信号调制电路和数据加密装置的制作方法

本实用新型涉及电气领域，特别涉及一种信号调制电路和数据加密装置。

背景技术：

现有技术中，为了将待传输数据在预定的频带上进行传输，需要根据待传输数据进行信号调制，其实质即将相同频率范围的信号分别依托在不同频率的载波上，使得接收方可以分离出所需频率的信号，使得信号间不会相互干扰。

然而在调制和解调过程中，越是高频的信号越容易产生各种各样的失真，其原因多种多样且影响往往难以完全消除，因而常造成数据传输的不稳定，对通信质量造成不良影响。

技术实现要素：

本实用新型提供一种信号调制电路和数据加密装置，可以改善现有信号调制电路的信号失真，有助于提升数据传输的可靠性。

第一方面，本实用新型提供一种信号调制电路，包括信号输入端、信号输出端、反相器、第一乘法器、微分器、第二乘法器和加法器；其中，

所述信号输入端连接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接所述第一乘法器的第一输入端；

所述第一乘法器的第二输入端处加载第一载波信号，所述第一乘法器的输出端连接所述加法器的第一输入端；

所述微分器的输入端连接所述反相器的输出端，所述微分器的输出端连接所述第二乘法器的第一输入端；

所述第二乘法器的第二输入端处加载第二载波信号，所述第二乘法器的输出端连接所述加法器的第二输入端；

所述加法器的输出端连接所述信号输出端，所述第一载波信号的相位与所述第二载波信号的相位相差90°。

在一种可能的实现方式中，所述反相器包括第一运算放大器、第一电阻和第二电阻；其中，

所述第一电阻的一端连接所述反相器的输入端，另一端所述第一运算放大器的反向输入端；

所述第二电阻的一端连接所述第一运算放大器的反向输入端，另一端连接所述第一运算放大器的输出端；

所述第一运算放大器的正向输入端连接电路公共端，所述第一运算放大器的输出端连接所述反相器的输出端。

在一种可能的实现方式中，所述微分器包括第二运算放大器、第三电阻、第四电阻和第一电容；其中，

所述第一电容一端连接所述微分器的输入端，另一端连接所述第二运算放大器的反向输入端；

所述第三电阻的一端连接所述第二运算放大器的反向输入端，另一端连接所述第二运算放大器的输出端；

所述第四电阻的一端连接所述第二运算放大器的正向输入端，另一端连接电路公共端；

所述第二运算放大器的输出端连接所述微分器的输出端。

在一种可能的实现方式中，所述加法器还包括反向接收端，所述加法器能够在第一状态下对第一输入端处的信号和第二输入端处的信号进行加法运算，在第二状态下将输出端处接收到的信号传输至所述反向接收端处；

所述信号调制电路还包括信号接收端和解调模块，所述解调模块的输入端连接所述加法器的反向接收端，所述解调模块的输出端连接所述信号调制电路的信号接收端。

在一种可能的实现方式中，所述解调模块包括第三乘法器和低通滤波器；其中，

所述第三乘法器的第一输入端连接所述解调模块的输入端，所述第三乘法器的第二输入端处加载所述第一载波信号；

所述第三乘法器的输入端连接所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接所述解调模块的输出端。

在一种可能的实现方式中，所述低通滤波器包括第三运算放大器、第二电容、第五电阻和第六电阻；其中，

所述第二电容的一端连接所述第三运算放大器的正向输入端，另一端连接电路公共端；

所述第五电阻的一端连接所述低通滤波器的输入端，另一端连接所述第三运算放大器的正向输入端；

所述第六电阻的一端连接所述第三运算放大器的反向输入端，另一端连接所述第三运算放大器的输出端；

所述第三运算放大器的输出端连接所述低通滤波器的输出端。

在一种可能的实现方式中，所述信号调制电路还包括移相器，所述第二载波信号是所述第一载波信号由所述移相器相移90°后得到的信号。

在一种可能的实现方式中，第一乘法器和所述第二乘法器设置在同一芯片上。

第二方面，本实用新型还提供了一种数据加密装置，包括上述任意一种信号调制电路。

在一种可能的实现方式中，所述数据加密装置还包括通用串行总线USB接口电路和数据加密电路；其中，

所述USB接口电路的数据接收端连接所述数据加密电路的数据输入端，所述数据加密电路的数据输出端连接所述信号调制电路的信号输入端。

由上述技术方案可知，输入信号调制电路的信号会经过反相器的反相在第一乘法器处被调制为第一调制信号，而反相器输出的信号则会经过微分器在第二乘法器处被调制为第二调制信号，微分器和载波信号的90°相位差使得第一调制信号与第二调制信号的一个边带可以在加法器的加法运算中相互抵消，从而使得信号中的杂波信号也随之消除。由此，本实用新型可以改善现有信号调制电路的信号失真，有助于提升数据传输的可靠性，优化通信质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实施例提供的信号调制电路的电路结构示意图；

图2是本实用新型又一实施例提供的解调模块的电路结构示意图；

图3是本实用新型一个实施例提供的数据加密装置的电路结构示意图；

图4是本实用新型一个实施例提供的数据加密装置的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1是本实用新型一个实施例提供的信号调制电路的电路结构示意图。参见图1，该信号调制电路包括信号输入端J1、信号输出端J2，还包括反相器U1、第一乘法器M1、微分器U2、第二乘法器M2和加法器P1，其中：

所述信号输入端J1连接所述反相器U1的输入端，所述反相器U1的输出端连接所述第一乘法器M1的第一输入端；

所述第一乘法器M1的第二输入端处加载由第一信号源E1提供的第一载波信号，所述第一乘法器M1的输出端连接所述加法器P1的第一输入端；

所述微分器U2的输入端连接所述反相器U1的输出端，所述微分器U2的输出端连接所述第二乘法器M2的第一输入端；

所述第二乘法器M2的第二输入端处加载由第二信号源E2提供的第二载波信号，所述第二乘法器M2的输出端连接所述加法器P1的第二输入端；

所述加法器P1的输出端连接所述信号输出端J2，所述第一载波信号的相位与所述第二载波信号的相位相差90°。

需要说明的是，反相器、乘法器、微分器、加法器均指的是具有一定信号输入输出关系的电路结构，所处理的信号可以是模拟信号或是数字信号，本领域技术人员可以实际应用需求进行具体电路结构的选择。

基于上述电路结构，该信号调制电路的工作原理简述如下：

反相器U1与第一乘法器M1组成第一部分的调制电路。在一个示例中，待调制的数据输入到信号输入端J1，经过反相处理后与相对高频的第一载波信号 (比如-5V～+5V的正弦信号，频率10kHz)相乘，得到双边带的第一调制信号，比如具有上边带分量和下边带分量的信号。

反相器U1、微分器U2和第二乘法器M2组成第二部分的调制电路。在一个示例中，待调制的数据输入到信号输入端J1，经过反相处理后进入到微分器 U2，从而可以在微分运算的作用下移相90°；移相后的信号与第二载波信号相乘，得到双边带的第二调制信号。在第二载波信号也相对于第一载波信号移相 90°时，第二调制信号所具有的两个边带分量中的一个与第一调制信号的相同，另一个与第二调制信号的相反。比如，第一调制信号与第二调制信号各自具有上边带分量和下边带分量，其中两个调制信号的上边带分量完全相同，下边带分量由于移相的作用互为反相信号。

由此，在加法器P1将第一调制信号与第二调制信号进行加法运算时，两个相同的边带分量相互叠加，而两个相互反相的边带分量相互抵消，从而形成单边带的调制信号在信号输出端J2处输出。

可以看出的是，输入信号调制电路的信号会经过反相器的反相在第一乘法器处被调制为第一调制信号，而反相器输出的信号则会经过微分器在第二乘法器处被调制为第二调制信号，微分器和载波信号的90°相位差使得第一调制信号与第二调制信号的一个边带可以在加法器的加法运算中相互抵消，从而使得信号中的杂波信号也随之消除。由此，本实用新型实施例可以改善现有信号调制电路的信号失真，有助于提升数据传输的可靠性，优化通信质量。

进一步地，图1还具体示出了反相器U1和微分器U2的具体结构：

如图1所示，上述反相器U1包括第一运算放大器AR1、第一电阻R1和第二电阻R2。其中，所述第一电阻R1的一端连接所述反相器U1的输入端，另一端所述第一运算放大器AR1的反向输入端；所述第二电阻R2的一端连接所述第一运算放大器AR1的反向输入端，另一端连接所述第一运算放大器AR1的输出端；所述第一运算放大器AR1的正向输入端连接电路公共端(即提供电路中参考电位0V的电路节点)，所述第一运算放大器AR1的输出端连接所述反相器 U1的输出端。基于该电路结构，可以将输入信号以(-r2/r1)的比例进行放大后输出，其中r2是第二电阻R2的电阻值，r1是第一电阻R1的电阻值。

如图1所示，上述微分器U2包括第二运算放大器AR2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1。其中，所述第一电容C1一端连接所述微分器U2的输入端，另一端连接所述第二运算放大器AR2的反向输入端；所述第三电阻R3 的一端连接所述第二运算放大器AR2的反向输入端，另一端连接所述第二运算放大器AR2的输出端；所述第四电阻R4的一端连接所述第二运算放大器AR2 的正向输入端，另一端连接电路公共端；所述第二运算放大器AR2的输出端连接所述微分器U2的输出端。基于该电路结构，输出信号是输入信号随时间的积分的(-r3·c1)倍，在输入信号为正弦信号时可以实现信号的移相。其中，r3 是第三电阻R3的电阻值，c1是第一电容C1的电容值。

图2是本实用新型又一实施例提供的解调模块的电路结构示意图。本实用新型实施例中，上述加法器除了第一输入端、第二输入端和输出端之外还具有反向接收端；该加法器除了具有加法运算功能之外还具有反向传输的功能。具体地，加法器可以在外部信号的控制下于第一状态和第二状态之间切换，第一状态下的加法器能够对第一输入端处的信号和第二输入端处的信号进行加法运算，并在输出端处输出；第二状态下的加法器能够将输出端处接收到的信号传输至所述反向接收端处。而且，本实用新型实施例中信号调制电路还包括信号接收端和如图2所示的解调模块。图2中未示出的是，解调模块的输入端连接加法器的上述反向接收端，解调模块的输出端连接信号调制电路的信号接收端。由此，第二状态下的加法器可以接收外部信号，并经过解调模块的解调输出到信号调制电路的信号接收端以实现外部信号的接收。

解调模块具体的电路结构如图2所示，参见图2，所述解调模块包括第三乘法器M3和低通滤波器U3；其中，所述第三乘法器M3的第一输入端连接所述解调模块的输入端，所述第三乘法器M3的第二输入端处加载第三信号源输出的载波信号，该载波信号与所述第一载波信号相同；所述第三乘法器M3的输入端连接所述低通滤波器U3的输入端，所述低通滤波器U3的输出端连接所述解调模块的输出端。基于上述电路结构，输入信号与上述载波信号的相乘运算会使得具有两个边带分量中的一个边带分量被倍频化，另一个边带分量被转换到零频附近，得到幅值加倍的待获取的目标数据信号。从而，低通滤波器U3可以滤除其中被倍频化的边带分量，得到目标数据信号并输出，完成解调过程。

更具体地，图2所示的低通滤波器U3具体包括第三运算放大器AR3、第二电容C2、第五电阻R5和第六电阻R6。其中，所述第二电容C2的一端连接所述第三运算放大器AR3的正向输入端，另一端连接电路公共端；所述第五电阻 R5的一端连接所述低通滤波器U3的输入端，另一端连接所述第三运算放大器 AR3的正向输入端；所述第六电阻R6的一端连接所述第三运算放大器AR3的反向输入端，另一端连接所述第三运算放大器AR3的输出端；所述第三运算放大器AR3的输出端连接所述低通滤波器U3的输出端。基于该电路结构，第五电阻R5与第二电容C2组成RC低通滤波电路，而第三运算放大器AR3与第六电阻R6组成电压跟随器，即实现了低输入电阻、高输出电阻的低通滤波。

还需要说明的是，在图1和图2中为实现正常工作，三个运算放大器均连接各自的电源电压(比如+5V和0V)，其是本领域技术人员所熟知的，在此不在赘述。而且，虽然图1和图2中以信号源的形式表示了各个载波信号，但在具体实施时可以直接从外部接入各载波信号，而并不需要为每个接入位置设置信号源(另外第一乘法器M1的第二输入端和第三乘法器M3的第二输入端可以连接同一个载波信号，第二载波信号可以是第一载波信号由信号调制电路中的移相器相移90°后得到的信号)。此外，第一乘法器M1和所述第二乘法器M2 可以设置在同一芯片上，第一运算放大器AR1、第二运算放大器AR2和第三运算放大器AR3也可以设置在同一芯片上，以实现更精简的电路结构。

基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种数据加密装置，该数据加密装置包括上述任意一种的信号调制电路，用以将加密后的数据直接进行调制以发送给接收端设备，有利于提高加密数据的安全性。

图3是本实用新型一个实施例提供的数据加密装置的电路结构示意图。参见图3，本实施例中的数据加密装置除了包括信号调制电路33之外还包括USB 接口电路31和数据加密电路32。其中，USB接口电路31的外部数据接收端连接所述数据加密电路32的数据输入端，所述数据加密电路32的数据输出端连接所述信号调制电路33的信号输入端。参见图4，本实施例的数据加密装置包括USB接口41和外壳42，其中的USB接口包含在上述USB接口电路31中，与型号为CH375的USB转接芯片连接以实现总线通信。上述数据加密电路32 设置在外壳42的内部，包括与USB转接芯片相连的、型号为STC89C51的数据处理芯片，以及与该数据处理芯片相连的、型号为ATSHA204的加密芯片。本实施例中的信号调制电路33也设置在外壳42的内部，其信号输入端可以与数据处理芯片的一个管脚相连，信号调制电路33的信号接收端可以与数据处理芯片的另一个管脚相连。基于此，上述数据处理芯片可以将来自USB接口的数据传输至加密芯片进行加密，并将加密后的数据通过上述信号调制电路33进行调制以发送给外部设备；同时，在解调模块接收到到数据时，也可以传输到数据处理芯片以通过USB接口进行数据接收和传输。

基于上述结构，本实施例可以直接将加密后的数据进行调制以发送给外部设备，从而不需要将加密后的数据通过USB接口传递给不受信任的设备，因此可以降低数据被窃取的风险，提高加密数据的安全性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。