HARRIS调频发射机N+1系统频率和信号控制器的研发

展再铭 许卫行 江苏省广播电视总台发射传输台

HARRIS调频发射机N+1系统频率和信号控制器的研发

展再铭 许卫行 江苏省广播电视总台发射传输台

近年来，由于发射频率不断增多，调频发射台的发射任务和管理难度日益增加，为降低使用和维护成本，调频N+1系统得到了广泛的应用。基于HARRIS(哈里斯)调频发射机的广泛应用，本文提出了基于FPGA设计的方案，实现HARRIS调频发射机N+1系统备机的频率控制和AES/EBU信号源切换。

FPGA N+1 频率控制 信号源切换

一、方案背景

在同一发射台内，一部频率可调整的发射机可作为其它几台不同频率发射机的备机。但是手动操作倒换的时间长，改变频率比较复杂，且极易出现失误。应用调频N+1控制系统，将备机切换到故障机相对应的频率和信号源，可实现故障发射机的快速正常播出。

采用N+1控制系统的目的就是实现一机多备，减少备机数量，降低成本，提高发射台自动化播出水平。

二、方案设计

N+1控制系统一般由备机频率控制器、备机信号切换器、同轴控制器、远程集中监控软件系统（可选）等组成。本文设计的是备机的频率控制和信号切换一体设备，该设备可从同轴控制器接口、远程软件系统接口（网络或串口，可选）、面板按键三种控制接口采集需要切换的备机序号，控制备机切换到需要的频率,同时选择相应的信号源输出（2组独立、最多12路信号源）。同时具有频率参数、选择状态记忆掉电恢复的功能。

HARRISCD激励器采用的是DB25并口方式控制频率，而最新的FAX激励器则采用的是以太网SNMP方式控制频率。图1显示的是FAX激励器设备外观。

HARRISFAX系列发射机是在Z系列调频发射机成功设计的基础上，采用当今最先进的技术和器件，对其进行了升级换代，并于2011年4月美国NAB展览会上正式发布的设备。FAX数字激励器配置了两路AES/EBU数字音频输入接口，主备自动切换；该激励器通过SNMP方式控制频率切换。

图1 FAX激励器设备外观

本文的设计能同时控制HARRISCD激励器和FAX激励器进行频率选择。

1.整体系统设计

整个系统以FPGA为核心进行开发，系统框图如图2所示。

FPGA内的CPU实现整个系统的控制，远程的软件控制系统通过串口或网络接口与CPU通信，实现遥控功能。外部同轴控制信号通过光耦信号送给FPGA的CPU，实现同轴联动控制。

下文对各个功能模块分别说明。

2.FPGA系统模块功能

1） 信号切换模块

2组12路AES/EBU数字音频信号经过变压器、差分电平转换接入FPGA，由FPGA的信号切换模块（MUX）选择一路输出。同时，FPGA通过过采样的方法采集当前选择的数字音频信号，判断信号是否正常锁定（LOCK），并在前面板显示，方便用户监看。FPGA模块的实现如图3所示。

按键和按键指示灯进入FPGA，经过按键防抖模块、按键选择模块连接FPGA内部CPU，实现按键切换。FPGA模块的实现如图4所示。

2）频率参数设置模块

赵仙童笑笑说，没那么严重，我会心疼你的，现在是北京时间晚上九点二十整，零点我宣布实验开始，你现在想对我干什么都还可以，零点就没你的选择自由了，一切听我安排，绝不允许你干涉我的任何事。

通过串口预先保存12组用户的频率参数到FLASH闪存中，供两个频率控制模块使用。FPGA模块的实现如图5所示。

采用AT24C08型的FLASH芯片，该芯片通过I2C总线进行数据读写。串口数据使用查询方式，发一个查询包，回一个数据包，数据包的格式如表1所示。

表1 频率数据包写入和查询协议

图2 N+1系统频率和信号控制器系统框图

图3 信号切换模块

图4 按键处理和指示灯模块

HARRISCD激励器通过M10-N12进行频率选择，方法如下表2。

表2 HARRIS CD激励器频率设置拨码开关

用一个需要的频率分别设置M9～M0和N11～N0就得到需要的频率设置值，该频率控制模块将选择的频率参数转换成该值，并通过光耦输出到并口，控制CD激励器。如图6所示

HARRIS FAX激励器从以太网接口用SNMP方式进行频率设置，如图7所示。

图5 频率参数设置模块

图6 HARRIS CD激励器频率设置模块

图7 HARRIS FAX激励器频率控制接口

图8 HARRIS FAX激励器频率设置模块

因此FAX激励器控制模块发送SNMP控制包控制激励器切换频率，并等待回应确认。FAX激励器同时提供遥控、本控两种控制方式，在本控模式下，频率不能被切换，该模块还定时查询FAX激励器的遥本控模式，并提醒用户。FAX激励器模块由发送模块、接收模块、状态判断模块三个功能块组成，如图8所示。

3.电路板设计

电路板采用PROTEL进行原理图和PCB板的制作。FPGA开发软件采用ALTERA的QUARTUS II进行编程设计。程序功能完成后通过FPGA的AS接口下载到FPGA的配置芯片内部。

三、总结

本文设计的频率控制和信号切换一体设备，具备以下特点：

1）可同时无缝兼容HARRIS Digiatl1 CD激励器和Flexiva™ FAX激励器：CD激励器采用并口控制，而FAX激励器采用以太网SNMP协议控制。

2）大容量N+1配置：可应用于最多12+1方式下的调频备份系统。

3）双通道AES/EBU信号源的独立并行输出：满足HARRIS 激励器自身实现其主备信号源自动切换的要求。

4）多样化的扩展接口：具备并行GPIO和串行RS232、网络RJ45接口，可与同轴倒换控制、远程控制计算机组成智能化N+1调频倒换监控系统。

【参考资料】

[1].吴继华.ALTERA FPGA/CPLD设计.人民邮电出版社,2011

[2].夏宇闻.Verilog数字系统设计教程（第2版）.北京航空航天大学出版社,2008

[3].李明江.SNMP简单网络管理协议.电子工业出版社,2007

[4].HARRIS FlexStar™ FAX 50W-3.5KW FM Transmitter Series TECHNICAL MANUAL