語音分配器設(shè)計(jì)及仿真

馬少東 民航寧夏空管分局

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語音分配器設(shè)計(jì)及仿真

馬少東 民航寧夏空管分局

【文章摘要】

【關(guān)鍵詞】

分配器；NE5532；ADS

1.語音分配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于民航管制員需要通過VHF與機(jī)組對(duì)話，其中每一句話的清晰與否都對(duì)空中交通安全起著十分重要的意義，所以對(duì)通話質(zhì)量的要求特別高。所以對(duì)電壓信號(hào)和輸入輸出信號(hào)的質(zhì)量都有比較高的要求，下面分別對(duì)語言分配系統(tǒng)的電源和輸入輸出電路進(jìn)行詳細(xì)的描述。

1.1電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電源系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)重要不可或缺的一部分，其設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性及可靠性是決定整個(gè)系統(tǒng)能否平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。由于設(shè)計(jì)要求采用220V，50Hz的交流電作為輸入電源，而系統(tǒng)需要用直流電壓驅(qū)動(dòng)，因此需要用到開關(guān)電源把交流電轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)能用的直流電。設(shè)計(jì)中需要用到NE5532芯片，該芯片需用±15V電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。按照設(shè)計(jì)要求，交流電通過一個(gè)220V轉(zhuǎn)18V的交流變壓器將220V交流電轉(zhuǎn)換成18V ，0.8A的交流電，進(jìn)過4個(gè)整流二極管1N4007組成橋式整流電路，在每個(gè)整流二極管上分別并聯(lián)一個(gè)470nF的小電容，該電容的作用是吸收高頻雜波減少電容溫升這個(gè)地方只要簡單整流濾波 對(duì)元件要求不高對(duì)交流電進(jìn)行整流。這樣就可以得到一個(gè)不太平滑的18V直流電。之面用兩個(gè)三端穩(wěn)壓芯片7815、 7915進(jìn)行穩(wěn)壓，這樣就可以得到較為平滑的+-15V直流電，供電路中的芯片使用。

1.2音頻分配電路設(shè)計(jì)

在音頻信號(hào)輸入、輸出和傳輸過程中噪聲也會(huì)加入到其中，因此在音頻信號(hào)在信號(hào)放大之前需要先進(jìn)行濾波處理，再對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大輸出。鑒于人耳能聽見的音頻信號(hào)的頻率范圍在20Hz～20kHz 之間，這就需要在信號(hào)被放大前先經(jīng)過一個(gè)帶通濾波電路進(jìn)行濾波，使得音頻信號(hào)能夠被有效的放大輸出，符合設(shè)計(jì)要求，并能對(duì)該音頻信號(hào)進(jìn)行音量及增益的調(diào)節(jié)。同樣，音頻信號(hào)的輸出也是采用差分信號(hào)的形式，我們?cè)谳敵龆艘苍O(shè)計(jì)的是一個(gè)帶通濾波器，和信號(hào)的輸入處理形式類似，以便得到良好的音頻輸出信號(hào)，滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)的帶通濾波器由一個(gè)隔直電路和一個(gè)壓控電壓源二階低通濾波電路［1］串聯(lián)組成。設(shè)計(jì)的音頻信號(hào)分配器如圖1所示。

依據(jù)設(shè)計(jì)要求要對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行1分8的處理，在分配的過程中信號(hào)必然會(huì)產(chǎn)生衰減，而高性能且低噪聲運(yùn)算放大器很好的解決了信號(hào)的衰減帶來的問題，而且其同時(shí)也具有濾波、噪聲抑制等功能。本次音頻分配系統(tǒng)采用NE5532芯片作為音頻分配電路的主集成電路芯片。NE5532是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器（雙運(yùn)放）集成電路。它與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，但它具有更好的噪聲性能、優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)帶寬、電源電壓范圍大等特點(diǎn)［2］。左右通道各用一個(gè)放大器。每個(gè)信號(hào)的差分輸入信號(hào)通道共用一個(gè)放大器。電路中隔直濾波電路如圖1所示。在圖1 中，由C10和R14組成的RC高通濾波器（HPF），對(duì)電路中不需要的直流信號(hào)進(jìn)行濾除。該濾波電路的傳遞函數(shù)為：

1.3低通濾波電路設(shè)計(jì)

由于一階濾波電路的過渡帶較寬不能很好的濾除信號(hào)中的雜波，我們?cè)谄浜蠹恿艘粋€(gè)二階的低通濾波電路，該濾波電路同時(shí)應(yīng)用了負(fù)反饋和正反饋，以此來濾除信號(hào)中的不必要的高頻分量。

圖1　音頻信號(hào)分配器電路圖

聯(lián)立式1-4，1-5，得到一個(gè)新的傳遞函數(shù)：

設(shè)s=jw，可得出：

當(dāng)輸入的音頻信號(hào)的頻率趨近于無窮大時(shí)，電路 C12的電抗就趨于0，因而趨于 0。

由以上公式上可得出系統(tǒng)低通濾波器的截止頻率。

這樣我們就可以得到整個(gè)音頻分配器的輸入和輸出濾波電路是一個(gè)帶通濾波器f0L=53.078kHz、f0H=6.77Hz。

依據(jù)設(shè)計(jì)要求，音頻信號(hào)的輸入、輸出特征應(yīng)該基本保持一致，這樣我們就可以得出音頻信號(hào)輸出的放大倍數(shù)為音頻信號(hào)輸入的前置放大電路的放大增益的倒數(shù)，也就是說得到實(shí)際的輸出放大增益為：

（10）

根據(jù)所需要的放大增益Aud=8.79，R16=（Aud-1）×R15=2.33（k?），這樣我們就可以選取R16=2.3（k?）。從而得出實(shí)際的放大增益：Au4= （2300+300）/300=8.67。以及與后級(jí)輸出放大增益Au2=0.111相比較，從而得到整個(gè)音頻分配電路的電平恢復(fù)率=Au4×Au2=8.67×0.113=0.98，其值接近于1，這樣就能保證輸入、輸出板的信號(hào)沒什么損耗也沒什么失真，滿足設(shè)計(jì)要求。

通過以上計(jì)算可知，首先濾波器的通帶頻率為6.77Hz～53.078kHz，濾波電路的通帶頻率范圍完全包含了音頻信號(hào)頻率范圍；而且，整個(gè)輸入、輸出板的信號(hào)的幅度及頻率都能夠基本保持一致，符合設(shè)計(jì)要求。

2.結(jié)論

根據(jù)ADS軟件的仿真結(jié)果可以看出，此1分8語言交換電路設(shè)計(jì)符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，隨著民航航班量的與日俱增，空管保障任務(wù)日益繁忙、緊張。一分多語音分配系統(tǒng)能很好的解決了空管內(nèi)話系統(tǒng)因語言板卡不足，而無法滿足因保障任務(wù)加重引起擴(kuò)容困難等引起的不必要的問題。

【參考文獻(xiàn)】

［1］ 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)電子學(xué)教研組，高等教育出版社

［2］ NE/SA/SE5532/5532A Internally-compensated dual low noise operational amplifier.Philips semiconductor

［3］ 黃玉蘭.ADS射頻電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型應(yīng)用.人民郵電出版社

語音分配系統(tǒng)是民航空中交通管制通信設(shè)備中的重要組成部分，它的前級(jí)連接VHF收發(fā)信機(jī)、各類電話、各種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，后級(jí)連接至空中交通管制員各席位，為空中交通管制部門提供地/地通信、地/空通信服務(wù)。本系統(tǒng)依照民航管制使用需求對(duì)1分多語言分配電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用ADS軟件對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行仿真論證。