一种FSK解调器、相关设备和方法与流程

本发明涉及无线充电领域，特别是涉及一种fsk解调器、无线充电接收端设备和fsk解调方法。

背景技术：

fsk(frequency-shiftkeying，频移键控)，是一种通过不同的频率来表示对应的不同信息符号的调制解调方式。现有技术中，针对国际无线充电联盟(wirelesspowerconsortium，wpc)提出的qi标准的无线充电系统，采用fsk调制和解调方式实现信号通讯。由于qi标准的无线充电系统的发射端的频率在工作频率fop和调制频率fmod之间切换，而这两个频率之间的差异由极性polarity属性和深度depth属性两个参数表征，因此，在进行fsk解调时通常需要判断调制信号的极性属性，以及需要支持调制信号的所有的深度属性，造成现有的fsk解调方式复杂，不便于实现。而且，现有技术中，通常采用的是模拟解调方式，电路的结构较为复杂，抗干扰能力差。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种fsk解调器、无线充电接收端设备和fsk解调方法。

作为本发明实施例的第一个方面，本发明实施例提供了一种fsk解调器，包括：

采样模块，用于在fsk启动阶段，采用预设的采样频率，按照预设的采样周期数对fsk调制信号进行多次频率采样，确定多次频率采样对应的工作频率平均采样值；

电平恢复模块，用于在fsk通信阶段，采用所述预设的采样频率，按照所述预设的采样周期数实时对fsk调制信号进行频率采样，分别得到每次频率采样的信号频率动态统计值，根据信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值，得到电平信号；

电平解码模块，用于统计电平信号中每次电平沿变化后至下一次电平沿变化前信号频率所持续的周期数，并与预设的周期阈值范围进行匹配，确定对应的比特值。

在一些可选的实施例中，所述电平恢复模块具体用于将所述信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值与预设的上、下限阈值进行比较：

若所述信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值小于所述预设的下限阈值，则输出电平信号为低电平，且输出信号频率为工作频率；

若所述信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值大于所述预设的上限阈值，则输出电平信号为高电平，且输出信号频率为调制频率；

若所述信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值大于等于所述预设的下限阈值且小于等于所述预设的上限阈值，则输出电平信号保持不变。

在一些可选的实施例中，所述电平解码模块具体用于检测输出的电平信号，当电平信号发生电平沿变化时，按照预设的时间周期进行计数直到下一次电平沿变化，得到统计电平信号中每次电平沿变化后至下一次电平沿变化前信号频率所持续的周期数对应的计数值；或，当电平信号发生电平沿变化时，按照所述预设的时间周期进行计数直到计数值达到预设的最大计数值。

在一些可选的实施例中，所述预设的周期阈值范围，包括：由第一周期阈值至第四周期阈值确定的数值范围，其中，第一周期阈值至第四周期阈值的数值依次减小；

所述电平解码模块具体用于将得到的信号频率的周期数对应的计数值与预设的第一周期阈值至第四周期阈值进行匹配：

若所述计数值大于第一周期阈值，则确定该相邻两个电平沿变化之间的电平信号为通信结束信号；

若所述计数值大于第二周期阈值且小于第一周期阈值，则确定该相邻两个电平沿变化之间的电平信号对应的比特值为第一比特；

若所述计数值大于第三周期阈值且小于第二周期阈值，则确定该相邻两个电平沿变化之间的电平信号为错误信号；

若所述计数值小于第四周期阈值，则确定该电平相邻两个沿变化之间的电平信号为干扰信号；

若所述计数值大于第四周期阈值且小于第三周期阈值，则继续得到在后电平信号中相邻两个电平沿变化之间的信号频率的周期数对应的计数值：若该连续两个计数值均大于第四周期阈值且小于第三周期阈值，则确定该连续两个相邻两个电平沿变化之间的电平信号对应的比特值为第二比特；

所述第一比特为0，且第二比特为1；或者所述第一比特为1，且第二比特为0。

在一些可选的实施例中，所述采样模块，还用于在fsk启动阶段，采用预设的采样频率，按照预设的采样周期数对fsk调制信号进行多次频率采样之前，对所述fsk调制信号进行低通滤波，得到滤波后的fsk调制信号。

在一些可选的实施例中，所述电平恢复模块，还用于对得到的电平信号进行低通滤波，滤掉电平信号中的误判信号。

在一些可选的实施例中，所述的fsk解调器，还包括：采样时钟模块，用于提供所述预设的采样频率。

在一些可选的实施例中，所述的fsk解调器，还包括：前端模拟电路模块，用于在fsk启动阶段，将输入的模拟电压振荡信号恢复成所述fsk调制信号。

作为本发明实施例的第二个方面，本发明实施例提供了一种无线充电接收端设备，包括：

采样模块，用于在fsk启动阶段，采用预设的采样频率，按照预设的采样周期数对fsk调制信号进行多次频率采样，确定多次频率采样对应的工作频率平均采样值；

电平恢复模块，用于在fsk通信阶段，采用所述预设的采样频率，按照所述预设的采样周期数实时对fsk调制信号进行频率采样，分别得到每次频率采样的信号频率动态统计值，根据信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值，得到电平信号；

电平解码模块，用于统计电平信号中每次电平沿变化后至下一次电平沿变化前信号频率所持续的周期数，并与预设的周期阈值范围进行匹配，确定对应的比特值；

字节解码模块，用于根据得到的比特值进行字节解码，得到解调后的字节数据。

作为本发明实施例的第三个方面，本发明实施例提供了一种fsk解调方法，包括：

在fsk启动阶段，采用预设的采样频率，按照预设的采样周期数对fsk调制信号频率进行多次频率采样，确定多次频率采样对应的工作频率平均采样值；

在fsk通信阶段，采用所述预设的采样频率，按照所述预设的采样周期数实时对fsk调制信号进行频率采样，分别得到每次频率采样的信号频率动态统计值，根据信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值，得到电平信号；

统计电平信号中每次电平沿变化后至下一次电平沿变化前信号频率所持续的周期数，并与预设的周期阈值范围进行匹配，确定对应的比特值。

本发明实施例提供的fsk解调器，对恢复得到的fsk调制信号，采用数字电路实现fsk调制信号的解调，实现过程简单高效，通过预设的采样周期数对fsk调制信号进行采样，消除fsk调制信号的单周期误差，通过采样得到的工作频率平均采样值和fsk调制信号频率的动态统计值更准确，进而使得解调处理结果更精准；同时，采用fsk调制信号频率的动态统计值和工作频率平均采样值的差值的绝对值来确定输出电平信号，在电平信号确定过程中，无需考虑fsk调制信号在工作频率和调制频率之间切换时的极性属性；采用数字电路实现，电路结构简单且成本低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的fsk解调器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的fsk调制的差分双相编码方案示意图；

图3为本发明实施例提供的另一fsk解调器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的fsk解调器的采样模块结构示意图；

图5为本发明实施例提供的fsk解调器的电平解码模块中第一周期阈值至第四周期阈值设置参考示意图；

图6为本发明实施例提供的无线充电接收端设备的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一无线充电接收端设备的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的fsk解调方法流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供一种fsk解调器，参照图1所示，包括：

采样模块101，用于在fsk启动阶段，采用预设的采样频率，按照预设的采样周期数对fsk调制信号进行多次频率采样，确定多次频率采样对应的工作频率平均采样值；

电平恢复模块102，用于在fsk通信阶段，采用所述预设的采样频率，按照所述预设的采样周期数实时对fsk调制信号进行频率采样，分别得到每次频率采样的信号频率动态统计值，根据信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值，得到电平信号；

电平解码模块103，用于统计电平信号中每次电平沿变化后至下一次电平沿变化前信号频率所持续的周期数，并与预设的周期阈值范围进行匹配，确定对应的比特值。

本发明实施例提供的fsk解调器，对恢复得到的fsk调制信号，采用数字电路实现fsk调制信号的解调，实现过程简单高效，通过预设的采样周期数对fsk调制信号进行采样，消除fsk调制信号的单周期误差，通过采样得到的工作频率平均采样值和fsk调制信号频率的动态统计值更准确，进而使得解调处理结果更精准；同时，采用fsk调制信号频率的动态统计值和工作频率平均采样值的差值的绝对值来确定输出电平信号，在电平信号确定过程中，无需考虑fsk调制信号在工作频率和调制频率之间切换时的极性属性。采用数字电路实现，电路结构简单且成本低。

下面通过一个具体的实施例，对本发明实施例提供的fsk解码器进行说明：

在qi标准的无线充电系统中，采用fsk调制和解调方式实现信号通讯，无线充电的信号发送端的信号频率在工作频率fop和调制频率fmod之间切换，并且工作频率的单个周期和调制频率的单个周期之间根据深度不同会存在不同的时间差，两个频率的最小时间差为30.25ns，并且根据极性不同，两个频率之间的时间差的正负不同。参照图2所示，在信号发送端使用差分双相编码方案来调制信号中的比特位，并且每个比特值对应fsk调制信号频率的512个周期。若对比特值1进行编码时，信号频率在512周期的中间时刻，即第256个周期时发生转换，由工作频率转换为调制频率，或，由调制频率转换为工作频率；对比特值1进行编码时，信号频率不会发生转换，即在信号频率的512个周期保持工作频率或调制频率。那么，在无线充电系统的信号接收端，需要对接收到的fsk信号做解调，得到fsk调制信号中编码的比特值0和1，进而通过系统处理器进行解码，得到正确的代码，完成系统之间的通信协议。

本发明实施例提供一种fsk解调器，通过前端的模拟电路部分和后端的数字电路部分相结合，实现fsk调制信号的解调，参照图3所示该fsk解调器，包括：前端模拟电路模块100，将无线充电系统的接收端输入的模拟电压振荡信号恢复成所述fsk调制信号。本发明实施例提供的fsk解调器，通过模拟电路和数字电路相结合的方式，使得电路结构简单，信号解调高效方便。

参照图3所示，为了实现fsk解调器的数字电路部分的信号处理，同时为了满足fsk调制信号频率在不同深度下的解调，该fsk解调器，还包括采样时钟模块104，用于提供信号处理的预设的采样频率。由于工作频率的单个周期和调制频率的单个周期之间的最小时间差为30.25ns，因此，采样时钟模块提供的预设的采样频率应大于等于32mhz。

参照图3所示，所述采样模块101，在fsk启动阶段，对输入的fsk调制信号进行低通滤波，得到滤波后的fsk调制信号。

作为本发明实施例的一个具体实施方式，可以是，参照图4所示，采样模块101包括一个滤波器filtera。在一个具体实施例中，可以是在filtera的电路中包括一个计数器a，filtera检测fsk调制信号，当检测到fsk调制信产生沿变化时，计数器a进行初始化清零，并根据采样时钟信号采用所述预设的采样频率进行计数，当计数值达到预设的高频滤波周期数filt-len时，计数器a停止计数，滤波器filtera输出滤波后的fsk调制信号。本发明实施例中，fsk调制信号的频率在100khz至200khz之间，为了使得到的fsk调制信号更精确，通过滤波器filtera滤除输入的fsk调制信号中的包括毛刺等高频干扰信号，得到滤波后的fsk调制信号。在一个具体实施例中，可以是，高频滤波周期数filt-len的数值可以根据实际需求进行设置，实现待滤除的高频干扰信号的频率控制，高频滤波周期数filt-len的数值越大，可以滤除的高频干扰信号的范围越大。

参照图4所示，采样模块101还包括频率采样触发电路，通过预设的采样周期数fsk_thcal_cnt产生频率采样的起始触发信号ac_trig，一次频率采样即对滤波后的fsk调制信号进行了预设的采样周期数fsk_thcal_cnt的采样，实现一次采样即对fsk调制信号进行多个周期的频率采样，从而消除fsk调制信号的单周期的频率误差。由于在fsk启动阶段，无线充电系统的信号发射端会在启动时间(比如，1ms)内固定发送工作频率信号，所以在启动阶段，通过按照预设的采样周期数fsk_thcal_cnt对fsk调制信号进行多次频率采样，得到多个频率采样值，计算该多个频率采样值的平均值即可得到本次fsk通信的工作频率平均采样值。由于在通信过程中，fsk调制信号的工作频率fop是在一定范围内变化的，为了得到一个精确的fop，采用多次采样计算工作频率平均采样值。

在fsk启动完成后，进行fsk通信阶段，电平恢复模块102，采用采样时钟模块104提供的采样频率，按照相同的采样周期数fsk_thcal_cnt实时对fsk调制信号进行频率采样，分别得到每次频率采样的信号频率动态统计值，根据信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值，将该绝对值与预设的上限阈值fsk_numwindow_h、下限阈值fsk_numwindow_l进行比较：

若所述绝对值小于预设的下限阈值fsk_numwindow_l，则输出电平信号为低电平，且输出信号频率为工作频率；

若所述绝对值大于预设的上限阈值fsk_numwindow_h，则输出电平信号为高电平，且输出信号频率为调制频率；

若所述绝对值大于等于预设的下限阈值fsk_numwindow_l且小于等于预设的上限阈值fsk_numwindow_h，则输出电平信号保持不变。

本发明实施例中，通过电平恢复模块102实现频率检测，根据频率采样得到的信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值与上限阈值fsk_numwindow_h、下限阈值fsk_numwindow_l进行比较，确定当前信号为工作频率或调制频率。在一个具体实施例中，可以是取工作频率和调制频率的单个周期的差值的绝对值的1/4和3/4分别作为下限阈值fsk_numwindow_l和上限阈值fsk_numwindow_h，即：

fsk_numwindow_l＝|1/fmod–1/fop|*fsk_thcal_cnt*1/4，

fsk_numwindow_h＝|1/fmod–1/fop|*fsk_thcal_cnt*3/4。

在一个具体实施例中，电平恢复模块102还包括滤波器filterb，在根据上述方式得到电平信号之后，滤波器filterb对得到的电平信号进行滤波，过滤掉电平信号中的误判信号。本发明实施例中，滤波器filterb的实现方式与滤波器filtera相类似，在此，不再赘述。

电平解码模块103检测电平恢复模块输出的电平信号，当电平信号发生电平沿变化时，按照预设的时间周期进行计数直到下一次电平沿变化，得到电平信号中每次电平沿变化后至下一次电平沿变化前信号频率所持续的周期数对应的计数值；或，当电平信号发生电平沿变化时，按照预设的时间周期进行计数直到计数值达到预设的最大计数值。

具体的，可以是，电平解码模块103包括一个计数器b，当电平信号发生电平沿变化时，每经过一个预设的时间周期长度计数器加一，若在下一电平沿变化到来之前计数器的计数值达到了计数器的最大计数值，则保存计数器的最大计数值，若在下一电平沿变化到来时，计数器的计数值没有达到计数器的最大计数值，那么保存在后电平沿变化时的计数值。本发明实施例中，该预设的时间周期为根据电平恢复模块102中的电平触发电路根据采样周期数fsk_thcal_cnt得到频率采样的起始触发信号时确定的信号处理的基准时间，相当于通过该基准时间，计算电平信号相邻两个电平沿变化时所经历的时间长度。

电平解码模块103根据得到的计数值与预设的第一周期阈值至第四周期阈值进行匹配，得到电平信号对应的比特值：

若所述计数值大于第一周期阈值，则确定该相邻两个电平沿变化之间的电平信号为通信结束信号；

若所述计数值大于第二周期阈值且小于第一周期阈值，则确定该相邻两个电平沿变化之间的电平信号对应的比特值为第一比特；

若所述计数值大于第三周期阈值且小于第二周期阈值，则确定该相邻两个电平沿变化之间的电平信号为错误信号；

若所述计数值小于第四周期阈值，则确定该电平相邻两个沿变化之间的电平信号为干扰信号；

若所述计数值大于第四周期阈值且小于第三周期阈值，则继续得到在后电平信号中相邻两个电平沿变化之间的信号频率的周期数对应的计数值：若该连续两个计数值均大于第四周期阈值且小于第三周期阈值，则确定该连续两个相邻两个电平沿变化之间的电平信号对应的比特值为第二比特；

所述第一比特为0，且第二比特为1；或者所述第一比特为1，且第二比特为0。当然，在本发明实施例中，参照图2所示的编码方案，那么，第一比特为0比特，第二比特为1比特。

上述实施例中，第一周期阈值至第四周期阈值的数值依次减小，在一个实施例中，已知无线充电系统的发送端在进行比特编码时，一个比特值对应的信号频率的周期数为512，那么，参照图5所示，第一周期阈值至第四周期阈值的数值需要满足以下条件：

第一周期阈值大于512/fsk_thcal_cnt；

第二周期阈值处于256/fsk_thcal_cnt与512/fsk_thcal_cnt之间，且接近于512/fsk_thcal_cnt；

第三周期阈值处于256/fsk_thcal_cnt与512/fsk_thcal_cnt之间，且接近于256/fsk_thcal_cnt；

第四周期阈值小于等于128/fsk_thcal_cnt。

在一个具体实施例中，可以是，第一周期阈值至第四周期阈值的大小分别为：

第一周期阈值＝(512+64)/fsk_thcal_cnt)；

第二周期阈值＝(512-64)/fsk_thcal_cnt)；

第三周期阈值＝(256+64)/fsk_thcal_cnt)；

第四周期阈值＝128/fsk_thcal_cnt)。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种无线充电接收端设备，参照图6所示，包括：

采样模块101，用于在fsk启动阶段，采用预设的采样频率，按照预设的采样周期数对fsk调制信号进行多次频率采样，确定多次频率采样对应的工作频率平均采样值；

电平恢复模块102，用于在fsk通信阶段，采用所述预设的采样频率，按照所述预设的采样周期数实时对fsk调制信号进行频率采样，分别得到每次频率采样的信号频率动态统计值，根据信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值，得到电平信号；

电平解码模块103，用于统计电平信号中每次电平沿变化后至下一次电平沿变化前信号频率所持续的周期数，并与预设的周期阈值范围进行匹配，确定对应的比特值；

字节解码模块105，用于根据得到的比特值进行字节解码，得到解调后的字节数据。

本发明实施例中，无线充电接收端设备的实现过程，可以参照上述实施例中对fsk解调器的描述，无线充电接收端设备通过对恢复得到的fsk调制信号，采用数字电路实现fsk调制信号的解调，实现方法简单高效，通过预设的采样周期数对fsk调制信号进行采样，消除fsk调制信号的单周期误差，通过采样得到的工作频率平均采样值和fsk调制信号频率的动态统计值更准确，进而使得解调处理结果更精准；同时，采用fsk调制信号频率的动态统计值和工作频率平均采样值的差值的绝对值来确定输出电平信号，在电平信号确定过程中，无需考虑fsk调制信号在工作频率和调制频率之间切换时的极性属性，根据得到的比特值进行字节解码，得到解调后的字节数据。

在一个具体实施例中，可以是，无线充电接收端设备，参照图7所示，还包括：前端模拟电路模块100、采样时钟104以及系统处理器106。其中，前端模拟电路模块100和采样时钟104的实现方式与上述实施例中相类似，在此不再赘述；字节解码模块105一旦判断出比特值0or1就通过中断方式上传到系统处理器106，由系统处理器106存储比特信号进行字节解码，并且由协议层解析处理。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种fsk解调方法，参照图8所示，包括：

s11：在fsk启动阶段，采用预设的采样频率，按照预设的采样周期数对fsk调制信号频率进行多次频率采样，确定多次频率采样对应的工作频率平均采样值；

s12：在fsk通信阶段，采用所述预设的采样频率，按照所述预设的采样周期数实时对fsk调制信号进行频率采样，分别得到每次频率采样的信号频率动态统计值，根据信号频率动态统计值与所述工作频率平均采样值差值的绝对值，得到电平信号；

s13：统计电平信号中每次电平沿变化后至下一次电平沿变化前信号频率所持续的周期数，并与预设的周期阈值范围进行匹配，确定对应的比特值。

本发明实施例中，fsk解调方法的实现过程，可以参照上述实施例中对fsk解调器的描述，本发明实施例提供的fsk解调方法，通过对恢复得到的fsk调制信号，采用数字电路实现fsk调制信号的解调，实现方法简单高效，通过预设的采样周期数对fsk调制信号进行采样，消除fsk调制信号的单周期误差，通过采样得到的工作频率平均采样值和fsk调制信号频率的动态统计值更准确，进而使得解调处理结果更精准；同时，采用fsk调制信号频率的动态统计值和工作频率平均采样值的差值的绝对值来确定输出电平信号，在电平信号确定过程中，无需考虑fsk调制信号在工作频率和调制频率之间切换时的极性属性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。