Общие сведения о громкоговорящем режиме.
Английским словом (Speakcrphone) обозначают устройство или микросхему для громкоговорящего телефонного аппарата (ГТА). Часто такую функцию в ГТА называют режимом “Hands Free” — свободные руки. Этот режим особенно удобен при совмещении телефонного разговора с какой-либо работой в пределах радиуса слышимости. В РТ спикерфоном снабжают ББ, чтобы вести разговор при отсутствии трубки. В таких аппаратах имеется дублирующее устройство набора номера, и введены некоторые дополнительные функции.
Как известно, обычный телефонный аппарат, а также и РТ, работают и дуплексном режиме, то есть в каждом аппарате имеются два раздельных тракта — приема и передачи, причем оба они находятся в активном (рабочем) состоянии. При этом абоненты могут слушать и говорить не только поочередно, но и одновременно. Громкоговорящая связь осуществляется и полудуплексном режиме — в то время, как один канал открыт, второй — закрыт. Также действует и симплексная связь, но для нее характерно ручное переключение режимов приема и передачи в одном канале.
Влияние акустической обратной связи.
В аудиотехнике хорошо известно явление акустической ОС, когда из-за близкого расположения микрофона и громкоговорителя возникает так называемый “микрофонный эффект”. Он проявляется в виде свиста или воя в динамике и исчезает при уменьшении усиления или акустической связи. В обычных ТА это явление отсутствует по следующим причинам:
а) невелико усиление как в тракте передачи, так и приема;
б) очень мала мощность звуковых колебаний, создаваемых телефонным капсюлем аппарата;
в) специальные меры, принимаемые в ТА — протипоместные схемы, демпфирование звукоилучателя.
Как только усиление в замкнутой цепи с электроакустической ОС превысит критическую величину, возникает микрофонный эффект. Такие случаи бывают, например, в трубках-телефонах при попытке улучшить слышимость путем повышения коэффициента усиления транзисторного УЗЧ. Еще большие трудности стоят на пути осуществления громкоговорящей связи в ТА и РТ. где микрофон и динамик расположены в корпусе небольшого объема.
Пути решения проблемы ОС.
Наиболее естественное решение этой проблемы — автоматическое включение и выключение каждого из каналов в зависимости от наличия или отсутствия речевых сигналов. Как показал опыт, ключевой режим приводит к коммутационным помехам и сильным нелинейным искажениям.
Наилучшим методом оказалось изменение усиления каналов без их отключения. В первых ГТА, например, громкоговорящем таксофоне МТА-6, автоматическая регулировка усиления осуществлялась с помощью диодного моста, включенного между усилителями приема и передачи. Чем больше напряжение сигнала на выходе усилителя передачи, тем сильнее шунтируется вход усилителя приема [20]. В некоторых схемах такое шунтирование достигалось путем включения на входе УЗЧ биполярного или полевого транзистора в качестве переменного сопротивления, как это сделано в схемах на рис. 1.24. Внедрение в схемотехнику интегральных ОУ, наиболее удачным решением стало включение в цепь ООС фоторезистора оптопары, который позволяет изменять коэффициент усиления ОУ в очень широких пределах.
Специализированные ИМС для спикерфонов.
В настоящее время в ГТА применяются специализированные МС спикерфонов. осуществляющие все необходимые операции по управлению каналами. Одной из первых была разработана микросхема MOTOROLA МС34018 (рис. 1.30.а), а затем ее модернизированный вариант МС34118 (рис. 1.30.6). Отечественными аналогами последней являются KPI064XA1 (АО СВЕТЛАНА) и ЭКР1436ХА2 (НПО ИНТЕГРАЛ). Все перечисленные микросхемы имеют корпуса DIP-28 и SO-28, а последние разработки фирмы MOTOROLA — спикерфоны МС33218/19 выпускаются в корпусах DIP-24 и SO-24 (рис. 1.30.в, г). Аналогичные по назначению МС изготавливаются также другими фирмами, например, SAMSUNG KA2420, SHARP IR3N79/81A, SIERRA-PANASONIC SC77655 и т.д.
Основные узлы микросхемы спикерфона.
Важнейшие узлы МС спикерфона — приемный и передающий аттенюаторы (ослабители) и блок управления ими (рис. 1.31). Аттенюаторы работают, в так называемом, дополняющем или комплиментарном режиме: если один усиливает сигнал, то второй ослабляет, и наоборот. В любой момент времени сумма их коэффициентов передачи постоянна У. равна примерно минус 40 дБ. В режиме ожидания значения этих коэффициентов распределены между каналами поровну (минус 20 дБ на каждый) и являются средними от полностью включенного и выключенного состояний.
Аттенюаторами управляет обшими БУ по сигналам четырех детекторов уровня (в структурной схеме МС34018 таких ДУ два). Детекторы уровня представляют собой ОУ с встречно-параллельными диодами в цепи ООС. Это известная схема логарифмического усилителя с очень широким диапазоном входных напряжений.
Чтобы медленно изменяющееся напряжение на выходе ДУ было пропорционально входному сигналу, в выходную цепь каждого из них включена интегрирующая цепочка с конденсатором относительно большой емкости. Постоянная времени заряда конденсаторов мала, а время разряда — велико.
Рис. 1.30. Цоколевка микросхем спикерфонов.
Применение идентификаторов.
Для того, чтобы исключить срабатывание БУ под воздействием заметного шума в помещении, в схемах СФ имеются идентификаторы. В МС34018 только один ИФШ, на входе, которого включен ДУ (рис. 1.32.а). Сигнал на этот ДУ подается с выхода микрофонного усилителя. В структурную схему МС34018 входит УЗЧ канала приема, к его выходу подключается через разделительный конденсатор маломощный громкоговоритель. Рекомендуемое фирмой-изготовителем сопротивление звуковой катушки — 25 Ом, но оно может быть и меньше (8 Ом в схеме РТ Bell FF-1725). Для подключения этого СФ к телефонной линии требуются два буферных усилителя (рис. 1.33). В РТ Bell FF-1725 буферы одновременно выполняют роль ФВЧ. Схема связи с ТЛ спикерфона МС34118 значительно проще, так в МС имеется парафазный усилитель, работающий непосредственно на линейный трансформатор (рис. 1.34).
У микросхемы МС34118 и ее аналогов (рис. 1.31, 1.32.6) ДУ приемого канала отслеживают сигналы телефонной линии (RLI1) и выхода УЗЧ на громкоговоритель (RLI2). В передающем тракте на вход одного из ДУ подаются сигналы с выхода микрофонного усилителя (TLI2), а на другой — с выхода парафазного усилителя (TLI1). Далее, выходные
Рис. 1.32. Структурные схемы спикерфонов.
Выходные напряжения компараторов принимают два значения — высокого или низкого уровня — в зависимости от соотношения входных напряжений. С выходов компараторов логические сигналы подаются на БУ.
Еще два сигнала поступают на БУ от идентификаторов (определителей) фонового шума (рис. 1.32.6) — по одному в каждом канале. Эти устройства различают одно из двух состояний каналов: речь или фоновый шум. Работа идентификаторов основана на медленном заряде конденсаторов до уровня, соответствующего уровню “гладкого” шума. Полученное на выходе ОУ напряжение сравнивается в компараторе с напряжением речевого сигнала, имеющего характерные всплески. Эти всплески переключают компаратор в другое состояние.
Регулировка громкости спикерфона.
Регулировка громкости спикерфона производится переменным резистором. Она действует на аттенюаторы через БУ только в режиме приема. Также работает и система АРУ, компенсирующая влияние ТЛ и снижение напряжения питания МС.
Блок управления аттенюаторами имеет семь входов и один выход. Кроме режимов приема и передачи, он обеспечивает два вида режима ожидания; медленный и быстрый. В быстрый режим ожидания оба аттенюатора переключаются за 30 мс, а в медленный — примерно за 1 с. Медленный режим ожидания возникает при паузах в разговоре абонентов. Тем не менее, переключение из любого режима ожидания в режим приема или передачи происходит быстро — также за 30 мс (более подробное описание микросхем спикерфонов и принципов их работы приведено в [41].
Микросхемы спикерфонов фирмы MOTOROLA.
Две последние разработки ф. MOTOROLA — микросхемы спикерфонов МС33218/19 (рис. 1.30.в, г). Обе МС близки по внутренней структуре МС34118, однако, в них, как и в МС34018, всего два детектора уровня — по одному на каждый канал. Поэтому, в схеме сравнения уровней сигналов приема и передачи достаточно одного компаратора. Уровень фонового шума отслеживается,
