馬少東 民航寧夏空管分局

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語音分配器設(shè)計及仿真

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

由于民航管制員需要通過VHF與機(jī)組對話，其中每一句話的清晰與否都對空中交通安全起著十分重要的意義，所以對通話質(zhì)量的要求特別高。所以對電壓信號和輸入輸出信號的質(zhì)量都有比較高的要求，下面分別對語言分配系統(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

電源系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)重要不可或缺的一部分，其設(shè)計的穩(wěn)定性及可靠性是決定整個系統(tǒng)能否平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。由于設(shè)計要求采用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，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)計中需要用到NE5532芯片，該芯片需用±15V電壓進(jìn)行驅(qū)動。按照設(shè)計要求，交流電通過一個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個整流二極管1N4007組成橋式整流電路，在每個整流二極管上分別并聯(lián)一個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地方只要簡單整流濾波 對元件要求不高對交流電進(jìn)行整流。這樣就可以得到一個不太平滑的18V直流電。之面用兩個三端穩(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

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

依據(jù)設(shè)計要求要對輸入的音頻信號進(jìn)行1分8的處理，在分配的過程中信號必然會產(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的衰減帶來的問題，而且其同時也具有濾波、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)動能力及相當(dāng)高的小信號帶寬、電源電壓范圍大等特點［2］。左右通道各用一個放大器。每個信號的差分輸入信號通道共用一個放大器。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），對電路中不需要的直流信號進(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

由于一階濾波電路的過渡帶較寬不能很好的濾除信號中的雜波，我們在其后加了一個二階的低通濾波電路，該濾波電路同時應(yīng)用了負(fù)反饋和正反饋，以此來濾除信號中的不必要的高頻分量。

圖1　音頻信號分配器電路圖

聯(lián)立式1-4，1-5，得到一個新的傳遞函數(shù)：

設(shè)s=jw，可得出：

當(dāng)輸入的音頻信號的頻率趨近于無窮大時，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音頻分配器的輸入和輸出濾波電路是一個帶通濾波器f0L=53.078kHz、f0H=6.77Hz。

依據(jù)設(shè)計要求，音頻信號的輸入、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輸出的放大倍數(shù)為音頻信號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?）。從而得出實際的放大增益：Au4= （2300+300）/300=8.67。以及與后級輸出放大增益Au2=0.111相比較，從而得到整個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、輸出板的信號沒什么損耗也沒什么失真，滿足設(shè)計要求。

通過以上計算可知，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頻率范圍；而且，整個輸入、輸出板的信號的幅度及頻率都能夠基本保持一致，符合設(shè)計要求。

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)計符合系統(tǒng)設(shè)計要求，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1分多語言分配電路進(jìn)行設(shè)計，并利用ADS軟件對此系統(tǒng)進(jìn)行仿真論證。