DX—10型中波廣播發(fā)射機(jī)A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路解析

周新偉

摘要：本文結(jié)合電路邏輯簡圖詳細(xì)介紹了DX-10型中波廣播發(fā)射機(jī)A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路的組成和工作原理，對A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路的電源復(fù)位、采樣信號檢測、轉(zhuǎn)換監(jiān)視、故障指令輸出與顯示等主要組成電路進(jìn)行了深入解析，對理解和掌握DX-10型發(fā)射機(jī)的工作原理，提高發(fā)射機(jī)運(yùn)行維護(hù)的水平和技能有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：A/D轉(zhuǎn)換 單穩(wěn)態(tài)采樣 故障檢測

中圖分類號：TN931 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0247-02

1 引言

DX-10中波廣播發(fā)射機(jī)是美國哈里斯公司（HARRIS）綜合利用國際上各類發(fā)射機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，研制和開發(fā)的一種運(yùn)用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行調(diào)幅廣播的全新的中波廣播發(fā)射機(jī)。該發(fā)射機(jī)由于采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，克服了以往各種模擬調(diào)制難以避免的各種非線性失真，有很好的動態(tài)響應(yīng)和優(yōu)良的電聲技術(shù)指標(biāo)。

DX-10型中波廣播發(fā)射機(jī)在音頻數(shù)字處理系統(tǒng)、控制檢測系統(tǒng)采用大量微功耗的數(shù)字集成電路，而射頻系統(tǒng)采用高效的丁類開關(guān)放大器和功率合成器，整機(jī)效率較高，額定輸出功率是可達(dá)85%以上。DX-10型中波廣播發(fā)射機(jī)由數(shù)字音頻處理系統(tǒng)、射頻功率系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)、電源供電系統(tǒng)和通風(fēng)冷卻系統(tǒng)等五大部分組成。本文所論述的A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路屬于數(shù)字音頻處理系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換板（A34）的一部分，由于篇幅有限本文所涉及的器件編號及相關(guān)端子號請參閱DX-10型發(fā)射機(jī)的圖紙。

A/D轉(zhuǎn)換板將來自于模擬輸入板的模擬音頻+直流信號（A+DC）轉(zhuǎn)換成12bit的數(shù)字音頻信號。然后送到調(diào)制編碼板進(jìn)行編碼。模數(shù)轉(zhuǎn)換板上有采樣同步電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換故障邏輯電路，數(shù)據(jù)鎖存器組，還有大臺階同步信號和重建音頻信號給發(fā)射機(jī)的其他單元。A/D轉(zhuǎn)換的速率由發(fā)射機(jī)的工作載頻決定。A/D轉(zhuǎn)換過程由射頻信號同步。當(dāng)射頻激勵電流正負(fù)交替過零時(shí)，此時(shí)功放管截止，同步信號則控制編碼信號在此時(shí)去開/關(guān)功放模塊。這樣做的作用有2個(gè)：一是保護(hù)功放管免受損壞，二是減少電源損耗。A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)被鎖存在鎖存器內(nèi)，并由緩沖器送到調(diào)制編碼板。

數(shù)字音頻信號經(jīng)由12bit的D/A轉(zhuǎn)換器還原成模擬音頻信號，用于與射頻輸出監(jiān)視板（A27）輸出的音頻包絡(luò)信號進(jìn)行比較，達(dá)到監(jiān)視調(diào)制包絡(luò)的目的。8bit的D/A轉(zhuǎn)換器是將12位數(shù)字音頻信號的高8位還原成大臺階信號，用于產(chǎn)生大臺階同步脈沖，去控制模擬輸入板（A35）上的72KHz高頻振蕩器。

取樣脈沖產(chǎn)生電路的輸入信號有兩路：一路是來自射頻分配板（A15）推動激勵信號，由X3-1、X3-2端輸入；一路是來自功率合成器出口端的取樣線圈T102，由X8-1、X8-2端輸入。兩路射頻信號經(jīng)過處理及整形之后，輸出取樣脈沖供A/D轉(zhuǎn)換器用，輸出時(shí)鐘脈沖供轉(zhuǎn)換檢測電路用。

2 A/D轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤故障

A/D轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤故障屬于DX-10型發(fā)射機(jī)故障分類中的五類故障（DX-10型發(fā)射機(jī)根據(jù)各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的具體情況，將故障信息分為七種類型），A/D轉(zhuǎn)換出錯(cuò)可使A/D轉(zhuǎn)換板及調(diào)制編碼板上的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)鎖存器全部清零，關(guān)斷所有的功放單元，并進(jìn)行非鎖存顯示。出現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤故障時(shí)發(fā)射機(jī)面板“轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤”燈將變紅，可以開機(jī)，但無電流輸出。

A/D轉(zhuǎn)換板的故障檢測電路包括電源啟動復(fù)位電路，時(shí)鐘故障檢測電路，“DAV”出錯(cuò)檢測電路，A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路和A/D轉(zhuǎn)換故障顯示電路。其中A/D轉(zhuǎn)換檢測電路用于監(jiān)控A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤時(shí)，給出五類故障信號和數(shù)字音頻數(shù)據(jù)清除信號。

3 A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路的組成

A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路由三個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路及相應(yīng)的門電路組成，其故障檢測電路邏輯簡圖如圖1所示。

圖1中N13A組成的電路為A/D轉(zhuǎn)換監(jiān)視電路，用于監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換過程是否正常。N14A組成的電路為采樣脈沖監(jiān)視電路，用于監(jiān)視采樣頻率；N12F、N12A組成的電路是供電復(fù)位電路，在電源最初接通或者電源故障時(shí)給三個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘出錯(cuò)或“DAV”出錯(cuò)時(shí)將被認(rèn)為是A/D轉(zhuǎn)換出錯(cuò)。因此每當(dāng)“時(shí)鐘出錯(cuò)”或“DAV”出錯(cuò)時(shí)，N14B及相應(yīng)的電路有轉(zhuǎn)換故障被檢出，該電路將給出一個(gè)“轉(zhuǎn)換故障低電平”信號，用于清除鎖存器N3、N4中的數(shù)據(jù)，清除調(diào)制編碼板上的鎖存器的數(shù)據(jù)，同時(shí)給出故障指示。

4 A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路原理解析

4.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理

在分析轉(zhuǎn)換故障檢測電路之前，我們先介紹一下單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種重要的時(shí)序邏輯電路，其特點(diǎn)是只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在外加脈沖作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)延遲一段時(shí)間又轉(zhuǎn)換為原來的穩(wěn)態(tài)，這個(gè)延遲時(shí)間一般稱為暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間取決于RC延遲電路的參數(shù)值。A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路用了三個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器N13A、N14A、N14B，其型號為74HC123，74HC123的內(nèi)部邏輯電路如圖2所示，輸入輸出特性如表1所示。

74HC123輸入輸出特性表中H表示高電平，L表示低電平，X表示任意電平，↑表示脈沖上升沿，↓表示脈沖下將沿，Π及Ц表示暫態(tài)脈沖。該電路有三個(gè)輸入端。CLR為“清除”端，當(dāng)CLR為低電平時(shí)，該單穩(wěn)態(tài)電路不能被觸發(fā)，并保持穩(wěn)態(tài)（“Q”端為低電平，“”端為高電平），在CLR由低電平向高電平轉(zhuǎn)換時(shí)刻，其上升沿可觸發(fā)，使單穩(wěn)態(tài)電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換暫態(tài)。（“Q”端為高電平，“”端為低電平），其暫態(tài)持續(xù)時(shí)間由電路的定時(shí)元件RC網(wǎng)絡(luò)決定。1NA為反向觸發(fā)端（脈沖下降沿），當(dāng)1NA輸入為高電平時(shí)，電路保持穩(wěn)態(tài)，當(dāng)1NA輸入由高電平向地電平轉(zhuǎn)換時(shí)刻（下降沿），電路進(jìn)入暫態(tài)。1NB為正向出發(fā)端，當(dāng)1NB輸入為低電平時(shí)，電路保持穩(wěn)態(tài)，當(dāng)1NB由低電平向高電平轉(zhuǎn)換時(shí)刻（上升沿），電路進(jìn)入暫態(tài)。在A/D轉(zhuǎn)換檢測電路中，N13A、N14A為脈沖上升沿觸發(fā)為脈沖上升沿觸發(fā)，N14B為脈沖下降沿觸發(fā)。

4.2 電源故障復(fù)位電路解析

電源故障復(fù)位電路由圖1左下部定時(shí)電路R16、VD13、C41以及兩個(gè)施密特反相器N12A、N12F組成，其作用是用于監(jiān)測A/D轉(zhuǎn)換板的+5VDC供電電壓。當(dāng)發(fā)射機(jī)的低壓開關(guān)閉合后，+5VDC電壓通過R16給C41進(jìn)行充電，充電期間，N12F的13腳為低電平，因N12A、N12F為反相器，因此此時(shí)N12A的2腳的輸出也為低電平，從圖1中可以看出，N12A的2腳分別于N13A、N14A、N14B三個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的清零端（CLR）連接，因此N12A的2端輸出低電平將使三個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器都復(fù)位，同時(shí)由于N12A的2腳和與門N15C的輸入端連接，N12A的2端輸出低電平使得N15C的8腳輸出低電平信號，該低電平信號分別送至外部鎖存器N3、N4（即CLR-L）和調(diào)制編碼板A36的鎖存器（即CLR-L）中，從而清除外部鎖存器N3、N4及調(diào)制編碼板A36鎖存器中的數(shù)據(jù)。

電路中，根據(jù)定時(shí)電路中R16和C41選取的技術(shù)參數(shù)可以計(jì)算出定時(shí)電路的充電時(shí)間常數(shù)τ=R16*C41，經(jīng)過τ秒之后，電容C41充電完畢，，N12F的13腳變?yōu)楦唠娖剑?jīng)反相器N12F和N12A后，N12A的2腳的輸出高電平，N13A、N14A、N14B三個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于故障檢測狀態(tài)。在發(fā)射機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng)+5VDC電源發(fā)生故障時(shí)，電容器C41通過VD13快速放電，從而使N12F的13腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，進(jìn)而使三個(gè)觸發(fā)器清零復(fù)位，并經(jīng)N15C后輸出CLR-L，分別清除A/D轉(zhuǎn)換鎖存器N3、N4和調(diào)制編碼板A36鎖存器中數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)所有功放模塊的關(guān)閉。

4.3 采樣信號檢測電路解析

采樣信號檢測電路由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器N14A和定時(shí)電路C14、R17組成，其作用是用來監(jiān)測采樣脈沖的頻率。采樣脈沖信號通過分頻電路產(chǎn)生，并輸入到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器N14A的“INB”輸入端（即CLOCK），單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器N14A的“INA”輸入端直接接地，始終輸入低電平。根據(jù)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理，由圖2觸發(fā)器74HC123內(nèi)部邏輯圖和表1.74HC123輸入輸出特性表可以看出，采樣脈沖的上升沿↑觸發(fā)N14A，使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器N14A進(jìn)入暫態(tài)，此時(shí)N14A的輸出端“Q”輸出高電平，這個(gè)高電平的持續(xù)時(shí)間定時(shí)元件R17、C14決定（R17*C14），它比采樣脈沖的最大周期還要長。故在下一個(gè)采樣脈沖到來時(shí)，N14A仍然保持為暫態(tài)，也就是說，只要采樣脈沖正常，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器N14A將始終保持為暫態(tài)，其“Q”端始終保持高電平。當(dāng)采樣脈沖頻率錯(cuò)誤（過低或信號中斷）時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器N14A的暫態(tài)將自動翻轉(zhuǎn)，“Q”端變?yōu)榈碗娖?，輸出表示時(shí)鐘故障的低電平信號，經(jīng)與門N15A、N15B和N15C后輸出CLR-L，分別清除A/D轉(zhuǎn)換鎖存器N3、N4和調(diào)制編碼板A36鎖存器中數(shù)據(jù)，從而關(guān)閉功放模塊。

4.4 A/D轉(zhuǎn)換監(jiān)視電路解析

A/D轉(zhuǎn)換監(jiān)視電路由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器N13A和定時(shí)電路C42、R14組成，其作用是監(jiān)測A/D轉(zhuǎn)換過程是否正常。DAV信號作為被檢測信號接入N13A的INB端。在DX-10型中波發(fā)射機(jī)中DAV是一個(gè)脈沖寬度為150～300ns的負(fù)脈沖信號，其周期是 1.2～2.5μs，DAV脈沖的上升沿↑比采樣脈沖的上升沿↑要延遲約800ns，如圖3所示。

該延時(shí)時(shí)間即為A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器N13A的“INA”端接地，置低電平，與前述情況類似。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序不正常時(shí)，N13A的“Q”端將輸出表示A/D轉(zhuǎn)換故障的低電平信號，并經(jīng)與門N15A、N15B和N15C后輸出CLR-L，分別清除A/D轉(zhuǎn)換鎖存器N3、N4和調(diào)制編碼板A36鎖存器中數(shù)據(jù)，從而關(guān)閉所有功放模塊。

4.5 故障指令輸出及顯示電路解析

故障指令輸出及顯示電路由N15A、N15B、N15C、N14B、N12B、N11和雙色發(fā)光二極管VD22以及若干電阻電容組成，其主要作用是完成故障的顯示和故障指令的輸出。單穩(wěn)觸發(fā)器N14B和與門N15B構(gòu)成脈沖展寬電路，N14B的“INB”端經(jīng)電阻R32接+5VDC電源（即高電平），故N14B是脈沖下降沿↓觸發(fā)。從與門N15A的3腳送來的低電平轉(zhuǎn)換故障信號被送到N14B的“INA”端（INA低電平有效），該負(fù)脈沖的下降沿↓觸發(fā)N14B，“”端輸出低電平。這個(gè)低電平送到N15B的5腳。與門N15A的3腳輸出的低電平同時(shí)送到N15B的4腳，有時(shí)，這個(gè)“轉(zhuǎn)換故障--低電平”是個(gè)窄脈沖，當(dāng)N15B的4腳的低電平消失后，其5腳仍保持低電平，保持時(shí)間由定時(shí)元件R33、C50決定（具體R33*C50），等同于把“轉(zhuǎn)換故障--低電平”信號進(jìn)行了展寬。從上面的分析可知，N15B的6腳輸出的低電平轉(zhuǎn)換故障信號分別送到本板數(shù)據(jù)鎖存器N3、N4和調(diào)制編碼板A36的數(shù)據(jù)鎖存器，清除鎖存器中數(shù)據(jù)，從而關(guān)閉功放模塊。

N11為顯示驅(qū)動電路，由一個(gè)電壓比較器和若干電阻構(gòu)成。參考電壓由N11的反相輸入端來設(shè)定（由R28、R29分壓+15VDC獲得），同相輸入端與N15B的6腳相連，輸入檢測信號。該檢測信號正常（即為高電平）時(shí)，N11的7腳輸出+15VDC高電平，發(fā)光二極管VD22綠燈亮。當(dāng)該信號出現(xiàn)故障（即為低電平）時(shí)，N11的7腳輸出-15VDC低電平，VD22紅燈亮。A/D轉(zhuǎn)換故障故障時(shí)N15B的6腳輸入的低電平信號經(jīng)反相器N12B倒相為高電平后送到顯示板A32，顯示為A/D轉(zhuǎn)換故障，即五類故障。

5 結(jié)語

A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路是DX-10型中波廣播發(fā)射機(jī)中一個(gè)典型的故障檢測電路，對A/D轉(zhuǎn)換故障檢測電路的組成和工作原理進(jìn)行深入的解析和研究對理解和掌握DX-10型發(fā)射機(jī)的工作原理，提高發(fā)射機(jī)運(yùn)行維護(hù)的水平和技能有著重要的意義。本文采用的電路解析方法對發(fā)射機(jī)中其他電路的分析也具有一定的參考價(jià)值。