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转播与发射
发射台主备音频自动切换系统的设计
作者:徐帮辉 徐力生 陈朝明 国家广电总局561台 日期:2012/4/1 14:36:41 人气: 标签:

 

摘  要:本文介绍了一种使用PLD实现发射台主备相同信号源的音频自动切换系统的设计,重点介绍了实现主备音频自动切换的控制方法和实际工作中遇到和解决的问题。

关键词:发射台  主备自动音频切换  基本原理  问题  解决方案

   

1  前言

为实现发射台机房”无人值班、有人留守”,发射机房必须安装主备音频节目源自动切换系统,以确保在主用音频节目信号源故障无信号时,自动投入备用节目源确保发射机正常播出。然而,音频信号是个随机信号,要想使用一种简单方法,来完成主备音频节目信号自动切换是一个比较困难的事情。目前,实现音频自动切换的设备比较多,多采用单片机和DSP等处理办法。在实践中,这些办法实现处理比较复杂有时稳定性、可靠性不够,维护不方便,有的不适合发射台的具体情况。下面针对我台信号源相同的特点,介绍一种使用PLD巧妙实现发射台主备音频自动切换系统的设计方法.这种方法既稳定可靠,维护又方便对于具有相同主备音频信号源的广播发射机房特别实用。

2  实现音频自动切换基本原理

音频节目主通道采用DPDT双刀双掷继电器实现。该设计方法关键是控制继电器切换电平的产生。下面从音频信号源取样开始分析。

音频节目源由节目信号和节目间隙组成,节目信号通过取样、整形和比较,可以把它和节目间隙区别开来,如图1所示。在图1中,1表示节目信号期,2表示节目间隙期。处理后,理想波形如图1所示的整形后方波波形,设低电平表示节目信号期,高电平表示节目间隙期。节目信号可以连续不断,时间有长有短,音乐节目则很长,语音节目短些,而节目间隙也有长有短,最长一般不超过20s。

                   图1音频节目源波形示意图

发射台同一部发射机配有两路来自音频处理器的信号源,一路主用,一路为备用,且主备信号源相同。要实现主备信号源自动切换,工作步骤分以下四步:

   (1)当主备信号均有,使用主用信号;

   (2)当主用信号有,备用信号无时,使用主用信号;

   (3)当主用通路设备故障造成主用信号中断时,而备用信号正常时,自动切换到备用信号;

   (4)当主用信号再次来到时,自动切回到主用信号。

要实现上述音频自动切换功能,关键点是要区分节目间隙及判断节目是否中断。只有节目中断了才能切换,否则,处理不好会造成主备信号的来回切换,带来切换噪声影响广播收听效果。

要寻找一个参考信号,通过主用信号与参考信号的对比,来判断出主用信号是否中断,这是问题的关键。这个参考信号就是主备用信号的和(主备信号反相的和的反相),如图2所示。设DT1、DT2分别为主用、备用信号,则AND为主备信号的和。用CUPL语言可表示为

    AND=!(!DT1#!DT2)

该信号最大表示了两路信号的节目信号期。如果主用信号和它一样,表示节目正常,如果主用信号中断,备用信号正常,则主用信号DT1和AND信号有差别(差别来自于DT2的节目信号期),这个时候产生一个差别信号来,通过对差别信号的处理,使驱动继电器切换,那么自动切换功能就实现了。

图2 实现主备音频自动切换波形示意图

这个差别信号通过DT1和AND的异或逻辑来产生。设该信号为NOADC,则:

NOADC=DT1$AND

得到的NOADC信号如图2所示。图2中,周期1表示主备信号均正常的情况;周期2表示主用信号正常,备用信号无的情况;周期3为切换周期,是表示主用异常,备用信号正常的情况;周期4表示主备信号均异常情况。从NOADC信号可以看出,主备信号相同时,为低电平,不同时为高电平。如果用这个信号直接驱动继电器吸合显然会造成来回切换,必须使该信号在此器件保持高电平才能得到稳定的控制继电器的信号。为了实现方便,先对NOADC信号进行反相得到!NOADC信号,然后对反相的信号通过快速放电、慢充电的方法来解决,经过一个比较器后就能得到稳定的控制继电器的驱动信号。

由于节目间隙最长到20s,为保证20s期间充电电压低于比较器的阀值电压,采用了12V电源,以方便满足调整时间的要求。通过上述分析,就可清晰了解信号的处理方法了。

3  实际中遇到和解决的问题

上述音频输入信号是理想波形,在实际工作中,DT1和DT2信号肯定在相位和宽度上不可能保持绝对一致。在DT1信号正常期间,如果AND信号和DT1信号有差异,则会输出尖峰脉冲,这个输出的脉冲达到一定宽度时会造成继电器误动作。为了解决这个问题,必须减少在DT1信号正常期间DT1与信号AND的差异。可以通过提高DT1信号的节目信号期、缩小它的节目间隙期来实现。AND信号主要表现的是DT1的信号。DT2信号主要是为了在切换期间使用,调整时,将DT2节目信号期调整得比DT1短,但又要求不影响完成切换的时间。从图3可以看出,DT2信号包含在DT1的信号中,这样AND信号就和DT1信号相同。得到的异或信号NOADC就不会有尖峰出现。

 图3 DT1、DT2实际工作波形示意图

实现图3波形,可以通过对音频信号采样、整形和比较得到,因此,对上述电路设计也是一个关键。信号处理采用平衡放大器输入。然后增加一级可调放大,满足不同发射机信号电平的要求。我台甲机房设置ORBAN9300音频处理器模拟输出为10dBμ,此时第二级放大为跟随器即可。这样,信号放大后,可以满足信号整形比较的要求.

放大后的音频信号经过半波整流,送入到比较器电路工作,比较器设置一个可调整的参考电平。通过调整阀值电平得到图3的实际工作波形。在实际工作中,主用和备用阈值电平在0.1V左右的差别比较合适。

这种设计可以保证在主用信号没有的时候,会很快切换到备用信号工作(严格地说在备用节目信号期到来后毫秒级,图2中AOC信号的T0时刻,电平下降到参考电平的时间)。当主用信号再次到来时,此时要对电容器进行充电,T2-T1的时间即为切回主用的时间。这个时间可以通过调整时间常数中的R来满足节目间隙的要求。时间常数小时,切回主用信号的时间就短;但是在切换周期(T0~T1时间周期)可能因为DT2信号的节目间隙时间大于时间常数,而导致在切换周期来回切换,因此这个时间常数是一对矛盾。调整时要抓住主要矛盾,一般调整在8s左右。毕竟在T1~T2期间,切回主用时,备用信号突然没有是个小概率事件。

4 结束语

通过对主备音频信号的取样、处理和分析,找出信号节目间隙和主用信号故障时的不同点,这是解决问题的关键。信号处理部分的设计,采用一片可编程逻辑器件GAL22V10,方便修改内部逻辑。我们认为该设计方法巧妙,具有创新性,值得和广大广播战线的技术人员相互交流。

  

 参考文献:

[1]清源计算机工作室编着.Protel 99仿真与PLD设计.机械工业出版社,2000年5月

[2]朱世鸿编着.PLD实用设计技术.电子工业出版社,1994年1月

 

                           稿件来源:广播电视信息2011.12

 

 

 

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