全雙工無線數傳電臺設計方案

全雙工無線數傳電臺是一種重要的通信設備，廣泛應用于工業、農業、民用和商用等領域。本文將詳細介紹一種全雙工無線數傳電臺的設計方案，包括其工作原理、主要組成部分、主控芯片型號及其在設計中的作用等。

一、工作原理

全雙工無線數傳電臺主要采用頻分雙工（FDD—Frequency Division Duplexing）工作方式。頻分雙工是一種在物理信道上分割上行和下行頻段的技術，使得上行和下行信號可以在同一時間內通過不同的頻段進行傳輸，從而實現全雙工通信。

二、主要組成部分

全雙工無線數傳電臺主要由接收單元、激勵器單元、功放單元、控制單元、電源單元和基帶單元六部分組成。

1. 接收單元

接收單元負責完成射頻信號的解調和音頻信號的處理。它一般由濾波器、選擇回路、高放、雙平衡混頻器、一中放、二中放組成。

• 濾波器：用于濾除射頻信號中的雜波和干擾。

• 選擇回路：選擇特定的頻段進行信號接收。

• 高放：對射頻信號進行放大，以提高信號的強度。

• 雙平衡混頻器：將射頻信號與本地振蕩信號進行混頻，產生中頻信號。

• 一中放和二中放：對中頻信號進行進一步放大和濾波，以提高信號的信噪比。

2. 激勵器單元

激勵器單元完成射頻信號的調制和音頻信號的處理，即將要調制的話音、數據送到VCO調制并進行電壓放大。它由話放處理、數字鎖相環、壓控振蕩器（VCO）、電壓放大器、功率調整電路、電源電路組成。

• 話放處理：對麥克風送來的微弱信號進行放大、濾波和預加重等處理。

• 數字鎖相環：用于產生穩定的本地振蕩信號，確保信號的頻率穩定。

• 壓控振蕩器（VCO）：根據輸入的控制電壓產生相應的射頻信號。

• 電壓放大器：對VCO輸出的射頻信號進行放大，以驅動功放單元。

3. 功放單元

功放單元的主要任務是將激勵器送來的射頻信號放大到足夠的功率，然后經過低通濾波器濾除高次諧波后送給雙工器，最后通過天線發射出去。

• 功放模塊：對射頻信號進行功率放大。

• 低通濾波器：濾除功放模塊產生的高次諧波。

• 雙工器：將發射和接收信號進行分離，確保信號的雙向傳輸。

4. 控制單元

控制單元以ATMEGA64為核心，完成本機工作狀態的控制，包括收發信機的頻合數據、面板顯示器、鍵盤的控制、工作頻段控制、數傳以及話音通信狀態的控制等。

• ATMEGA64：一款高性能的微控制器，具有豐富的外設接口和強大的處理能力。

• 面板顯示器和鍵盤：用于顯示設備的工作狀態和輸入控制指令。

5. 電源單元

電源單元負責為整個系統提供穩定的電源電壓，并進行必要的短路和過流保護。

• 直流電源：提供穩定的直流電壓。

• 反極性保護電路：防止電源接反導致設備損壞。

• 多級LC濾波電路：濾除各種雜波和高低頻交流干擾。

6. 基帶單元

基帶單元負責處理本機和計算機終端的數據交換。它以DSP芯片ADSP-2185M為核心，并以單片機AT90S8515以及CPLD復雜可編程邏輯器件來組成控制和接口電路。同時以數模和模數轉換，以及運算放大器等構成信號與電臺的接口電路。

• ADSP-2185M：一款高性能的數字信號處理器，用于進行數字信號的調制與解調。

• AT90S8515：一款單片機，用于控制和接口電路的設計。

• CPLD：復雜可編程邏輯器件，用于實現復雜的邏輯控制功能。

三、主控芯片型號及其在設計中的作用

1. ATMEGA64

ATMEGA64是一款高性能的微控制器，具有豐富的外設接口和強大的處理能力。在全雙工無線數傳電臺的設計中，ATMEGA64作為控制單元的核心，負責完成本機工作狀態的控制。

• 外設接口：ATMEGA64具有多個串行通信接口（如USART、SPI、I2C等），可以方便地與其他模塊進行通信。

• 處理能力：ATMEGA64具有較高的處理速度和大容量的存儲器，可以快速地處理各種控制指令和數據。

• 低功耗：ATMEGA64具有低功耗特性，適合在電池供電的場合使用。

2. ADSP-2185M

ADSP-2185M是一款高性能的數字信號處理器，用于進行數字信號的調制與解調。在全雙工無線數傳電臺的設計中，ADSP-2185M作為基帶單元的核心，負責處理本機和計算機終端的數據交換。

• 高速處理能力：ADSP-2185M具有較高的處理速度，可以快速地完成數字信號的調制與解調。

• 豐富的外設接口：ADSP-2185M具有多個外設接口（如DMA、定時器、中斷等），可以方便地與其他模塊進行通信和數據交換。

• 低功耗：ADSP-2185M具有低功耗特性，適合在長時間運行的場合使用。

3. MBl504H

MBl504H是一款由日本富士通公司生產的數字鎖相環集成電路芯片。在全雙工無線數傳電臺的設計中，MBl504H被用于激勵器單元和接收單元的數字鎖相環設計中。

• 高集成度：MBl504H具有較高的集成度，將數字鎖相環的各個部分集成在一個芯片上，簡化了電路設計。

• 小體積：MBl504H的體積較小，適合在小型化設備中使用。

• 高性能：MBl504H具有較高的鎖定速度和穩定性，可以確保信號的頻率穩定。

4. 7809三端穩壓器

7809三端穩壓器是一款常用的穩壓器件，用于提供穩定的電源電壓。在全雙工無線數傳電臺的設計中，7809三端穩壓器被用于激勵器單元的電源電路中。

• 穩壓性能：7809三端穩壓器具有較好的穩壓性能，可以提供穩定的電源電壓。

• 寬電壓動態范圍：7809三端穩壓器具有較寬的電壓動態范圍，可以適應不同電壓輸入的場合。

• 低功耗：7809三端穩壓器具有低功耗特性，適合在長時間運行的場合使用。

四、詳細設計步驟

1. 系統總體設計

根據全雙工無線數傳電臺的功能需求，確定系統的總體結構和工作原理。設計接收單元、激勵器單元、功放單元、控制單元、電源單元和基帶單元的具體電路和功能。

2. 電路設計與仿真

使用電路設計軟件（如Altium Designer、Protel等）進行電路設計，包括各個模塊的電路圖和PCB布局圖。對設計好的電路進行仿真，驗證電路的正確性和性能。

3. 元器件選型與采購

根據電路設計和仿真結果，選擇適合的元器件進行采購。注意元器件的性能參數和封裝形式，確保元器件能夠滿足設計要求。

4. PCB制作與焊接

將設計好的PCB布局圖交給PCB制作廠家進行制作。制作完成后，進行元器件的焊接和組裝。注意焊接質量和元器件的布局，確保電路的穩定性和可靠性。

5. 系統調試與測試

對焊接好的電路進行調試和測試，包括各個模塊的功能測試和整機性能測試。測試時，可以使用串口調試助手等工具進行數據的收發和通信測試。

6. 系統優化與改進

根據調試和測試結果，對系統進行優化和改進。包括優化電路設計、改進元器件選型、提高系統性能等方面。

五、結論

本文提出了一種全雙工無線數傳電臺的設計方案，詳細介紹了系統的工作原理、主要組成部分、主控芯片型號及其在設計中的作用。通過該方案設計的全雙工無線數傳電臺具有穩定性好、可靠性高、高低溫特性良好、故障率低等優點。只要系統中的電子元器件選型正確，一般均可達到一定的穩定性和可靠性。

在實際應用中，可以根據具體需求對設計方案進行調整和優化。例如，可以增加其他功能模塊（如GPS模塊、藍牙模塊等）以擴展設備的功能；可以優化電路設計和元器件選型以提高系統的性能和降低成本等。

全雙工無線數傳電臺作為一種重要的通信設備，在各個領域都有廣泛的應用前景。通過不斷的研究和改進，可以進一步提高其性能和可靠性，滿足更多用戶的需求。