DAM全固态中波广播发射机模数转换原理分析

2019-07-01杨成林

山西电子技术 2019年3期

杨成林

(山西省广播电视局忻州中波转播台,山西忻州 034000)

0 引言

DAM全固态数字调制广播发射机与传统发射机的主要区别在于，DAM发射机把音频信号叠加直流信号后，通过模数转换电路,将模拟信号转换成了复合音频数字信号,经调制编码后精准控制功率放大器的开通或关闭,将载频和调制音频包络在功率合成器合成,把复合音频数字信号再还原为载频包络信号,最后通过匹配网络到发射天线。

实现数字调幅的最关键一步,就是将连续变化的模拟音频，转换为离散的数字信号,即A/D转换,它是数字调幅的核心,下面以DAM-10kW全固态数字调制中波广播发射机为例,对A/D转换原理和主要电路作如下分析。

1 模数转换概述

音频+直流模拟信号经A/D转换板处理，变换成离散的数字信号后进行编码，利用发射机载波频率(1/2载频,或1/3载频)间隔对输入的模拟信号进行分段,在分段的每一时刻对模拟信号进行幅度取样,取样值再转化为12位0和1组成的二进制数值,共分四步即：取样、保持、量化和编码。完成A/D转换后送往调制编码板进行编码去控制48个功放的开/关。

2 取样频率的选择

取样定理：fp≥2fΩ。其中fp为取样频率,fΩ为音频信号最大频率,只有当fp≥2fΩ时,取样频谱的上、下边带和音频频率不会重叠,互不影响,否则会产生失真和噪声.通常音频的上限为20 kHz.取样频率大于40 kHz就能保证模数转换要求,但为了A/D转换过程与射频信号同步,射频过零时开/关功放,以减小开/关功放时产生的噪声和场效应管导通条件下开/关功放产生较大的前后沿损耗，所以用射频频率对音频信号进行采样,不仅能达到转换同步要求,而且远大于二倍音频的射频采样频率,取样结果更接近模拟信号的瞬时变化。但它又受制于模数转换器AD1671的转换速度，AD1671转换时间为0.8 μs,可满足中波低频段的射频转换，对于较高射频则用射频的1/2或1/3频率作为取样频率。实际应用中对于射频在820 kHz以下时，取样频率即为射频频率，射频在820 kHz和1 400 kHz之间，取样频率为射频的1/2,射频在1 400 kHz以上时，取样频率为射频的1/3，由跳线开关针对发射机工作射频选择。

3 取样电路分析(见图1)

取样电路包括：信号合成、相位调整、电平转换、分频和波形变换五大功能电路。从射频分配板输入的载频信号，输入到A/D转换板产生取样脉冲信号，启动A/D转换，DAV信号延迟60 ns以及数据锁存器时钟等共延迟890 ns，与射频驱动激励电流过零点不重合,对采样脉冲信号的相位必须进行补偿处理。

图1 取样电路

载频取样信号一路取自射频分配板，输入到X3-1，另一路取自合成器输出口，输入到X8-1、X8-2再经相移网络,前者为主取样信号，根据频率的不同，适当选择XT11后与主取样信号在R16叠加，进行相位补偿。

相位补偿网络由R18及C100—C103，C108、C109及电感L5、L6组成，对射频取样信号的相位进行补偿，减少场效应管损坏及开关时电能损失。

VD14、VD15及N12组成电平转换电路，将正弦波射频信号变换为方波信号(H≤5 V)，送到N29组成的分频器进行分频,也直接送到XT10的5脚,射频在820 kHz以下时，射频频率即为取样频率，N29的13脚和14脚分别输出三分之一和二分之一载频信号,经反相器N12，输入XT10的1脚和3脚，提供1/3和1/2射频取样信号，XT10根据射频频率选择进行连接。

射频取样信号经分频处理后，再经C106、R78、R79组成的微分电路及V9、N17B、N17A组成的波形变换电路，输出5 Vp-p脉冲宽度为20 ns～50ns的取样启动脉冲，在TP6测试点，用示波器可以监测波形。

4 A/D转换电路(见图2)

A/D转换包含两部分：采样保持与模数转换电路。由转换器，数据锁存器和线性延时器组成，如图2。N1为高速模数转换器，其转换周期小于800 ns，输入电压范围为0 V～5 V。N3和N4是数据锁存器，锁存N1送来的数字信号，K1、K3是线性延时器。N1的17脚输入“ENCODE”(采样脉冲)控制转换启动信号，每个采样脉冲是20—50ns的髙电平，启动一个A/D周期。N1的16脚是转换结束“DAV”信号输出端，是一个500 ns的正脉冲、300 ns的负脉冲。N1新的一个转换周期开始时，上一周期的数字音频信号被锁存器N3和N4锁存。

DAV负脉冲经K3延时后,输入到N3、N4的时钟端，DAV上升沿触发N3、N4，将N1送来的数据锁存，N3和N4输出的是当前一个转换周期的转换结果，送到缓冲器N5、N6,缓冲处理后再送到调制编码板,去控制功放的开/关。每一次转换结束时，N1输出“DAV”负脉冲信号,经K1延时150 ns,分三路输出，第一路送到故障检测电路，用于监测A/D转换是否正常，第二路送到调制编码板，是编码锁存器的数据选通信号。第三路再经K3延时60ns,输入到外部锁存器N3和N4，进行数据写入。

5 A/D转换故障检测电路(见图2)

A/D转换模块N1的16脚输出“DAV”信号，经K1延时后送到转换监测电路N13A,用于监测“DAV”是否正常，正常时N13A输出高电平，输出低电平信号时，视为转换出错。时钟信号输入到N14A，时钟信号正常时，其输出为高电平，如果“DAV”信号和时钟信号都正常，与门N15输入和输出皆为高电平，触发器N14B亦输出高电平，N15B输出高电平，再输入到比较器N11B的同相端，正常时比较器N11B输出高电平，点亮绿灯VD21，否则当时钟信号或“DAV”信号任一错误时，N15B输出低电平转换故障信号，送至调制编码板，同时N11B输出低电平，红灯VD22发亮，显示转换出现故障。

6 大台阶同步电路(见图2)

随着复合音频信号的变化，不断有大台阶在开通或关闭，在开通或关闭大台阶的临界点，转换比较器中音频在临界值，由于比较器精度或信号稳定度的原因发生输出不确定现象，导致复合音频信号转换数字音频时产生不确定信号，最终使大台阶的开通或关闭产生紊乱，产生噪声。为了避免这种噪声干扰，将高6位大台阶复合音频信号正反馈处理，对复合音频信号加强或削弱，避开上述临界点，反馈过程中同时产生大台阶同步脉冲，去同步音频处理板上三角波抖动信号。同时在A/D板上的模拟信号入口，加入小的大台阶同步信号，以降低转换期间最低位可能发生的转换错误，使噪声和寄生干扰降到最小。

图2中，髙六位的大台阶数字音频信号输入到数模转换器N22，将其转换为模拟信号。经N24和N25两级电路放大，增加了输出负载能力，消除了后级台阶的波形失真。R53和C93组成低通滤波器，滤除了采样和其它高频成分，然后信号被输入到N26，进行缓冲。一路通过电阻R70，提取一小部分大台阶同步信号，叠加到“音频+直流”模拟信号中。信号的另一路到R55和C92，当“大台阶”变化时进行微分处理，产生脉冲信号，再送到倒相/缓冲器N27。N27输出“大台阶同步”脉冲信号，输出端6脚可检测其脉冲，最后送到音频处理板。

图2 A34板相关电路原理简图

7 音频还原电路(见图2)

锁存器N3和N4输出的12位数字音频信号，一路送到数模转换器N8，数字音频信号重新转换回模拟信号。N9是输出放大器，N10是电流放大器，放大音频成分包含72kHz抖动信号，再经低通滤波器滤除后，在监测显示板上和发射机输出网络端检波音频包络进行比较，检测调制音频包络是否失真，如发射机显示“包络出错”则有可能功放等出现故障，提醒值机人员。