單片CVSDMC3418的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

摘要：MC3418是Motorola公司生產(chǎn)的一種數(shù)字語(yǔ)音編碼/解碼集成電路。文中介紹了運(yùn)用單片CVSD MC3418實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)波形編碼的方法，詳細(xì)描述了它的工作原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并給出了MC3418在地震波無(wú)線檢測(cè)電路中的應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：數(shù)字傳輸 CVSD 波形編碼 MC3418

1 引言

現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，而且正迅速向各個(gè)領(lǐng)域滲透，就目前來(lái)說(shuō)，數(shù)字通信以其抗干擾能力強(qiáng)，便于加密，易于集成化，有利于處理、存儲(chǔ)、交換以及和計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。而現(xiàn)有的地震波信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)普遍存在著抗干擾能力差、信噪比低、系統(tǒng)誤差大、所記錄的數(shù)據(jù)不利于后期量化處理的缺點(diǎn)。基于上述情況，筆者運(yùn)用MC3418（編解碼簡(jiǎn)單）、抗誤碼性能好、在比特率較低時(shí)有較高的信噪比）設(shè)計(jì)了一種數(shù)字傳輸電路，效果很好。

2 MC3418簡(jiǎn)介

MC3418是MOTOROLA公司生產(chǎn)的一種簡(jiǎn)單數(shù)字語(yǔ)音編碼/解碼集成芯片。它有兩種工作狀態(tài)，在引腳15處于“1”時(shí)，完成編碼功能；處于“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)解碼功能。MC3418的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能如圖1所示。它的工作電壓范圍為-0.4～+18V；工作溫度范圍為0℃～70℃；差分模擬輸入電壓為±5V。

3 MC3418的工作原理

當(dāng)取樣速率遠(yuǎn)大于奈奎斯特速率時(shí)，樣值之間的關(guān)聯(lián)程序增強(qiáng)，MC3418僅使用一位編碼來(lái)表示抽樣時(shí)間波形的變化趨向，在當(dāng)前時(shí)刻的樣值與預(yù)測(cè)值經(jīng)量化比較后，如差值為正，輸出為“1”；差值為負(fù)，輸出為“0”。這種模擬變換方式稱(chēng)為增量調(diào)制（△M）。為了改進(jìn)△M動(dòng)態(tài)范圍以滿足通信系統(tǒng)的要求（40dB～50dB），可采用自適應(yīng)方法使量階△的大小隨著輸入信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性而變化，如可將量階△隨音節(jié)時(shí)間間隔（5ms～20ms）中信號(hào)的平均斜率變化，稱(chēng)之為連續(xù)可變斜變?cè)隽空{(diào)制（CVSD）。MC3418就是采用這種調(diào)制方式的一種芯片。

圖2所示為MC3418的編碼原理和編碼波形圖。其解碼原理圖如圖3所示。

4 應(yīng)用設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)

4.1 電路設(shè)計(jì)

圖4所示為MC3418用于地震波無(wú)線檢測(cè)分析儀的編解碼電路。圖中，用電阻R和電容C構(gòu)成積分濾波器。該單極點(diǎn)積分網(wǎng)絡(luò)的f=1/(2πRC),其電阻R的典型值可在8～13kΩ之間選擇，本電路選取R=10kΩ，C=0.1μF。

在設(shè)計(jì)濾波器傳輸函數(shù)時(shí)，可由Rs和Cs構(gòu)成單極點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，其時(shí)間常數(shù)典型值為6.0～50ms，充電常數(shù)為RsCs，衰減常數(shù)為（Rs+Rp）Cs，由于要求RpRs，圖4電路選擇的Rs為18kΩ，Rp為3.3kΩ，Cs為0.33μF。

電路回路增益的選擇由Rx決定，這依賴(lài)于輸入信號(hào)的最大電平Vo和頻率fm，以及積分濾波器的傳輸函數(shù)（R，C），并要求壓縮擴(kuò)展比不超過(guò)30%，因此，應(yīng)滿足：

Rx=0.25Vcc/[（Vo/2R）+8CV0fs]

本電路選擇Vcc=5V,Vo=1.5V,fs=500Hz。

為設(shè)置空閑信道步長(zhǎng)，必須使Rmin滿足：

Rmin≈Rs[Vcc/(Csfclk△VoRx)-1]

其中，△Vo是空閑輸出期望峰-峰值。

4.2 注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)圖4所示的編解碼電路時(shí)，除應(yīng)對(duì)電路中的自身參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計(jì)外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）所有數(shù)字信號(hào)通數(shù)（9，11，13，14）與模擬信號(hào)通路（1～7，10）應(yīng)該隔開(kāi)，以利于獲得完全空閑信道。

（2）由于時(shí)鐘速率越大，S/N就越高。因此在把電路用于無(wú)線電系統(tǒng)且將MC3418設(shè)計(jì)為4比特系統(tǒng)時(shí)，fclk應(yīng)大于32kHz。

（3）引腳11是NPN器件，故需接上拉電阻。

（4）為避免空載和過(guò)載失真，必須滿足：

δ/2A≤δfclk/(2μfs)

式中，A為輸入模擬信號(hào)幅度，δ為輸出數(shù)字信號(hào)幅度，fclk、fs分別為時(shí)鐘和信號(hào)頻率。

5 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)方法可根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的外部元件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字傳輸。該電路信噪比不隨距離變化，能同時(shí)進(jìn)行多路傳送和控制，并可重復(fù)硬件，易于設(shè)計(jì)。可廣泛用于各種低頻數(shù)據(jù)檢測(cè)分析系統(tǒng)。