数字调频激励器的控制器设计与实现
张恩永
[摘 要]电视发射机激励器的数字化改造，能极大地提高图像伴音质量，极大地提高播出节目的质量。
[关键词]TVV318、激励器、数字化
中图分类号：TN948.53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0181-01
在上一阶段广播电视无线覆盖工程中，广播电视发射机全部更新为固态化。这为下一步数字化升级改造奠定一个良好的基础。为进一步提高播出节目的图像质量和声音质量，减小故障停播率。因此拟打算对我台TVV318发射机激励器进行数字化改造，具体方案如下：
数字激励器主要是电视发射机中将视频和模拟音频信号进行调制，转化成一定功率的射频RF信号的部份。数字激励器与传统的模拟激励器的区别是在处理信号的方式上，数字激励器首先是把模拟的视频、音频电视信号经数字处理后转换成数字正交基带信号，之后对数字正交基带信号进行均衡和线性预校正，然后转换成模拟基带信号，再送到调制器从而直接调制在所需要的射频载频点上并送至功率放大器单元进行放大而播出。
在编码器的输入信号中，视频信号标称输入幅度既可以是0.7 VPP/75Ω，也可以是1VPP/75Ω，这可以通过微处理器在显示器上进行操作选择;视频输入信号最大可容许的输入幅度和标称输入幅度之差为50%，如果输入幅度太低了，视频信号可能检测不出来，或者不能获得质量数据。如果输入信号太大了，那么信号在A/D转换期间就会被限幅，信号中的成分会受损失。
均衡器是由群时延均衡器和线性预校正器组成。校正是在数字化基带层次上进行的。在双通道模式，视频和音频信号在线性预校正器中分别校正。在单通道模式，数字视频和音频信号在线性预校正器前就被组合，数字信号再转换成模拟基带信号，然后再送到调制器。
编码器把经处理的复合时间信号加到均衡器后背的多芯母口连接器上，带有14-bit分辨率的四个通道用于ATV。首先二个通道用于视频-I和视频-Q的传输，另外二个通道的音频-I和音频-Q信号，包含有声音信息。DVB-T的传输仅需二个通道，DVB-I和DVB-Q。由于为ATV和DVB-T使用了相同的电路，复合DVB-T信号使用与复合视频信号使用相同的信号通道。信号的时钟频率在多芯母口连接器上，送至PLL，它使内部时钟同步。输入时钟比率对ATV为27MHz，对DVB-T为18MHz（或一个通道的带宽为8MHz）。利用FIR控制FPGA（场—可编程门列），通过双倍的ATV和三倍DVB-T，一个源自内部时钟的54MHz系统时钟，该系统时钟同步信号传递到输入缓冲器。为电路控制需要的数字信号和带系统控制器的通信，还经过多芯连接器输送。复合视频信号或DVB-T信号加到FPGA群时延均衡器。后面还包括一个适合低频率群时延均衡的第一次序全通滤波器和五个适合在高频率群时延均衡的第二次序全通滤波器，每个第二次序全通滤波器、每个第二次序滤波器都能修改幅频特性。在ATV场合，在发射机输出端的视/音双工器的群时延失真能通过全通滤波器进行补偿。视频信号上端范围的幅频响应能够加强或被削弱。群时延均衡器为了这个目的，使用27MHZ内同步系统时钟。关于DVB-T，在发射机输出端的频道滤波器能够通过全通滤波器补偿群时延失真。在信号限制波段上的幅频特性能够进行加强或削弱。为了这个目的，群时延滤波器使用18MHz内同步系统时钟。音频信号不需要群时延均衡，可以直通。在群时延均衡器输出端，信号使用54MHz开关时钟采样。当信号被进一步处理时，新的频率成分随着频率升高到三倍于信号最高频率而线性地产生，所以，取样比率增加，这些信号成分也需线性均衡地被发射。四个FIR滤波器—--每个通道一个—--通过内插的方法，把时钟频率转换到54MHz。这些通过FIR控制的FIR滤波器，控制用ATV混合的FPGA.，在视频和音频信号混合之前，音频滤波器还被用来电平匹配。DVB-T不需要二个FIR滤波器。数据率转换以后，复合视频和音频信号，或复合DVB-T信号被送到线性均衡器。它由FPGA组成，均衡存储器，和DSP.。均衡存储器一分为二部分，第一部分是均衡视频信号，合成信号或DVB-T信号和含有视频或DVB放大器倾斜曲率特性的信息，各种阀值被当作辅助量进行计算，内容包括瞬间信号幅度和I与Q信号之间的瞬间角度。第二部分包含的信息有，作为ATV-分离式音频放大器的斜率和在DVB-T情况下，需要计算各种辅助量和限制阀值。第二部分在单通道系统中不需要。
输出缓冲器通过预加重的信号到D/A变换器。对于双通道要提供四个D/A变换通道，D/A变换通道的结构是相同的。每个通道含有一个isesaD/A变换器、一个平衡放大器、一个抗混肴滤波器、一个输出放大器和测量放大器。输出放大器把模拟形式的经预加重的复合信号送到安装在板后的SMP连接头，在ATV/DVB调制器中进一步处理。在模块正面有四个测量复合信号的输出端，为每个D/A变换器的参考值能够被精密地设置，所以在所有的通道中具有准确的1V标称电平。
在激励器的调制器模块中，是用直接正交调制产生视频和音频载波。这些信号被滤波和放大后，送到输出级。调制器还提供一个射频RF监视器，它能输出激励器输出端和天线之前的视频和音频载波的测试数据。激励器的输出控制和监视也在这条路径。天线上的测量数值既用来监视，还用来显示视频和音频载波功率。调制器含有二个处理通道，一个处理视频载波，另一个处理音频载波。在单通道方案中，音频载波通道可以去掉，因为二个通道的设计几乎是相同的。基带信号，即同相（I）信号和正交（Q）信号，通过一个装在输入端的低通滤波器，加到I/Q调制器，在那里I信号与视频载波（本机频率，相位+450）混合，同时Q信号与本机频率（相位-450）混合。二个本机信号在加到混合器之前，它们的相位和幅度经过稳定处理。混合以后，二个信号在合成器中相加后，再给射频RF信号。由于，混合器和合成器存在误差，所以正交调制器是被调整过的。这里还有一个载波抑制调节的问题：如果正交调制是理想的，残留载波会被完全抑制掉，而混频器的交扰仍然会产生载波泄漏。载波泄漏可通过加上一个等值而反相的幅度和相位的载波信号加以消除。校正载波的产生方法是：把一个弥补电压加到基带信号上，用显示器上的RF→ RF OUT VIDEO/AUDIO→BIAS I/BIAS Q窗口，确保正交调制的残留恒定，用加热器保持在650C左右。调节以后，视频载波及音频载波用正交调制器输出。在正交调制的情况下，合成器产生形成视频和音频载波的载波频率。频率合成器的参考频率可由内置的GPS接收机或外部模块提供。在发射机故障或错误的时候，位于底板上的紧急控制回路可保持发射机正常运行。而母板是用来连接激励器模块和中央控制单元CCU。该母板还构成控制接口与机架之间的连接，用来控制发射机。
