音調(diào)解碼器567詳解

1、音調(diào)解碼器567詳解567音調(diào)解碼器內(nèi)含鎖相環(huán)，可以廣泛用于BB機(jī)、頻率監(jiān)視器等各種電路中。音調(diào)解碼器本文討論鎖相環(huán)電路，介紹NE567單片音調(diào)解碼器集成電路。此音調(diào)解碼塊包含一個 穩(wěn)定的鎖相環(huán)路和一個晶體管開關(guān)，當(dāng)在此集成塊的輸入端加上所先定的音頻時，即可產(chǎn) 生一個接地方波。此音調(diào)解碼器可以解碼各種頻率的音調(diào)。例如檢測電話的按鍵音等。此音調(diào)解碼器還可以用在BB機(jī)、頻率監(jiān)視器和控制器、精密振蕩器和遙測解碼器中。本文主要討論P(yáng)hilip的NE567音調(diào)解碼器/鎖相環(huán)。此器件是8腳DIP封裝的567型 廉價產(chǎn)品。圖1所示為這種封裝引腳圖。圖2所示為此器件的內(nèi)部框圖，可以看出，NE567 的基本組成

2、為鎖相環(huán)、直角相位檢波器（正交鑒相器）、放大器和一個輸出晶體管。鎖相 環(huán)內(nèi)則包含一個電流控制振蕩器（CC0）、一個鑒相器和一個反饋濾波器。Philip的NE567有一定的溫度工作范圍，即0至+ 70F。其電氣特性與Philip的SE567 大致相同，只是SE567的工作溫度為一55至125F。但是，567已定為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音調(diào)解碼器， 有其它若干個多國半導(dǎo)體集成電路制造廠同時生產(chǎn)此集成塊。例如，Analg Device提供三種AD567，EXar公司提供5種XR567，而National Sevniconductor提供3種LM567。這類不同牌號的567器件均可在本文討論的電路中正常 工作。因此

3、，本文以下將這類器件通稱為567音調(diào)解碼器。567基礎(chǔ)567的基本工作狀況有如一個低壓電源開關(guān)，當(dāng)其接收到一個位于所選定的窄頻帶內(nèi)的 輸入音調(diào)時，開關(guān)就接通。換句話說567可做精密的音調(diào)控制開關(guān)。通用的567還可以用做可變波形發(fā)生器或通用鎖相環(huán)電路。當(dāng)其用作音調(diào)控制開關(guān)時， 所檢測的中心頻率可以設(shè)定于0.1至500KHz內(nèi)的任何值，檢測帶寬可以設(shè)定在中心頻率14% 內(nèi)的任何值。而且，輸出開關(guān)延遲可以通過選擇外電阻和電容在一個寬時間范圍內(nèi)改變。電流控制的567振蕩器可以通過外接電阻R1和電容器C1在一個寬頻段內(nèi)改變其振蕩 頻率，但通過引腳2上的信號只能在一個很窄的頻段（最大范圍約為自由振蕩頻率的

4、14%） 改變其振蕩頻率。因此，567鎖相電路只能“鎖定”在預(yù)置輸入頻率值的極窄頻帶內(nèi)。567 的積分相位檢波器比較輸入信號和振蕩器輸出的相對頻率和相位。只有當(dāng)這二個信號相同 時（即鎖相環(huán)鎖定）才產(chǎn)生一個穩(wěn)定的輸出，567音調(diào)開關(guān)的中心頻率等于其自由振蕩頻率， 而其帶寬等于鎖相環(huán)的鎖定范圍。圖3所示為567用作音調(diào)開關(guān)時的基本接線圖。輸入音調(diào)信號通過電容器C4交流耦合 到引腳3,這里的輸入阻抗約為20KQ。插接在電源正電源端和引腳8之間的外接輸出負(fù)載 電阻RL與電源電壓有關(guān)，電源電壓的最大值為15V，引腳8可以吸收達(dá)100mA的負(fù)載電流。引腳7通常接地，面引腳4接正電源，但其電壓值需最小為4.

5、75V,最大為9V。如果 注意節(jié)流，引腳8也可接到引腳4的正電源上。振蕩器的中心頻率(f0)也由下式確定：f0=1.1X(R1XC1)(1)這里電阻的單位是KQ，電容的單位是uF, f0的單位為KHz。將方程(1)進(jìn)行相應(yīng)移項(xiàng)，可得電容C1之值：C1 = 1.1/ (f0XR1)(2)利用這二個公式，電容和電阻的值均可確定，電阻R1之值應(yīng)在2至20KQ的范圍內(nèi)。 然后，再由(2)式確定電容值。此振蕩器在引腳6上產(chǎn)生一個指數(shù)型鋸齒波，而在引腳5上則產(chǎn)生一個方波。此音調(diào) 開關(guān)的帶寬(以及PLL的鎖定范圍)則由C2及567內(nèi)部的一個3.9KQ電阻共同確定。而 此電路的輸出開關(guān)延遲則由C3及集成電路內(nèi)

6、的一個電阻共同確定。表1列出了 Philip的 NE567的電氣特性，所有其它廠家不同牌號的567芯片，其特性與表1大致相同。NE567參 數(shù)條件最小典型最大單位最高中心頻率500kHz中中心頻率穩(wěn)定度35+140ppm/C心-55 至+125C35 + 60ppm/C頻中心頻率分布0 至+70C-100+10%率中心頻率隨電源的漂移0.72%V最大檢測頻段101418f0檢36f0測最大檢測頻帶一隨溫度 的變化+ 0.1%/C頻段最大檢測頻帶一隨溫度Vi=300mVrms+ 2%/C的變化輸輸入電阻152025kQ最小可檢測輸入電壓IL=100mA2025mVrms最大無輸出輸入電壓IL=1

7、00mA1015mVrms入最大同時的帶外信號與+6dB帶內(nèi)信號比最小輸入信號與寬帶噪聲比Bn=140kHz-6dB最快開關(guān)循環(huán)速率f0/20輸 “1”輸出漏電流V8=15V250.01uA“0”輸出電壓IL=30mA0.20.4VIL=100mA0.61.0V出輸出下降時間RL=50Q30ns輸出上升時間RL=50Q150ns一工作電壓范圍4.759.0V般電源電流（靜止）710mA參電源電流（工作）RL=20Q1215mA數(shù)靜止功耗35mW振蕩器設(shè)計圖4和圖5所示為如何使567產(chǎn)生精密的方波輸出。從引腳6處可以獲得非線性鋸齒 波，但其用途有限，不過，在引腳5上可獲得性能極佳的方波。如圖4所

8、示，其輸出方波 的上升時間和下降時間為20nS。此方波的峰到峰幅值等于電源電壓減去1.4V。這種方波發(fā)生器和負(fù)載特性極佳，任何 大于1KQ的電阻性負(fù)載均不會影響電路的功能。另外，此方波發(fā)生器的輸出也可以加至低 阻抗負(fù)載，如圖5所示，引腳8輸出端的峰值電流高達(dá)100mA，但波形略差。利用前述的振蕩頻率和電容計算公式（1）和（2），即可確定這類振蕩器的各種參數(shù)。 同樣的，R1必須限制在2至20KQ的范圍內(nèi)。為使計算簡化，節(jié)約時間，決定振蕩頻率的 元件數(shù)值也可以由圖6所示的諾模圖上直接讀出。例如，需要此567振蕩器工作在10KHz，C1和R1的值可以是0.055uF和2KQ，或者是 0.0055uF

9、 和 20KQ。在567的引腳2上加一控制電壓，即可使振蕩器的工作頻率在一個窄范圍內(nèi)微調(diào)百分 之幾。如果加上控制電壓，引腳2應(yīng)接去耦電容C2,其值應(yīng)大致為C1的2倍。圖4和圖5的電路可以用不同的方式修改，如圖7至圖10所示。在圖7中，占空比或 傳號/空號之比對所產(chǎn)生的波形而言是完全可變的，借助微調(diào)電位器R2,其變化范圍為27：1 至1 ：27。另外，在每個工作周期內(nèi)，C1交替充放電，充電是經(jīng)電阻R1、二極管D1和R2 的左側(cè)，而放電則通過電阻R1、二極管D2和R2的右側(cè)。只是隨著傳號/空號比率的改變， 工作頻率略有改變。圖8所示的電路可以產(chǎn)生正交方波，此振蕩器在引腳5和8上的二個方波輸出有90

10、 的相位差。在此電路中，輸入引腳3通過接地。如果在引腳3上加有2.8V以上的偏置電壓， 則引腳8上的方波有180相移。圖9和圖10所示為定時電阻值最大可為500KQ左右的振蕩器的電路。這樣，定時電 容C1之值即可按比例減小。在這二個電路中，在567的引腳6和R1、C1的節(jié)點(diǎn)間接有一 個緩沖級。在圖9中，這個緩沖級是一級晶體管射極跟隨器。踞遺憾的是，這一級的引入使波形 的對稱性略差。相對應(yīng)的是，圖10所示電路以一級運(yùn)算放大器跟隨器作為緩沖級。這樣就 不影響波形的對稱性。567的五個輸出567的五個輸出端子。其中二個（引腳5和6）提供振蕩器的輸出波形，而第三個輸出 端子引腳8,則如前所述為567的

11、主要輸出口。其余的二個輸出端為此解碼器的引腳1和2。引腳2與鎖相環(huán)的相位檢波器輸出端相接，在內(nèi)部被靜態(tài)偏置到3.8V。當(dāng)567接收到 帶內(nèi)輸入信號時，此偏置電壓隨之改變，且在典型的0.95至1.05倍振蕩器自由振蕩頻率 范圍內(nèi)，偏置電壓的變化與輸入信號頻率呈線性關(guān)系。其斜率為每頻偏百分之一有20mV （即 20mV/ f0）。圖11所示為當(dāng)567作為音調(diào)開關(guān)時，引腳2輸出和引腳8輸出之間的時間關(guān)系。圖中 所示為在兩種帶寬（14%和7%）下的時間關(guān)系。引腳1給出567正交相位檢波的輸出。當(dāng)音調(diào)鎖定時，在引腳1上的平均電壓是此電 路帶內(nèi)輸入信號幅度的函數(shù)，如圖12的傳輸函數(shù)所示。當(dāng)引腳1上的平均電

12、壓被下拉到3.8V 門限值之下時，集電極在引腳8上的內(nèi)部輸出晶體管就導(dǎo)通。帶寬的確定當(dāng)567被用作音調(diào)開關(guān)時，其帶寬（中心頻率的百分?jǐn)?shù)）的最大值約為14%。此值與 25至250mV均方根值的帶內(nèi)信號電壓成正比。但是，當(dāng)信號電壓由200變至300mV時，則 不影響帶寬。同時，帶寬反比于中心頻率f0和電容器C2的乘積。實(shí)際帶寬為：BW=1070BW的單位為中心頻率的百分?jǐn)?shù)（%），而且，ViW200mVRMS。式中Vi的單位為V-RMS， C2的單位為uF。通過試探和誤差處理來選擇C2, 一開始可選擇C2的值為C1的2倍。隨后可增加C2的 值以減小帶寬，也可減小C2的值以增加帶寬。檢測帶寬的對稱性所

13、謂檢測整容的對稱性就是測量此帶寬與中心頻率的對稱程度。對稱性的定義如下：（fmax + fmin2f0） /2f這時fmax和fmin是相應(yīng)于所檢測頻帶二邊沿的頻率。如果一個音調(diào)開關(guān)的中心頻率為100KHz，而帶寬為10KHz，頻帶的邊沿頻率對稱于95KHz 和105KHz，這樣，其對稱性為0%。但是，如果其頻帶相當(dāng)不對稱，邊沿頻率為100KHz和 110KHz，其對稱值增加到5%。如果需要，可以用微調(diào)電位器R2和47KQ的電阻R4在567的引腳2上加一外偏微調(diào) 電壓，以使對稱值減至0，如圖13所示。將電位器的中間滑動觸點(diǎn)向上移則中心頻率降低， 向下移則中心頻率升高。硅二極管D1和D2用作溫度補(bǔ)償。音調(diào)開關(guān)設(shè)計以圖3所示的典型電路為基礎(chǔ)，很容易設(shè)計出實(shí)用的音調(diào)開關(guān)。頻率控制元件電阻R1 和電容C1各值的選定可利用圖6的諾模圖。電容C2容量的選擇可以上述討論為基礎(chǔ)，由 實(shí)驗(yàn)確定。一開始可用其容量為C1的兩倍的電容，然后，若有需要可調(diào)整其值，以給出所 要求的信號帶寬。如果對于頻帶的對稱性要求嚴(yán)格，可如圖13所示，加一對稱性調(diào)整級。最后，使C3之值為C2的2倍。并檢查此電路的響應(yīng)。如果C3太小，引腳8上的輸出 可能會在開關(guān)期間因過渡歷程而發(fā)生脈沖。如C3選擇適當(dāng)，則整個電路設(shè)計完畢。多路轉(zhuǎn)接開關(guān)可以從一個音頻輸入饋入任意多個567音調(diào)開關(guān)，以構(gòu)成任何所希望規(guī)模的多音調(diào)開 關(guān)網(wǎng)絡(luò)。圖14