[发明专利]一种解调FSK信号的方法及其低功耗数字电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种解调频移键控(Frequency Shift Keying，以下简称FSK)信号的方法及其低功耗数字电路，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着射频互补金属氧化物(RF CMOS)设计技术的发展，许多片上系统(system-on-chip，简称SOC)芯片都集成了射频收发模块。近年来，短距离、低功耗、低成本的无线通信产品得到了越来越广泛的应用。其中，降低功耗成为无线收发器设计的关键和难点。由于采用FSK制式的无线收发器不仅可以采用效率较高的非线性功率放大器，而且在接收机中不需要设计复杂的模数转换器，这些特点使FSK收发器在功耗和面积方面具有很大的优势。除了上述的特点，在FSK接收机中，解调器还可以采用全数字电路实现，以使电路的功耗和面积得到进一步的降低。

FSK是数字通信中较常用的一种调制解调方式。目前，已经广泛应用于低数据率、低功耗、低成本的无线通信领域，如蓝牙通信系统、医学植入微电子器件，以及手机、PDA、3G无线终端等便携式应用的消费电子产品中。而作为这些产品接收设备中不可缺少的解调模块，通常是决定设备性能的关键部分。随着这类短距离、低功耗无线产品的快速发展和广泛应用，在保证使用性能的前提下，对低功耗、高集成度的要求越来越高，因此有必要对低功耗、高集成度的FSK解调器结构和电路进行研究。

通常，数字集成电路设计实现的FSK解调器与模拟实现电路相比，在稳定性、低功耗、高集成度、电路结构简单性等各方面等都更有优势。然而，典型的数字FSK解调器都是基于模拟解调器的结构和思想，只是用相应的数字模块代替了模拟模块，因此，在系统结构上并没有太大的简化，因此从系统级上并没有大幅度降低功耗和提高集成度。

另外，由于无线接收机都会由于各种因素的影响，包括温度、工艺、电源电压变化引起本地振荡频率产生漂移，多普勒效应引起接收的射频频率产生漂移等，从而使中频产生漂移。因此，接收机中的解调器在工作时，必须具有频率漂移消除功能，如果解调器本身不能消除频率漂移的影响，就必须设计专门的电路模块来消除频漂，以保证解调器的解调性能。这显然不利于降低功耗、提高集成度。

发明内容

本发明的目的是针对以上现有技术存在的问题和应用需求，提出一种用于短距离移动通信的低功耗数字FSK解调方法，并提出一种实现电路。该方法基于滑动窗结构，通过计数中频FSK信号脉冲，并将相隔一定时间的滑动窗中的计数值相减，形成上升、下降的波形，从而判断出二进制数字信息。该方法采用数字电路实现，结构简单，功耗低。该解调方法还具有自动抑制频率漂移功能，无需设计专门的电路来消除频率漂移，因此也可以进一步降低功耗减小面积。

本发明采取的技术方案是：

一种解调FSK信号的方法包括以下步骤：

步骤1，首先假设有一个固定大小的滑动窗，在代表“0”和“1”信息的中频波上滑动；

步骤2，滑动窗内所包含的脉冲个数作为输出，得到由上升、下降和水平三种直线组成的波形；

步骤3，对上述步骤2的波形进行判断：当滑动窗输出下降的波形时，传输频率f₀，代表了数字比特“0”；当滑动窗输出上升的波形时，传输频率f₁，代表了数字比特“1”；如果滑动窗输出波形水平，则表示输出与前面的结果相同。

本发明提出的基于滑动窗的解调FSK信号的方法，其解调是基于对滑动窗输出的斜率进行判断，是对滑动窗输出的两个不同时间点的值相比较以判决输出的，近似于离散微分原理。因为相对于窗的长度，瞬时中频可以看作恒定值，它对于要作比较的两个点的计数值的影响近似是一样的。频率偏大或偏小，瞬时相减的两个点的值都会随之偏大或偏小，而且两个点增加或减小的幅度在瞬时可以看作是一样的，结果两点之间的差值始终没有改变，因此信号的“直流”分量，即频率的漂移量不会影响比特判决的性能。因此本方法的解调过程本身就能够自动消除频率漂移的影响。

本发明提出的基于滑动窗的解调FSK信号的方法的实现电路包括滑动窗实现电路和比特判决实现电路。其中的滑动窗实现电路由计数器、延迟单元和减法器组成。中频FSK信号经计数器进行不断地计数，计数器的输出值经过一个延迟单元后送到一个减法器，减法器将延迟后的计数器值和当前的计数器值相减，即可得出滑动窗输出的上升、下降和水平的波形。延迟单元用一系列D触发器构成，整个延迟单元的延迟时间常数由触发器个数乘以时钟周期决定。