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对讲机电路原理分析

来源:网络转载日期:2018年06月07日 浏览:1789 关键词:振荡器基带天线
当天线接收到信号后,由于信号非常微弱,需要将信号放大,这就需要LNA(低噪声放大器)。然后通过一个射频段的带通滤波器,这里标注为Image Filter(镜像频率抑制滤波器)


1.当天线接收到信号后,由于信号非常微弱,需要将信号放大,这就需要LNA(低噪声放大器)。然后通过一个射频段的带通滤波器,这里标注为Image Filter(镜像频率抑制滤波器),镜像频率指以载频为中心,与有用信号对称的频率,该频率上的噪声通过混频后会进到中频频率中。


2.通过Image Filter后,信号进入MIXER(混频器)中与LO(本地振荡器)进行混频,并通过一个SAW(表面声波滤波器),只保留中频点的信号,其他频率点的进行衰减。IFAMP(中频放大器)将中频信号恢复并放大后,再次通过第二个混频器将频率降至450K低频,这时信号就容易被基带部分处理。


3.基带部分:FMDET,鉴频器,将调制信号恢复出音频信号,但这时的信号效果很差,需要送到音频处理部分处理一下才能得到较好的音效。这部分包括De-emphasis(去加重),Audio  Filter(音频滤波器),Adder(暂时没搞清楚),Volume(调节音量),SP AMP(扬声器放大器,提供大功率,推动大负载),SPEAKER(扬声器)。


4.发送部分,人的话音被MIC(麦克风)转成电信号,通过Pre-emphasis(预加重)和MIC  AMP后送到Audio Filter中滤波,在通过Limiter(限幅器)整形,之后通过Splatter  Filter(泼溅滤波器)滤掉Limiter产生的谐波。注意,这时是低频信号,信号通过VCO(压控振荡器)后将信号调制到高频,再经过TX Amp(发射机放大器)和PA(功率放大器)后就有足够的能量被发射出去了。

这个结构是传统的超外差(Superheterodyne)结构,该结构特点是有两个中间频率,抑制干扰能力较强,不足之处是由于需要两组中频器件,使得成本较高。


5.MCU(微控制器)控制部分:主要有三个部分,CTCSS信令处理,Call Tone信号(呼叫对方),Key Touch Tone信号(按键)。


CTCSS介绍


 CTCSS是Continuous Tone Control Squelch System(连续语音控制静噪系统)的缩写,频率范围是67Hz - 254Hz,俗称亚音频。它由Motorola发明,注册商标为PL(Private Line, 私人话路的缩写), 目的在于能够让多个人在同一频率上使用Land Mobile(陆基移动终端,如手机,对讲机等)。民用对讲机制造商用Tone代表编码,用Tone Squelch表示编码/解码。


 CTCSS以频率作为编码,这种编码被加到音频信号上一同发射。接收端在接收音频信号以前先解码,送到MCU中,只有收发双方的Tone码相同,又在一个频道上才可以通信,否则静音。这样就可以和指定的人通信而不用受到不相干呼叫的干扰。


 由于CTCSS信号的高频端与音频的地频端接近,因此如果没有专门的Tone Filter的话,人还是可以听的出来,不过大部分人都把它误当作电源噪声了。


 从电路实现方面看,它从MCU出来后先经过一级Tone Filter滤掉高频噪音,之后与音频信号一起进入发送电路。在接收端,解调出的信号通过Tone Filter后经过比较器,将模拟信号转成数字信号,送到MCU中检查是否为同一编码,相同则允许信号进入扬声器,否则静音。


 有的对讲机会采用CDCSS(连续数字控制静噪系统),它的功能与CTCSS一样,只是它以数字方式实现编码,允许用户使用38/35个Private Code。


VOX介绍


 与手机不同的是,对讲机发送话音一般需要按键发射,这个键叫做PTT(Push  to Hold,一键通),。如果该键被按下,则Splatter Filter与VCO接通,否则话音无法到达发射端。为了避免长时间按键的烦恼,对讲机现在都具有了VOX(Voice Operation,声控)功能,通过VOX, 人的话音可以控制Splatter Filter与VCO的连通。


 VOX具有灵敏度等级,等级越高越灵敏。如果长时间不通话则会自动中断通话。


对讲机的几种工作模式


1.发送模式:话音被MIC(麦克风)收集,如果VOX功能开启,则信号一路被送到MCU进行判别,另一路在MCU应答后则会送到Splatter Filter, 在那与CTCSS信号会合,一起送到发射电路部分。否则,信号直接和CTCSS信号一起发射出去  。


2.接收模式: 在此模式下,发射通路将会关闭,解调出的信号兵分三路,一路通过Tone Filter和比较器送到MCU,检查是否为同一编码;一路被送到语音处理部分,如果CTCSS编码相同,则通过扬声器发出信号,否则静音;还有一路信号被送到噪声检测电路中,该电路由Noise Amp(噪声放大器), SQ(Squelch Detecter, 静噪检测器)和比较器组成。

该电路控制着Squelch Level(静噪等级),如果用户选择较高的静噪等级,则对讲机的抗干扰能力会很强,不过通信距离将会缩短,反之亦然。

 另一方面,SQ还控制着Monitor(监听)功能。通常信号很弱时是不会送到扬声器中(反正听不清),监听就是要听到这种微弱的信号,让SQ关掉,信号直接送到扬声器,用耳朵从噪音中辨别话音。不过监听要消耗很大的能量,一般地,正常收听状态只需要0.18uV/2.5秒的能量注入,监听状态则需要至少0.4uV。


3.Call Tone Mode(呼叫模式):该功能较简单,只是与对方建立联系。一般对讲机都有一个呼叫键,按下该键后将响起振铃声。从电路方面看,MCU接到按键信息后发出Call Tone 信号给扬声器,人们就会听到振铃声。同时, MCU送出CTCSS编码给对方。


4.Key Touch Mode(按键模式):这种模式下,发射通路关闭,如果VoX功能开启,则MIC部分电路保持开启状态,否则也关闭。Noise Detect部分开启,收集噪声信息。按键后,信号将送到扬声器,发出按键音。


3.第二级中频放大器IFAMP2与RSSI


这部分电路同时实现了频率解调和幅度解调两种功能,从电路上看作为一个整体。IFAMP2实际上是一个限幅器(LIMITER),目的是消除幅度调制可能引起的频率调制的影响。经过限幅器放大后的信号将会被整形为方波(相当于信号被拦腰截断),这样就消除了幅度信息,只保留了频率和相位信息,在经过FM DET后FM信息将会被恢复,不过这种方法同时引进了高次谐波。


RSSI(Received Signal Strength Indication, 接收信号强度指示器)功能与限幅器互补,RSSI电路可以检测出信号的幅度信息,并反馈到MCU中调整前级增益,特殊情况下,当没有信号时,可以关掉接收电路以节约功耗。因为接收信号的动态范围非常宽,因此RSSI采用对数放大器,该电路的特点是输出信号(单位伏特)与输入信号的对数(单位dBm)呈线性关系。也就是说,当输入信号变化几倍或者十几倍的时候,输出信号只变化了几百个毫伏。


对数放大器一般可分为“真”对数放大器和分段线性对数放大器(Piece-wise-linear Log Amp)两类,前者大家都比较熟悉,利用三极管的Ic与Vbe间的指数关系实现,功能也只是实现对数运算,很多书上都会有介绍,这里就不细说了,主要谈谈后一种放大器。


分段线性对数放大器有两种不同的组成,一种是由A/1模块级联而成,另一种是由A/0模块级联而成;前者应用于视频/基带,后者用于解调。


解调型对数放大器电路由限幅器和Rectifier(整流器)共同组成,限幅器提供限幅输出,将频率和相位信息送到FM解调器;Rectifier则将各级限幅器的输出转化为电流,在通过片外的RC滤波器得到对数输出Vlog。


限幅器自身由多个A/0 GainCell级联构成,A/0  GainCell本身是一个放大器,其特性曲线为一段折线,当输入电压小于Vk(early voltage)时,输出与输入呈线性;超过Vk后输出恒定C扛鯣ainCell可提供十几dB的增益,一般限幅器由五至六级GainCell组成,一般可达到70~80dB的动态范围。


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