CN115459760B - 一种声学释放器鉴频电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下通讯技术领域，具体说是一种声学释放器鉴频电路。它包括选频滤波单元、陷波单元、第一包络单元、第二包络单元和判决单元。选频滤波单元与第一包络单元适配连接，陷波单元与第二包络单元适配连接，第一包络单元和第二包络单元均与所述判决单元适配连接。其特点是所述选频滤波单元的鉴频频率由电位器配合电容获得，以便精确匹配8KHz~16KHz，频率步进为0.25KHz的任意一个频点的频率。该鉴频电路的成本低，零部件的生产难度小，鉴频中心频率不会随时间和温度漂移。
Description
技术领域
本发明涉及一种鉴频电路，具体说是用于匹配船舶甲板单元控制信号的声学释放器鉴频电路。
背景技术
海洋声学环境复杂，环境噪声、多途干扰等都会导致声学信号畸变和衰减，声学释放器需要有效识别出甲板单元发出的释放指令，完成释放动作。为区分不同的释放指令，声学释放器具有两个指令参数，一个是带内频率和带外频率，另一个是控制码，甲板单元通过发送特定的指令参数组合就可以控制特定的声学释放器动作，其中带内频率范围为7KHz-16KHz，频率步进为0.25KHz，不同释放器其带内频率和控制码组合各不相同。为了匹配甲板单元的释放指令，声学释放器中均会设置用于水声通信的鉴频电路，实现选频。
目前，传统的声学释放器鉴频电路是通过调节可调电感匹配电容并联谐振的方式实现选频的。然而，可调电感的成本较高、生产难度大。而且，由于可调电感本身的特性，在设置好匹配电感量后，鉴频中心频率会随时间和温度漂移。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种声学释放器鉴频电路，该鉴频电路的成本低，零部件的生产难度小，鉴频中心频率不会随时间和温度漂移。
为解决上述问题，提供以下技术方案：
本发明的声学释放器鉴频电路包括选频滤波单元、陷波单元、第一包络单元、第二包络单元和判决单元。所述选频滤波单元与第一包络单元适配连接，所述陷波单元与第二包络单元适配连接，第一包络单元和第二包络单元均与所述判决单元适配连接。输入信号LO，分别进入到选频滤波电路和陷波电路，选频滤波电路对输入信号LO选频滤波后经过第一包络单元形成包络信号Zt，陷波电路对输入信号LO陷波后经过第二包络单元形成包络信号Zn，包络信号Zt和包络信号Zn进入判决单元，判决单元对包络信号Zt和包络信号Zn进行判定后产生输出信号At。其特点是所述选频滤波单元的鉴频频率由电位器配合电容获得，以便精确匹配8KHz~16KHz，频率步进为0.25KHz的任意一个频点的频率。
其中，所述选频滤波单元包括运算放大器U1A、运算放大器U1B和电阻R1。所述电阻R1的一端接入所述输入信号LO，电阻R1的另一端与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与运算放大器U1A的反相输入端相连，运算放大器U1A的同相输入端接基准信号二，运算放大器U1A的输出端分别与电阻R4一端、电阻R2一端和电容C2的一端相连，所述电阻R4另一端与运算放大器U1B的反相输入端相连，电阻R2另一端与运算放大器U1A的反相输入端相连，电容C2的另一端与和电阻R1相连的电容C1的一端相连。所述运算放大器U1B的同相输入端接基准信号二，运算放大器U1B的输出端分别与第一包络单元的控制端、电位器R5的一个定引脚、电位器R5的动片引脚、电位器R3的一个定引脚和电位器R3的动片引脚相连，电位器R5的另一个定引脚与运算放大器U1B的反相输入端相连，电位器R3的另一个定引脚与和电阻R1相连的电容C1的一端相连。
所述陷波单元包括电阻R8和比较放大器U2B。所述电阻R8的一端接入所述输入信号LO，电阻R8的另一端与电容C5的一端相连，电容C5的另一端与比较放大器U2B的反相输入端相连，比较放大器U2B的同相输入端接基准信号一，比较放大器U2B的输出端分别与第二包络单元的控制端、电阻R7的一端和电容C4的一端相连，电阻R7的另一端分别位于电位器R6的一个定引脚和比较放大器U2B的反向输入端相连，电容C4的另一端分别与电位器R6的动片引脚和比较放大器U2B的反向输入端相连，电位器R6的另一个定引脚与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与所述运算放大器U1B的输出端相连。
所述判决单元为比较放大器U2A，比较放大器U2A的输出端即产生所述输出信号At，比较放大器U2A的输出端与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与比较放大器U2A的同相输入端相连。
所述第一包络单元包括三级管Q1，三级管Q1的集电极接AVCC，三级管Q1的基极即为第一包络单元的控制端，三级管Q1的发射极与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端分别与电阻R11的一端和电阻R12的一端相连，电阻R11的另一端接地，且电阻R11的两端间并联有电容C7，电阻R12的另一端即产生所述包络信号Zt，且电阻R12的该端与比较放大器U2A的同相输入端相连。
所述第二包络单元包括三级管Q2，三级管Q2的集电极接AVCC，三级管Q2的基极即为第二包络单元的控制端，三级管Q1的发射极与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端即产生所述包络信号Zn，且电阻R15的该端分别与电阻R14的一端和比较放大器U2A的反相输入端相连，电阻R14的另一端接地，且电阻R14的两端间并联有电容C6。
所述比较放大器U2A的输出端与电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端通过发光二级管D1后接地。
所述AVCC与电阻R17的一端相连，电阻R17另一端与电位器R18的一个定引脚相连，电位器R18的另一个定引脚与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端均接地，且电阻R19的两端并联有电容C9。所述电位器R18的动片引脚与电容C8的一端相连，电容C8的另一端接地。所述电位器R18的动片引脚形成所述基准信号一。与电阻R19相连的那个电位器R18定引脚形成所述基准信号二。
采取以上方案，具有以下优点：
由于本发明的声学释放器鉴频电路的选频滤波单元鉴频频率由电位器配合电容获得，从而实现精确匹配8KHz~16KHz，频率步进为0.25KHz的任意一个频点的频率。与可调电感相比，电位器的成本较低，生产难度小。而且，采用电位器代替可调电感可避免因可调电感本身的特性而造成的鉴频中心频率会随时间和温度漂移的问题。
附图说明
图1是本发明的声学释放器鉴频电路的拓扑图；
图2是本发明的声学释放器鉴频电路的结构原理图；
图3是本发明的声学释放器鉴频电路中选频滤波单元Q值的波形实测图；
图4是本发明的声学释放器鉴频电路中陷波单元Q值的波形实测图；
图5是本发明的声学释放器鉴频电路在工作状态下输入信号和输出信号的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的本发明的声学释放器鉴频电路包括选频滤波单元、陷波单元、第一包络单元、第二包络单元和判决单元。所述选频滤波单元与第一包络单元适配连接，所述陷波单元与第二包络单元适配连接，第一包络单元和第二包络单元均与所述判决单元适配连接。输入信号LO，分别进入到选频滤波电路和陷波电路，选频滤波电路对输入信号LO选频滤波后经过第一包络单元形成包络信号Zt，陷波电路对输入信号LO陷波后经过第二包络单元形成包络信号Zn，包络信号Zt和包络信号Zn进入判决单元，判决单元对包络信号Zt和包络信号Zn进行判定后产生输出信号At。其特点是所述选频滤波单元的鉴频频率由电位器配合电容获得，以便精确匹配8KHz~16KHz，频率步进为0.25KHz的任意一个频点的频率。利用电位器配合电容获得需要的鉴频频率的成本低、生产难度小，且由于电位器本身的特性，设定好频率后，鉴频中心频率不会随时间和温度漂移。
所述选频滤波单元包括运算放大器U1A、运算放大器U1B和电阻R1。所述电阻R1的一端接入所述输入信号LO，电阻R1的另一端与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与运算放大器U1A的反相输入端相连，运算放大器U1A的同相输入端接基准信号二，运算放大器U1A的输出端分别与电阻R4一端、电阻R2一端和电容C2的一端相连，所述电阻R4另一端与运算放大器U1B的反相输入端相连，电阻R2另一端与运算放大器U1A的反相输入端相连，电容C2的另一端与和电阻R1相连的电容C1的一端相连。所述运算放大器U1B的同相输入端接基准信号二，运算放大器U1B的输出端分别与第一包络单元的控制端、电位器R5的一个定引脚、电位器R5的动片引脚、电位器R3的一个定引脚和电位器R3的动片引脚相连，电位器R5的另一个定引脚与运算放大器U1B的反相输入端相连，电位器R3的另一个定引脚与和电阻R1相连的电容C1的一端相连。该选频滤波单元的设计原理是：令
=
，
=C得出选频频率为：
通过设置合适的电阻、电容，然后调节
的值，达到精确选频的目的。最后调整
，调整选频滤波单元的Q值，表达式如下：
所述陷波单元包括电阻R8和比较放大器U2B。所述电阻R8的一端接入所述输入信号LO，电阻R8的另一端与电容C5的一端相连，电容C5的另一端与比较放大器U2B的反相输入端相连，比较放大器U2B的同相输入端接基准信号一，比较放大器U2B的输出端分别与第二包络单元的控制端、电阻R7的一端和电容C4的一端相连，电阻R7的另一端分别位于电位器R6的一个定引脚和比较放大器U2B的反向输入端相连，电容C4的另一端分别与电位器R6的动片引脚和比较放大器U2B的反向输入端相连，电位器R6的另一个定引脚与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与所述运算放大器U1B的输出端相连。通过调整R6的值，使陷波单元的Q值调节到-40dB以下，即可满足要求，实际陷波单元测试波形如图4所示。
所述第一包络单元包括三级管Q1，三级管Q1的集电极接AVCC，三级管Q1的基极即为第一包络单元的控制端，三级管Q1的发射极与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端分别与电阻R11的一端和电阻R12的一端相连，电阻R11的另一端接地，且电阻R11的两端间并联有电容C7，电阻R12的另一端即产生所述包络信号Zt，且电阻R12的该端与比较放大器U2A的同相输入端相连。第一包络单元对选频滤波单元产生的信号进行滤波，形成包络信号Zt。
所述第二包络单元包括三级管Q2，三级管Q2的集电极接AVCC，三级管Q2的基极即为第二包络单元的控制端，三级管Q1的发射极与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端即产生所述包络信号Zn，且电阻R15的该端分别与电阻R14的一端和比较放大器U2A的反相输入端相连，电阻R14的另一端接地，且电阻R14的两端间并联有电容C6。第二包络单元对陷波单元产生的信号进行滤波，形成包络信号Zn。
所述判决单元为比较放大器U2A，比较放大器U2A的输出端即产生所述输出信号At，比较放大器U2A的输出端与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与比较放大器U2A的同相输入端相连。比较放大器U2A对包络信号Zt和包络信号Zn进行比较判断，在要鉴频的频率信号输入后，即可输出高电平；其余频率的输入信号，电路输出低电平。
所述比较放大器U2A的输出端与电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端通过发光二级管D1后接地。在输出信号为高电平时，发光二级管D1发生光亮，从而起到提示作用。
所述AVCC与电阻R17的一端相连，电阻R17另一端与电位器R18的一个定引脚相连，电位器R18的另一个定引脚与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端均接地，且电阻R19的两端并联有电容C9。所述电位器R18的动片引脚与电容C8的一端相连，电容C8的另一端接地。所述电位器R18的动片引脚形成所述基准信号一。与电阻R19相连的那个电位器R18定引脚形成所述基准信号二。通过调节
的值，调节陷波单元基准，起到延时触发的目的，即有效信号达到一定数量后，输出才会触发高电平如图5所示，只有在输入有效信号达到一定数量后，才会触发输出高电平，有效排除海洋背景噪声引起的误触发对整体电路功耗的影响，从而延长水下待机时间。
使用时，将该电路集成到甲板单元声学释放器的相应位置。通过调节
的值，达到需要的频率。工作时，甲板单元产生的释放信号经过放大器放大后，形成输入信号LO，输入信号LO经过选频滤波单元和陷波单元后，分别经过第一包络单元和第二包络单元滤波，形成两条包络线，通过比较放大器U2A产生输出信号At，在要鉴频的频率信号输入后，输出信号At为高电平；其余频率的输入信号，输出信号At输出低电平。高电平的输出信号At实现唤醒。此外，运算放大器U1A、运算放大器U1B采用超低功耗的运放芯片，使得整体电路功耗实际测试低于0.4mW。
Claims (3)
1.一种声学释放器鉴频电路，包括选频滤波单元、陷波单元、第一包络单元、第二包络单元和判决单元；所述选频滤波单元与第一包络单元适配连接，所述陷波单元与第二包络单元适配连接，第一包络单元和第二包络单元均与所述判决单元适配连接；输入信号LO，分别进入到选频滤波电路和陷波电路，选频滤波电路对输入信号LO选频滤波后经过第一包络单元形成包络信号Zt，陷波电路对输入信号LO陷波后经过第二包络单元形成包络信号Zn，包络信号Zt和包络信号Zn进入判决单元，判决单元对包络信号Zt和包络信号Zn进行判定后产生输出信号At；其特征在于所述选频滤波单元的鉴频频率由电位器配合电容获得，以便精确匹配8KHz~16KHz，频率步进为0.25KHz的任意一个频点的频率；所述选频滤波单元包括运算放大器U1A、运算放大器U1B和电阻R1；所述电阻R1的一端接入所述输入信号LO，电阻R1的另一端与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与运算放大器U1A的反相输入端相连，运算放大器U1A的同相输入端接AVCC/2，运算放大器U1A的输出端分别与电阻R4一端、电阻R2一端和电容C2的一端相连，所述电阻R4另一端与运算放大器U1B的反相输入端相连，电阻R2另一端与运算放大器U1A的反相输入端相连，电容C2的另一端与和电阻R1相连的电容C1的一端相连；所述运算放大器U1B的同相输入端接AVCC/2，运算放大器U1B的输出端分别与第一包络单元的控制端、电位器R5的一个定引脚、电位器R5的动片引脚、电位器R3的一个定引脚和电位器R3的动片引脚相连，电位器R5的另一个定引脚与运算放大器U1B的反相输入端相连，电位器R3的另一个定引脚与和电阻R1相连的电容C1的一端相连；所述陷波单元包括电阻R8和比较放大器U2B；所述电阻R8的一端接入所述输入信号LO，电阻R8的另一端与电容C5的一端相连，电容C5的另一端与比较放大器U2B的反相输入端相连，比较放大器U2B的同相输入端接基准信号Notch bias，比较放大器U2B的输出端分别与第二包络单元的控制端、电阻R7的一端和电容C4的一端相连，电阻R7的另一端分别位于电位器R6的一个定引脚和比较放大器U2B的反向输入端相连，电容C4的另一端分别与电位器R6的动片引脚和比较放大器U2B的反向输入端相连，电位器R6的另一个定引脚与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与所述运算放大器U1B的输出端相连；所述判决单元为比较放大器U2A，比较放大器U2A的输出端即产生所述输出信号At，比较放大器U2A的输出端与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与比较放大器U2A的同相输入端相连；所述第一包络单元包括三级管Q1，三级管Q1的集电极接AVCC，三级管Q1的基极即为第一包络单元的控制端，三级管Q1的发射极与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端分别与电阻R11的一端和电阻R12的一端相连，电阻R11的另一端接地，且电阻R11的两端间并联有电容C7，电阻R12的另一端即产生所述包络信号Zt，且电阻R12的该端与比较放大器U2A的同相输入端相连；所述第二包络单元包括三级管Q2，三级管Q2的集电极接AVCC，三级管Q2的基极即为第二包络单元的控制端，三级管Q1的发射极与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端即产生所述包络信号Zn，且电阻R15的该端分别与电阻R14的一端和比较放大器U2A的反相输入端相连，电阻R14的另一端接地，且电阻R14的两端间并联有电容C6。
2.如权利要求1所述的声学释放器鉴频电路，其特征在于所述比较放大器U2A的输出端与电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端通过发光二级管D1后接地。
3.如权利要求1或2所述的声学释放器鉴频电路，其特征在于所述AVCC与电阻R17的一端相连，电阻R17另一端与电位器R18的一个定引脚相连，电位器R18的另一个定引脚与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端均接地，且电阻R19的两端并联有电容C9；所述电位器R18的动片引脚与电容C8的一端相连，电容C8的另一端接地；所述电位器R18的动片引脚形成所述基准信号Notch bias；与电阻R19相连的那个电位器R18定引脚形成所述AVCC/2。
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