应用锁相环和红外技术制作的无线耳机

左手665收藏 时间: 2012-07-15 16:51

这种红外无线耳机采用频率调制方式，用红外线传送音频信号的调频红外无线耳机系统。其特点具有供电方式多样，传输距离接近10m，音质较好，红外信号基本不受电磁干扰，性价比高等特点。

一、锁相环集成电路VD4046介绍

锁相环集成电路CD4046的内部结构框图如下图所示。

CD4046是低功耗CMOS型、多功能数字环。

主要参数如下：

●工作电压3～18V;

●静态工作电流10uA：

●最高工作频率为1.3MHz;

●稳压管稳定电压4.45～6.15V

它含有两个相位比较器PCI与PCII。相位比较器PCI要求输入信号为方波，并且要求方波信号的占空比为50%。而相位比较器PCIl，对输入的方波信号占空比无此要求。在两个相位比较器的输入端有一个前置放大器，可把100mA的微弱信号变为满电平的方波脉冲。CD4046采用16线双列直插式封装，各管脚功能如下表所示：

管脚号功能

1PCII的锁定指示输出，锁定时为“1”，失锁时为“O”

2PCI的输出端

3相位比较器比较输入端

4VCO的输出端

5vco的禁止端，设置“1”时，vco停止工作，设置“O”时，VCO工作

6外接电容端

7外接电容端

8电源地端

9vco控制输入端

10低通滤波器经缓冲放大后的输出端

11外接电阻R1端，R1、R2、Cl和VDD决定VCO的振荡频率

12接R2，R2确定VCO的最低振荡频率f(min)。R12小，f(min)升高，频率范围收缩

13PCII的输出端，它与2脚通过外接低通滤波器后送入9脚

14信号输入端

15为内部稳压二极管的正电压引出端，使用时需要外接限流电阻

16电源VDD

VCO的中心频率f。由下图中的VDD、R1、R2和C1的关系曲线图决定。f(min)表示输入信号的最小频率，f(min)表示输入信号的最大频率。当R2为oo时，锁定频率范围2fc，由如下公式决定。

由上面的公式，得知允许的频率偏移值fco.

二、调频红外无线耳机设计原理

调频红外无线耳机由发射机和接收机两部分组成。上图为原理设计框图。中图为发射机电路图，下图为接收机电路图。发射机和接收机均采用图5的供电方式，为了求得供电方式多样。

1.发射机电路

发射机电路如中图所示。

发射机电路包括：①锁相环集成电路CD4046构成的频率调制电路。②红外发射二极管D1一D3构成的红外发射电路。

音频信号，在“IN’.端输入发射机电路。调节R1。使Q1的Vce的电压接近1V。提高三极管的静态工作点，对音频信号不失真地放大。接着进入由CD4046构成的频率调制电路。根据中图。VDD为5V，R3为2M，CD4046的第12脚悬空即其接入电阻阻值为oo，C3为20p，根据他们之间的特性曲线图可知VCO的中心频率大约为60kl-1z。因为人耳听到的音频信号在20～20kHz之间，所以选择的调制频率fo>40kHz即可。音频信号经频率调制后，进入由红外发射二极管D1～D3构成的红外发射电路。这3个红外发光二极管，选用NEC公司的SE303Co因为SE303C具有比较大的红外发射角度，用3个指向不同方向，可以达到接近360°的辐射角。

2.接收机电路

接收机电路如下图所示。

接收机电路包括：①红外光电二极管D4～D7构成的红外接收电路;②锁相环集成电路CD4046组成的频率解调电路;③集成电路MAX9722构成音频功放电路;

接收机的4个红外光电二极管，选用上海欧光电子有限公司的OPLL3TMLE，应分别朝向4个方向。这样接收范围大，有利于信号的接收，将红外信号转化为电信号，然后进入由CD4046组成的解调电路。接收机CD4046的VCO.中心频率和发射机CD4046的VCO中心频率一样。输入接收机的载频信号频率为20～60kHz，则最大最小信号频率相差40kHz。当VDD为5V，R8为10k，C5为10μF，PLL的捕捉范围有公式决定。

由上面的结果得知，允许的频率偏移为250Hz。由解调出来的信号。进入由集成电路MAX9722构成音频功放电路。通过调节R9、R10。

耳机的音量具有从大到小的调节功能。

3.电源电路　　美信公司的一款电源线性稳压芯片MAXl726，具有过温，短路，正负反接保护，输出电压稳定功能。它的供电电压范围宽。可以从2.5V～12V。工作时，只需要2uA的供电电流，能提供20mA的电流输出。采用SOT23—5封装，节约PCB板面积。红外无线耳机工作电压为5V，右图为耳机系统供电电路图。因此耳供电方式多样化，可以采用两节3号电池、或锂电池、或蓄电池。

三、结语

本文给出了基于锁相环集成电路CD4046的调频红外无线耳机系统的设计原理以及在硬件方面的具体实现。这款红外无线耳机具有如下特点：①耳机供电方式多样，可以采用两节3号电池、或锂电池、或蓄电池。一个发射机可以配若干个接收机，供多人同时收听。②音量的高低既可以通过调节音源的音量，也可以调结接收机(耳机)的音量按钮来实现。接收方向范围大，收听者无论是否朝向发射机都能满意收听。③采用调频方式，具有比调幅方式更高的抗干扰特性。制作成本低，性价比高。

左手665收藏  时间：2016年7月15日  16：51