NE567单音解码器的原理及应用NE567单音解码器内置锁相环，可广泛应用于BB机、频率监控器等各种电路中。音调解码器本文讨论了锁相环电路，并介绍了NE567单片音调解码器的集成电路。该音调解码块包含稳定的锁相环和晶体管开关，并且当预定音频被施加到该集成块的输入时，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。这种音频解码器也可用于BB机、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567廉价产品，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、正交鉴相器(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 。其电气特性与Philip的SE567大致相同，只是其工作温度为-55至125。然而，567已被指定为行业标准的音调解码器，其他几家跨国半导体集成电路制造商正在同时生产这种集成块。比如Anal g Device提供三种AD567，EXar公司提供五种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，这种装置在下文中被称为567音调解码器。底座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PLL电路。当用作音调控制开关时，检测的中心频率可以设置在0.1到500KHz范围内的任意值，检测带宽可以设置在中心频率的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的延迟。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%)。因此，567锁相电路只能“锁定”在预置输入频率值的极窄频带内。集成鉴相器57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显示了用作音频开关的567的基本接线图。输入音频信号通过电容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脚之间的外部输出负载电阻RL与电源电压有关，最大值为15V，8脚可以吸收高达100mA的负载电流。7号脚通常接地，4号脚接正电源，但其电压至少要4.75V，最多9 V，如果注意节流，8号脚也可以接4号脚的正电源。振荡器的中心频率(f0)也由下式确定：f0=1.1 (R1 C1) (1)这里电阻的单位是k，电容的单位是uF，f0的单位是KHz。电容器C1的值可以通过相应地移动等式(1)的项来获得：C1=1.1/(20kR1).................然后，电容值由等式(2)确定。该振荡器在引脚6产生一个指数锯齿波，在引脚5产生一个方波。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C3和I
表1列出了飞利浦的NE567的电气特性，其他厂商不同品牌的567芯片都具有与表1相同的特性。参数片NE567单比特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1250至70-1050035 14035 6000.7 102 khz ppm/ 最小输入信噪比IL=100 mail=100 mbn=140 khz 1510202015 6-62525kMVRMSMVRMDBDB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=15 vil=30 mail=100 mal=50RL=50F0/20250 . 20 . 6301500 . 010 . 41 . 0 uavvns一般参数但是，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，方波发生器和负载特性非常优秀，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还可以应用于低阻抗负载。如图5所示，引脚8输出端的峰值电流高达100mA，但波形稍差。通过使用上述公式(1)和(2)来计算振荡频率和电容，可以确定这种振荡器的各种参数。同样，R1必须限制在2至20K的范围内。为了简化计算和节省时间，决定振荡频率的元件值也可以直接从图6所示的诺模图中读出。例如，如果要求567振荡器在10KHz下工作，则C1和R1的值可以是0.055uF和2k，或者0.0055uF和20k。通过向567的引脚2施加控制电压，振荡器的工作频率可以在很窄的范围内微调几个百分点。如果施加控制电压，引脚2应连接去耦电容C2，其值应大约为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，并且在微调电位计R2的帮助下，变化范围是271至127。另外，在每个工作循环中，C1交替充放电，充电通过电阻R1、在二极管D1和R2的左侧，放电通过电阻R1、在二极管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所示的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。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上的方波将产生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的第6脚和R1、C1的节点处间接有一个缓冲级。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所示的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。57的五个输出和567的五个输出端子。其中两个(管脚5和6)提供振荡器的输出波形，第三个输出端管脚8是前面提到的567的主输出端口。的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，在振荡器自由振荡频率的0.95至1.05倍的典型范围内，偏置电压随输入信号频率线性变化。
其斜率为每百分之一频率偏移20mV(即20mV/f0)。图11显示了当567用作音频开关时，引脚2输出和引脚8输出之间的时间关系。图中显示了两种带宽(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频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低于阈值3.8V时，内部输出晶体管(其集电极位于引脚8上)开启。当567用作音调开关时，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。然而，当信号电压从200变化到300mV时，它不影响带宽。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=1070bw的单位为中心频率的百分比(%)，Vi200mVRMS。公式中，Vi的单位是V-RMS，C2的单位是uF。C2是通过反复试验选择的。起初，C2的价值可能是C1的两倍。然后，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，就是测量这个带宽与中心频率之间的对称程度。对称性定义如下：(fmax+fmin-2f0)/2f此时，fmax和fmin为检测频带两个边缘对应的频率。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，所以对称性为0%。但如果它的频带比较不对称，边缘频率为100KHz和110KHz，那么它的对称值会增加到5%。如有必要，可通过调整电位计R2和47 k电阻R4，将调整电压施加于567的引脚2，以将对称值降至0，如图13所示。向上移动电位计的中间滑动触点降低中心频率，向下移动增加中心频率。二极管D1和D2用于温度补偿。音调开关的设计基于图3所示的典型电路，因此很容易设计出实用的音调开关。频率控制元件的电阻器R1和电容器C1的值可以通过图6的诺模图来选择。电容C2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，如有必要，可以调整电容值以提供所需的信号带宽。如果严格要求频带对称，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，由于瞬态历史，引脚8的输出可能在开关过程中产生脉冲。如果C3选择得当，整个电路就设计好了。多路开关可以从音频输入馈入任何数量的567个音调开关，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，可以刺激一个信号输出。图中，两个音调开关由信号源激励，其输出由CD4001B CMOS门集成块处理。图15显示了两个567单音开关的并联连接，它们用作单音开关，相对带宽为24%。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。
