展再銘 許衛(wèi)行 江蘇省廣播電視總臺發(fā)射傳輸臺

HARRIS調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1系統(tǒng)頻率和信號控制器的研發(fā)

展再銘 許衛(wèi)行 江蘇省廣播電視總臺發(fā)射傳輸臺

近年來，由于發(fā)射頻率不斷增多，調(diào)頻發(fā)射臺的發(fā)射任務(wù)和管理難度日益增加，為降低使用和維護(hù)成本，調(diào)頻N+1系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用?；贖ARRIS(哈里斯)調(diào)頻發(fā)射機(jī)的廣泛應(yīng)用，本文提出了基于FPGA設(shè)計的方案，實(shí)現(xiàn)HARRIS調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1系統(tǒng)備機(jī)的頻率控制和AES/EBU信號源切換。

FPGA N+1 頻率控制 信號源切換

一、方案背景

在同一發(fā)射臺內(nèi)，一部頻率可調(diào)整的發(fā)射機(jī)可作為其它幾臺不同頻率發(fā)射機(jī)的備機(jī)。但是手動操作倒換的時間長，改變頻率比較復(fù)雜，且極易出現(xiàn)失誤。應(yīng)用調(diào)頻N+1控制系統(tǒng)，將備機(jī)切換到故障機(jī)相對應(yīng)的頻率和信號源，可實(shí)現(xiàn)故障發(fā)射機(jī)的快速正常播出。

采用N+1控制系統(tǒng)的目的就是實(shí)現(xiàn)一機(jī)多備，減少備機(jī)數(shù)量，降低成本，提高發(fā)射臺自動化播出水平。

二、方案設(shè)計

N+1控制系統(tǒng)一般由備機(jī)頻率控制器、備機(jī)信號切換器、同軸控制器、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控軟件系統(tǒng)（可選）等組成。本文設(shè)計的是備機(jī)的頻率控制和信號切換一體設(shè)備，該設(shè)備可從同軸控制器接口、遠(yuǎn)程軟件系統(tǒng)接口（網(wǎng)絡(luò)或串口，可選）、面板按鍵三種控制接口采集需要切換的備機(jī)序號，控制備機(jī)切換到需要的頻率,同時選擇相應(yīng)的信號源輸出（2組獨(dú)立、最多12路信號源）。同時具有頻率參數(shù)、選擇狀態(tài)記憶掉電恢復(fù)的功能。

HARRISCD激勵器采用的是DB25并口方式控制頻率，而最新的FAX激勵器則采用的是以太網(wǎng)SNMP方式控制頻率。圖1顯示的是FAX激勵器設(shè)備外觀。

HARRISFAX系列發(fā)射機(jī)是在Z系列調(diào)頻發(fā)射機(jī)成功設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)和器件，對其進(jìn)行了升級換代，并于2011年4月美國NAB展覽會上正式發(fā)布的設(shè)備。FAX數(shù)字激勵器配置了兩路AES/EBU數(shù)字音頻輸入接口，主備自動切換；該激勵器通過SNMP方式控制頻率切換。

圖1 FAX激勵器設(shè)備外觀

本文的設(shè)計能同時控制HARRISCD激勵器和FAX激勵器進(jìn)行頻率選擇。

1.整體系統(tǒng)設(shè)計

整個系統(tǒng)以FPGA為核心進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

FPGA內(nèi)的CPU實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制，遠(yuǎn)程的軟件控制系統(tǒng)通過串口或網(wǎng)絡(luò)接口與CPU通信，實(shí)現(xiàn)遙控功能。外部同軸控制信號通過光耦信號送給FPGA的CPU，實(shí)現(xiàn)同軸聯(lián)動控制。

下文對各個功能模塊分別說明。

2.FPGA系統(tǒng)模塊功能

1） 信號切換模塊

2組12路AES/EBU數(shù)字音頻信號經(jīng)過變壓器、差分電平轉(zhuǎn)換接入FPGA，由FPGA的信號切換模塊（MUX）選擇一路輸出。同時，F(xiàn)PGA通過過采樣的方法采集當(dāng)前選擇的數(shù)字音頻信號，判斷信號是否正常鎖定（LOCK），并在前面板顯示，方便用戶監(jiān)看。FPGA模塊的實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

按鍵和按鍵指示燈進(jìn)入FPGA，經(jīng)過按鍵防抖模塊、按鍵選擇模塊連接FPGA內(nèi)部CPU，實(shí)現(xiàn)按鍵切換。FPGA模塊的實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

2）頻率參數(shù)設(shè)置模塊

趙仙童笑笑說，沒那么嚴(yán)重，我會心疼你的，現(xiàn)在是北京時間晚上九點(diǎn)二十整，零點(diǎn)我宣布實(shí)驗開始，你現(xiàn)在想對我干什么都還可以，零點(diǎn)就沒你的選擇自由了，一切聽我安排，絕不允許你干涉我的任何事。

通過串口預(yù)先保存12組用戶的頻率參數(shù)到FLASH閃存中，供兩個頻率控制模塊使用。FPGA模塊的實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

采用AT24C08型的FLASH芯片，該芯片通過I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。串口數(shù)據(jù)使用查詢方式，發(fā)一個查詢包，回一個數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的格式如表1所示。

表1 頻率數(shù)據(jù)包寫入和查詢協(xié)議

圖2 N+1系統(tǒng)頻率和信號控制器系統(tǒng)框圖

圖3 信號切換模塊

圖4 按鍵處理和指示燈模塊

HARRISCD激勵器通過M10-N12進(jìn)行頻率選擇，方法如下表2。

表2 HARRIS CD激勵器頻率設(shè)置撥碼開關(guān)

用一個需要的頻率分別設(shè)置M9～M0和N11～N0就得到需要的頻率設(shè)置值，該頻率控制模塊將選擇的頻率參數(shù)轉(zhuǎn)換成該值，并通過光耦輸出到并口，控制CD激勵器。如圖6所示

HARRIS FAX激勵器從以太網(wǎng)接口用SNMP方式進(jìn)行頻率設(shè)置，如圖7所示。

圖5 頻率參數(shù)設(shè)置模塊

圖6 HARRIS CD激勵器頻率設(shè)置模塊

圖7 HARRIS FAX激勵器頻率控制接口

圖8 HARRIS FAX激勵器頻率設(shè)置模塊

因此FAX激勵器控制模塊發(fā)送SNMP控制包控制激勵器切換頻率，并等待回應(yīng)確認(rèn)。FAX激勵器同時提供遙控、本控兩種控制方式，在本控模式下，頻率不能被切換，該模塊還定時查詢FAX激勵器的遙本控模式，并提醒用戶。FAX激勵器模塊由發(fā)送模塊、接收模塊、狀態(tài)判斷模塊三個功能塊組成，如圖8所示。

3.電路板設(shè)計

電路板采用PROTEL進(jìn)行原理圖和PCB板的制作。FPGA開發(fā)軟件采用ALTERA的QUARTUS II進(jìn)行編程設(shè)計。程序功能完成后通過FPGA的AS接口下載到FPGA的配置芯片內(nèi)部。

三、總結(jié)

本文設(shè)計的頻率控制和信號切換一體設(shè)備，具備以下特點(diǎn)：

1）可同時無縫兼容HARRIS Digiatl1 CD激勵器和Flexiva? FAX激勵器：CD激勵器采用并口控制，而FAX激勵器采用以太網(wǎng)SNMP協(xié)議控制。

2）大容量N+1配置：可應(yīng)用于最多12+1方式下的調(diào)頻備份系統(tǒng)。

3）雙通道AES/EBU信號源的獨(dú)立并行輸出：滿足HARRIS 激勵器自身實(shí)現(xiàn)其主備信號源自動切換的要求。

4）多樣化的擴(kuò)展接口：具備并行GPIO和串行RS232、網(wǎng)絡(luò)RJ45接口，可與同軸倒換控制、遠(yuǎn)程控制計算機(jī)組成智能化N+1調(diào)頻倒換監(jiān)控系統(tǒng)。

【參考資料】

[1].吳繼華.ALTERA FPGA/CPLD設(shè)計.人民郵電出版社,2011

[2].夏宇聞.Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計教程（第2版）.北京航空航天大學(xué)出版社,2008

[3].李明江.SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議.電子工業(yè)出版社,2007

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