單片CVSDMC3418的應用電路設計

摘要：MC3418是Motorola公司生產的一種數字語音編碼/解碼集成電路。文中介紹了運用單片CVSD MC3418實現模擬信號波形編碼的方法，詳細描述了它的工作原理及設計要點，并給出了MC3418在地震波無線檢測電路中的應用實例。

關鍵詞：數字傳輸 CVSD 波形編碼 MC3418

1 引言

現場通信技術的發展日新月異，而且正迅速向各個領域滲透，就目前來說，數字通信以其抗干擾能力強，便于加密，易于集成化，有利于處理、存儲、交換以及和計算機連接等優點而成為當代通信系統的主流。而現有的地震波信號檢測系統普遍存在著抗干擾能力差、信噪比低、系統誤差大、所記錄的數據不利于后期量化處理的缺點。基于上述情況，筆者運用MC3418（編解碼簡單）、抗誤碼性能好、在比特率較低時有較高的信噪比）設計了一種數字傳輸電路，效果很好。

2 MC3418簡介

MC3418是MOTOROLA公司生產的一種簡單數字語音編碼/解碼集成芯片。它有兩種工作狀態，在引腳15處于“1”時，完成編碼功能；處于“0”時，實現解碼功能。MC3418的內部結構和引腳功能如圖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

當取樣速率遠大于奈奎斯特速率時，樣值之間的關聯程序增強，MC3418僅使用一位編碼來表示抽樣時間波形的變化趨向，在當前時刻的樣值與預測值經量化比較后，如差值為正，輸出為“1”；差值為負，輸出為“0”。這種模擬變換方式稱為增量調制（△M）。為了改進△M動態范圍以滿足通信系統的要求（40dB～50dB），可采用自適應方法使量階△的大小隨著輸入信號統計特性而變化，如可將量階△隨音節時間間隔（5ms～20ms）中信號的平均斜率變化，稱之為連續可變斜變增量調制（CVSD）。MC3418就是采用這種調制方式的一種芯片。

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 應用設計及注意事項

4.1 電路設計

圖4所示為MC3418用于地震波無線檢測分析儀的編解碼電路。圖中，用電阻R和電容C構成積分濾波器。該單極點積分網絡的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。

在設計濾波器傳輸函數時，可由Rs和Cs構成單極點網絡，其時間常數典型值為6.0～50ms，充電常數為RsCs，衰減常數為（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，這依賴于輸入信號的最大電平Vo和頻率fm，以及積分濾波器的傳輸函數（R，C），并要求壓縮擴展比不超過30%，因此，應滿足：

Rx=0.25Vcc/[（Vo/2R）+8CV0fs]

本電路選擇Vcc=5V,Vo=1.5V,fs=500Hz。

為設置空閑信道步長，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

在設計圖4所示的編解碼電路時，除應對電路中的自身參數進行仔細設計外，還應注意以下幾點：

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

（2）由于時鐘速率越大，S/N就越高。因此在把電路用于無線電系統且將MC3418設計為4比特系統時，fclk應大于32kHz。

（3）引腳11是NPN器件，故需接上拉電阻。

（4）為避免空載和過載失真，必須滿足：

δ/2A≤δfclk/(2μfs)

式中，A為輸入模擬信號幅度，δ為輸出數字信號幅度，fclk、fs分別為時鐘和信號頻率。

5 結束語

本設計方法可根據實際需要選擇合適的外部元件，以實現對低頻模擬信號進行數字傳輸。該電路信噪比不隨距離變化，能同時進行多路傳送和控制，并可重復硬件，易于設計。可廣泛用于各種低頻數據檢測分析系統。