③ 线性解码网络
线性解码网络用于线性码的数/模转换，它的特点是变换后电流(电压)值，对应着每一位幅度码权值的总和。图3.7是11位线性型解码网络。
该电路是某集成电路(11位幅度码)的解码网络，其特点如下：
a、网络中电阻仅两种(R,2R)，容易满足精度要求，也有利于集成化;
b、不论幅度码Bi?\1\码时的Ii或Bi?\0\码时的Ii不等于零，而且两者的电流Ii近似相等，(因运算放大器输入端为虚地)；
c、从任一节点(1~11点)向右看进去的阻抗都为2R (如图所示)，因此每个2R支路中的电流Ii自左向右以1/2系数逐渐递减。
图3.7 11位线码解码器
每个支路电流Ii分别为：
I1?VREF2R?(VREF2R)?20I2?I1?2?1?(VREF2R)?2?1??I11?I1?2?10?(VREF2R)?2?10VREF~参考电压
而送到运放输入端的总电流ID，决定于幅度码B1~B11的状态，即当Bi?\1\时，Ii才送到运放输人端，因此总电流ID为：
ID?(VREF/2R)(B1?B2?2?1?B3?2?2????B11?2?10)
设VREF/2R?2?10??，则(2.28)式可写成：
ID?(1024B1?512B2?256B3???2B10?B11)?
由此可见，梯形网络利用电流的1/2递减系数起到使电流(电压)幅值依次减半的作用。 7/11变换后的11位线性码B1~B11分别控制开关S1~S11，各幅度码的总和就是变换后的电流(电压)值。
(5) A律13折线解码
解码的作用是把接收到的PCM 信码还原成相应的PAM 信号，即数/模(D/A)变换。 A律13折线解码器的方框图如图3.8所示，它与图图3.4中本地解码电路很相似，又有不同点：
① 增加了极性控制部分：
21
根据接收到的PCM信号的极性码ai是“1”码还是“0”码，来辨别PAM信号的极性，极性码的状态在记亿寄存器M1中，由M1?\0\，或M1?\1\来控制“极性控制电路，使解码后的PAM信号的极性得以恢复成与发送端相同的极性。
② 逻辑压扩部分由原7/11变换改为7/12变换：
由7/11变换变成7/12变换是使变换后输出的线性码增加一个码位，其目的是使解码输出的信号值，对应于量化编码时的每一量化间隔的中间值，就是说可保证解码后的量化误差不会超过?i2。
举例说明
如前所述某抽样值Is?444?，经过A律13折线编码后，其码字为{11011011}。从减小量化误差这概念来讲，量化值应取量化级(量化间隔)的中间值。而Is?444?，是在第6量化
段中第12个量化级中，量化间隔为432?~448?，按理说量化值取中间值为440?时
图3.8 13折线(A线)解码器方框图
其量化误差最小。但从编码{11011011}解码后的电平来看是432?，这样的结果量化误差为
444??432??12?，大于?62?8?，如果在解码后固定加一个?i2，则量化误差为444??432???62?4?，这样量化误差就小于半个量化级8?，因此，在解码后固定加入一个?i2，就可保证解码后的量化误差小于?i2。
表1—3中各相应段的1*加入后，相当于补加了一个?i2，第6段中的1*是?i2?8?，
?2?8?即解码后第6段要固定加上i。
③ 寄存器读出是接收端解码器中所特有的，它的作用是把输入信号(PCM信号)寄存起来(相当于一个栈房)，在一定的时刻一齐输出到解码网络去。
单片集成PCM编解码器
早期的编解码器模拟部分电路采用双极工艺，数字部分电路要用MOS工艺；因而要由两块芯片组成一个编解码器。随着生产工艺的改进和MOS电路性能指标的提高，己可以全部用MOS工艺在一块芯片上制成单片单路编解码器。其中，CMOS工艺制成的电路利于降低功耗，但工艺过程较复杂；而采用NMOS工艺的电路耗电量较高，但工艺较简单，权衡利弊，从目前美、日等国商品来看，大多采用CMOS工艺。
话路滤波器是PCM编解码器不可缺少的部件，在话音信号的抽样之前，先通过低通 滤波器(截止频率为3400HZ)，将3400HZ以上的成分滤掉，以防止用8kHZ抽样频率抽样后产生折叠噪声，这个滤波器要采用5阶椭圆函数有源滤波器来实现。
另外PCM解码后输出的是阶梯形的PAM信号，为了防止高频失真，需加入一个具有x/sinx函数的均衡低通滤波器，以补偿高频成份。
22
图3.9 集中编码方式PCM30/32方框图
七十年代前音频滤波器是采用LC分立元件组成，七十年代出现了实用的RC有源滤波器以及薄膜混合电路，七十年代末，采用MOS工艺技术，成功地制成一种新型的音频话路滤波器一一MOS开关电容滤波器，由于这种MOS开关电容滤波器可以采用NMOS或CMOS工艺实现，这样就可能在同一块硅片上利用大规模集成电路技术将话路滤波器和编解码器集成在一起成为单片PCM编解码器。
A、单片开关电容话路滤波器
1. 开关电容代替电阻
用开关电容替代电阻，十分适合于大规模集成工艺，因为在硅片上制作扩散电阻不仅面积大，而且精度较难保证。
开关电容滤波器由开关、电容和运算放大器组成，首先介绍开关电容替代电阻的基本原理，如图3.10所示。
图3.10 (a )中K表示开关，它是由两个MOS晶体管来实现的，如图3.10 (b)所示，同频反相的信号接于两管栅极以保证两管交替导通，等效于开关K左右接通的作用。开关K以一定的频率fSW?1TSW在U1和U2之间接换，当K与U1接通时，电容上储存的电荷Q?C1U1通过一次切换，在周期TSW内由U1端送往U2端的电荷等于
?Q＝Q1－Q2＝C（1U1－U2)
这就等效于在U1端和U2端有一电流通过，其数值为I?
?QC1(U1?U2) ?TSWTSW只有开关频率fSW比U1、U2端信号的最高频率还要高得多，开关切换过程中U1、U2之
间可认为不变，那么电流I也基本维持不变，则U1、U2之间可等效于一个电阻，如图图3.10 (c)所示。
其阻值R为： R?(U1?U2)/I?TSW/C1?I/fSW?C1
上式说明电阻R与电容C1的容量和开关频率fSW有关，一旦两个因素确定，R也随之确
23
定。
图3.10开关电容代替电阻
B、电容阵列式解码网络
单片集成编解码器内部电路的核心部分是解码网络(D/A变换)，为适应大规模集成工艺制造的特点，解码网络的构成方式已不同于分立元件或小规模集成电路，目前用的最多的是电容阵列式解码网络。
典型的适用于MOS工艺的解码网络是电容阵列式(电荷分布式)解码网络，它是利用MOS电容存储电荷的原理，由一组具有二倍比的电容阵列受开关控制，使其电荷再分布来实现解码。
图3.11是电容阵列式解码网络。
图3.11 电容阵列式解码网络
MOS开关S1(i?1~n，本例中n?6)由n位二进制数字控制，当b1?1时，Si接参考基准电源UREF；当bi?0时，Si接地。
初始时，开关K接地，Si受数字位bi控制，此时x点充有电荷，在点的电荷：
Qz??CURBF?bi (3. 4) i?1i?12n随后开关K倒向悬空位置，并使所有开关Si全部接地，若运放输入阻抗足够大无漏电，此时x点电位等于：
U1?Q1Inbi ??R?i?2C2i?121A?IREFnbi?i?1 i?12224
式1.3中的2C为X点对地总电容，设运放增益为A，则运放在输出电压为;
U0?(3. 5)
可以看出输出电压U0与送入的二进制数字信息有着对应的关系从而实现了D/A转换功能。
PCM编译码实验原理图如图3.12所示。
P1 晶振 4096kH分频器脉正弦信 抽 样 冲 W 外音
产生器 号源 P2 K5 K3 K2 K1 P7 W2 P6 P9 编码 14502 译码 功 放 假负载 K6 图3.12 PCM编译码实验原理图
五、实验内容与步骤
准备工作：
1、打开稳压电源开关，调整稳压电源的输出（按实验板上所需电压调整），将电流表旋纽顺时针旋至最大；
2、将稳压电源输出插座与实验板电源插座之间的连线连接好（注意正、负极），检查无误后按下“OUTPUT” 按纽；
3、开机时注意观察电流表：
正电流 ＋I＜180mA 负电流 －I＜60 mA
若电流表上指示电流与上述电流差距太大，要迅速关掉电源，检查电源线有无接错或其它原因。
本实验有以下测试点及输出点：
? ? ? ? ? ? ? ?
P1 晶振输出波形 P2 位定时时钟信号 P3 多路编码取样脉冲 P6 正弦（音频）信号
P7 经衰减后的正弦（音频）信号 P9 PCM编码输出 P10 PCM解码输出
P12 多路编码信令时隙脉冲
(一) 时钟信号测试实验
25