蔚長征

摘要：本文簡單介紹應用DMR2000數(shù)字調(diào)制器對TBH-522型PSM150KW短波發(fā)射機調(diào)制控制器的升級改造，主要介紹DMR2000數(shù)字調(diào)制器中的綜合算法板。對綜合算法板中的音頻采樣率、基帶調(diào)制、功率控制功能和工頻噪聲補償?shù)裙δ苓M行簡單介紹，重點分析分段式數(shù)字預失真處理技術(shù)和△—PWM技術(shù)。簡單說明操作和維護方法。

關(guān)鍵詞：調(diào)制器 綜合算法 發(fā)射機

中圖分類號：TN838 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0135-02

1 調(diào)制控制器的升級改造的意義

TBH-522型150KW短波發(fā)射機低周采用的是脈沖階梯調(diào)制（PSM），是上世紀80年代開發(fā)的調(diào)制技術(shù)，在世界范圍內(nèi)的到廣泛應用，使發(fā)射機的效率和可靠性的到了提高。PSM調(diào)制器主要由“階梯放大器”和“調(diào)制控制器”兩部分組成。是把階梯電壓的直流分量轉(zhuǎn)化為高頻載波功率，音頻分量轉(zhuǎn)化為高頻邊帶功率，將主整和調(diào)幅器合二為一，提供階梯電壓的裝置。數(shù)字調(diào)制器的使用使PSM調(diào)制器實現(xiàn)了數(shù)字化，改善了發(fā)射機電聲指標，提高了我臺發(fā)射機廣播覆蓋及實驗任務的發(fā)射效果，滿足了優(yōu)質(zhì)播出的要求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

DMR2000數(shù)字調(diào)制控制器主要由：電源板、控制接口板、音頻轉(zhuǎn)換板、綜合算法板、調(diào)制接口板、光發(fā)光收板。數(shù)字調(diào)制控制器主從（MAST-SLAVE）式異步并線結(jié)構(gòu)，MAST端由綜合算法板上的DSP控制，其他板卡處于總線的SLAVE端。

綜合算法板作為數(shù)字調(diào)制器的核心處理單元，可用于調(diào)節(jié)發(fā)射機電聲指標和簾柵的起步電壓及簾柵電壓的放大倍數(shù)，設置浮動載波以及音頻加功率輸入幅度和簾柵模塊正常工作指示。

3 綜合算法板的面板功能（見圖1）

UART與電腦端連接，用于調(diào)節(jié)信噪比、失真、頻響指示的補償參數(shù)，讀取模塊狀態(tài)等。

C1、C2、C3為機械編碼器，C1是調(diào)節(jié)簾柵的起步電壓，C2簾柵電壓，C3是設置浮動載波（C1、C2必須在發(fā)射機未加高壓的情況下調(diào)節(jié)）。

A1指示燈FPGA程序加載完畢。

A2-A8指示燈為音頻加功率輸入幅度指示，隨著音頻幅度以及功率增加指示燈由A8開始向上逐一亮起。（A10、A11，B10、B11，B1-B8暫未使用）。

A12、A13為兩個簾柵模塊工作正常指示（兩個綠燈亮為工作正常），B12、B13為兩個簾柵模塊故障指示（紅燈亮為簾柵模塊故障）。

AUDIO為PSM音頻信號輸入、STEP為PSM階梯信號輸出。

4 綜合算法板的功能（見圖2）

綜合算法板主要包括音頻采樣率轉(zhuǎn)換、音頻信號的基帶調(diào)制、△—PWM、功率控制、自動增益控制、簾柵控制、指標補償?shù)裙δ堋?/p>

4.1 音頻采樣率轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)利用ADSP—21369系統(tǒng)內(nèi)部集成的兩個異步采樣率轉(zhuǎn)換器，將PSM調(diào)制器量化噪聲能量調(diào)制到PSM解調(diào)器通頻帶外，取得較高的音頻信號采樣率。對外部解碼設備的PCM音頻信號進行采樣率轉(zhuǎn)換，將采樣率統(tǒng)一到同一頻率送DSP處理。DSP根據(jù)固定的碼率進行基帶調(diào)制計算。

4.2 數(shù)字預失真的處理

發(fā)射機低周系統(tǒng)的信號失真隨著頻率的升高，失真嚴重，正負峰不對稱。調(diào)制器改造前，抑制輸出失真的采用了兩個辦法：

（1）對簾柵電源兩個功率模塊采用了PDM脈沖的控制方式，改善失真。（2）在音頻通路板中加入70KHZ的三角波信號，使得輸入音頻信號頻率的升高，形成PDM的補償脈沖也相應增加，音頻信號無論頻率高低，失真保持不變。

數(shù)字調(diào)制器采用分段式數(shù)字預失真補償?shù)姆椒▉砀纳瓢l(fā)射機輸出失真，數(shù)字預失真處理系統(tǒng)可以有效改善發(fā)射機系統(tǒng)的非線性失真，并且優(yōu)于模擬系統(tǒng)。但是局限性是只是針對低周系統(tǒng)所做的預失真補償，不能校正高末級處于一定程度的失諧時，所產(chǎn)生的諧波失真。

4.3 音頻信號的基帶調(diào)制

基帶調(diào)制主要完成AM預調(diào)制和浮動載波控制。

（1）AM預調(diào)制：進行固定載波的AM預調(diào)制，在音頻信號上疊加直流分量。得到信號表達式：

X[i]=A（1+mx（i））

其中A是調(diào)制信號的幅度，X（i）是音頻信號，m是調(diào)幅度。當AM預調(diào)制信號X[i]經(jīng)階梯放大后送往調(diào)制級后，被高末級電子管整體調(diào)制載頻上去，直流分量即成為載波分量，音頻分量即成為包絡信號，這里叫AM預調(diào)制。

（2）浮動載波控制仍沿用PSM調(diào)制器的控制方法，輸出載波電平根據(jù)調(diào)幅度的大小作上下波動，地調(diào)幅輸出電壓較小，高調(diào)幅輸出電壓大。浮動載波的功能是在不影響收聽效果的前提下節(jié)約電能。

4.4 △—PWM調(diào)制

“△—PWM調(diào)制”技術(shù)是△-∑（Sigma Delta）調(diào)制技術(shù)與PWM（Pulse Width Modulation）調(diào)制技術(shù)的結(jié)合。

△-PWM調(diào)制算法，設計思路來源于多比特△-∑調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)輸入信號與輸出信號（輸出信號指的是算法對階梯放大器實際輸出信號的模擬）之間的誤差進行單比特的PWM調(diào)制。

利用了△-∑調(diào)制反饋思想和PWM調(diào)制的簡單性和穩(wěn)定性。既解決了多比特△-∑調(diào)制器系統(tǒng)不穩(wěn)定問題，又對階梯放大器的非思想特性進行“階梯修正技術(shù)”，在很大程度上抑制了PSM發(fā)射機固有的循環(huán)噪聲。

利用“過抽樣”和“噪聲整形”技術(shù)將階梯放大器的量化噪聲調(diào)制到音頻帶外高頻端，以利用解調(diào)濾波器加以濾除。

利用數(shù)字積分器的環(huán)路反饋的修正效果，來改善階梯放大器的非理想特性。

4.5 功率控制

包括功率模式選擇，功率升降控制、削波處理、及功率封鎖。發(fā)射機功率模塊已全部采用數(shù)字模塊，可對發(fā)射機輸出功率大小進行控制，在發(fā)射機出現(xiàn)故障時自動轉(zhuǎn)換到低功率工作狀態(tài)，直至封鎖全部輸出功率。 當功率模塊不工作達到一定數(shù)量時，可以自動降低輸出功率寄存器的功率值來保證輸出波形出現(xiàn)切頂失真。

4.6 自動增益控制

調(diào)制器電壓和簾柵電壓的輸出都根據(jù)功率實測的輸出電壓進行增益控制。 解決機房供電輸出電壓隨著發(fā)射機的運行數(shù)量的變化，產(chǎn)生較大波動的問題。保護了電子管、真空電容等大型真空器件，保證了發(fā)射機輸出功率穩(wěn)定。

4.7 簾柵控制

高末簾柵級電壓隨著功率的變化而變化，音頻信號的低頻分量參與了簾柵統(tǒng)調(diào)，以降低發(fā)射機的低頻失真。

4.8 指標補償

（1）循環(huán)噪聲：由輸入與輸出之間的誤差信號來驅(qū)動調(diào)制器功率模塊的開關(guān)，最終使調(diào)制器的輸出與輸入信號達到最小的誤差。使用信號差分器計算輸入信號與 PSM 調(diào)制器輸出信號之間的誤差； PSM合成器根據(jù)目前功率模塊的使用情況來估計PSM 調(diào)制器的輸出。模塊電壓查找表存儲歸一化的功率模塊輸出電壓；模塊地址管理器：模塊的循環(huán)使用，動態(tài)的實現(xiàn)功率模地址的插入和刪除以及功率模塊電壓的刷新；PDM調(diào)制器根據(jù)誤差信號生成功率模塊開關(guān)控制信號。

（2）電源工頻噪聲的補償：進行預補償可抵消功率模塊輸出含300HZ及諧波成分；交流燈絲產(chǎn)生的100HZ 及諧波分量；低調(diào)制控制器采用模擬信號源時，橋式整流殘存的100KHZ噪聲及諧波分量。

4.9 系統(tǒng)操作及總線維護

通過板上的機械編碼器和撥碼開關(guān)對系統(tǒng)進行設置。

通過串行通信接口進行補償參數(shù)的調(diào)整，查看系統(tǒng)設置及功率模塊的正常電壓和過壓、過流保護等狀態(tài)。

ADSP—21369占用總線的主控端，可以訪問和控制總線上掛載的所有設備。但是發(fā)射機的保護系統(tǒng)是獨立于總線管理之外的，有最高操作權(quán)限。

綜合算法板完成了數(shù)字調(diào)制器信號的主要功能，其他板塊只是提供外圍功能接口，簡化了電路設計，節(jié)約了板卡的使用數(shù)量，降低了維護人員的維護量。綜合算法板使用處理芯片的資源還不到20%，系統(tǒng)還具有很高的研發(fā)空間。