一種城軌車站廣播電路的設(shè)計(jì)

鄒航 翁悅寧 許賽文

摘 要： 為了解決傳統(tǒng)車站廣播電路復(fù)雜和采用的電源線和信號(hào)線分開的方式而導(dǎo)致施工成本高的問題。設(shè)計(jì)了一種城軌車站廣播電路。采用依次相連的前端調(diào)理電路、遠(yuǎn)程傳輸電路、差分放大電路以及功放電路，可實(shí)現(xiàn)電源線和信號(hào)線同一電纜進(jìn)而遠(yuǎn)程供電的功能。同時(shí)，避免電源線和信號(hào)線分開的情況，節(jié)省了施工成本，適合車站這種長距離的應(yīng)用場合。

關(guān)鍵詞： 車站廣播； 遠(yuǎn)程供電； 差分信號(hào)； 功率放大器

中圖分類號(hào)： TN 710 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1671-2153（2018）01-0091-03

0 引 言

目前，我國城市軌道交通的發(fā)展較快。為了便于向乘客發(fā)布實(shí)時(shí)消息，現(xiàn)在的軌道交通中均設(shè)置了城市軌道車站廣播系統(tǒng)。傳統(tǒng)的車站廣播系統(tǒng)電路相對(duì)復(fù)雜，為了得到更好的傳輸距離和傳輸效果，這種電路一般采用的電源線和信號(hào)線分開的方式，由于車站的長距離傳輸，其施工成本相對(duì)比較高[1]。

為了改善上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種城軌車站廣播電路，該電路能夠滿足現(xiàn)場廣播需要，達(dá)到了節(jié)約成本的要求。

1 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)包含前端調(diào)理電路、遠(yuǎn)程傳輸電路、差分放大電路和功放電路。其中的遠(yuǎn)程傳輸電路和前端調(diào)理電路、差分放大電路連接，并且差分放大電路還和功放電路連接。前端調(diào)理電路用于將輸入音頻轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，遠(yuǎn)程傳輸電路用于傳輸前端調(diào)理電路輸出的差分信號(hào)并向前端調(diào)理電路提供工作電源，差分放大電路用于放大遠(yuǎn)程傳輸電路輸出的差分信號(hào)，而功放電路則用于放大差分放大電路輸出信號(hào)的功率。

電路采用遠(yuǎn)程供電的工作方式，電源和信號(hào)復(fù)用同一組電纜，這樣不但節(jié)省了布線施工成本，而且信號(hào)能夠以差分形式在電源線纜上傳輸，適合城軌車站內(nèi)進(jìn)行長距離廣播，如圖1所示[2]。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 前端調(diào)理電路設(shè)計(jì)

圖2為前端調(diào)理電路。圖2中，前端調(diào)理電路用于將輸入音頻轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，電路主要包含一個(gè)運(yùn)放芯片，選型為OPA2376，其內(nèi)部包含兩個(gè)運(yùn)算放大器，分別為U1和U2。前端調(diào)理電路的電源由遠(yuǎn)程傳輸電路提供，遠(yuǎn)程傳輸電路傳輸過來的電壓由限流電阻R2，穩(wěn)壓管D1，濾波電容C1穩(wěn)壓后輸出5 V電源；電源來自傳輸電纜，無需外接其他電源。麥克風(fēng)MK1正極通過電阻R1和5 V電源連接，負(fù)極和地連接；麥克風(fēng)MK1的輸出端和運(yùn)放U2的同相輸入端連接；運(yùn)放U2采用的是跟隨器的接法，其輸出端信號(hào)通過R5和R6分壓后，輸出給運(yùn)放U1的反相端；U1采用的是反相放大接法，放大2倍，相位相反，則U1和U2的輸出腳上輸出差分信號(hào)用于遠(yuǎn)程傳輸，電容C2和C3用于隔離線纜上的直流電，R3和R4用于限制電纜上的電流[3]。

型號(hào)OPA2376的運(yùn)放芯片，有低噪音、低功耗和單電源操作的特點(diǎn)。而且本次設(shè)計(jì)的前端調(diào)理電路的電源是由圖3中的遠(yuǎn)程傳輸電路提供，這樣避免電源線和信號(hào)線分開，節(jié)省了很多施工成本。該前端電路主要的功能是將司機(jī)廣播的語音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成差分信號(hào)，然后差分信號(hào)傳給下一個(gè)電路。圖2前端電路中的電源輸入端的穩(wěn)壓電路作用在于將遠(yuǎn)程傳輸?shù)碾娔芊€(wěn)壓成我需要的電源，供前端電路使用，這樣就無需單獨(dú)供電。

2.2 遠(yuǎn)程傳輸電路和差分放大電路設(shè)計(jì)

圖3為遠(yuǎn)程傳輸電路和差分放大電路。圖3中，遠(yuǎn)程傳輸電路由R9，R10，R14和R15以及線纜組成，該電路一方面用來傳輸差分信號(hào)，另一方面用來傳輸直流電源。其中R9和R10為靠近前端調(diào)理電路一側(cè)的限流電阻；R14和R15為靠近供電側(cè)的限流電阻；R9，R10，R14，R15構(gòu)成限流電阻網(wǎng)絡(luò)，將直流電流限制在500 mA以內(nèi)。差分放大電路和遠(yuǎn)程傳輸電路的線纜相連，C4和C5用于隔離線纜上的直流電，只有差分信號(hào)才能輸入到運(yùn)放U3的同相端和反相端，U3采用差分放大接法，輸出信號(hào)給下一級(jí)的功放電路[4]。

圖3的遠(yuǎn)程傳輸電路和差分放大電路圖中電源線和信號(hào)線為同一電纜，節(jié)省了10～100 m的電纜；圖2中來的差分信號(hào)輸入圖3中，經(jīng)過圖3的差分放大，還原成原來的信號(hào)。電路中的C2，C3，C4和C5的作用是隔離遠(yuǎn)程供電的直流電源，而通過差分信號(hào)線的交流信號(hào)，另一方面保護(hù)運(yùn)放不受高壓直流的損壞[5]。

2.3 功放電路設(shè)計(jì)

圖4為本設(shè)計(jì)的功放電路。圖4中，功放電路用于放大上一級(jí)差分放大電路的輸出信號(hào)[6]。功放芯片U4選型為TDA7294，最大輸出功率為100 W，上一級(jí)差分放大電路的信號(hào)從精密電位器VR1上輸入過來，經(jīng)過限流電阻R17和隔直電容C6后進(jìn)入芯片的輸入腳3腳，芯片的靜音控制端10腳和旁路控制端9腳分別通過電阻R19和R20接到正電源上，使芯片進(jìn)入工作模式，R21和R18構(gòu)成功放芯片的反饋電路，放大倍數(shù)為3dB，C14是芯片輸出端的自舉電容，用于抬高輸出電壓，R22為芯片負(fù)載，可以選擇4～8 ？贅阻值的喇叭，用來向乘客進(jìn)行廣播[7]。

3 實(shí)驗(yàn)測試

表1為該電路的輸出參數(shù)。表1中例舉了輸出信號(hào)的信噪比、功率、輸出電壓和電流參數(shù)，這些數(shù)據(jù)分別是在不同工作電壓下測試得到的。

根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，該電路采用雙電源供電，試驗(yàn)設(shè)置了4個(gè)電壓工作狀態(tài)，分別是+10，+20，+30和+40V。從表1的縱向看，對(duì)于輸出信號(hào)的信噪比這一欄，隨著供電電壓的增大，信噪比從24 dB逐漸變大到40 dB，輸出不失真功率從60 W逐漸增大到86 W，同樣的輸出電壓從8 V增大到68 V，而輸出電流從35 A下降到28 A。隨著電源電壓增大，信噪比、功率、輸出電壓和輸出電流的參數(shù)狀態(tài)越來越好，但是為了取得性能和功耗的平衡，在具體的使用中推薦使用差分放大電路+20 V電源作為功放的電源，既能節(jié)省電源的設(shè)計(jì)成本又能滿足現(xiàn)場的實(shí)際使用需要。

4 結(jié)束語

本文研究了一種城軌車站廣播電路，包含前端調(diào)理電路、遠(yuǎn)程傳輸電路、差分放大電路和功放電路。比起傳統(tǒng)的車站廣播電路，相對(duì)簡單而且可靠，該電路采用遠(yuǎn)程供電的工作方式，電源和信號(hào)復(fù)用同一組電纜，不但節(jié)省了布線施工成本，而且信號(hào)能夠以差分形式在電源線纜上傳輸，適合城軌車站內(nèi)進(jìn)行長距離廣播。

參考文獻(xiàn)：

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