협대역 필터 검출기. 계획, 설명

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이 기사에서는 최대 3170kHz의 오디오 주파수 범위에서 단일 톤 정현파 신호의 협대역 검출기로 KT5 DTMF 수신기를 사용하는 방법에 대해 설명합니다. 이 장치는 고성능입니다.

아마추어 라디오 및 전문 실습에서는 신호가 특정 주파수 또는 주파수 그룹에 속하는지 여부를 결정하기 위해 후속 감지 및 디지털 처리를 통해 저주파 신호의 협대역 필터링 문제를 해결해야 하는 경우가 많습니다. 이에 대한 예는 전화(톤 다이얼링) 및 무선 통신(개인 무선 통화)에 널리 사용되는 DTMF 신호 수신기입니다.

일반적으로 전화 통신에서 정현파 신호를 식별하기 위해 원하는 주파수로 조정된 원격 역학, 아날로그 필터(능동 또는 수동)가 사용됩니다. 선택한 신호가 감지되어 비교기에 공급되며 주어진 주파수의 톤 존재 여부에 대한 논리 신호가 이미 제거되었습니다. 이러한 검출기는 매우 부피가 크며 온도 및 공급 전압의 변화에 따른 주파수 안정성 요구 사항을 항상 충족하지는 않습니다.

SCT(Switched Capacitor Filter Technology)의 출현으로 매우 안정적인 필터 성능을 달성하는 작업이 크게 단순화되었습니다. 많은 외국 회사들이 이 기술을 사용하여 만든 다양한 유형의 필터를 생산합니다. 예를 들어, MAXIM은 광범위한 통합 능동 대역 통과 및 제거 필터, Chebyshev 특성을 가진 저역 및 고역 통과 필터를 생산합니다. 다양한 차수의 Butterworth, Bessel, Gauss(2에서 9까지), 중심 주파수/차단 주파수를 100/200 헤르츠에서 0,5 ... 64 kHz까지, 품질 계수를 점퍼를 사용하여 XNUMX에서 XNUMX까지 프로그래밍할 수 있습니다. 마이크로프로세서의 제어.

물론 이러한 다양성은 이러한 제품의 가격에 영향을 미칠 수밖에 없습니다. 국내 딜러의 비용은 상당히 높으며 구매하기가 항상 쉬운 것은 아니며 탐지기로 단일 톤 신호를 사용하려면 위에서 언급했듯이 탐지 및 추가 디지털 처리가 필요합니다.

이 경우 전화 및 무선 시스템에서 입증된 SAMSUNG의 DTMF 신호 수신기 KT3170(GEC PLESSEY SEMICONDUCTOR의 MV8870과 유사)을 사용하는 것이 흥미로워 보입니다. KT3170의 국내 아날로그는 Minsk NPO Integral에서 제조한 KR1008VZh18 마이크로 회로입니다.

이 수신기는 16개의 표준 톤 쌍을 4비트 코드로 디코딩할 수 있습니다. 스위치 커패시터 대역통과 필터를 사용하는 CMOS 기술로 제작되었으며 다음과 같은 특징이 있습니다.

유형="디스크">

좁은 대역폭(중심 주파수의 1,5%);

입력 신호의 넓은 동적 범위(77mV ~ 2.45V);

아날로그 입력 IN+/IN의 높은 입력 임피던스 -- 10MΩ(1kHz에서 일반 값);

낮은 전력 소비 - 15mW;

넓은 온도 범위(-40°С ~ +85°С)에서 주파수 매개변수의 높은 안정성.

그러나 이 수신기는 발진기 주파수(기본값은 3,58MHz)에 의해 결정되는 상위 및 하위 주파수 대역에서 표준 DTMF 주파수 쌍만 디코딩합니다. 단일 톤 신호에 응답하지 않습니다.

단일 주파수 신호를 디코딩하는 원리는 블록 다이어그램에 나와 있습니다(그림 1).

협대역 필터 검출기

DTMF 수신기는 주파수 쌍만 디코딩하기 때문에 표준 쌍으로 보완하는 주파수 Fc를 사용하여 연구 중인 단일 톤 신호에 대한 입력에서 예시적인 주파수 F0을 추가해야 합니다. 결과적으로 투톤 신호가 일반적인 방식으로 디코딩되는 DTMF 수신기의 입력으로 전송됩니다.

기준 신호 발생기로는 단일 톤 신호 발생 모드가 있는 TR5088(TP5089) DTMF 발생기를 사용하는 것이 편리합니다. DTMF 수신기와 발진기는 하나의 내부 수정 발진기에서 동기화되기 때문에 표준 쌍이 자동으로 형성됩니다.

팩스 신호 감지기의 예를 사용하여 장치의 개략도를 고려하십시오(그림 2).

(확대하려면 클릭하십시오)

탐지기는 팩스 데이터 전송을 위한 연결이 설정될 때 호출 팩스기에 의해 전송되는 1100초의 지속 시간으로 15 ± 0,5Hz의 주파수를 가진 신호의 통신 회선에 존재하는 것에 응답해야 합니다.

DTMF 수신기 DD2는 표준 체계에 따라 켜집니다. 수신기 칩에 내장된 연산 증폭기는 전달 계수가 1인 합산으로 포함됩니다. 연구 중인 신호의 입력 임피던스는 저항 R2의 저항에 의해 결정되며 100kOhm입니다. 클럭 주파수는 ZQ1 석영 공진기에 의해 안정화됩니다. 클록 펄스는 수신기 DD2와 생성기 DD1 모두에 공급됩니다.

타이밍 체인 C5R5. ESO 핀에 연결되어 신호의 시간적 필터링을 제공하는 음성을 포함한 가능한 간섭으로부터 보호하는 역할을 합니다. 도움을 받아 수신 신호의 지속 시간을 확인합니다. 지정된 기간보다 짧은 신호는 무시됩니다. 또한 유효한 문자 간 일시 중지를 확인합니다. 즉, 마이크로 회로는 허용 가능한 기간보다 짧은 DTMF 신호를 수락하지 않으며 허용 가능한 일시 중지보다 짧은 신호 손실을 고려하지 않습니다. 다이어그램에 등급이 표시된 경우 이 시간은 80 ~ 100ms입니다.

National Semiconductor의 TP5088 칩은 마이크로컨트롤러로 제어되는 DTMF 신호 발생기입니다. 입력 DO - D3(핀 9 - 12)에는 숫자, 문자 또는 문자에 해당하는 이진법이 제공됩니다(표 1).

협대역 필터 검출기

TE 입력(핀 2)이 낮으면 DD1 칩이 미세 소비 모드에 있고 TOUT 출력(핀 14)에 신호가 없습니다. TE 입력의 레벨이 낮음에서 높음으로 변경되면 입력 D0-D3의 데이터가 마이크로 회로 레지스터에 저장되고 내부 생성기가 시작됩니다(자체 타이밍 회로가 있는 경우). 이 경우 표준 DTMF 주파수에서 선택한 톤 쌍의 신호가 TOUT 출력에 나타나고 TE 입력에 다시 낮은 레벨이 나타날 때까지 존재합니다. 출력 TOUT - 이미 터가 열려 있습니다. 발전기 작동 및 신호 매개 변수의 타이밍 다이어그램이 그림에 나와 있습니다. 삼.

협대역 필터 검출기

TE 입력에 설치된 커패시터 C1은 미세 회로의 내부 저항과 함께 공급 전압이 적용될 때 발전기를 시작하는 회로를 형성합니다. 톤 디코더가 자율적으로 사용되는 경우(마이크로컴퓨터 없이) 설정됩니다.

STE 입력(핀 3)은 하나 또는 한 쌍의 톤 생성을 제어합니다. 전원 공급 장치의 양극 단자에 연결하거나 전혀 연결하지 않으면 몇 가지 톤이 생성됩니다. 우리의 경우 이 입력은 공통 와이어에 연결되어 단일 톤 신호를 생성합니다. GS 입력(핀 4)의 신호는 상위 또는 하위 주파수 그룹에서 단일 톤 신호 생성을 결정합니다(표 1). 이 입력의 로우 레벨은 하위 그룹의 주파수 신호와 상위 그룹의 하이(또는 비활성화된 입력) 신호를 생성합니다.

이제 단일 톤 신호의 생성 주파수와 결과적으로 톤 디코더의 튜닝 주파수를 결정하는 마스터 오실레이터의 주파수를 계산하는 방법을 알려 드리겠습니다. 이를 위해 경험적 공식을 사용하여 표준 DTMF 신호의 각 톤 주파수에 대한 클록 주파수 분할 비율을 각각 결정합니다. k=Fn/Fg 또는 k = Fv/Fn 여기서 Fn은 헤르츠 단위로 하위 그룹의 주파수입니다. Fв - 상위 그룹의 주파수(단위: 헤르츠). Fg는 마스터 오실레이터의 주파수(MHz)입니다. 계수는 표준 DTMF 주파수, 즉 3,579545MHz(3,58MHz)의 마스터 발진기 주파수에서 계산됩니다. 계산 결과 - 표. 2.

협대역 필터 검출기

다음으로 원하는 톤 디코더 주파수 1100Hz에 대해 위에 주어진 공식을 사용하여 각 k에 대해 마스터 오실레이터 Fr의 계산된 주파수를 결정하고 계산된 주파수에 가능한 한 가까운 수정 공진기를 선택합니다(표 2 , 열 4). 이 경우 이것은 공통 공진기 4.608MHz의 주파수입니다. 이를 바탕으로 동일한 공식을 사용하여 빈도를 계산합니다(표 2, 5열).

표에서 볼 수 있듯이. 도 2에서 톤 디코더의 원래 주파수 1100Hz(계산된 1097Hz)는 하위 그룹의 주파수 Ft0에 해당한다. 이제 상위 그룹 중 하나를 보조 주파수로 선택하면(예: FB1=1557Hz) DTMF 수신기 및 생성기의 진리표(표 1 참조)를 사용하면 이진 코드를 확인할 수 있습니다. 주파수가 1557Hz인 신호를 수신하기 위해 DTMF 생성기의 입력에 적용되어야 하며 DTMF 수신기의 출력에서 코드를 읽습니다. 주파수가 1100Hz인 입력 신호에 해당합니다.

생성기는 이진 코드가 입력에 적용될 때 주파수가 1557Hz인 신호를 생성하며, 톤 주파수의 주파수가 Fv1인 모든 기호, 즉 "1", "4"에 해당합니다. "7", 이 경우 당연히 DDI 칩의 GS 입력에 하이 로직 레벨을 적용해야 한다. 다이어그램(그림 2 참조)은 숫자 "1"에 해당하는 코드의 제출을 보여줍니다. DTMF 수신기 출력의 코드는 숫자 "7"(톤 주파수 F&3 및 F&1)에 해당합니다.

하나의 수신기로 최대 899개의 단일 톤 신호를 결정할 수 있다는 것은 매우 명백합니다. 이 예에서는 주파수가 991, 1097, 1212(팩스 신호) 및 2Hz인 신호입니다. 이 15개의 신호는 DSO 출력(핀 XNUMX)에 스트로브 신호가 있을 때 DDXNUMX 출력에서 읽은 코드로 식별됩니다. 수신기가 표시된 주파수 중 하나를 감지할 때마다 나타납니다. 채널에 하나의 주파수만 존재할 수 있다고 확실히 알려진 경우 톤 디코더의 출력으로 DSO 출력만 사용하는 것이 허용됩니다.

여기에서 디지털 신호 처리 알고리즘은 임의로 일치하는 신호, 특히 음성의 수신에 대한 보호 기능을 제공하고 신호 주파수가 XNUMX개 이상인 경우에도 보호 기능을 제공한다는 점에 유의해야 합니다. 이 기능을 고려해야 합니다.

독립형 장치의 경우, 즉 마이크로컨트롤러나 컴퓨터에 의해 제어되지 않습니다. TP5089 칩은 발전기로도 사용할 수 있습니다. 4x4 매트릭스 키보드를 연결하기 위한 입력이 있습니다. 열과 행의 해당 결론을 자체 또는 공통 와이어 사이에 닫으면 필요한 주파수의 단일 톤 신호가 생성됩니다.

디코딩 노드를 구성하기 위한 옵션은 그림 4에 나와 있습니다. 넷.

협대역 필터 검출기

수신기 DD2의 출력 데이터는 DSO 신호의 동작 후에 래치에 입력되고 저장되기 때문에 디코더는 DSO 신호에 의해 게이트되어야 합니다.

이 미세 회로가 안정적으로 작동하는 마스터 발진기의 최대 주파수는 9-10MHz입니다. 따라서 수신기에서 감지하는 최대 주파수는 4100 ~ 4560Hz 범위에 있습니다.

저자: O.Potapenko, Rostov-on-Don

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