车载音响自动检测播放电路

摘要：文章分析音频检测电路的原理，音频信号通过该检测电路，将触发输出低电平，使系统自动切换到AUX(辅助输入)信号源进行播放。
关键词：电压跟随；滤波；放大

0 引言
    目前汽车音响的功能越来越多，从收音、CD到DVD、蓝牙、导航等功能，同时AUX(辅助输入)也是必备的功能，它能将车上用户的便携式音响设备如MP3、iPOD输入到车载音响中进行播放。现对设计的自动检测播放电路进行分析说明。

1 电路组成
    本电路共6部分组成：电源电路、电压跟随电路、电压反相放大电路、低通滤波电路、比较电路、检测输出电路。电路图如图1所示：

2 电路分析
2．1 电源电路
    电源是由8V和4V组成，8V为运放提供电源，同时用R13和R14分压产生运算放大器的偏置电压4V，提供4个运放的输入偏置电压。
2．2 电压跟随电路
    在电压跟随电路中，运放IC1和IC2起到了电压跟随器的作用，将正信号输入端叠加了直流偏置的信号，无变化地传到下一级。运放电压跟随器中输入阻抗很大，输出阻抗很小。由于输入阻抗很大，输入的电压几乎无损失地传递给运放，而输出阻抗很小，又使输出的信号几乎全部传递给后面的电路。运放起了很好的缓冲作用，隔断了后级对输入信号的影响。
    在PSPICE中用80mV／1kHz正弦信号进行仿真，跟随电路的输入和输出信号见图2和图3。

2．3 反相电压放大电路
    电路图参见图4。
    该电路(其中R7=R8)对交流信号的放大量可由下面公式推导得出：
    (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)
    对于交流信号可以将偏置电压等同于地来处理，由式(4)可见调整反相放大器的放大倍数(R9／R7=220k／4．7k=46．8约为33．41dB)，可以改变检测电路的灵敏度。放大倍数绝对值越大，能检测到的信号的幅度越小，即灵敏度越高，通常AUX的输入大于100mV，本次仿真用80mV作输入信号。当输入信号较大时，即反相放大电路发生了削波，这时对检测功能也没有影响，从后面的整流电路原理可知输出信号的上部对整流才起作用，当上部信号削波时，说明已达到运放的输出上限，幅度肯定大于未削波的信号的，且本电路只是检测功能，不必顾及信号的失真，故在发生削波现象时，本电路的检测功能没有影响。
    C5是防止低频噪声干扰的对策，加了C5后，反相放大器的放大倍数R9／R7中，R9仍为(220k Ω)，R7则变成由C5(0．22 μF)和4．7kΩ合成的。电容的容抗为1／(j*w*C)，对于低频信号容抗很大，对于高频信号接近短路，这样对于低频信号放大倍数较大幅度减小，而对于高频信号放大倍数几乎不变，起到了抑制低频干扰信号的作用，防止了误触发。图5是该电路对80mV信号放大后在PSPICE中仿真的输出：

2．4 整流电路
    整流电路由D1、R10、C6组成(参见图6)。它起到了平缓放大后信号的变化幅度，使它接近直流信号的作用。当V1和V2之间的压差大于二极管的导通电压时，二极管导通，对电容C6充电(同时一部分电流流过R10及比较器的输入阻抗)；当V1和V2的压差小于二极管的导通电压时，二极管截止，电容上的电荷通过R10(及比较器的输入阻抗)放电。当放电到V1和V2的压差再次大于二极管的导通电压时，二极管导通，又开始充电的过程。该电路就反复地进行这样的充放电过程。由于R10、C6值都很大，放电的速度很慢，电容电压接近直流。由微分方程可得，放电时间T=RC1n(Vo／Vt)，Vo为放电初始电压，Vt为放电后的电压，R为放电通路的电阻值，C为放电的电容值。可见R，C越大，放电时间越长，即电压越不容易变化。图7为整流滤波的仿真输出。

2．5 比较电路
    整流滤波后的信号V2，输入到比较器IC4的正信号端，与IC4的负端电压(V3=Vcc／2=4V))进行比较。当信号电平值大于4V时，比较器输出高电平(V4接近运放的电源8V)，当信号电平值小于4V时，比较器输出低电平(V4接近0V)，该两个电平将控制后级检测电路。图8为AUX输入信号后经比较器输出高电平的仿真输出，图9为滤波和比较器的仿真输出信号。

2．6 检测输出
    比较器输出高电平后，三极管Q1导通，即Q1集电极输出被拉低，电路输出V5为低电平。在本设计中设定低电平为有效，即检测判断AUX有音频输入。
    请参见图10，仿真输出低电平信号：

    当比较器输出低电平，Q1截止，8V通过R13与微控芯片(MCU)相应端口的输入阻抗RMCUIN进行分压，通常MCU相应端口的输入阻抗RMCUIN≈ 50kΩ，则输出高电平可以由如下计算得到：
   
    电路输出高电平5V，MCU检测为高，判断AUX无信号输入。
    这样MCU检测到低电平信号后，将自动切换音源从CD或收音到AUX输入，对AUX信号进行自动播放。

3 总结
    本电路简洁有效，可应用在车载音响产品上，进行自动检测播放，提升了用户的体验度。