500kW發射機PSM控制系統故障分析

張彥文

【摘 要】本文主要從日常維護中出現的發射機PSM音周輸入及信號處理控制板YCP24燒芯片CS5351KS故障入手，針對TSW2500型500KW短波發射機PSM系統YCP24功能結構開始，接著深度分析其內部數模轉換CS5351KS芯片在YCP24控制及音頻信號處理中的作用和工作方式，然后對其在PSM控制系統工作中功能做簡要分析，最后針對CS5351KS芯片無法正常工作造成的發射機無調幅度及PSM控制系統異常故障及預防措施做了簡要的描述和分析。

【關鍵詞】發射機；YCP24；CS5351KS；控制；音周；自檢

0 引言

PSM控制系統以音頻信號作為參考與載波功率為基準，產生一個直流加音頻的信號，該信號決定瞬間需要合上的功率模塊數。PSM控制系統完全是基于信號處理器的數字信號處理，PSM控制系統包括10片DSP浮點處理器，1個微控制器，PLD，16位∑/△型模數轉換器，18位立體聲數模轉換器等。整個音頻信號的處理過程為全數字化。控制系統的計算能力相當于80MHZ的AT計算機，控制系統的所有輸入輸出信號均通過光電耦合器進行電氣隔離并對地懸浮。這里主要介紹短波發射機系統中YCP24功能結構，然后從CS5351KS芯片具體結構和功能分析PSM控制部分的工作方式和原理及其無調幅度及PSM控制系統異常故障及預防措施做了簡要的描述和分析。

1 YCP24主要功能和CS5351KS特性介紹

1.1 YCP24主要功能和特性

YCP24主要功能是：提供模擬、數字音頻前端；調節模擬音頻信號的電平值；過濾音頻信號；音頻信號調制；為PSM控制在初期提供一個正弦波振蕩發生器；諧波均衡；以一個特定的冗余異步微處理機計算（乘）已處理的音頻。模擬信號前端和A/D轉換器被隔離與控制系統的其它部分。模擬信號前端被用相同的特性為它們分別設計二個獨立的信道。輸入的電壓范圍是可調節的通過設定跳線JP1—JP4和JP5—JP8，分別對信道1和信道2進行調節。數字信號前端為數據提供了以時間分割的多段工作區間，使用3針連接器的數字音頻數據傳輸/接收格式，通常在一條雙絞線電纜線上有兩個獨立工作的信道。數傳輸入特性：輸入采樣率32到96千赫茲；阻抗：110歐姆（平衡）；分辨率：16到24位。數字信號處理可得的濾波器特性；貝塞爾低通濾波器；10kHz低通濾波器；4.5kHz帶通濾波器；沒有濾波器被應用到被輸入的音頻信號中，音頻信號無限制。有三種不同的調制：雙邊帶調制DSB，差分脈沖編碼調制DCC（峰值整流），單邊帶調制SSB。

1.2 CS5351KS結構

模擬信號前端和A/D轉換器被隔離與控制系統的其它部分；其中108分貝，192千赫，多比特音頻A/D轉換器CS5351KS是一個完整的模/數轉換器，用于數字音頻系統。它具有采樣及模/數轉換和抗混疊濾波，以串行形式在比特值采樣率高達每通道192千赫。該CS5351KS采用的是5階多位Δ-Σ調制后的數字濾波和抽取，從而無需外置抗混疊濾波器；該CS5351KS是理想的音頻系統具有高保真和低噪音特性，CS5351KS工作環境溫度范圍-10℃至70℃，24引腳SOIC。A/D轉換器CS5351KS結構見圖1：

1.3 CS5351KS工作模式及技術特性

輸出采樣率可以從頻率2kHz到192kHz范圍內調整，其有3種模式：單速模式，雙速模式和四速模式；支持兩種主機模式，其中左/右和串行時鐘是同步操作，這需要外部產生的左/右和串行時鐘；可靠的上電順序可以通過保持設備處于穩定的可復位狀態。通過復位來決定是否啟用模擬或數字電源，對于低于指定的最低工作電壓時防止電源故障造成的有關問題；內部基準電壓必須是穩定的裝置，以產生有效的數據。在輸入電路中運算放大器驅動CS5351KS可能產生一個小的直流偏移轉換在A/D轉換器。如果在HPF引腳被拉高正常操作期間。這一特性使得它能夠進行系統的DC偏移校準。在OVFL引腳是LRCK轉變后更新2個SCLK周期。接地和電源去耦與任何高分辨率轉換器。VD可從系統邏輯電源上運行或者可以由通過電阻器的模擬電源供電。所有的信號應遠離FILT+和VQ引腳，以避免不必要的耦合進入調制器。該FILT+和VQ的去耦電容。

為了盡量減少數字噪聲，連接ADC數字輸出只能使用CMOS輸入。多設備同步在多個ADC所需的系統，以實現同步采樣，保證了失真分量低于噪聲電平，并且不影響測量。總諧波失真+噪聲的信號均方根值是所有其它頻譜分量在指定的有效值之和的比率帶寬（通常為10赫茲至20千赫茲），包括失真分量。

2 PSM系統單元的運行模式和工作方式

發射機的運行模式和載波功率大小的選擇是由YCP24板來完成的。載波功率的改變規律是由AF-ENABLE和順序RAMP控制控制，來自A/D轉換器的數字音頻信號首先被送到運行模式單元進行處理，然后與載波電壓幅值相乘，載波電壓控制負責對這一放大系數的監測。PSM系統控制與發射機控制系統之間的接口都設有電氣隔離，接口由9根單線和一個RS422接口組成。PSM控制與發射機控制的通訊信號，這里只提及YCP24參與工作的信號工作模式：雙向接口中的調制模式；音頻濾波器；音頻允許；音頻電平；PSM系統正常與否；PSM允許音頻；音頻濾波器；PSM允許；PSM控制允許。PSM控制系統內的系統單元、A/D轉換器、接口和緩沖器共同完成PSM控制系統的測試功能。

3 CS5351KS無法正常工作原因分析

通過上面的描述，對PSM系統中的YCP24板卡結構和工作方式以及CS5351KS的結構和技術特性有了一定的了解。引起芯片損壞有以下3方面的原因，電源干擾，音周，電磁干擾。首先通過技術改造加裝了先進的100KVA的大功率不間斷UPS電源，排出了由于電源引起的CS5351KS的損壞；信號前端和A/D轉換器被隔離與控制系統的其它部分，同時加裝了數字濾波小盒，排出了音周本身引起的CS5351KS的損壞；由于機房內部電磁環境復雜多變，做好屏蔽就顯得尤為重要；模擬地、參考地、數字地、射頻地和PSM控制系統自身的屏蔽尤為重要，經過一系列的改造系統現已可靠運行。

4 CS5351KS無法正常工作對發射機的影響

PSM系統提供的A/D轉換器單元包括多種功能配置，其功能和特性是由PSM控制系統決定，各種功能配置是以音頻矢量的形式送到A/D轉換器來進行的。發射機告警PSM系統與ECOS2通信故障表現有PSM控制系統自檢不過；YCP24自身保護故障；YCP24故障提示燈顯示為告警紅燈指示等故障信息，不允許發射機加高壓等系統損壞類故障，直接影響著發射機PSM部分的正常運行，因此得知它們是參與500KW發射機PSM工作和運算不可或缺的系統組成部分。

5 結束語

本文針對發射機PSM系統YCP24功能結構開始，接著深度分析其內部數模轉換CS5351KS芯片在YCP24控制及音頻信號處理中的作用和工作方式，然后對其在PSM控制系統工作中功能做簡要分析，最后針對CS5351KS芯片無法正常工作造成的發射機無調幅度及PSM控制系統異常故障及預防措施做了簡要的描述和分析。能夠更加清晰的了解發射機PSM部分的工作方式和可靠性都有了更加清晰的認識，明確了PSM系統單元在發射機工作系統中所承擔的重要作用，同時對YCP24在PSM工作的重要作用有了一定的了解，對于YCP24燒芯片CS5351KS故障有了一定的判斷和解決辦法，有效的提高了PSM部分的可靠運行。

[責任編輯：王楠]