一種機(jī)載音響通信系統(tǒng)話音預(yù)放大模塊的設(shè)計(jì)

吳元杰

（中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司第十研究所，四川 成都 610036）

AXU系統(tǒng)是一種機(jī)載音響通信系統(tǒng)，完成飛機(jī)飛行員與地勤通話、傳感告警音通信等功能。話音信號(hào)預(yù)放大模塊（以下簡(jiǎn)稱IO模塊）駐留在AXU 系統(tǒng)中，它實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行員耳機(jī)話筒組的預(yù)放大和切換輸出、地勤耳機(jī)話筒組的預(yù)放大和切換輸出， 并將放大后的飛行員話筒信號(hào)和放大后的地勤話筒信號(hào)輸出給音響模塊、告警音處理模塊、應(yīng)急電臺(tái)。同時(shí)IO模塊上安裝AXU系統(tǒng)的對(duì)外連接器，完成AXU對(duì)外信號(hào)的交互。

1 IO模塊主要功能

1.1 話音放大功能

IO模塊中前置音頻放大單元完成飛行員和地勤人員話筒小信號(hào)話音放大功能并傳送給音響模塊處理。

1.2 模擬通道切換控制功能

IO模塊中繼電器組及音頻開(kāi)關(guān)完成模擬通道切換控制功能，AXU系統(tǒng)中模擬信號(hào)通過(guò)繼電器組及音頻開(kāi)關(guān)控制輸出。

2 IO模塊的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原理框圖

IO模塊完成音頻信號(hào)放大，模擬通道切換功能。其主要由兩部分功能單元組成，分別是前置音頻放大單元和繼電器組及音頻開(kāi)關(guān)。原理框圖如圖1所示。

圖1 IO模塊原理框圖

2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

2.2.1 話音放大性能設(shè)計(jì)

（1）低阻話筒輸入：采用HK91低阻話筒，輸入阻抗150Ω，動(dòng)態(tài)范圍0.3mV-20mV。

（2）放大輸出：兩路輸出均為平衡輸出，輸出阻抗600Ω。

（3）增益曲線：飛行員和地勤話筒信號(hào)放大倍數(shù)為單端100±20。

（4）供電電源：+12 V，紋波小于50mV，電壓精度不大于2%。

（5）模塊功耗：≤2 W。

（6）頻響：300 Hz～3.4 k Hz波動(dòng)≤3dB。

（7）信噪比：≥40dB（1 k Hz）。

2.2.2 模擬通道切換控制性能設(shè)計(jì)

初始化狀態(tài)時(shí)，默認(rèn)AXU設(shè)備的告警音模塊音頻輸出給耳機(jī)。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

2.3.1 電源電路設(shè)計(jì)

IO模塊的外部需求輸入電源為+12V，供電來(lái)自告警音處理模塊、AXU電源模塊和應(yīng)急電臺(tái)。當(dāng)任一電源有效時(shí)，IO模塊都可以正常工作。當(dāng)任一電源故障時(shí)，不影響IO模塊正常工作。模塊上的運(yùn)算放大器、功率放大器和模擬開(kāi)關(guān)電路需要的供電為3.3V；繼電器需要的供電為12V。

IO模塊上經(jīng)過(guò)兩次將12V轉(zhuǎn)化為3.3V，用1 片正電壓調(diào)整器LM1086IS-5.0完成12V到5V電壓的轉(zhuǎn)化，用1片電壓調(diào)整器LT1086IM-3.3#PBF 完成5 V到3.3 V電壓的轉(zhuǎn)化。LM1086IS-5.0和LT1086IM-3.3#PBF都可以提供1.5A的電流。

2.3.2 前置音頻放大電路設(shè)計(jì)

IO模塊前置頻頻放大電路主要包括前置放大、AGC控制盒后級(jí)驅(qū)動(dòng)輸出3個(gè)功能電路。如圖2所示。

圖2 前置音頻放大電路原理框圖

2.3.2.1 前置放大電路

選用MAXIM公司的牽制放大器MAX4062進(jìn)行前端輸入放大。該芯片具有如下特點(diǎn)：

（1）電源紋波抑制比高達(dá)86dB，對(duì)應(yīng)3.3V供電，耦合噪聲小于0.2μV。

（2）話音通帶失真小于-67dB。

（3）話音通帶噪聲密度典型 。

（4）支持兩路話筒的輸入和切換。

（5）輸入阻抗100kΩ[1]。

2.3.2.2 AGC控制電路

AGC控制電路選用美國(guó)AD公司可變音頻放大器SSM2167，可以通過(guò)電阻的設(shè)計(jì)自行決定高頻截止頻率及低頻噪聲截止頻率，從而得到非常平均的語(yǔ)音輸出[2]，增大飛行員話筒信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，去語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備的放大通路無(wú)AGC控制部分。具備以下特點(diǎn)：

（1）可變?cè)肼曢T(mén)限。

（2）可變壓縮率和拐點(diǎn)。

（3）自動(dòng)限制，防止ADC過(guò)載。

在IO模塊中，其典型AGC控制電路如圖3所示：

圖3 IO模塊中典型AGC電路圖

2.3.2.3 后級(jí)驅(qū)動(dòng)輸出電路

后級(jí)輸出驅(qū)動(dòng)采用TI公司的音頻功率放大器TPA721，工作參數(shù)如下：

（1）工作電壓3.3-5 V，輸出功率250 mW-750 mW/8 Ω。

（2）高電源紋波抑制，最大可達(dá)80 dB。

（3）失真度（THD+N），0.5%。

（4）集成去POP噪聲電路。

2.3.3 繼電器組及音頻開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)

繼電器組及音頻開(kāi)關(guān)電路具有以下功能：

（1）音響模塊、告警音處理模塊、應(yīng)急電臺(tái)到飛行員耳機(jī)信號(hào)的切換控制。

（2）音響模塊、告警音處理模塊到地勤耳機(jī)信號(hào)的切換控制。

繼電器選用貴航電器的蜜蜂電磁繼電器JZC-064M/012-01-Ⅱ，+12V供電，其動(dòng)作時(shí)間和釋放時(shí)間均小于4ms，切換速度較快。

音頻開(kāi)關(guān)選用美國(guó)MAXIM公司的四路SPST 開(kāi)關(guān)，3.3 V供電，可對(duì)四路信號(hào)進(jìn)行兩組切換。

IO模塊的輸出與切換控制信號(hào)YX_IO_SW及BRUC-EAR的關(guān)系如表1所示：

表1 IO模塊的輸出與控制信號(hào)的關(guān)系表

飛行員耳機(jī)信號(hào)及地勤耳機(jī)信號(hào)切換電路：

飛行員耳機(jī)信號(hào)切換電路原理框圖如圖4所示：

圖4 飛行員耳機(jī)信號(hào)切換電路原理框圖

2.3.4 信號(hào)通道電路設(shè)計(jì)

IO模塊具有直連信號(hào)通道的功能，直連信號(hào)通過(guò)IO模塊對(duì)外的連接器進(jìn)行輸入輸出，在模塊的印制板上傳輸。IO模塊通過(guò)美國(guó)AIRBORN公司的4排220芯的電連接器RM412-220-192-9501-919 與AXU系統(tǒng)相連，用中航光電公司的濾波連接器J599/20WJ35PLN01L1-01和美國(guó)SABRITEC公司的連接器012617-3111-N作為AXU對(duì)外的連接器。

3 IO模塊方案測(cè)試與結(jié)果

按照設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)IO模塊各功能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量結(jié)果如表2所示：

表2 IO模塊的功能測(cè)試記錄表

4 結(jié)束語(yǔ)

本方案對(duì)機(jī)載音響通信系統(tǒng)（AXU）的IO模塊的功能、性能指標(biāo)、設(shè)計(jì)要素進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。IO模塊的設(shè)計(jì)原理、關(guān)鍵元器件經(jīng)過(guò)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。因此，該方案能夠滿足AXU系統(tǒng)技術(shù)要求。