狭帯域フィルター検出器。スキーム、説明

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狭帯域フィルター検出器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事では、最大 3170 kHz の可聴周波数範囲におけるシングルトーン正弦波信号の狭帯域検出器としての KT5 DTMF レシーバーの使用について説明します。デバイスは高性能です。

アマチュア無線やプロの現場では、信号が特定の周波数または周波数グループに属しているかどうかを判断するために、低周波信号の狭帯域フィルタリングの問題を、その後の検出とデジタル処理で解決する必要があることがよくあります。この例としては、電話 (トーンダイヤル) や無線通信 (無線パーソナルコール) で広く使用されている DTMF 信号の受信機があります。

通常、電話通信やテレメカニクスで正弦波信号を識別するには、目的の周波数に調整されたアナログフィルター (アクティブまたはパッシブ) が使用されます。選択された信号は検出されて比較器に供給され、そこでは所定の周波数のトーンの有無に関する論理信号がすでに除去されています。このような検出器は非常に大きく、温度や電源電圧が変化した場合の周波数安定性の要件を常に満たすわけではありません。

スイッチトキャパシタ技術 SCT の出現により、安定した高いフィルタ性能を実現する作業が大幅に簡素化されました。多くの外国企業がこの技術を使用して作られたさまざまなタイプのフィルターを製造しています。たとえば、MAXIM 社は、チェビシェフ特性を備えた広範な統合アクティブバンドパスフィルタやノッチフィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタを製造しています。さまざまな次数 (2 ～ 9) のバターワース、ベッセル、ガウス。ジャンパ以下を使用して、中心周波数/カットオフ周波数を 100 分の 200 ヘルツから 0,5 ～ 64 kHz まで、品質係数を XNUMX ～ XNUMX までプログラムできます。マイクロプロセッサ制御。

もちろん、このような多用途性は、これらの製品の価格に影響を与えざるを得ません。国内ディーラーからの価格は非常に高く、購入するのは必ずしも簡単ではありません。また、シングルトーン信号の検出器として使用するには、前述したように、検出とさらなるデジタル処理が必要です。

この場合、電話や無線システムで実績のある SAMSUNG KT3170 DTMF 信号受信機 (GEC PLESSEY SEMICONDUCTOR の MV8870 に類似) を使用するのが興味深いと思われます。 KT3170 の国内類似品は、ミンスクの NPO Integral によって製造された KR1008VZh18 マイクロ回路です。

この受信機を使用すると、16 の標準トーンペアを 4 ビットコードにデコードできます。スイッチトキャパシタ上のバンドパスフィルターを使用する CMOS テクノロジーを使用して作られており、次の特性があります。

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狭帯域幅 (中心周波数の 1,5%)。

入力信号の広いダイナミックレンジ (77 mV ～ 2.45 V)。

アナログ入力 IN+/IN の高入力インピーダンス -- 10 MOhm (周波数 1 kHz での標準値)。

低消費電力 - 15 mW;

広い温度範囲（-40°C ～ +85°C）における周波数パラメータの高い安定性。

ただし、この受信機は、マスター発振器の周波数 (標準値 - 3,58 MHz) によって決定される、上位周波数グループと下位周波数グループからの標準 DTMF 周波数のペアのみをデコードします。シングルトーン信号には応答しません。

単一周波数信号をデコードする原理をブロック図に示します (図 1)。

狭帯域フィルター検出器

DTMF 受信機は周波数ペアのみをデコードするため、その入力で例示的な周波数 F0 を周波数 Fc の調査中のシングルトーン信号に追加し、それを標準ペアに補完する必要があります。その結果、ツートーン信号が DTMF 受信機の入力に送信され、通常の方法でデコードされます。

基準信号発生器としてシングルトーン信号発生モードを備えたDTMF発生器TP5088（TP5089）を使用すると便利です。 DTMF レシーバーと発振器は単一の内部水晶発振器によって同期されるため、標準ペアが自動的に作成されます。

FAX信号検出器の例を使用してデバイスの回路図を見てみましょう(図2)。

（クリックして拡大）

検出器は、通信回線内に 1100 秒続く 15±0,5 Hz の信号が存在することによってトリガーされる必要があります。この信号は、ファックスデータ送信用の接続を確立するときに発信側ファックス機によって送信されます。

DTMF レシーバー DD2 は標準方式に従って接続されます。受信チップに組み込まれたオペアンプは、伝達係数が 1 の加算アンプとして組み込まれています。調査対象の信号の入力抵抗は、抵抗 R2 の抵抗によって決まり、100 kΩ です。クロック周波数はZQ1水晶振動子により安定化されています。クロックパルスは、レシーバー DD2 とジェネレーター DD1 の両方に送信されます。

タイミング回路C5R5。 ESO ピンに接続すると、信号の時間フィルタリングを提供することで、音声などの考えられる干渉から保護します。受信信号の継続時間を確認するために使用されます。指定された持続時間より短い持続時間の信号は無視されます。また、有効な文字間の一時停止の存在もチェックします。言い換えれば、超小型回路は許容持続時間より短い DTMF 信号を受け入れず、許容休止時間より短い信号損失を考慮しません。図に示されている定格では、この時間は 80 ～ 100 ミリ秒です。

National Semiconductor の TP5088 チップは、マイクロコントローラによって制御される DTMF 信号発生器です。その入力 DO ～ D3 (ピン 9 ～ 12) は、数字、記号、または文字に相当するバイナリを供給します (表 1)。

狭帯域フィルター検出器

TE 入力 (ピン 2) が Low の場合、DD1 チップは微量消費モードになり、TOUT 出力 (ピン 14) には信号がありません。 TE 入力のレベルが Low から High に変化すると、入力 D0 ～ D3 のデータがマイクロ回路レジスタに保存され、内部発振器が起動します (独自のタイミング回路がある場合)。この場合、標準 DTMF 周波数から選択されたトーンペアの信号が TOUT 出力に現れ、再び TE 入力に低レベルが現れるまで存在します。 TOUT 出力 - オープンエミッタ。発電機の動作と信号パラメータのタイミング図を図に示します。 3.

狭帯域フィルター検出器

TE 入力に取り付けられたコンデンサ C1 は、マイクロ回路の内部抵抗とともに、電源電圧が印加されると発電機起動回路を形成します。トーンデコーダを自律的に（マイコンなしで）使用する場合にインストールされます。

STE 入力 (ピン 3) は、4 つまたは 1 組のトーンの生成を制御します。電源のプラス端子に接続されている場合、またはまったく接続されていない場合、一対のトーンが生成されます。この例では、この入力はシングルトーン信号を生成するために共通のワイヤに接続されています。 GS 入力 (ピン XNUMX) の信号により、上位または下位の周波数グループからのシングルトーン信号の生成が決まります (表 XNUMX)。この入力のレベルが低い場合は、下位グループの周波数の信号が生成され、レベルが高い場合 (または入力が無効になっている場合)、上位グループからの周波数の信号が生成されます。

次に、シングルトーン信号の生成周波数、そして結果としてトーンデコーダの同調周波数を決定するマスターオシレータの周波数を計算する方法を紹介します。これを行うには、実験式を使用して標準 DTMF 信号のトーン周波数ごとにクロック分周係数をそれぞれ決定します。 k = Fн/Fг または k = Fв/Fн ここで、Fн はヘルツ単位の低いグループの周波数です。 Fв - ヘルツ単位の上位グループの周波数。 Fg - マスターオシレーターの周波数（メガヘルツ）。係数は標準の DTMF 周波数、つまりマスターオシレーター周波数 3,579545 MHz (3,58 MHz) に対して計算されます。計算結果を表に示します。 2.

狭帯域フィルター検出器

次に、目的のトーンデコーダ周波数 1100 Hz に対して、上記の式を使用して各 k のマスターオシレータ Fr の計算周波数を決定し、計算周波数にできるだけ近い周波数の水晶振動子を選択します (表 2) 、列4)。この場合、これは共通の共振器の周波数 4.608 MHz です。これに基づいて、同じ式を使用して頻度を計算します (表 2、列 5)。

表からもわかるように。図２において、元のトーンデコーダ周波数１１００Ｈｚ（計算値１０９７Ｈｚ）は、下位グループの周波数Ｆｔ０に対応する。ここで、上位グループのいずれかを補助周波数として選択すると、たとえば、FB2 = 1100 Hz となります。また、DTMF レシーバーとジェネレーターの真理値表 (表 1097 を参照) を使用して、バイナリコードを決定できます。周波数 0 Hz の信号を受信するには、DTMF ジェネレーターの入力に適用する必要があり、コードは DTMF レシーバーの出力から読み取られます。周波数 1 Hz の入力信号に対応します。

ジェネレーターは、バイナリコードが入力に適用されると、周波数 F×1557、つまり「1」、「1」を持つ音周波数を持つすべてのシンボルに対応する、4 Hz の周波数の信号を生成します。「7」。この場合、もちろん、DDI チップの GS 入力に高論理レベルを適用する必要があります。この図 (図 2 を参照) は、数字「1」に対応するコードの供給を示しています。 DTMF 受信機の出力のコードは、数字「7」(トーン周波数 Fи3 および Fи1) に対応します。

899 つの受信機が最大 991 つのシングルトーン信号を検出できることは明らかです。この例では、これらは 1097、1212、2 (FAX 信号) および 15 Hz の周波数を持つ信号です。これら XNUMX つの信号の識別は、DSO 出力 (ピン XNUMX) でのストローブ信号の存在下で DDXNUMX 出力から読み取られたコードによって実行されます。これは、受信機が指定された周波数のいずれかを検出するたびに表示されます。チャネル内に存在できる周波数が XNUMX つだけであることが確実にわかっている場合は、単に DSO 出力をトーンデコーダの出力として使用することが許可されます。

ここで、デジタル信号処理アルゴリズムは、ランダムに一致する信号、特に音声の受信、および XNUMX つ以上の信号周波数の存在下での受信に対する保護を提供することに注意してください。この機能を考慮する必要があります。

スタンドアロンデバイスの場合、つまり、マイクロコントローラーやコンピューターの制御下で動作しない場合。 TP5089 マイクロ回路を発電機として使用することもできます。 4x4 マトリックスキーボードを接続するための入力を備えています。列と行の対応する端子を相互に接続するか、共通のワイヤに接続することにより、必要な周波数のシングルトーン信号の生成が実現されます。

デコードノードを構築するためのオプションを図 4 に示します。四。

狭帯域フィルター検出器

DD2 レシーバの出力のデータはラッチレジスタに入力され、DSO 信号が印加された後にそこに格納されるため、デコーダは DSO 信号でゲートされる必要があります。

これらのマイクロ回路が安定して動作する最大マスターオシレータ周波数は 9 ～ 10 MHz です。したがって、受信機によって検出される最大周波数は 4100 ～ 4560 Hz の範囲になります。

著者: O.ポタペンコ、ロストフ・ナ・ドン

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