主頁(http://www.130131.com):對(duì)講機(jī)電路原理分析
模擬對(duì)講機(jī),電路示意圖: 
電路簡(jiǎn)單圖解 1.當(dāng)天線接收到信號(hào)后,由于信號(hào)非常微弱,需要將信號(hào)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(hào)對(duì)稱的頻率,該頻率上的噪聲通過混頻后會(huì)進(jìn)到中頻頻率中。 2.通過Image Filter后,信號(hào)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(hào),其他頻率點(diǎn)的進(jìn)行衰減。IFAMP(中頻放大器)將中頻信號(hào)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(hào)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(hào)恢復(fù)出音頻信號(hào),但這時(shí)的信號(hào)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(dòng)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(hào),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(hào),信號(hào)通過VCO(壓控振蕩器)后將信號(hào)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(hào)(呼叫對(duì)方),Key Touch Tone信號(hào)(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(cè)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(dòng)終端,如手機(jī),對(duì)講機(jī)等)。民用對(duì)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(hào)上一同發(fā)射。接收端在接收音頻信號(hào)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(hào)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(jí)Tone Filter濾掉高頻噪音,之后與音頻信號(hào)一起進(jìn)入發(fā)送電路。在接收端,解調(diào)出的信號(hào)通過Tone Filter后經(jīng)過比較器,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào),送到MCU中檢查是否為同一編碼,相同則允許信號(hào)進(jìn)入揚(yáng)聲器,否則靜音。 有的對(duì)講機(jī)會(huì)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(duì)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(zhǎng)時(shí)間按鍵的煩惱,對(duì)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(jí),等級(jí)越高越靈敏。如果長(zhǎng)時(shí)間不通話則會(huì)自動(dòng)中斷通話。
對(duì)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(hào)一路被送到MCU進(jìn)行判別,另一路在MCU應(yīng)答后則會(huì)送到Splatter Filter, 在那與CTCSS信號(hào)會(huì)合,一起送到發(fā)射電路部分。否則,信號(hào)直接和CTCSS信號(hào)一起發(fā)射出去 。
2.接收模式: 在此模式下,發(fā)射通路將會(huì)關(guān)閉,解調(diào)出的信號(hào)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(hào),否則靜音;還有一路信號(hào)被送到噪聲檢測(cè)電路中,該電路由Noise Amp(噪聲放大器), SQ(Squelch Detecter, 靜噪檢測(cè)器)和比較器組成。 該電路控制著Squelch Level(靜噪等級(jí)),如果用戶選擇較高的靜噪等級(jí),則對(duì)講機(jī)的抗干擾能力會(huì)很強(qiáng),不過通信距離將會(huì)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(hào)很弱時(shí)是不會(huì)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(hào),讓SQ關(guān)掉,信號(hào)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(jiǎn)單,只是與對(duì)方建立聯(lián)系。一般對(duì)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(hào)給揚(yáng)聲器,人們就會(huì)聽到振鈴聲。同時(shí), MCU送出CTCSS編碼給對(duì)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(hào)將送到揚(yáng)聲器,發(fā)出按鍵音。
3.第二級(jí)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(hào)將會(huì)被整形為方波(相當(dāng)于信號(hào)被攔腰截?cái)啵@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(huì)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(hào)強(qiáng)度指示器)功能與限幅器互補(bǔ),RSSI電路可以檢測(cè)出信號(hào)的幅度信息,并反饋到MCU中調(diào)整前級(jí)增益,特殊情況下,當(dāng)沒有信號(hào)時(shí),可以關(guān)掉接收電路以節(jié)約功耗。因?yàn)榻邮招盘?hào)的動(dòng)態(tài)范圍非常寬,因此RSSI采用對(duì)數(shù)放大器,該電路的特點(diǎn)是輸出信號(hào)(單位伏特)與輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)(單位dBm)呈線性關(guān)系。也就是說,當(dāng)輸入信號(hào)變化幾倍或者十幾倍的時(shí)候,輸出信號(hào)只變化了幾百個(gè)毫伏。
對(duì)數(shù)放大器一般可分為“真”對(duì)數(shù)放大器和分段線性對(duì)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(duì)數(shù)運(yùn)算,很多書上都會(huì)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(duì)數(shù)放大器有兩種不同的組成,一種是由A/1模塊級(jí)聯(lián)而成,另一種是由A/0模塊級(jí)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(duì)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(jí)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(duì)數(shù)輸出Vlog。
限幅器自身由多個(gè)A/0 GainCell級(jí)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(jí)GainCell組成,一般可達(dá)到70~80dB的動(dòng)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(jí)GainCell中提取交變的電壓信號(hào),將其轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗虻碾娏餍盘?hào)并求和,在通過一個(gè)RC濾波電路就可以得到對(duì)數(shù)輸出Vlog,其原理如下:
首先請(qǐng)大家注意,小信號(hào)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(hào)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(hào)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(jí)Gaincell的小信號(hào)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(jí)Gaincell的增益為A-1,其余的為A就可以得到對(duì)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(jí)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(duì)于FM信號(hào),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(guó),F(xiàn)CC(FederalCommunication Commission,聯(lián)邦通信委員會(huì))控制著頻譜的分配。它將商用對(duì)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(duì)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),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(hào)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(duì)民用對(duì)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(duì)講機(jī)用戶,英文是HAM,也有火腿的意思)會(huì)發(fā)現(xiàn)他用的對(duì)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(duì)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(hào),高頻部分會(huì)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)幅度相應(yīng)曲線平滑。

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