光通信中高速音频采集系统硬件设计

摘 要：本文应用数字复用的相关技术，根据无线激光通信系统的基本原理，给出了光通信中高速采集数字音频信号系统的设计方案。

关键词：光通信 音频采集 时分复用

中图分类号：TN912 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0007-02

在通信系统运行时，为了扩大传输容量和提高传输效率，就需要把若干中低速数字信号合并成为一个高速数字信号以便在高速信道中传输，传到对方后再分离还原为各个中低速数字信号。数字复用就是实现两个或两个以上的分支数字信号按时分复用方式汇接成为单一的复合数字信号，这个过程则为数字复用。本系统就是应用数字复用相关技术实现这种多路大容量数字信号的采集与传输。

1 高速音频采集与恢复系统的总体设计

本设计采用了对音频数据流先时分复用的以面积换取速度的设计思路实现了最高达600Mb/s的处理能力。整个系统的硬件结构如图1所示。

该系统可完成语音信息的采集与传送。信源是所传递信息的产生地，信号可能是模拟的，也可能是数字的。信源编码器负责把信源发出的信息转换成数字形式的信息序列。主要包括模拟/数字（A/D）变换和压缩编码处理，用于提高系统的有效性。编码后的信号加载到调制器上，调制器的激励电流就随信号的变化规律而变化；通过激光器调制、驱动电路对激光器进行直接光强度调制后，驱动半导体激光器发光；最后经过光学天线变换成发散角很小的己调光束向空间发射出去。本文主要介绍音频的采集与激光传输部分。

1.1 系统设计原理及实现

以CPLD产品之一EPM240T100C5为控制核心，控制模/数转换电路，可完成32位高速同步A/D转换。图2为A/D转换电路相关的系统外围电路框图。外部模拟输入通过调理电路后，CPLD控制多路切换器选通某一路信号送入A/D转换器转换部分，并/串转换部分采用HDMP1023芯片。

1.1.1 A/D模块

本模块用到了音频功率放大芯片LM353芯片对音频信号做输入放大。系统采用CS5340CZZ音频A/D转换芯片。该芯片可执行采样，模/数转换和抗混叠滤波功能。音频左右声道输入信号通过LM353放大电路放大后进入到CS5340CZZ芯片中进行模数转换。CS5340CZZ通过4号、8号、7号与2号引脚主时钟（MCLK），系统时钟（SCLK），音频左右通道时钟（LRCK）和音频数据（SDOUT）给CPLD进行数据的串行输入。CS5340CZZ的电路图如图2所示。

对于有效数据位数数N可采用下列公式计算：

其中，SINAD代表信号噪声失真比。

在某一结构下的A/D有效分效率可用以下两种不同单位来表示：bitrms和microvoltsrms。它们可从转换输出数据直接计算出来，可以由给定的转换结果经静态计算出来。知道了其中一个，另一个可用下列公式来计算：

1.1.2 CPLD和并/串转换模块

CPLD选用的是EPM240T100C5，该芯片有240个逻辑单元，动态功耗较低，资源比较丰富100个可用I/O引脚，支持高达300 MHz的内部时钟，具有实时在系统可编程能力，很好的满足了设计的需要。串/并转换传输通过HDMP1032芯片完成。HDMP1032芯片可实现高速数据链路的点对点通信。

复接的实现方法：A/D模块电路将四路音频信号、RS422串口信号分别经过音频放大电路，A/D转换和RS422串口电平转换电路进行A/D转化和电平转换成能够被系统处理的数字信号，然后共同通过CPLD，根据协议按顺序发给HDMP1032进行并/串转换复用处理，HDMP1032内部的锁相环（PLL）和时钟发生器用来产生发射芯片工作所需要的全部内部时钟。通过所需的并行码率设置控制信号TXDIV1/0的选择，PLL锁住TXCLK输入的时钟，锁相完成后，芯片开始接收并行码率在TXDIV1/0设定范围内的信号。又根据控制位的状态，决定信号类型、进行编码复用、串行输出形成一路高速数字差分信号进行传输。

1.2 音频数据传输

音频信号经过采集，编码后为基带信号，对基带数据进行调制。调制后的数据以高速率发送给激光器，驱动电路对激光器进行直接光强度调制后，驱动半导体激光器发光；最后经过光学天线变换成发散角很小的己调光束向空间发射出去。

2 系统仿真

先对各支路信号进行存储后再进行复接，其关键在于复接时序的控制。S0，S1，S2，S3分别表示四路音频信号，按照总线时分复用的原理，复接成为1路信号fujiout输出。仿真结果如图3。

3 结语

本文介绍了一种基于CPLD与复用技术的高速音频数据采集与传输系统的设计方案。高速音频数据采集系统在雷达、通信、电子对抗、航天测量、图像、多媒体等多种领域有着广泛的应用，而且应用背景对高速音频数据采集系统的通过速率提出了越来越高的要求，为了更好地发挥其性能，开发基于数字复用技术的高速音频数据采集系统满足对不断发展的高速音频数据采集系统要求，是当今音频数据采集领域的发展趋势。

参考文献

[1]赵同刚，高英，周鑫，等.模拟数字信号光纤传输系统的实现[J].半导体光电，2010（2）：126-128.

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[3]孙玉.数字复接技术[M].北京：人民邮电出版社.