双工对讲机设计

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1、双工对讲机设计四线线路对讲机，不需要双刀双掷开关，就可在A至B和B至A两个方向上同时进行信息的传输。其工作过程如图3所示。A方利用声音传感器MICA将语音转换成电信号，然后经音频功率放大器A把电信号传送至B方，扬声器B将电信号转换成声音信号使B方得以接收。与此同时，B方可利用MICB将语音信号传送给音频功率放大器B,再由扬声器A输出。采用此传输方式的对讲机，称为全双工对讲机。运用全双工通信方式可以使信息的传输速度提高一倍，但通信所需的硕件资源增加了儿倍。这是由于双方向的通信通路在任何时刻都是导通的，则在A方讲话时，信息在经音频功放A传输给扬声器B时，也经MICB和音频功放B传输回扬声器

2、A,整个对讲系统形成了一个闭环的正反馈，使之不能正常工作。此现象称为侧音。为防止侧音的岀现，在每一通信通路中需增加一套消侧音电路。所谓半双工对讲机，是以二线线路对讲机为基础，允许AB双方交替地而不同时地传输信息。这也称作分时双工传输方式。其通信过程见图4。这里用通信倒向控制电路和两个受控单刀单掷倒向开关代替了单工对讲机中的双刀双掷开关，用于实现转换信息传输方向的自动控制。A方利用MIC将语音信号转换成电信号，分成两路，一路送往倒向控制电路，另一路经倒向开关电路K、送往音频功率放大器A。倒向控制电路在电信号的控制下，使常断开关K*闭合，常通开关KB打开，从而使语音信息传输到B方。只有在A

3、方不讲话时，倒向控制电路因得不到应有的电信号，故常断开关K、和常通开关K。保持原有状态，B方才可以将语音信息经音频功率放大器B传输给A方。因为在任何时刻，开关K.4和KB的状态都不相同，因此在任何时刻，整个对讲系统只允许信息单方向传输，从而从根本上解决了双工对讲时易产生的侧音干扰现象，节省了大量的系统硕件资源。2倒向控制电路实现对两个状态各异的倒向开关的控制，最理想的是利用同时具有两个状态各异的信号输出的触发器。原理电路见图5}A方的语咅信号被MIC拾取后经前级放大器A放大。施密特反相器完成将前级放大器A输岀的模拟信号转换成数字信号，从而控制单稳态触发器进人暂态的作用。施密特反相器可以

4、将上升或下降速度缓慢的模拟信号整形为边沿陡峭的数字式矩形波。图6示出了它的逻辑符号和电压传输特性。当输入电压U;由低向高变化超过正门限电压UT.吋，通过电路内部的正反馈过程，输岀电压U。会迅速由高电平U,变为低电平U}。当输人电压U,由高向低变化低于负门限电压UT时，则正反馈过程又使输出电压U。迅速由低电平Uo}变为高电平UoIIo输人回差电压△U,}UT,-UT_}0,体现了电路的抗干扰能力。选用CD40106施密特反相器，VDD为12V时，它的UT*约为6V。而在A方不讲话时，前级放大器的静态输出电压U,3：也为6V,已接近了正门限电压。为了防止反相器误动作，进一步提高它的抗干扰能

5、力，应引人分压电阻R:和也。于是，反相器的静态输人电压U二等于(RZ/(R,+RZ))U_4,,小于UT十，保证了反相器的静态输出为高电平。只有在A方语音信号达到一定强度以后，反相器的状态才可由高电平变为低电平。一旦语咅信号停止，它将恢复输岀高电平。显然，R：越小，反相器的抗干扰能力越强。单稳态触发器用于将随间歇的语咅信号而呈脉冲波的反相器输出连续起來，从而使倒向开关K.a连续导通，防止失咅现象。CD4098单稳态触发器恰恰具有可用连续脉冲触发的特点，其逻辑功能示于表1中。这里选择的是下降沿连续触发方式。调节外接电阻R和电容C的值，使触发器输出的暂态脉宽T,略大于输入信号的最大周期，则

6、可以得到如图7所示的输岀波形。只有在A方讲话期间，Q端输出高电平，否则令为高电平输出，B方可向A方传输信息，符合设计要求。为了防止半双工通信发生失咅，单稳态触发器输出的暂态时间T;取0.Ss较宜:控制T、的长短，不仅与外接阻容R,C的值有关，而且与电源电压'DD的值有关。考虑降低功耗，可选取较大的电阻值。实验表明，VDD为12V吋，C选0.1vF漏电较小的独石电容，R选10MS｝可变电阻即可实现无失咅通信。3倒向开关屯路方案把单稳态触发器两个互补的输出信号Q和Q分别作为开关K、和KB的选通信号，使K.a.Ko分吋导通，就可以实现半双工对讲机自动倒换信息传输方向的功能。一个性能良好的开

7、关，要求导通时开关的导通电阻为零，可视为短路，断开吋开关的截止电阻为无穷大，可视为开路,口开关改变状态吋的速度尽可能地高。还要求开关在用于传输模拟信号时线性度好，不存在被传输信号的失真。可用于前级放大与功率放大间导通与阻断的选通开关电路，方案很多。无触点的电子开关具有动作速度快，可靠性好，功耗低，寿命长等优点，广泛运用于自控系统屮。此处仅举两例：3.1模拟电子开关由模拟电子开关实现倒向控制的半双工对讲机原理电路见图0JCD4066双向模拟开关在