收單元0)，包括用于接收發(fā)射端發(fā)出的紅外信號(hào)，并把加載在紅外波上的電信號(hào)轉(zhuǎn)換出來(lái)的紅外接收模塊；
用于把紅外接收器轉(zhuǎn)換出的電信號(hào)進(jìn)行放大的射頻放大器模塊02)；用于改變已放大的射頻信號(hào)的頻率的變頻模塊03)；用于固化接收頻點(diǎn)信息的存儲(chǔ)器模塊(02)；用于產(chǎn)生振蕩頻率、根據(jù)從存儲(chǔ)器模塊(02)讀取的頻率信息鎖定頻率、并提供給變頻模塊做參考本振的鎖相環(huán)模塊(01)；用于抽取加載在已變換頻率的載波信號(hào)上的音頻信號(hào)的解調(diào)模塊04)；用于放大已解調(diào)音頻信號(hào)的擴(kuò)音模塊05)；用于把輸入電壓降低并且穩(wěn)壓輸出、作為接收單元各模塊的工作電壓的降壓模塊 (26)；其中存儲(chǔ)器模塊(0 、鎖相環(huán)模塊(01)是集成在一片集成電路上。所述存儲(chǔ)器模塊(02)為只讀存儲(chǔ)器ROM，固化了所需的頻點(diǎn)信息。所述鎖相環(huán)模塊(01)由集成電路上的壓控振蕩器VCO(Oll)、晶體振蕩器(012)、 分頻器(013)、鑒頻器(014)、以及置于集成電路外的環(huán)路濾波器(015)組成。所述壓控振蕩器(011)是由內(nèi)置于集成電路中的CMOS電路、置于集成電路外的電感、電容構(gòu)成的差分振蕩器，通過(guò)改變電感、電容的數(shù)值，可以實(shí)現(xiàn)2. 8MHZ-1. 5GHz超大范圍的振蕩，由環(huán)路濾波器(015)反饋的電壓控制達(dá)到頻率的鎖定，并把鎖定的振蕩信號(hào)輸出到RF功率放大器進(jìn)行功率放大。所述晶體振蕩器(012)是CMOS晶體振蕩器。所述分頻器(013)包括反饋分頻器(0131)和參考分頻器(013 ，反饋分頻器 (0131)用于把VCO頻率根據(jù)ROM中固化的頻點(diǎn)信息分頻，參考分頻器(0132)用于把晶體頻
率分頻。所述鑒頻器(014)把反饋分頻器(0131)和參考分頻器(0132)的分頻結(jié)果進(jìn)行比較，輸出比較結(jié)果送給環(huán)路濾波器(015)。所述環(huán)路濾波器(015)把從鑒頻器(014)收集到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并且濾除鑒頻器輸出的雜波，把電壓信號(hào)送到VCO(Oll)進(jìn)行反饋控制。所述音頻采集模塊(11)為麥克風(fēng)、和將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)并放大的音頻放大器。所述調(diào)制模塊(1 是把音頻放大器輸出的信號(hào)加載到鎖相環(huán)的VCO上的調(diào)制電路。所述功率模塊(13)為RF功率放大器，放大鎖相環(huán)輸出的振蕩信號(hào)的功率。所述射頻放大器模塊02)為低噪聲放大器LNA，用于把輸入的RF信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大。所述變頻模塊為混頻器mixer，作用是把輸入的RF信號(hào)與鎖相環(huán)鎖定的頻率信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為中頻頻率的載波，便于后級(jí)的信號(hào)處理。所述解調(diào)模塊04)是把已經(jīng)轉(zhuǎn)換為中頻的載波中加載的音頻信號(hào)恢復(fù)出來(lái)的解調(diào)電路。所述擴(kuò)音模塊0 為音頻功放，是把解調(diào)出來(lái)的音頻信號(hào)進(jìn)行放大，送到擴(kuò)音器放音。本發(fā)明的有益效果為
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，徹底解決了目前紅外無(wú)線音頻收發(fā)系統(tǒng)存在的問(wèn)題， 頻率的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性得到極大提高，頻率誤差范圍在士2ppm以?xún)?nèi)，工作溫度范圍寬至-40°C _+85°C，調(diào)制頻響范圍50Hz-30KHz，整機(jī)信噪比大于IOOdB,調(diào)制失真度低，調(diào)制頻偏范圍大，由于頻點(diǎn)選擇靈活，避開(kāi)了容易干擾的頻段2-3MHz，而且采用了多次變頻的結(jié)構(gòu)，使整機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力得到極大提高，紅外無(wú)線音頻收發(fā)系統(tǒng)的整體性能大幅度的全面提升。


圖1為本發(fā)明的收發(fā)系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明的發(fā)射部分構(gòu)成的部件圖；圖3為本發(fā)明的接收部分構(gòu)成的部件圖；圖4為本發(fā)明的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式紅外無(wú)線音頻收發(fā)系統(tǒng)由發(fā)射單元和接收單元組成，是短距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線傳輸系統(tǒng)，使用超外差多次變頻方式，如圖1所示。鎖相環(huán)模塊和ROM模塊在發(fā)射單元中的功能是產(chǎn)生頻率、鎖定頻率、功率放大。其中產(chǎn)生頻率的是壓控振蕩器VC0，是本發(fā)明的電路特點(diǎn)之一，VCO是一個(gè)由集成在集成電路上的CMOS電路、置于集成電路外的電感、電容構(gòu)成的差分振蕩器，電感電容外置的優(yōu)點(diǎn)是， 用戶(hù)可以根據(jù)使用需要，通過(guò)選用電感、電容的數(shù)值，自行定義振蕩范圍，本發(fā)明的VCO集成電路部分設(shè)計(jì)為能夠?qū)崿F(xiàn)2. 8MHZ-1. 5GHz超大范圍的振蕩，基本覆蓋了絕大部分無(wú)線電子產(chǎn)品應(yīng)用的頻段，具有寬闊的應(yīng)用領(lǐng)域。產(chǎn)生自由振蕩的VCO要由鎖相環(huán)的反饋環(huán)路控制，才能固定在設(shè)定的頻率上，如圖4示意出鎖相環(huán)的工作流程。VCO的頻率送入反饋分頻器，根據(jù)讀取的ROM中已固化的頻率信息，進(jìn)行分頻，輸出頻率信息到鑒頻器；另一條信號(hào)通路是晶體振蕩器產(chǎn)生的精準(zhǔn)的振蕩頻率，送入?yún)⒖挤诸l器分頻，同樣讀取ROM中固化的頻點(diǎn)信息，把振蕩頻率分頻為參考頻率送到鑒頻器。鑒頻器把兩個(gè)分頻信息進(jìn)行比較，輸出差別信息到LPF，LPF把鑒頻器送來(lái)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并且濾除鑒頻器輸出信號(hào)的雜波干擾，把電壓送到VCO進(jìn)行頻率控制。如果VCO的頻率高過(guò)設(shè)定的鎖定頻率，反饋分頻器輸出的頻率就超過(guò)參考分頻器輸出的參考頻率，鑒頻器和LPF輸出負(fù)電壓信號(hào)給VC0，令VCO降低頻率；如果VCO降低頻率過(guò)多，低于設(shè)定的鎖定頻率，反饋分頻器輸出的頻率就低過(guò)參考分頻器輸出的參考頻率， 鑒頻器和LPF輸出正電壓信號(hào)給VC0，令VCO提高頻率；如此反饋控制，VCO的頻率將最終鎖定在設(shè)定的頻點(diǎn)上，相位鎖定也是同樣的原理，圖4示意出整個(gè)環(huán)路的組成部分和信號(hào)流程。ROM中固化的頻點(diǎn)在北美、歐洲、亞洲對(duì)紅外無(wú)線音頻收發(fā)系統(tǒng)常用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率，根據(jù)真值表，由CMOS管構(gòu)成存儲(chǔ)矩陣的點(diǎn)陣，每個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)，地址由邏輯運(yùn)算獲得，而邏輯運(yùn)算的控制靠輸入端的邏輯電平設(shè)定。用戶(hù)使用時(shí)，只需根據(jù)邏輯表，使用開(kāi)關(guān)置輸入端為高電平或者低電平，電路便依據(jù)邏輯組合進(jìn)行運(yùn)算，確定地址，找到唯一的頻率點(diǎn)，從而把對(duì)應(yīng)的頻率信息傳送給分頻器。
圖2所示的發(fā)射部分中，鎖定了的VCO頻率作為載波，準(zhǔn)備加載信息，麥克風(fēng)拾取聲音，音頻電路把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，并經(jīng)過(guò)調(diào)制電路的調(diào)制，加載到VCO的載波上，由RF功率放大器放大，再加載到紅外線的發(fā)射模塊上，由紅外線發(fā)射出去，完成發(fā)射部分的功能。發(fā)射單元中，VCO的CMOS電路、晶體振蕩器、分頻器、鑒頻器、ROM、RF功放是集成在一片集成電路上的。鎖相環(huán)模塊和ROM模塊在接收單元中的功能是產(chǎn)生頻率、鎖定頻率、提供給混頻器做參考本振。其中產(chǎn)生頻率的VCO與發(fā)射電路中的VCO相同結(jié)構(gòu)和原理，鎖定頻率的反饋控制原理與發(fā)射電路的相同，不同的是ROM固化的頻率與發(fā)射部分ROM固化的頻率相差一個(gè)中頻的頻率，這個(gè)中頻頻率就是混頻器的輸出頻率，這意味著接收單元鎖定的頻率與發(fā)射單元鎖定的頻率相差一個(gè)中頻頻率。使用在接收單元中的VCO頻率不需要功率放大， 直接送混頻器做本振。圖3所示的接收單元中，紅外線接收器接收信號(hào)，把加載在紅外波上的電信號(hào)解調(diào)出，經(jīng)過(guò)LNA放大、與鎖相環(huán)鎖定的VCO頻率在混頻器中進(jìn)行變頻，改變了頻率的載波信號(hào)送入解調(diào)電路解調(diào)出載波上加載的音頻信號(hào)，再由音頻功放擴(kuò)音在揚(yáng)聲器發(fā)聲，完成接收部分的功能。接收單元中，VCO的CMOS電路、晶體振蕩器、分頻器、鑒頻器、ROM是集成在一片集成電路上的。
權(quán)利要求
1.一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)射單元和接收單元，其特征在于上述發(fā)射單元，包括 用于固化發(fā)射頻點(diǎn)信息的存儲(chǔ)器模塊；用于產(chǎn)生振蕩頻率并根據(jù)從存儲(chǔ)器模塊讀取的頻率信息鎖定的鎖相環(huán)模塊； 用于拾取聲音信息并轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)的音頻采集模塊； 用于加載音頻信號(hào)到已鎖定的振蕩信號(hào)上的調(diào)制模塊； 用于放大已調(diào)制了音頻信號(hào)的振蕩信號(hào)的功率模塊； 用于把已經(jīng)放大了的振蕩信號(hào)加載在紅外波上發(fā)射出去的紅外發(fā)射模塊； 用于把輸入電壓提高并且穩(wěn)定輸出、作為發(fā)射單元各模塊的工作電壓的升壓模塊； 其中存儲(chǔ)器模塊、鎖相環(huán)模塊、和功率模塊是集成在一片集成電路上。 上述接收單元，包括用于接收發(fā)射端發(fā)出的紅外信號(hào)，并把加載在紅外波上的電信號(hào)轉(zhuǎn)換出來(lái)的紅外接收模塊；用于把紅外接收器轉(zhuǎn)換出的電信號(hào)進(jìn)行放大的射頻放大器模塊； 用于改變已放大的射頻信號(hào)的頻率的變頻模塊； 用于固化接收頻點(diǎn)信息的存儲(chǔ)器模塊；用于產(chǎn)生振蕩頻率、根據(jù)從存儲(chǔ)器模塊讀取的頻率信息鎖定頻率、并提供給變頻模塊做參考本振的鎖相環(huán)模塊；用于抽取加載在已變換頻率的載波信號(hào)上的音頻信號(hào)的解調(diào)模塊； 用于放大已解調(diào)音頻信號(hào)的擴(kuò)音模塊；用于把輸入電壓降低并且穩(wěn)壓輸出、作為接收單元各模塊的工作電壓的降壓模塊； 其中存儲(chǔ)器模塊、鎖相環(huán)模塊是集成在一片集成電路上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述存儲(chǔ)器模塊為只讀存儲(chǔ)器ROM，固化了所需的頻點(diǎn)信息。
3.如權(quán)利要求1所述的一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述鎖相環(huán)模塊由集成電路上的壓控振蕩器VC0、晶體振蕩器、分頻器、鑒頻器、以及置于集成電路外的環(huán)路濾波器組成。所述壓控振蕩器是由內(nèi)置于集成電路中的CMOS電路、置于集成電路外的電感、電容構(gòu)成的差分振蕩器，通過(guò)改變電感、電容的數(shù)值，可以實(shí)現(xiàn)2. 8MHZ-1. 5GHz超大范圍的振蕩， 由環(huán)路濾波器反饋的電壓控制達(dá)到頻率的鎖定，并把鎖定的振蕩信號(hào)輸出到RF功率放大器進(jìn)行功率放大。所述晶體振蕩器是CMOS晶體振蕩器。所述分頻器包括反饋分頻器和參考分頻器，反饋分頻器用于把VCO頻率根據(jù)ROM中固化的頻點(diǎn)信息分頻，參考分頻器用于把晶體頻率分頻。所述鑒頻器把反饋分頻器和參考分頻器的分頻結(jié)果進(jìn)行比較，輸出比較結(jié)果送給環(huán)路濾波器。所述環(huán)路濾波器把從鑒頻器收集到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并且濾除鑒頻器輸出的雜波，把電壓信號(hào)送到VCO進(jìn)行反饋控制。
4.如權(quán)利要求1所述的一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述音頻采集模塊為麥克風(fēng)、和將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)并放大的音頻放大器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)制模塊是把音頻放大器輸出的信號(hào)加載到鎖相環(huán)的VCO上的調(diào)制電路。
6.如權(quán)利要求1所述的一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述功率模塊為RF功率放大器，放大鎖相環(huán)輸出的振蕩信號(hào)的功率。
7.如權(quán)利要求1所述的一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述射頻放大器模塊為低噪聲放大器LNA，用于把輸入的RF信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大。
8.如權(quán)利要求1所述的一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述變頻模塊為混頻器mixer，作用是把輸入的RF信號(hào)與鎖相環(huán)鎖定的頻率信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為中頻頻率的載波，便于后級(jí)的信號(hào)處理。
9.如權(quán)利要求1所述的一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述解調(diào)模塊是把已經(jīng)轉(zhuǎn)換為中頻的載波中加載的音頻信號(hào)恢復(fù)出來(lái)的解調(diào)電路。
10.如權(quán)利要求1所述的一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述擴(kuò)音模塊為音頻功放，是把解調(diào)出來(lái)的音頻信號(hào)進(jìn)行放大，送到擴(kuò)音器放音。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種鎖相環(huán)控制的新型紅外線音頻傳輸收發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)射單元、接收單元。發(fā)射單元包括鎖相環(huán)模塊、存儲(chǔ)器模塊、功率模塊、紅外發(fā)射模塊、音頻采集、調(diào)制模塊和升壓模塊。聲音通過(guò)音頻調(diào)制模塊調(diào)制到已經(jīng)被鎖相環(huán)鎖定的載波上，經(jīng)過(guò)功率放大后再調(diào)制到紅外波上，由紅外發(fā)射模塊發(fā)射。接收單元包括紅外接收模塊、射頻放大及混頻模塊、鎖相環(huán)模塊、存儲(chǔ)器模塊、解調(diào)模塊、擴(kuò)音模塊、和降壓模塊。紅外接收模塊接收發(fā)射端發(fā)出的紅外信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)鎖相環(huán)模塊和解調(diào)模塊進(jìn)行多次變頻，解調(diào)出音頻，再經(jīng)過(guò)擴(kuò)音模塊放大輸出。本發(fā)明專(zhuān)利實(shí)現(xiàn)頻率穩(wěn)定，調(diào)制度寬廣，頻率響應(yīng)平坦，完全改善了電感電容諧振的傳統(tǒng)方案靈敏度低、頻率漂移，接收抗干擾能力差的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03L7/185GK102347766SQ20111019323
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者王瀾, 袁遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:美芯集成電路(深圳)有限公司