全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)數(shù)字調(diào)制原理

宗啟章

【摘要】與用模擬音頻信號(hào)直接調(diào)制不同，數(shù)字調(diào)制方式首先必須將音頻信號(hào)數(shù)字化，然后再用數(shù)字化后的信號(hào)去控制功放模塊的開與關(guān)，因而便產(chǎn)生了與模擬調(diào)制很大的不同。

【關(guān)鍵詞】中波廣播發(fā)射機(jī);數(shù)字調(diào)制

中圖分類號(hào)：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.01.012

以上海明珠公司生產(chǎn)的TSD-10全固態(tài)數(shù)字調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī)為例，介紹數(shù)字調(diào)制原理。其詳細(xì)過(guò)程如下：

1. 模擬信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程

就是通常所講的模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換過(guò)程，包括采樣、保持、量化、編碼和傳遞過(guò)程。對(duì)于TSD-10型機(jī)，這些過(guò)程都在A34（A/D轉(zhuǎn)換）板上完成。

1.1 取樣和保持

取樣就是按一定頻率對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行取值，這樣就把原來(lái)在時(shí)間、數(shù)值上連續(xù)的一些音頻數(shù)值變?yōu)殡x散值。要想使經(jīng)過(guò)量化、編碼和數(shù)/模轉(zhuǎn)換等過(guò)程后還原的音頻信號(hào)失真度能夠保持在允許的范圍內(nèi)，必須遵循采樣定理：使采樣頻率達(dá)到音頻信號(hào)最高頻率的2倍以上，即f采樣≥f音頻max。由于每次把采樣電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時(shí)間，所以在每次采樣后，必須把采樣電壓保持一段時(shí)間。

1.2 量化和編碼

由于采樣得到的是一些在時(shí)間和數(shù)值上都不連續(xù)的離散值，因而想用數(shù)字量來(lái)表示時(shí)，必須先把它們轉(zhuǎn)化成以某個(gè)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍才行，而這個(gè)轉(zhuǎn)化的過(guò)程就是量化，量化后得到的便是數(shù)字信號(hào)。這里的最小單位是人為規(guī)定的，就叫它量化單位，數(shù)字信號(hào)最低有效位中的“1”所表示的數(shù)量大小就等于量化單位。把量化后的數(shù)值用二進(jìn)制代碼來(lái)表示的過(guò)程就稱為編碼。必須說(shuō)明的是，在TSD-10中，把每個(gè)取樣點(diǎn)上的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成了12位的數(shù)字信號(hào)，也就是說(shuō)，輸入到A34上的模擬音頻信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后最終輸出到下一個(gè)編碼環(huán)節(jié)的是一些12比特——B1～B12的數(shù)字流。

2. 調(diào)制編碼過(guò)程

這是數(shù)字調(diào)制的核心部分。如果把A/D轉(zhuǎn)換板來(lái)的12位數(shù)字信號(hào)，按純二進(jìn)制量化臺(tái)階進(jìn)行轉(zhuǎn)化（每1位控制一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換臺(tái)階，12位需12個(gè)臺(tái)階即可），則可得到212=4096個(gè)量化臺(tái)階，發(fā)射機(jī)信噪比在理論上可達(dá)到73.76dB，但在實(shí)際發(fā)射較高功率如10KW時(shí)，這種純二進(jìn)制量化臺(tái)階的方式不可能實(shí)現(xiàn)。在TSD-10機(jī)中采用了把12位數(shù)字信號(hào)分為兩組的辦法，一組是12位數(shù)字信號(hào)中的低6位——B7～B12，用它們分別直接控制6個(gè)臺(tái)階的通斷，另一組是高6位——B1～B6，用它們?nèi)タ刂?2個(gè)臺(tái)階的通斷。TSD-10機(jī)用這種方法也可使發(fā)射機(jī)的分辨率達(dá)到2751，相對(duì)應(yīng)的數(shù)字位數(shù)約為11.42位，整機(jī)信噪比大于為70dB。

2.1 二進(jìn)制臺(tái)階

12位數(shù)字信號(hào)中的低6位直接控制6個(gè)臺(tái)階的通斷，由于這些臺(tái)階功放模塊的合成輸出射頻電壓分別是后面大臺(tái)階的1/64、1/32、1/16、……1/2，因而稱其為小臺(tái)階，用它們刻畫音頻細(xì)節(jié)，其目的是提高由調(diào)幅波還原的音頻信號(hào)的分辨率，從而減小失真。B7～B12與六個(gè)小臺(tái)階的對(duì)應(yīng)關(guān)系如：表1，具體的控制方式是：二進(jìn)制數(shù)位上的數(shù)字為“1”時(shí)，控制轉(zhuǎn)換臺(tái)階導(dǎo)通工作，為“0”時(shí)，不工作。

2.2 大臺(tái)階

12位數(shù)字信號(hào)中的高6——B1～B6位，不是直接去控制臺(tái)階的通斷，而是把它們作為地址碼，去讀取只讀存貯器（ROM）中的數(shù)據(jù)，由這些存貯的數(shù)據(jù)去控制臺(tái)階的通斷，這些數(shù)據(jù)在出廠時(shí)就已由生產(chǎn)廠家寫入。每個(gè)ROM的地址及其內(nèi)存貯的數(shù)據(jù)各不相同，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2。在TSD-10機(jī)中，使用了6個(gè)這樣的ROM去控制42個(gè)大臺(tái)階的通斷，由于它們使用的工作電壓相等，均為230V，因而形成了輸出合成功率的主要部分。

本機(jī)所采用的ROM為DM74LS471N，其輸入輸出各有8個(gè)端子，在TSD-10中僅用其中的8個(gè)輸出端和6個(gè)輸入端，有2個(gè)輸入端未接，因而表中與B7、B8對(duì)應(yīng)的輸入端填入“×”，表示無(wú)論它輸入什么值都不會(huì)影響輸出。

這樣，某時(shí)刻高6位是某一數(shù)值時(shí)，則這6個(gè)ROM就輸出相應(yīng)的42個(gè)開關(guān)信號(hào)，最終的結(jié)果是高6位二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)字是多少，則有多少個(gè)大臺(tái)階功放模塊被打開。比如：某時(shí)刻數(shù)據(jù)流為101011011011，則對(duì)應(yīng)的B1～B12如表3。

這時(shí)，小臺(tái)階部分的導(dǎo)通情況為：1/64、1/32、1/8、1/4共4個(gè)小臺(tái)階功放模塊導(dǎo)通工作，1/16、1/2關(guān)閉;大臺(tái)階部分的導(dǎo)通情況為：有20+21+25=35塊大臺(tái)階功放模塊導(dǎo)通工作，其余后7塊不工作。這時(shí)的12位數(shù)字共開通4+35=39塊模塊，由它們?cè)诠β屎铣砂迳瞎灿靡粋€(gè)次級(jí)合成輸出帶有“音頻信號(hào)”樣包絡(luò)的輸出已調(diào)波。

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