语音分配器设计及仿真

马少东 民航宁夏空管分局



语音分配器设计及仿真

马少东 民航宁夏空管分局

【文章摘要】

【关键词】

分配器；NE5532；ADS

1.语音分配系统设计

由于民航管制员需要通过VHF与机组对话，其中每一句话的清晰与否都对空中交通安全起着十分重要的意义，所以对通话质量的要求特别高。所以对电压信号和输入输出信号的质量都有比较高的要求，下面分别对语言分配系统的电源和输入输出电路进行详细的描述。

1.1电源系统设计

电源系统作为整个系统重要不可或缺的一部分，其设计的稳定性及可靠性是决定整个系统能否平稳运行的关键。由于设计要求采用220V，50Hz的交流电作为输入电源，而系统需要用直流电压驱动，因此需要用到开关电源把交流电转换成系统能用的直流电。设计中需要用到NE5532芯片，该芯片需用±15V电压进行驱动。按照设计要求，交流电通过一个220V转18V的交流变压器将220V交流电转换成18V ，0.8A的交流电，进过4个整流二极管1N4007组成桥式整流电路，在每个整流二极管上分别并联一个470nF的小电容，该电容的作用是吸收高频杂波减少电容温升这个地方只要简单整流滤波 对元件要求不高对交流电进行整流。这样就可以得到一个不太平滑的18V直流电。之面用两个三端稳压芯片7815、 7915进行稳压，这样就可以得到较为平滑的+-15V直流电，供电路中的芯片使用。

1.2音频分配电路设计

在音频信号输入、输出和传输过程中噪声也会加入到其中，因此在音频信号在信号放大之前需要先进行滤波处理，再对该信号进行放大输出。鉴于人耳能听见的音频信号的频率范围在20Hz～20kHz 之间，这就需要在信号被放大前先经过一个带通滤波电路进行滤波，使得音频信号能够被有效的放大输出，符合设计要求，并能对该音频信号进行音量及增益的调节。同样，音频信号的输出也是采用差分信号的形式，我们在输出端也设计的是一个带通滤波器，和信号的输入处理形式类似，以便得到良好的音频输出信号，满足设计要求。设计的带通滤波器由一个隔直电路和一个压控电压源二阶低通滤波电路［1］串联组成。设计的音频信号分配器如图1所示。

依据设计要求要对输入的音频信号进行1分8的处理，在分配的过程中信号必然会产生衰减，而高性能且低噪声运算放大器很好的解决了信号的衰减带来的问题，而且其同时也具有滤波、噪声抑制等功能。本次音频分配系统采用NE5532芯片作为音频分配电路的主集成电路芯片。NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。它与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能、优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽、电源电压范围大等特点［2］。左右通道各用一个放大器。每个信号的差分输入信号通道共用一个放大器。电路中隔直滤波电路如图1所示。在图1 中，由C10和R14组成的RC高通滤波器（HPF），对电路中不需要的直流信号进行滤除。该滤波电路的传递函数为：

1.3低通滤波电路设计

由于一阶滤波电路的过渡带较宽不能很好的滤除信号中的杂波，我们在其后加了一个二阶的低通滤波电路，该滤波电路同时应用了负反馈和正反馈，以此来滤除信号中的不必要的高频分量。

图1　音频信号分配器电路图

联立式1-4，1-5，得到一个新的传递函数：

设s=jw，可得出：

当输入的音频信号的频率趋近于无穷大时，电路 C12的电抗就趋于0，因而趋于 0。

由以上公式上可得出系统低通滤波器的截止频率。

这样我们就可以得到整个音频分配器的输入和输出滤波电路是一个带通滤波器f0L=53.078kHz、f0H=6.77Hz。

依据设计要求，音频信号的输入、输出特征应该基本保持一致，这样我们就可以得出音频信号输出的放大倍数为音频信号输入的前置放大电路的放大增益的倒数，也就是说得到实际的输出放大增益为：

（10）

根据所需要的放大增益Aud=8.79，R16=（Aud-1）×R15=2.33（kΩ），这样我们就可以选取R16=2.3（kΩ）。从而得出实际的放大增益：Au4= （2300+300）/300=8.67。以及与后级输出放大增益Au2=0.111相比较，从而得到整个音频分配电路的电平恢复率=Au4×Au2=8.67×0.113=0.98，其值接近于1，这样就能保证输入、输出板的信号没什么损耗也没什么失真，满足设计要求。

通过以上计算可知，首先滤波器的通带频率为6.77Hz～53.078kHz，滤波电路的通带频率范围完全包含了音频信号频率范围；而且，整个输入、输出板的信号的幅度及频率都能够基本保持一致，符合设计要求。

2.结论

根据ADS软件的仿真结果可以看出，此1分8语言交换电路设计符合系统设计要求，随着民航航班量的与日俱增，空管保障任务日益繁忙、紧张。一分多语音分配系统能很好的解决了空管内话系统因语言板卡不足，而无法满足因保障任务加重引起扩容困难等引起的不必要的问题。

【参考文献】

［1］ 童诗白，华成英.模拟电子技术基础.清华大学电子学教研组，高等教育出版社

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

［3］ 黄玉兰.ADS射频电路设计基础与典型应用.人民邮电出版社

语音分配系统是民航空中交通管制通信设备中的重要组成部分，它的前级连接VHF收发信机、各类电话、各种协议的网络，后级连接至空中交通管制员各席位，为空中交通管制部门提供地/地通信、地/空通信服务。本系统依照民航管制使用需求对1分多语言分配电路进行设计，并利用ADS软件对此系统进行仿真论证。