调频激励器的设计与实现

蒋正萍

（成都电子机械高等专科学校，四川 成都 610031）

0 引言

数字调频激励器是调频发射机的信息处理核心，直接决定发射机性能的优劣；另一方面，它又部分承担发射机故障处理及报警的责任，即调频激励器应对自身及发射机整机进行监控，在发射机运行出现故障时需进行自身调整，来保证发射机运行的正常和安全。数字调频激励器的控制器是激励器的监控装置，它通过与数字调频激励器的接口电路相连，能对激励器的各个状态及发射机的部分状态进行检测并且向激励器发出控制命令。

1 系统设计要求分析及框图

[1]，现要求设计并制作一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。发射频率要求在30～40 MHz之间，发送功率不大于20 mW，需要在主站与从站间进行间距不小于5米的单工通信。在该系统中，需要编码方式具有一定检纠错能力，而又兼顾到效率。调频激励器系统框图见图1所示。

图1 调频激励器系统

2 项系统主要功能模块设计实现

（1）发射机语音信号采集模块设计

参考文献[2-3]，由于使用DDS软件调频，所以语音信号需通过模数（AD）转换送入单片机。而凌阳单片机自带麦克风（MIC）输入的模数转换器件（ADC）通道，所以选择语音信号从此通道输入，再经过自动增益控制和放大后进行AD转换，实现语音数字的采集，以用于 DDS软件调频。电路图如图2所示。

（2）发射机DDS模块电路设计

参考文献[3-5]，由于发射机采用DDS软件调频和软件频移键控（FSK）的方法，所以需要专用的DDS芯片。选用AD9851。由单片机控制AD 9851的频率控制字，为了提高控制速度控制数据传输方式使用并行方式。AD9851内部含有32位相位全加器，外阶参考频率源为28.3217 MHz晶体振荡器，经过内部6倍频后，理论上频率输出范围约为0～80 MHz。因为参考时钟源为晶体振荡器，其频率精度很高,所以 DDS输出数字化的模拟正弦波的频率分辨率高且相位连续，稳定度很高。外围电路设计如图3所示。

（3）发射机模拟通道设计

参考文献[6]，低通滤波器和放大级设计。由DDS输出的信号即进入模拟通道。系统要求的频率在40 MHz以下，必需对 DDS输出信号进行滤波。为了使通带内有稳定的响应，和一定窄的过渡带，采用七阶无源切比雪夫滤低通波器。使用高速运放 OPA658对 AD9851的输出信号进行放大。OPA658是0.1 dB增益带宽积为130 MHz的单运放，来自AD9851的信号经低通滤波后输出为550 mV，根据芯片手册知道，OPA658增益定为G=5时增益带宽积为370 MHz，发射信号载波频率都低于40 MHz，一级OPA658放大输出即可满足要求信号的放大要求。

滤波器及放大器模块电路设计如图4所示。

功率放大级电路设计。由于题目要求不大于20 mW的输出功率，所以我们选择高速缓冲运放HA1110作为输出的功率放大。HA1110 的增益带宽积为700 MHz，输出摆幅为正负4.5 V，可以满足要求。

天线设计。由于题目要求发射功率小于20 mW，传送的距离尽可能远，所以我们要尽量提高天线的发射效率，所以使用中部加载天线可以提高效率（中部加载天线，这种天线尽管其辐射电阻仍较低，但沿着天线的电流分布较均匀，辐射效率较高所以被广泛使用）。

接收机部分语音接收解调模块设计。语音信号使用单片收音芯片LA1800接收解调，然后经TD2822放大推动耳机。电路设计如图5所示。

（4）FSK接收解调模块设计

图2 语音信息采集部分电路

图3 发射机DDS模块电路

图4 低通滤波器和放大级电路

图5 LA1800接收电路

FSK接收解调电路同样使用单片收音芯片LA1800,所不同的是，LA1800解调输出的信号不是送到扬声器，而是进行门限判别，然后送往单片机解码。门限判别部分电路如图6所示。

图6 门限判别部分电路

（5）系统电源设计

为了降低电源噪声，方便移动，在发送和接收端都使用蓄电池供电。发送端需要供电电压为正负5 V，需要对蓄电池的电压进行转换。接收端供电需正5 V、和3.3 V，单片机使用5 V，LA1800采用3.3 V供电。为了方便，使用二极管串联降压的方法。

3 系统软件设计及流程

整个控制程序皆由C语言编写。图7是DDS软件调频流程。

图7 发射机软件调频流程

主控单片机主要处理信号的编码、调制工作，对于那些较费机时的人机接口处理，则交由一片 51单片机完成，专门负责液晶显示器（LCD）显示控制和键盘响应的AT89S52单片机通过异步串行接口与主单片机进行数据和命令的交互，封装了一系列LCD显示控制函数。

4 系统性能指标测试及结果

①主站发射机音频信号发射频率：39.7 MHz；

②51欧假负载上电压有效值:950 mV;发射峰值功率：约18 mW；

③主站信号波形失真测试（通过20 dB衰减器互连）。在上述条件下，系统测得的结果如表1、表2、表3和表4所示；

④主站话音信号的接收效果测试；

表1 从站波形失真测试数据

表2 从站接收效果测试数据

表3 英文短信功能测试结果

表4 主站拨号选呼和群呼测试结果

⑤英文短信功能测试；

⑥主站拨号选呼和群呼测试。

5 结语

用现场可编程门阵列（FPGA）实现DDS 调频信号电路更为灵活，只要改变DDS中ROM 内的数据和控制参数，DDS 就可以产生任意调制波形，且分辨率高，具有相当大的灵活性。相比之下，DDS 的功能完全取决于设计需求，可以复杂也可以简单，而且FPGA 芯片还支持在系统现场升级。另外，将 DDS 设计嵌入到 FPGA 芯片所构成的系统中，其系统成本并不会增加多少，而购买专用芯片的价格则是前者的很多倍。所以采用 FPGA 来设计 DDS 系统具有很高的性价比。并且该方案已经用到实际系统中，效果非常的出色。

参考文献

[1]徐建敏.数字调频激励器[J].电视工程,1995(01):14-18.

[2]张肃文.高频电子线路[M].北京:高等教育出版社,1980.

[3]卢宏基,张丹.基于AD9851的软件调频电路设计[J].安徽大学学报：自然科学版,2007(04):36-39.

[4]卢屹,张新军.数字锁相环的参数设计及其应用[J].通信技术,2001(09):12.

[5]胡焱,周超,沈家庆,等.基于单片机的水温监控系统设计[J].通信技术,2007,40(08):85.

[6]尹文慧,高飞,卜祥元,等.调频激励器中预加重滤波器的设计与实现[J].电声技术,2008(06):31-33.