消侧音电路及应用其的二线全双工对讲装置的制作方法

本发明涉及一种二线全双工对讲装置以及其中应用的消侧音电路。

背景技术：

在高铁、地铁等轨道交通系统中使用的广播系统，采用二线全双工对讲装置。全双工二线对讲技术需要针对总线阻抗设计消侧音电路，因为总线的阻抗是固定的，消侧音电路的参数也是固定的。但当总线的阻抗与标准值有偏差或者有所变化时，比如接入总线终端数量发生变化，或者系统重联时，原有的参数不能及时修改，以至于影响到听筒中主叫方声音的衰减幅度，造成主叫方和被叫方的声音混合在一起无法听清。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可自动改变参数、以在总线阻抗变化时仍能提供清晰语音的消侧音电路。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种消侧音电路，应用于二线全双工对讲装置中，所述消侧音电路包括能够与本方语音信号相连接而将其作为输入信号的开关、与总线相连接而将所述输入信号传输至总线中或由所述总线获取总线音频信号的变压器、与所述输入信号和所述变压器相连接以对所述总线音频信号进行信号消除的消音通路；

所述消音通路包括将所述总线音频信号反相而输出单端音频信号的差分输入运放、将所述单端音频信号与所述输入信号相加而消除所述单端音频信号中部分信号并输出对方语音信号的加法器、设置于所述差分输入运放和所述加法器之间而调整所述加法器的输出信号的参数可调的数字电位器、控制所述数字电位器自动进行参数调整的控制器。

优选的，所述控制器包括获取所述加法器输出的对方语音信号并对其进行幅值检测的音频幅度检测电路、向所述开关提供参数调整基准信号作为所述输入信号并根据所述对方语音信号的幅值输出调整信号以调整所述数字电位器的参数的MCU。

优选的，所述音频幅度检测电路包括内置Δ∑算法的真有效值检测芯片。

优选的，所述开关为二选一模拟开关，其具有两路输入端，分别为获取本方语音信号的第一输入端和获取所述参数调整基准信号的第二输入端。

优选的，所述输入信号经定值电阻而输入所述加法器。

优选的，所述开关与所述变压器之间设置有将所述输入信号放大并输出差分音频信号的功率放大器。

优选的，所述功率放大器与所述变压器之间设置有串联电阻。

优选的，所述功率放大器为AB类线性功放。

优选的，所述差分输入运放包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端与其输出端之间、所述运算放大器的反相输入端与其输出端之间分别并联有滤波电容。

本发明还提供一种二线全双工对讲装置，该所述二线全双工对讲装置包括前述的消侧音电路。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明可以实时修改消侧音部分电路参数，从而实现总线阻抗变化的情况下仍提供清晰的语音对讲功能，尤其适用于轨道交通的广播系统。

附图说明

附图1为本发明的消侧音电路的原理框图。

附图2为本发明的消侧音电路中功率放大器的电路图。

附图3为本发明的消侧音电路中加法器的电路图。

附图4为本发明的消侧音电路中差分输入运放的电路图。

附图5为本发明的消侧音电路中数字电位器的电路图。

附图6为本发明的消侧音电路中音频幅度检测电路的电路图。

附图7为本发明的消侧音电路中部分电路的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：轨道交通系统中，每列车设置多个对讲终端，即设置多个二线全双工对讲装置。例如，每列车设置5个对讲终端，当列车重联时，将有10个对讲终端互联。当有对讲终端需要对讲时，即接入对讲总线，将其自身的本方语音传输至总线同时还可由总线获取总线音频信号以听到对方语音。

为了能够听到清晰的对方语音，该二线全双工对讲装置包括消侧音电路。如附图1所示，侧消音电路包括开关U1、功率放大器U5、串联电阻、变压器T1以及消音通路。

开关U1通过其连接状态而选择输入信号，其能够与本方语音信号相连接从而将本方语音信号作为输入信号。本实施例中，开关采用二选一模拟开关，其具有两路输入端，其中一路输入端即第一输入端连接本方语音信号，当二选一模拟开关连接第一输入端时即可获取本方语音信号。二选一模拟开关还具有另一路输入端，即第二输入端。

功率放大器U5与开关相连接，这里采用AB类线性功放，它将输入信号放大并输出差分音频信号。串联电阻为两个，分别为R1、R2，它们分别连接在功率放大器U5的两个输出端。功率放大器U5的输出经串联电阻R1、R2后连接至变压器T1的初级线圈两端，而变压器T1的次级线圈则连接至对讲总线。变压器能够输入信号传输至总线中或由总线获取总线音频信号。

消音通路与输入信号和变压器T1相连接以对总线音频信号进行信号消除。消音通路包括差分输入运放U3、数字电位器U6、加法器U2和控制器。差分输入运放U3、数字电位器、加法器U2依次设置。

差分输入运放U3的两个输入端与变压器T1的初级线圈相连接，从而获得总线音频信号，其将总线音频信号反相而输出单端音频信号。单端音频信号经数字电位器U6后输入至加法器U2的一个输入端，加法器U2的另一个输入端经定值电阻R3与开关所获得的输入信号相连接，从而加法器U2将单端音频信号与输入信号相加而消除单端音频信号中部分信号，然后输出对方语音信号至听筒。其中，数字电位器U6的参数可调，从而可以通过该数字电位器U6调整加法器U2的输出信号。控制器就用于控制数字电位器U6自动进行参数调整。

控制器包括音频幅度检测电路U4和MCU。音频幅度检测电路U4的输入端与加法器U2的输出端相连接，从而获取加法器U2输出的对方语音信号并对其进行幅值检测。MCU包括两方面功能，一是其输出调整基准信号，该调整基准信号输出并提供给开关，即MCU的一个输出端与二选一模拟开关的第二输入端相连接，当二选一模拟开关选择第二输入端时，MCU提供的参数调整基准信号就作为输入信号。该参数调整基准信号为1V、1kHz正弦信号；二是根据对方语音信号的幅值输出调整信号以调整数字电位器U6的参数，即MCU的输入端与音频幅度检测电路U4的输出端相连接，而其另一个输出端则与数字电位器U6相连接。

功率放大器U5的电路图如附图2所示。加法器U2的电路图如附图3所示。差分输入运放的电路图如附图4所示，它包括运算放大器，运算放大器的同相输入端与其输出端之间、运算放大器的反相输入端与其输出端之间分别并联有滤波电容C264、C263。数字电位器U6的电路图如附图5所示。音频幅度检测电路U4的电路图如附图6所示，它包括内置Δ∑算法的真有效值检测芯片

如附图7所示，正常工作状态下，本方语音信号经过模拟开关U1后分为两路，其中一路通过AB类功放U5输出差分音频信号经过串联电路R1、R2后驱动变压器T1对接到总线；另一路经过定值电阻R3后输入到加法器U2。R1、R2串联后经过变压器T1阻抗变换作为总线的负载即此电路的输入阻抗，c、d两点的差分电压信号即为总线音频信号在此负载上的反映。c、d两点的差分电压信号经过差分输入运放U3转换为设备内部的单端音频信号。该单端音频信号经过数字电位器后与本方语音信号一起输入到加法器U2。两个信号经过加法器U2的增益分别由固定电阻R3和数字电位器U6设定。因为差分输入运放U3的增益设置为-1，所以本方语音信号经过差分输入运放U3后返回到加法电路U2的相位与源信号相位相反，因此设置格式的数字电位器值就可以从总线信号中把本方语音信号消除，从而产生清晰的对方语音信号。

下面，进一步说明正常工作状态下整个电路的工作原理。以差分输入运放U3的信号采样点c、d为研究对象，Zl为整个电路的等效负载，Zin为整个电路的等效输入阻抗，本方语音(设为Vs)作用在Zl上面的电压信号幅值为：

总线语音(设为Vbus)作用在Zin上面的电压信号幅值为：

考虑到功放的输出阻抗较小近似认为c、d点等效输出阻抗为Zin＝R1+R2

因此差分输入运放U3的输入信号Vdif为：

由于差分输入运放U3的增益设定为-1，所以差分输入运放U3的输出为-Vdif。

加法器U2的输入为增益为1的本方语音Vs和差分输入运放U3的输出-Vdif。

因此加法电路U2的输出为(R_P为数字电位器U5的参数值)：

因此只要

即：

时，Vo中的Vs项就为0，输出到听筒的对方语音中将不包含本方语音。因此在不同的总线阻抗下只要调整Rp到对应的参数就可以了。

当有新的对讲终端接入总线或者列车重联以及接入的总线阻抗偏差较大而不能得到对方清晰的语音时，将二选一模拟开关切到MCU的DAC输出的标准1V 1KHz正弦信号上。在对方无信号输入时通过音频幅度检测电路U4检测加法器U2的输出幅值。此时通过MCU调整数字电位器U6的阻值Rp，当加法器U2输出的数值最小时的数字电位器阻值Rp就是消侧音电路此时的最优参数。将此参数应用到设备的正常的工作状态中就可以再次得到清晰的对方语音。

通过本发明的消音电路处理，使得列车的对讲语音清晰，特别是在多终端接入以及重联的情况下，对本方语音的衰减保持大于20dB，从而实现在总线挂载终端数量变化的情况下，或者挂载设备与标准值有偏差的情况下以及列车重联的情况下提供清晰的对讲功能。

当对讲装置接入对讲总线时，数字电位器U6调整到预先设定好的参数，预设的参数由对讲装置的标准信号和音频幅度检测电路U4的测试结果计算得到。这样，在接入终端数量不断变化的情况下都可以保持对讲语音的清晰。

以上消侧音电路中：

1、功率放大器U5

本电路中的功率放大器U5采用AB类线性功放，由于采用了BTL输出级，输出没有直流分量，不需要使用隔直电容，可以提高低频的性能。输出采用差分平衡的方式，可以显著的提高EMC性能。

2、差分输入运放电路U3

本电路由运算放大器以及电阻、电容组成，采用平衡式输入方式对接对讲音频总线以提高输入端的共模抑制比。运放的反馈网络并联电容C263、C264组成一阶低通滤波器，可以抑制总线上高于音频频率的信号，提高系统的信噪比。

3、数字电位器U6

本方案采用了7bit共128级可调的数字电位器。MCU通过I²C接口连接到数字电位器芯片，将需要的值写入数字电位器的寄存器。

4、音频幅值检测电路

本方案才用了内置Δ∑算法的真有效值检测芯片作为检测电路的核心，此算法具有比传统检波电路更优秀的带宽和线性度，线性度小于0.1％。输出电平信号使用运放构成的跟随器，降低了MCU ADC输入端的较高输入阻抗带来的影响。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。