主頁（http://www.130131.com）：對講機(jī)電路原理分析：看不懂電路圖不是合格的HAM

模擬對講機(jī)，電路示意圖：

　　電路簡單圖解

　　1.當(dāng)天線接收到信號后，由于信號非常微弱，需要將信號放大，這就需要LNA（低噪聲放大器）。然后通過一個(gè)射頻段的帶通濾波器，這里標(biāo)注為Image Filter（鏡像頻率抑制濾波器），鏡像頻率指以載頻為中心，與有用信號對稱的頻率，該頻率上的噪聲通過混頻后會進(jìn)到中頻頻率中。

　　2.通過Image Filter后，信號進(jìn)入MIXER(混頻器)中與LO(本地振蕩器)進(jìn)行混頻，并通過一個(gè)SAW（表面聲波濾波器），只保留中頻點(diǎn)的信號，其他頻率點(diǎn)的進(jìn)行衰減。IFAMP(中頻放大器)將中頻信號恢復(fù)并放大后，再次通過第二個(gè)混頻器將頻率降至450K低頻，這時(shí)信號就容易被基帶部分處理。

　　3.基帶部分:FMDET,鑒頻器，將調(diào)制信號恢復(fù)出音頻信號，但這時(shí)的信號效果很差，需要送到音頻處理部分處理一下才能得到較好的音效。這部分包括De-emphasis(去加重)，Audio Filter(音頻濾波器)，Adder(暫時(shí)沒搞清楚),Volume(調(diào)節(jié)音量),SP AMP(揚(yáng)聲器放大器，提供大功率，推動大負(fù)載)，SPEAKER（揚(yáng)聲器）。

　　4.發(fā)送部分，人的話音被MIC(麥克風(fēng))轉(zhuǎn)成電信號，通過Pre-emphasis(預(yù)加重)和MIC AMP后送到Audio Filter中濾波，在通過Limiter(限幅器)整形,之后通過Splatter Filter(潑濺濾波器)濾掉Limiter產(chǎn)生的諧波。注意，這時(shí)是低頻信號，信號通過VCO（壓控振蕩器）后將信號調(diào)制到高頻，再經(jīng)過TX Amp(發(fā)射機(jī)放大器)和PA(功率放大器)后就有足夠的能量被發(fā)射出去了。

　　這個(gè)結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的超外差（Superheterodyne）結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有兩個(gè)中間頻率，抑制干擾能力較強(qiáng)，不足之處是由于需要兩組中頻器件，使得成本較高。

　　5.MCU(微控制器)控制部分：主要有三個(gè)部分，CTCSS信令處理，Call Tone信號（呼叫對方），Key Touch Tone信號（按鍵）。

　　CTCSS介紹

　　CTCSS是Continuous Tone Control Squelch System(連續(xù)語音控制靜噪系統(tǒng))的縮寫，頻率范圍是67Hz - 254Hz，俗稱亞音頻。它由Motorola發(fā)明，注冊商標(biāo)為PL(Private Line, 私人話路的縮寫), 目的在于能夠讓多個(gè)人在同一頻率上使用Land Mobile(陸基移動終端，如手機(jī)，對講機(jī)等)。民用對講機(jī)制造商用Tone代表編碼，用Tone Squelch表示編碼/解碼。

　　CTCSS以頻率作為編碼，這種編碼被加到音頻信號上一同發(fā)射。接收端在接收音頻信號以前先解碼，送到MCU中，只有收發(fā)雙方的Tone碼相同，又在一個(gè)頻道上才可以通信，否則靜音。這樣就可以和指定的人通信而不用受到不相干呼叫的干擾。

　　由于CTCSS信號的高頻端與音頻的地頻端接近，因此如果沒有專門的Tone Filter的話，人還是可以聽的出來，不過大部分人都把它誤當(dāng)作電源噪聲了。

　　從電路實(shí)現(xiàn)方面看，它從MCU出來后先經(jīng)過一級Tone Filter濾掉高頻噪音，之后與音頻信號一起進(jìn)入發(fā)送電路。在接收端，解調(diào)出的信號通過Tone Filter后經(jīng)過比較器，將模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，送到MCU中檢查是否為同一編碼，相同則允許信號進(jìn)入揚(yáng)聲器，否則靜音。

　　有的對講機(jī)會采用CDCSS（連續(xù)數(shù)字控制靜噪系統(tǒng)），它的功能與CTCSS一樣，只是它以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)編碼，允許用戶使用38/35個(gè)Private Code。

　　VOX介紹

　　與手機(jī)不同的是，對講機(jī)發(fā)送話音一般需要按鍵發(fā)射，這個(gè)鍵叫做PTT(Push to Hold，一鍵通),。如果該鍵被按下，則Splatter Filter與VCO接通，否則話音無法到達(dá)發(fā)射端。為了避免長時(shí)間按鍵的煩惱，對講機(jī)現(xiàn)在都具有了VOX（Voice Operation，聲控）功能，通過VOX, 人的話音可以控制Splatter Filter與VCO的連通。

　　VOX具有靈敏度等級，等級越高越靈敏。如果長時(shí)間不通話則會自動中斷通話。

　　對講機(jī)的幾種工作模式

　　1.發(fā)送模式：話音被MIC(麥克風(fēng))收集，如果VOX功能開啟，則信號一路被送到MCU進(jìn)行判別，另一路在MCU應(yīng)答后則會送到Splatter Filter, 在那與CTCSS信號會合，一起送到發(fā)射電路部分。否則，信號直接和CTCSS信號一起發(fā)射出去。

　　2.接收模式： 在此模式下，發(fā)射通路將會關(guān)閉，解調(diào)出的信號兵分三路，一路通過Tone Filter和比較器送到MCU，檢查是否為同一編碼；一路被送到語音處理部分，如果CTCSS編碼相同，則通過揚(yáng)聲器發(fā)出信號，否則靜音；還有一路信號被送到噪聲檢測電路中，該電路由Noise Amp(噪聲放大器), SQ（Squelch Detecter, 靜噪檢測器）和比較器組成。

　　該電路控制著Squelch Level（靜噪等級），如果用戶選擇較高的靜噪等級，則對講機(jī)的抗干擾能力會很強(qiáng)，不過通信距離將會縮短，反之亦然。

　　另一方面，SQ還控制著Monitor(監(jiān)聽)功能。通常信號很弱時(shí)是不會送到揚(yáng)聲器中（反正聽不清），監(jiān)聽就是要聽到這種微弱的信號，讓SQ關(guān)掉，信號直接送到揚(yáng)聲器，用耳朵從噪音中辨別話音。不過監(jiān)聽要消耗很大的能量，一般地，正常收聽狀態(tài)只需要0.18uV/2.5秒的能量注入，監(jiān)聽狀態(tài)則需要至少0.4uV。

　　3.Call Tone Mode（呼叫模式）：該功能較簡單，只是與對方建立聯(lián)系。一般對講機(jī)都有一個(gè)呼叫鍵，按下該鍵后將響起振鈴聲。從電路方面看，MCU接到按鍵信息后發(fā)出Call Tone 信號給揚(yáng)聲器，人們就會聽到振鈴聲。同時(shí), MCU送出CTCSS編碼給對方。

　　4.Key Touch Mode(按鍵模式)：這種模式下，發(fā)射通路關(guān)閉，如果VoX功能開啟，則MIC部分電路保持開啟狀態(tài)，否則也關(guān)閉。Noise Detect部分開啟，收集噪聲信息。按鍵后，信號將送到揚(yáng)聲器，發(fā)出按鍵音。

　　3.第二級中頻放大器IFAMP2與RSSI

　　這部分電路同時(shí)實(shí)現(xiàn)了頻率解調(diào)和幅度解調(diào)兩種功能，從電路上看作為一個(gè)整體。IFAMP2實(shí)際上是一個(gè)限幅器（LIMITER），目的是消除幅度調(diào)制可能引起的頻率調(diào)制的影響。經(jīng)過限幅器放大后的信號將會被整形為方波（相當(dāng)于信號被攔腰截?cái)啵�，這樣就消除了幅度信息，只保留了頻率和相位信息，在經(jīng)過FM DET后FM信息將會被恢復(fù)，不過這種方法同時(shí)引進(jìn)了高次諧波。

　　RSSI（Received Signal Strength Indication, 接收信號強(qiáng)度指示器）功能與限幅器互補(bǔ)，RSSI電路可以檢測出信號的幅度信息，并反饋到MCU中調(diào)整前級增益，特殊情況下，當(dāng)沒有信號時(shí)，可以關(guān)掉接收電路以節(jié)約功耗。因?yàn)榻邮招盘柕膭討B(tài)范圍非常寬，因此RSSI采用對數(shù)放大器，該電路的特點(diǎn)是輸出信號（單位伏特）與輸入信號的對數(shù)(單位dBm)呈線性關(guān)系。也就是說，當(dāng)輸入信號變化幾倍或者十幾倍的時(shí)候，輸出信號只變化了幾百個(gè)毫伏。

　　對數(shù)放大器一般可分為“真”對數(shù)放大器和分段線性對數(shù)放大器（Piece-wise-linear Log Amp）兩類，前者大家都比較熟悉，利用三極管的Ic與Vbe間的指數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)，功能也只是實(shí)現(xiàn)對數(shù)運(yùn)算，很多書上都會有介紹，這里就不細(xì)說了，主要談?wù)労笠环N放大器。

　　分段線性對數(shù)放大器有兩種不同的組成，一種是由A/1模塊級聯(lián)而成，另一種是由A/0模塊級聯(lián)而成；前者應(yīng)用于視頻/基帶，后者用于解調(diào)。

　　解調(diào)型對數(shù)放大器電路由限幅器和Rectifier(整流器)共同組成，限幅器提供限幅輸出，將頻率和相位信息送到FM解調(diào)器；Rectifier則將各級限幅器的輸出轉(zhuǎn)化為電流，在通過片外的RC濾波器得到對數(shù)輸出Vlog。

　　限幅器自身由多個(gè)A/0 GainCell級聯(lián)構(gòu)成，A/0 GainCell本身是一個(gè)放大器，其特性曲線為一段折線，當(dāng)輸入電壓小于Vk(early voltage)時(shí)，輸出與輸入呈線性；超過Vk后輸出恒定Ｃ扛鯣ainCell可提供十幾dB的增益，一般限幅器由五至六級GainCell組成，一般可達(dá)到70~80dB的動態(tài)范圍。

　　Rectifier（本質(zhì)是一個(gè)跨導(dǎo)放大器，記作gm）可以將從各級GainCell中提取交變的電壓信號，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗虻碾娏餍盘柌⑶蠛�，在通過一個(gè)RC濾波電路就可以得到對數(shù)輸出Vlog,其原理如下：

　　首先請大家注意，小信號條件下跨導(dǎo)放大器的電流與輸入電壓成正比，但隨著信號不斷增大，等效跨導(dǎo)（輸入電壓-輸出電流曲線的斜率）也不斷見小，直至為零，輸出電流逐漸飽和，記作Is。

　　設(shè)C為小信號電流，則C=Gn*Vmin=Gn-1*A*Vmin=Gn-2*A^2*Vmin=...=G1*A^n-1*Vmin,其中Vmin為最小輸入電壓（再小就被噪聲淹沒了），A為單級Gaincell的小信號增益， Gn=A*Gn-1=...=A^n-1*G1。設(shè)G1=gm,則希望G2=A*gm,...,Gn=A^n-1*gm。利用遞推關(guān)系得

　　G1=gm, G2=gm+gm*(A-1)=gm*A, G3=gm+gm*(A-1)+gm*(A-1)*A=gm*A^2,...,Gn=gm+...+gm*(A-1)*A^n-2=gm*A^n-1 。只要令第一級Gaincell的增益為A-1，其余的為A就可以得到對數(shù)輸出。

　　為了方便設(shè)計(jì)，將所有的Gaincell的增益都取為A,則需要令第一級Rectifier的跨導(dǎo)為gm*A/(A-1)，其余為gm即可。

　　如果說預(yù)加重和去加重電路是由技術(shù)決定的，那么限幅器和潑濺濾波器則是人為的原因而誕生的。

　　對于FM信號，幅度的變化可以影響頻偏，X(f)=F(f,A),其中的A就代表幅度。在美國，F(xiàn)CC(FederalCommunication Commission，聯(lián)邦通信委員會)控制著頻譜的分配。它將商用對講機(jī)的頻率限制在462.2625M ~ 467.7125M（正是這個(gè)頻段決定了ImageFilter的中心頻率為465M,取了個(gè)中間值），而且要求非常嚴(yán)格，不能超出這個(gè)范圍。

　　公司為了對付這個(gè)規(guī)定，就想出了個(gè)限幅器這種電路，將FM波形攔腰截?cái)啵�變成方波，也就不存在AM（調(diào)幅）了，不過也帶出了個(gè)BUG，輸出信號的高次諧波變得嚴(yán)重了。為了補(bǔ)這個(gè)窟窿，人們又發(fā)明了潑濺濾波器（Splatter本來是個(gè)象聲詞，個(gè)人覺得“潑濺”這個(gè)詞用的有些牽強(qiáng)）。

　　圖中，濾波器左半部分畫的是預(yù)加重的曲線，F(xiàn)CC要求潑濺濾波器在3KHz至少要能提供-12dB/十倍頻的衰減,事實(shí)上，由預(yù)加重抬起來的曲線在2.5KHz時(shí)就被展平了，得到的頻率曲線大致就圖中這個(gè)樣子。

　　順便提一下，F(xiàn)CC對民用對講機(jī)的要求沒那么嚴(yán)格（當(dāng)官的怕老百姓？），因此很多的火腿族（民用對講機(jī)用戶，英文是HAM,也有火腿的意思）會發(fā)現(xiàn)他用的對講機(jī)反而比商用的音效要好，殊不知他用的頻率跑到哪里去了。

　　1.Pre-emphasis & De-emphasis, 預(yù)加重和去加重

　　這兩部分連同Splatter Filter一起，對音效的好壞起著非常大的作用。他倆的誕生是由FM特性決定的。

　　頻率調(diào)制有一個(gè)很重要的性質(zhì)，就是調(diào)制后的信號，高頻部分會有衰減，也就是頻率越高的部分衰減的越厲害。為了補(bǔ)償這部分衰減，F(xiàn)M解調(diào)器就要設(shè)計(jì)的能為高頻部分提供大的增益，但引出了一個(gè)問題，高頻噪聲也被放大了，嚴(yán)重影響了音效。（圖見Diagram1）

　　為了解決這個(gè)問題，人們使用了預(yù)加重和去加重電路。主要思想是先人為的放大信號的高頻分量，再在解調(diào)后將這部分連同噪聲一起消除掉。（見Diagram2）

　　將音頻信號在調(diào)制前先通過預(yù)加重電路提高高頻部分，預(yù)加重電路由一個(gè)電阻電容串聯(lián)電路組成，它可以視為一個(gè)微分器，將FM轉(zhuǎn)成PM(相位調(diào)制)，后者與FM不同之處在于它的響應(yīng)曲線隨頻率的升高而升高，一般6dB/十倍頻。這也是為什么早期人們用PM而不是FM的一個(gè)原因。

　　信號在解調(diào)以后需要通過一個(gè)低通濾波器將解調(diào)器放大的那部分噪聲衰減掉，而這個(gè)低通濾波器就叫去加重，它就是一個(gè)典型的無源RC濾波器，它可以提供6dB/十倍頻的衰減，令信號幅度相應(yīng)曲線平滑。