針對適配器板的電路研究

王艷

摘? 要：適配器板電路是DAM系列中波發(fā)射機的核心組成部分，它既是載波信號的發(fā)生器，同時又完成了對輸入音頻模擬信號的數(shù)字調制。適配器板電路的引入，代替了DAM發(fā)射機原有的DDS頻率合成器，模擬輸入板和A/D轉換板。提高了DAM發(fā)射機的集成度，使發(fā)射機的整機結構得到了簡化，降低了發(fā)射機的復雜程度，降低了設備的維護量。適配器板采用大規(guī)模集成電路器件FPGA，通過編程軟件完成了音頻模擬信號的數(shù)字化調制，提高了信號的抗干擾能力，提高了整機的技術指標。

關鍵詞：FPGSA;同步信號;轉換錯誤

中圖分類號：TN722 ? 文獻標志碼：A

1 電路實現(xiàn)的功能

音頻數(shù)據(jù)信號和DRM基帶信號通過隔離變壓器后進入數(shù)字信息接收芯片，AES/EBU數(shù)字信號經芯片的解碼后輸出I2S格式的數(shù)字音頻流，送到FPGA進行信號處理。低通濾波并經增益放大后的音頻模擬信號被模數(shù)變換器變換后輸出音頻數(shù)字流（格式I2S）至FPGA處理。

1.1 RF激勵監(jiān)測信號

監(jiān)測電路由檢波二極管及其附屬RC支路組成，電路檢測RF輸出脈沖是否存在。當RF激勵脈沖消失時，輸出為低電平，顯示射頻激勵“故障”;而只有RF激勵脈沖存在時，才能使監(jiān)測輸出端出現(xiàn)高電平，將顯示射頻激勵“正常”。

1.2 同步信號

在VSWR過高的情況下，所有的功放模塊被快速關閉。因為諧振電路的作用，“浪涌”電流將持續(xù)在輸出網(wǎng)絡和RF功率合成器的副線圈中流動，進行n個RF循環(huán)。為了保證在此種條件下功率管不被損壞。PA模塊中的三極管的開/關動作將與這些“浪涌”電流同相位，這將由適配器板上的同步電路來完成。

1.3 模數(shù)轉換器

適配器板輸出的“音頻+直流”信號是一個12 Bit的字節(jié)，這個信號被編碼調制信號作用后作為控制RF功放模塊的開/關控制信號。發(fā)射機的功率放大級實質上是一個數(shù)模變換器，它輸出音頻調幅的功率信號。按發(fā)射機的功率“升、降”按鈕來控制“音頻+直流”的直流部分，對功放級的RF模塊進行開/關控制。

1.4 數(shù)字調制器

發(fā)射機的幅度調制按以下3個步驟進行：“音頻+直流”信號由適配器板將輸入的音頻信號轉換而成，經模/數(shù)變換后輸出一個12比特數(shù)字字節(jié)的數(shù)字音頻信號。調制編碼電路將適配器板輸入的數(shù)字音頻信號轉換為控制功放級RF模塊開/關的控制信號。調制編碼電路輸出的開關控制信號操縱功放模塊的開/關，每個被開啟的功放模塊輸出的功率在功率合成器中進行電壓合成，輸出帶有臺階分量的調幅波信號，發(fā)射機末級的帶通濾波器將離散的臺階分量濾除，使臺階信號變成光滑的已調波信號。

1.5 外部射頻激勵的輸入、輸出與切換

用于并機廣播的射頻輸入、輸出。當同機房的二臺發(fā)射機需要并機工作時，作為主機的發(fā)射機，將在其適配器的外部輸出接口輸出RF激勵信號，送到副機適配器的外部接口，作為副機RF激勵信號，滿足了并機工作時，雙機RF信號同頻同相的目的。其輸入和輸出電平均為TTL電平。當有高精度的同步激勵信號或調幅立體聲廣播的外部RF激勵信號輸入時，進行RF激勵信號的切換，將輸入的RF信號作為主激勵信號，而本板產生的RF激勵信號將自動成為備份。

2 電路構成

適配器電路主要由4個部分構成：FPGA部分，射頻部分，輸入與控制部分，電源部分。具體電路結構如圖1所示。

2.1 FPGA部分

適配器板的核心工作部分是FPGA，它負責音頻調制信號的處理，載頻信號的生成，控制輸出功率，對輸出功率的變化進行補償調整。

2.2 DDS頻率合成

DDS頻率合成由載波輸出，外部同頻率輸入和外同步及RF采樣電路組成。10 MHz溫補晶振輸出的時鐘信號進入FPGA，在FPGA中對10 MHz時鐘進行緩沖和分配后輸出，通過低相噪鎖相環(huán)后輸出參考時鐘。當外同步輸入端口，有10 MHz外同步信號輸入時，經高速比較器整形后送入FPGA，自動替代適配器自帶的參考時鐘。外同頻輸入端口，輸入的同頻信號經緩沖電路進行偏置及限幅后送入FPGA，在FPGA內部進一步整形和緩沖，自動替代適配器DDS的輸出，為發(fā)射機提供射頻激勵。FPGA實現(xiàn)多路時鐘的緩沖、驅動和分配，還對數(shù)字鎖相環(huán)芯片進行參數(shù)配置，驅動部分LED指示燈。在適配器中存在一個高速雙路數(shù)模轉換器，一路用于FPGA內部的DDS模塊輸出，對輸出信號緩沖整形輸出載頻信號，另一路用于還原音頻調制信號，檢測包絡輸出和提供B-調制信號[1]。

2.3 輸入部分（由4個模塊組成）

2.3.1 模擬輸入通道

適配器輸入600Ω的平衡音頻信號，由無源濾波器濾除邊帶成分，同時防止了音頻過沖。差動放大器允許輸入的最大音頻信號幅度為5 V。濾波后的信號經差動放大電路放大后輸出的音頻信號被加載在一個固定的直流電平上，生成的“音頻+直流”信號，該信號被模/數(shù)變換，濾波后的平衡信號經儀表放大器（典型的差動放大器）后，輸出的音頻信號疊加固定的靜態(tài)直流電平上，送到音頻模數(shù)轉換器進行A/D轉換。模擬音頻信號在音頻模數(shù)轉換器進行∑-△調制和數(shù)模轉換，輸出串行的數(shù)字音頻流，由FPGA進行后續(xù)處理。

2.3.2 數(shù)字輸入通道

AES/EBU格式的音頻數(shù)據(jù)信號分為2種，一種是經數(shù)字基帶編碼調制器編碼后的數(shù)字信號（AES_DRM）、另一種是音頻數(shù)據(jù)信號（AES_DSB）[2]。AES_DRM信號送入適配器板后，經過隔離變壓器后送到數(shù)字音頻接收芯片，AES數(shù)字音頻流被接收，解碼并轉換為TTL電平的串行數(shù)字音頻，送到FPGA中進行信號處理，紅綠雙色發(fā)光二極管做為AES轉換錯誤指示燈。AES_DSB信號送入適配器，經過另一路隔離變壓器后送到數(shù)字音頻接收芯片接收AES數(shù)字音頻流，解碼并轉換為TTL電平的串行數(shù)字音頻，送到FPGA中進行信號處理，同樣采用雙色二極管作為AES轉換錯誤指示燈。數(shù)字音頻接收芯片是一款專業(yè)的高性能AES傳輸芯片，具備極高性能的采樣率和轉換能力及傳輸能力，擁有極低的抖動和失真，能夠完整無失真接收AES信號（采樣率44.1 kHz和48 kHz）。

2.3.3 功放電壓采樣和功率控制

該模塊對功放電源進行分壓和采樣，對各種因素造成的功放電壓波動進行補償，降低發(fā)射機輸出功率的浮動，降低輸出包絡波型的失真。FPGA將控制系統(tǒng)輸入的功率控制12位BCD碼轉換成二進制數(shù)，實現(xiàn)發(fā)射機功率的輸出控制。

高壓電源取樣來自電源取樣板，送入適配器板的電壓約為5 V。信號分為兩路，一路經隔直電容濾除直流成分后，送入交流增益運算放大器，通過調節(jié)放大器輸入端的電位器可以改善音頻低端的失真度。另一路經直流增益運算放大器送出，通過調節(jié)放大器輸入端的電位器調節(jié)直流增益。兩路信號合為一路信號后經運放和倒相后輸入模數(shù)轉換器，輸出數(shù)據(jù)為串行輸出，后送入FPGA進行處理。適配器板將輸入的電流取樣信號整形后由運算放大器放大輸出至比較器，比較器的另一個輸入端是“過流”保護門限的參考電壓信號。

2.3.4 特殊功能控制接口

通過該接口可以改變發(fā)射機的最大輸出功率，調整載波頻率，切換工作模式等。

2.4 電源部分

適配器板的工作電壓有+1.2 V、+2.5 V、+3.3 V、+5 V、+9 V和±15 V。其中+15 V的輸入由非穩(wěn)壓的+22 V經穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓而得，+9 V由+15 V經穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓而得;-15 V由輸入的非穩(wěn)壓-22 V經5穩(wěn)壓而得;+5 V由輸入的非穩(wěn)壓+8 V穩(wěn)壓而得，+5 V穩(wěn)壓后得到+2.5 V、+3.3 V，+3.3 V穩(wěn)壓后得到+1.2 V。

3 電路的常見故障

3.1 報“轉換錯誤”

模/數(shù)轉換器的工作需要一個參考信號，這個參考信號來自對RF驅動的采樣，當這個采樣信號不存在或者不正確，將導致模數(shù)轉換過程中出現(xiàn)錯誤，報出“轉換錯誤”故障，此時適配器板電路會產生一個“功放關閉”指令，而功放電源（+250V）仍然能加上，但不會產生射頻輸出。

3.2 音頻THD（失真）故障

測量適配器數(shù)模變換器電路解調出的音頻信號的失真情況，信號的采樣是一個來自模數(shù)變換器上實際重現(xiàn)的音頻采樣信號。如果在適配器板出現(xiàn)任何失真，應該在此表現(xiàn)出來。在適配器板的RF TEST點接上失真分析儀就可測量。如果失真存在于這里，查找音頻信號源、適配器板。如果此處不存在失真，失真可能存在于調制編碼板、功率放大器或輸出網(wǎng)絡中。

3.3 升功率時有跳變現(xiàn)象

按“升功率”鍵，用萬用表測量適配器板輸出的“音頻+直流”的直流信號，應有0～-3.5 V連續(xù)變化的直流電壓，這個電壓發(fā)生跳變，就會產生輸出功率跳變的現(xiàn)象。此故障一般出在控制板或適配器板上，檢查控制板輸出的12位數(shù)字控制信號;它如果正常，問題在適配器板上。

4 結語

適配器板電路提高了發(fā)射機整機的集成度，為數(shù)字廣播的的發(fā)展奠定了基礎。但是適配器板本身相對非常復雜，采用了大量的數(shù)字電路，對設備維護人員的技術水平要求相應提高，希望該文可以為提高發(fā)射臺設備維護人員的技術水平有所幫助。

參考文獻

[1]李棟.數(shù)字AM·FM與數(shù)字衛(wèi)星廣播技術[M].北京：中國傳媒大學出版社，2000：67-68.

[2]王慧慧，徐偉掌，候亞輝，等. DRM系統(tǒng)信道編碼原理及軟件實現(xiàn)[J]. 北京廣播學院學報：自然科學版（3）：37-42.