专利名称：在二进制信号中设置限制电平的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在二进制信号中设置限制电平的方法和设备。
二进制信号的两个信号电平通常是指“高”和“低”电平，分别是逻辑“1”和逻辑“0”。“高”电平对应于例如+5V的信号电平，而“低”电平对应于例如-5V或地的信号电平。当恢复发送的二进制信号时，必须判定哪个信号部分是高哪个是低。所以，通常将阈值近似地设置在高信号电平和低信号电平的中间。任何超过阈值或“限制电平”的信号电平都被认为是高电平，其他信号电平被归类为低电平。
在有噪声的情况下可能会引进错误。存在于低电平信号部分的噪声峰值会超过限制电平，使得不正确地导致检测到高电平。现有技术只提供了此问题的部分解决方案。
US-A-4,707,740公开了用于恢复来自视频信号的同步信号的同步检测器。在视频信号的低电平(“同步脉冲顶部”)部分期间，调整限制电平信号。所以，在低电平信号部分期间，噪声检测器提供了表示平均噪声的输出。该噪声检测器输出用来在低电平信号部分期间产生正限制电平偏移，在高电平信号部分期间产生同样幅度的负偏移。
现有技术解决方案有几个缺点。限制电平调整是不连续的，因此混合有任何检测错误。另外，只是在低电平信号部分才能基于噪声电平进行调整。随着噪声电平的升高，限制电平也不加选择地向高信号电平增加，甚至会达到高信号电平，这显然是不合乎要求的。而且，相同幅度的正负偏移是假定对称的噪声分布，即，在高电平信号和低电平信号中噪声峰值具有(平均起来)相同的幅度。然而，在许多应用中噪声是非对称分布的，一个信号电平中的噪声峰值(平均起来)与另一个信号电平中噪声峰值具有不同的幅度。光通信线路就是这样一个应用例子。
因此本发明的一个目的就是，解决现有技术的问题，并提供用于在二进制信号中设置限制电平的方法，其将低电平和高电平信号部分的噪声电平都考虑进去了。
本发明的另一个目的是，提供用于在二进制信号中设置限制电平的方法，其能适当的处理非对称噪声分布。
本发明还又一个目的就是，提供用于实现本发明方法的设备，以及给该设备提供的接收器。
本发明由独立权利要求定义。从属权利要求定义有利的实施例。
通过在第二信号部分和第一信号部分期间测量噪声电平，有可能当调整限制电平时将两个噪声电平都考虑进去，由此得到更加平衡的调整。通过在第一和第二信号部分中应用连续的限制电平调整，避免了任何不正确的间断调整的不利影响。
在优选实施例中，限制电平的值设置在基本等于第一信号电平与第二信号电平的幅度之差的一半减去第一噪声电平与第二噪声电平幅度之差的一半。即，开始最好将限制电平设置在信号电平之间的一半，调整等于噪声电平中差的一半。显然，如果信号电平幅度相等但符号相反，那么它们的差将等于0。同样，如果噪声电平幅度相等，则不作调整。然而，如果噪声电平幅度不等(非对称噪声)，那么限制电平将作相应调整，使检测错误较少。
测量相应的噪声电平最好包括在二进制信号中检测峰值。通过使用峰值检测，可以容易地得到较好的噪声电平指示。
本发明也提供了用于在二进制信号中检测噪声电平的设备，包括噪声峰值电平检测装置，用于接收输入信号并产生噪声指示信号，其特征在于，噪声峰值电平检测装置包括RMS电平检测器，用于检测二进制信号的RMS电平；第一差分放大器，用于放大二进制信号的第一电平与RMS电平之差，以将第一电平补偿噪声信号提供给第一峰值检测器；第二差分放大器，用于放大二进制信号的第二电平与RMS电平之差，以产生第二电平补偿噪声信号给第二峰值检测器。这种噪声电平检测器具有可以检测现有技术噪声检测器通常无法检测的非常小的噪声峰值(小于50mV)的优点。
下面参考附图所示的示例性实施例来说明本发明，其中
图1示意性示出了含有对称噪声的二进制信号；图2示意性示出了含有对称噪声的二进制信号；图3更详细地示出了图2的信号；图4示意性示出了根据本发明用于设置限制电平的设备；图5示意性示出了图4设备的实施例；图6示意性示出了根据本发明的峰值检测装置；以及图7示意性示出了图6设备的实施例。
图1所示二进制信号T有两个信号电平，一个表示逻辑“1”另一个表示逻辑“0”。两个信号电平被噪声破坏到类似程度。在接收此信号时必须判定发送的是哪个信号电平。因此，将阈值或限制电平SL设置在近似平均正信号电平与平均负信号电平之间的一半，如图1所示。逻辑值“1”(或信号电平“高”)分配给超过限制电平SL的那些信号部分，而逻辑值“0”(或信号电平“低”)分配给剩余的信号部分。虚线示出了所得到的波形，称之为被检测信号。
将限制电平设置在平均正信号电平与平均负信号电平之间的一半(相应于图1的信号电平“地”)，使得由越过限制电平的噪声峰值所引起(检测)的错误的数量最少。这样，得到了限制电平和噪声峰值之间的最大距离，这里假定两个信号电平的噪声峰值具有大致相同的幅度。然而，在图2的信号T中，高信号周期期间的噪声峰值比低信号周期期间的噪声峰值具有更大的幅度。根据本发明，现在调整限制电平SL以保持限制电平和噪声峰值之间的最大距离，使得检测错误较少。如图2所示，在特殊情况下，将限制电平SL设置在低于地电平G的电平，这样就由于高信号部分的噪声峰值而降低了检测错误的概率，同时在低信号部分也保持了足够低的检测错误概率。
如图3所示的信号T是图2信号的程式化版本。该信号T具有幅度为A的高(“1”)信号电平和幅度为B的低(“0”)信号电平。通常相对于公共信号电平G(例如地)，幅度A与B相等，但符号相反。高信号部分有幅度为X的噪声峰值，而低信号部分期间的噪声峰值被视为有较小幅度Y(应该理解对于低信号电平也可能有最大的噪声峰值)。
根据本发明，设置限制电平SL以使限制电平和噪声峰值之间的距离最大。当限制电平设置在公共信号电平G时，噪声峰值X和限制电平SL之间的距离小于噪声峰值Y和限制电平之间的距离。结果，有一个噪声峰值X越过限制电平的不必要的大概率，导致检测错误。然而，如图3所示，当限制电平SL以偏移Z设置在公共信号电平G以下时，噪声峰值X和Y位于相等距离处。在数学术语中意思是D＝A-X+Z＝B-Y-Z由上式可得出Z＝(B-A)+(X-Y)当信号幅度相等时(A＝B)可得出Z＝(X-Y)换句话说，当信号幅度相等时，偏移Z等于噪声(峰值)幅度差的一半。在对称噪声(X＝Y)情况下，意味着偏移等于0，如前所述。
图4以框图形式描绘根据本发明用于设置限制电平的设备。设备10包括第一电平移动装置11和第二电平移动装置12，它们通过可选的去耦电容并行地连接到输入端15。输入端15接收如图3的具有相对于地的信号分量IN和INQ的信号T。在第二电平移动装置12中，从信号分量IN和INQ中减去直流电平，以便在进行峰值检测之前补偿噪声电平中的差。在电平移动后，这些信号分量的幅度分别为IN”＝IN-Vcon和INQ”＝INQ+Vcon。然后电平移动信号分量被传递到峰值检测单元13，该峰值检测单元13包括第一峰值检测器17、第二峰值检测器18和差分放大器19。第一峰值检测器17检测补偿(高电平)信号IN”中的峰值，而第二峰值检测器18检测对应信号INQ”中的峰值。峰值检测器17、18的输出信号由差分放大器19接收，以便产生表示噪声峰值电平中差的噪声指示信号Vcon。在优选实施例中，用低通滤波器14对信号Vcon进行滤波，以便去除任何高频噪声。从上面的描述中很清楚，在对称噪声的情况下，信号Vcon基本等于0。
噪声指示信号Vcon传递到第一电平移动装置11和第二电平移动装置12。在第二电平移动装置12中，如上所述，该信号用来从输入信号分量IN和INQ中减去直流电平，所述直流电平等于Vcon。在第一电平移动装置11中，信号Vcon用来将等于Vcon的直流电平加到输入信号分量IN和INQ上，使得在输出端16输出信号分量IN’和INQ’，其幅度分别为IN’＝IN+Vcon和INQ’＝INQ-Vcon。这是图3中示出的具有偏移限制电平的信号T。
可以看出，使用噪声指示信号Vcon的限制电平的调整是连续的。当噪声特性改变时，限制电平也要作相应调整。甚至噪声类型的改变(例如从非对称到对称)也要考虑进去。被检测的信号不再用来设置限制电平，因此避免了复合检测错误的可能性。
图5示出了图4设备的有利实施例。可容易地识别出峰值检测单元13和低通滤波器14。与图4相对比，图5所示的差分放大器产生信号Vcon和反相信号-Vcon，它们都通过滤波器14进行滤波。第一和第二电平移动装置11和12分别由全部连接到电流源S1的晶体管对T1、T2和T3、T4构成。各晶体管对又构成差分放大器。信号Vcon和-Vcon使得电流流过各自的晶体管，分别导致对应的电阻R1、R2和R3，R4中电压的下降(也就是电平移动)。
图6示出了特别有利的峰值检测单元13。大多数峰值检测器都具有只能检测大约超过50mV的信号的缺点，这显然遗漏了检测不到的小噪声峰值。图6的峰值检测单元通过检测相对于存在噪声的信号的RMS(均方根)值的噪声值来解决这个问题。也就是指，检测相对噪声值而不是绝对噪声值。为此，提供RMS电平检测器22在25输出RMS。第一差分放大器23放大信号分量IN与输入信号T的RMS之差，而第二差分放大器24放大信号分量INQ与RMS之差。然后将这些放大的差馈给峰值检测器17和18。这样，即使是小噪声峰值也能被检测到。图6的峰值检测单元13也可用于与上述限制电平检测无关地检测。
图7示出了峰值检测单元13的特别有利实施例。晶体管T5、T6和电阻R5以及电容C5、C6一起构成图6的RMS电平检测器22，在25产生RMS电平值。差分放大器K1和晶体管T7形成图6的放大器23，而它们的对应部分K2和T8对应于放大器24。一方面晶体管T9和电容C7一起构成峰值检测器17，另一方面晶体管T10和电容C8一起构成峰值检测器18，晶体管对T11、T12形成差分放大器19。噪声指示信号Vcon、-Vcon(如图5)出现在终端27、28。
本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所定义的本发明范围的前提下可作些修改和增加。应该注意本发明的保护范围并不局限于上述实施例。权利要求中的标号均不应解释为限制了本发明的保护范围。“包括”一词不应排除在权利要求中提到的以外的其它部分的存在。元件之前的词“一个”并不排除多个这种元件的存在。形成本发明部分的装置既可以以专用硬件形式实现也可以以程序目处理器实现。本发明存在于各新特征或结合特征。
权利要求
1.一种在存在噪声的二进制信号(T)中设置限制电平(SL)的方法，所述二进制信号具有在第一信号部分期间的第一信号电平(A)和在第二信号部分期间的第二信号电平(B)，所述方法包括如下步骤-开始将所述限制电平(SL)设置在第一信号电平(A)和第二信号电平(B)的中间电平，-通过在第一信号部分期间测量第一噪声电平(X)而提供噪声指示(Vcon)，以及-利用所述噪声指示(Vcon)调整所述限制电平(SL)，其特征在于-提供噪声指示(Vcon)的步骤包括在第二信号部分期间测量第二噪声电平(Y)，-调整所述限制电平(SL)的步骤包括基本同样地在第一和第二信号部分期间调整所述限制电平。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述限制电平(SL)设置在基本等于第一信号电平(A)与第二信号电平(B)幅度之差的一半减去第一噪声电平(X)与第二噪声电平(Y)幅度之差的一半。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，测量相应噪声电平(X，Y)包括检测在所述二进制信号(T)中的峰值。
4.一种用于在存在噪声的二进制信号(T)中设置限制电平(SL)的设备(10)，其特征在于-第一电平移动装置(11)，它耦合在用于接收所述二进制信号(T)的一对输入端(15)和用于提供已调整的二进制信号的一对输出端(16)之间，-第二电平移动装置(12)，它耦合到所述一对输入端(15)，-噪声峰值电平检测装置(13)，它耦合到所述第二电平移动装置(12)，用于接收移动的输入信号，并产生噪声指示信号(Vcon)，该噪声指示信号(Vcon)指示在具有不同信号电平(A，B)的信号部分之间的噪声电平中的任何差噪声指示信号(Vcon)，以及-调整连接(14)，用于将所述噪声指示信号(Vcon)馈给第一和第二电平移动装置(11，12)，以便补偿噪声电平中的任何差。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述噪声峰值电平检测装置(13)包括第一峰值检测器(17)，用于检测在所述二进制信号(T)的第一信号电平(A)中的峰值，并提供第一峰值检测信号；第二峰值电平检测器(18)，用于检测在所述二进制信号(T)的第二信号电平(B)中的峰值，并提供第二峰值检测信号；以及差分放大器，用于放大第一和第二峰值检测信号的差信号，以便产生所述噪声指示信号(Vcon)。
6.如权利要求4或5所述的设备，其中所述调整连接(14)包括用于对所述噪声指示信号(Vcon)进行滤波的低通滤波器(14)。
7.如权利要求4、5或6所述的设备，其中第一信号移动装置(11)和/或第二信号移动装置(12)包括电阻元件(R1；R2；R3；R4)、晶体管(T1；T2；T3；T4)和电流源(SI)的串行连接，所述晶体管的基极耦合以接收所述噪声指示信号(Vcon)。
8.如权利要求4到7中的任何一项所述的设备，其中，所述噪声峰值检测装置(13)还包括RMS电平检测器(22)，用于检测所述二进制信号(T)的RMS电平；第一差分放大器(23)，用于放大所述二进制信号的第一电平(A)与所述RMS电平之差，以把第一电平补偿噪声信号提供给第一峰值检测器(17)；第二差分放大器(24)，用于放大所述二进制信号的第二电平(B)与所述RMS电平之差，以产生第二电平补偿噪声信号给第二峰值检测器(18)。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述RMS电平检测器(22)包括晶体管(T5；T6)、电阻(R5)和电容(C5)的串行连接。
10.一种用于检测二进制信号(T)中的噪声电平的设备(10)包括噪声峰值电平检测装置(13)，用于接收输入信号并产生噪声指示信号(Vcon)，其特征在于，所述噪声峰值检测装置(13)包括用于检测所述二进制信号(T)的RMS电平的RMS电平检测器(22)；第一差分放大器(23)，用于放大所述二进制信号的第一电平(A)与所述RMS电平之差，以将第一电平补偿噪声信号提供给第一峰值检测器(17)；第二差分放大器(24)，用于放大所述二进制信号的第二电平(B)与所述RMS电平之差，以产生第二电平补偿噪声信号给第二峰值检测器(18)。
全文摘要
一种在二进制信号(T)中设置限制电平(SL)的方法包括，测量在两个信号电平(A，B)的噪声，并根据所测量的噪声电平调整(Z)限制电平。通过衡量噪声电平，可以将非对称噪声考虑进去。用于设置限制电平的设备(10)包括电平移动装置和噪声峰值电平检测装置。
文档编号H03K5/1532GK1672328SQ03818199
公开日2005年9月21日 申请日期2003年6月27日 优先权日2002年7月31日
发明者R·J·海纳 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司