红外收发机和信号收发方法

本发明涉及发送和接收信号的装置及方法、接收信号的装置及 方法，以及发送信号的装置及方法，具体涉及适用于利用红外线发 送和接收数据的红外收发系统的收发方法、接收机及接收方法、以 及发送机及发送方法。

习知双向通信技术用于在两个通信装置之间双向通信。这种双 向通信交换的数据量极大，因此希望有更高速的通信。即使在这种 情况下，仍然希望维持功率消耗尽可能低地进行发送与接收数据。

一种类型的双向数据通信系统为红外收发系统，其利用红外线 发送与接收数据。如图1所示，这种红外收发系统的红外收发机包 括组成控制装置的微计算机102、由微计算机102控制的红外收发模 件103以及分别作为光发射器和光接收器的LED(发光二极管)104和 PD(光电二极管)105。

此外，上述微计算机102进一步包括：CPU芯111，其控制多 个方块；UART(通用非同步接收机/发送机)112，构成数据发送机/接 收机，用于发送和接收数据来去于红外收发模件103；以及PIO(并 联I/O)113，用以发送控制指令至红外收发模件103，它们都连接到 数据总线114上。

此外，红外收发模件103进一步包括放大器121，其为上述LED 104的驱动器；和接收电路(接收机)122，其构成接收来自上述PD 105 的信号的接收机。

此处，如图2所示，接收电路122进一步包括：I/V放大器123， 用以放大来自PD 105的光信号；滤波器124，对I/V放大器123的 输出信号进行滤波；检测器125，检测由滤波器124输出的信号；以 及比较器126，比较由检测器125输出的信号与一预定参考值(“比 较器电平”)，且提供脉冲形状的输出。

在如此构成的接收电路122中，根据PD 105接收的信号，在各 方块中信号的波形可变成如图3A至图3C所示的波形。图3A所示 的信号波形为I/V放大器123输出的信号波形(图2所示信号a)，图3B 所示的信号波形为检测器125输出的信号波形(图2所示信号b)，图 3C所示的信号波形为比较器126输出的信号波形(图2所示信号c)。

在微计算机102控制下，红外收发机101在发送数据时执行通 讯协议的产生、格式化和并联/串联转换，在接收数据时执行串联/并 联转换和数据分析。

此外，红外收发模件103在发送期间驱动LED 104，在接收时 放大来自PD 105的信号并使其脉冲成形。须注意，在微计算机102 中，PIO 113使用RX/TX控制指令在发送模式与接收模式之间切换 红外收发模件103，还使用待机(STB)指令来设定其在通信“停止” 模式。

过去因微计算机102用CMOS方法制造，电流消耗是通过缩小 器件尺寸和降低电压来减少的。但因通常红外收发模件103为模拟 电路，在LED 104驱动过程中和PD 105接收过程中需要恒定电流， 故难以降低电流消耗。

其它方面还有下列问题，其中，涉及接收电路122各方块的信 号波形。要说明的是，如图3A所示的案例中，PD 105接收例如大(即 宽)脉冲宽度(低频)或小(即窄)脉冲宽度(高频)的红外脉冲。

举例说，对大脉冲宽度(低频)信号而言，虽然出现响应检测器125 的边缘延迟(钝化)，但脉冲宽度是大或宽的，故脉冲可持续至检测器 125的响应变稳定为止，即脉冲的尾缘不再出现为止。因此，如图3B 所示，检测到的信号b升高至比较器电平L。于是，在比较器126中， 如图3C所示，可稳定获得对应于接收信号的稳定成形的脉冲信号c。

但对小脉冲宽度(高频)信号而言，下一脉冲边缘出现在检测器125 中的响应稳定之前，因此如图3B所示，即使检测到的信号b升高， 其电平仍不能达到比较器电平L，因此比较器126无法使其形成脉 冲。

可提高接收电路122的响应度以从具有小脉冲宽度的红外线脉 冲获得成形的脉冲。例如可考虑增加接收电路122的响应度，这可 用增加I/V放大器123和比较器126等的偏流实现，或减小滤波器124 和检测器125的时间常数实现。但若采用这类改良方法，将导致工 作电流增加的问题。红外收发模件103通信速度增高须与降低电流 消耗之间进行折衷。

此外，特别是在接收电路122侧，通常需要有接收待机状态， 因此欲降低整个装置的功率消耗，倾向于限制通信速度的增高，这 是不利的。

鉴于这些方面，本发明的目的在于消除上述缺点和提供收发装 置和方法、接收装置和方法、发送装置和方法，它们在降低电流消 耗的同时也能高速通信和接收数据。

根据本发明的收发机包括：发送装置，其在发送开始时发送第 二信号形式的信号，该信号具有比第一信号形式的信号更低的脉冲 速率，并在第一信号形式的信号之前发送；以及接收装置，其当接 收第二信号形式的信号时，通过将模式从第一接收模式切换到第二 接收模式而接收第一信号形式的信号，第二接收模式具有比第一接 收模式更高的接收速率。

此外，根据本发明的收发机在第一信号形式的信号发送结束时， 发送包括一结束信号的第一信号形式的信号，以指示第一信号形式 信号的结束；以及在接收到结束信号时，接收装置切换到第一接收 模式。

另外，在本发明的收发机中，接收装置在第一接收模式的电流 消耗设定为小于该接收装置在第二接收模式的电流消耗。

根据本发明的收发机进一步包括：一发送装置，其选择性地成 对发送多个具有不同脉冲速率的信息信号，和分别对应于该多个信 息信号的多个引导信号，此多个引导信号在发送信息信号之前发送； 以及一接收装置，其响应接收到的各引导信号，将其模式从接收待 机模式切换到接收模式，该接收模式对应于引导信号的成对信息信 号的脉冲速率，并接收该信息信号。

为了解决前述问题，根据本发明的收发方法包括：发送步骤， 其中在发送开始时，发送第二信号形式的信号，该信号具有比第一 信号形式的信号更低的脉冲速率，并在第一信号形式的信号之前发 送；以及接收步骤，其中在接收第二信号形式的信号时，将模式从 第一接收模式切换到第二接收模式而接收第一信号形式的信号，第 二接收模式具有比第一接收模式更高的接收速率。

在该收发方法中，第二信号形式的信号在发送步骤中在第一信 号形式的信号之前发送，以及第二信号形式的信号在接收步骤中被 接收，从而进行由第一接收模式到第二接收模式的切换，以便接收 第一信号形式的信号。

该接收方法使接收信号的接收装置只在接收第一信号形式的信 号时设定其模式为具有高接收速率的第二接收模式。

此外，为了解决前述问题，根据本发明的接收机包括：接收装 置，其通过在第一接收模式与第二接收模式之间切换而接收信号， 第二接收模式具有比第一接收模式更高的接收速率；以及控制装置， 其当接收第二信号形式的信号时，控制接收装置从第一接收模式到 第二接收模式的切换，并使第一信号形式的信号开始接收。

在具有这种配置的接收机中，当接收第二信号形式的信号时， 控制装置控制接收装置从第一接收模式切换到具有比第一接收模式 更高接收速率的第二接收模式，并使第一信号形式的信号开始接收。

于是，只在接收第一信号形式的信号时，接收机才调整在具有 高接收速率的第二接收模式。

此外，在本发明的接收方法中，当接收第二信号形式的信号时， 模式从第一接收模式切换到具有比第一接收模式更高接收速率的第 二接收模式而接收第一信号形式的信号。

此信号接收方法使接收机只在接收第一信号形式的信号时，才 调整在具有高接收速率的第二接收模式。

此外，为了解决前述问题，根据本发明的发送机包括：发送装 置，用于发送信号；以及发送控制装置，用于控制发送装置，以在 开始发送时，在第一信号形式的信号之前发送一个第二信号形式的 信号，该信号具有比第一信号形式的信号更低的脉冲速率。

在具有上述配置的本发明的发送机中，发送控制装置控制发送 信号的发送装置，使其在发送开始时，在第一信号形式的信号之前 发送第二信号形式的信号，该信号具有比第一信号形式的信号更低 的脉冲速率。

此发送机使接收机侧只在接收第一信号形式的信号时才调整在 具有高接收速率的第二接收模式。

在本发明的发送方法中，为了解决前述问题，在发送开始时， 在第一信号形式的信号之前发送具有脉冲速率比第一信号形式的信 号更低的第二信号形式的信号。

本发明的方法使接收机侧只在接收第一信号形式的信号时才调 整在具有高接收速率的第二接收模式。

图1为方块图，示出习知的红外收发机的配置；

图2为方块图，示出具有红外收发机的红外收发模件的接收机 电路配置；

图3A-3C为上述收发机电路各方块的信号波形图；

图4为方块图，示出本发明一实施例的红外收发机的配置；

图5示出使用前述红外收发机的红外收发系统接收侧采用的数 据通讯协议；

图6示出在前述红外收发机中由CPU向红外收发模件发送的模 式控制指令；和

图7为流程图，示出前述红外收发机由低速接收模式变为高速 接收模式的变化过程。

以下参照附图对本发明的实施例进行详细说明。本实施例示出 本发明的接收机用于红外收发机中，其在红外收发系统中用红外线 发送和接收数据。

红外收发机配置成可接收第一信号形式的信号和具有比第一信 号形式的信号更低的脉冲速率(亦即较低频率)的第二信号形式的信 号，且该第二信号形式的信号在第一信号形式的信号之前发送。

具体如图4所示，红外收发机1包括红外收发模件2，其为在第 一接收模式(低速接收模式)与第二接收模式(具有比第一接收模式更 高接收速率的接收模式)之间切换而接收信号的接收装置，和一微计 算机3，其为控制装置，当接收到第二信号形式的信号时控制红外收 发模件2由第一接收模式切换到第二接收模式，用以启动第一信号 形式的信号的接收。此外，这种红外收发机1包含LED(发光二极管)4 作为红外光发射器，以及PD(光电二极管)5作为红外光接收器。

此处，作为红外收发系统的通讯协议(脉冲序列)的第一和第二信 号形式的信号具有例如图5所示的形式。

如图5所示，第一信号形式的信号由具有高脉冲速率(亦即小脉 冲宽度或高频)的信号TD组成，而第二信号形式的信号由具有低脉 冲速率(亦即大脉冲宽度或低频)的信号TG组成。此外，信号TA位 于信号TD与信号TG之间。

此处，上述信号TD由多种用于红外收发机1的信息组成。具 体说，信号TD由信号TD1和信号TD2组成，信号TD1可以是数据 分析所需的数据，而信号TD2是指示第一信号形式的信号中信号TD 结束的结束信号。

此外，上述信号TG为脉冲序列，其在上述信号TD之前发送， 或所谓作为标头信息的引导脉冲。

此外，上述信号TA周期长度足够由低速接收模式切换到高速 接收模式的操作。

这种形式信号的发送具有这种特点，即第二信号形式的信号TG 在第一信号形式的信号TD之前发送，信号TA的发送使其位于信号 TG与信号TD之间。

以下说明组成此红外收发机1的多个方块。

再参照图4，红外收发模件2组成一单元，该单元驱动LED 4， 且进行信号处理以放大来自PD 5的信号。红外收发模件2包括一放 大器21和一接收电路(接收机)22。红外收发模件2例如可构成为模 拟电路。

放大器21为一种单元，它放大输出至LED 4的信号。放大器21 放大由微计算机3的UART 12输入的信号，且基于该信号驱动LED 4。具体说，红外收发模件2只有在接收到微计算机3发送的脉冲时 才利用放大器21使LED 4发光。发光例如需要数毫安至数十毫安的 电流。

接收电路22为一种单元，它输入PD 5接收的光信号。接收电 路22可具有类似图1和图2所示接收电路122的结构。具体说，它 包括：I/V放大器123，用以放大来自PD 5的光信号；滤波器124， 用以对I/V放大器的输出信号进行滤波；检测器125，用以检测由滤 波器输出的信号；和比较器126，用以比较由检测器输出的信号相对 于参考值(“比较器电平”)的大小，且只有在光信号大小超过参考值 期间提供逻辑值1的输出，而所有其它时间提供逻辑值0的输出。

这些组成部件组成的红外收发模件2基于来自微计算机3的控 制信号而组成为可切换到发送数据的发送模式、接收数据的接收模 式、和完全未使用通信功能时的待机模式之一上。此外，在接收模 式中，红外收发模件2具有低速接收模式，用于以低速接收数据， 以及高速接收模式，用于以高速接收数据。应注意，在本实施例中， 采用了半双工发送模式，其中在某一时刻仅能进行发送或接收(二者 不能同时执行)。

此处，高速接收模式为接收具有小脉冲宽度的第一信号形式信 号(信号TD)的接收模式。低速接收模式为接收具有大脉冲宽度的第 二信号形式信号(信号TG(引导脉冲))的接收模式，亦即所谓的接收待 机模式，其中电流消耗量设定为比高速接收模式低。

在低速接收模式中，红外收发模件2处于待机状态，等候引导 脉冲TG的输入，而其电路工作使用必需的最小偏压电流等，换言之， 其电路工作可压抑电流消耗量。

红外收发模件2由来自微计算机3的各种控制信息控制，且基 于该控制切换到发送模式、低速接收模式和高速接收模式、以及待 机模式。具体说，微计算机3利用发送/接收控制指令(RX/TX)在发送 与接收模式之间切换红外收发模件2，利用待机控制指令(STB)来调 整红外收发模件2到待机模式，及利用模式控制指令(MODE)在接收 模式的低速接收模式与高速接收模式之间切换红外收发模件2。

如此控制红外收发模件2的微计算机3包括：CPU芯11，UART(通 用非同步接收机/发送机)12和PIO(并联I/O)13，它们都连接至数据 总线14。微计算机3用CMOS方法制造，且制成为所谓单片微计算 机。

上述UART 12组成为方块，用以接收及发送数据来往于红外收 发模件2。

上述PIO 13为并联I/O，其发送各种控制指令至红外收发模件2。 PIO 13组成控制上述红外收发模件2指令的接口。

上述CPU芯11组成为使其具有控制功能，用于控制各个方块。 如前述，CPU芯11利用多种指令来控制红外收发模件2，且具有多 种功能用以在发送模式与接收模式之间切换，在接收模式的低速接 收模式与高速接收模式之间切换，以及将模式切换为待机模式。通 过PIO 13，CPU芯11用发送/接收控制指令RX/TX、待机控制指令 STB和模式控制指令MODE控制红外收发模件2的各种模式。

应注意，多种控制指令例如可由两位形成。在本例中，控制指 令可配置在图6所示的真值表中，例如待机模式具有值“00”，低 速接收模式具有值“01”，高速接收模式为“10”，发送模式为“11”。 因此，无须使用3位来各指示一种功能等于1的位而仅使用2位信 息进行模式控制。

图7具体示出CPU芯11接收数据时进行的一系列处理步骤的 例子。

首先，在步骤S1，CPU芯11检测模式是否处于待机模式，其 中没有使用任何通信功能。若证实为待机模式，则CPU芯11发送控 制指令STB给红外收发模件2，停止其全部电路的工作而结束处理 过程。若“否”(处于正常模式)，则CPU芯11进至步骤S2。

在步骤S2，CPU芯11判定模式是发送模式还是接收模式。为 发送(TX)模式时，其发送发送控制指令TX给红外收发模件2，且在 步骤S3开始发送过程。

若在步骤S2判定模式为接收(RX)模式，则在步骤S4中CPU芯 11用模式控制指令MODE来设定红外收发模件2为低速接收模式。 由此将红外收发模件2调整为可接收信号TG的状态。

有关信号TG的接收，在随后的步骤S5中，CPU芯11判定是 否检测到信号TG、此处，CPU芯11等待引导脉中(信号TG)的输入。

当证实信号TG输入时，CPU芯11的处理进至步骤S6，CPU 芯11用模式控制指令MODE来设定红外收发模件2到其高速接收模 式。唯有如此红外收发模件2才增加电流消耗量，以及接收由高速 脉冲(信号TD)组成的数据。判定由低速接收模式切换至高速接收模 式工作所需时间操控在信号TA的长度之内。

在高速接收模式中，CPU芯11在随后的步骤S7中等候信号TD1 的输出。当证实信号TD1输入时，在步骤S8中CPU芯11对信号TD1 组成的数据进行数据分析。在数据分析时，对收到的信号TD1组成 的数据进行数据处理。

在随后的步骤S9中，当检测到结束信号TD2时，CPU芯11被 触发而返回本程序的第一步骤，换言之，返回步骤S1。

如上述配置的红外收发机1执行数据接收和发送过程。此外， 红外收发机1通过在数据接收模式的低速接收模式与高速接收模式 之间的切换进行数据接收。具体说，红外收发机1除非在接收模式 时接收信号TD，否则经常调整在低速接收模式的接收待机状态。

过去，在习知红外收发机中，微计算机由CMOS方法制造的数 字电路形成，故其电流消耗极低。此外，随着工艺过程中电路图案 变得更微小且需要的电压降低，使功率消耗变得更低。但红外收发 模件是由模拟电路形成，典型为用双极工艺制造，故其电流消耗量 相当大，无法在CMOS方法的进展中获益。此外，因模件连接至LED 和PD，须满足特定规格，故难以降低电流。

但即使在这类红外收发模件中，由于仅在发送侧驱动LED的驱 动器为模拟电路，故电流仅在LED发光时间流动，其它时间并无电 流流动。当LED发光时，须流过数毫安至数十毫安电流，但这种电 流流动的实际时间只在接收到来自微计算机的发送脉冲时，故可防 止总功率消耗量加大。

然而在接收侧的接收电路中，恒定的偏置电流或基极电流连续 流过全部电路而与是否接收到有效脉冲无关。特别是，即使实际并 未接收到有效脉冲，但在接收待机状态仍然消耗恒定的电流。

另一方面，当通信系统为半双工系统时，其中在某一时刻或进 行发送或进行接收，则可利用来自微计算机的发送/接收控制指令 RX/TX停止发送和接收电路之一；或若完全未使用通信功能，则可 用来自微计算机的待机控制指令STB中止红外收发模件的全部电 路。因装置设定在通信模式时的大多数时间是调整在接收待机状态， 因此接收电路的电流消耗降低到整个系统功率消耗的最低值。此外， 因提高发送速率需要高速脉冲响应，因此会出现接收电路的恒定电 流变大的问题。

采用前述配置，本发明的红外收发机1可解决全部问题。在接 收待机状态将收发调整到低速接收模式，从而使整个系统电流消耗 量变小，而在接收到引导脉冲TG后立刻切换到高速接收模式，故可 调整到以高速接收数据的状态。如此可达到高的信号发送速度。

由于红外收发机1除了切换通信模式“通/断”和“发送/接收” 的控制外，也具有接收期间的高速/低速控制，因此在接收待机模式 期间电流消耗量大减，故可减少有红外通信功能的整个系统的功率 消耗，从而达到延长电池寿命。

应注意，在图7所示的处理中，各判定步骤的处理无须以预定 的处理顺序进行，而可以基于间断信号的优选顺序进行。

此外，虽然在实施例中叙述到使用引导脉冲(信号TG)和数据(信 号TD)的两级切换，但本发明的构思甚至也可用于采用三级或三级以 上切换方案的情况，这些级对应于多个系统，其中发送速率对多个 不同引导脉冲和多个不同类型数据是不同的。在本例中，红外收发 机1接收对应于多个独立信号TD中每一个的信号TD，而微计算机 3依据信号TG的形式将接收速率适当切换在高速接收模式，然后进 行随后发送的信号TD的接收。

此外，根据预定的通讯协议，发送信号至红外收发机1的红外 发送机侧的组成包括：发送装置，用于发送信号；发送控制装置， 用于控制发送装置，以在发送开始时发送第二信号形式的信号，其 脉冲速率比第一信号形式的信号低，且在第一信号形式的信号之前 发送。在红外收发机中，发送控制装置控制发送信号的发送装置， 以在发送开始时发送前述信号TG，信号TG为第二信号形式的信号， 其具有脉冲速率低于第一信号形式的信号TD，且在该信号TD之前 发送。

如此，红外收发机可发送图5所示的用作通讯协议的信号。此 处，通信控制装置构成为有微计算机的一种功能，其控制红外收发 机的各方块，而发送装置设有驱动装置，其驱动LED，且由发送处 理方块组成，该方块发送信号至红外收发机1。

本发明的收发方法具有一个发送步骤，在发送开始时，脉冲速 率比第一信号形式信号更低的第二信号形式的信号在第一信号形式 的信号之前发送；还具有一个接收步骤，当接收到第二信号形式的 信号时，模式由第一接收模式切换到第二接收模式，其接收速率比 第一接收模式高，且接收第一信号形式的信号。因此，第二信号形 式的信号在发送步骤中是在第一信号形式的信号发送之前发送的， 而第二信号形式的信号在接收步骤中接收，因此能进行由第一接收 模式到第二接收模式的切换，以接收第一信号形式的信号。

由本发明的收发方法，接收信号的接收装置只在接收第一信号 形式的信号时才设定在具有高接收速率的第二接收模式。

如此，接收机可进行高速通信，同时也降低了数据接收时的电 流消耗。

本发明的接收机包括一个接收装置，其通过在第一接收模式与 有比第一接收模式更高接收速率的第二接收模式之间的切换而接收 信号；还包括一个控制装置，其当收到第二信号形式的信号时，可 控制接收装置由第一接收模式切换到第二接收模式，且开始接收第 一信号形式的信号。因此当收到第二信号形式的信号时，控制装置 可使用模式切换信号而在第一接收模式与有比第一接收模式更高接 收速率的第二接收模式之间切换，从而控制接收装置由第一接收模 式切换到第二接收模式，且开始接收第一信号形式的信号。

如此，接收机只在接收第一信号形式的信号时才调整至具有高 接收速率的第二接收模式，从而在接收机进行高速通信的同时可减 少数据接收时的功率消耗。

在本发明的接收方法中，当收到第二信号形式的信号时，模式 由第一接收模式切换到有比第一接收模式更高接收速率的第二接收 模式，并接收第一信号形式的信号。因此，接收只在接收第一信号 形式的信号时才调整至具有高接收速率的第二接收模式，如此，接 收机可进行高速通信，同时也减少了接收数据时的功率消耗。

本发明的发送机包括一个发送装置，用于发送信号，以及一个 发送控制装置，用于控制发送装置，从而在发送开始时发送具有比 第一信号形式信号更低脉冲速率的第二信号形式的信号，且在第一 信号形式的信号之前发送，如此，发送控制装置控制发送装置发送 信号，从而在发送开始时，可发送第二信号形式的信号，该信号具 有比第一信号形式信号更低的脉冲速率，且在第一信号形式的信号 之前发送。

发送机许可接收机侧只在接收到第一信号形式的信号时才调整 至具有高接收速率的第二接收模式。因此，接收机可进行高速通信， 同时也降低了数据接收时的功率消耗。

本发明的发送方法中，在发送开始时，借助发送具有脉冲速率 比第一信号形式信号更低且在第一信号形式的信号之前发送的第二 信号形式的信号，接收机侧只在收到第一信号形式的信号时，才调 整至具有高接收速率的第二接收模式。由此，接收机可进行高速通 信，同时也降低了数据接收时的电流消耗。