光通信中高速音頻采集系統硬件設計

摘 要：本文應用數字復用的相關技術，根據無線激光通信系統的基本原理，給出了光通信中高速采集數字音頻信號系統的設計方案。

關鍵詞：光通信 音頻采集 時分復用

中圖分類號：TN912 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0007-02

在通信系統運行時，為了擴大傳輸容量和提高傳輸效率，就需要把若干中低速數字信號合并成為一個高速數字信號以便在高速信道中傳輸，傳到對方后再分離還原為各個中低速數字信號。數字復用就是實現兩個或兩個以上的分支數字信號按時分復用方式匯接成為單一的復合數字信號，這個過程則為數字復用。本系統就是應用數字復用相關技術實現這種多路大容量數字信號的采集與傳輸。

1 高速音頻采集與恢復系統的總體設計

本設計采用了對音頻數據流先時分復用的以面積換取速度的設計思路實現了最高達600Mb/s的處理能力。整個系統的硬件結構如圖1所示。

該系統可完成語音信息的采集與傳送。信源是所傳遞信息的產生地，信號可能是模擬的，也可能是數字的。信源編碼器負責把信源發出的信息轉換成數字形式的信息序列。主要包括模擬/數字（A/D）變換和壓縮編碼處理，用于提高系統的有效性。編碼后的信號加載到調制器上，調制器的激勵電流就隨信號的變化規律而變化；通過激光器調制、驅動電路對激光器進行直接光強度調制后，驅動半導體激光器發光；最后經過光學天線變換成發散角很小的己調光束向空間發射出去。本文主要介紹音頻的采集與激光傳輸部分。

1.1 系統設計原理及實現

以CPLD產品之一EPM240T100C5為控制核心，控制模/數轉換電路，可完成32位高速同步A/D轉換。圖2為A/D轉換電路相關的系統外圍電路框圖。外部模擬輸入通過調理電路后，CPLD控制多路切換器選通某一路信號送入A/D轉換器轉換部分，并/串轉換部分采用HDMP1023芯片。

1.1.1 A/D模塊

本模塊用到了音頻功率放大芯片LM353芯片對音頻信號做輸入放大。系統采用CS5340CZZ音頻A/D轉換芯片。該芯片可執行采樣，模/數轉換和抗混疊濾波功能。音頻左右聲道輸入信號通過LM353放大電路放大后進入到CS5340CZZ芯片中進行模數轉換。CS5340CZZ通過4號、8號、7號與2號引腳主時鐘（MCLK），系統時鐘（SCLK），音頻左右通道時鐘（LRCK）和音頻數據（SDOUT）給CPLD進行數據的串行輸入。CS5340CZZ的電路圖如圖2所示。

對于有效數據位數數N可采用下列公式計算：

其中，SINAD代表信號噪聲失真比。

在某一結構下的A/D有效分效率可用以下兩種不同單位來表示：bitrms和microvoltsrms。它們可從轉換輸出數據直接計算出來，可以由給定的轉換結果經靜態計算出來。知道了其中一個，另一個可用下列公式來計算：

1.1.2 CPLD和并/串轉換模塊

CPLD選用的是EPM240T100C5，該芯片有240個邏輯單元，動態功耗較低，資源比較豐富100個可用I/O引腳，支持高達300 MHz的內部時鐘，具有實時在系統可編程能力，很好的滿足了設計的需要。串/并轉換傳輸通過HDMP1032芯片完成。HDMP1032芯片可實現高速數據鏈路的點對點通信。

復接的實現方法：A/D模塊電路將四路音頻信號、RS422串口信號分別經過音頻放大電路，A/D轉換和RS422串口電平轉換電路進行A/D轉化和電平轉換成能夠被系統處理的數字信號，然后共同通過CPLD，根據協議按順序發給HDMP1032進行并/串轉換復用處理，HDMP1032內部的鎖相環（PLL）和時鐘發生器用來產生發射芯片工作所需要的全部內部時鐘。通過所需的并行碼率設置控制信號TXDIV1/0的選擇，PLL鎖住TXCLK輸入的時鐘，鎖相完成后，芯片開始接收并行碼率在TXDIV1/0設定范圍內的信號。又根據控制位的狀態，決定信號類型、進行編碼復用、串行輸出形成一路高速數字差分信號進行傳輸。

1.2 音頻數據傳輸

音頻信號經過采集，編碼后為基帶信號，對基帶數據進行調制。調制后的數據以高速率發送給激光器，驅動電路對激光器進行直接光強度調制后，驅動半導體激光器發光；最后經過光學天線變換成發散角很小的己調光束向空間發射出去。

2 系統仿真

先對各支路信號進行存儲后再進行復接，其關鍵在于復接時序的控制。S0，S1，S2，S3分別表示四路音頻信號，按照總線時分復用的原理，復接成為1路信號fujiout輸出。仿真結果如圖3。

3 結語

本文介紹了一種基于CPLD與復用技術的高速音頻數據采集與傳輸系統的設計方案。高速音頻數據采集系統在雷達、通信、電子對抗、航天測量、圖像、多媒體等多種領域有著廣泛的應用，而且應用背景對高速音頻數據采集系統的通過速率提出了越來越高的要求，為了更好地發揮其性能，開發基于數字復用技術的高速音頻數據采集系統滿足對不斷發展的高速音頻數據采集系統要求，是當今音頻數據采集領域的發展趨勢。

參考文獻

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