主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：對講機電路原理分析

模擬對講機，電路示意圖：

電路簡單圖解
1.當天線接收到信號后，由于信號非常微弱，需要將信號放大，這就需要LNA（低噪聲放大器）。然后通過一個射頻段的帶通濾波器，這里標注為Image Filter（鏡像頻率抑制濾波器），鏡像頻率指以載頻為中心，與有用信號對稱的頻率，該頻率上的噪聲通過混頻后會進到中頻頻率中。
2.通過Image Filter后，信號進入MIXER(混頻器)中與LO(本地振蕩器)進行混頻，并通過一個SAW（表面聲波濾波器），只保留中頻點的信號，其他頻率點的進行衰減。IFAMP(中頻放大器)將中頻信號恢復并放大后，再次通過第二個混頻器將頻率降至450K低頻，這時信號就容易被基帶部分處理。
3.基帶部分:FMDET,鑒頻器，將調制信號恢復出音頻信號，但這時的信號效果很差，需要送到音頻處理部分處理一下才能得到較好的音效。這部分包括De-emphasis(去加重)，Audio Filter(音頻濾波器)，Adder(暫時沒搞清楚),Volume(調節(jié)音量),SP AMP(揚聲器放大器，提供大功率，推動大負載)，SPEAKER（揚聲器）。
4.發(fā)送部分，人的話音被MIC(麥克風)轉成電信號，通過Pre-emphasis(預加重)和MIC AMP后送到Audio Filter中濾波，在通過Limiter(限幅器)整形,之后通過Splatter Filter(潑濺濾波器)濾掉Limiter產生的諧波。注意，這時是低頻信號，信號通過VCO（壓控振蕩器）后將信號調制到高頻，再經過TX Amp(發(fā)射機放大器)和PA(功率放大器)后就有足夠的能量被發(fā)射出去了。
這個結構是傳統(tǒng)的超外差（Superheterodyne）結構,該結構特點是有兩個中間頻率，抑制干擾能力較強，不足之處是由于需要兩組中頻器件，使得成本較高。
5.MCU(微控制器)控制部分：主要有三個部分，CTCSS信令處理，Call Tone信號（呼叫對方），Key Touch Tone信號（按鍵）。
CTCSS介紹
CTCSS是Continuous Tone Control Squelch System(連續(xù)語音控制靜噪系統(tǒng))的縮寫，頻率范圍是67Hz - 254Hz，俗稱亞音頻。它由Motorola發(fā)明，注冊商標為PL(Private Line, 私人話路的縮寫), 目的在于能夠讓多個人在同一頻率上使用Land Mobile(陸基移動終端，如手機，對講機等)。民用對講機制造商用Tone代表編碼，用Tone Squelch表示編碼/解碼。
CTCSS以頻率作為編碼，這種編碼被加到音頻信號上一同發(fā)射。接收端在接收音頻信號以前先解碼，送到MCU中，只有收發(fā)雙方的Tone碼相同，又在一個頻道上才可以通信，否則靜音。這樣就可以和指定的人通信而不用受到不相干呼叫的干擾。
由于CTCSS信號的高頻端與音頻的地頻端接近，因此如果沒有專門的Tone Filter的話，人還是可以聽的出來，不過大部分人都把它誤當作電源噪聲了。
從電路實現(xiàn)方面看，它從MCU出來后先經過一級Tone Filter濾掉高頻噪音，之后與音頻信號一起進入發(fā)送電路。在接收端，解調出的信號通過Tone Filter后經過比較器，將模擬信號轉成數(shù)字信號，送到MCU中檢查是否為同一編碼，相同則允許信號進入揚聲器，否則靜音。
有的對講機會采用CDCSS（連續(xù)數(shù)字控制靜噪系統(tǒng)），它的功能與CTCSS一樣，只是它以數(shù)字方式實現(xiàn)編碼，允許用戶使用38/35個Private Code。

VOX介紹
與手機不同的是，對講機發(fā)送話音一般需要按鍵發(fā)射，這個鍵叫做PTT(Push to Hold，一鍵通),。如果該鍵被按下，則Splatter Filter與VCO接通，否則話音無法到達發(fā)射端。為了避免長時間按鍵的煩惱，對講機現(xiàn)在都具有了VOX（Voice Operation，聲控）功能，通過VOX, 人的話音可以控制Splatter Filter與VCO的連通。
VOX具有靈敏度等級，等級越高越靈敏。如果長時間不通話則會自動中斷通話。

對講機的幾種工作模式
1.發(fā)送模式：話音被MIC(麥克風)收集，如果VOX功能開啟，則信號一路被送到MCU進行判別，另一路在MCU應答后則會送到Splatter Filter, 在那與CTCSS信號會合，一起送到發(fā)射電路部分。否則，信號直接和CTCSS信號一起發(fā)射出去 。

2.接收模式： 在此模式下，發(fā)射通路將會關閉，解調出的信號兵分三路，一路通過Tone Filter和比較器送到MCU，檢查是否為同一編碼；一路被送到語音處理部分，如果CTCSS編碼相同，則通過揚聲器發(fā)出信號，否則靜音；還有一路信號被送到噪聲檢測電路中，該電路由Noise Amp(噪聲放大器), SQ（Squelch Detecter, 靜噪檢測器）和比較器組成。
該電路控制著Squelch Level（靜噪等級），如果用戶選擇較高的靜噪等級，則對講機的抗干擾能力會很強，不過通信距離將會縮短，反之亦然。
另一方面，SQ還控制著Monitor(監(jiān)聽)功能。通常信號很弱時是不會送到揚聲器中（反正聽不清），監(jiān)聽就是要聽到這種微弱的信號，讓SQ關掉，信號直接送到揚聲器，用耳朵從噪音中辨別話音。不過監(jiān)聽要消耗很大的能量，一般地，正常收聽狀態(tài)只需要0.18uV/2.5秒的能量注入，監(jiān)聽狀態(tài)則需要至少0.4uV。

3.Call Tone Mode（呼叫模式）：該功能較簡單，只是與對方建立聯(lián)系。一般對講機都有一個呼叫鍵，按下該鍵后將響起振鈴聲。從電路方面看，MCU接到按鍵信息后發(fā)出Call Tone 信號給揚聲器，人們就會聽到振鈴聲。同時, MCU送出CTCSS編碼給對方。

4.Key Touch Mode(按鍵模式)：這種模式下，發(fā)射通路關閉，如果VoX功能開啟，則MIC部分電路保持開啟狀態(tài)，否則也關閉。Noise Detect部分開啟，收集噪聲信息。按鍵后，信號將送到揚聲器，發(fā)出按鍵音。

3.第二級中頻放大器IFAMP2與RSSI

這部分電路同時實現(xiàn)了頻率解調和幅度解調兩種功能，從電路上看作為一個整體。IFAMP2實際上是一個限幅器（LIMITER），目的是消除幅度調制可能引起的頻率調制的影響。經過限幅器放大后的信號將會被整形為方波（相當于信號被攔腰截斷），這樣就消除了幅度信息，只保留了頻率和相位信息，在經過FM DET后FM信息將會被恢復，不過這種方法同時引進了高次諧波。

RSSI（Received Signal Strength Indication, 接收信號強度指示器）功能與限幅器互補，RSSI電路可以檢測出信號的幅度信息，并反饋到MCU中調整前級增益，特殊情況下，當沒有信號時，可以關掉接收電路以節(jié)約功耗。因為接收信號的動態(tài)范圍非常寬，因此RSSI采用對數(shù)放大器，該電路的特點是輸出信號（單位伏特）與輸入信號的對數(shù)(單位dBm)呈線性關系。也就是說，當輸入信號變化幾倍或者十幾倍的時候，輸出信號只變化了幾百個毫伏。

對數(shù)放大器一般可分為“真”對數(shù)放大器和分段線性對數(shù)放大器（Piece-wise-linear Log Amp）兩類，前者大家都比較熟悉，利用三極管的Ic與Vbe間的指數(shù)關系實現(xiàn)，功能也只是實現(xiàn)對數(shù)運算，很多書上都會有介紹，這里就不細說了，主要談談后一種放大器。

分段線性對數(shù)放大器有兩種不同的組成，一種是由A/1模塊級聯(lián)而成，另一種是由A/0模塊級聯(lián)而成；前者應用于視頻/基帶，后者用于解調。

解調型對數(shù)放大器電路由限幅器和Rectifier(整流器)共同組成，限幅器提供限幅輸出，將頻率和相位信息送到FM解調器；Rectifier則將各級限幅器的輸出轉化為電流，在通過片外的RC濾波器得到對數(shù)輸出Vlog。

限幅器自身由多個A/0 GainCell級聯(lián)構成，A/0 GainCell本身是一個放大器，其特性曲線為一段折線，當輸入電壓小于Vk(early voltage)時，輸出與輸入呈線性；超過Vk后輸出恒定Ｃ扛鯣ainCell可提供十幾dB的增益，一般限幅器由五至六級GainCell組成，一般可達到70~80dB的動態(tài)范圍。

Rectifier（本質是一個跨導放大器，記作gm）可以將從各級GainCell中提取交變的電壓信號，將其轉變?yōu)閱蜗虻碾娏餍盘柌⑶蠛停�在通過一個RC濾波電路就可以得到對數(shù)輸出Vlog,其原理如下：

首先請大家注意，小信號條件下跨導放大器的電流與輸入電壓成正比，但隨著信號不斷增大，等效跨導（輸入電壓-輸出電流曲線的斜率）也不斷見小，直至為零，輸出電流逐漸飽和，記作Is。

設C為小信號電流，則C=Gn*Vmin=Gn-1*A*Vmin=Gn-2*A^2*Vmin=...=G1*A^n-1*Vmin,其中Vmin為最小輸入電壓（再小就被噪聲淹沒了），A為單級Gaincell的小信號增益， Gn=A*Gn-1=...=A^n-1*G1。設G1=gm,則希望G2=A*gm,...,Gn=A^n-1*gm。利用遞推關系得

G1=gm, G2=gm+gm*(A-1)=gm*A, G3=gm+gm*(A-1)+gm*(A-1)*A=gm*A^2,...,Gn=gm+...+gm*(A-1)*A^n-2=gm*A^n-1 。只要令第一級Gaincell的增益為A-1，其余的為A就可以得到對數(shù)輸出。

為了方便設計，將所有的Gaincell的增益都取為A,則需要令第一級Rectifier的跨導為gm*A/(A-1)，其余為gm即可。

如果說預加重和去加重電路是由技術決定的，那么限幅器和潑濺濾波器則是人為的原因而誕生的。
對于FM信號，幅度的變化可以影響頻偏，X(f)=F(f,A),其中的A就代表幅度。在美國，F(xiàn)CC(FederalCommunication Commission，聯(lián)邦通信委員會)控制著頻譜的分配。它將商用對講機的頻率限制在462.2625M ~ 467.7125M（正是這個頻段決定了ImageFilter的中心頻率為465M,取了個中間值），而且要求非常嚴格，不能超出這個范圍。
公司為了對付這個規(guī)定，就想出了個限幅器這種電路，將FM波形攔腰截斷，變成方波，也就不存在AM（調幅）了，不過也帶出了個BUG，輸出信號的高次諧波變得嚴重了。為了補這個窟窿，人們又發(fā)明了潑濺濾波器（Splatter本來是個象聲詞，個人覺得“潑濺”這個詞用的有些牽強）。
圖中，濾波器左半部分畫的是預加重的曲線，F(xiàn)CC要求潑濺濾波器在3KHz至少要能提供-12dB/十倍頻的衰減,事實上，由預加重抬起來的曲線在2.5KHz時就被展平了，得到的頻率曲線大致就圖中這個樣子。
順便提一下，F(xiàn)CC對民用對講機的要求沒那么嚴格（當官的怕老百姓？），因此很多的火腿族（民用對講機用戶，英文是HAM,也有火腿的意思）會發(fā)現(xiàn)他用的對講機反而比商用的音效要好，殊不知他用的頻率跑到哪里去了。

1.Pre-emphasis & De-emphasis, 預加重和去加重
這兩部分連同Splatter Filter一起，對音效的好壞起著非常大的作用。他倆的誕生是由FM特性決定的。
頻率調制有一個很重要的性質，就是調制后的信號，高頻部分會有衰減，也就是頻率越高的部分衰減的越厲害。為了補償這部分衰減，F(xiàn)M解調器就要設計的能為高頻部分提供大的增益，但引出了一個問題，高頻噪聲也被放大了，嚴重影響了音效。（圖見Diagram1）
為了解決這個問題，人們使用了預加重和去加重電路。主要思想是先人為的放大信號的高頻分量，再在解調后將這部分連同噪聲一起消除掉。（見Diagram2）
將音頻信號在調制前先通過預加重電路提高高頻部分，預加重電路由一個電阻電容串聯(lián)電路組成，它可以視為一個微分器，將FM轉成PM(相位調制)，后者與FM不同之處在于它的響應曲線隨頻率的升高而升高，一般6dB/十倍頻。這也是為什么早期人們用PM而不是FM的一個原因。
信號在解調以后需要通過一個低通濾波器將解調器放大的那部分噪聲衰減掉，而這個低通濾波器就叫去加重，它就是一個典型的無源RC濾波器，它可以提供6dB/十倍頻的衰減，令信號幅度相應曲線平滑。