俞 健 發表於 2011-09-14 11:16:09
目前汽車音響的功能越來越多，從收音、CD到DVD、藍牙、導航等功能，同時AUX(輔助輸入)也是必備的功能，它能將車上用戶的可攜式音響設備如MP3、iPOD輸入到車載音響中進行播放。現對設計的自動檢測播放電路進行分析說明。
1 電路組成
本電路共6部分組成：電源電路、電壓跟隨電路、電壓反相放大電路、低通濾波電路、比較電路、檢測輸出電路。電路圖如圖1所示：
2 電路分析
2.1 電源電路
電源是由8V和4V組成，8V為運放提供電源，同時用R13和R14分壓產生運算放大器的偏置電壓4V，提供4個運放的輸入偏置電壓。
2.2 電壓跟隨電路
在電壓跟隨電路中，運放IC1和IC2起到了電壓跟隨器的作用，將正信號輸入端疊加了直流偏置的信號，無變化地傳到下一級。運放電壓跟隨器中輸入阻抗很大，輸出阻抗很小。由於輸入阻抗很大，輸入的電壓幾乎無損失地傳遞給運放，而輸出阻抗很小，又使輸出的信號幾乎全部傳遞給後面的電路。運放起了很好的緩衝作用，隔斷了後級對輸入信號的影響。
在PSPICE中用80mV/1kHz正弦信號進行仿真，跟隨電路的輸入和輸出信號見圖2和圖3。
2.3 反相電壓放大電路
電路圖參見圖4。
該電路(其中R7=R8)對交流信號的放大量可由下面公式推導得出：
(VIN1-V-)/R7+(VIN2-V-)R8=(V--VOUT)/R9 (1)
VOUT=VIN1(-R9/R7)+VIN2(-R9/R8) (2)
VOUT=(VIN1+VIN2)(-R9/R7) (3)
VOUT/(VIN1+VIN2)=-R9/R7 (4)
對於交流信號可以將偏置電壓等同於地來處理，由式(4)可見調整反相放大器的放大倍數(R9/R7=220k/4.7k=46.8約為33.41dB)，可以改變檢測電路的靈敏度。放大倍數絕對值越大，能檢測到的信號的幅度越小，即靈敏度越高，通常AUX的輸入大於100mV，本次仿真用80mV作輸入信號。當輸入信號較大時，即反相放大電路發生了削波，這時對檢測功能也沒有影響，從後面的整流電路原理可知輸出信號的上部對整流才起作用，當上部信號削波時，說明已達到運放的輸出上限，幅度肯定大於未削波的信號的，且本電路只是檢測功能，不必顧及信號的失真，故在發生削波現象時，本電路的檢測功能沒有影響。
C5是防止低頻噪聲幹擾的對策，加了C5後，反相放大器的放大倍數R9/R7中，R9仍為(220k Ω)，R7則變成由C5(0.22 μF)和4.7kΩ合成的。電容的容抗為1/(j*w*C)，對於低頻信號容抗很大，對於高頻信號接近短路，這樣對於低頻信號放大倍數較大幅度減小，而對於高頻信號放大倍數幾乎不變，起到了抑制低頻幹擾信號的作用，防止了誤觸發。圖5是該電路對80mV信號放大後在PSPICE中仿真的輸出：
2.4 整流電路
整流電路由D1、R10、C6組成(參見圖6)。它起到了平緩放大後信號的變化幅度，使它接近直流信號的作用。當V1和V2之間的壓差大於二極體的導通電壓時，二極體導通，對電容C6充電(同時一部分電流流過R10及比較器的輸入阻抗);當V1和V2的壓差小於二極體的導通電壓時，二極體截止，電容上的電荷通過R10(及比較器的輸入阻抗)放電。當放電到V1和V2的壓差再次大於二極體的導通電壓時，二極體導通，又開始充電的過程。該電路就反覆地進行這樣的充放電過程。由於R10、C6值都很大，放電的速度很慢，電容電壓接近直流。由微分方程可得，放電時間T=RC1n(Vo/Vt)，Vo為放電初始電壓，Vt為放電後的電壓，R為放電通路的電阻值，C為放電的電容值。可見R，C越大，放電時間越長，即電壓越不容易變化。圖7為整流濾波的仿真輸出。
2.5 比較電路
整流濾波後的信號V2，輸入到比較器IC4的正信號端，與IC4的負端電壓(V3=Vcc/2=4V))進行比較。當信號電平值大於4V時，比較器輸出高電平(V4接近運放的電源8V)，當信號電平值小於4V時，比較器輸出低電平(V4接近0V)，該兩個電平將控制後級檢測電路。圖8為AUX輸入信號後經比較器輸出高電平的仿真輸出，圖9為濾波和比較器的仿真輸出信號。
2.6 檢測輸出
比較器輸出高電平後，三極體Q1導通，即Q1集電極輸出被拉低，電路輸出V5為低電平。在本設計中設定低電平為有效，即檢測判斷AUX有音頻輸入。
請參見圖10，仿真輸出低電平信號：
當比較器輸出低電平，Q1截止，8V通過R13與微控晶片(MCU)相應埠的輸入阻抗RMCUIN進行分壓，通常MCU相應埠的輸入阻抗RMCUIN≈ 50kΩ，則輸出高電平可以由如下計算得到：
電路輸出高電平5V，MCU檢測為高，判斷AUX無信號輸入。
這樣MCU檢測到低電平信號後，將自動切換音源從CD或收音到AUX輸入，對AUX信號進行自動播放。
3 總結
本電路簡潔有效，可應用在車載音響產品上，進行自動檢測播放，提升了用戶的體驗度。
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