專利名稱：在二進制信號中設置限制電平的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在二進制信號中設置限制電平的方法和設備。
二進制信號的兩個信號電平通常是指“高”和“低”電平，分別是邏輯“1”和邏輯“0”?！案摺彪娖綄诶?5V的信號電平，而“低”電平對應于例如-5V或地的信號電平。當恢復發(fā)送的二進制信號時，必須判定哪個信號部分是高哪個是低。所以，通常將閾值近似地設置在高信號電平和低信號電平的中間。任何超過閾值或“限制電平”的信號電平都被認為是高電平，其他信號電平被歸類為低電平。
在有噪聲的情況下可能會引進錯誤。存在于低電平信號部分的噪聲峰值會超過限制電平，使得不正確地導致檢測到高電平。現(xiàn)有技術只提供了此問題的部分解決方案。
US-A-4,707,740公開了用于恢復來自視頻信號的同步信號的同步檢測器。在視頻信號的低電平(“同步脈沖頂部”)部分期間，調(diào)整限制電平信號。所以，在低電平信號部分期間，噪聲檢測器提供了表示平均噪聲的輸出。該噪聲檢測器輸出用來在低電平信號部分期間產(chǎn)生正限制電平偏移，在高電平信號部分期間產(chǎn)生同樣幅度的負偏移。
現(xiàn)有技術解決方案有幾個缺點。限制電平調(diào)整是不連續(xù)的，因此混合有任何檢測錯誤。另外，只是在低電平信號部分才能基于噪聲電平進行調(diào)整。隨著噪聲電平的升高，限制電平也不加選擇地向高信號電平增加，甚至會達到高信號電平，這顯然是不合乎要求的。而且，相同幅度的正負偏移是假定對稱的噪聲分布，即，在高電平信號和低電平信號中噪聲峰值具有(平均起來)相同的幅度。然而，在許多應用中噪聲是非對稱分布的，一個信號電平中的噪聲峰值(平均起來)與另一個信號電平中噪聲峰值具有不同的幅度。光通信線路就是這樣一個應用例子。
因此本發(fā)明的一個目的就是，解決現(xiàn)有技術的問題，并提供用于在二進制信號中設置限制電平的方法，其將低電平和高電平信號部分的噪聲電平都考慮進去了。
本發(fā)明的另一個目的是，提供用于在二進制信號中設置限制電平的方法，其能適當?shù)奶幚矸菍ΨQ噪聲分布。
本發(fā)明還又一個目的就是，提供用于實現(xiàn)本發(fā)明方法的設備，以及給該設備提供的接收器。
本發(fā)明由獨立權(quán)利要求定義。從屬權(quán)利要求定義有利的實施例。
通過在第二信號部分和第一信號部分期間測量噪聲電平，有可能當調(diào)整限制電平時將兩個噪聲電平都考慮進去，由此得到更加平衡的調(diào)整。通過在第一和第二信號部分中應用連續(xù)的限制電平調(diào)整，避免了任何不正確的間斷調(diào)整的不利影響。
在優(yōu)選實施例中，限制電平的值設置在基本等于第一信號電平與第二信號電平的幅度之差的一半減去第一噪聲電平與第二噪聲電平幅度之差的一半。即，開始最好將限制電平設置在信號電平之間的一半，調(diào)整等于噪聲電平中差的一半。顯然，如果信號電平幅度相等但符號相反，那么它們的差將等于0。同樣，如果噪聲電平幅度相等，則不作調(diào)整。然而，如果噪聲電平幅度不等(非對稱噪聲)，那么限制電平將作相應調(diào)整，使檢測錯誤較少。
測量相應的噪聲電平最好包括在二進制信號中檢測峰值。通過使用峰值檢測，可以容易地得到較好的噪聲電平指示。
本發(fā)明也提供了用于在二進制信號中檢測噪聲電平的設備，包括噪聲峰值電平檢測裝置，用于接收輸入信號并產(chǎn)生噪聲指示信號，其特征在于，噪聲峰值電平檢測裝置包括RMS電平檢測器，用于檢測二進制信號的RMS電平；第一差分放大器，用于放大二進制信號的第一電平與RMS電平之差，以將第一電平補償噪聲信號提供給第一峰值檢測器；第二差分放大器，用于放大二進制信號的第二電平與RMS電平之差，以產(chǎn)生第二電平補償噪聲信號給第二峰值檢測器。這種噪聲電平檢測器具有可以檢測現(xiàn)有技術噪聲檢測器通常無法檢測的非常小的噪聲峰值(小于50mV)的優(yōu)點。
下面參考附圖所示的示例性實施例來說明本發(fā)明，其中

圖1示意性示出了含有對稱噪聲的二進制信號；圖2示意性示出了含有對稱噪聲的二進制信號；圖3更詳細地示出了圖2的信號；圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明用于設置限制電平的設備；圖5示意性示出了圖4設備的實施例；圖6示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的峰值檢測裝置；以及圖7示意性示出了圖6設備的實施例。
圖1所示二進制信號T有兩個信號電平，一個表示邏輯“1”另一個表示邏輯“0”。兩個信號電平被噪聲破壞到類似程度。在接收此信號時必須判定發(fā)送的是哪個信號電平。因此，將閾值或限制電平SL設置在近似平均正信號電平與平均負信號電平之間的一半，如圖1所示。邏輯值“1”(或信號電平“高”)分配給超過限制電平SL的那些信號部分，而邏輯值“0”(或信號電平“低”)分配給剩余的信號部分。虛線示出了所得到的波形，稱之為被檢測信號。
將限制電平設置在平均正信號電平與平均負信號電平之間的一半(相應于圖1的信號電平“地”)，使得由越過限制電平的噪聲峰值所引起(檢測)的錯誤的數(shù)量最少。這樣，得到了限制電平和噪聲峰值之間的最大距離，這里假定兩個信號電平的噪聲峰值具有大致相同的幅度。然而，在圖2的信號T中，高信號周期期間的噪聲峰值比低信號周期期間的噪聲峰值具有更大的幅度。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在調(diào)整限制電平SL以保持限制電平和噪聲峰值之間的最大距離，使得檢測錯誤較少。如圖2所示，在特殊情況下，將限制電平SL設置在低于地電平G的電平，這樣就由于高信號部分的噪聲峰值而降低了檢測錯誤的概率，同時在低信號部分也保持了足夠低的檢測錯誤概率。
如圖3所示的信號T是圖2信號的程式化版本。該信號T具有幅度為A的高(“1”)信號電平和幅度為B的低(“0”)信號電平。通常相對于公共信號電平G(例如地)，幅度A與B相等，但符號相反。高信號部分有幅度為X的噪聲峰值，而低信號部分期間的噪聲峰值被視為有較小幅度Y(應該理解對于低信號電平也可能有最大的噪聲峰值)。
根據(jù)本發(fā)明，設置限制電平SL以使限制電平和噪聲峰值之間的距離最大。當限制電平設置在公共信號電平G時，噪聲峰值X和限制電平SL之間的距離小于噪聲峰值Y和限制電平之間的距離。結(jié)果，有一個噪聲峰值X越過限制電平的不必要的大概率，導致檢測錯誤。然而，如圖3所示，當限制電平SL以偏移Z設置在公共信號電平G以下時，噪聲峰值X和Y位于相等距離處。在數(shù)學術語中意思是D＝A-X+Z＝B-Y-Z由上式可得出Z＝(B-A)+(X-Y)當信號幅度相等時(A＝B)可得出Z＝(X-Y)換句話說，當信號幅度相等時，偏移Z等于噪聲(峰值)幅度差的一半。在對稱噪聲(X＝Y(jié))情況下，意味著偏移等于0，如前所述。
圖4以框圖形式描繪根據(jù)本發(fā)明用于設置限制電平的設備。設備10包括第一電平移動裝置11和第二電平移動裝置12，它們通過可選的去耦電容并行地連接到輸入端15。輸入端15接收如圖3的具有相對于地的信號分量IN和INQ的信號T。在第二電平移動裝置12中，從信號分量IN和INQ中減去直流電平，以便在進行峰值檢測之前補償噪聲電平中的差。在電平移動后，這些信號分量的幅度分別為IN”＝IN-Vcon和INQ”＝INQ+Vcon。然后電平移動信號分量被傳遞到峰值檢測單元13，該峰值檢測單元13包括第一峰值檢測器17、第二峰值檢測器18和差分放大器19。第一峰值檢測器17檢測補償(高電平)信號IN”中的峰值，而第二峰值檢測器18檢測對應信號INQ”中的峰值。峰值檢測器17、18的輸出信號由差分放大器19接收，以便產(chǎn)生表示噪聲峰值電平中差的噪聲指示信號Vcon。在優(yōu)選實施例中，用低通濾波器14對信號Vcon進行濾波，以便去除任何高頻噪聲。從上面的描述中很清楚，在對稱噪聲的情況下，信號Vcon基本等于0。
噪聲指示信號Vcon傳遞到第一電平移動裝置11和第二電平移動裝置12。在第二電平移動裝置12中，如上所述，該信號用來從輸入信號分量IN和INQ中減去直流電平，所述直流電平等于Vcon。在第一電平移動裝置11中，信號Vcon用來將等于Vcon的直流電平加到輸入信號分量IN和INQ上，使得在輸出端16輸出信號分量IN’和INQ’，其幅度分別為IN’＝IN+Vcon和INQ’＝INQ-Vcon。這是圖3中示出的具有偏移限制電平的信號T。
可以看出，使用噪聲指示信號Vcon的限制電平的調(diào)整是連續(xù)的。當噪聲特性改變時，限制電平也要作相應調(diào)整。甚至噪聲類型的改變(例如從非對稱到對稱)也要考慮進去。被檢測的信號不再用來設置限制電平，因此避免了復合檢測錯誤的可能性。
圖5示出了圖4設備的有利實施例?？扇菀椎刈R別出峰值檢測單元13和低通濾波器14。與圖4相對比，圖5所示的差分放大器產(chǎn)生信號Vcon和反相信號-Vcon，它們都通過濾波器14進行濾波。第一和第二電平移動裝置11和12分別由全部連接到電流源S1的晶體管對T1、T2和T3、T4構(gòu)成。各晶體管對又構(gòu)成差分放大器。信號Vcon和-Vcon使得電流流過各自的晶體管，分別導致對應的電阻R1、R2和R3，R4中電壓的下降(也就是電平移動)。
圖6示出了特別有利的峰值檢測單元13。大多數(shù)峰值檢測器都具有只能檢測大約超過50mV的信號的缺點，這顯然遺漏了檢測不到的小噪聲峰值。圖6的峰值檢測單元通過檢測相對于存在噪聲的信號的RMS(均方根)值的噪聲值來解決這個問題。也就是指，檢測相對噪聲值而不是絕對噪聲值。為此，提供RMS電平檢測器22在25輸出RMS。第一差分放大器23放大信號分量IN與輸入信號T的RMS之差，而第二差分放大器24放大信號分量INQ與RMS之差。然后將這些放大的差饋給峰值檢測器17和18。這樣，即使是小噪聲峰值也能被檢測到。圖6的峰值檢測單元13也可用于與上述限制電平檢測無關地檢測。
圖7示出了峰值檢測單元13的特別有利實施例。晶體管T5、T6和電阻R5以及電容C5、C6一起構(gòu)成圖6的RMS電平檢測器22，在25產(chǎn)生RMS電平值。差分放大器K1和晶體管T7形成圖6的放大器23，而它們的對應部分K2和T8對應于放大器24。一方面晶體管T9和電容C7一起構(gòu)成峰值檢測器17，另一方面晶體管T10和電容C8一起構(gòu)成峰值檢測器18，晶體管對T11、T12形成差分放大器19。噪聲指示信號Vcon、-Vcon(如圖5)出現(xiàn)在終端27、28。
本領域的技術人員應當理解，在不脫離所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍的前提下可作些修改和增加。應該注意本發(fā)明的保護范圍并不局限于上述實施例。權(quán)利要求中的標號均不應解釋為限制了本發(fā)明的保護范圍?！鞍ā币辉~不應排除在權(quán)利要求中提到的以外的其它部分的存在。元件之前的詞“一個”并不排除多個這種元件的存在。形成本發(fā)明部分的裝置既可以以專用硬件形式實現(xiàn)也可以以程序目處理器實現(xiàn)。本發(fā)明存在于各新特征或結(jié)合特征。
權(quán)利要求
1.一種在存在噪聲的二進制信號(T)中設置限制電平(SL)的方法，所述二進制信號具有在第一信號部分期間的第一信號電平(A)和在第二信號部分期間的第二信號電平(B)，所述方法包括如下步驟-開始將所述限制電平(SL)設置在第一信號電平(A)和第二信號電平(B)的中間電平，-通過在第一信號部分期間測量第一噪聲電平(X)而提供噪聲指示(Vcon)，以及-利用所述噪聲指示(Vcon)調(diào)整所述限制電平(SL)，其特征在于-提供噪聲指示(Vcon)的步驟包括在第二信號部分期間測量第二噪聲電平(Y)，-調(diào)整所述限制電平(SL)的步驟包括基本同樣地在第一和第二信號部分期間調(diào)整所述限制電平。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述限制電平(SL)設置在基本等于第一信號電平(A)與第二信號電平(B)幅度之差的一半減去第一噪聲電平(X)與第二噪聲電平(Y)幅度之差的一半。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，測量相應噪聲電平(X，Y)包括檢測在所述二進制信號(T)中的峰值。
4.一種用于在存在噪聲的二進制信號(T)中設置限制電平(SL)的設備(10)，其特征在于-第一電平移動裝置(11)，它耦合在用于接收所述二進制信號(T)的一對輸入端(15)和用于提供已調(diào)整的二進制信號的一對輸出端(16)之間，-第二電平移動裝置(12)，它耦合到所述一對輸入端(15)，-噪聲峰值電平檢測裝置(13)，它耦合到所述第二電平移動裝置(12)，用于接收移動的輸入信號，并產(chǎn)生噪聲指示信號(Vcon)，該噪聲指示信號(Vcon)指示在具有不同信號電平(A，B)的信號部分之間的噪聲電平中的任何差噪聲指示信號(Vcon)，以及-調(diào)整連接(14)，用于將所述噪聲指示信號(Vcon)饋給第一和第二電平移動裝置(11，12)，以便補償噪聲電平中的任何差。
5.如權(quán)利要求4所述的設備，其中，所述噪聲峰值電平檢測裝置(13)包括第一峰值檢測器(17)，用于檢測在所述二進制信號(T)的第一信號電平(A)中的峰值，并提供第一峰值檢測信號；第二峰值電平檢測器(18)，用于檢測在所述二進制信號(T)的第二信號電平(B)中的峰值，并提供第二峰值檢測信號；以及差分放大器，用于放大第一和第二峰值檢測信號的差信號，以便產(chǎn)生所述噪聲指示信號(Vcon)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的設備，其中所述調(diào)整連接(14)包括用于對所述噪聲指示信號(Vcon)進行濾波的低通濾波器(14)。
7.如權(quán)利要求4、5或6所述的設備，其中第一信號移動裝置(11)和/或第二信號移動裝置(12)包括電阻元件(R1；R2；R3；R4)、晶體管(T1；T2；T3；T4)和電流源(SI)的串行連接，所述晶體管的基極耦合以接收所述噪聲指示信號(Vcon)。
8.如權(quán)利要求4到7中的任何一項所述的設備，其中，所述噪聲峰值檢測裝置(13)還包括RMS電平檢測器(22)，用于檢測所述二進制信號(T)的RMS電平；第一差分放大器(23)，用于放大所述二進制信號的第一電平(A)與所述RMS電平之差，以把第一電平補償噪聲信號提供給第一峰值檢測器(17)；第二差分放大器(24)，用于放大所述二進制信號的第二電平(B)與所述RMS電平之差，以產(chǎn)生第二電平補償噪聲信號給第二峰值檢測器(18)。
9.如權(quán)利要求8所述的設備，其中所述RMS電平檢測器(22)包括晶體管(T5；T6)、電阻(R5)和電容(C5)的串行連接。
10.一種用于檢測二進制信號(T)中的噪聲電平的設備(10)包括噪聲峰值電平檢測裝置(13)，用于接收輸入信號并產(chǎn)生噪聲指示信號(Vcon)，其特征在于，所述噪聲峰值檢測裝置(13)包括用于檢測所述二進制信號(T)的RMS電平的RMS電平檢測器(22)；第一差分放大器(23)，用于放大所述二進制信號的第一電平(A)與所述RMS電平之差，以將第一電平補償噪聲信號提供給第一峰值檢測器(17)；第二差分放大器(24)，用于放大所述二進制信號的第二電平(B)與所述RMS電平之差，以產(chǎn)生第二電平補償噪聲信號給第二峰值檢測器(18)。
全文摘要
一種在二進制信號(T)中設置限制電平(SL)的方法包括，測量在兩個信號電平(A，B)的噪聲，并根據(jù)所測量的噪聲電平調(diào)整(Z)限制電平。通過衡量噪聲電平，可以將非對稱噪聲考慮進去。用于設置限制電平的設備(10)包括電平移動裝置和噪聲峰值電平檢測裝置。
文檔編號H03K5/1532GK1672328SQ03818199
公開日2005年9月21日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月31日
發(fā)明者R·J·海納 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司