У пропонованій статті розповідається про застосування DTMF-приймача КТ3170 в як вузькосмугового детектора однотонального синусоїдального сигналу в діапазоні звукових частот до 5 кГц. Пристрій володіє високими характеристиками.
У радіоаматорський, а також професійній практиці нерідко доводиться вирішувати завдання вузькосмугової фільтрації низькочастотних сигналів з їх подальшим детектуванням і цифровою обробкою для визначення приналежності до сигналу певній частоті або групі частот. Прикладом цього можуть служити приймачі DTMF сигналів, широко використовуваних в телефонії (набір номера в тональному режимі) і в радіозв'язку (персональний радиовызов).
Зазвичай для ідентифікації синусоїдальних сигналів в телефонії, телемеханіки застосовують аналогові фільтри (активні чи пасивні), що настроюються на потрібні частоти. Виділений сигнал детектується, подається на компаратор, з якого вже знімається логічний сигнал наявності або відсутності тони заданої частоти. Подібні детектори досить громіздкі і не завжди задовольняють вимогам стабільності по частоті при зміні температури і напруги живлення.
З появою технології виготовлення фільтрів на перемикаються конденсаторах (switched capacitor technology SCT) завдання досягнення високих стабільних характеристик фільтрів значно спрощується. Багато закордонні фірми виробляють різні типи фільтрів, виконаних за цією технологією. Наприклад, фірма MAXIM випускає широку номенклатуру інтегральних активних смугових і режекторних фільтрів, фільтрів низьких і високих частот з характеристиками Чебишева. Баттерворта, Бесселя, Гаусса різних порядків (від 2 до 9), у яких можна програмувати центральну частоту/частоту зрізу від десятих часток герца до 100...200 кГц і добротність від 0,5 до 64 з допомогою перемичок або під управлінням мікропроцесора.
Така універсальність, зрозуміло, не може не позначатися на ціні цих виробів. Вартість їх у вітчизняних дилерів досить висока, придбати їх не завжди просто, та і застосування в якості детектора однотональных сигналів вимагає, як відзначалося вище, детектування та подальшої цифрової обробки.
У цьому випадку цікавим видається застосування добре зарекомендував себе в телефонії та радіосистемах приймача DTMF сигналів КТ3170 фірми SAMSUNG (аналог MV8870 фірми GEC PLESSEY SEMICONDUCTOR). Вітчизняним аналогом є KT3170 мік росхема КР1008ВЖ18 виробництва мінського НВО "Інтеграл".
Цей приймач дозволяє декодувати 16 стандартних тональних пар в 4-бітовий код. Виконаний по КМОП технології з використанням смугових фільтрів на перемикаються конденсаторах він володіє наступними характеристиками:
- вузькою смугою пропускання (1,5 % від центральної частоти);
- широким динамічним діапазоном вхідного сигналу (від 77 мВ до 2.45);
- високим вхідним опором по аналогових входів IN+/IN -- 10 МОм (типове значення на частоті 1 кГц);
- низькою споживаною потужністю - 15 мВт;
- високою стабільністю частотних параметрів в широкому температурному діапазоні (від -40°С до +85°С).
Однак цей приймач декодує тільки пари стандартних DTMF-частот з верхньої і нижній частотних груп, що визначаються частотою задаючого генератора (стандартне значення - 3,58 МГц). і не реагує на однотональные сигнали.
Принцип декодування одночастотного сигналу показаний на структурній схемі (рис. 1).
Оскільки DTMF-приймач декодує тільки пари частот, треба на його вході до досліджуваного однотональному сигналу частотою Fc додати зразковий частотою F0, доповнює його до стандартної пари. Отже, на вхід DTMF-приймача буде поданий вже двутональный сигнал, який декодується звичайним чином.
В якості генератора зразкового сигналу зручно використовувати DTMF-генератор ТР5088 (ТР5089), має режим генерації однотонального сигналу. Так як синхронізація DTMF-приймача і генератора здійснюється від одного внутрішнього кварцового генератора, стандартні пари утворюються автоматично.
Розглянемо принципову схему пристрою на прикладі детектора факс-сигналу (рис. 2).
Детектор повинен спрацьовувати на присутність сигналу в лінії зв'язку частотою 1100±15 Гц тривалістю 0,5 с, який передається викликає факсимільним апаратом при встановленні з'єднання для факсимільної передачі даних.
DTMF-приймач DD2 включений за типовою схемою. Операційний підсилювач, вбудований в мікросхему приймача, включений як підсумовуючий з коефіцієнтом передачі, рівним 1. Вхідний опір для досліджуваного сигналу визначається опором резистора R2 і становить 100 кОм. Тактова частота стабілізується кварцовим резонатором ZQ1. Тактові імпульси надходять і на приймач DD2 і на генератор DD1.
Времязадающая ланцюг C5R5. підключена до висновку ESO, служить для захисту від можливих перешкод, в тому числі й мовленнєвих, забезпечуючи тимчасову фільтрацію сигналу. З її допомогою здійснюється перевірка тривалості прийнятого сигналу. Сигнали тривалістю менше заданої ігноруються. Також проводиться перевірка на наявність допустимої міжсимвольної паузи. Іншими словами, мікросхема не буде приймати сигнали DTMF коротше допустимої тривалості і не стане враховувати зникнення сигналу коротше допустимої паузи. При вказаних на схемі номіналах це час становить 80... 100 мс.
Мікросхема ТР5088 фірми National Semiconductor являє собою генератор DTMF сигналів, що працює під управлінням мікроконтролера. На його входи DO - D3 (висновки 9 - 12) подають двійковий еквівалент цифр, знаків або цифр (табл. 1).
Коли на вході ТІ (висновок 2) низький рівень, мікросхема DD1 знаходиться в режимі мікровжитку і на виході TOUT (вивід 14) сигнал відсутній. При зміні рівня на вході ТІ з низького на високий дані на входи D0-D3 запам'ятовуються в регістрі мікросхеми, запускається внутрішній генератор (якщо він має власну времязадающую ланцюг). При цьому сигнал обраної тональної пари із стандартних DTMF-частот з'являється на виході TOUT і присутній до тих пір, поки на вході ТІ знову не з'явиться низький рівень. Вихід TOUT - з відкритим емітером. Тимчасові діаграми роботи генератора і параметри сигналів показано на рис. 3.
Конденсатор С1, встановлений на вході ТІ, спільно з внутрішнім резистором мікросхеми утворюють ланцюг запуску генератора при подачі напруги живлення. Його встановлюють, якщо використовують тон-декодер автономно (без мікро-ЕОМ).
Вхід STE (висновок 3) управляє генерацією одного або пари тонів. Коли він підключений до плюсового виводу джерела живлення або взагалі нікуди не підключений, генерується пара тонів. У нашому випадку цей вхід з'єднаний із загальним проводом для генерації одне-тонального сигналу. Сигнал на вході GS (висновок 4) визначає генерацію одне-тонального сигналу з верхньої або нижньої частотної групи (табл. 1). При низькому рівні на цьому вході генерується сигнал з частотою з нижньої групи, при високому (або відключеному вході) - з верхньої.
Тепер наведемо методику розрахунку частоти задаючого генератора, що визначає частоту генерації однотонального сигналу і, як наслідок, частоту настройки тон-декодера. Для цього визначимо коефіцієнти ділення тактової частоти відповідно для кожної тональної частоти стандартного DTMF сигналу емпіричними формулами: k=Fн/Fг або k = Fв/Fн де Fн - частота з нижньої групи в герцах. Fв - частота з верхньої групи в герцах. Fг - частота задаючого генератора в мегагерцах. Розрахунок коефіцієнтів виробляють для стандартних DTMF-частот, тобто при частоті задаючого генератора 3,579545 МГц (3,58 МГц). Результати розрахунку в табл. 2.
Далі для шуканої частоти тон-декодера 1100 Гц визначаємо розрахункову частоту задаючого генератора Fr для кожного до за формулами, наведеними вище, і вибираємо кварцовий резонатор на частоту, максимально близьку до розрахованої (табл. 2. стовпець 4). В даному випадку це - частота поширеного резонатора 4.608 МГц. Виходячи з цього обчислюємо частоти за тією ж формулою (табл. 2, стовпець 5).
Як видно з табл. 2, вихідна частота тон-декодера 1100 Гц (розрахункова 1097 Гц) відповідає частоті Ft0 з нижньої групи. Якщо тепер в якості допоміжної частоти вибрати будь-яку з верхньої групи, наприклад, FB1=1557 Гц. і скористатися таблицею істинності DTMF-приймача і генератора (див. табл. 1), можна визначити двійковий код. який необхідно подати на вхід DTMF-генератора для отримання сигналу частотою 1557 Гц, і код, зчитаний з виходів DTMF-приймача. відповідний вхідного сигналу частотою 1100 Гц.
Генератор буде виробляти сигнал частотою 1557 Гц при подачі на його входи двійкового коду, відповідного всім символам, тональні частоти яких мають частоту Fв1 а саме: "1", "4". "7", При цьому, зрозуміло, на вхід GS мікросхеми DDI повинен бути поданий високий логічний рівень. На схемі (див. рис. 2) показана подача коду відповідного цифрі" 1". Код на виході DTMF-приймача буде відповідати цифрі "7" (тональні частоти Fи3 і Fи1).
Цілком очевидно, що одним приймачем можна визначати до чотирьох однотональных сигналів. У нашому прикладі це сигнали з частотами 899, 991, 1097 (наш факс-сигнал) і 1212 Гц. Ідентифікація цих чотирьох сигналів здійснюється за кодом, зчитаного з виходів DD2 при наявності стробуючого сигналу на виході DSO (висновок 15). який з'являється щоразу, коли приймач детектує одну з зазначених частот. Якщо ж достовірно відомо, що в каналі може бути тільки одна частота, в якості виходу тон-декодера допустимо використовувати просто вихід DSO.
Тут треба помітити, що алгоритм цифрової обробки сигналів передбачає захист від прийому випадково збігаються сигналів, зокрема мовленнєвих, а також при наявності більше двох сигнальних частот. Цю особливість слід враховувати.
Для автономних пристроїв, тобто не працюють під управлінням мікроконтролера або ЕОМ. в якості генератора можна також використовувати мікросхему ТР5089. має входи для підключення матричної клавіатури 4x4. Замикаючи відповідні висновки стовпців і рядків між собою чи на загальний провід, домагаються генерації сигналу однотонального необхідної частоти.
Варіанти побудови декодуючих вузлів показано на рис. 4.
Оскільки дані на виході приймача DD2 заносяться в регістр-засувку і зберігаються в ньому після дії сигналу DSO, дешифратори необхідно стробировать сигналом DSO.
Максимальна частота задаючого генератора, на якій стабільно працюють зазначені мікросхеми, становить 9-10 МГц. Отже, максимальна частота, яку детектують приймачем, лежить в межах 4100 ..4560 Гц.
Автор: О. Потапенко, р. Ростов-на-Дону