一種機載音響通信系統話音預放大模塊的設計

吳元杰

（中國電子科技集團有限公司第十研究所，四川 成都 610036）

AXU系統是一種機載音響通信系統，完成飛機飛行員與地勤通話、傳感告警音通信等功能。話音信號預放大模塊（以下簡稱IO模塊）駐留在AXU 系統中，它實現對飛行員耳機話筒組的預放大和切換輸出、地勤耳機話筒組的預放大和切換輸出， 并將放大后的飛行員話筒信號和放大后的地勤話筒信號輸出給音響模塊、告警音處理模塊、應急電臺。同時IO模塊上安裝AXU系統的對外連接器，完成AXU對外信號的交互。

1 IO模塊主要功能

1.1 話音放大功能

IO模塊中前置音頻放大單元完成飛行員和地勤人員話筒小信號話音放大功能并傳送給音響模塊處理。

1.2 模擬通道切換控制功能

IO模塊中繼電器組及音頻開關完成模擬通道切換控制功能，AXU系統中模擬信號通過繼電器組及音頻開關控制輸出。

2 IO模塊的設計

2.1 設計原理框圖

IO模塊完成音頻信號放大，模擬通道切換功能。其主要由兩部分功能單元組成，分別是前置音頻放大單元和繼電器組及音頻開關。原理框圖如圖1所示。

圖1 IO模塊原理框圖

2.2 設計指標

2.2.1 話音放大性能設計

（1）低阻話筒輸入：采用HK91低阻話筒，輸入阻抗150Ω，動態范圍0.3mV-20mV。

（2）放大輸出：兩路輸出均為平衡輸出，輸出阻抗600Ω。

（3）增益曲線：飛行員和地勤話筒信號放大倍數為單端100±20。

（4）供電電源：+12 V，紋波小于50mV，電壓精度不大于2%。

（5）模塊功耗：≤2 W。

（6）頻響：300 Hz～3.4 k Hz波動≤3dB。

（7）信噪比：≥40dB（1 k Hz）。

2.2.2 模擬通道切換控制性能設計

初始化狀態時，默認AXU設備的告警音模塊音頻輸出給耳機。

2.3 硬件設計

2.3.1 電源電路設計

IO模塊的外部需求輸入電源為+12V，供電來自告警音處理模塊、AXU電源模塊和應急電臺。當任一電源有效時，IO模塊都可以正常工作。當任一電源故障時，不影響IO模塊正常工作。模塊上的運算放大器、功率放大器和模擬開關電路需要的供電為3.3V；繼電器需要的供電為12V。

IO模塊上經過兩次將12V轉化為3.3V，用1 片正電壓調整器LM1086IS-5.0完成12V到5V電壓的轉化，用1片電壓調整器LT1086IM-3.3#PBF 完成5 V到3.3 V電壓的轉化。LM1086IS-5.0和LT1086IM-3.3#PBF都可以提供1.5A的電流。

2.3.2 前置音頻放大電路設計

IO模塊前置頻頻放大電路主要包括前置放大、AGC控制盒后級驅動輸出3個功能電路。如圖2所示。

圖2 前置音頻放大電路原理框圖

2.3.2.1 前置放大電路

選用MAXIM公司的牽制放大器MAX4062進行前端輸入放大。該芯片具有如下特點：

（1）電源紋波抑制比高達86dB，對應3.3V供電，耦合噪聲小于0.2μV。

（2）話音通帶失真小于-67dB。

（3）話音通帶噪聲密度典型 。

（4）支持兩路話筒的輸入和切換。

（5）輸入阻抗100kΩ[1]。

2.3.2.2 AGC控制電路

AGC控制電路選用美國AD公司可變音頻放大器SSM2167，可以通過電阻的設計自行決定高頻截止頻率及低頻噪聲截止頻率，從而得到非常平均的語音輸出[2]，增大飛行員話筒信號的動態范圍，去語音識別設備的放大通路無AGC控制部分。具備以下特點：

（1）可變噪聲門限。

（2）可變壓縮率和拐點。

（3）自動限制，防止ADC過載。

在IO模塊中，其典型AGC控制電路如圖3所示：

圖3 IO模塊中典型AGC電路圖

2.3.2.3 后級驅動輸出電路

后級輸出驅動采用TI公司的音頻功率放大器TPA721，工作參數如下：

（1）工作電壓3.3-5 V，輸出功率250 mW-750 mW/8 Ω。

（2）高電源紋波抑制，最大可達80 dB。

（3）失真度（THD+N），0.5%。

（4）集成去POP噪聲電路。

2.3.3 繼電器組及音頻開關電路設計

繼電器組及音頻開關電路具有以下功能：

（1）音響模塊、告警音處理模塊、應急電臺到飛行員耳機信號的切換控制。

（2）音響模塊、告警音處理模塊到地勤耳機信號的切換控制。

繼電器選用貴航電器的蜜蜂電磁繼電器JZC-064M/012-01-Ⅱ，+12V供電，其動作時間和釋放時間均小于4ms，切換速度較快。

音頻開關選用美國MAXIM公司的四路SPST 開關，3.3 V供電，可對四路信號進行兩組切換。

IO模塊的輸出與切換控制信號YX_IO_SW及BRUC-EAR的關系如表1所示：

表1 IO模塊的輸出與控制信號的關系表

飛行員耳機信號及地勤耳機信號切換電路：

飛行員耳機信號切換電路原理框圖如圖4所示：

圖4 飛行員耳機信號切換電路原理框圖

2.3.4 信號通道電路設計

IO模塊具有直連信號通道的功能，直連信號通過IO模塊對外的連接器進行輸入輸出，在模塊的印制板上傳輸。IO模塊通過美國AIRBORN公司的4排220芯的電連接器RM412-220-192-9501-919 與AXU系統相連，用中航光電公司的濾波連接器J599/20WJ35PLN01L1-01和美國SABRITEC公司的連接器012617-3111-N作為AXU對外的連接器。

3 IO模塊方案測試與結果

按照設計指標，對IO模塊各功能進行測試，測量結果如表2所示：

表2 IO模塊的功能測試記錄表

4 結束語

本方案對機載音響通信系統（AXU）的IO模塊的功能、性能指標、設計要素進行了分析和設計。IO模塊的設計原理、關鍵元器件經過了實驗驗證工作。因此，該方案能夠滿足AXU系統技術要求。