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1 引言 現(xiàn)場通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，而且正迅速向各個領(lǐng)域滲透，就目前來說，數(shù)字通信以其抗干擾能力強，便于加密，易于集成化，有利于處理、存儲、交換以及和計算機連接等優(yōu)點而成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。而現(xiàn)有的地震波信號檢測系統(tǒng)普遍存在著抗干擾能力差、信噪比低、系統(tǒng)誤差大、所記錄的數(shù)據(jù)不利于后期量化處理的缺點。基于上述情況，筆者運用MC3418（編解碼簡單）、抗誤碼性能好、在比特率較低時有較高的信噪比）設(shè)計了一種數(shù)字傳輸電路，效果很好。 2 MC3418簡介 MC3418是MOTOROLA公司生產(chǎn)的一種簡單數(shù)字語音編碼/解碼集成芯片。它有兩種工作狀態(tài)，在引腳15處于“1”時，完成編碼功能；處于“0”時，實現(xiàn)解碼功能。MC3418的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能如圖1所示。它的工作電壓范圍為-0.4～+18V；工作溫度范圍為0℃～70℃；差分模擬輸入電壓為±5V。 3 MC3418的工作原理 當(dāng)取樣速率遠大于奈奎斯特速率時，樣值之間的關(guān)聯(lián)程序增強，MC3418僅使用一位編碼來表示抽樣時間波形的變化趨向，在當(dāng)前時刻的樣值與預(yù)測值經(jīng)量化比較后，如差值為正，輸出為“1”；差值為負，輸出為“0”。這種模擬變換方式稱為增量調(diào)制（△M）。為了改進△M動態(tài)范圍以滿足通信系統(tǒng)的要求（40dB～50dB），可采用自適應(yīng)方法使量階△的大小隨著輸入信號統(tǒng)計特性而變化，如可將量階△隨音節(jié)時間間隔（5ms～20ms）中信號的平均斜率變化，稱之為連續(xù)可變斜變增量調(diào)制（CVSD）。MC3418就是采用這種調(diào)制方式的一種芯片。 圖2所示為MC3418的編碼原理和編碼波形圖。其解碼原理圖如圖3所示。 4 應(yīng)用設(shè)計及注意事項 4.1 電路設(shè)計 圖4所示為MC3418用于地震波無線檢測分析儀的編解碼電路。圖中，用電阻R和電容C構(gòu)成積分濾波器。該單極點積分網(wǎng)絡(luò)的f=1/(2πRC),其電阻R的典型值可在8～13kΩ之間選擇，本電路選取R=10kΩ，C=0.1μF。 在設(shè)計濾波器傳輸函數(shù)時，可由Rs和Cs構(gòu)成單極點網(wǎng)絡(luò)，其時間常數(shù)典型值為6.0～50ms，充電常數(shù)為RsCs，衰減常數(shù)為（Rs+Rp）Cs，由于要求Rp電路回路增益的選擇由Rx決定，這依賴于輸入信號的最大電平Vo和頻率fm，以及積分濾波器的傳輸函數(shù)（R，C），并要求壓縮擴展比不超過30%，因此，應(yīng)滿足： Rx=0.25Vcc/[（Vo/2R）+8CV0fs] 本電路選擇Vcc=5V,Vo=1.5V,fs=500Hz。 為設(shè)置空閑信道步長，必須使Rmin滿足： Rmin≈Rs[Vcc/(Csfclk△VoRx)-1] 其中，△Vo是空閑輸出期望峰-峰值。 4.2 注意事項 在設(shè)計圖4所示的編解碼電路時，除應(yīng)對電路中的自身參數(shù)進行仔細設(shè)計外，還應(yīng)注意以下幾點： （1）所有數(shù)字信號通數(shù)（9，11，13，14）與模擬信號通路（1～7，10）應(yīng)該隔開，以利于獲得完全空閑信道。 （2）由于時鐘速率越大，S/N就越高。因此在把電路用于無線電系統(tǒng)且將MC3418設(shè)計為4比特系統(tǒng)時，fclk應(yīng)大于32kHz。 （3）引腳11是NPN器件，故需接上拉電阻。 （4）為避免空載和過載失真，必須滿足： δ/2式中，A為輸入模擬信號幅度，δ為輸出數(shù)字信號幅度，fclk、fs分別為時鐘和信號頻率。 5 結(jié)束語 本設(shè)計方法可根據(jù)實際需要選擇合適的外部元件，以實現(xiàn)對低頻模擬信號進行數(shù)字傳輸。該電路信噪比不隨距離變化，能同時進行多路傳送和控制，并可重復(fù)硬件，易于設(shè)計。可廣泛用于各種低頻數(shù)據(jù)檢測分析系統(tǒng)。 |
