關于DAM10kW中波發射機循環調制編碼器的思考

劉乃冰

（大連三〇五轉播臺，遼寧 大連116400）

0 引 言

DAM10kW中波發射機的循環調制編碼器控制著48塊功率放大器（PA模塊），其中6塊為“小臺階”PA模塊，42塊為“大臺階”PA模塊[1]。從模數轉換器來的12位數字音頻信號送入循環調制編碼器，被編碼為控制8個功放模塊進行開啟和關閉的信號，同時控制“大臺階”和“二進制位小臺階”。調制編碼板上還包括電纜互鎖電路和故障退出電路。調制編碼器的其他輸入包括來自輸出監測板的功放（PA）關閉信號。當檢測到VSWR過高時，“PA關閉”信號立即關閉功放控制信號，完成對RF放大模塊的保護。只要VSWR存在，關閉信號就存在。一旦VSWR消失，發射機將返回到正常工作狀態。調制編碼板的供電電源來自直流穩壓器。工作原理如圖1所示。

圖1 循環調制編碼器電路工作原理

1 循環調制編碼器的作用

1.1 調制信號

10 kW發射機的42個“大臺階”功放模塊和6個“小臺階”功放模塊由循環調制編碼器控制。大臺階功放模塊輸出電壓到功率合成器的輸出電壓相等；小臺階為功率合成器提供的電壓依次為大臺階電壓輸出的1/2、1/4、1/8、1/16、1/32和1/64。12比特數字信號的高6位控制42個大臺階模塊。把高6位二進制數轉化成十進制數即開通大臺階的數量。小臺階控制信號由模數轉換電路輸出的低6位通過存貯器直接控制。

1.2 B-電源

模塊的負載（即開通的數量）決定了功放模塊的開/關時間。每個模塊的開通延遲導致輸出包絡將產生“豁口”和“毛刺”，從而導致失真，而利用B-電源可以補償這種缺陷。發射機工作的模塊數量決定了開/關時間。負峰調制或低功率電平下，只有少數大臺階工作時，單個模塊的負載較輕；當有很多模塊工作時，模塊輸出的電流增大，模塊開通的時間加快。因此，發射機處于高功率狀態時，模塊的開通與截止對負載電流的變化影響不大，此時需要減緩開/關時間。因此，針對“音頻+直流”信號，B-電壓要進行非線性調整[2]。DAM10kW發射機的B-電壓動態范圍是-2～6 V。當負峰電壓為-2 V時，正峰電壓為6 V。

1.3 削頂

當全部42塊大臺階模塊開通時，繼續增加音頻調制度，將導致開啟第43塊（不存在）大臺階開啟。此時，6個小臺階模塊全部開通。若調制度繼續加深，射頻輸出功率將達到極限值被箝位，不會繼續增加功率。可見，使發射機的大小臺階全部開啟，避免了6個小臺階與最后大臺階交替開通輸出的63/64的鋸齒交錯失真波形。

1.4 補碼

循環調制編碼器使發生故障的功放模塊退出工作狀態，將控制信號加給空余備份模塊，從而維持發射機輸出功率電平，也不影響發射機的工作技術指標。循環模式下，可使發射機的每塊模塊參與工作，有效降低模塊溫度。

2 循環編碼原理

循環編碼調制器由數據鎖存器、小臺階編碼、大臺階編碼、大臺階鎖存器、倒相緩沖驅動器和故障檢測器構成。

2.1 數字音頻信號

12位二進制數字流構成數字音頻信號即從B1至B12，其中B1為MSB，B12為LSB。以12位數字音頻信號“011010001101”為例。“011010”前6位碼控制大臺階的開啟和關閉，代表十進制數26，即有26個大臺階模塊開啟；“001101”后6位碼代表小臺階模塊的開啟，即1/2、1/4和1/32小臺階模塊關閉，1/8、1/16和1/64小臺階模塊開啟。開啟大臺階的數量需要單步位移，約每30 s循環一遍。

2.2 編碼原理

循環調制編碼器的主程序芯片為FPGA。它的內部含有6個256×8位只讀存儲器，而存儲器出廠時已經配置好了內部8位字節。最高有效位的8個MSB作為編碼音頻地址，256個存儲器包含控制大臺階模塊的數據，代表了8位音頻編碼信號。確定這些信號的存貯地址后，存貯器中的8位數字量從集成電路中輸出，信號的每一位代表1個“大臺階”模塊的開啟或關閉。FPGA內部42位移位寄存器中所有的控制信號每隔30 s左右循環一次。42個大臺階模塊首尾相連，依次循環。

3 工作原理

3.1 供電電源

循環調制編碼器的電源取自直流穩壓電源，B+和B-電源。DAM10kW中波發射機B+電源的電壓約+5.75 V，調制B-電源隨“音頻+直流”變化。循環調制編碼器有大容量電解電容和電感，對B+電源濾波后，經穩壓二極管穩壓為+5 V，作為循環調制編碼器電路的各芯片電源。調制B-電源經過下拉電阻，作為驅動器LM5111或DS0026的驅動輸出。功放模塊的負載決定了模塊的開關時間，主動控制B-的偏移電壓補償開/關時間的變化。

3.2 數據電路

通過上拉和下拉電阻分壓網絡，將12位數據音頻信號送入循環調制編碼器的FPGA。模數轉換板送來的“數據選通-L”信號，使FPGA的存儲輸出狀態保持，只有下一個“數據選通-L”信號到來，鎖存輸出下一個12位音頻信號。當送來清零信號時，所有的鎖存器輸出邏輯低電平，全部功放模塊被關閉。小臺階的B7～B12六位數字信號輸入到FPGA后，通過一個8位撥碼開關選通結構輸入至反相驅動輸入電路，作為小臺階模塊的控制信號。大臺階B1～B6六位數字音頻信號確定地址后，42位數據碼被存儲器ROM編出，通過移位寄存器存儲至鎖存器，FPGA輸出送至反相驅動器，作為大臺階功放模塊的控制信號。

3.3 互鎖電路

電纜互鎖電路集成在FPGA中，功能是提示電纜“聯鎖故障”，使數據鎖存器內部的全部數據清零。若功率合成器與循環調制編碼器之間任一條控制數據線沒有連接到位，或任意大臺階模塊或小臺階模塊沒有安裝到位，或直流穩壓電源與循環調制編碼器之間的數據通訊線沒有連接到位，都會導致聯鎖故障，使發射機不能開機。

3.4 功放關閉電路

控制系統送來功放關閉命令時，FPGA將輸出PA OFF-L指令，使全部的數據鎖存器輸出為0。此時，發射機只有功放電壓，沒有功放電流。當發生電纜互鎖故障時，電源重啟故障，輸出監測電路送來PA OFF-L信號，模數轉換器送來PA OFF-L信號，都將導致功放關閉。

3.5 鉗制電路

當音頻輸入電平超過發射機的正峰調制能力時，鉗制電路將打開全部的小臺階模塊，增加射頻輸出。此時，若調制音頻信號繼續加深，下一個大臺階將被開啟，小臺階全部關閉，直到所有的42個大臺階全部開啟，小臺階也全部開啟。此時，繼續加深調制音頻，將導致開啟一個不存在的大臺階信號，而關閉所有小臺階信號，將使發射機輸出低于一個63/64個大臺階的功率，產生“鋸齒狀”狀峰值。為避免這種狀況出現，鉗制電路使音頻信號在全部小臺階打開后，將調制音頻限制不能繼續加深。

3.6 功放單元故障檢測電路

循環調制編碼器檢測到功放模塊返回的信號為低電平（功放單元正常時為高電平）時，FPGA判斷故障模塊位置，輸出故障指示信號，點亮故障模塊報警燈，輸出控制信號為零，使故障模塊退出工作，并開啟空余模塊補碼[3]。“自動補碼技術”工作狀態只用來替換“大臺階”RF放大器，若“二進制”臺階失效，必須關閉發射機替換失效模塊。“二進制”臺階放大器的失效只產生少許功率降低和增加很小的失真，可在正常停機后排除故障。

4 故障排除

功放關閉，同時循環調制編碼器的功放關閉指示燈點紅，首先檢查控制系統，查看是否處于“PA OFF”模式[4]。通常，導致循環編碼器功放關閉故障一般來自其他部分電路輸入的功放關閉信號，尤其是模數轉換板和輸出監測電路。因此，需檢查相關的邏輯電路、驅動器等引起功放關閉的器件。

發射機不能開機，提示電纜互鎖故障。首先，打開功放箱檢查功放模塊是否存在被取出或沒有安裝到位（插進插座內）的情況，以及檢查功率放大級模塊是否存在個別模塊有短路環存在開路的現象。其次，檢查功率合成母板到編碼板的13條控制信號扁平線是否存在問題，或檢查直流穩壓電源與循環調制編碼器之間的電纜解除是否良好，或檢查全部控制信號電纜插頭與插座之間的連接是否牢固等，確保全部電纜安裝到位。由于循環調制編碼器的印刷電路板面積較大，可能會存在線路板長期使用后導致電路板變形而使電路板上的線條出現斷裂的可能，因此檢查比較困難。因為循環調制編碼器中很多電路是相同的，所以可以用比較電壓的方法來判斷故障所在。

5 結 論

循環調制編碼器是DAM中波發射機的核心器件之一，電路結構相對復雜，故障率也較高。本文分析其原理，希望可以為電臺同行帶來借鑒，提高設備的維護水平，為安全播出做出貢獻。

參考文獻：

[1] 張丕灶，劉軼軒.全固態中波發送系統調整與維修[M].廈門：廈門大學出版社，2007.

[2] 董方明.全固態電視發射機性能的分析[J].科技傳播，2010，（10）：167，172.

[3] 左金安.全固態電視發射機的工作原理與維護實踐[J].科技展望，2015，（18）：171.

[4] 劉殿雪.全固態電視發射機的特點及維護[J].電子世界，2013，（5）：102.