CN106254232B - 数字对讲机网关 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种数字对讲机网关，该数字对讲机网关包括数字对讲机单元、以太网接口单元、协议转换单元和电源单元。可通过以太网接口单元和TCP/IP协议与上位机或其它标准以太网络设备进行通信，进行综合信息管理系统专有协议与数字对讲机XCMP/XNL协议之间的转换；可通过数字对讲机单元与其它数字对讲机实现无线语音通信以及实现单播、组播和广播等通信和管理方式；电源单元具有POE供电和直流供电两种电源输入方式，可进行热切换。本发明方案具有实现方案简单、灵活、适应性强等特点，可实现单播、组播、广播等方式的数字对讲机互连通信和管理，最大化的将传统数字对讲机通信系统与现代通信管理系统进行融合，保持了很好的兼容性。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种数字对讲机网关。
背景技术
传统舰船通信管理系统的主要实现方式是依靠舰船内部扬声系统和数字对讲机系统。不论是扬声系统还是数字对讲机系统，他们都是基于半双工的语音广播方式，即一对多的形式，并且同一时刻只能有一台数字对讲机/站台进行语音发送，其它数字对讲机/站台都处于接收状态，而且只能提供语音一种方式的通信。
现代化舰船综合信息管理系统采用中心调度台服务器和移动终端的设备形式，提供单呼、组呼等多种通信方式，并且可提供实时图像、语音和短消息的通信，比传统舰船通信管理系统更灵活、方便、有效。
在现有舰船上安装现代化舰船综合信息管理系统后，需要与原有的数字对讲机通信系统相兼容，以避免造成已有设备闲置浪费，目前，还没有一种将数字对讲机通信系统与现代化舰船综合信息管理系统有效兼容的方案。
发明内容
本发明的实施例提供了一种数字对讲机网关，以实现数字对讲机通信系统与现代化舰船综合信息管理系统进行有效的通信。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种数字对讲机网关，包括：数字对讲机单元、以太网接口单元、协议转换单元和电源单元，其中，
所述数字对讲机单元，用于连接协议转换单元，通过天线接口与其它数字对讲机之间进行无线信号的接收与发送，将解析得到的来自其它数字对讲机的无线语音数据流传输给所述协议转换单元；将所述协议转换单元传输过来的无线语音数据流进行编码处理后，进行广播发射；
所述协议转换单元，用于连接以太网接口单元和数字对讲机单元，实现以太网TCP/IP协议与数字对讲机XCMP/XNL协议之间的转换，在以太网接口单元和数字对讲机单元之间进行无线数据转换和传输；
所述以太网接口单元，用于通过以太网连接上位机，将协议转换单元传输过来的以太网数据传输给上位机，将上位机传输过来的以太网数据传输给协议转换单元；
所述电源单元，用于与数字对讲机单元、协议转换单元、以太网接口单元进行电路连接，为所有电路提供工作电源。
进一步地，所述的数字对讲机单元，包括：信号收发模块和信号处理模块；
所述的信号收发模块，用于通过天线接口连接其它数字对讲机的天线，与其它数字对讲机之间进行无线信号的接收与发送，支持并行多通道的无线信号接收，将接收到的无线信号传输给信号处理模块，通过天线采用广播方式向其它数字对讲机发送无线信号；
所述的信号处理模块，用于预设多个信道，每个信道对应一个或多个数字对讲机，通过信道分配数据库存储各个信道与数字对讲机之间的对应关系信息，该对应关系信息中包括数字对讲机编号、信道编号、信道频点、信道带宽、信道语音编码方式和信道编码方式信息，控制所述信号收发模块选择与本数字对讲机对应相同信道的其它数字对讲机进行无线信号通信，通过基带数据输入输出接口和所述协议转换单元连接，通过基带数据输入输出接口将所有信道的数据采用分时复用的方式，与协议转换单元之间进行数据传送和接收。
进一步地，所述的信号处理模块，用于接收到信号收发模块发送过来的来自多个信道多组其它数字对讲机的无线信号后，根据每个信道的信道编号查询所述信道分配数据库，获取该个信道对应的信道语音编码方式和信道编码方式，采用所述信道编码方式对应的信道解码方式分别对每个信道的无线信号进行信道解码，获取每个信道的无线信号中携带的一组数字对讲机的无线语音信号，再采用所述信道语音编码方式对应的语音解码方式对所述一组数字对讲机的无线语音信号进行语音解码处理，将解码后得到的无线语音数据流通过基带数据输入输出接口传输给协议转换单元；
用于接收到所述协议转换单元发送过来的语音数据流后，对该语音数据流进行解析，当解析发现该无线语音数据流中信道编号为零，则确定该语音数据流是全部信道广播数据流，查询所述信道分配数据库获取各个信道的信道语音编码方式和信道编码方式，按照所述各个信道的信道语音编码方式和信道编码方式对所述无线语音数据流进行编码，将编码后的无线语音数据流分别通过各个信道进行广播发射；当解析发现所述语音数据流中包含单个或多个信道编号，则根据所述单个或多个信道编号查询所述信道分配数据库获取对应的信道语音编码方式和信道编码方式，按照所述对应的信道语音编码方式和信道编码方式对所述无线语音数据流进行编码，将编码后的无线语音数据流通过所述单个或多个信道进行广播发射。
进一步地，所述信号处理模块采用DSP或者ARM处理器来实现。
进一步地，所述的协议转换单元，用于实现无线语音数据流收发和协议转换，将上位机通过以太网接口发送过来的以太网格式的语音数据和控制协议数据转换为数字对讲机所采用的XCMP/XNL协议数据格式，并通过基带数据输入输出接口传输给数字对讲机；将数字对讲机单元发送过来的无线语音数据流转换为上位机所采用的以太网数据格式，并通过以太网接口传输给上位机。
进一步地，所述的电源单元采用POE供电和直流供电两种供电方式，两种供电方式互相切换，所述直流供电方式为第一供电方式。
进一步地，所述POE供电和直流供电输入电压范围在27V～50V之间，POE电路将输入电压转换为9V后输出至后级各路电源调整器电路，所述POE电路由依次串联连接的整流桥电路、电源路径选择电路和正激DC/DC转换电路组成。
由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明方案采用的数字对讲机单元、协议转换单元、以太网接口单元、电源单元的组成方案及相关技术实现，具有实现方案简单、灵活、适应性强等特点，可实现单播、组播、广播等方式的数字对讲机互连通信和管理，最大化的将传统数字对讲机通信系统与现代通信管理系统进行融合，保持了很好的兼容性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种数字对讲机网关的实现方法的系统组成图；
图2为本发明实施例一提供的协议转换单元实现方法的组成图；
图3为本发明实施例一提供的电源单元实现方法的组成图；
图4为本发明实施例一提供的POE电路实现方法的组成图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供了一种数字对讲机网关，可实现将现代化舰船综合信息管理系统与传统的数字对讲机系统互联互通，实现两种系统间的语音通信。
本发明实施例提供的一种数字对讲机网关的结构示意图如图1所示，由数字对讲机单元、协议转换单元、以太网接口单元、电源单元四部分组成，所有电路单元互连并固定在新的结构壳体内。
数字对讲机单元通过基带数据输入输出接口与协议转换单元连接。协议转换单元通过标准MII接口与以太网接口单元连接。电源单元与数字对讲机单元、协议转换单元、以太网接口单元进行电路连接。
所述的数字对讲机单元包括：信号收发模块和信号处理模块，信号收发模块中包括天线和天线接口。
所述的信号收发模块，用于通过天线接口连接其它数字对讲机的天线，与其它数字对讲机之间进行无线信号的接收与发送，支持并行多通道的无线信号接收，将接收到的无线信号传输给信号处理模块，通过天线采用广播方式向其它数字对讲机发送无线信号；
所述的信号处理模块，用于预设多个信道，每个信道对应一个或多个数字对讲机，通过信道分配数据库存储各个信道与数字对讲机之间的对应关系信息，该对应关系信息中包括数字对讲机编号、信道编号、信道频点、信道带宽、信道语音编码方式和信道编码方式信息，控制所述信号收发模块选择与本数字对讲机对应相同信道的其它数字对讲机进行无线信号通信，通过基带数据输入输出接口和所述协议转换单元连接，通过基带数据输入输出接口将所有信道的数据采用分时复用的方式，与协议转换单元之间进行数据传送和接收。
数字对讲机单元通过天线接口连接外部天线与其它数字对讲机之间进行无线信号通信，在数字对讲机之间进行无线信号的接收与发送。数字对讲机单元采用广播方式，支持并行多通道，在信号处理模块控制下选择预设的信道，可与信道相同的数字对讲机之间进行无线通信，数字对讲机单元内部预设有多个信道，每个信道可以对应一个或多个数字对讲机，采用这种方法可实现数字对讲机分组通信和管理。
在数字对讲机单元的信道分配数据库中存储各个信道与数字对讲机之间的对应关系信息，该对应关系信息中包括信道编号、信道频点、信道带宽、信道语音编码方式、调制方式信息。
数字对讲机单元通过基带数据输入输出接口和协议转换单元连接，所有信道通过基带数据输入输出接口采用分时复用的方式进行数据传送和接收，数字对讲机单元具有信道编解码和语音编解码功能。
所述的信号处理模块，用于接收到信号收发模块发送过来的来自多个信道多组其它数字对讲机的无线信号后，根据每个信道的信道编号查询所述信道分配数据库，获取该个信道对应的信道语音编码方式和信道编码方式，采用信道编码方式对应的信道解码方式分别对每个信道的无线信号进行信道解码，获取每个信道的无线信号中携带的一组数字对讲机的无线语音信号，再采用所述信道语音编码方式对应的语音解码方式对所述一组数字对讲机的无线语音信号进行语音解码处理，将解码后得到的无线语音数据流通过基带数据输入输出接口传输给协议转换单元。
接收到协议转换单元发送过来的语音数据流后，对该语音数据流进行解析，当解析发现该无线语音数据流中信道编号为零，则确定该语音数据流是全部信道广播数据流，查询所述信道分配数据库获取各个信道的信道语音编码方式和信道编码方式，按照所述各个信道的信道语音编码方式和信道编码方式对所述无线语音数据流进行编码，将编码后的无线语音数据流分别通过各个信道进行广播发射；当解析发现所述语音数据流中包含单个或多个信道编号，则根据所述单个或多个信道编号查询所述信道分配数据库获取对应的信道语音编码方式和信道编码方式，按照所述对应的信道语音编码方式和信道编码方式对所述无线语音数据流进行编码，将编码后的无线语音数据流通过所述单个或多个信道进行广播发射。
协议转换单元，采用通用嵌入式处理器，连接以太网接口单元和数字对讲机单元，实现以太网TCP/IP协议与数字对讲机XCMP/XNL协议之间的转换，在以太网接口单元和数字对讲机单元之间进行无线数据转换和传输。将上位机通过以太网接口发送过来的语音数据和控制协议数据转换为数字对讲机所采用的XCMP(Extended Control&ManagementProtocol，扩展控制和管理协议)/XNL(XCMP Network Layer，XCMP网络层)协议数据格式并通过基带数据输入输出接口发送；将数字对讲机单元发送过来的无线语音数据流转换为上位机所采用的协议数据格式并通过以太网接口进行发送。实现多个数字对讲机和上位机之间的无线语音数据通信，上述上位机可以为现代化舰船综合信息管理系统。
数字对讲机单元通过基带数据输入输出接口与协议转换单元传送和接收语音、控制消息数据。传输协议采用XNL协议，一个完整XNL数据帧由8部分组成，包括：XNL操作码、协议ID、XNL标志位、目标地址、源地址、传送ID、负载数据长度、负载数据；XCMP协议数据被作为负载数据包含在XNL协议内；当数字对讲机单元发送控制消息到协议转换单元，如果是握手、地址分配、鉴权、状态消息广播等控制消息，则进行本地处理和执行并回复发送确认消息和消息处理结果信息数据；当数字对讲机单元发送语音数据到协议转换单元，则取出该语音数据转换到TCP/IP协议，然后通过以太网接口单元发送至上位机。
上位机使用TCP/IP协议通过以太网接口单元与协议转换单元通信；上位机下发数据分为控制消息和语音数据两种类型；当上位机下发控制消息时，协议转换单元从TCP/IP包内取出控制消息，如果是握手、地址分配、状态消息广播等控制消息，则进行本地处理和执行并回复上位机确认消息和处理结果；如果是配置信道分配数据库控制消息，配置各个信道与数字对讲机之间的对应关系信息，则将该消息转换为XCMP/XNL格式并通过基带数据输入输出接口发送给数字对讲机单元；如果传送上位机传送的是语音数据，则将语音数据从TCP/IP包中取出，转换为XCMP/XNL协议格式后通过基带数据输入输出接口传送给数字对讲机单元。
本发明实施例提供的一种协议转换单元的结构示意图如图2所示，由DSP处理器、DDR(Double Data Rate，双倍速率同步动态随机存储器)RAM、SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)Flash、时钟、复位、以LED(light emitting diode，发光二极管)等组成。
协议转换单元通过以太网接口单元与上位机连接，使用标准以太网TCP/IP协议与上位机之间进行通信。协议转换单元通过基带数据输入输出接口接收到信号收发器发送过来的无线语音数据流后，对无线语音数据流进行XCMP/XNL协议转换处理，获取无线语音数据流和与之对应的信道编号。
本发明提供的一种电源单元的结构示意图如图3所示，电源单元为电路提供所需的工作电源。电源单元采用POE(Power Over Ethernet，以太网传输能量)供电和直流供电两种方式，两种供电方式可自动切换，其中当直流供电方式是第一供电方式，即当有直流供电电源接入时，无论有无POE供电电源都使用直流供电方式，并且两种供电方式都存在时，若发生供电方式切换，不影响后续电路的工作。
本发明提供的一种POE电路的结构示意图如图4所示，实现供电方式自动选择切换和电压变换。POE供电和直流供电输入电压范围在27V～50V之间，POE电路将输入电压转换为9V后输出至后级各路电源调整器电路。
POE电路由依次串联连接的整流桥电路、电源路径选择电路和正激DC/DC转换电路组成，POE电路中整流桥用于电源极性调整，使用整流桥，输入电源的正负极即使连接错误也可保持系统电源输入极性的正确，可提高设备容错性能；整流桥电路采用四只MOSFET和整流桥控制器组成，MOSFET导通电压和导通电阻远小于二极管，用MOSFET组成的整流桥比二极管整流桥具有更低的电源功率损失；电源路径选择电路用于POE供电和直流供电两种供电方式的自动选择和切换，电路由二极管、高压开关MOSFET和电源路径选择控制器组成，二极管串联在直流供电输入路径上，高压开关MOSFET串联在POE供电输入、整流桥电路输出路径上并在电源路径选择控制器控制下工作，当只有POE供电或只有直流供电一种方式存在时只由单一电源输入作为工作电源，当两种供电电源同时存在时，电源路径选择控制器关断高压开关MOSFET，使直流供电电源经二极管后为系统提供工作电源；正激DC/DC转换电路包含正激电源控制器、变压器、原边开关MOSFET、输出续流开关MOSFET、电感电容滤波器，正激DC/DC转换电路是隔离型开关调整器，正激电源控制器输出900Hz的PWM(脉冲宽度调制)信号控制原边开关MOSFET将电源路径选择电路输出的直流电源进行斩波，经变压器转换到变压器副边侧，在经过输出续流开关MOSFET和电感电容滤波器输出9V电源电压。
上述信号处理模块可以采用DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)或者ARM(Asynchronous Response Mode，异步应答方式)处理器来实现，ARM处理器上所运行软件需要使用ARM处理器专用开发环境工具进行移植和编译，最终实现功能和效果与DSP完全相同。
综上所述，本发明方案采用的数字对讲机单元、协议转换单元、以太网接口单元、电源单元的组成方案及相关技术实现，具有实现方案简单、灵活、适应性强等特点，可实现单播、组播、广播等方式的数字对讲机互连通信和管理，最大化的将传统数字对讲机通信系统与现代通信管理系统进行融合，保持了很好的兼容性，鉴于当前数字对讲机的巨大的使用量和保有量，本发明可以带来相当的经济效果。
本发明实施例可以在不改动硬件电路情况下，修改或调整协议转换单元软件功能即可适应与多种上位机和网络设备通信要求，以及修改或调整数字对讲机单元软件功能即可适应多种数字对讲机所采用不同的语音和信道编解码方式。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种数字对讲机网关，其特征在于,包括：数字对讲机单元、以太网接口单元、协议转换单元和电源单元，其中，
所述数字对讲机单元，用于连接协议转换单元，通过天线接口与其它数字对讲机之间进行无线信号的接收与发送，将解析得到的来自其它数字对讲机的无线语音数据流传输给所述协议转换单元；将所述协议转换单元传输过来的无线语音数据流进行编码处理后，进行广播发射；
所述协议转换单元，用于连接以太网接口单元和数字对讲机单元，实现以太网TCP/IP协议与数字对讲机XCMP/XNL协议之间的转换，在以太网接口单元和数字对讲机单元之间进行无线数据转换和传输；
所述以太网接口单元，用于通过以太网连接上位机，将协议转换单元传输过来的以太网数据传输给上位机，将上位机传输过来的以太网数据传输给协议转换单元；
所述电源单元，用于与数字对讲机单元、协议转换单元、以太网接口单元进行电路连接，为所有电路提供工作电源；
所述的数字对讲机单元，包括：信号收发模块和信号处理模块；
所述的信号收发模块，用于通过天线接口连接其它数字对讲机的天线，与其它数字对讲机之间进行无线信号的接收与发送，支持并行多通道的无线信号接收，将接收到的无线信号传输给信号处理模块，通过天线采用广播方式向其它数字对讲机发送无线信号；
所述的信号处理模块，用于预设多个信道，每个信道对应一个或多个数字对讲机，通过信道分配数据库存储各个信道与数字对讲机之间的对应关系信息，该对应关系信息中包括数字对讲机编号、信道编号、信道频点、信道带宽、信道语音编码方式和信道编码方式信息，控制所述信号收发模块选择与本数字对讲机对应相同信道的其它数字对讲机进行无线信号通信，通过基带数据输入输出接口和所述协议转换单元连接，通过基带数据输入输出接口将所有信道的数据采用分时复用的方式，与协议转换单元之间进行数据传送和接收。
2.根据权利要求1所述的数字对讲机网关，其特征在于：
所述的信号处理模块，用于接收到信号收发模块发送过来的来自多个信道多组其它数字对讲机的无线信号后，根据每个信道的信道编号查询所述信道分配数据库，获取该个信道对应的信道语音编码方式和信道编码方式，采用所述信道编码方式对应的信道解码方式分别对每个信道的无线信号进行信道解码，获取每个信道的无线信号中携带的一组数字对讲机的无线语音信号，再采用所述信道语音编码方式对应的语音解码方式对所述一组数字对讲机的无线语音信号进行语音解码处理，将解码后得到的无线语音数据流通过基带数据输入输出接口传输给协议转换单元；
用于接收到所述协议转换单元发送过来的语音数据流后，对该语音数据流进行解析，当解析发现该无线语音数据流中信道编号为零，则确定该语音数据流是全部信道广播数据流，查询所述信道分配数据库获取各个信道的信道语音编码方式和信道编码方式，按照所述各个信道的信道语音编码方式和信道编码方式对所述无线语音数据流进行编码，将编码后的无线语音数据流分别通过各个信道进行广播发射；当解析发现所述语音数据流中包含单个或多个信道编号，则根据所述单个或多个信道编号查询所述信道分配数据库获取对应的信道语音编码方式和信道编码方式，按照所述对应的信道语音编码方式和信道编码方式对所述无线语音数据流进行编码，将编码后的无线语音数据流通过所述单个或多个信道进行广播发射。
3.根据权利要求2所述的数字对讲机网关，其特征在于，所述信号处理模块采用DSP或者ARM处理器来实现。
4.根据权利要求1或2或3所述的数字对讲机网关，其特征在于：
所述的协议转换单元，用于实现无线语音数据流收发和协议转换，将上位机通过以太网接口发送过来的以太网格式的语音数据和控制协议数据转换为数字对讲机所采用的XCMP/XNL协议数据格式，并通过基带数据输入输出接口传输给数字对讲机；将数字对讲机单元发送过来的无线语音数据流转换为上位机所采用的以太网数据格式，并通过以太网接口传输给上位机。
5.根据权利要求1所述的数字对讲机网关，其特征在于，所述的电源单元采用POE供电和直流供电两种供电方式，两种供电方式互相切换，所述直流供电方式为第一供电方式。
6.根据权利要求5所述的数字对讲机网关，其特征在于，所述POE供电和直流供电输入电压范围在27V～50V之间，POE电路将输入电压转换为9V后输出至后级各路电源调整器电路，所述POE电路由依次串联连接的整流桥电路、电源路径选择电路和正激DC/DC转换电路组成。
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