2024年5月11日发(作者：郗黛娥)
实验四 脉冲编码调制(pcm)实验
一、实验目的
通过本实验,学生应达到以下要求:
1,了解语音信号pcm编译码的工作原理及实现过程. 2,验证pcm编译码原理.
3,初步了解pcm专用大规模集成电路的工作原理和应用.
4,了解语音信号数字化技术的主要指标,学习并掌握相应的测试方法.
二、实验内容
本实验可完成以下实验内容：
? 观察测量pcm调制解调的各种时隙信号 ? 观察编译码波形
? 测试动态范围、信噪比和系统频率特性 ? 对系统性能指标进行测试和分析
? 系统输出信噪比特性测量
? 编码动态范围和系统动态范围测量 ? 系统幅频特性测量 ? 空载噪声测量
三、基本原理
脉冲编码(pcm)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用.十多年来,由于超大规
模集成技术的发展,pcm通信设备在缩小体积,减轻重量,降低功耗,简化调试以及方便维
护等方面都有了显著的改进.目前,数字电话终端机的关键部件,如编译码器(codec)和话路滤
波器等都实现了集成化.本实验是以这些产品编排的 pcm 编译码系统实验,以期让实验者了
解通信专用大规模集成电路在通信系统中应用的新技术.
pcm 数字电话终端机的构成原理如图 4.1 所示.实验只包括虚线框内的部分,故名 pcm
编译码实验.
发滤波器
voice
编
码器
合路
发
混合装置
收滤波器
译
码器
分路
收
图4.1 pcm数字电话终端机的结构示意图
1、实验原理和电路说明
pcm编译码系统由定时部分和pcm编译码器构成,电路原理图附于本章后.
? pcm编译码原理
为适应语音信号的动态范围,实用的pcm编译码必须是非线性的.目前,国际上采用的 均
是折线近似的对数压扩特性.itu-t 的建议规定以 13 段折线近似的 a 律(a=87.56)和 15
段折线近似的μ律(μ=255)作为国际标准.a 律和μ律的量化特性初始段如图 4.2 和图 4.3
所示.a律和μ律的编译码表分别列于表1和表2.(附本章后) 这种折线近似压扩特性的特点
是:各段落间量阶关系都是 2 的幂次,在段落内为均匀分层量化,即等间隔16个分层,这些对
于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的. ? pcm编译码器简介
鉴于我国国内采用的是a律量化特性,因此本实验采用tp3067专用大规模集成电路,它
是cmos工艺制造的单片pcma律编译器,并且片内带输入输出话路滤波器. tp3067的管脚如
图4.4所示,内部组成框图如图4.5所示. tp3067的管脚定义简述如下:
(1)vpo+ 收端功率放大器的同相输出端.
(2)gnda 模拟地.所有信号都以此管脚为参考. (3)vpo- 收端功放的反相输出端.
(4)vpi 收端功放的反相输入端.
(5)vfro 接收部分滤波器模拟输出端. (6)vcc +5v电压输入.
(7)fsr接收部分帧同步时隙信号,是一个8khz脉冲序列. (8)dr接收部分pcm码流解码
输入端.
(9)bclkr/clksel位时钟(bitclock),它使pcm码流随着fsr上升沿逐位移入dr端,位时
钟 可以为从 64khz 到 2048mhz 的任意频率.或者作为一个逻辑输入选择 1536mhz,1544mhz
或
2048mhz,用作同步模式的主时钟.
(10)mclkr/pdn接收部分主时钟,它的频率必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和
mcklx
异步,但是同步工作时可达到最佳状态.当 mclkx 接低电平,mclkr被选择为内部时钟,
当 mclkx接高电平,该芯片进入低功耗状态.
(11)mclkx发送部分主时钟,必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mclkr异步,但
是同步工作时可达到最佳状态.
(12)bclkx发送部分时钟,使pcm码流逐位移入dr端.可以为从64khz到2048mhz的任意
频率,但必须和mclkx同步.
(13)dx发送部分pcm码流编码输出端.
(14)fsx发送部分帧同步时隙信号,为一个8khz的脉冲序列. (15)tsx漏极开路输出端,
它在编码时隙输出低电平.
(16)anlb 模拟反馈输入端.在正常工作状态下必须置成逻辑0.当置成逻辑1时,发送 部
分滤波器的输入端并不与发送部分的前置滤波器相连,而是和接收部分功放的vpo+相连.
(17)gsx发送部分输入放大器的模拟基础,用于在外部同轴增益. （18）vfxi发送部分输入
放大器的反相输入端。 （19）vfxi发送部分输入放大器的同乡输入端。 （20）v58接-5v
电源
vpo+gndavpo-vpivfrovccfsrdrbclkr/clksetmclkr/pdn
201918
vbbvfxi+vfxi-gsxanlbtsxfsxdxbclkxmclkx
tp3067
211
图4.4 tp3067管脚图
? 定时部分
tp3067编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供。这里只需要主时钟2048khz和帧定
时8khz信号。
为了简化实验内容，本实验系统的编译码部分公用一个定时源以确保发收时隙的同步。
在实际的pcm数字电话设备中，必须有一个同步系统来保证发收同步的。
dr
tsx
fsxbclkx
bclkr/mclkr/
pdnclkset
2024年5月11日发(作者：郗黛娥)
实验四 脉冲编码调制(pcm)实验
一、实验目的
通过本实验,学生应达到以下要求:
1,了解语音信号pcm编译码的工作原理及实现过程. 2,验证pcm编译码原理.
3,初步了解pcm专用大规模集成电路的工作原理和应用.
4,了解语音信号数字化技术的主要指标,学习并掌握相应的测试方法.
二、实验内容
本实验可完成以下实验内容：
? 观察测量pcm调制解调的各种时隙信号 ? 观察编译码波形
? 测试动态范围、信噪比和系统频率特性 ? 对系统性能指标进行测试和分析
? 系统输出信噪比特性测量
? 编码动态范围和系统动态范围测量 ? 系统幅频特性测量 ? 空载噪声测量
三、基本原理
脉冲编码(pcm)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用.十多年来,由于超大规
模集成技术的发展,pcm通信设备在缩小体积,减轻重量,降低功耗,简化调试以及方便维
护等方面都有了显著的改进.目前,数字电话终端机的关键部件,如编译码器(codec)和话路滤
波器等都实现了集成化.本实验是以这些产品编排的 pcm 编译码系统实验,以期让实验者了
解通信专用大规模集成电路在通信系统中应用的新技术.
pcm 数字电话终端机的构成原理如图 4.1 所示.实验只包括虚线框内的部分,故名 pcm
编译码实验.
发滤波器
voice
编
码器
合路
发
混合装置
收滤波器
译
码器
分路
收
图4.1 pcm数字电话终端机的结构示意图
1、实验原理和电路说明
pcm编译码系统由定时部分和pcm编译码器构成,电路原理图附于本章后.
? pcm编译码原理
为适应语音信号的动态范围,实用的pcm编译码必须是非线性的.目前,国际上采用的 均
是折线近似的对数压扩特性.itu-t 的建议规定以 13 段折线近似的 a 律(a=87.56)和 15
段折线近似的μ律(μ=255)作为国际标准.a 律和μ律的量化特性初始段如图 4.2 和图 4.3
所示.a律和μ律的编译码表分别列于表1和表2.(附本章后) 这种折线近似压扩特性的特点
是:各段落间量阶关系都是 2 的幂次,在段落内为均匀分层量化,即等间隔16个分层,这些对
于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的. ? pcm编译码器简介
鉴于我国国内采用的是a律量化特性,因此本实验采用tp3067专用大规模集成电路,它
是cmos工艺制造的单片pcma律编译器,并且片内带输入输出话路滤波器. tp3067的管脚如
图4.4所示,内部组成框图如图4.5所示. tp3067的管脚定义简述如下:
(1)vpo+ 收端功率放大器的同相输出端.
(2)gnda 模拟地.所有信号都以此管脚为参考. (3)vpo- 收端功放的反相输出端.
(4)vpi 收端功放的反相输入端.
(5)vfro 接收部分滤波器模拟输出端. (6)vcc +5v电压输入.
(7)fsr接收部分帧同步时隙信号,是一个8khz脉冲序列. (8)dr接收部分pcm码流解码
输入端.
(9)bclkr/clksel位时钟(bitclock),它使pcm码流随着fsr上升沿逐位移入dr端,位时
钟 可以为从 64khz 到 2048mhz 的任意频率.或者作为一个逻辑输入选择 1536mhz,1544mhz
或
2048mhz,用作同步模式的主时钟.
(10)mclkr/pdn接收部分主时钟,它的频率必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和
mcklx
异步,但是同步工作时可达到最佳状态.当 mclkx 接低电平,mclkr被选择为内部时钟,
当 mclkx接高电平,该芯片进入低功耗状态.
(11)mclkx发送部分主时钟,必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mclkr异步,但
是同步工作时可达到最佳状态.
(12)bclkx发送部分时钟,使pcm码流逐位移入dr端.可以为从64khz到2048mhz的任意
频率,但必须和mclkx同步.
(13)dx发送部分pcm码流编码输出端.
(14)fsx发送部分帧同步时隙信号,为一个8khz的脉冲序列. (15)tsx漏极开路输出端,
它在编码时隙输出低电平.
(16)anlb 模拟反馈输入端.在正常工作状态下必须置成逻辑0.当置成逻辑1时,发送 部
分滤波器的输入端并不与发送部分的前置滤波器相连,而是和接收部分功放的vpo+相连.
(17)gsx发送部分输入放大器的模拟基础,用于在外部同轴增益. （18）vfxi发送部分输入
放大器的反相输入端。 （19）vfxi发送部分输入放大器的同乡输入端。 （20）v58接-5v
电源
vpo+gndavpo-vpivfrovccfsrdrbclkr/clksetmclkr/pdn
201918
vbbvfxi+vfxi-gsxanlbtsxfsxdxbclkxmclkx
tp3067
211
图4.4 tp3067管脚图
? 定时部分
tp3067编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供。这里只需要主时钟2048khz和帧定
时8khz信号。
为了简化实验内容，本实验系统的编译码部分公用一个定时源以确保发收时隙的同步。
在实际的pcm数字电话设备中，必须有一个同步系统来保证发收同步的。
dr
tsx
fsxbclkx
bclkr/mclkr/
pdnclkset