一种城轨车站广播电路的设计

邹航 翁悦宁 许赛文

摘 要： 为了解决传统车站广播电路复杂和采用的电源线和信号线分开的方式而导致施工成本高的问题。设计了一种城轨车站广播电路。采用依次相连的前端调理电路、远程传输电路、差分放大电路以及功放电路，可实现电源线和信号线同一电缆进而远程供电的功能。同时，避免电源线和信号线分开的情况，节省了施工成本，适合车站这种长距离的应用场合。

关键词： 车站广播； 远程供电； 差分信号； 功率放大器

中图分类号： TN 710 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2018）01-0091-03

0 引 言

目前，我国城市轨道交通的发展较快。为了便于向乘客发布实时消息，现在的轨道交通中均设置了城市轨道车站广播系统。传统的车站广播系统电路相对复杂，为了得到更好的传输距离和传输效果，这种电路一般采用的电源线和信号线分开的方式，由于车站的长距离传输，其施工成本相对比较高[1]。

为了改善上述问题，本文设计了一种城轨车站广播电路，该电路能够满足现场广播需要，达到了节约成本的要求。

1 总体设计

本设计包含前端调理电路、远程传输电路、差分放大电路和功放电路。其中的远程传输电路和前端调理电路、差分放大电路连接，并且差分放大电路还和功放电路连接。前端调理电路用于将输入音频转换为差分信号，远程传输电路用于传输前端调理电路输出的差分信号并向前端调理电路提供工作电源，差分放大电路用于放大远程传输电路输出的差分信号，而功放电路则用于放大差分放大电路输出信号的功率。

电路采用远程供电的工作方式，电源和信号复用同一组电缆，这样不但节省了布线施工成本，而且信号能够以差分形式在电源线缆上传输，适合城轨车站内进行长距离广播，如图1所示[2]。

2 硬件设计

2.1 前端调理电路设计

图2为前端调理电路。图2中，前端调理电路用于将输入音频转换为差分信号，电路主要包含一个运放芯片，选型为OPA2376，其内部包含两个运算放大器，分别为U1和U2。前端调理电路的电源由远程传输电路提供，远程传输电路传输过来的电压由限流电阻R2，稳压管D1，滤波电容C1稳压后输出5 V电源；电源来自传输电缆，无需外接其他电源。麦克风MK1正极通过电阻R1和5 V电源连接，负极和地连接；麦克风MK1的输出端和运放U2的同相输入端连接；运放U2采用的是跟随器的接法，其输出端信号通过R5和R6分压后，输出给运放U1的反相端；U1采用的是反相放大接法，放大2倍，相位相反，则U1和U2的输出脚上输出差分信号用于远程传输，电容C2和C3用于隔离线缆上的直流电，R3和R4用于限制电缆上的电流[3]。

型号OPA2376的运放芯片，有低噪音、低功耗和单电源操作的特点。而且本次设计的前端调理电路的电源是由图3中的远程传输电路提供，这样避免电源线和信号线分开，节省了很多施工成本。该前端电路主要的功能是将司机广播的语音模拟信号转化成差分信号，然后差分信号传给下一个电路。图2前端电路中的电源输入端的稳压电路作用在于将远程传输的电能稳压成我需要的电源，供前端电路使用，这样就无需单独供电。

2.2 远程传输电路和差分放大电路设计

图3为远程传输电路和差分放大电路。图3中，远程传输电路由R9，R10，R14和R15以及线缆组成，该电路一方面用来传输差分信号，另一方面用来传输直流电源。其中R9和R10为靠近前端调理电路一侧的限流电阻；R14和R15为靠近供电侧的限流电阻；R9，R10，R14，R15构成限流电阻网络，将直流电流限制在500 mA以内。差分放大电路和远程传输电路的线缆相连，C4和C5用于隔离线缆上的直流电，只有差分信号才能输入到运放U3的同相端和反相端，U3采用差分放大接法，输出信号给下一级的功放电路[4]。

图3的远程传输电路和差分放大电路图中电源线和信号线为同一电缆，节省了10～100 m的电缆；图2中来的差分信号输入图3中，经过图3的差分放大，还原成原来的信号。电路中的C2，C3，C4和C5的作用是隔离远程供电的直流电源，而通过差分信号线的交流信号，另一方面保护运放不受高压直流的损坏[5]。

2.3 功放电路设计

图4为本设计的功放电路。图4中，功放电路用于放大上一级差分放大电路的输出信号[6]。功放芯片U4选型为TDA7294，最大输出功率为100 W，上一级差分放大电路的信号从精密电位器VR1上输入过来，经过限流电阻R17和隔直电容C6后进入芯片的输入脚3脚，芯片的静音控制端10脚和旁路控制端9脚分别通过电阻R19和R20接到正电源上，使芯片进入工作模式，R21和R18构成功放芯片的反馈电路，放大倍数为3dB，C14是芯片输出端的自举电容，用于抬高输出电压，R22为芯片负载，可以选择4～8 ？赘阻值的喇叭，用来向乘客进行广播[7]。

3 实验测试

表1为该电路的输出参数。表1中例举了输出信号的信噪比、功率、输出电压和电流参数，这些数据分别是在不同工作电压下测试得到的。

根據数据手册，该电路采用双电源供电，试验设置了4个电压工作状态，分别是+10，+20，+30和+40V。从表1的纵向看，对于输出信号的信噪比这一栏，随着供电电压的增大，信噪比从24 dB逐渐变大到40 dB，输出不失真功率从60 W逐渐增大到86 W，同样的输出电压从8 V增大到68 V，而输出电流从35 A下降到28 A。随着电源电压增大，信噪比、功率、输出电压和输出电流的参数状态越来越好，但是为了取得性能和功耗的平衡，在具体的使用中推荐使用差分放大电路+20 V电源作为功放的电源，既能节省电源的设计成本又能满足现场的实际使用需要。

4 结束语

本文研究了一种城轨车站广播电路，包含前端调理电路、远程传输电路、差分放大电路和功放电路。比起传统的车站广播电路，相对简单而且可靠，该电路采用远程供电的工作方式，电源和信号复用同一组电缆，不但节省了布线施工成本，而且信号能够以差分形式在电源线缆上传输，适合城轨车站内进行长距离广播。

参考文献：

[1] 崔建乐. 南京地铁广播系统先进技术的应用[J]. 现代城市轨道交通，2007（5）：31-32.

[2] 朱利东，杨耀. 铁路信号电源远程切换控制设计与施工[J]. 铁道通信信号，2016，52（7）：53-56.

[3] 浦志卫. 音频功率集成电路及功率器件研究[D]. 浙江大学，2006.

[4] 龚晶，孙梯全，卢娟，等. 差分放大电路实验教学研究[J]. 中国电子教育，2015（4）：33-38.

[5] 王佐臣，王晓静，欧阳金华，等. 一种差分放大电路线性范围展宽的方法[J]. 仪器仪表学报，2006（S2）：1253-1255.

[6] 郑志远. 优质集成功放TDA7294应用体会[J]. 电子制作，2000（11）：6-8.

[7] 郑景华，周国运. 互补推挽功放电路自举电容的作用[J]. 信阳师范学院学报（自然科学版），1995（03）：272-275.