CN103237273A - 数字信号传输设备、系统及广播对讲机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字信号传输设备，从上一节点接收数字信号并进行还原，将还原后的信号一路发送至对应的设备进行相应处理，一路进行预处理后输出至下一节点。整个过程，预处理增强了信号的抗干扰能力，增加了节点间信号可传输的距离。还原处理是为了恢复出原始信号，使其在多节点间长距离的传输中，能无损耗地传输下去。信号在传输过程无需经处理器处理直接经预处理后转发至下一节点，有利于加快信号的传输速度。将上述设备应用于传统的广播对讲机，则形成本发明的广播对讲机。多个上述设备依次串联则形成了本发明的数字信号传输系统，由于每个设备都能无损耗地传输信号，因此本系统无需中继、不受节点数量限制，可以长距离高速传输数字信号。

Description

数字信号传输设备、系统及广播对讲机

技术领域

本发明涉及信号传输技术领域，特别是涉及一种数字信号传输设备、系统及广播对讲机。

背景技术

在诸如煤矿行业的生产中，越来越多的广播对讲电话被应用到现场的生产作业中。而针对语音信号的传输设计，现在行业上通行如下几种方法：一，模拟型，模拟音频信号通过一条导线以总线方式传输，线上并挂多个音频设备进行语音播放，而对于设备间的协调联动则通过另外的通信方式联系；二，RS485数字型，分总线方式和串行方式两种，主要通过485方式进行设备联动及语音传输。三，CAN总线型。目前这些方式都有各自缺陷。

首先，模拟型，音频信号在导线上随着距离及设备节点数量增加，信号失真越来越严重，最终的结果是，语音到接收方后无法听清。

其次，RS485数字型，总线方式实现时，信号传输距离受限制，特别节点数量增加后，信号传输距离和速率都受到很大限制；串行方式实现时，信号从上一级设备的RS485发送到下一级设备，下一级设备的处理器接收数据并处理后由RS485发送到再下一级设备，这样可以解决传输距离及节点数量受限制的问题，但语音数据实时性大受影响，严重的可能造成播音时的回音效应。另外，总线和串行两种方式都存在的问题是，当传输数据量大时都面临通信速率跟不上的情况。

最后，CAN总线型，由于CAN通信协议本身属性的局限性，总线往往有最大节点数的限制，在无中继器的情况下，现有技术无法实现长距离高速率的数据传输，因此网络节点受到数量上的限制。此外，协议也相对复杂。

发明内容

基于上述情况，本发明提出了一种数字信号传输设备、系统及广播对讲机，使数字信号能够实现无中继、无节点数量限制、长距离高速率的传输，且无需复杂的协议。

一种数字信号传输设备，

包括还原电路和预处理电路，

所述还原电路接收数字信号，并对接收的数字信号进行还原处理，将还原后的数字信号一路发送至对应的处理设备，由所述处理设备进行相应处理，一路发送至所述预处理电路，所述预处理电路对还原后的数字信号进行预处理并输出，

所述预处理是为适应数字信号远距离传输而进行的处理。

一种数字信号传输系统，

包括依次串联的多个数字信号传输设备；

所述数字信号传输设备为上述的数字信信号传输设备。

一种广播对讲机，

包括数字信号传输设备，

所述数字信号传输设备为上述的数字信号传输设备。

本发明的数字信号传输设备，从上一节点接收数字信号，对接收的数字信号进行还原处理，对还原的信号一路发送至对应的设备进行相应处理，一路进行预处理后输出至下一节点。整个过程不涉及复杂的协议，其中的预处理增强了信号的传输及抗干扰能力，使信号在多节点长距离传输过程中，能无损地一级一级传输下去，信号被接收后则进行所述还原处理，以恢复出原始信号便于进行相应处理。信号在向下一节点传输时，并不是经过对应设备处理后再转发，而是直接经本设备的预处理后转发，有利于加快信号长距离传输的速度，减小信号的延时。将上述数字信号传输设备应用于传统的广播对讲机，则形成本发明的广播对讲机。多个上述数字信号传输设备依次串联则形成了本发明的数字信号传输系统，由于每个数字信号传输设备都能够无损耗地传输信号，因此本系统无需中继、不受节点数量限制，可以长距离高速传输数字信号。

附图说明

图1为本发明数字信号传输设备实施例一的结构示意图；

图2为本发明数字信号传输设备实施例二的结构示意图；

图3为本发明数字信号传输设备实施例四的结构示意图；

图4为本发明数字信号传输设备实施例四中信号增强反相电路和信号补偿还原电路的结构示意图；

图5为图4中所标注的各处的信号波形对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。首先介绍本发明数字信号传输设备的实施例。

实施例一

本实施例的数字信号传输设备，如图1所示，包括还原电路和预处理电路。

所述还原电路接收数字信号，并对接收的数字信号进行还原处理，将还原后的数字信号一路发送至对应的处理设备，由对应的处理设备进行相应处理，一路发送至所述预处理电路，所述预处理电路对还原后的数字信号进行预处理并输出。

所述预处理是为适应数字信号远距离传输而进行的处理。

在本实施例中，数字信号传输设备从其他设备如上一级数字信号处理设备接收数字信号，对接收到的数字信号先进行还原处理，还原处理后分两路进行传输，一路输送给对应的处理设备，一路进行预处理后输送至其他设备，如下一级数字信号传输设备。

对接收到的数字信号进行还原是为了恢复出原始信号，以便由对应的设备进行相应处理。对恢复出的原始信号进行预处理是为了保证信号能无损耗地继续传输下去，使得采用本设备进行数字信号传输时，不受节点数量的限制，也无需设置中继。同时，在向下一节点传输的通路上，信号没有参与对应设备的相应处理，而是直接经本设备的预处理后转发至下一节点，因而节省了时间，有利于加快信号长距离传输的速度，减小信号的延时。

实施例二

在本实施例中，如图2所示，数字信号传输设备还包括处理器电路1、双路2选1开关切换电路2和双路4选1开关切换电路4，实施例一所述的还原电路由本实施例的信号补偿还原电路3实现，并包括第一路信号补偿还原电路和第二路信号补偿还原电路，实施例一所述的预处理电路由本实施例的信号增强反相电路5实现，并包括第一路信号增强反相电路和第二路信号增强反相电路。

所述双路4选1开关切换电路分别连接所述第一路信号补偿还原电路的输出端、所述第二路信号补偿还原电路的输出端、所述第一路信号增强反相电路的输入端、所述第二路信号增强反相电路的输入端和所述处理设备；所述双路2选1开关切换电路分别连接所述第一路信号补偿还原电路的输入端、所述第二路信号补偿还原电路的输入端、所述第一路信号增强反相电路的输出端和所述第二路信号增强反相电路的输出端；所述处理器电路的IO分别连接所述双路4选1开关切换电路和所述双路2选1开关切换电路；所述双路2选1开关切换电路包括左接口和右接口，所述左接口对应所述第一路信号补偿还原电路，所述右接口对应所述第二路信号补偿还原电路。

所述处理器电路根据节点工作方式命令，驱动所述IO控制所述双路4选1开关切换电路和所述双路2选1开关切换电路使能相关通道，所述双路2选1开关切换电路的相关通道通过所述左接口或所述右接口接收数字信号并转发至对应的所述第一路信号补偿还原电路或所述第二路信号补偿还原电路，所述第一路信号补偿还原电路或所述第二路信号补偿还原电路对数字信号进行降压衰减、信号反相、波形补偿和整形滤波处理后输出至所述双路4选1开关切换电路，所述双路4选1开关切换电路的相关通道将数字信号一路发送至所述处理设备，由所述处理设备进行相应处理，一路发送至所述第一路信号增强反相电路和所述第二路信号增强反相电路，所述第一路信号增强反相电路和所述第二路信号增强反相电路分别对数字信号进行驱动增强和信号反相处理并输出至所述双路2选1开关切换电路，所述双路2选1开关切换电路的相关通道将数字信号经所述左接口/或所述右接口输出。

如上所述，本实施例采用信号补偿还原电路对数字信号进行降压衰减、信号反相、波形补偿和整形滤波处理，以实现实施例一所述的还原处理；采用信号增强反相电路对数字信号进行驱动增强和信号反相处理，以实现实施例一所述的预处理。且本实施例的信号补偿还原电路和信号增强反相电路均包括两路，以增加信号处理速度。基于两路的设计，本实施例设计了两个开关切换电路，以对信号通道进行切换。两个开关切换电路的控制由处理器电路的IO驱动，处理器如何控制开关切换电路则根据所接收到的命令而定，在本实施例中，该命令为节点工作方式命令。

本实施例的数字信号传输设备既可以从左接口也可以从右接口接收数字信号，从左接口接收的数字信号进入第一路信号补偿还原电路，从右接口接收的数字信号进入第二路信号补偿还原电路。而无论是第一路信号补偿还原电路输出的数字信号，还是第二路信号补偿还原电路输出的数字信号，经过双路4选1开关切换电路的通道设置后，都将有一路输送至对应的处理设备，有一路输送至两路信号增强反相电路。从两路信号增强反相电路输出的两路数字信号，经过双路2选1开关切换电路的通道设置，将有其中一路经过对应的左接口或右接口发送出去。

本实施例的数字信号传输设备适用于作为一个中间节点进行数字信号传输的情况。基于本实施例的结构，各个节点可以通过所述的左接口和右接口相互串联，数字信号到达每个节点后，经过还原后输送至该节点对应的处理设备，由该处理设备进行所需的处理，还原后的一路信号再经历预处理，继续向下一节点传输，使下一节点对应的处理设备能够接收到数字信号，如此，数字信号被一级一级地传输下去。

本实施例其他技术特征与实施例一相同，在此不予赘述。

实施例三

实施例二的数字信号传输设备适于作为一个中间节点对数字信号进行传输，本实施例的数字信号传输设备除了可以作为中间节点外，还可以作为源端，即有两种工作方式，一种是源端工作方式，一种是节点工作方式。当处于节点工作方式时，本实施例的工作过程与实施例二相同，下面介绍处于源端工作方式时的本实施例的数字信号传输设备。

在本实施例中，所述双路4选1开关切换电路还与信号源相连，信号源为本设备提供数字信号。所述处理器电路根据源端工作方式命令，驱动所述IO控制所述双路4选1开关切换电路和所述双路2选1开关切换电路使能相关通道，所述信号源的数字信号通过所述双路4选1开关切换电路的相关通道到达所述第一路信号增强反相电路和所述第二路信号增强反相电路，所述第一路信号增强反相电路和所述第二路信号增强反相电路分别对数字信号进行驱动增强和信号反相处理并输出至所述双路2选1开关切换电路，所述双路2选1开关切换电路的相关通道将数字信号经所述左接口和/或所述右接口输出。

如上所述，当作为源端时，数字信号传输设备直接从信号源接收数字信号，接入点可以直接设置于两路信号增强反相电路的输入端，也可以设置于上述的双路4选1开关切换电路，由该开关切换电路的相关通道传送至两路信号增强反相电路的输入端。两路信号增强反相电路传送的两路数字信号通过双路2选1开关切换电路的相关通道，经左接口和/或右接口输出到左边，或右边，或左右两边的节点。

本实施例其他技术特征与实施例二相同，在此不予赘述。

实施例四

本实施例将处理器电路设计在本数字信号传输设备对应的处理设备的处理器上，信号源也可以采用处理设备的处理器发出的信号，所述的处理设备可以是例如矿井下使用的广播对讲机等需要广播语音信号的设备。

具体地，所述处理器电路包括UART模块，所述信号源通过所述UART模块的发送端与所述双路4选1开关切换电路相连，所述处理设备的信号处理模块通过所述UART模块的接收端与所述双路4选1开关切换电路相连。

下面对本实施例中各部分电路的具体结构及连接关系介绍如下：

所述处理器电路在本实施例中起到对数字信号进行发送、接收及开关切换电路控制的功能，其与各模块电路连接方式如图3所示。所述处理器电路的IO与所述双路2选1开关切换电路的A、B、EN引脚相连，与所述双路4选1开关切换电路的A、B、INH引脚相连，以对开关切换电路选通功能进行切换使能控制。所述处理器电路包括UART模块，UART模块的发送端TXD引脚与所述双路4选1开关切换电路的Y1引脚连接，用于发送处理器电路处理好的数字信号；UART模块接收端RXD引脚与所述双路4选1开关切换电路的X引脚连接，用于接收由所述双路4选1开关切换电路输入的数字信号。

所述双路2选1开关切换电路如图3所示，包含X通道和Y通道两路通道。其开关由A，B引脚进行选通，并由EN引脚控制使能输出。V+、V-及GND引脚为电路的电源引脚。在本实施例中，电路V+引脚接12V电源，V-和GND引脚接信号地。X通道选择开关的公共端X引脚上接1个RC滤波电路及1个TVS保护管作为信号左端口的输出输入复用接口，X0引脚接到第一路信号增强反相电路的输出端，X1引脚接到第一路信号补偿还原电路的输入端。Y通道选择开关的公共端Y引脚上接1个RC滤波电路及1个TVS保护管作为信号右端口的输出输入复用接口，Y1引脚接到第二路信号增强反相电路的输出端，Y0引脚接到第二路信号补偿还原电路的输入端。本电路的作用是对数字信号左右传输方向及输出输入状态的选通使能。

所述双路4选1开关切换电路如图3所示，电路的VDD引脚接3.3V电源，VSS和VEE接信号地。A、B及INH引脚接到处理器电路的IO控制引脚。X通道选择开关的公共端X接到所述处理器电路UART模块接收端RXD引脚，X0引脚接第一路信号补偿还原电路的输出端，X1、X2引脚接到电阻R10并下拉到GND，X3引脚接第二路信号补偿还原电路的输出端。Y通道选择开关的公共端Y接到第一路和第二路信号增强反相电路的输入端，Y0引脚接第一路信号补偿还原电路的输出端，Y1引脚接到所述处理器电路UART模块发送端TXD引脚，Y2引脚接电阻R9下拉到GND，Y3引脚接第二路信号补偿还原电路的输出端。X通道的开关及Y通道的开关通过A，B及INH引脚实行关联控制，同一时间只有X0、Y0，X1、Y1，X2、Y2或X3、Y3中一组选通。在信号输入时，左端或右端输入能分成两路，一路传输到所述处理器电路UART模块的接收端RXD，另一路传输到两路信号增强反相电路加强后继续向下级传输；在信号输出时，所述处理器电路UART模块的发送端TXD的信号能直接从Y1引脚输出到信号两路信号增强反相电路处理，而不影响到其他开关电路。

第一路和第二路信号补偿还原电路如图4所示，R5，R6，C2组成分压及RC滤波电路，对输入信号进行降压滤波，使信号电压降到3.3V以下。D1为稳压管，防止信号高压对后级芯片造成损坏，起保护作用。信号经过分压滤波后，进入U2A斯密特非门中进行反相整形处理。源端信号输出时，是先经过反相的，且在长距离传输后波形会发生衰变。则经过U2A处理反相输出的信号，可以通过R7，C3组成的波形补偿电路进行波形逆向补偿。最后经过U2B，U2C两级的整形反相电路后，即可将信号无损失地还原。

第一路和第二路信号增强反相电路如图4所示，由所述4选1开关切换电路输出的信号经过R1，R2，R3及电容C1组成的RC滤波匹配电路后，输入上拉电源为12V的反相缓冲器中。由反相缓冲器对输入的数字信号进行驱动加强提升幅值及电平反相，然后对外输出。为了更好地提高信号的传输及抗干扰能力，传输链路上要确保信号高电平时传输电流I≈12V/（R4+R5+R6）≈10mA电流。

整个信号传输链路上信号的波形变化，如图5所示，图5中（A），（B），（C），（D），（E），（F）分别对应图4的A，B，C，D，E，F点的波形。

本实施例的其他技术特征与实施例三相同，在此不予赘述。

本发明的数字信号传输系统，包括依次串联的多个数字信号传输设备。将上述各实施例的数字信号传输设备进行串联，则得到本数字信号传输系统的各种实施例。

将上述数字信号传输设备应用于传统的广播对讲机，则形成本发明的广播对讲机，所传输的数字信号为数字音频信号。

将多个本发明的数字信号传输设备依次串联形成的本发明的数字信号传输系统，其中的处理器电路可以在简单的软件协议下，通过驱动IO方便地控制信号的传输方向，减少了线上信号冲突的风险；在信号传输过程中，每个节点接收到数字信号后，都会作一个信号还原处理以保证信号的完整性，然后将信号增强及反相后再继续往下传输，增强了信号的传输及抗干扰能力，也保证了信号在多节点长距离传输过程中，信号能无损地一级一级传输下去。同时，信号在每一节点传输时，主干道上信号没有经过处理设备的接收处理再转发过程，加快了信号长距离传输的速度，减小了信号的延时。总体来说，本系统实现了对数字信号在简单的软件协议下，无需中继，不受网络节点数量限制，长距离高速传输的功能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种数字信号传输设备，其特征在于，

包括还原电路和预处理电路，

所述还原电路接收数字信号，并对接收的数字信号进行还原处理，将还原后的数字信号一路发送至对应的处理设备，由所述处理设备进行相应处理，一路发送至所述预处理电路，所述预处理电路对还原后的数字信号进行预处理并输出，

所述预处理是为适应数字信号远距离传输而进行的处理。

2.根据权利要求1所述的数字信号传输设备，其特征在于，

还包括处理器电路、双路2选1开关切换电路和双路4选1开关切换电路，所述还原电路包括第一路信号补偿还原电路和第二路信号补偿还原电路，所述预处理电路包括第一路信号增强反相电路和第二路信号增强反相电路，

所述双路4选1开关切换电路分别连接所述第一路信号补偿还原电路的输出端、所述第二路信号补偿还原电路的输出端、所述第一路信号增强反相电路的输入端、所述第二路信号增强反相电路的输入端和所述处理设备；所述双路2选1开关切换电路分别连接所述第一路信号补偿还原电路的输入端、所述第二路信号补偿还原电路的输入端、所述第一路信号增强反相电路的输出端和所述第二路信号增强反相电路的输出端；所述处理器电路的IO分别连接所述双路4选1开关切换电路和所述双路2选1开关切换电路；所述双路2选1开关切换电路包括左接口和右接口，所述左接口对应所述第一路信号补偿还原电路，所述右接口对应所述第二路信号补偿还原电路，

所述处理器电路根据节点工作方式命令，驱动所述IO控制所述双路4选1开关切换电路和所述双路2选1开关切换电路使能相关通道，所述双路2选1开关切换电路的相关通道通过所述左接口或所述右接口接收数字信号并转发至对应的所述第一路信号补偿还原电路或所述第二路信号补偿还原电路，所述第一路信号补偿还原电路或所述第二路信号补偿还原电路对数字信号进行降压衰减、信号反相、波形补偿和整形滤波处理后输出至所述双路4选1开关切换电路，所述双路4选1开关切换电路的相关通道将数字信号一路发送至所述处理设备，由所述处理设备进行相应处理，一路发送至所述第一路信号增强反相电路和所述第二路信号增强反相电路，所述第一路信号增强反相电路和所述第二路信号增强反相电路分别对数字信号进行驱动增强和信号反相处理并输出至所述双路2选1开关切换电路，所述双路2选1开关切换电路的相关通道将数字信号经所述左接口或所述右接口输出。

3.根据权利要求2所述的数字信号传输设备，其特征在于，

所述双路4选1开关切换电路还与信号源相连，

所述处理器电路根据源端工作方式命令，驱动所述IO控制所述双路4选1开关切换电路和所述双路2选1开关切换电路使能相关通道，所述信号源的数字信号通过所述双路4选1开关切换电路的相关通道经所述第一路信号增强反相电路和所述第二路信号增强反相电路到达所述双路2选1开关切换电路，所述双路2选1开关切换电路的相关通道将数字信号经所述左接口和/或所述右接口输出。

4.根据权利要求3所述的数字信号传输设备，其特征在于，

所述信号源和所述处理设备设置于所述处理器电路，

所述处理器电路包括UART模块，所述信号源通过所述UART模块的发送端与所述双路4选1开关切换电路相连，所述处理设备通过所述UART模块的接收端与所述双路4选1开关切换电路相连。

5.根据权利要求4所述的数字信号传输设备，其特征在于，

所述双路4选1开关切换电路的X引脚接所述UART模块的接收端引脚，X0引脚和Y0引脚接所述第一路信号补偿还原电路的输出端，X1引脚和X2引脚接R10的一端，R10的另一端接信号地，X3引脚和Y3引脚接所述第二路信号补偿还原电路的输出端，Y引脚接所述第一路信号增强反相电路和所述第二路信号增强反相电路的输入端，Y1引脚接所述UART模块的接收端引脚，Y2引脚接R9的一端，R9的另一端接信号地，A引脚、B引脚和INH引脚接所述处理器电路的IO。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的数字信号传输设备，其特征在于，所述双路2选1开关切换电路的X引脚接第一电路接口保护电路，X0引脚接所述第一路信号增强反相电路的输出端，X1引脚接所述第一路信号补偿还原电路的输入端，Y引脚接第二电路接口保护电路，Y0引脚接所述第二路信号补偿还原电路的输入端，Y1引脚接所述第二路信号增强反相电路的输出端，A引脚、B引脚和EN引脚接所述处理器电路的IO。

7.根据权利要求6所述的数字信号传输设备，其特征在于，

所述第一路信号增强反相电路包括R1、R2、R3、R4、C1和U1，

R1、R2、R3和C1组成RC滤波匹配电路，U1为反相缓冲器，从所述双路4选1开关切换电路的Y引脚输出的数字信号，依次经所述RC滤波匹配电路、U1和R4到达所述双路2选1开关切换电路的X0引脚，

所述反相缓冲器的上拉电源为12V，所述反相缓冲器的输出端到所述左接口的链路传输高电平时，传输电流保持在10mA，

所述第二路信号增强反相电路具有与所述第一路信号增强反相电路相同的电路结构。

8.根据权利要求7所述的数字信号传输设备，其特征在于，所述第一路信号补偿还原电路包括R5、R6、R7、R8、C2、C3、D1、U2A、U2B和U2C，

R5、R6和C2组成分压及RC滤波电路，R7和C3组成波形补偿电路，D1为稳压管，U2A、U2B和U2C分别为第一斯密特反相器、第二斯密特反相器和第三斯密特反相器，从所述双路2选1开关切换电路的X1引脚输出的数字信号，依次经所述分压及RC滤波、D1、U2A、波形补偿电路、U2B、U2C和R8到达所述双路4选1开关切换电路的Y0和X0引脚，

所述第二路信号补偿还原电路具有与所述第一路信号补偿还原电路同样的电路结构。

9.一种数字信号传输系统，其特征在于，

包括依次串联的多个数字信号传输设备；

所述数字信号传输设备为权利要求1-8任一项所述的数字信信号传输设备。

10.一种广播对讲机，其特征在于，

包括数字信号传输设备，

所述数字信号传输设备为权利要求1-8任一项所述的数字信号传输设备。

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