CN114070692B - 一种twc环线的解调电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种TWC环线的解调电路，包括：选频电路，包括反相单元、分频单元，以及分别与反相单元和分频单元连接的耦合单元，反相单元接收输入信号并进行反相得到反相输入信号；滤波电路，包括两个滤波单元，两个滤波单元的输入端分别连接耦合单元的输出端；第一比较放大电路，包括两个比较放大单元，两个比较放大单元的输入端分别对应连接两个滤波单元的输出端；向量求和电路，输入端分别与两个比较放大单元的输出端连接。与现有技术相比，本发明完全通过硬件电路实现，可靠性高，解码稳定，实用性强，并且无需依赖于FPGA等芯片。
Description
技术领域
本发明涉及铁路通信领域，尤其是涉及一种TWC环线的解调电路。
背景技术
TWC环线向外发送频率范围跨度从9.5kHz到16.5kHz的2FSK信号，频率范围允许有8个载波频率，分别间隔1kHz。要求环线检测设备能检测所有8个频率，分别对应2FSK的fh和fl，频率偏移量在±100Hz。目前对于2FSK信号的解调方法很多，如包络检波法、相干解调法、鉴频法和过零检测法等，并通过硬件与软件加以实现。其应用的电路比较复杂，使用的器件也比较昂贵，如CPLD、FPGA、DSP等芯片，并且对设计人员的专业技能要求很高，需要用到专用的解调工具，VHDL语言、嵌入式、汇编语言等，要求较高，难度较大。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种TWC环线的解调电路，完全通过硬件电路实现，可靠性高，，解码稳定，实用性强，并且无需依赖于FPGA等芯片。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种TWC环线的解调电路，包括：
选频电路，包括反相单元、分频单元，以及分别与反相单元和分频单元连接的耦合单元，所述反相单元接收输入信号并进行反相得到反相输入信号，所述分频单元接收选频信号并分频得到第一分频信号和与第一分频信号周期相同但滞后指定相位的第二分频信号，所述耦合单元接收输入信号、反相输入信号、第一分频信号和与第二分频信号并进行耦合得到第一调制信号和第二调制信号；
滤波电路，包括两个滤波单元，两个滤波单元的输入端分别连接耦合单元的输出端并分别对应接收第一调制信号和第二调制信号，并滤除第一调制信号和第二调制信号中与选频信号频率相差较大的部分；
第一比较放大电路，包括两个比较放大单元，两个比较放大单元的输入端分别对应连接两个滤波单元的输出端，分别接收经过滤波后的第一调制信号和第二调制信号并放大；
向量求和电路，输入端分别与两个比较放大单元的输出端连接，接收经过滤波和放大后的第一调制信号和第二调制信号，并相加得到输出信号。
进一步的，所述反相单元为第一比较器。
进一步的，所述分频单元包括双路触发器和反相器，所述双路触发器的一路的输入端接收选频信号，输出端连接至耦合单元，所述反相器的输入端接收选频信号，输出端连接至双路触发器的第二路的输入端，所述双路触发器的第二路的输出端连接至耦合单元。
进一步的，所述耦合单元为双路CMOS开关。
进一步的，所述滤波单元为低通滤波器。
进一步的，所述第一比较放大电路中的两个比较放大单元分别为第二比较器和第三比较器。
进一步的，所述向量求和电路包括第一有效值转换器、第二有效值转换器和第四比较器，所述第一有效值转换器和第二有效值转换器分别与两个比较放大单元的输出端对对应连接，所述第四比较器连接第一有效值转换器，所述第一有效值转换器连接第二有效值转换器。
进一步的，所述解调电路还包括用于提高抗干扰能力的第二比较放大电路，该第二比较放大电路连接至向量求和电路的输出端。
更进一步的，所述第二比较放大电路为第五比较器。
进一步的，所述指定相位为90度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)完全通过硬件电路实现，可靠性高，，解码稳定，实用性强，并且无需依赖于FPGA等芯片。
2)通过改变选频信号，可以解码9.5KHz至16.5KHz范围内的2FSK信号，集成度高，运用灵活。
3)通过改变外部滤波频率可以改变解码的频率偏移范围
4)电路简洁明了，成熟经典，实用性强，可适用于其他类似的电路场合。。
附图说明
图1为TWC环线解调电路原理方框图；
图2为TWC环线2FSK报文信号例图；
图3为TWC环线2FSK的解调电路各点波形图；
图4为TWC环线2FSK的解调电路图；
其中：1、选频电路，2、滤波电路，3、第一比较放大电路，4、向量求和电路，5、第二比较放大电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种TWC环线的解调电路，如图1图4所示，包括：
选频电路，包括反相单元、分频单元，以及分别与反相单元和分频单元连接的耦合单元，反相单元接收Vi输入信号并进行反相得到反相输入信号Vi180，分频单元接收选频信号2f并分频得到第一分频信号f和与第一分频信号周期相同但滞后指定相位的第二分频信号f’，其中第一分频信号f和第二分频信号f’相差四分之一个周期，耦合单元接收输入信号Vi、反相输入信号Vi180、第一分频信号f和与第二分频信号f’并进行耦合得到第一调制信号和第二调制信号；
反相单元为第一比较器，分频单元包括双路触发器和反相器，双路触发器的一路的输入端接收选频信号2f，输出端连接至耦合单元，反相器的输入端接收选频信号2f，输出端连接至双路触发器的第二路的输入端，双路触发器的第二路的输出端连接至耦合单元。本实施例中，双路触发器为D触发器74HC74，第一比较器采用LM258，反相器采用74HC04，双路CMOS开关采用DG5043，图4中，U9A为双路触发器的第一路，U9B为双路触发器的第二路，U1A为第一比较器，U8为双路CMOS开关，U10A为反相器。
如图4所示，2f信号输入双路触发器的一路时钟3脚，经反相器74HC04后输入到另一路的时钟11脚，双路触发器的2脚和6脚连接，1脚、4脚、10脚、13脚和14脚接电源+5V，7脚接地，5脚和12脚连接后输出给双路CMOS开关DG5043的15脚，9脚接双路CMOS开关DG5043的15脚。Vi连接双路CMOS开关DG5043的4脚和5脚，Vi经第一比较器LM258反相后连接双路CMOS开关DG5043的9脚和16脚，双路CMOS开关DG5043的1脚和3脚连接后作为输出1，6脚和8脚连接后作为输出2，11脚和14接正电源(+12V)和负电源(-12V)，13脚接地。
滤波电路，包括两个滤波单元，两个滤波单元的输入端分别连接耦合单元的输出端并分别对应接收第一调制信号和第二调制信号，并滤除第一调制信号和第二调制信号中与选频信号频率相差较大的部分，滤波单元为低通滤波器，具体采用LTC1063芯片，图4中，U6和U7为低通滤波器，如图4所示，两个芯片的接法相同，1脚接双路CMOS开关输出信号，2脚和8脚接地，6脚接正电源+5V，3脚接负电源-5V，5脚接时钟输入频率，7脚为输出端。
第一比较放大电路，包括两个比较放大单元，两个比较放大单元的输入端分别对应连接两个滤波单元的输出端，分别接收经过滤波后的第一调制信号和第二调制信号并放大，第一比较放大电路中的两个比较放大单元分别为第二比较器和第三比较器。本实施例中，第二比较器和第三比较器均采用LM258，具体的，可以是同一个LM258的两路，即图4中的U4，U4A是第一路，U4B为第二路，其中U4A的2脚和U4B的6脚连接低通滤波的两路路输出，U4A的3脚和U4B的5脚通过一个0欧姆电阻接地，U4A的4脚接正电源+12V，U4B的8脚接负电源-12V，U4A的1脚和U4B的7脚为输出端。
向量求和电路，输入端分别与两个比较放大单元的输出端连接，接收经过滤波和放大后的第一调制信号和第二调制信号，并相加得到输出信号，向量求和电路包括第一有效值转换器、第二有效值转换器和第四比较器，第一有效值转换器和第二有效值转换器分别与两个比较放大单元的输出端对对应连接，第四比较器连接第一有效值转换器，第一有效值转换器连接第二有效值转换器。本实施例中，第一有效值转换器和第二有效值转换器均采用AD637，第四比较器采用LM258，图4中，U1为第一有效值转换器，U2为第二有效值转换器，U3A为第四比较器LM258的一路，具体的，两片AD637的6脚相连并与第二有效值转换器的的9脚连接，两片AD637的11脚和10脚分别接正电源+12V和负电源-12V，13脚接分别接比较电路1的两路输出，输入缓冲1脚和输出偏移4脚接到内部的模拟公共端3脚，一起接地；dB输出7脚、输出缓冲14脚悬空，5脚接正电源+5V，8脚和9脚之间分别接纹波电容C1和C2。第四比较器的3脚通过一个0欧姆电阻接地，第四比较器的1脚和2脚之间接R2和C9，第四比较器的2脚经R1与U1的9脚连接。第二有效值转换器的9脚作为向量求和电路的输出。
解调电路还包括用于提高抗干扰能力的第二比较放大电路，该第二比较放大电路连接至向量求和电路的输出端，第二比较放大电路为第五比较器，本实施例中，第五比较器采用OP07的1路，即图4中的U7，OP07的7脚接正电源+12V，4脚接地，3脚接到分压电阻R3和R4之间，7脚接向量求和电路的输出端，1脚接上拉电阻R5，上拉电压为+5V。
如图2所示为TWC环线2FSK报文信号例图。
选频电路包括两个输入信号Vi(2FSK)和选频信号2f，Vi信号经U1A生成一个反相信号Vi180，Vi和Vi180分别作为U8的常闭输入和常开输入。2f信号经双路触发器2分频，生成两个信号f和f’，其中f’滞后f信号T/4周期，f和f’经U8与Vi和Vi180耦合，使得2FSK的高频fh和低频fl都与f进行了幅度调制(ASK)，生成了2路调制信号，分别是Va1和Va2，如图3所示。
之后，滤波电路分别对Va1和Va2滤波，滤波截止频率本次选择10KHz，即滤除100Hz以上频率，当fh和fl与f差值在100Hz以上，都会别滤波掉，当fh的值与f接近时，表示选频为fh，fl部分被过滤。反之，fl的值与f接近时，fh部分信号被过滤。两片LTC1063低通滤波器输出频率相同相位差90度的两路信号。
第一比较放大电路将低通滤波输出的2路信号放大，其中R7和R9为反馈电阻，C5和C6为高频滤波电容，R7与R6的比值决定通道1的放大倍数，R9与R8的比值决定通道2的放大倍数。
向量求和电路的作用是将放大后的两个通道信号进行向量求和，由于通道1和通道2频率相同，相位相差90度，通道1的输出为经同比例反相放大为输出至通道2的AD637的8脚，8脚为AD637的内部比较器的反相端，所以通道1输入增加了通道2的输出，求和输出电压为通道1与通道2的有效值之和Vc。
比较放大电路2的作用是减少干扰影响，设置向量求和的输入阈值，只有电压大于50mV时，输出Vo为低电平，否则Vo输出为高电平。
Claims (8)
1.一种TWC环线的解调电路，其特征在于，包括：
选频电路，包括反相单元、分频单元，以及分别与反相单元和分频单元连接的耦合单元，所述反相单元接收输入信号并进行反相得到反相输入信号，所述分频单元接收选频信号并分频得到第一分频信号和与第一分频信号周期相同但滞后指定相位的第二分频信号，所述耦合单元接收输入信号、反相输入信号、第一分频信号和与第二分频信号并进行耦合得到第一调制信号和第二调制信号；
滤波电路，包括两个滤波单元，两个滤波单元的输入端分别连接耦合单元的输出端并分别对应接收第一调制信号和第二调制信号，并滤除第一调制信号和第二调制信号中与选频信号频率相差较大的部分；
第一比较放大电路，包括两个比较放大单元，两个比较放大单元的输入端分别对应连接两个滤波单元的输出端，分别接收经过滤波后的第一调制信号和第二调制信号并放大；
向量求和电路，输入端分别与两个比较放大单元的输出端连接，接收经过滤波和放大后的第一调制信号和第二调制信号，并相加得到输出信号；
所述分频单元包括双路触发器和反相器，所述双路触发器的一路的输入端接收选频信号，输出端连接至耦合单元，所述反相器的输入端接收选频信号，输出端连接至双路触发器的第二路的输入端，所述双路触发器的第二路的输出端连接至耦合单元；
所述向量求和电路包括第一有效值转换器、第二有效值转换器和第四比较器，所述第一有效值转换器和第二有效值转换器分别与两个比较放大单元的输出端对对应连接，所述第四比较器连接第一有效值转换器，所述第一有效值转换器连接第二有效值转换器。
2.根据权利要求1所述的一种TWC环线的解调电路，其特征在于，所述反相单元为第一比较器。
3.根据权利要求1所述的一种TWC环线的解调电路，其特征在于，所述耦合单元为双路CMOS开关。
4.根据权利要求1所述的一种TWC环线的解调电路，其特征在于，所述滤波单元为低通滤波器。
5.根据权利要求1所述的一种TWC环线的解调电路，其特征在于，所述第一比较放大电路中的两个比较放大单元分别为第二比较器和第三比较器。
6.根据权利要求1所述的一种TWC环线的解调电路，其特征在于，所述解调电路还包括用于提高抗干扰能力的第二比较放大电路，该第二比较放大电路连接至向量求和电路的输出端。
7.根据权利要求6所述的一种TWC环线的解调电路，其特征在于，所述第二比较放大电路为第五比较器。
8.根据权利要求1所述的一种TWC环线的解调电路，其特征在于，所述指定相位为90度。
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