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转播与发射
基于DDS技术的中波同步广播激励器的应用
365棋牌手机官网下载安装作者:隆伯超 李义广 广电总局602台 应毓海 安徽广播影视职业技术学院 刘维峰 广电总局58 日期:2012/4/1 14:49:47 人气: 标签:

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摘? 要:本文通过对DDS技术的叙述,重点介绍利用基于DDS技术的数字化中波同步激励器,阐述中波同步广播激励器在我台实际中的应用,从而提升了中波同步广播发射的运行质量。

关键词:中波同步广播?? 单频网?? DDS

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0 引言

我国是一个地域广阔的国家,中波广播在我国应用非常广泛。改革开放以来,由于我国经济的飞速发展,广播事业也得到了极大的发展,中波广播已发展成为我国重要的信息传输手段。特别是近年来,在自然灭害发生时的紧急广播中,中波广播更是不可或缺。上世纪六十年代我国开始使用中波同步广播技术,现在中波同步广播技术得到了广泛应用。尤其是上世纪九十年代,利用智能化的中波同步激励器构建了中波同步广播覆盖网,为我国的广播事业快速发展提供了坚实的技术保证。近年来数字技术飞速发展,数字技术在同步广播技术中得到广泛应用,使得中波同步广播技术发生新的变化.本文就数字化技术在中波同步广播覆盖中的应用做一些介绍。

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1 DDS技术原理

DDS是直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer)的缩写,是1971年美国学者J.Tierncy.C.M.Rader和B.Goid提出的,由于近年来的器件和技术的提高,DDS技术在频率合成方面体现了优越性能,得到了广泛的应用。直接数字频率合成器(DDS)由基准时钟、相位累加器、波形 存储器、D/A转换器和低通滤波器(LPF)五部分构成,如图1。

相位累加器由N位加法器和N位寄存器构成。每来一个时钟Clock,加法器就将频率控制字与累加寄存器输出的累加相位数据相加,相加的结果又被送至累加寄存器的数据输入端,以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续率控制字相加。这样,相位累加器在时钟作用下,不断对频率控制字进行线性累加。由此可以看出,相位累加器在每一个时钟脉冲输入时,把频率控制字累加一次,相位累加器输出的数据就是合成信号的相位,相位累加器的溢出频率就是输出的信号频率。用相位累加器输出的数据作为波形存储器(ROM)的相位地址,这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)经查找表完成相位到幅值转换。波形存储器的输出送到D/A转换器。由D/A转换器将信号转换成模拟信号输出。

1、AD9859芯片???

HQ-10型中波同步广播激励器是基于AD9859芯片构成。AD9859的内部功能图见图2。

AD9859是ADI公司生产的高集成度的数字频率合成器,它的内核最高可以工作在400MHz。外部时钟信号可以选择直接输入DDS内核或者通过AD9859内部的一个可编程的参考时钟乘法器输入内核。AD9859内部集成了一个高速高性能的10位DAC来产生数字化可编程的频率高达200MHz的模拟正弦波形输出,此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出。

AD9859支持多种时钟模式并且支持差分或单端输入时钟,可以通过向相关寄存器内写入控制字来使用片内晶振或者锁相环参考时钟乘法器。而系统时钟则是由CLK MODESELECT管脚的输入与寄存器CFRl<4>、CFR2<7:3>中的数据来共同支配AD 9859到六种工作模式中的一种来产生。

单频工作模式是芯片默认的工作模式。当复位时,寄存器清零;当工作时,用户向寄存器中写入频率控制字即可获得DDS所需频率点的单频输出。输出电流幅度可由芯片内的数字乘法器的幅度控制功能来调整。在单频工作模式下,频率控制字的值被储存在寄存器FTW0中随后被截断送入相位累加器。这个值被手动修改,通过在I/O UPDATE时钟脉冲到达时向FTW0中写入新的频率控制字实现。相位调节则需要通过相位补偿寄存器实现。

在AD9859中,重要的是有内部时钟和外部时钟的UPDATE CLOCK功能。输入AD9859中的数据是和SYNC-CLK的信号同步的,这个信号通过SYNC-CLK脚供给外部用户,I/O UPDATE在SYNC-CLK的上升沿采样。也就是说当数据输入到AD9859的缓冲寄存器中时,并不会马上按输入指令开始工作。只有当一个SYNC-CLK时钟信号上升沿到来且I/O PDATE满足条件时,AD9859的缓冲寄存器才按输入指令开始输出数据到工作寄存器中。

在芯片内部,SYSCLK被送入一个四分频器来产生SYNC- CLK信号。当反向计数器计数到零的时候,DDS芯片自动更新SYNC-CLK时钟信号通过SYNC-CLK管脚提供给用户。这样可以通过强制外部硬件遵从SYNC-CLK的时序来实现外部硬件和内部时钟的同步。从图3可以看出在SYNC-CLK上升沿和I/O UPDATE高电平时,缓冲寄存器中的数据转移到DDS芯片的工作寄存器中。SYNC-CLK及I/O UPDATE管脚为用户提供了一个与系统时钟SYSCLK之间不变的潜在联系,也保证了当一个新的频率控制字或相位补偿值产生时模拟波形输出的连续性。图3表明了I/O UPDATE的时序周期和同步性。

2、ARM微处理器

ARM微处理器对DDS进行操作。AD9859是通过SPI方式来控制内部的寄存器状态的,基于ARM LPC2214只需对AD9859的SCLK、SDIO、 I/O UPDATE、三个I/O口进行操作,很容易把各种控制字写入AD9859的状态寄存器中,从而产生所需的频率。SCLK是控制字写入的时钟口,SDIO是控制字写入口,I/O UPDATE用来更新写入的寄存器的控制字状态。?

AD9859的频率输出后,经过一段椭圆滤波器滤波,再经过AD8132全差分放大器进行放大,然后经过耦合线圈将两路差分信号合成一路输出合成频率。

输入10M标准参考信号为FPGA测频的闸门时间,在闸门时间内对输入的待测信号进行计数,所计的数值暂存在FPGA内部。ARM与FPGA之间进行串行通信,只需4个I/O口就将数据读至ARM,这个通信方式类似SPI的时序。

3、基于AD9859的中波同步广播激励器性能特点

1)低噪声和低漂移

DDS系统中合成信号的频率稳定度直接由参考源的频率稳定度决定,合成信号的相位噪声与参考源的相位噪声相同。HQ- 10型中波同步广播激励器引入的由GPS信号产生的高精度高稳定度的10MHz参考源,稳定度达到1×10-11,所以合成信号频率输出稳定度和相位噪声的性能也极为优异。这是一般数字锁相环和模拟锁相环频率合成器所达不到的性能。

?2)输出信号幅度平坦

DDS的最低输出频率是所有的时钟频率的最小分辨率或相位累加器的分辨率。奈奎斯特采样定理保证了早直到该时钟频率一半的所有频率下,DAC都可以再现信号。

3)易于集成易于调整

DDS中几乎所有的部件都属于数字信号处理器件,除DAC和滤波器外,无需任何调整,从而降低了成本,简化了机器结构。

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2 DDS技术构成的HQ-10中波同步广播激励器

HQ-10中波同步广播激励器由GPS接收器、基准源和DDS频率合成器组成。

GPS接收器接收GPS信号,这个信号源由GPS卫星发送,发送的是时间信号,这个时间信号源的换算为频率指标,频率稳定度为10-13,经过长距离传输,被接收器接收.

在基准源里,接收器将接收到时间码信息转换为频率信息,这个过程由计算机控制,加上信号源甄别功能和信号源溯源中断保持功能,使得输出的基准频率稳定度很高而且稳定,这是本激励器的特有功能。GPS信号众所周知,时间信号源精度和频率稳定度很高,实际上,在服务过程中是不稳定的,常受到各种自然和人为因素的干扰,在使用过程中有必要采取措施加以甄别和过滤,还要有精度(本文取精度和稳定度同意)保持功能,保证基准源输出的频率稳定度连续稳定。当基准源异常时,要求同步激励器必须具有GPS授时信号可用性的甄别能力,确保溯源跟踪的有效性。同时,要求内置高稳定度的振荡器,GPS授时系统可用时,内置振荡器跟踪GPS,被同步修正;不可用时,内置振荡器脱离跟踪同步,进入精度保持状态,并且在一个相当长时间内,满足中波同步广播的技术要求。

在DDS频率合成器中,利用DDS技术将高精度高稳定度的基准源合成为各种频率.系统总体硬件设计方案框图见图4。本系统主要由系统控制部分、频率合成部分和系统输出部分组成。其中控制部分的主要任务是完成对DDS芯片AD9859YSV频率控制字和控制信号以及选用的ARM芯片LPC2138和FPGA芯片EPlC3T144C8的控制信号和同步时钟的引入。频率合成部分则主要是AD9859YSV通过输入的频率控制字FTW和选用的乘法器的倍频系数来合成所需的频率输出。而输出部分则完成滤波、放大和显示的功能。其中利用运算放大器AD8390实现DDS输出波形的放大功能,利用键盘输入控制四路DDS合成频率的输出通道以及输出频率大小的测量并及时送到液晶显示。

?HQ-10中波同步厂播激励器就是基于DDS技术,具有信号源甄别和精度保持功能的同步频率源设备,满足频率稳定度为10-10而且连续稳定的要求,由此种技术支持的中波同步广播覆盖网才能正常稳定运行,也才是真正意义上的中波同步广播覆盖网。

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3 中波同步广播激励器的应用

我台两台哈里斯DX200中波发射机,以前均使用发射机自带晶振源板作为频率源,频率稳定度为±5Hz,但实际工作中自台监测最差到过±7Hz,监测中心报的最大频偏高达11Hz。我台经过选择论证决定改用HQ-10中波同步广播激励器,外接至发射机。

DX200中波发射机射频接口板,提供Q9头的外部激励器接口,只需将跳线P3从2、3短接改为1、2短接即可使用外部激励器。DX200要求外部激励为方波(4~4.5VP-P,20k?;0.22V-4Vrms,50?),但外部输入后有两只1N914二极管组成的切削电路,和三极管整形电路,所以也可输入6V~8V的正弦波。HQ-10中波同步广播激励器提供正弦波,输出幅度可调,在使用中将输出设定为6V~7V。

HQ-10中波同步广播激励器内部采用双电源自动切换,双路输出自动切换,GPS接收异常后能维持正常工作,这就大大增强了工作稳定性。使用年来,经过监测台实际收测,频偏为0,而且频率稳定,无故障。

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参考文献

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??????????????????????? 稿件来源:广播与电视技术2011.09

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