FREQUENTIS R7.1系統音頻信號輸出處理功能解析

文/陳堃

FREQUENTIS R7.1系統是一套民航空管常用的語音交換系統，簡稱內話系統，7.1是系統的版本號。供地面站的交通管制使用，接入無線電VHF/HF設備、IP電話、Internet設備，可完成交通管制人員相互協調通話交接、不同區域之間地面管制人員的移交通信以及地面和航空器的飛行員之間的互通交流服務。

本文集中闡述該系統甚高頻輸出音頻信號涉及相關節點的實現原理，結合實際的測試結果對相關功能進行解析。

1 FREQUENTIS R7.1系統無線發射音頻信號流程

如圖1，系統無線發射音頻信號流程涉及五部分，下文針對五部分進行功能及原理闡述：

（1）話筒；

（2）音頻接口盒；

（3）席位終端設備；

（4）核心交換部分；

（5）無線接口處理。

1.1 話筒

對于無線發射音頻信號流程，相關的部件為PTT按鍵（控制無線信號發射與否）、送話器（發射音頻聲電轉換）以及音頻輸出接口。

1.1.1 PTT按鍵

PTT按鍵采用機械式設計，以TAS_30-0013815型為例，如圖2。通過PTT按鍵控制背部聯動裝置向PCB板側擠壓，進而導致開關通路兩觸點與PCB板對應PTT線路接觸，從而達到導通的效果。

圖1：FREQUENTIS R7.1系統無線發射音頻信號流程圖

圖2：話筒PTT控制實現圖

圖3：駐極體麥克風原理圖

1.1.2 送話器

以TAS_30-0013815型為例，采用駐極體麥克風。當駐極體膜片遇到聲波振動時，就會引起與金屬極板間距離的變化，也就是駐極體振動膜片與金屬極板之間的電容隨著聲波變化，進而引起電容兩端固有的電場發生變化（U=Q/C），從而產生隨聲波變化而變化的交變電壓。由于駐極體膜片與金屬極板之間所形成的“電容”容量比較小（一般為10PF～40PF左右），因而它的輸出阻抗值（XC=1/2πfC）很高，達到MΩ級別。這樣高的阻抗是不能直接與一般音頻放大器的輸入端相匹配的，所以在話筒內接入了一只結型場效應管來進行阻抗變換。通過輸入阻抗非常高的場效應管將“電容”兩端的電壓取出來，并同時進行放大，就得到了和聲波相對應的輸出電壓信號。如圖3所示。

1.2 音頻接口盒

對于無線發射音頻信號流程，主要分為兩部分：第一部分：如圖4，單極單擲CMOS管開關控制高/低麥克風饋電，也就是控制麥克風場效應管的直流偏置電壓的大小，默認為12V。第二部分：如圖5，送話器轉換的電信號通過雙運放差分放大（包含π型濾波電路）。

1.3 席位終端設備和核心交換部分

對于無線發射音頻信號流程，該部分相關作用主要體現于麥克風電平輸入系統后的增益。為了體現相關電路輸出曲線，采用如下方法進行測試：輸入采用標準1KHz 0dBm音頻于音頻接口盒輸入，以遞增方式設置麥克風電平值，實測最終無線接口輸出的電平值。具體見圖6。

經大量數據測試發現，系統Mic In設置值前8位與系統基準電平相關，值對應增大，則基準電平亦增大。后8位與麥克風實際輸入電平相關，值對應增大，輸出電平亦增大，但在接近于無線接口設置的輸出電平區域后，增益明顯放緩，頻率響應符合技術規范。

2 結束語

本文根據FREQUENTIS R7.1語音交換系統無線發射音頻信號流程，分析各信號節點對應功能實現原理，對于無線接口處理部分由于篇幅限制，未進行闡述，實際與1.3節類似，最終輸出曲線近似，該分析結論可推廣至系統涉及的各類平衡與非平衡的音頻輸出接口，進而給予維護人員迅速判斷故障提供依據。

圖4：單極單擲CMOS管開關

圖5：雙運放差分放大電路

圖6：無線發射音頻電平設置與實際輸出關系圖