語音/文字短信無線發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)組成
語音/文字短信無線發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)方框圖如圖1所示，由集成電路MC1648、MC145152、MC12022、低通濾波器和晶振構(gòu)成鎖相環(huán)頻率合成器、音頻處理器、數(shù)據(jù)編碼器、AT89S52單片機(jī)、按鍵、128×64點(diǎn)陣型LCD等部分組成。
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2.電路設(shè)計(jì)
（1）壓控振蕩器電路（VCO）
VCO主要由壓控振蕩器芯片MC1648、變?nèi)荻O管V149以及LC并聯(lián)諧振回路構(gòu)成。電源采用+5V的電壓。
MC1648需要外接一個(gè)由電感和電容組成的并聯(lián)諧振回路，電容采用一對(duì)串聯(lián)變?nèi)荻O管，背靠背與電感相連，調(diào)節(jié)加在變?nèi)荻O管上的電壓值，使VCO的輸出頻率穩(wěn)定在35MHz。在工作頻率時(shí)，為達(dá)到最佳工作性能，要求LC并聯(lián)諧振回路的QL≥100。VCO電路圖如圖2所示。
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VCO產(chǎn)生的振蕩頻率范圍和變?nèi)荻O管的壓容特性有關(guān)。變?nèi)荻O管的CVD的大小受所加偏置電壓U控制。對(duì)于fc=35MHz，CVD=20pF，利用公式500)this.style.width=500;" border="0" />計(jì)算可得L=1.04μH。
MC1648引腳端3為緩沖輸出，一路供前置分頻器MC12022，一路經(jīng)功率放大后輸出。該芯片的引腳端5是自動(dòng)增益控制電路（AGC）的反饋端，由于本設(shè)計(jì)的頻率固定在35MHz，且其反饋幅度不大，因此引腳端5經(jīng)電容接地。
（2）鎖相環(huán)電路
VCO的輸出頻率受自身參數(shù)、控制電壓的穩(wěn)定性、溫度、外界電磁干擾等因素的影響，往往是不夠穩(wěn)定的。因此可以加入自動(dòng)相位控制環(huán)節(jié)，即鎖相環(huán)，來穩(wěn)定發(fā)射頻率。發(fā)射頻率經(jīng)反饋，與晶振產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)做比較，在鎖相環(huán)的跟蹤下，發(fā)射頻率始終向標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)逼近，最終被鎖定在標(biāo)準(zhǔn)頻率上，達(dá)到與參考晶振同樣的穩(wěn)定度。
鎖相環(huán)電路采用MC145152芯片，MC145152芯片集鑒相器、可編程分頻器、參考分頻器于一體，分頻器的分頻系數(shù)可由并行輸入的數(shù)據(jù)控制。
①參考分頻
參考晶振接入MC145152的OSCin、OSCout引腳端，芯片內(nèi)部的÷R參考分頻器提供8種不同的分頻系數(shù)，對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行分頻。R值由其引腳端RA0、RA1和RA2設(shè)定，RA0RA1RA2設(shè)定范圍為000～111，對(duì)應(yīng)的分頻系數(shù)為8～2048。本設(shè)計(jì)中，參考晶振為10.24MHz，所以取RA0RA1RA2＝101時(shí)，即R＝1024，對(duì)參考晶振頻率進(jìn)行1024分頻。
②可編程分頻
為使分頻系數(shù)連續(xù)可調(diào)，可編程分頻電路采用的是吞咽脈沖計(jì)數(shù)器，由ECL的高速分頻器MC12022及MC145152內(nèi)部的÷A減法計(jì)數(shù)器，÷N減法計(jì)數(shù)器構(gòu)成。如圖3所示。
MC12022有64和65兩種分頻系數(shù)。M為其控制端（從MC145152引腳端9輸出，輸入到MC12022引腳端6）。M為高電平時(shí)，MC12022以P＋1＝65為分頻系數(shù)，M為低電平時(shí)則以P＝64為分頻系數(shù)?！翹 和÷A是可預(yù)置數(shù)的減法計(jì)數(shù)器，由并行輸入口分別預(yù)置6位的A值和10位的N值。PD為數(shù)字鑒相器。fo為VCO輸出頻率（即發(fā)射頻率）。
采用吞咽脈沖計(jì)數(shù)方式，只要適當(dāng)選取N值與A值，就能得到任意的分頻比。為實(shí)現(xiàn)鎖相，必須有fo/（ PN+A）= fr。反過來，由于fo＝fr×（PN+A），改變N和A的值，也能改變fo，實(shí)現(xiàn)輸出頻率數(shù)字化控制。
÷A計(jì)數(shù)器為8位，因此A值最大為63，MC12022的P值為64。如果參考頻率fr＝10kHz，則輸出頻率
fo＝（PN＋A）fr＝（64N＋A）×10kHz
本設(shè)計(jì)中，要使發(fā)射頻率為35MHz，先令A(yù)＝0， 則
N＝(fo/ fr－A）/P=（35×106/10×103）/64=54.69
取N ＝54＝110110B，進(jìn)而有
A＝(fo/ fr)－PN=（35×106/10×103）－64×54＝44＝101100B
由此可得，利用單片機(jī)給MC145152的N9～N0和A5～A0口預(yù)置相應(yīng)的數(shù)值，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的控制。
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③鑒相
本設(shè)計(jì)采用的鑒相器集成在MC145152中，是一種新型數(shù)字式鑒頻/鑒相集成電路，具有鑒頻和鑒相功能，不需要輔助捕捉電路就能實(shí)現(xiàn)寬帶捕捉和保持。
（3）功率放大電路
末級(jí)功放選用三極管2SC1970，工作在丙類放大狀態(tài)，采用感性負(fù)載，輸出功率達(dá)到20mW。當(dāng)放大器的輸入信號(hào)υt為正弦波時(shí)，集電極的輸出電流ic為余弦脈沖波。利用諧振回路LC的選頻作用獲得輸出基波電壓υc1、電流ic1。
（4）天線阻抗變換電路
根據(jù)MATLA仿真，對(duì)于1m長(zhǎng)的拉桿天線，當(dāng)f=35MHz時(shí)，其等效阻抗為Z=R+jX=5.44-j115.1，呈容性。要使發(fā)射機(jī)的輸出阻抗50Ω與天線匹配，必須對(duì)發(fā)射機(jī)的輸出電路添加降阻匹配網(wǎng)絡(luò)，及采用串聯(lián)諧振，抵消天線呈容性負(fù)載的影響，使天線輻射出去的功率達(dá)到最大。
本設(shè)計(jì)的阻抗變換電路如圖4所示。該電路采用兩節(jié)LC網(wǎng)絡(luò)，從50Ω→16Ω→5.4Ω逐步變換阻抗。串聯(lián)連接L3來抵消天線呈容性負(fù)載的影響。在fo=35MHz時(shí)，計(jì)算出：C1≈160.8pF，L1≈76nH，C2≈281.2pF，L2≈13.4nH，L3=523.49nH。
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（5）編碼電路
編碼電路采用具有地址和數(shù)據(jù)編碼功能的編碼芯片PT2262， PT2262輸出的編碼信號(hào)由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字。PT2262發(fā)射芯片地址編碼輸入有“1”、“0”和“開路”三種狀態(tài)，數(shù)據(jù)輸入有“1”和“0”兩種狀態(tài)，用加入到各引腳端的不同狀態(tài)，來確定相應(yīng)地址和數(shù)據(jù)的編碼，從輸出端Dout輸出。6個(gè)數(shù)據(jù)位（D0～D5）由單片機(jī)引腳端（P20～P25）預(yù)置，同時(shí)6個(gè)地址碼也由單片機(jī)引腳端（P00～P05）預(yù)置。Dout輸出的信號(hào)通過左聲道加入到VCO電路中的變?nèi)荻O管上進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射出去。通過改變引腳端15（OSC1）和16（OSC2）之間所接的電阻值，可改變Dout輸出頻率。
（6）發(fā)射機(jī)控制、顯示和鍵盤電路
發(fā)射機(jī)控制器采用單片機(jī)AT89S52，利用PT2262編碼器芯片和AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)文字短信數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)以及對(duì)機(jī)號(hào)的選擇與控制等功能。文字短信數(shù)據(jù)可采用按鍵或者鍵盤輸入，輸入音頻輸入和文字短信輸入可自動(dòng)轉(zhuǎn)換；顯示采用128×64點(diǎn)陣型液晶顯示。
3. 發(fā)射機(jī)的程序設(shè)計(jì)
發(fā)射機(jī)的程序主要可分為按鍵處理模塊、液晶顯示模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及字符轉(zhuǎn)換模塊等幾部分，程序流程圖如圖6所示。
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4. 系統(tǒng)抗干擾措施
在本發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中既有低頻信號(hào)，又有中頻和高頻信號(hào)；既有模擬信號(hào)，又有低頻基帶的數(shù)字（脈沖）信號(hào)和鎖相環(huán)生成的各種頻率的數(shù)字（脈沖）信號(hào)。各種信號(hào)交叉調(diào)制，會(huì)形成頻譜很寬的內(nèi)部干擾信號(hào)，加上外部各類干擾信號(hào)的竄擾。這些干擾信號(hào)不僅影響音頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量，更重要的還會(huì)影響主從站的呼叫，文字短信的傳輸質(zhì)量，造成呼叫出差錯(cuò)和文字短信出錯(cuò)誤。系統(tǒng)采用的抗干擾措施有：
① 將發(fā)射機(jī)調(diào)制器之前音頻輸入級(jí)加以屏蔽，防止50Hz交流信號(hào)干擾和數(shù)字（脈沖）信號(hào)干擾。
② 電源隔離。模擬部分和數(shù)字部分的電源單獨(dú)供電，如共用一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，必須采用電感和電容等去耦電路。
③ 地線隔離。由于電路中既有數(shù)字電路又有高頻電路，繪制PCB板時(shí)需將高頻地和數(shù)字地分開，以及高頻電路用金屬屏蔽隔離，以減小交叉調(diào)制等干擾。PCB板地線設(shè)計(jì)盡可能的粗，甚至大面積接地，除了元器件引線、電源走線、信號(hào)線之外，其余部分均作為地線。同時(shí)模擬地要與數(shù)字地分開。
④ 模數(shù)隔離。模擬部分會(huì)受數(shù)字部分的脈沖干擾影響，繪制PCB板時(shí)，必須將數(shù)字部分和模擬部分的布線拉開一定的距離。
⑤ 數(shù)數(shù)隔離。本系統(tǒng)采用了鎖相環(huán)，會(huì)產(chǎn)生各種頻率的脈沖信號(hào)。呼叫信號(hào)和文字短信也是數(shù)字信號(hào)，這兩類數(shù)字信號(hào)要相互隔離，若前者干擾后者，造成呼叫或文字短信傳遞出差錯(cuò)，而后者干擾前者造成分頻錯(cuò)誤，從而影響鎖相的穩(wěn)定的。
⑥凡是用電解電容作為去耦電容的地方，一定要并接一個(gè)容量較小的瓷片電容，并千萬注意電解電容的極性不能反接，否則會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲干擾。
5. 結(jié)束語
所設(shè)計(jì)的發(fā)射機(jī)，發(fā)射頻率為35MHz，發(fā)射峰值功率達(dá)到20mW，頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度均達(dá)到了10-5，可傳送語音信號(hào)，語音信號(hào)輸入可采用話筒和線路輸入，可傳送文字短信，音頻輸入和文字短信輸入可自動(dòng)轉(zhuǎn)換，文字短信輸入可采用按鍵或者鍵盤輸入，液晶顯示，操作方便。與語音/文字短信無線接收機(jī)配套，在智能家居系統(tǒng)中應(yīng)用效果良好。