针对适配器板的电路研究

王艳

摘  要：适配器板电路是DAM系列中波发射机的核心组成部分，它既是载波信号的发生器，同时又完成了对输入音频模拟信号的数字调制。适配器板电路的引入，代替了DAM发射机原有的DDS频率合成器，模拟输入板和A/D转换板。提高了DAM发射机的集成度，使发射机的整机结构得到了简化，降低了发射机的复杂程度，降低了设备的维护量。适配器板采用大规模集成电路器件FPGA，通过编程软件完成了音频模拟信号的数字化调制，提高了信号的抗干扰能力，提高了整机的技术指标。

关键词：FPGSA;同步信号;转换错误

中图分类号：TN722   文献标志码：A

1 电路实现的功能

音频数据信号和DRM基带信号通过隔离变压器后进入数字信息接收芯片，AES/EBU数字信号经芯片的解码后输出I2S格式的数字音频流，送到FPGA进行信号处理。低通滤波并经增益放大后的音频模拟信号被模数变换器变换后输出音频数字流（格式I2S）至FPGA处理。

1.1 RF激励监测信号

监测电路由检波二极管及其附属RC支路组成，电路检测RF输出脉冲是否存在。当RF激励脉冲消失时，输出为低电平，显示射频激励“故障”;而只有RF激励脉冲存在时，才能使监测输出端出现高电平，将显示射频激励“正常”。

1.2 同步信号

在VSWR过高的情况下，所有的功放模块被快速关闭。因为谐振电路的作用，“浪涌”电流将持续在输出网络和RF功率合成器的副线圈中流动，进行n个RF循环。为了保证在此种条件下功率管不被损坏。PA模块中的三极管的开/关动作将与这些“浪涌”电流同相位，这将由适配器板上的同步电路来完成。

1.3 模数转换器

适配器板输出的“音频+直流”信号是一个12 Bit的字节，这个信号被编码调制信号作用后作为控制RF功放模块的开/关控制信号。发射机的功率放大级实质上是一个数模变换器，它输出音频调幅的功率信号。按发射机的功率“升、降”按钮来控制“音频+直流”的直流部分，对功放级的RF模块进行开/关控制。

1.4 数字调制器

发射机的幅度调制按以下3个步骤进行：“音频+直流”信号由适配器板将输入的音频信号转换而成，经模/数变换后输出一个12比特数字字节的数字音频信号。调制编码电路将适配器板输入的数字音频信号转换为控制功放级RF模块开/关的控制信号。调制编码电路输出的开关控制信号操纵功放模块的开/关，每个被开启的功放模块输出的功率在功率合成器中进行电压合成，输出带有台阶分量的调幅波信号，发射机末级的带通滤波器将离散的台阶分量滤除，使台阶信号变成光滑的已调波信号。

1.5 外部射频激励的输入、输出与切换

用于并机广播的射频输入、输出。当同机房的二台发射机需要并机工作时，作为主机的发射机，将在其适配器的外部输出接口输出RF激励信号，送到副机适配器的外部接口，作为副机RF激励信号，满足了并机工作时，双机RF信号同频同相的目的。其输入和输出电平均为TTL电平。当有高精度的同步激励信号或调幅立体声广播的外部RF激励信号输入时，进行RF激励信号的切换，将输入的RF信号作为主激励信号，而本板产生的RF激励信号将自动成为备份。

2 电路构成

适配器电路主要由4个部分构成：FPGA部分，射频部分，输入与控制部分，电源部分。具体电路结构如图1所示。

2.1 FPGA部分

适配器板的核心工作部分是FPGA，它负责音频调制信号的处理，载频信号的生成，控制输出功率，对输出功率的变化进行补偿调整。

2.2 DDS频率合成

DDS频率合成由载波输出，外部同频率输入和外同步及RF采样电路组成。10 MHz温补晶振输出的时钟信号进入FPGA，在FPGA中对10 MHz时钟进行缓冲和分配后输出，通过低相噪锁相环后输出参考时钟。当外同步输入端口，有10 MHz外同步信号输入时，经高速比较器整形后送入FPGA，自动替代适配器自带的参考时钟。外同频输入端口，输入的同频信号经缓冲电路进行偏置及限幅后送入FPGA，在FPGA内部进一步整形和缓冲，自动替代适配器DDS的输出，为发射机提供射频激励。FPGA实现多路时钟的缓冲、驱动和分配，还对数字锁相环芯片进行参数配置，驱动部分LED指示灯。在适配器中存在一个高速双路数模转换器，一路用于FPGA内部的DDS模块输出，对输出信号缓冲整形输出载频信号，另一路用于还原音频调制信号，检测包络输出和提供B-调制信号[1]。

2.3 输入部分（由4個模块组成）

2.3.1 模拟输入通道

适配器输入600Ω的平衡音频信号，由无源滤波器滤除边带成分，同时防止了音频过冲。差动放大器允许输入的最大音频信号幅度为5 V。滤波后的信号经差动放大电路放大后输出的音频信号被加载在一个固定的直流电平上，生成的“音频+直流”信号，该信号被模/数变换，滤波后的平衡信号经仪表放大器（典型的差动放大器）后，输出的音频信号叠加固定的静态直流电平上，送到音频模数转换器进行A/D转换。模拟音频信号在音频模数转换器进行∑-△调制和数模转换，输出串行的数字音频流，由FPGA进行后续处理。

2.3.2 数字输入通道

AES/EBU格式的音频数据信号分为2种，一种是经数字基带编码调制器编码后的数字信号（AES_DRM）、另一种是音频数据信号（AES_DSB）[2]。AES_DRM信号送入适配器板后，经过隔离变压器后送到数字音频接收芯片，AES数字音频流被接收，解码并转换为TTL电平的串行数字音频，送到FPGA中进行信号处理，红绿双色发光二极管做为AES转换错误指示灯。AES_DSB信号送入适配器，经过另一路隔离变压器后送到数字音频接收芯片接收AES数字音频流，解码并转换为TTL电平的串行数字音频，送到FPGA中进行信号处理，同样采用双色二极管作为AES转换错误指示灯。数字音频接收芯片是一款专业的高性能AES传输芯片，具备极高性能的采样率和转换能力及传输能力，拥有极低的抖动和失真，能够完整无失真接收AES信号（采样率44.1 kHz和48 kHz）。

2.3.3 功放电压采样和功率控制

该模块对功放电源进行分压和采样，对各种因素造成的功放电压波动进行补偿，降低发射机输出功率的浮动，降低输出包络波型的失真。FPGA将控制系统输入的功率控制12位BCD码转换成二进制数，实现发射机功率的输出控制。

高压电源取样来自电源取样板，送入适配器板的电压约为5 V。信号分为两路，一路经隔直电容滤除直流成分后，送入交流增益运算放大器，通过调节放大器输入端的电位器可以改善音频低端的失真度。另一路经直流增益运算放大器送出，通过调节放大器输入端的电位器调节直流增益。两路信号合为一路信号后经运放和倒相后输入模数转换器，输出数据为串行输出，后送入FPGA进行处理。适配器板将输入的电流取样信号整形后由运算放大器放大输出至比较器，比较器的另一个输入端是“过流”保护门限的参考电压信号。

2.3.4 特殊功能控制接口

通过该接口可以改变发射机的最大输出功率，调整载波频率，切换工作模式等。

2.4 电源部分

适配器板的工作电压有+1.2 V、+2.5 V、+3.3 V、+5 V、+9 V和±15 V。其中+15 V的输入由非稳压的+22 V经稳压块稳压而得，+9 V由+15 V经稳压块稳压而得;-15 V由输入的非稳压-22 V经5稳压而得;+5 V由输入的非稳压+8 V稳压而得，+5 V稳压后得到+2.5 V、+3.3 V，+3.3 V稳压后得到+1.2 V。

3 电路的常见故障

3.1 报“转换错误”

模/数转换器的工作需要一个参考信号，这个参考信号来自对RF驱动的采样，当这个采样信号不存在或者不正确，将导致模数转换过程中出现错误，报出“转换错误”故障，此时适配器板电路会产生一个“功放关闭”指令，而功放电源（+250V）仍然能加上，但不会产生射频输出。

3.2 音频THD（失真）故障

测量适配器数模变换器电路解调出的音频信号的失真情况，信号的采样是一个来自模数变换器上实际重现的音频采样信号。如果在适配器板出现任何失真，应该在此表现出来。在适配器板的RF TEST点接上失真分析仪就可测量。如果失真存在于这里，查找音频信号源、适配器板。如果此处不存在失真，失真可能存在于调制编码板、功率放大器或输出网络中。

3.3 升功率时有跳变现象

按“升功率”键，用万用表测量适配器板输出的“音频+直流”的直流信号，應有0～-3.5 V连续变化的直流电压，这个电压发生跳变，就会产生输出功率跳变的现象。此故障一般出在控制板或适配器板上，检查控制板输出的12位数字控制信号;它如果正常，问题在适配器板上。

4 结语

适配器板电路提高了发射机整机的集成度，为数字广播的的发展奠定了基础。但是适配器板本身相对非常复杂，采用了大量的数字电路，对设备维护人员的技术水平要求相应提高，希望该文可以为提高发射台设备维护人员的技术水平有所帮助。

参考文献

[1]李栋.数字AM·FM与数字卫星广播技术[M].北京：中国传媒大学出版社，2000：67-68.

[2]王慧慧，徐伟掌，候亚辉，等. DRM系统信道编码原理及软件实现[J]. 北京广播学院学报：自然科学版（3）：37-42.