專利名稱：鑒頻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑒頻系統(tǒng)，具體地涉及能夠測量在可能經(jīng)受相位偏移的信號(hào)中的頻率偏移的系統(tǒng)。
這種鑒頻系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是用于電子識(shí)別系統(tǒng)，其中包括詢問器和一個(gè)或多個(gè)非接觸發(fā)射應(yīng)答器。由詢問器以第一頻率發(fā)射一個(gè)信號(hào)，作為應(yīng)答，非接觸發(fā)射應(yīng)答器以略微不同的頻率發(fā)回一個(gè)第二信號(hào)；這種頻率差的數(shù)值可以很小，但必須測量得非常精確。該頻率差可以識(shí)別某個(gè)特定的發(fā)射應(yīng)答器。
在某些電子識(shí)別系統(tǒng)中，例如在用來控制上鎖的門的系統(tǒng)，或在超級(jí)市場購貨結(jié)賬時(shí)能用來對所選貨物自動(dòng)計(jì)費(fèi)的系統(tǒng)中，在詢問器和發(fā)射應(yīng)答器之間的距離是可以控制的，而這類系統(tǒng)也是這樣地設(shè)計(jì)和運(yùn)行的。發(fā)射應(yīng)答器常常被做成能按其特征去改變系統(tǒng)的Q值并且各發(fā)射應(yīng)答器的Q值的變化可以被測量。Q值的改變常常通過把發(fā)射應(yīng)答器中的一個(gè)線圈短路來實(shí)現(xiàn)，且這樣的系統(tǒng)已在1995年3月16日提交的我們的共同未決的英國專利申請No.9505350.0中被描述。
然而如果在發(fā)射應(yīng)答器與詢問器之間的距離增加，那么短路線圈的影響可能太小而不能使Q值有重大改變。為了增加系統(tǒng)的能起作用的距離，需要一種高頻率的返回信令裝置，如在1995年4月27日提交的我們的英國專利申請No.9508600.5和在1995年6月1日提交的英國專利申請No.9511085.4中所陳述的。
在這些專利中所陳述的裝置的缺點(diǎn)在于，發(fā)射應(yīng)答器需要增加其能量級(jí)別，這可能是不容易提供的。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供基于具有新穎輸入裝置的數(shù)字濾波器的鑒頻系統(tǒng)。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供基于短路線圈的發(fā)射應(yīng)答器系統(tǒng)且能夠工作在很大的距離上而不需要高功率電源的電子識(shí)別系統(tǒng)。
按照本發(fā)明，帶通濾波器包括第一供給裝置，提供其中心頻率為f1的第1周期性模擬信號(hào)；分頻器裝置，把中心頻率以整數(shù)N分頻，并把已分頻的信號(hào)提供給數(shù)字濾波器作為所述數(shù)字濾波器的系統(tǒng)時(shí)鐘；第二供給裝置，提供要被測量的頻率為f2的第二周期性模擬信號(hào)，此頻率f2與中心頻率相差一個(gè)小的數(shù)量；延時(shí)裝置，把第二信號(hào)延時(shí)N個(gè)周期；減法裝置，接收當(dāng)前的第二信號(hào)Sc和被延時(shí)的第二信號(hào)Sp，并把任何的差值作為差值信號(hào)提供給數(shù)字濾波器；藉此，數(shù)字濾波器提供一個(gè)輸出信號(hào)，該信號(hào)的中心頻率被壓縮且該頻率和第二信號(hào)的頻率有關(guān)。
延時(shí)裝置典型地包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，且整數(shù)N典型地為20。
還按照本發(fā)明，用于電子鑒頻系統(tǒng)的詢問器包括第一振蕩器，用來以中心頻率發(fā)送周期性模擬詢問信號(hào)；天線裝置，接收與中心頻率相差一個(gè)小數(shù)量的頻率的第二信號(hào)；延時(shí)裝置，把第二信號(hào)延時(shí)N個(gè)周期，其中N是整數(shù)；減法裝置，接收第二信號(hào)和延時(shí)的第二信號(hào)，并把任何差值作為差值信號(hào)提供給數(shù)字濾波器；以及分頻裝置，把中心頻率信號(hào)以整數(shù)N分頻，并把已分頻的信號(hào)提供給數(shù)字濾波器作為所述數(shù)字濾波器的系統(tǒng)時(shí)鐘；藉此，數(shù)字濾波器的輸出的中心頻率被抑制并且和第二信號(hào)的頻率相關(guān)。
可任選地，分頻器裝置是個(gè)鎖相環(huán)，包括由第一振蕩器提供的鑒相器，壓控振蕩器，以及分頻器單元。
現(xiàn)在參照附圖僅以實(shí)例的方式描述本發(fā)明，其中

圖1在原理上說明電子識(shí)別電路；圖2以部分方框圖形式說明按照本發(fā)明的詢問器；圖3a和3b說明詢問器天線的電流和電壓的變化；圖4a和4b分別說明考比茲(Colpitts)振蕩器的電壓和頻率輸出；以及圖5說明加到減法裝置的當(dāng)前的和先前的信號(hào)。
在圖1中，電子識(shí)別電路包括詢問器10和無源發(fā)射應(yīng)答器12。詢問器以頻率f1＝150到256KHz發(fā)射功率到發(fā)射應(yīng)答器，如以14所表示的；而發(fā)射應(yīng)答器利用該功率使電路工作，并以用已知技術(shù)對幅度，頻率或相位作了調(diào)制的識(shí)別信號(hào)16來應(yīng)答。例如，發(fā)射應(yīng)答器通過改變系統(tǒng)的總的Q值來把信號(hào)頻率修改為頻率f2。詢問器10具有發(fā)射天線18和接收天線20。
如在1995年3月16日提交的我們的共同未決的專利申請No.9505350.0中所揭示的，發(fā)射應(yīng)答器12具有數(shù)據(jù)發(fā)射天線22，它通過短路其線圈而被調(diào)制，這樣詢問器-發(fā)射應(yīng)答器系統(tǒng)的Q值也隨之改變。天線結(jié)構(gòu)被做成使得其Q值寬而平坦，這樣，對于小的頻率改變的檢測不能用已知技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
圖2說明按照本發(fā)明的能在這種環(huán)境下檢測小的頻率改變并含有帶通濾波器的詢問器電路。詢問器10的發(fā)射天線18的初級(jí)線圈被跨接在包括兩個(gè)MOSFET晶體管30，32的逆變器電路上，且線圈18的每一端也分別被連接到兩個(gè)電容器36，38中的一個(gè)電容。該電路構(gòu)成考比茲(Colpitts)振蕩器，以參考數(shù)字31表示，其數(shù)值的選擇與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理相反，使得振蕩器處在非穩(wěn)定狀態(tài)。逆變器電路具有大的驅(qū)動(dòng)能力，因此能進(jìn)行大的能量傳輸。
代表振蕩器輸出的信號(hào)在圖2上以f2，V3表示，并被連接到鑒相器40，鑒相器的輸出被連接到壓控振蕩器VCO42。VCO42被連接到分頻器44，它向鑒相器40提供第二輸入，也提供給數(shù)字濾波器48。濾波器48具有高的內(nèi)部精度；它可以是IEEE32-比特浮點(diǎn)濾波器。
詢問器接收天線20被跨接到一個(gè)抗混淆濾波器50，其輸出通過A/D變換器52連接到濾波器48的輸入電路46，提供頻率為f2的信號(hào)。
圖3a和3b分別是在電路起動(dòng)時(shí)流過天線18的初級(jí)線圈的電流圖和在線18的初級(jí)線圈端的電壓圖；可以看到，會(huì)很快達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)頻率，且電流可以高到±50毫安。
VCO42產(chǎn)生一個(gè)頻率，它8倍于來自考比茲振蕩器的信號(hào)V3的頻率，并把它提供給數(shù)字濾波器48作為時(shí)鐘信號(hào)。分頻器44把這個(gè)頻率進(jìn)行N分頻，以便提供給鑒相器40，以參考符號(hào)V5表示。
鑒相器40和VCO42構(gòu)成鎖相環(huán)。在考比茲振蕩器31起動(dòng)時(shí)，VCO快速達(dá)到并被鎖定在同樣的頻率。
現(xiàn)在假定發(fā)射應(yīng)答器12被調(diào)制以改變系統(tǒng)的Q值。調(diào)制是通過閉合和打開發(fā)射應(yīng)答器12的開關(guān)以短路其線圈22的一部分來實(shí)現(xiàn)的，其結(jié)果示于圖4a，它顯示了跨在接收天線20的線圈兩端的電壓；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，雖然絕對電壓大小改變了，但峰到峰的電壓不改變；這明顯地不同于現(xiàn)有技術(shù)的詢問器電路，它檢測能量的絕對值，因而會(huì)感受到峰到峰信號(hào)的很大變化。這里顯示了一個(gè)開關(guān)閉合和打開的結(jié)果，即發(fā)射應(yīng)答器的一個(gè)數(shù)據(jù)比特。
圖4b顯示了考比茲振蕩器的輸出；因?yàn)樗潜蛔龀煞欠€(wěn)定的，所以它的頻率就跟隨由發(fā)射應(yīng)答器18發(fā)射的和由接收天線20接收的頻率；事實(shí)上，頻率只有很小的改變，在此圖上不容易看出。
VCO42典型地包括一個(gè)電容和電流注入電路，因?yàn)樗鼪]有線圈，所以它對從發(fā)射應(yīng)答器10接收的信號(hào)的頻率的變化不敏感。VCO工作頻率僅僅通過鎖相環(huán)改變。
數(shù)字濾波器48的輸入電路46包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器54和減法單元56，其輸出被加到濾波器48。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器54把由A/D變換器52提供的信號(hào)當(dāng)前值Sc和該信號(hào)在N個(gè)周期以前的值Sp提供給減法單元56，其中N是與分頻器44相聯(lián)系的整數(shù)。N典型地是20。
結(jié)果是提供一個(gè)以信號(hào)Sp和Sc的頻率為中心頻率的帶通濾波器；這個(gè)結(jié)果示于圖5。兩個(gè)信號(hào)Sp和Sc在頻率上相同，但相位不同。由于由分頻器44已對濾波后的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行20分頻，所以信號(hào)周期以每20個(gè)樣本被重復(fù)。對于每對樣本的當(dāng)前的和先前的信號(hào)Sp，Sc的矢量值在表1中被給出。
表1樣本 信號(hào)Sc 信號(hào)Sp0 0.000.961 0.311.002 0.590.943 0.810.784 0.950.555 1.000.276 0.95-0.047 0.81-0.358 0.59-0.629 0.31-0.83100.00-0.9611-0.31 -1.0012-0.59 -0.94
13-0.81-0.7814-0.95-0.5515-1.00-0.2716-0.95 0.0417-0.81 0.3518-0.59 0.6219-0.31 0.8320 0.00 0.9621 0.31 1.0022 0.59 0.9423 0.81 0.7824 0.95 0.5525 1.00 0.27可以看到，信號(hào)關(guān)系特性是以每20個(gè)周期被重復(fù)的，所以如果減法器從未延時(shí)的信號(hào)中減去延遲了相當(dāng)于20個(gè)周期的時(shí)間的信號(hào)，則結(jié)果為零。這對于無論減去哪一對延時(shí)的和未延時(shí)的信號(hào)，以及無論使用周期信號(hào)的哪一部分都是適用的。
如果從天線20接收的信號(hào)在頻率上和由天線18發(fā)射的信號(hào)相同，那么減法單元56的輸出為零。實(shí)際上，此頻率已被抑制。
然而，假定發(fā)射應(yīng)答器12發(fā)射它的在頻率上和詢問信號(hào)略有不同的特征信號(hào)。信號(hào)Sp和Sc現(xiàn)在慢慢地漂移分開，這時(shí)減法單元每20個(gè)樣本的信號(hào)就是非零的；這個(gè)信號(hào)被加到數(shù)字濾波器48，它輸出一個(gè)表示由天線20所接收的頻率的信號(hào)，即和特定發(fā)射應(yīng)答器有關(guān)的頻率，但抑制了發(fā)射頻率。數(shù)字濾波器48的輸出端可以連接到常規(guī)的信號(hào)分析裝置(圖上未示出)，以表示發(fā)射應(yīng)答器的身份。例如，如果該系統(tǒng)被用于超級(jí)市場購物結(jié)賬，則標(biāo)識(shí)信號(hào)可以是與該應(yīng)答器相聯(lián)系的物品的相關(guān)價(jià)格。
為了允許識(shí)別第二發(fā)射應(yīng)答器，該電路必須被傳統(tǒng)的裝置(圖上未示出)復(fù)位?？急绕澱袷幤?1和VCO42再一次地鎖定到發(fā)射的詢問頻率，并重復(fù)進(jìn)行詢問，接收和識(shí)別過程。
實(shí)際上，在鑒相器中的環(huán)路濾波器在由天線18發(fā)送詢問信號(hào)時(shí)是斷開的。這時(shí)進(jìn)行頻率測量并且重新接通環(huán)路濾波器，從而使該系統(tǒng)復(fù)位。
當(dāng)測量頻率時(shí)，VCO42保持鎖定到考比茲振蕩器31的原先的頻率。不穩(wěn)定的考比茲振蕩器的頻率事實(shí)上會(huì)改變，但VCO42繼續(xù)給數(shù)字濾波器48提供原先的分頻器頻率的時(shí)鐘信號(hào)。
事實(shí)上，VCO振蕩器的頻率分量被使用，并且該信號(hào)的相位不影響數(shù)字濾波器的工作情況。
按照本發(fā)明的電子識(shí)別允許快速識(shí)別大量的不同發(fā)射應(yīng)答器。當(dāng)應(yīng)用到超級(jí)市場的購物結(jié)賬時(shí)，可在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)識(shí)別手推車內(nèi)所裝的全部貨物。
在按照本發(fā)明的帶通濾波器的第二個(gè)應(yīng)用中，由天線18發(fā)射的信號(hào)是以Doppler(多卜勒)原理工作的雷達(dá)信號(hào)，例如在防盜報(bào)警系統(tǒng)中的已知設(shè)計(jì)中。這樣的雷達(dá)常常工作在120KHz，并且模-數(shù)轉(zhuǎn)換器在檢測反射的雷達(dá)信號(hào)時(shí)工作得太慢。按照本發(fā)明的帶通濾波器對于這樣的應(yīng)用是理想的。上面詳細(xì)地描述的裝置在調(diào)整其工作到適當(dāng)?shù)念l率后可被直接應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種帶通濾波器電路，其特征在于包括第一供給裝置(31)，提供中心頻率(f1)的第一周期性模擬信號(hào)；分頻器裝置(44)，把中心頻率以整數(shù)N分頻，并把已分頻的信號(hào)提供給數(shù)字濾波器(48)作為所述濾波器的系統(tǒng)時(shí)鐘；第二供給裝置(20，50，52)，提供要被測量的頻率(f2)的第二周期性模擬信號(hào)，此頻率(f2)與中心頻率相差一個(gè)小的數(shù)量；延時(shí)裝置(54)，把第二信號(hào)延時(shí)N個(gè)周期；減法裝置(56)，接收當(dāng)前的第二信號(hào)Sc和被延時(shí)的第二信號(hào)Sp，并把任何的差值作為差值信號(hào)提供給數(shù)字濾波器，藉此，數(shù)字濾波器提供一個(gè)輸出信號(hào)，該信號(hào)的中心頻率被抑制且該頻率和第二信號(hào)的頻率相關(guān)。
2.按照權(quán)利要求1的帶通濾波器，其特征在于，延時(shí)裝置包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(54)。
3.按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的帶通濾波器，其特征在于，整數(shù)N是20。
4.用于電子檢測系統(tǒng)的詢問器，其特征在于包括第一振蕩器(31)，用來以中心頻率發(fā)送周期性模擬詢問信號(hào)；天線裝置(20)，接收與中心頻率相差一個(gè)小數(shù)量的頻率的第二信號(hào)；延時(shí)裝置(54)，把第二信號(hào)延時(shí)N個(gè)周期，其中N是整數(shù)；減法裝置(56)，用于接收第二信號(hào)和被延時(shí)的第二信號(hào)，并把任何差值作為差值信號(hào)提供給數(shù)字濾波器(48)；分頻裝置(40，42，44)，把中心頻率信號(hào)以整數(shù)N分頻，并把被分頻的信號(hào)提供給數(shù)字濾波器作為所述濾波器的系統(tǒng)時(shí)鐘；藉此，數(shù)字濾波器的輸出的中心頻率被抑制，且和第二信號(hào)的頻率相關(guān)。
5.按照權(quán)利要求4的詢問器，其特征在于，分頻裝置包括鎖相環(huán)，它包括由第一振蕩器(40)提供的鑒相器(40)，壓控振蕩器(42)和分頻器單元(44)。
全文摘要
在帶通濾波器中,具有中心頻率的第一周期性模擬信號(hào)V
文檔編號(hào)H04B1/59GK1192283SQ96195968
公開日1998年9月2日 申請日期1996年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月2日
發(fā)明者J·謝倫 申請人:英國技術(shù)集團(tuán)對外許可有限公司