DX中波廣播發(fā)射機A/D轉換電路系統(tǒng)分析

肖穆軍 肖叢敏

【摘要】DX中波廣播發(fā)射機的A/D轉換電路由復合的“音頻+直流”信號輸入電路，A/D轉換電路和數(shù)據(jù)緩沖/驅動電路組成，將模擬輸入電路送來的“音頻+直流”復合信號轉換為12bit的數(shù)字音頻流，作為RF功放模塊開通和關斷的控制信號。

【關鍵詞】電路功能；工作原理

A/D轉換電路采用逐次漸近比較集成電路芯片AD1671作為轉換器。A/D轉換器芯片AD1671把模擬輸入電路送來的“音頻+直流”信號變換成數(shù)字音頻信號，數(shù)字音頻信號確定了某一時刻射頻功放模塊的開通和截止數(shù)量?！耙纛l+直流”信號被發(fā)射機載波頻率分頻后的410～820kHz頻率所采樣，確定了轉換的時間范圍約為1.2～2.5μs。通過發(fā)射機工作頻率的采樣，確定了A/D轉換與射頻采樣的同步實現(xiàn)，即“過零點切換”，射頻激勵信號在功放管不導通時過零點。A/D轉換后的數(shù)字音頻信號被放置在鎖存器中，等待調制編碼器來取用。

一、A/D轉換電路實現(xiàn)的功能分析

由模擬輸入板送來的“音頻+直流”復合信號經(jīng)過緩沖放大器放大后，送至A/D轉換器AD1671，采樣速度（由載波頻率決定）約2μs左右，模擬信號經(jīng)高速模數(shù)轉換變成12bit的數(shù)字音頻信號。A/D轉換器和RF取樣電路同步工作，由分頻電路分頻后的RF信號被RF取樣信號電路采樣，同時給A/D轉換器提供“開始編碼”信號，A/D轉換器瞬間將模擬音頻信號轉為數(shù)字信號，A/D轉換器的輸出端B1至B12為12bit的數(shù)字信號，同時給RF采樣電路一個“數(shù)據(jù)完成”的確認信號。RF取樣電路提供一個“負載輸出”信號，控制12bit數(shù)字信號的鎖存，數(shù)據(jù)鎖存器一直鎖存轉換后的數(shù)據(jù)直至下一次變換完成，12bit數(shù)字音頻信號作為調制信號送入調制編碼電路。一路12bit數(shù)字信號的高8位經(jīng)D/A脈沖變換后產生大臺階同步信號，經(jīng)緩沖整形后送至模擬輸入電路用于抖動電路的觸發(fā)。當位于大臺階位置的RF功放模塊被導通后，少部分的大臺階導通同步分量被反饋到A/D轉換的輸入中，保證A/D轉換的穩(wěn)定性，確保該功放模塊被充分導通，相當于正反饋；當處于一個大臺階的RF功放模塊被截止時，少部分的大臺階截止同步分量被反饋到A/D轉換的輸入中，降低了A/D轉換的輸入量，保證A/D轉換穩(wěn)定的截止該RF功放模塊的工作，相當于負反饋。另一路12bit數(shù)字信號經(jīng)D/A變換，在RF采樣信號控制下，還原成“音頻+直流”信號，再生成音頻模擬信號用于維護電路。RF取樣電路同時監(jiān)測載波，當載波出現(xiàn)故障后，時序就被打亂，它會發(fā)出一個“轉換故障”錯誤信號，A/D轉換器不在進行轉換工作，同時射頻信號被立刻封鎖。

二、AD轉換電路工作原理分析

A/D轉換電路的復合音頻輸入信號來自模擬輸入電路，它是由音頻信號、直流信號和超音頻三角波抖動信號組成的復合信號。其中直流分量控制的RF功放模塊的開啟數(shù)量決定了發(fā)射機輸出的載波功率，音頻分量控制的RF功放模塊的開啟數(shù)量決定了調制的幅度大小。為了使輸入的音頻復合信號有一個較高的信噪比，它的輸入電平都比較高。信號經(jīng)反相運算放大器N1放大后獲得的增益為0.5，降低幅度的音頻復合信號滿足A/D轉換芯片AD1671的電平輸入要求。反相運算放大器N1起隔離保護的作用。當發(fā)生“大臺階”輸出快速變化時，A/D轉換的過程中，不能確定最后一位的輸出狀態(tài)，可能會發(fā)生返回前一個狀態(tài)的情況，導致大臺階之間反復動作，產生調制輸出尖峰脈沖的情況，導致不必要的臺階開關工作。反饋來的大臺階包絡抖動小信號經(jīng)電阻R1輸入到N1反相端，此小信號和“音頻+直流”信號經(jīng)運放后提高了A/D轉換器的輸入分量，穩(wěn)定了轉換過程，使A/D轉換過程不會返回到上一個臺階狀態(tài)。穩(wěn)壓二極管V1和V2的導通電壓為0.5V，防止了反相放大器輸入過壓和電壓電平為負值。二極管V3為4.7V穩(wěn)壓管，防止音頻復合信號超過5V。

2.AD1671模/數(shù)轉換電路

A/D轉換芯片AD1671和延時器K1，K2組成的電路完成信號的模擬到數(shù)字的轉換，電路如圖3所示。芯片AD1671是一個12位模數(shù)轉換芯片，它的轉換時間為800ns。AIN1（23腳）輸入的是0～+5VDC的“音頻+直流”單極性信號，為了保證“音頻+直流”信號的單極性，芯片的35腳和26腳短接。AIN2（22腳）通過R6接地，通過電阻R7和調節(jié)電位器W1，獲取一個直流電平的方式來把偏移量，線性誤差及增益調整到近似0。AD1671芯片包括了A/D轉換和采樣保持兩個部分，轉換信號被17腳ENCODE所控制，在采樣時需要維持20～50ns的高電平，在A/D轉換時轉變?yōu)榈碗娖?。轉換工作結束時16腳輸出一個300ns 負脈沖“DAV”信號，AD1671正常工作時，每一個轉換周期都會產生一個“DAV”信號。17腳的ENCODE控制轉換信號，上升沿到來后進行RF采樣。12位數(shù)據(jù)線位于芯片的2～13腳，MSB（最高位）為13腳，LSB（最低位）為2腳。輸入低電平0V時，輸出的數(shù)字信號為“000000000000”；輸入高電平5V時輸出數(shù)字信號為“111111111111”。16腳為數(shù)據(jù)有效端，12位數(shù)線轉換結束后，輸出“DAV”確定轉換有效并結束。

3.數(shù)據(jù)鎖存緩沖電路

每個轉換周期開始時，上一個周期轉換輸出的數(shù)字音頻信號必須被送至鎖存器。轉換周期結束后輸出地“DAV”信號被K1延時450ns后分成兩路信號。一路被K2延時60ns后送入數(shù)據(jù)鎖存器，用來做鎖存本周起產生12bit數(shù)字信號的控制信號；另一路作為數(shù)據(jù)選通信號，控制數(shù)據(jù)輸入到調制編碼電路。鎖存器輸出的數(shù)據(jù)音頻信號經(jīng)緩沖驅動后送至調制編碼電路進行編碼，緩沖/驅動器有6個單元，可以驅動6路數(shù)據(jù)音頻信號。每個單元都為集電極開路輸出，輸出端對地由電阻構成一個5V分壓器。輸入高電平時，輸出晶體管關閉，輸出3.4V電壓；輸入低電平時，晶體管導通，輸出為零。鎖存器的數(shù)據(jù)清零信號來自A/D轉換電路的故障檢測器。當模A/D轉換電路的射頻采樣或模數(shù)轉換發(fā)生故障時數(shù)據(jù)鎖存器的數(shù)據(jù)清零端就會接收到由故障檢測器發(fā)送來的一個負脈沖，從而使鎖存器的輸出全部清零?？紤]到系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性。A/D轉換電路的鎖存器鎖存的信號定于DAV信號上升沿之后的60ns，去調制編碼電路的數(shù)據(jù)存儲信號為下降沿有效，每當一個下降沿發(fā)生時功放的開通數(shù)據(jù)將會更新一次，也即功放的開通數(shù)據(jù)將在下一次模數(shù)轉換開始時被更新。

4.故障檢測電路

在A/D轉換器板上有檢測是否收到時鐘信號和A/D轉換器是否工作正常的電路。故障檢測電路使用三個可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。如果故障被檢測到，轉換故障（變換誤差）邏輯信號將變?yōu)榈碗娖剑⑶沂笰/D轉換電路和調制編碼電路上的兩組存貯數(shù)據(jù)用的鎖存器清零（輸出全部為零）。時鐘故障-L信號和A/D轉換器故障-L信號送入一個“與門”的輸入端，這個與門的輸出是“轉換故障-L”信號。如果轉換故障-L信號變?yōu)榈碗娖剑瑒t觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出為一個10μs的負脈沖。這個負脈沖通過與門電路的傳輸，引起“清零-L”信號變?yōu)榈碗娖?。這就確保只要有故障就會引起驅動RF功放模塊的相應數(shù)據(jù)位被清零至少10μs時間。由一個運算放大器的反相輸入端通過兩個電阻構成的分壓器電路接入+1.4VDC電壓， 實現(xiàn)比較器功能。如果有故障，與門輸出將變?yōu)榈碗娖剑@將引起雙色發(fā)光二極管顯示紅色，作為故障指示信號。如果沒有故障，則與門輸出高電平，從而使雙色發(fā)光二極管顯示為綠色，作為工作正常指示信號。

三、結束語

A/D轉換電路為DX中波發(fā)射機的重要組成部分，本文從功能和原理上對其進行了詳細的技術分析，對電臺維護工作可以提供一定的參考，具有一定的借鑒意義。