一種移頻MODEM芯片AM7911的擴(kuò)展

扼要介紹移頻MODEM芯片AM7911，論述將其中心頻率從普通話路頻段移入載波復(fù)用的上音頻帶寬內(nèi)的設(shè)計思想和計算方法。
???? 關(guān)鍵詞：FSK調(diào)制解調(diào)器，AM7911，通信

1 引 言
　　隨著微機與數(shù)傳設(shè)備的發(fā)展，調(diào)制解調(diào)器的傳輸速率越來越高，品種也越來越多。
　　由于電話系統(tǒng)的頻帶寬度很窄，而數(shù)字信息的矩形波內(nèi)有很豐富的諧波含量，直接將其在電話線上傳輸，在接收端勢必造成較大的信號畸變。使用調(diào)制解調(diào)器將模擬載波加以調(diào)制，便可以解決長距離傳輸、抗干擾等問題。
　　電力系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度自動化的迅速發(fā)展，尤其是近些年來微機遠(yuǎn)動在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對各數(shù)傳設(shè)備的傳輸性能、指標(biāo)提出了更高的要求。
　　由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)原因，我國電力系統(tǒng)目前的情況是大部分的地區(qū)仍以電力線載波為主要通信手段。為了節(jié)省寶貴的頻率資源，各地區(qū)都配置了大量的復(fù)用電力線載波機，利用載波機的上音頻來傳送數(shù)據(jù)信息，但在標(biāo)準(zhǔn)上音頻1kHz的帶寬內(nèi)，一般傳輸速率為300bit／s～600bit／s，當(dāng)以1200bit／s速率傳輸數(shù)據(jù)信息時，則要占據(jù)整個話帶（300Hz～3400Hz）。隨著計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，要處理和傳送的數(shù)據(jù)急劇增加，以前的低速調(diào)制解調(diào)器難以適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，必須研制高速可靠?200bit／s的電力線載波用的上音頻復(fù)用的調(diào)制解調(diào)器。
2　AM7911調(diào)制解調(diào)器原理
??? 本文介紹一種美國Advanced Micro Devices公司生產(chǎn)的AM7911調(diào)制解調(diào)器專用芯片。
2．1　AM7911芯片的原理
　　AM7911芯片原理框圖如圖1所示。

2．2　由AM7911為主體組成1200 bit／s的MODEM
　　MODEM原理圖如圖2所示，JC2是AM7911芯片，它是雙列直插式的28腳封裝，±5V供電，數(shù)字輸入輸出為標(biāo)準(zhǔn)TTL電平，調(diào)制輸出最高電平在600Ω時為－3dB，解調(diào)接收靈敏度最弱信號為－43dB，支持300 bit／s，600 bit／s，1200bit／s二線半雙工和四線全雙工。
　　當(dāng)請求發(fā)送RTS及數(shù)據(jù)終端DTR準(zhǔn)備好時，打開TXD接口。此時將計算機發(fā)出的控制移頻信號（“0”表示傳號，“1”表示空號），通過JC3電平轉(zhuǎn)換，去控制AM7911發(fā)出載頻信號及移頻信號，并由C6，R4耦合到JC4進(jìn)行放大后，再由T1變量器發(fā)送調(diào)頻信號。
　　當(dāng)T2變量器接收到載頻信號，延遲一個時刻給出“1”信號，打開接收數(shù)據(jù)口，在收到對方發(fā)出的調(diào)頻信號后，經(jīng)JC7放大，再由JC6等器件所組成的有源濾波器將無用邊帶及噪聲源扼制掉，有用的調(diào)頻信號傳輸?shù)紸M7911解調(diào)器，經(jīng)解調(diào)后，將數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)絉XD接口至計算機。
2．3　AM7911各引腳功能
　　AM7911各引腳功能如下：引腳1是RING振鈴信號輸入，用于自動應(yīng)答；引腳2是＋5V電源；引腳3是復(fù)位；引腳4是－5V電源；引腳5是調(diào)制波輸入；引腳6、7是阻容回路，決定片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換速度；引腳8是調(diào)制波輸出；引腳9是模擬地；引腳10是要發(fā)送的串行數(shù)字信號輸入；引腳12是請求發(fā)送；引腳13是準(zhǔn)備發(fā)送；引腳16是數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒；引腳17、18、19、20、21組成五位二進(jìn)制共32種通信模式選擇；引腳22是數(shù)字地；引腳23、24是晶振接入；引腳25是載　　波檢測；引腳26是解調(diào)數(shù)字輸出?！　?/P>

??? 其余的11、14、15、27、28引腳分別為二線半雙工時，低速后備通道（逆向）的請求發(fā)送，準(zhǔn)備發(fā)送，解調(diào)數(shù)字輸出，載波檢測，和數(shù)字發(fā)送輸入。
3　功能的擴(kuò)展
3．1　技術(shù)要求
　　AM7911有以下技術(shù)要求：符合CCITTV．32標(biāo)準(zhǔn)；通信方式：四線，全雙工；調(diào)制方式：FSK；工作方式：異步；接口：RC－232－C；傳輸速率：1200bit／s；通信線路特性阻抗：600Ω平衡式；回波損耗：≥14dB；發(fā)送電平：－20dB～3dB／600Ω連續(xù)可調(diào)；接收電平：≥－40dB／600Ω；誤碼率：在信號、噪聲比為16dB時，誤碼率不大于1×10－5。
　　因國情不同，美國廠商只考慮在全話路情況下使用，而我國電力系統(tǒng)目前的情況是大部分的地區(qū)仍以電力線載波為主要通信手段，為了節(jié)省寶貴的頻率資源，各地區(qū)都配置了大量的復(fù)用電力載波機，利用載波機的上音頻來傳送數(shù)據(jù)信息。這就使我們考慮能否擴(kuò)展AM7911的功能，使其中心頻率移到上音頻（2400Hz～3840Hz）帶內(nèi)，以充分發(fā)揮單片MODEM AM7911高可靠性的優(yōu)點，經(jīng)過理論計算和實測試驗，證明可行。
　　顯然，同一模式下，芯片內(nèi)部對時鐘的分頻比是固定的，要使中心頻率fZ向高端移動，必需提高晶振頻率，在提高晶振頻率的同時，頻偏也會按比例增大，若要在上音頻段以1200波特速率傳輸，本人認(rèn)為宜采用原來1200 bit／s的模式。表1所列出的是AM7911芯片在1200 bit／s下兩種模式的參數(shù)。

??? 根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)，上音頻通道中心頻率在300bit/s和600bit／s時為＝2880Hz。
　　目前國內(nèi)市場已有中心頻率為3000Hz，考慮到兼容性我們將3000Hz選為1200波特速率下的中心頻率。
　　設(shè)，原來的晶振頻率為X0＝2457．6kHz，原來的中心頻率為fZ，上音頻的中心頻率為，求在上音頻段內(nèi)1200bit／s下的新晶振頻率。即：


　　用上面計算出的相應(yīng)晶振接入23、24兩腳，調(diào)整相應(yīng)負(fù)載電容C1、C2和C3、C4之值，便可獲得滿意結(jié)果。
　　國際標(biāo)準(zhǔn)中，300bit／s下的頻偏通常為±100Hz，600bit／s下的頻偏通常為±200Hz，1200bit／s下的頻偏通常為±400Hz，考慮到上音頻帶寬僅為1440Hz，最好不要超過±400Hz。
3．2　設(shè)計
　　我們對以下兩種通信模式進(jìn)行了設(shè)計：（1）通信模式1：MC1　MC2　MC3　MC4　MC　
　?????????????????????????????????????????????? 　0　0　1　1　1


4　帶寬計算
4．1　相位不連續(xù)FSK信號的功率譜
　　FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。其中連續(xù)譜由兩個雙邊帶疊加而成，而離散譜則出現(xiàn)在兩個載頻位置上。
　　兩個載頻之差較小，比如小于fS，則連續(xù)譜出現(xiàn)單峰，若兩個載頻之差逐漸增大，即f1與f2的距離增加，則連續(xù)譜將出現(xiàn)雙峰，這點從圖3可看得清楚些。
??? 由上面兩個特點看到，傳輸FSK信號所需的頻帶
??? Δf＝｜f2－f1｜＋2fs。
　　圖3是相位不連續(xù)FSK信號功率譜密度圖，圖中的譜高度是示意的，且只畫了正頻率部分，負(fù)頻率部分應(yīng)與其對稱。

4．2　所需帶寬

　　根據(jù)上述計算，我們在非標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用通道（2400Hz～3840Hz）上使用第二種通信模式進(jìn)行1200bit／s的傳輸，工作穩(wěn)定，誤碼率達(dá)到1×10－5。
5　評　價
　　邊頻的理論計算值與實測值最多相差0．5dB，頻率的穩(wěn)定性也非常好，雖然與現(xiàn)有國產(chǎn)調(diào)制解調(diào)器的上下邊頻不完全吻合，但由實際解調(diào)回路的捕捉帶寬起碼在100Hz以上（事實上，必須在有效帶寬范圍內(nèi)都能響應(yīng)，才能利用邊帶中的信息解調(diào)出數(shù)字信號，這是香農(nóng)定理的基本推論之一），因此，工作效果十分理想。

1　世界集成電路大全編委會．新編世界集成電路大全中冊．哈爾濱：黑龍江人民出版社，1987
2　張應(yīng)中，溫啟榮，陳繼努．?dāng)?shù)字通信工程基礎(chǔ)．北京：人民郵電出版社，1991