数字音频处理器
下面的电路图是音调检测器的电路图，也称为声控开关电路。事实上，这些电路？微控制器用于开关，因为这些电路是为机器人启动和激活而设计的。但是您可以使用继电器来构建开关模块。你可以尝试将这种电路用于其他应用，例如自动开灯、防盗或安全应用。
音调检测器图1
音调检测器图2
音调检测器图3
音调检测器图4
音调检测器图5
NE567音频解码器的原理及应用
NE567音解码器内置锁相环，可广泛应用于BB机、频率计等各种电路中。
音调解码器
本文讨论了锁相环电路，并介绍了NE567单片音频解码器的集成电路。音调解码块包括稳定的锁相环和晶体管开关。当预定的音频被添加到集成块的输入时，可以产生接地方波。这个音调解码器可以解码各种频率的音调。比如检测电话的按键音等。
这种音频解码器也可用于基带、频率监视器和控制器、精密振荡器和遥测解码器。
本文主要讨论Philip公司的NE567音频解码器/锁相环。该器件是一款廉价的567产品，采用8引脚DIP封装。图1显示了该封装的引脚图。图2显示了该器件的内部框图。可以看出，NE567的基本组件是PLL、直角鉴相器(正交鉴相器)、放大器和一个输出晶体管。PLL包含一个电流控制振荡器(CC0)、一个鉴相器和一个反馈滤波器。
飞利浦的NE567有一定的温度工作范围，即0到70。它的电气特性与菲利普的SE567几乎相同，只是SE567的工作温度为-55至125。然而，567已被指定为工业标准音调解码器，其他几家跨国半导体集成电路制造商也生产这种集成块。
比如Anal g Device提供三种AD567，EXar提供五种XR567，National Sevniconductor提供三种LM567。这种不同品牌的567器件在本文讨论的电路中都能正常工作。因此，本文将这类器件称为567音频解码器。
567基金会
567的基本工作状态就像一个低压电源开关。当它接收到所选窄频带中的输入音时，开关接通。换句话说，567可以作为一个精确的音调控制开关。
通用567也可用作可变波形发生器或通用锁相环电路。当用作音调控制开关时，检测的中心频率可设置为0.1至500KHz范围内的任意值，检测带宽可设置为中心频率14%范围内的任意值。此外，通过选择外部电阻和电容，可以在很宽的时间范围内改变输出开关延迟。
电流控制的567振荡器通过外接电阻R1和电容C1可以在很宽的频带内改变振荡频率，但通过2脚的信号只能在很窄的频带内改变振荡频率(最大范围约为自由振荡频率的14%)。所以567锁相电路只能“锁定”在预置输入频率值的极窄频带内。567的集成鉴相器比较输入信号和振荡器输出的相对频率和相位。只有当这两个信号相同时(即锁相环锁定)，才能产生稳定的输出。567调开关的中心频率等于其自由振荡频率，带宽等于锁相环的锁定范围。
图3显示了567用作音频开关时的基本接线图。输入信号音信号通过电容C4交流耦合至引脚3，其中输入阻抗约为20K。插在电源正电源端和8脚之间的外输出负载电阻RL与电源电压有关，电源电压最大值为15V，8脚可以吸收高达100mA的负载电流。
引脚7通常接地，表面引脚4接正电源，但其电压值应至少为4.75V，最多为9 V.如果注意节流的话，8号针还可以接4号针的正电源。
振荡器的中心频率(f0)也由以下公式确定：
f0=1.1(R1C1) (1)
这里，阻力的单位是
电容器C1的值可以通过相应地移动等式(1)中的项来获得：
C1=1.1/(f0R1) (2)
利用这两个公式可以确定电容和电阻的值，电阻R1的值应该在2 ~ 20k的范围内。然后，电容值由等式(2)确定。
该振荡器在引脚6产生指数锯齿波，在引脚5产生方波。该音频开关的带宽(以及PLL的锁定范围)由C2和567内部的一个3.9K电阻决定。该电路的输出开关延迟由集成电路中的C3和电阻决定。表1列出了飞利浦的NE567的电气特性，其他所有不同品牌的567芯片的特性与表1大致相同。
参数栏NE567单元最小正则最大中心频率最大中心频率稳定度中心频率分布中心频率随电源漂移-55至125 0至70-10500 35 140 35 6000.7 102 khz ppm/ 带外信号与带内信号的最小比值，以及输入信号与宽带噪声的最小比值，IL=100 mail=100 mbn=140 khz 15 1020 20 156-625 25kMV RMS MV RMS DB输出最快开关周期率“1”输出漏电流“0”输出电压输出下降时间输出上升时间V8=15v IL=30 mail=100 mar rl=50rl=50F0/20250 . 63010
图4和图5显示了567如何产生精确的方波输出。非线性锯齿波可以从引脚6获得，但用途有限。但是，从引脚5可以获得性能优异的方波。如图4所示，其输出方波的上升时间和下降时间为20nS。
这个方波的峰峰值幅度等于电源电压减去1.4V，这种方波发生器负载特性非常优秀，任何大于1k的阻性负载都不会影响电路的功能。此外，这种方波发生器的输出也可以加到低阻抗负载上。如图5所示，引脚8输出端的峰值电流高达100mA，但波形稍差。
使用上述用于计算振荡频率和电容的公式(1)和(2)，可以确定这种振荡器的各种参数。同样，R1必须限制在2至20 k的范围内。为了简化计算和节省时间，决定振荡频率的元素的数值也可以直接从图6所示的诺模图中读出。
例如，如果567振荡器需要工作在10KHz，C1和R1的值可以是0.055uF和2k，或者0.0055uF和20k。
向567的引脚2添加控制电压可以在一个窄范围内将振荡器的工作频率微调几个百分点。如果施加控制电压，引脚2应连接去耦电容C2，其值应约为C1的两倍。
如图7至图10所示，图4和图5的电路可以以不同的方式修改。在图7中，占空比或传号/空号比相对于所产生的波形是完全可变的，在微调电位计R2的帮助下，变化范围是27: 1到1: 27。此外，在每个占空比中，C1交替充电和放电，电荷通过电阻器R1、的二极管D1和R2的左侧，放电通过电阻器R1、的二极管D2和R2的右侧。只是随着占空比的变化，工作频率略有变化。
图8所示电路可以产生正交方波，该振荡器引脚5和8上的两个方波输出相位相差90度。在该电路中，输入引脚3接地。如果对引脚3施加2.8V以上的偏置电压，引脚8上的方波会产生180相移。
图9和图10显示了最大时序电阻约为500 k的振荡器电路。这样，定时电容器C1的值可以成比例地减小。在这两个电路中，567的引脚6和R1、C1的节点之间间接有一个缓冲级。
在图9中，这个缓冲级是第一级晶体管射极跟随器。不幸的是，这一级的引入使得波形的对称性稍差。相应地，图10所示电路使用第一级运算放大器跟随器作为缓冲级。这不会影响波形的对称性。
567的五个输出
567的五个输出端子。其中两个(引脚5和6)提供振荡器的输出波形，而第三个输出端子引脚8是如上所述的567的主输出端口。其余两个输出是该解码器的引脚1和2。
引脚2连接到PLL鉴相器的输出，内部静态偏置至3.8V。当567接收带内输入信号时，偏置电压会相应变化，偏置电压的变化与输入信号频率呈线性关系，典型范围为振荡器自由振荡频率的0.95至1.05倍。其斜率为每百分之一频率偏移20mV(即20mV/f0)。
图11示出了当567用作音调开关时，管脚2的输出和管脚8的输出之间的时间关系。该图显示了两种带宽(14%和7%)下的时间关系。
引脚1提供567正交相位检测的输出。当信号音锁定时，引脚1上的平均电压是该电路带内输入信号幅度的函数，如图12的传递函数所示。当引脚1上的平均电压被拉低至3.8V阈值以下时，集电极位于引脚8上的内部输出晶体管开启。
带宽的确定
567用作音调开关时，其最大带宽(中心频率的百分比)约为14%。该值与25至250mV rms的带内信号电压成比例。但是，当信号电压从300mV变化到300mV时，带宽不会受到影响。同时，带宽与中心频率f0和电容C2的乘积成反比。实际带宽为：
BW=1070
BW的单位是中心频率的百分比(%)，Vi200mVRMS。其中Vi的单位是V-RMS，C2的单位是uF。
通过试错处理选择C2，最初可以选择C2的值是C1的两倍。随后，可以增大C2的值以减小带宽，或者减小C2的值以增大带宽。
检测带宽的对称性
整容所谓的对称性检测，就是测量这个带宽和中心频率之间的对称性。对称性定义如下：
(fmax fmin-2f0)/2f
此时，fmax和fmin是对应于检测频带的两个边缘的频率。
如果单音开关的中心频率为100KHz，带宽为10KHz，则该频段的边缘频率对称于95KHz和105KHz，因此其对称性为0%。但是，如果频带非常不对称，边缘频率为100KHz和110KHz，则对称值增加到5%。
如有必要，可通过调整电位计R2和47K电阻R4，将外部偏置调整电压施加于567的引脚2，以便将对称值降至0，如图13所示。将电位器中间滑动触点上移会降低中心频率，下移会提高中心频率。硅二极管D1和D2用于温度补偿。
音调开关设计
基于图3所示的典型电路，很容易设计出实用的音频开关。图6的诺模图可用于选择频率控制元件的电阻R1和电容C1的值。电容器C2的容量的选择可以基于上述讨论并通过实验来确定。首先，可以使用两倍于C1电容的电容，然后根据需要调整电容值，以获得所需的信号带宽。如果频带的对称性非常严格，可以增加一个对称调整级，如图13所示。
最后，C3的价值是C2的两倍。并检查该电路的响应。如果C3太小，引脚8上的输出可能会因转换过程而在切换过程中产生脉冲。如果C3选得好，整个电路就设计好了。
复式开关
任何数量的567音调开关可以从一个音频输入馈入，以形成任何所需规模的多音调开关网络。图14和15是两个实际的两级交换网络。
图14中的电路用作双音解码器。当两个输入信号中的任何一个出现时，可以激发一个信号输出。图中，两个音频开关由信号源激励，其输出由CD4001B CMOS门集成块控制。图15显示了两个并联的567音频开关，它相当于一个相对带宽为24%的单音开关。在该电路中，IC1音频开关的工作频率设计为IC2音频开关的1.12倍。因此，它们的开关频带重叠。
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