FM數(shù)字激勵(lì)器的原理分析與故障處理

黃海濤

摘要：FM數(shù)字激勵(lì)器是調(diào)頻發(fā)射機(jī)的核心，本文對(duì)其工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并結(jié)合電臺(tái)實(shí)際運(yùn)用情況對(duì)使用時(shí)處理的故障情況進(jìn)行了總結(jié)與分析。

關(guān)鍵詞：音頻處理；調(diào)制器；功放；故障處理

FM數(shù)字激勵(lì)器采用DDS技術(shù)產(chǎn)生調(diào)制載波，采用DSP技術(shù)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波、預(yù)加重、立體聲編碼、載波調(diào)制等。與普通模擬激勵(lì)器相比，F(xiàn)M數(shù)字激勵(lì)器因采用了數(shù)字化的處理技術(shù)，它的各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)高于模擬激勵(lì)器，對(duì)輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定度、相位及幅度可以準(zhǔn)確的控制，確保了激勵(lì)器之間的指標(biāo)一致性和穩(wěn)定性。

一、電路工作原理

數(shù)字激勵(lì)器采用模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，由音頻處理器模塊、調(diào)制器模塊、監(jiān)控保護(hù)模塊和激勵(lì)器功放及電源模塊組成。數(shù)字調(diào)制激勵(lì)器將音頻輸入信號(hào)和附加業(yè)務(wù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號(hào)后，由調(diào)制器調(diào)制到調(diào)頻載波上，功放放大后輸出。

1、音頻處理器模塊。數(shù)字調(diào)制激勵(lì)器的音頻處理器模塊實(shí)現(xiàn)立體聲編碼，它提供了單生、立體聲和MPX音頻信號(hào)輸入接口和其他附加業(yè)務(wù)信道信號(hào)接口，現(xiàn)在多數(shù)音頻處理器模塊還提供AES/EBU等數(shù)字音頻接口。音頻處理器模塊由音頻預(yù)處理電路、預(yù)加重電路和立體聲編碼器與限幅器構(gòu)成。音頻預(yù)處理電路通過(guò)設(shè)置音頻衰減器的衰減量，改變音頻輸入阻抗等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整音頻信號(hào)輸入幅度的功能，正常情況下使用標(biāo)稱(chēng)音頻電平輸入時(shí)，輸出信號(hào)相對(duì)于載波的頻率偏移是75kHz。音頻處理器模塊提供3種預(yù)加重信號(hào)處理方式，75μS預(yù)加重，50μS預(yù)加重及0μS預(yù)加重（即無(wú)預(yù)加重方式），可以通過(guò)設(shè)置模擬開(kāi)關(guān)來(lái)選擇預(yù)加重常數(shù)。立體聲編碼的實(shí)現(xiàn)方式是采用軟開(kāi)關(guān)方式處理L/R路信號(hào)，之后和導(dǎo)頻19kHz信號(hào)混合。采用軟開(kāi)關(guān)的編碼方式比硬開(kāi)關(guān)或矩陣式編碼方式的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)的分離度和失真指標(biāo)好，信號(hào)編碼后成分有L/R信號(hào)、抑制副載波后的L/R的信號(hào)差和導(dǎo)頻。限幅器的作用是在輸入的音頻信號(hào)超過(guò)標(biāo)稱(chēng)電平時(shí)，通過(guò)調(diào)整復(fù)合信號(hào)的幅度來(lái)確保調(diào)制頻偏不致過(guò)大。

2、調(diào)制器模塊。調(diào)制器模塊包括電平調(diào)整與VCO壓控電路、鎖相頻率合成器、環(huán)路濾波器和VCO放大組成。電平調(diào)整的功能是處理音頻處理器模塊送來(lái)的合成基帶信號(hào)的電平幅度，使在標(biāo)稱(chēng)輸入時(shí)，滿足基帶信號(hào)調(diào)制度100%（75kHz頻偏）。VCO壓控電路產(chǎn)生調(diào)頻載波的過(guò)程是直接調(diào)頻變?nèi)荻O管，產(chǎn)生的射頻信號(hào)由鎖相頻率合成器的分頻器分頻處理后與基準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較，輸出的差拍電壓進(jìn)入環(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器濾除和頻成分后信號(hào)返回VCO壓控，輸出的頻率進(jìn)一步接近鎖定頻率，直到鎖定鑒相器并提供鎖定指示。壓控振蕩器VCO輸出的調(diào)頻信號(hào)由輸出放大級(jí)進(jìn)行放大以提高輸出信號(hào)的抗干擾能力，輸出放大級(jí)只有在射頻輸出信號(hào)被鎖定的后才會(huì)工作，執(zhí)行放大功能。

3、監(jiān)控保護(hù)模塊。控制監(jiān)測(cè)保護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)音頻輸入信號(hào)和切換信號(hào)、AGC功率增益自動(dòng)控制保護(hù)、音量的自動(dòng)調(diào)整削波、提供遠(yuǎn)程控制接口及實(shí)現(xiàn)同步等。對(duì)輸入的音頻信號(hào)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控以檢測(cè)音頻信號(hào)的有無(wú)，檢測(cè)數(shù)字音頻信號(hào)接口是否存在故障，如果發(fā)射機(jī)有備份的音頻信號(hào)源，則在檢測(cè)到故障后根據(jù)備份的優(yōu)先級(jí)別切換到備份音頻信號(hào)源。功率控制保護(hù)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)的入/反射功率，通過(guò)檢測(cè)輸出的入/反射功率的檢波電壓與設(shè)定的跟蹤電壓來(lái)實(shí)時(shí)校正激勵(lì)器的輸出功率，維持發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定輸出。音頻自動(dòng)調(diào)整電路在調(diào)制頻偏大于110KHz時(shí)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行削波；當(dāng)出現(xiàn)多次削波時(shí)，將自動(dòng)減小音量；相反，當(dāng)音頻幅度長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到100%調(diào)制度時(shí)，將自動(dòng)提高音量。監(jiān)控保護(hù)模塊提供遠(yuǎn)程控制接口（RS485/RS232串口），上位機(jī)可以直接通過(guò)遠(yuǎn)程控制接口讀取激勵(lì)器的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置參數(shù)。同步電路依靠接入外部的1PPS信號(hào)和10MHz實(shí)現(xiàn)調(diào)整導(dǎo)頻相位和音頻延時(shí)，保證了相干范圍內(nèi)的導(dǎo)頻與音頻輸入同步。

4、激勵(lì)器功放和電源模塊。激勵(lì)器功放電路負(fù)責(zé)放大已調(diào)波信號(hào)，由功放模塊電路、低通濾波器電路和定向耦合器電路組成。一般30W激勵(lì)器功放都采用兩級(jí)放大方式，放大后的信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾除2次以上諧波，通過(guò)N型射頻插座輸出。定向耦合器位于濾波器之后，由耦合線和衰減電阻、檢波電路構(gòu)成，檢測(cè)到的信號(hào)作為入射功率和反射功率的采樣信號(hào)。電源模塊為開(kāi)關(guān)電源，可以有效地濾除文波和電磁干擾，保證了激勵(lì)器有一個(gè)可靠的指標(biāo)。

二、故障處理

結(jié)合調(diào)頻數(shù)字激勵(lì)器的實(shí)際運(yùn)用情況，F(xiàn)M數(shù)字激勵(lì)器常見(jiàn)的故障包括無(wú)音頻或音頻幅度低、報(bào)“過(guò)載”故障和“失鎖”。

1、無(wú)音頻或音頻幅度太低。檢查信號(hào)源，信號(hào)源與激勵(lì)器音頻輸入端之間的信號(hào)線，確保輸入激勵(lì)器的音頻信號(hào)正常。如果輸入的音頻信號(hào)無(wú)問(wèn)題，檢查監(jiān)控保護(hù)模塊的音頻自動(dòng)調(diào)整電路。

2、激勵(lì)器報(bào)“過(guò)載”故障。報(bào)“過(guò)載”故障時(shí)，反射功率會(huì)大于閾值，激勵(lì)器輸出功率將小于正常輸出值。此故障不是激勵(lì)器本身故障，而是激勵(lì)器的輸出端和后端設(shè)備連接出現(xiàn)問(wèn)題，一般是失配造成。檢查激勵(lì)器與后端設(shè)備連接線的連接情況，檢測(cè)設(shè)備的駐波比。

3、激勵(lì)器“失鎖”?！笆фi”是調(diào)制器模塊的鎖相環(huán)電路出現(xiàn)故障。調(diào)制器的鎖相環(huán)路是一個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)路控制電路，判斷“失鎖”故障的依據(jù)是動(dòng)態(tài)環(huán)路的工作狀態(tài)。處理鎖相環(huán)路故障的過(guò)程如下：

（1）給激勵(lì)器上電，檢查電源電壓、壓控VCO電壓工作是否正常。

（2）如果電源和VCO電壓正常，檢查調(diào)制器模塊鑒相電路的頻率撥碼預(yù)置電路，必要時(shí)從新設(shè)置。（3）通過(guò)檢查鑒相電路輸入端的比較信號(hào)可縮小故障范圍，檢查鎖相頻率合成器的分頻器和參考頻率電路，看是否參考頻率發(fā)生改變，實(shí)際處理故障中常見(jiàn)的原因是晶體外接的起振電容的容值改變導(dǎo)致故障產(chǎn)生。

（4）如果鑒相器輸出的參考頻率正常，需要檢查載波信號(hào)的采樣。檢查分頻器、VCO壓控振蕩器，可采用逐級(jí)替換集成電路的辦法來(lái)迅速確定故障點(diǎn)。

（5）檢查調(diào)制器環(huán)路濾波器電路，看是否存在電容漏電或虛焊現(xiàn)象。按以上步驟檢查后還不能決解決問(wèn)題，就直接更換鑒相器集成電路。

結(jié)束語(yǔ)：

FM數(shù)字激勵(lì)器技術(shù)先進(jìn)，指標(biāo)好，工作性能穩(wěn)定。本文對(duì)其工作原理和常見(jiàn)故障的分析是建立在實(shí)際應(yīng)用維護(hù)中總結(jié)出來(lái)的，具有一定的借鑒意義。