CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.2. Phần cứng của tổng đài chuyển mạch theo thời gian
3.2.7 Khối tạo âm hiệu
3.2.7.1 Chức năng
Khối tạo âm hiệu có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu hình sin có tần số và biên độ theo chuẩn quy định của tổng đài như nhằm thông báo cho thuê bao tình trạng và yêu cầu của tổng đài đối với thuê bao như: dial tone, ring back tone, busy tone.
3.2.7.2 Phương án thiết kế
Ta tạo ra từng âm hiệu riêng biết và cấp cho mỗi âm hiệu tương ứng một khe thời gian, phương án này có ưu điểm là các âm hiệu có thể hoạt động độc lập và có thể dễ dàng kiểm tra từng âm hiệu khi thi công. Khuyết điểm là mạch trở nên phức tạp, số lượng linh kiện nhiều hơn.
Phương án 2:
Ta tạo duy nhất một âm hiệu và chỉ sử dụng một TS cho một phần âm hiệu. Các âm hiệu, còn lại sẽ do phần mềm tạo ra dựa từ âm hiệu gốc ban đầu. Do các âm hiệu giống nhau về dạng sin chỉ khác nhau về khoảng thời gian cấp cho thuê bao. Chọn tạo âm hiệu Dial tone, phương án này có ưu điểm là đơn giản phần cứng, có thể thay đổi linh hoạt dựa trên lập trình bằng phần mềm. Khuyết điểm là các âm hiệu hoạt động phụ thuộc vào âm hiệu ban đầu, công việc lập trình sẽ phức tạp hơn, do ngoài việc cấp thuê bao, phần mềm còn phải tạo ra các âm hiệu thích hợp, tương ứng với từng trạng thái của thuê bao.
Để phần cứng đơn giản hơn nên ở đây chọn phương án 2 để thiết kế.
Theo chuỗi Fourier, bất kỳ tín hiệu nào cũng được phân tích thành các thành phần sin, có thành phần có tần số và biên độ khác nhau. Do đó tín hiệu hình Sin được tạo từ xung vuông, sau đó qua mạch lọc thông thấp để lọc các thành phần này bậc cao ta sẽ có được tín hiệu sin có tần số bằng tần số của phần hài cơ bản của xung vuông.
Xung vuông có thể tạo ra từ dao động đa hài của IC 555, hoặc từ dao động đa hài do 2 BJT tạo ra, nhưng để đơn giản ta có thể tạo ra xung vuông bằng các lập trình phần mềm sau đó xuất ra port của 8952.
Tuy nhiên, sau khi kiểm tra thực thế, tín hiệu xung vuông sau khi qua mạt lọc không cho ra thành phần sin mong muốn. Tín hiệu này điện thoại nghe có rất nhiều tiếng ồn nên không chọn cách này.
Để tạo được tín hiệu hình sin, ta chọn phương án dùng cầu Wien tạo dao động có tần số 425Hz.
3.2.7.2.1 Thiết kế
Chọn R2=R4=R và C2=C3=C, tần số dao động của cầu Wien:
f = Chọn C2=C3=100nF.
Suy ra:
R= = = 3744,82Ω Chọn R2=R4=3,9 KΩ
Kiểm tra lại:
f = =
Tần số thỏa thiêu chuẩn quy định f= 425±25Hz.
Khi diode chưa dẫn ta có:
Av = = 3,5 Chọn R3= 3,3kΩ
VR3 = (Av – 1).R3 = (3,5 – 1).3,3.103 = 8,25kΩ
Để có thể dễ dàng điều chỉnh sự dao động của mạch ta chọn VR3=20kΩ.
Khi diode dẫn, bỏ qua diode ta có:
Av = = 3
(VR3//R1) = (Av – 1).R3 = (3 – 1).3,3.103 = 6,6kΩ R1 = = = 33kΩ
Vậy R1= 33kΩ
Như vậy thêm phần từ phi tuyến Diode D1, D2 mạch hoạt động ổn định hơn, chọn D1, D2 là diode 1N4007.
VR1 dùng để điều chỉnh mức biên độ trước khi đưa vào bộ biến đổi A/D(codec). Chọn VR1= 2kΩ.
C3 cỏch ly thành phần DC. Chọn C3=10àF.
Tìn hiệu dial tone tạo ra được đưa vào khe thứ 5 để cấp cho thuê bao.
3.2.7.3 Nguyên lý hoạt động
Điều kiện để cầu Wien dao động, hệ số khuếch đại Av≥3. Nhưng để tạo sóng sin không bị méo thì ta thường chọn Av=3. Tuy nhiên, trị số khuếch đại chính xác khó đảm bảo. Mặt khác, để kích khởi tạo xung khi mạch mới hoạt động cần hệ số khuếch đại Av>3. Do đó, mạch được mắc theo sơ đồ nguyên lý:
Hình 3.27: Sơ đò nguyên lý mạch tạo âm hiệu
Khi mạch mới hoạt động, áp đặt trên diode D1, D2 chưa lớn hơn VD (khoảng 0,7V) nên cả hai diode đều tắt, hệ số khuếch đại Av chỉ phụ thuộc VR3 và R3. Ta chọn Av>3 (Chọn Av= 3,5) để tăng biên độ kích khởi động.
Khi áp đặt trên diode D1, D2 lớn hơn VD thì hai diode sẽ dẫn luân phiên tùy vào bán kinhs dương hay âm của sóng dao động, hệ số khuếch đại Av phụ thuộc VR3, R3, R1. Ta chọn Av=3 để dao động ổn định không bị méo.