[发明专利]一种波形整形电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种波形整形电路，具体说是一种能够将任意基值电压和峰值电压的波形整形为规则的方波的电路。 

技术背景 

在波形整形电路中，很多波形，特别是红外线接收端的波形，其基值一般为未知的电压电平，且受环境光和其他因素影响，电压值变化范围较大，不利于波形的整形；峰值因上述因素，亦不利于波形的整形。 

目前，现有的红外线接收端的波形整形系统可按复杂程度分为两类。一类是基本波形整形系统，如图7所示，这类电路结构简单，使用面很广，多用于红外线遥控。为了增强这类红外线接收系统的接收能力，一般采取的措施是使用高灵敏度的光电二极管和提高发射功率。即便这样，遥控的性能还是被很多不利因素所影响，如环境光的强弱在一定程度上增强了红外线的强度，表现在接收端就是其基值电压增高；光电二极管的漏电流大小也影响接收端的基值电压；光电二极管的灵敏度影响接收端的波形的电压差；遥控距离、发射功率、电池电量等因素影响接收端的峰值电压的高低。一般的红外线遥控系统的遥控距离为3-5米，超过5米时遥控的效果相当差，当遥控器电池电量较弱、其它干扰因素较大时，遥控的有效距离不足3米，甚至还要更短。这类红外线遥控系统的通信速率一般很低。 

另一类是复杂波形整形系统，目前这类系统均采用一种较复杂的阈值计算技 术，这类整形系统在近距离通信时可以还原出发送端的波形，多用于红外线数据传输系统。这类整形系统的电路相当复杂，成本高。只有输入波形峰值和基值之差大于一定值时(一般为0.6伏)，这种电路才能正常工作，这就要求通信距离不能超过预定值，一般为1米。这种波形整形系统一般做成集成电路的形式，很难用分立元件搭建，不利于初期实验。这类电路一般用于高速率通信系统。 

下面结合附图进行更为详细的说明。 

图7所示为基本的红外线数据收发系统，因其电路结构简单，至今仍在很多领域被广泛使用，特别是应用在数据传输速率不高，对数据正确性要求不严的情况下。发送端Pin输入方波，接收端Pout输出接收到的波形，其中图7(a)为干扰较小情况下接收到的波形，图7(b)为接收端受强光影响或接收二极管漏电流小、发送距离近、发送功率强等状态下接收到的波形，图7(c)为接收端光照弱、接收二极管漏电流大、发送距离远、发送功率弱等状态下接收到的波形。 

图7(a)可用施密特触发器得到整形，图7(b)、图7(c)两种情况就不能用施密特触发器将波形还原了。 

图8至图15是发明专利名称为“波形整形电路和使用它的红外线数据通信装置”(专利号为97122998.8)的发明专利说明书中所列举的几种红外线数据通信中使用的波形整形电路框图和其工作波形图。其中图8、图12和图13是专利作者列举的现有技术的红外线数据接收电路框图，图15是专利作者发明的改进方法的红外线数据接收电路框图。 

这些波形整形电路均采用一种较复杂的阈值计算技术，下面结合原文对这些电路做以分析。 

图8所示的电路中，电源电压Vcc连接到光电二极管2的阴极侧，对应于红外 线的强度变化，光电二极管2从阳极输出相应的电流到前置放大器3，前置放大器3对光电流进行电流-电压变换，并通过耦合电容4将其输出。放大电路5将输入电压保持在预定的电平上。放大电路5产生的信号电压Vsig分两路分别送往比较器11的两个输入端。其中一路直接输入到反向输入端，另一路经过低通滤波器12、缓冲器13后，输入到低通滤波器14，低通滤波器14由包括电容器15的积分电路等实现，将输入的信号电压Vsig进行积分，求得其平均值Vav，Vav就是所求得的阈值。当Vsig比阈值电压Vth高时，比较器11输出低电平。 

图11所示为IrDA(红外线数据通信协会)规范中使用的4值脉冲位置调制(Pulse Position Modulation)PPM波形。设单位周期为T，则图中脉冲的占空比为T/4。在脉中峰值为Vp时，前述阈值电压Vth为Vp/4，如图9(a)-9(e)所示，阈值电压Vth随信号电压Vsig的增强而增强。所以该电路也可以将输入的信号波形整形。 

该电路存在两个问题，一是在不同的距离上，红外光电二极管因受光强度的不同，输出的电流变化范围很大，一般从百(nA)到数十(mA)变化，这就要求该红外线数据接收电路的动态范围也要很大。