[实用新型]基于FPGA的调频数字激励器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种调频广播发射设备，特别是一种用于调频广播发射系统的基于FPGA的调频数字激励器。

背景技术

目前，大部分广播电台的调频激励器是采用模拟信号处理及调频调制技术实现的(如图1所示)，将经过预处理音频模拟信号进行立体声编码形成基带信号送入产生载波(87.0～108MHz)的PLCC频率合成器的调频调制器调制，再经放大后送天线发射。由于模拟信号处理(预处理、预加重、立体声编码)及频率调制(锁相环)的元器件之间本身就存在差异，在实际应用中又有外部环境每时每刻都在变化，致使模拟信号处理及频率调制的技术指标一致性低。每台激励器之间的调制度相差±15％、载频偏差1×10^-5的数量级以上，不符合调频同步广播的国家标准《GY/T154-2000调频同步广播系统技术规范》的技术要求(频率偏差要求≤1×10^-9；音频相位偏差要求≤5μs；调制度偏差要求≤2.5％)，不能用于构建高质量的调频同步广播网。

为解决上述问题，专利号200620108907.0实用新型专利提供了一种采用高速数字处理器(DSP)的数字调频广播发射机的技术方案，其结构如图2所示，采用模数转换器将模拟音频信号采样或AES音频信号解码变成数字信号，送入进行数字预处理、数字差值滤波、预加重、数字产生19kHz导频和38kHz副载频、立体声编码成复合信号，高速数字处理器产生的复合信号送DDS频率合成器调制。控制部分采用微处理器、触摸屏进行信息的响应和处理。

该专利采用DSP高速数字处理器对数字信号进行处理其性价比不高。因为DSP高速数字处理器存在功耗大和不适合并行处理。如何提供一种高性价比的调频数字激励器是广播设备制造行业的永恒目标。

大量资料表明，在当今要求最苛刻的数字信号处理(DSP)系统设计和开发中，FPGA扮演着越来越重要的角色。经过二十多年的研究和发展，FPGA已经演化为无与伦比的高价值DSP解决方案平台，在性能、灵活性、上市时间以及产品寿命方面都提升到了极高水平，同时还大大降低了总体系统成本和功耗。

FPGA的DSP性能领先的关键是其内在的并行机制，即利用并行架构实现DSP功能的功能。

应用中不仅仅涉及滤波，独立的基准测试表明，即使在实际工作负载下，FPGA也有很大的性能优势。

FPGA能够做到非常高的功效。FPGA平台不需消费额外逻辑资源就能完成信号处理功能，因此设计人员可以在获得更高功效的情况下达到性能和成本目标。FPGA同时在性能和功效方面领先于DSP。

有鉴于上述现有数字调频广播发射机存在的缺陷，本设计人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有的调频激励器的技术指标的一致性低，稳定性差的问题，提供一种性价比极高的基于FPGA的调频数字激励器，采用现场可编程门阵列FPGA进行数字处理，通过数字频率合成技术实现了立体声编码调制和调频调制，实现了高稳定度的射频输出和载波同步。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种基于FPGA的调频数字激励器，包括数字预处理单元、数字信号处理单元、调制单元和控制单元，其中所述数字信号处理单元是由FPGA和连接FPGA的存储器PROM构成，所述FPGA通过内设的功能模块将数字预处理单元送来的经格式调整和速率转换后的数字音频信号进行幅度控制、低通滤波、音频延时、音频预加重、内插滤波、立体声调制和调制调整，送所述调制单元生成调频广播的射频信号，所述FPGA连接所述控制单元，所述存储器PROM中固化有形成FPGA中的功能模块的程序。

本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的基于FPGA的调频数字激励器，其中所述数字预处理单元包括音频ADC立体声信号采样器、话筒信号采样器、数字音频接口转换器，所述音频ADC立体声信号采样器主要是由音频模数转换芯片构成，对输入的左右声道音频信号进行采样将模拟信号转换成数字信号；话筒信号采样器主要是由模数转换芯片构成，对话筒信号采样并将模拟信号转换成数字信号；所述数字音频接口转换器主要是由数字音频转换芯片构成，接收AES3或S/PDIF格式的数字音频码流，进行数字音频的格式调整和采样速率的转换后，送FPGA。