全双工无线数传电台设计方案

全双工无线数传电台是一种重要的通信设备，广泛应用于工业、农业、民用和商用等领域。本文将详细介绍一种全双工无线数传电台的设计方案，包括其工作原理、主要组成部分、主控芯片型号及其在设计中的作用等。

一、工作原理

全双工无线数传电台主要采用频分双工（FDD—Frequency Division Duplexing）工作方式。频分双工是一种在物理信道上分割上行和下行频段的技术，使得上行和下行信号可以在同一时间内通过不同的频段进行传输，从而实现全双工通信。

二、主要组成部分

全双工无线数传电台主要由接收单元、激励器单元、功放单元、控制单元、电源单元和基带单元六部分组成。

1. 接收单元

接收单元负责完成射频信号的解调和音频信号的处理。它一般由滤波器、选择回路、高放、双平衡混频器、一中放、二中放组成。

• 滤波器：用于滤除射频信号中的杂波和干扰。

• 选择回路：选择特定的频段进行信号接收。

• 高放：对射频信号进行放大，以提高信号的强度。

• 双平衡混频器：将射频信号与本地振荡信号进行混频，产生中频信号。

• 一中放和二中放：对中频信号进行进一步放大和滤波，以提高信号的信噪比。

2. 激励器单元

激励器单元完成射频信号的调制和音频信号的处理，即将要调制的话音、数据送到VCO调制并进行电压放大。它由话放处理、数字锁相环、压控振荡器（VCO）、电压放大器、功率调整电路、电源电路组成。

• 话放处理：对麦克风送来的微弱信号进行放大、滤波和预加重等处理。

• 数字锁相环：用于产生稳定的本地振荡信号，确保信号的频率稳定。

• 压控振荡器（VCO）：根据输入的控制电压产生相应的射频信号。

• 电压放大器：对VCO输出的射频信号进行放大，以驱动功放单元。

3. 功放单元

功放单元的主要任务是将激励器送来的射频信号放大到足够的功率，然后经过低通滤波器滤除高次谐波后送给双工器，最后通过天线发射出去。

• 功放模块：对射频信号进行功率放大。

• 低通滤波器：滤除功放模块产生的高次谐波。

• 双工器：将发射和接收信号进行分离，确保信号的双向传输。

4. 控制单元

控制单元以ATMEGA64为核心，完成本机工作状态的控制，包括收发信机的频合数据、面板显示器、键盘的控制、工作频段控制、数传以及话音通信状态的控制等。

• ATMEGA64：一款高性能的微控制器，具有丰富的外设接口和强大的处理能力。

• 面板显示器和键盘：用于显示设备的工作状态和输入控制指令。

5. 电源单元

电源单元负责为整个系统提供稳定的电源电压，并进行必要的短路和过流保护。

• 直流电源：提供稳定的直流电压。

• 反极性保护电路：防止电源接反导致设备损坏。

• 多级LC滤波电路：滤除各种杂波和高低频交流干扰。

6. 基带单元

基带单元负责处理本机和计算机终端的数据交换。它以DSP芯片ADSP-2185M为核心，并以单片机AT90S8515以及CPLD复杂可编程逻辑器件来组成控制和接口电路。同时以数模和模数转换，以及运算放大器等构成信号与电台的接口电路。

• ADSP-2185M：一款高性能的数字信号处理器，用于进行数字信号的调制与解调。

• AT90S8515：一款单片机，用于控制和接口电路的设计。

• CPLD：复杂可编程逻辑器件，用于实现复杂的逻辑控制功能。

三、主控芯片型号及其在设计中的作用

1. ATMEGA64

ATMEGA64是一款高性能的微控制器，具有丰富的外设接口和强大的处理能力。在全双工无线数传电台的设计中，ATMEGA64作为控制单元的核心，负责完成本机工作状态的控制。

• 外设接口：ATMEGA64具有多个串行通信接口（如USART、SPI、I2C等），可以方便地与其他模块进行通信。

• 处理能力：ATMEGA64具有较高的处理速度和大容量的存储器，可以快速地处理各种控制指令和数据。

• 低功耗：ATMEGA64具有低功耗特性，适合在电池供电的场合使用。

2. ADSP-2185M

ADSP-2185M是一款高性能的数字信号处理器，用于进行数字信号的调制与解调。在全双工无线数传电台的设计中，ADSP-2185M作为基带单元的核心，负责处理本机和计算机终端的数据交换。

• 高速处理能力：ADSP-2185M具有较高的处理速度，可以快速地完成数字信号的调制与解调。

• 丰富的外设接口：ADSP-2185M具有多个外设接口（如DMA、定时器、中断等），可以方便地与其他模块进行通信和数据交换。

• 低功耗：ADSP-2185M具有低功耗特性，适合在长时间运行的场合使用。

3. MBl504H

MBl504H是一款由日本富士通公司生产的数字锁相环集成电路芯片。在全双工无线数传电台的设计中，MBl504H被用于激励器单元和接收单元的数字锁相环设计中。

• 高集成度：MBl504H具有较高的集成度，将数字锁相环的各个部分集成在一个芯片上，简化了电路设计。

• 小体积：MBl504H的体积较小，适合在小型化设备中使用。

• 高性能：MBl504H具有较高的锁定速度和稳定性，可以确保信号的频率稳定。

4. 7809三端稳压器

7809三端稳压器是一款常用的稳压器件，用于提供稳定的电源电压。在全双工无线数传电台的设计中，7809三端稳压器被用于激励器单元的电源电路中。

• 稳压性能：7809三端稳压器具有较好的稳压性能，可以提供稳定的电源电压。

• 宽电压动态范围：7809三端稳压器具有较宽的电压动态范围，可以适应不同电压输入的场合。

• 低功耗：7809三端稳压器具有低功耗特性，适合在长时间运行的场合使用。

四、详细设计步骤

1. 系统总体设计

根据全双工无线数传电台的功能需求，确定系统的总体结构和工作原理。设计接收单元、激励器单元、功放单元、控制单元、电源单元和基带单元的具体电路和功能。

2. 电路设计与仿真

使用电路设计软件（如Altium Designer、Protel等）进行电路设计，包括各个模块的电路图和PCB布局图。对设计好的电路进行仿真，验证电路的正确性和性能。

3. 元器件选型与采购

根据电路设计和仿真结果，选择适合的元器件进行采购。注意元器件的性能参数和封装形式，确保元器件能够满足设计要求。

4. PCB制作与焊接

将设计好的PCB布局图交给PCB制作厂家进行制作。制作完成后，进行元器件的焊接和组装。注意焊接质量和元器件的布局，确保电路的稳定性和可靠性。

5. 系统调试与测试

对焊接好的电路进行调试和测试，包括各个模块的功能测试和整机性能测试。测试时，可以使用串口调试助手等工具进行数据的收发和通信测试。

6. 系统优化与改进

根据调试和测试结果，对系统进行优化和改进。包括优化电路设计、改进元器件选型、提高系统性能等方面。

五、结论

本文提出了一种全双工无线数传电台的设计方案，详细介绍了系统的工作原理、主要组成部分、主控芯片型号及其在设计中的作用。通过该方案设计的全双工无线数传电台具有稳定性好、可靠性高、高低温特性良好、故障率低等优点。只要系统中的电子元器件选型正确，一般均可达到一定的稳定性和可靠性。

在实际应用中，可以根据具体需求对设计方案进行调整和优化。例如，可以增加其他功能模块（如GPS模块、蓝牙模块等）以扩展设备的功能；可以优化电路设计和元器件选型以提高系统的性能和降低成本等。

全双工无线数传电台作为一种重要的通信设备，在各个领域都有广泛的应用前景。通过不断的研究和改进，可以进一步提高其性能和可靠性，满足更多用户的需求。