增量调制M编译码实验.ppt
实验三 增量调制（M）编译码实验,一、实验目的 1、了解语音信号的M编码过程；2、验证M的编译码原理；粗略了解M编译码专用集成电路的基本工作原理、外部电路设计原则和一般使用方法；了解语音信号数字化技术的主要指标，学习指标的测 试方法。二、实验预习要求 1、复习通信系统原理中有关M增量调制原理的章节；2、认真预习本实验内容，熟悉实验步骤；3、了解主要指标的测试方法。,三、单片M编码系统组成和电路原理,1、系统组成与电路原理 系统组成的方框图如图所示，它是由定时部分、M编译码器及收、发运放电容滤波器组成的。,M编译码系统框图,2、电路原理MC3418简介 MC3418是MOTOLOLA公司生产的通信专用集成电路，它是数字检测音节压扩增量编译码器。它由模拟输入放大器、数字输入运算放大器、电压/电流转换运算放大器、极性开关、工作选择开关和数字检测(移位寄存器和逻辑电路)等部分构成的。第15脚的工作电平可以控制该片工作于编码状态或译码状态：当第15脚接高电平(VCC/2)时，该片做编码器用；当第15脚接低电平(地)时，该片做译码器用。,MC3418编译码器原理框图,当单片作为编码器使用时，15脚接高电平，这时工作开关使模拟运放与移位寄存器接通。模拟信号由1脚输入，本地译码信号由2脚输入，运算放大器对它们进行比较并将差值放大。运算放大器输出经电平转换给出数字信码。在14脚输入的时钟后沿时刻，运算放大器输出的结果进入移位寄存器。这一结果也同时接到9脚和极性开关，前者作为数字码输出，后者用来控制流入积分器的电流的极性，积分运算放大器与外接的RC网络构成积分器，受极性开关控制的电流在此积分后累加形成本地译码信号。四级移位寄存器和逻辑电路完成检测功能。当有四个连“1”或连“0”码出现时，从11脚输出一个负极性的一致脉冲，一致脉冲经外接音节滤波器平滑之后得到量阶控制电压，此电压反映了前一段时间内模拟输入信号的平均斜率。,量阶控制电压加到第3脚。由内部V/I转换电路决定4脚的电压随3脚的电压变化。当4脚通过外接电阻连接到某一固定电位上，则流入4脚的电流就随3脚的控制电压变化，从而将控制电压的变化转换为控制电流的变化。V/I转换器的输出电流与4脚的输入电流相等。此电流经极性开关送到积分器，因此，积分量阶的大小就随着输入模拟信号的平均斜率而变化。这样就形成了数字检测音节的压扩过程。在作译码器应用时，第15脚通过一只10K电阻接地，这时数字运算放大器与移位寄存器接通。信码由13脚输入与12脚的阀电平比较，然后经运算放大器整形后送到移位寄存器，经再定时的信码从9脚输出。其后的工作过程则与编码器一样，只是译码信号不再送回第2脚而是送往接收低通滤波器。单积分电路 MC3418内部仅有积分运算放大器，为完成本地译码过程，需要外接一个网络。用户可以根据自己的需要用外接RC网络接成单积分、双积分、等电路。本实验给出一种单积分电路的实例。积分电路对应的控制电流压缩比应达到258，相当于49dB。最大与最小控制电流分别由4脚外接电阻Rx和Rmin决定。,积分运算放大器的输入阻抗很高，从极性开关的量阶控制电流几乎全部进入电阻R和电容C。网络的阻抗传递函数可以写成：H(s)=(V(s)/(I(s)=-(1/(1/R)+SC)经整理后得到-(V(s)/(I(s)=(I/C)/(S+1/(RC)=K/(S+WO)(1)其中K=1/C，WO=1/(RC)。一般认为是300Hz。当R10K，C=0.1f时，f0 159Hz。将式(1)写成时域形式-I=V/R+C(dv)/dt（2）,单积分电路图,有关资料指出编码器约在+12dBm(f=1000Hz)处为临界过载，另外，输入信号的最大幅度为4.36V，这时流过积分器的最大电流为 ImaxIcmaxC(dv)/dt0.110-6 210004.36 2.7mA 另一方面，由编码器要求的最小量阶电压可求出当采样率fS=32KHz时，最小控制电流应为 Imin9.6A,音节平滑滤波器 MC3418只具有数字检测功能，为实现压扩作用还需要一外接网络。用户可根据需要接成线性压扩、非线性压扩、复杂推迟压扩等各种形式。本实验只列举一种非线性音节平滑滤波器。音节平滑滤波器是一个简单的RC滤波电路，电路形式如图所示。集成片MC3418的数字检测器连码一致脉冲信号是由一个集电极开路的晶体管从11脚输出的。所以需要一个外接的集电极负载电阻。,音节平滑滤波器,当晶体管导通时，电容器CS通过电阻RS充电；当晶体管截止时，电容器CS通过电阻RP放电。充电时间常数 CS(RS+RP)。设G为一致脉冲在一个音节时间内占空比的统计值。设第3脚电位为VS，11脚电位为V0，当G值一定时，电路应维持充放电电荷相等。设充电时间为GT，放电时间为(1-G)T，因此有(VS-V0)/RS)GT(VCC/2-VS)/(RS+RP)(1-G)T（3）令D=RP/RS，则有 VS=(1+D)V0G+(VCC/2)(1-G)/(1+DG)（4）其中，VO为晶体管饱和压降，约为0.12V。音节控制电压为电容CS两端的电压，设它为VCS，因此有 VCS=VCC/2-VS 即 VCS=VCC/2-(1-D)VOG+(VCC/2)(1-G)/(1+DG)（5）由式(5)可以看出，当RPRs，即D0时有 Vcs(Vcc/2-Vo)G（6）这时控制电压与G 成线性关系。将Vo=0.12V，(Vcc/2)6V代入上式，得 Vcs15.98G（7）当D0，控制电压V与G成非线性关系。设D=3，得 Vcs2=(23.52G)/(1+3G)（8）,右图给出VCS1和VCS2与C的关系曲线，曲线VCS2的斜率大于曲线VCS1的斜率，这就意味着VCS2的压扩特性更接近于理想特性。,V与G的关系曲线,语音音节包络的变化范围约为5ms到20ms。取15ms，220ms，这时 2/1=4 2/1=(CS(RS+RP)/(CSRS)=1+D D=3 选CS=0.33F，则RS15.15K，RP=15.15K，取RS=15K，RP=47K得D3.13。在临界过载时，G达到最小值。对正弦信号可得G0.436，这时控制电压Vcs的最大值约为(计算从略)Vmax4.48V 此值决定了限流电阻Rx1.5K。,定时电路 MC3418编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供，为模拟一个实际的时分多路系统的工作状态，定时部分可给出2048KHz及8路32KHz的定时，定时部分的时间关系如图3-9所示。为确保收、发同步，本实验系统的编码和译码部分公用一个定时源，这是有别于实际情况的。,定时部分时间关系图,四、实验仪器,双踪同步示波器 20MHz 1台直流稳压电源+5V-5V+12V 1台低频信号发生器 输出频率范围满足50Hz-8KHz 输出电压范围满足0-5V（峰峰值）1台失真度测试仪 QZ4121测量频率范围满足50Hz-8KHz 测量信噪比范围0-50dB 1台杂音计 HF5151A 1台M实验箱1台数字频率计 测量频率范围50Hz10MHz 1台万用表 1台,五、实验内容,(一)、时钟部分 主振频率为4096KHz，经分频后得到2048KHz的定时，再经分频分相后得到8路32KHz的定时。用示波器在测试点(1)点观察主振波形，用频率计测量其频率。在(2)、(3)、(4)观察并测量2048KHz和32KHz定时信号。(二)、发送滤波器 在(5)输入频率为1KHz、幅度为2Vp-p的音频信号。在(5)观察输入信号，在(6)观察经发送滤波器的输出信号，记下它们的幅度和波形。,(三)、M编码器 在(6)观察经发送滤波器限带后输入编码器的音频信号，在(7)观察本地译码信号。在(8)观察编码输出的数字信号(幅度约为10Vp-p)。以音频信号作为同步信号，观察信码的变化规律。对应正弦波过零处应有连“0”或联“1”码型出现；对应正弦波的波峰和波谷处应有“0”、“1”交替码型出现。(四)、M译码器 用短线连接(8)(9)，即将编码信号送入译码器。在(9)观察输入译码器的编码信号，在(10)观察译码器输出的有锯齿的模拟信号，并记录波形。(五)、接收滤波器 在(10)观察滤波器的输入信号。在(11)观察译码器输出的有锯齿的模拟信号经滤波器输出的模拟信号。记下它们的波形和幅度。,(六)、系统性能测试 系统性能有三项指标：动态范围、信噪比和频率特性。1、动态范围 在满足一定信噪比(S/N)条件下，编译码系统所对应于800Hz(或1000Hz)音频信号的幅度范围定义为动态范围。动态范围应大于电子工业部1982年暂定的标准框架(样板值)。图示给出了这个样板。,M编译码系统动态范围样板图,动态范围的测试框图如图所示。在原理部分已经提到，M编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V。为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证。取输入信号的最大幅度为5Vp-p(注意：信号要由小至大调节)，测出此时的S/N值。然后以10dB间隔衰减输入信号，将测试数据填入下表。,动态范围测试框图,2、信噪比特性 在上一项测试中选择出最佳编码电平(S/N最高，推荐为2Vp-p)。在此电平下测试不同频率下的信噪比值。频率选择在500Hz/1KHz/2KHz/3KHz,将测试数据填入下表。,3、频率特性 选一合适的输入电平(Vin=2VP-P)，改变输入信号的频率，频率范围从500Hz到3000Hz。在(TP11)用示波器测量译码输出信号的电压值,数据填入下表。,六、实验报告 1、整理实验记录，画出相应的曲线和波形。2、集成化M编译码系统由哪些部分构成？各部分的作用是什么？3、设想临界过载时本地译码信号和信码信号的 形状。试画出它们的波形。4、什么叫数字检测音节压扩的可变斜率？在本实验中是如何实现的？5、积分电路的设计原则是什么？6、对改进实验内容和电路有什么建议？,
