增量调制(M)编译码实验

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 V/I转转 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 MC3418 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。
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。
三、单片M编码系统组成和电路原理 单片 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。
发 定 时 语 音 信 号 发 音 示 发 编 编 发 信道 译 编 发 收 定 时 收 音 示 发 语 音 信 号
△M编译码系统框图
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。
G2A G1 A B C Y0 Y1
-10dB Vin(mv)p-p 5000 1500 -20dB 500 -30dB 150 -40dB 50 -50dB 15
Vout K N S/N(dB)
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。
(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。
S/N (dB) 24 22 20
增量调制（ 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。
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？
VCC/2 11 RP RS
音音输音音示发
CS
+
3 4 RX R
VCC
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 τ＝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RP>>Rs，即D≈0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 Vcs1≈5.98G （7） 当D＝0，控制电压V与G成非线性关系。设D=3，得 Vcs2=(23.52G)/(1+3G) （8）
2、电路原理 、 MC3418简介 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。
(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。
MC3418 + 5 6
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/(wk.baidu.com1/R)+SC))
7
4
-
经整理后得到
-(V(s))/(I(s))=(I/C)/(S+1/(RC))=K/(S+WO ) (1)
15 调调/ 解调解解 1 2 13
14
时时
16
VCC输电+
模模 运运
+ + 1
2
4位位位位位发
8 VEE输电-
12 VTH数数运运
逻逻
9 10
11
脉脉 控调输控
+ 3 4
vcc/2 Io
4
+
极线极线
Iint 5 6
3
控调输控
7
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。
f(Hz) Vout K N S/N(dB) 500 1000 1500 2000 2500 3000
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。
f(Hz) Vout 250 500 1000 2000 3000 3400
输输输输
18
-50
-40
-30
-20
-10
0
△M编译码系统动态范围样板图
(dBmo)
动态范围的测试框图如图所示。
音音 发发发 可可 衰衰发 编编发
失失失
杂音杂
译编发
示示发
动态范围测试框图
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。
C
R
单积分电路图
其中K=1/C，WO=1/(RC)。 一般认为是300Hz。当R＝10K ， C=0.1f时，f0 ＝159Hz。 将式(1)写成时域形式 -I=V/R+C(dv)/dt （2）
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 Imax≈Icmax＝C(dv)/dt＝0.1×10-6 ×2π×1000×4.36 ≈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 Imin≈9.6A
512KHZ
256KHZ 128KHZ 64KHZ 32KHZ
定时部分时间关系图
四、实验仪器
双踪同步示波器 直流稳压电源 低频信号发生器 失真度测试仪 杂音计 △M实验箱1台 数字频率计 万用表 ≥20MHz 1台 +5V -5V +12V 1台 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 QZ4121测量频率范围满足50Hz-8KHz 测量信噪比范围0-- -50dB 1台 HF5151A 1台 测量频率范围50Hz—10MHz 1台 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。
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。
VCS（V）
6 4 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 G 2 1
线线线线
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τ1＝5ms，τ2＝20ms， 这时 τ2/τ1=4 ∵ τ2/τ1=(CS(RS+RP))/(CSRS)=1+D ∴ D=3 选CS=0.33F，则RS＝15.15K ，RP=15.15K ，取RS=15K ， RP=47K 得D≈3.13。 在临界过载时，G达到最小值。对正弦信号可得G＝0.436，这时控制电 压Vcs的最大值约为(计算从略) Vmax≈4.48V 此值决定了限流电阻Rx≈1.5K 。