专利名称：在电流回路上串行通信的移频键控调制与解调技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及调制和解调技术，具体涉及在一电流回路上的移频键控调制和解调技术。
移频键控(FSK)是通常用于低速调制解调器中的一种频率调制的形式，其中，信号的两种状态以两个不同的频率传送。1以一预定的信号频率(空号(space)频率)传送，0以另一预定的信号频率(传号(mark)频率)传送。人们发现，在噪声环境中FSK比其它调制形式诸如调幅或调相具有较高的抗噪声性能。在能源有限的设备中例如回路发信机和电池供电设备，在发信机与另一设备之间的在线通信使用的FSK一般需要大量的能源，因为对FSK信号解码和编码需要大量的电路元件。为了将能源的使用减到最小，不采用移频键控的调制技术现已研制出来，例如第4，607，247号美国专利(SterlingJr.等人)中所采用的那种。
由于上述原因，现在需要研制一种总能源使用和硬件需要量降到最低程度的移频键控调制系统和解调系统。
本发明提供一种移频键控调制系统和解调系统，该系统将能源的需求量和系统中需要的元件数减小到最低程度，从而解决了现有技术中有关的问题及其它的问题。该调制系统包括一个数控振荡器，其输出频率由其内一个电容器的充电和放电速率来调整。预定的上频率(传号频率)由一组并联电阻器的电阻值来确定，而预定的下频率(空号频率)由上述电阻中的一个电阻的阻值与两个电阻的阻值之和的比值来确定。由该数控振荡器产生的信号迭加在一电流回路上。
所提供的解调系统包括一个数控振荡器和一相位比较器，相互连接在一个锁相环内。由该比较器产生的信号经过滤波与另一信号比较以产生一输出信号，该输出信号是迭加在电流回路上的移频键控信号的数字表象。
图1是本发明移频键控调制器的概括图图2是图1所示的调制系统内各点上的波形图;
图3是本发明移频键控解调器的概括图;
图4是图3所示的解调系统内各点的波形图。
参见附图，这些图是为了描述本发明的较佳实施例的目的而表示的，而不是用以限制本发明。图1是本发明移频键控调制系统10的概括图，系统10包括一个传输接口装置12、一个数字控制振荡器14、给电流回路18供电的电源16和一个与数字控制振荡器14及电流回路18相互连接的电路20。
接口装置12通常参照RS-232或类似物，并且适当参照所使用的二进制串行数据互换的在数据终端设备与数据通信设备之间的接口。接口装置12产生表示两个可能信号状态之一(空号频率)的电源电压VS和表示另一信号状态(传号频率)的0输出电压。接口设备12的输出端与数字控制振荡器14内的或门30的一个端入端连接。或门30的另一输入端在B点与电阻器32的一端连接，还与反相器34的输入端连接。或门30的输出端与电阻器36的一端连接。电阻器36的另一端在A点处与电阻器32的另一端连接。反相器34的输出端在C点处与反相器38的输入端以及电阻器40的一端连接。电阻器40的另一端在A点处与电阻器32和36连接。电容器42一端接到A点，另一端在D点处与反相器38的输出端连接。反相器38的输出端代表数字控制振荡器14的输出，与反相器44的输入端连接。反相器44的输出端与串联在一起的电阻器46和电容器48连接，电容器48的另一端与变压器50的接地侧连接。变压器50的另一侧通过电阻器52和电容器54跨接在电流回路18上。该电流回路18包括电阻器56，并且连接到电源16的输出端上，该电源一般可提供最小值为4毫安到最大值为20毫安的电流。
在运行中，接口装置12的输出电压控制着数控振荡器14的频率。参照图2，接口装置12的输出用波形F表示。图2中所示的其它波形表示调制系统10内各点的电压并相应于图1中的各有关字母。针对波形F，接口装置12的输出端上呈现电源电压VS时导致数控振荡器14产生预定的上信号频率，而在接口装置12的输出端上为0电压时导致振荡器14产生预定的下信号频率。在F点呈现电源电压VS时，或门30对于B点的信号起着反相器的作用。如图2所示(a点)，B点电压的出现使E点电压和C点电压为0，使D点电压变为电源电压VS。由于或门30和反相器34都具有高输入阻抗，流经电阻器32的电流很小可以忽略不计，A点和B点电压基本上等于电源电压VS。当电容器42从D点分别经过电阻器40和36到C和E点开始充电时，A点电压开始从电源电压VS向0电压减小。当B和A点到达或门30和反相器34的逻辑0转换点(VIL)的最大输入电压时，这些部件转换，使C和E点电压增加到电源电压VS，接着，使B、A和D点的电压变为0。当D点变为0伏时，电容器42开始通过电阻器40和36放电，在B点产生电压从0伏向电源电压VS开始增加。当B点到达或门30和反相器34的逻辑1的转换点(VIH)的最低输入电压时，这些设备翻转引起C和E点的电压变为0，B、A和D点的电压变为电源电压VS。由于E和C点的电压随时都是相等的，所以电容器42的充、放电时间正比于并联的电阻器40和36的阻值。振荡以电容器42的充、放电速率继续进行，接到F点的输入电压变化为止。所述的电容器42的充、放电速率分别代表预定的上信号频率。
当接口装置12的输出为0伏(图2，D点)时，或门30对于B点的电压起不反相的缓冲器的作用，致使在E点的输出等于B点的输入。这种情况使C和E点随时都具有相反的电压。当这种情况发生时，电容器42的充、放电时间将正比于电阻器40的阻值与电阻器40和36阻值之和的比值。这导致电容器42以较慢的速率充、放电，于是产生以一预定的下频率振荡。这样，当数控振荡器14在F点的输入等于电源电压VS时，在D点以一预定的上信号频率产生输出，当F点的输入是0伏时，将以一预定的下信号频率产生输出。
数控振荡器14的输出通过反相器44、电阻器46和电容器48驱动变压器50。变压器50用来使振荡器14与电流回路18相隔离。在图1，H点的信号通过变压器50反映到I点并且经过电阻器52和电容器54交流耦合到电流回路18。变压器50防止来自电流回路的任何直流电流被传送到数控振荡器14，相反亦然。这就许可在电流回路18上进行在线通信，而其上不存在4～20毫安直流电流的干扰。
参照图3，它示出本发明移频键控解调系统60的概括图。这些元件与调制系统10中所使用的元件相同的，采用了相同的编号因此不再赘述。解调系统60包括一个解调器62、将解调器62与电流回路18互连的一个电路64、一个数控振荡器14和一个接收接口装置66。电路64使电流回路18通过一个变压器68与解调器62互连。变压器68的一侧经过电阻器70和电容器72跨接到电流回路18上，其另一侧接地和连接到一个带通滤波器74，带通滤波器74的输出端与或门76的一个输入端连接。或门76的另一个输入端与数控振荡器14中的反相器38的输出端连接，或门76的输出端与数控振荡器14中的或门30的一个输入端连接，还与电阻器78的一端连接。电阻器78的另一端一方面与电阻器80的一端连接，另一方面通过电容器82接地。电阻器80的另一端与或门84的一个输入端连接，还与电阻器86的一端连接。电阻器86的另一端与或门84的输出端连接。或门84的另一输入端接地，或门84的输出端与接收接口装置66连接。接收接口装置66是RS-232或类似物。
如上所述，图3上被选点的波形示于图4。电流回路18上的移频键控信号经过电容器72、电阻器70和变压器68被传送到带通滤波器74。变压器68的交流耦合防止来自电流回路18的任何直流电流传送到解调器62。带通滤波器74抑制移频键控带外的任何信号，其输出在图4中示为波形C，它是已滤波移频键控信号的数字表象。
包含数控振荡器14和或门76的系统是一种锁相环形式。B点和C点处的信号由或门76进行比较，在A点处得到输出，该输出又返回到数控振荡器14，调整其频率以使该频率与C点的输入频率相同。为了实现上述目的，数控振荡器14的工作周期随输入频率而变化，低输入频率产生小于50%的振荡工作周期，而高输入频率产生大于50%的振荡工作周期。
D点的信号是A点得出的信号经由电阻器78和电容器82组成的RC电路滤波后的平均值。或门84起电压比较器的作用，亦即如果D点电压高于Vcc/2，则F点的电压升高(图4波形F)，如果D点电压低于Vcc/2，则F点电压就下降。实际上，F点电压是移频键控信号的数字表象，并且可通过接口装置66传送到任何数据终端设备(图中未画出)。电阻器86和80对或门84引入滞后现象以便在电平突变时减小抖动。
调制系统10和解调系统60的主要优点在于这些系统对电源的低需求量。这种低电源需求可导致系统内所需元件数的减少、适于采用CMOS芯片和使用低单值的电容器。这些系统，在电源电压由于逻辑门的输入转换点(VIH和VIL)正比于电源电压而在宽范围内变化的情况下，频率是稳定的。上述这些优点可在使用载有4～20毫安直流电流的相同电流回路的低能源设备之间进行可靠的在线通信而不影响直流电流值。
在阅读上述部分以后，本技术领域的技术人员将会做出某些修改和改进，应该理解所有这些修改和改进在这里为了简要和便于阅读起见已被省略了，而且它们也包括在所附的权利要求范围之内。
权利要求
1.具有提供各种电平电流的电源的一种电流回路结构，包括一个电流回路，该回路与上述电源连接，用以载有各种电平的电流；用以调制移频键控脉冲的装置，以产生具有第一预定频率和第二预定频率的信号；以及用以将上述调制装置连接到上述电流回路的装置，上述的连接装置允许上述调制装置产生的上述信号在上述电流回路上进行通信。
2.根据权利要求1所述的电流回路结构，其中，上述调制装置所产生的上述信号迭加在上述电流回路内的电流电平上。
3.根据权利要求1所述的电流回路结构，其中，上述调制装置包括一个数控振荡器用以产生具有第一预定频率和第二预定频率的上述信号。
4.根据权利要求3所述的电流回路结构，其中，上述的数控振荡器包括电容器装置，该电容器装置以分别对应于上述第一预定频率和上述第二预定频率的第一速率和第二速率可选择地进行充电和放电。
5.根据权利要求1所述的电流回路结构，其中，上述连接装置包括变压器装置，该变压器装置与上述调制装置和上述电流回路相连接。
6.根据权利要求5所述的电流回路结构，其中，上述变压器装置将上述数控振荡器与上述电流回路隔离开，以允许具有上述第一预定频率和上述第二预定频率的上述信号在上述电流回路上进行在线通信。
7.根据权利要求1所述的电流回路结构，还包括用以对上述电流回路上的调制信号进行解调的装置，该解调装置产生表示上述调制信号的移频键控脉冲。
8.具有提供各种电平电流的电源的一种电流回路结构，包括一个电流回路，该回路与上述电源连接，用以载有各种电平的电流，上述各种电平的电流受移频键控脉冲调制;用以对上述电平电流解调得到移频键控脉冲的装置;以及用以将上述解调装置连接到上述电流回路的装置。
9.根据权利要求8所述的电流回路结构，其中，所述的解调装置包括数控振荡器装置，以产生具有第一预定频率和第二预定频率的信号。
10.根据权利要求9所述的电流回路结构，其中，所述的数控振荡器包括电容器装置，该电容器装置以分别对应于上述第一预定频率和上述第二预定频率的第一速率和第二速率可选择地充电和放电。
11.根据权利要求9所述的电流回路结构，其中，上述解调装置还包括连接到锁相环装置内的上述数控振荡器的比较器装置。
12.根据权利要求8所述的电流回路结构，其中，上述连接装置包括连接到上述解调装置和上述电流回路的变压器装置。
13.根据权利要求12所述的电流回路结构，其中，上述连接装置还包括插接在上述解调装置和上述变压器装置之间的滤波器装置。
全文摘要
在一电流回路上的移频键控调制系统和解调系统现已公开。该调制系统包括一数控振荡器，其输出频率由其内一电容器的充电和放电速率来调整。该数控振荡器产生的信号叠加在该电流回路上。该解调系统也包括一个数控振荡器，该系统产生输出信号是该电流回路上叠加的移频键控信号的数字表象。
文档编号H04L27/152GK1046424SQ9010112
公开日1990年10月24日 申请日期1990年3月3日 优先权日1989年4月12日
发明者爱德华·巴斯蒂杰尼克, 约瑟夫·C·耐莫 申请人:巴布科克和威尔科斯公司