窄带滤波器检测器。方案、说明

窄带滤波器检测器。无线电电子电气工程百科全书

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本文介绍了如何使用 KT3170 DTMF 接收器作为音频范围高达 5 kHz 的单音正弦信号的窄带检测器。该装置具有高性能。

在业余无线电以及专业实践中，通常需要解决低频信号的窄带滤波问题以及随后的检测和数字处理以确定信号是否属于某个频率或频率组。 DTMF 信号接收器就是一个例子，广泛用于电话（音频拨号）和无线电通信（无线电个人呼叫）。

通常，为了识别电话和远程机械中的正弦信号，需要使用模拟滤波器（有源或无源），并调谐到所需的频率。检测到所选择的信号并将其馈送到比较器，从比较器中已经去除了用于给定频率的音调存在或不存在的逻辑信号。此类检测器体积相当庞大，并且在温度和电源电压变化时并不总能满足频率稳定性的要求。

随着开关电容器技术 SCT 的出现，实现高稳定滤波器性能的任务大大简化。许多国外公司生产采用该技术制成的各种类型的过滤器。例如，MAXIM 公司生产各种集成有源带通和陷波滤波器、具有切比雪夫特性的低通和高通滤波器。不同阶次的巴特沃斯、贝塞尔、高斯（从 2 到 9），可以使用跳线将中心频率/截止频率从十分之一赫兹编程到 100...200 kHz，将品质因数从 0,5 编程到 64 或以下微处理器控制。

当然，这种多功能性不能不影响这些产品的价格。它们从国内经销商那里的成本相当高，购买它们并不总是容易的，并且它们用作单音信号检测器需要如上所述的检测和进一步的数字处理。

在这种情况下，使用 SAMSUNG KT3170 DTMF 信号接收器似乎很有趣，该接收器已在电话和无线电系统中证明了自己（类似于 GEC PLESSEY SEMICONDUCTOR 的 MV8870）。 KT3170的国内模拟产品是Minsk NPO Integral生产的KR1008VZh18微电路。

该接收器允许您将 16 个标准音对解码为 4 位代码。它采用 CMOS 技术制成，在开关电容器上使用带通滤波器，具有以下特点：

类型=“光盘”>

窄带宽（中心频率的 1,5%）；

输入信号的宽动态范围（从 77 mV 到 2.45 V）；

模拟输入 IN+/IN 的高输入阻抗 -- 10 MOhm（频率为 1 kHz 时的典型值）；

低功耗 - 15 mW；

频率参数在宽温度范围（-40°C 至 +85°C）内具有高稳定性。

然而，该接收器仅解码由主振荡器的频率（标准值 - 3,58 MHz）确定的上限和下限频率组中的成对标准 DTMF 频率。并且不响应单音信号。

单频信号解码原理框图（图1）所示。

窄带滤光片检测器

由于DTMF接收器仅解码频率对，因此有必要在其输入处将示例性频率F0添加到所研究的频率Fc的单音信号中，将其补充为标准对。因此，双音信号将被发送到 DTMF 接收器的输入，并以通常的方式进行解码。

可以方便地使用具有单音信号生成模式的DTMF发生器TP5088（TP5089）作为参考信号发生器。由于 DTMF 接收器和振荡器由单个内部晶体振荡器同步，因此会自动创建标准对。

让我们以传真信号检测器为例来看看该设备的电路图（图 2）。

（点击放大）

检测器必须由通信线路中存在持续 1100 秒、频率为 15±0,5 Hz 的信号触发，该信号是在建立传真数据传输连接时由呼叫传真机发送的。

DTMF接收器DD2按照标准方案连接。接收器芯片中内置运算放大器，其传输系数等于 1。所研究信号的输入阻抗由电阻器 R2 的电阻决定，为 100 kOhm。时钟频率由 ZQ1 石英谐振器稳定。时钟脉冲被发送到接收器 DD2 和发生器 DD1。

定时电路C5R5。连接到 ESO 引脚，它通过提供信号时间过滤来防止可能的干扰，包括语音。它用于检查接收信号的持续时间。持续时间短于指定持续时间的信号将被忽略。它还检查是否存在有效的字符间暂停。换句话说，微电路将不接受短于允许持续时间的DTMF信号，并且将不考虑短于允许暂停的信号丢失。根据图表中所示的额定值，该时间为 80...100 毫秒。

National Semiconductor 的 TP5088 芯片是一款由微控制器控制的 DTMF 信号发生器。其输入 DO - D3（引脚 9 - 12）提供数字、符号或字母的二进制等效值（表 1）。

窄带滤光片检测器

当TE输入（引脚2）为低电平时，DD1芯片处于微耗模式，TOUT输出（引脚14）无信号。当TE输入端的电平由低变高时，输入端D0-D3的数据被存储到微电路寄存器中，并且内部振荡器启动（如果它有自己的定时电路）。在这种情况下，来自标准 DTMF 频率的所选音调对的信号出现在 TOUT 输出处，并且一直存在，直到 TE 输入处再次出现低电平为止。 TOUT 输出 - 发射极开路。发电机工作时序图和信号参数如图 3 所示。 XNUMX.

窄带滤光片检测器

安装在TE输入端的电容器C1与微电路的内部电阻一起，在施加电源电压时构成发电机启动电路。如果音频解码器独立使用（没有微型计算机），则安装它。

STE 输入（引脚 3）控制一个或一对音调的生成。当它连接到电源的正极端子或根本不连接时，会产生一对音调。在我们的例子中，该输入连接到一根公共电线以生成单音信号。 GS 输入（引脚 4）处的信号决定从较高或较低频率组生成单音信号（表 1）。当该输入处的电平较低时，会生成频率来自较低组的信号，而当电平较高（或输入被禁用）时，会生成来自较高组的频率的信号。

现在我们将提出一种计算主振荡器频率的方法，该方法确定单音信号的生成频率，从而确定音调解码器的调谐频率。为此，我们使用经验公式分别确定标准 DTMF 信号的每个音调频率的时钟分频系数：k = Fн/Fг 或 k = Fв/Fн，其中 Fн 是来自较低组的频率（以赫兹为单位）。 Fв - 上组的频率（以赫兹为单位）。 Fg - 主振荡器的频率（兆赫）。这些系数是针对标准 DTMF 频率计算的，即主振荡器频率为 3,579545 MHz (3,58 MHz)。计算结果见表。 2.

窄带滤光片检测器

接下来，对于所需的音调解码器频率 1100 Hz，我们使用上面给出的公式确定每个 k 的主振荡器 Fr 的计算频率，并选择频率尽可能接近计算频率的石英谐振器（表 2），第 4 栏）。在本例中，这是常见谐振器的频率 4.608 MHz。在此基础上，我们使用相同的公式计算频率（表 2，第 5 列）。

从表中可以看出。如图2所示，原始音调解码器频率1100Hz(计算出1097Hz)对应于来自下组的频率Ft0。如果现在选择上组中的任意一个作为辅助频率，例如FB1 = 1557 Hz。并利用DTMF接收器和发生器的真值表（见表1），可以确定二进制代码。必须将其应用于 DTMF 发生器的输入以接收频率为 1557 Hz 的信号，并从 DTMF 接收器的输出读取代码。对应于频率为 1100 Hz 的输入信号。

当二进制代码应用于其输入时，发生器将产生频率为 1557 Hz 的信号，对应于音调频率具有频率 F×1 的所有符号，即：“1”、“4”。 “7”，在这种情况下，当然必须向DDI芯片的GS输入施加高逻辑电平。该图（参见图2）示出了对应于数字“1”的代码的提供。 DTMF 接收器输出处的代码将对应于数字“7”（音频频率 Fи3 和 Fи1）。

很明显，一台接收器最多可以检测到四个单音信号。在我们的示例中，这些信号的频率为 899、991、1097（我们的传真信号）和 1212 Hz。当 DSO 输出（引脚 2）出现选通信号时，通过从 DD15 输出读取的代码来识别这四个信号。每当接收器检测到指定频率之一时就会出现。如果可靠地知道通道中只能存在一个频率，则允许简单地使用 DSO 输出作为音调解码器的输出。

这里应当注意的是，数字信号处理算法提供了针对接收随机匹配信号（特别是语音）以及在存在多于两个信号频率的情况下的保护。应考虑到此功能。

对于独立设备，即不受微控制器或计算机控制的设备。您还可以使用 TP5089 微电路作为发电机。具有用于连接 4x4 矩阵键盘的输入。将列和行的相应结论闭合在它们之间或连接到公共电线，它们实现了所需频率的单音信号的生成。

构建解码节点的选项如图 4 所示。四。

窄带滤光片检测器

由于 DD2 接收器输出处的数据在施加 DSO 信号后被输入锁存寄存器并存储在其中，因此必须使用 DSO 信号对解码器进行选通。

这些微电路稳定运行的最大主振荡器频率为9-10 MHz。因此，接收器检测到的最大频率位于 4100 ..4560 Hz 范围内。

作者：顿河畔罗斯托夫的 O.Potapenko

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