不論是晶體管收音機(jī)還是集成電路收音機(jī)，射頻電路一直是收音機(jī)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，如果射頻電路做不好，收音機(jī)的噪限靈敏度和信噪比以及其它技術(shù)指標(biāo)都會(huì)大大下降，嚴(yán)重的只能手動(dòng)收到很少的幾個(gè)廣播電臺(tái)，自動(dòng)搜索電臺(tái)功能失效。

1．汽車(chē)收音機(jī)射頻電路的特點(diǎn)

從頻率上看，F(xiàn)M的頻帶范圍為60MHz-108MHz，AM和MW的頻帶范圍為500KHz-1710KHz；從天線端的廣播信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)來(lái)看，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍非常大，尤其是汽車(chē)收音機(jī)所處的環(huán)境變化快而大，具體見(jiàn)圖1。

圖1汽車(chē)收音機(jī)所處環(huán)境的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍非常大

因此汽車(chē)收音機(jī)射頻電路很難集成進(jìn)IC中，一般由分離元件組成前置低噪聲放大器(LNA)和諧振帶通濾波器。

從時(shí)域上看， 汽車(chē)收音機(jī)射頻電路的作用是要將微弱的廣播信號(hào)放大，通過(guò)自動(dòng)增益控制電路(AGC)保持它為后級(jí)混頻器提供穩(wěn)定的載波信號(hào)強(qiáng)度。從頻域上看，它要跟蹤所選擇的電臺(tái)信號(hào)，濾除掉干擾信號(hào)如鏡像頻率(>60dB抑制)和本振頻率，改善射頻信號(hào)質(zhì)量。圖2是意法半導(dǎo)體公司汽車(chē)收音機(jī)的射頻電路方框圖，它由天線濾波器(ant filt)和射頻低噪聲放大器(RF amp)以及諧振帶通濾波器(RF filt)組成。該款汽車(chē)收音機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是噪限靈敏度為0dBu(30dB S/N)，音頻信噪比64dB，自動(dòng)搜索靈敏度小于10dBu，較強(qiáng)的抗鄰頻道和其它干擾信號(hào)能力，實(shí)現(xiàn)MCU全自動(dòng)調(diào)整功能(AutoAlign)。

 
圖2 意法半導(dǎo)體公司汽車(chē)收音機(jī)的射頻電路方框圖

2．TDA7513在汽車(chē)收音機(jī)中的應(yīng)用

圖3是意法半導(dǎo)體公司汽車(chē)收音機(jī)TDA7513的FM部分射頻前端電原理圖。C31、C32、D2(1SV172)、C44組成FM BAND天線信號(hào)調(diào)節(jié)電路，1SV172是VHF-UHF頻段天線信號(hào)衰減器，它是電流控制型元件，隨著電流的增大其阻抗減小。它受控于后級(jí)FM寬帶AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGC電流，起控點(diǎn)為天線信號(hào)電平57dBu。L5、C36、V2(KV1410)、C43、R19、C45組成天線帶通濾波器，帶寬為12MHz左右。L5為T(mén)OKO公司生產(chǎn)的Antenna FM Coil，型號(hào)為P369INS-3214NK。V2(KV1410)也是TOKO公司生產(chǎn)的變?nèi)荻䴓O管，8V電壓反向作用于它時(shí)等效電容為22pF，2V電壓反向作用于它時(shí)等效電容為44pF。該天線濾波器的特點(diǎn)是可以人工用無(wú)感調(diào)批調(diào)節(jié)射頻線圈L5，也可以通過(guò)MCU調(diào)節(jié)變?nèi)荻䴓O管V2從而實(shí)現(xiàn)AutoAlign功能，這是意法半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)創(chuàng)新之處。Q2(3SK126)、C38、R15、R20、C46、R21、C47、C41、R17組成低噪聲射頻放大器，增益為30dB。選用N溝道場(chǎng)效應(yīng)管3SK126來(lái)做射頻放大器的原因是場(chǎng)效應(yīng)管FET具有輸入阻抗高、增益高、噪聲低的優(yōu)點(diǎn)，而且是電壓控制型器件，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。它受控于后級(jí)FM寬帶AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGC電壓，起控點(diǎn)為天線信號(hào)電平78dBu。T3、C34、V1(KV1410)、C28、C35 組成RF諧振帶通濾波器，帶寬為8MHz左右。T3為T(mén)OKO公司的FM RF變壓器，型號(hào)為P369INS-3239X。該帶通濾波器同樣可以人工用無(wú)感調(diào)批調(diào)節(jié)T3，也可以通過(guò)MCU自動(dòng)調(diào)節(jié)變?nèi)荻䴓O管V1。

下面接著介紹TDA7513 AM部分射頻電路。L3、L4、R7、C21、D1(1SV172)組成AM BAND天線信號(hào)調(diào)節(jié)電路，D1受控于后級(jí)AM寬帶AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGCI電流，起控點(diǎn)為天線信號(hào)電平74dBu。Q1(FC18)、R9、C16、R6、L1、R10組成低噪聲射頻放大器，增益為26dB。FC18是SANYO生產(chǎn)的N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，它受控于后級(jí)AM寬帶AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGC電壓，起控點(diǎn)為天線信號(hào)電平84dBu。C17、L2、C18組成型帶通濾波器，C20、C23為混頻器的耦合電容。由上可見(jiàn)，TDA7513的AM 射頻電路不需要人工調(diào)節(jié)，節(jié)省了人力和物力，這也是意法半導(dǎo)體公司創(chuàng)新設(shè)計(jì)之處。
 

圖3  TDA7513的FM部分射頻前端電原理圖

3．接收機(jī)性能的改進(jìn)

眾所周知，接收機(jī)的接收極限最終是由接收機(jī)自身噪聲性能決定的，所以在收音機(jī)的射頻電路中我們要盡力選用低噪聲元件，前面已經(jīng)闡述選用場(chǎng)效應(yīng)管FET作射頻放大器的原因，這里重點(diǎn)講講其它元件的選用。電阻和電感可以選用10%級(jí)別精度，大于100pF電容可以選用10%級(jí)別精度，10pF-100pF電容可以選用5%級(jí)別精度，小于10pF電容應(yīng)選用1%級(jí)別精度。射頻線圈(RF Coil)和變?nèi)荻䴓O管選用TOKO公司生產(chǎn)的，質(zhì)量比較有保證，也可以選用其它公司生產(chǎn)的或根據(jù)線圈參數(shù)到指定專業(yè)公司定做，但一定要用儀器測(cè)試以保證質(zhì)量。

圖4 TDA7513的AM部分射頻前端電原理圖

為提高收音機(jī)的EMC性能和降低收音機(jī)自身的噪聲，采取下面的措施也是非常必要的：

首先，要選擇正確的供電模式。當(dāng)收音機(jī)工作時(shí)應(yīng)關(guān)斷對(duì)其它單元(如CD、DVD、TAPE等)的供電，只對(duì)收音機(jī)單元供電；最好對(duì)FM和AM的射頻電路分開(kāi)供電，在FM模式只對(duì)FM的射頻電路供電，關(guān)斷對(duì)AM的射頻電路供電；在AM模式只對(duì)AM的射頻電路供電，關(guān)斷對(duì)FM的射頻電路供電；采取這樣的措施后會(huì)使整機(jī)信噪比至少改善10dB。

其次，PCB板的布線也非常重要。應(yīng)將FM射頻電路、AM射頻電路、OSC振蕩電路、中頻電路、功放電路的電源線和地線彼此隔離，讓它們最后匯接到整機(jī)電源端，如空間允許可將FM和AM射頻電路用屏蔽盒屏蔽起來(lái)。使用屏蔽盒可使整機(jī)信噪比改善4dB左右。晶體和本地振蕩電路都應(yīng)用各自的地線環(huán)繞起來(lái)，元件布局時(shí)應(yīng)使輸出的振蕩信號(hào)線越短越好，這樣有利于提高載噪比指標(biāo)。

再者，應(yīng)選擇低EMI的MCU，甚至在MCU的程序中采取EMC指令來(lái)降低MCU對(duì)收音機(jī)的干擾，如采用按鍵中斷方式來(lái)代替常見(jiàn)的按鍵掃描方式，讓MCU在收音狀態(tài)下SHUT DOWN(即MCU停止振蕩)等，采取這些措施會(huì)使收音機(jī)的接收靈敏度提高15dBu左右。

最后，為防止閃電和雷擊，有必要在天線端加上瞬態(tài)電壓擊穿二極管(TVS DIODE)，如SA5.0CA等類(lèi)似元件，這也是ESD靜電防護(hù)措施之一。TVS是目前國(guó)際上普遍使用的一種高效能電路保護(hù)器件，它的外型與普通二極管相同，但卻能吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，它的主要特點(diǎn)是在反向應(yīng)用條件下，當(dāng)承受一個(gè)高能量的大脈沖時(shí)，其工作阻抗立即降至極低的導(dǎo)通值，從而允許大電流通過(guò)，同時(shí)把電壓箝制在預(yù)定水平，其響應(yīng)時(shí)間僅為10-12秒，因此可有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，防雷擊效果明顯。

汽車(chē)收音機(jī)工作環(huán)境溫度變化大，因此射頻電路元件的選擇也要考慮溫度特性。1SV172和3SK126、KV1410、FC18等元件的溫度特性也比較好，其儲(chǔ)存溫度范圍為-55C-+125C，工作溫度范圍為-25C -+125C。為提高汽車(chē)收音機(jī)的可靠性指標(biāo)，首先應(yīng)對(duì)所用的元件進(jìn)行品質(zhì)測(cè)驗(yàn)和老化篩選，其次整機(jī)出廠前要根據(jù)車(chē)廠標(biāo)準(zhǔn)(如福特972標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行高低溫老化實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)性能測(cè)試。在汽車(chē)收音機(jī)射頻電路調(diào)試中，萬(wàn)用表(測(cè)電容、電阻、電感、電壓)和頻譜分析儀以及AM/FM信號(hào)發(fā)生器必不可少。調(diào)試的第一步檢查射頻電路+9V供電是否正確，第二步輸入射頻信號(hào)到射頻電路，在MCU執(zhí)行AutoAlign調(diào)整后，用頻譜分析儀逐級(jí)檢查信號(hào)流電平是否正確。我在調(diào)試的過(guò)程中遇見(jiàn)的問(wèn)題有+9V供電不正確、3SK126方向裝反了、SMD貼片電容值裝錯(cuò)了等，前兩個(gè)問(wèn)題都好解決，最后一個(gè)問(wèn)題比較棘手，因?yàn)镾MD貼片電容封裝上無(wú)任何標(biāo)志，一定要用頻譜分析儀逐級(jí)檢查，檢查到懷疑元件再用萬(wàn)用表測(cè)試其值。

4．收音機(jī)性能的測(cè)試

收音機(jī)性能的測(cè)試也需要經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，測(cè)試一般在屏蔽房中進(jìn)行，影響測(cè)試的因素很多。首先測(cè)試電纜的正確聯(lián)接十分必要，如阻抗匹配，射頻信號(hào)通過(guò)BNC或SMA插座饋入收音機(jī)比用鱷魚(yú)夾夾住天線端饋入收音機(jī)效果好，射頻信號(hào)通過(guò)鱷魚(yú)夾饋入收音機(jī)天線端射頻信號(hào)會(huì)損失6dB左右。其次AM/FM信號(hào)發(fā)生器的音頻信號(hào)源頻譜要純(90dB信噪比左)，這一點(diǎn)可以從AM/FM信號(hào)發(fā)生器的用戶手冊(cè)中查看，也可以自己用頻譜分析儀測(cè)試其性能。一般音頻信號(hào)分析儀的音頻信號(hào)源比較純，可以將它作為外部音頻信號(hào)輸入AM/FM信號(hào)發(fā)生器，這樣一來(lái)測(cè)試信噪比和失真都比較簡(jiǎn)單。最后談?wù)凞UMMY ANTENNA的使用。由于TDA7513的AM和FM射頻電路都是高阻抗輸入，AM射頻電路輸入阻抗為1Mohm左右，F(xiàn)M射頻電路輸入阻抗為100Kohm左右，所以射頻信號(hào)可以直接饋入收音機(jī)天線端，也可以通過(guò)DUMMY ANTENNA后再饋入收音機(jī)天線端。但在使用DUMMY ANTENNA時(shí)一定要將DUMMY ANTENNA帶來(lái)信號(hào)損失計(jì)算在內(nèi)，最終以加在收音機(jī)天線端的信號(hào)電平為準(zhǔn)。圖5是測(cè)試中常用的AM DUMMY天線。

圖5測(cè)試中常用的AM DUMMY天線

家用收音機(jī)的天線類(lèi)型有磁棒天線、環(huán)形天線、拉桿天線等，由于FM頻帶的頻率高，對(duì)天線要求不是很苛刻；而AM頻帶的頻率低，對(duì)天線的要求比較苛刻，其中環(huán)形天線的效果最好。汽車(chē)收音機(jī)普遍使用非常長(zhǎng)的拉桿天線，接收效果也比較好。近兩年收音機(jī)逐漸設(shè)計(jì)進(jìn)移動(dòng)電話，處理好射頻電路和天線問(wèn)題非常困難，因?yàn)橐苿?dòng)電話體積小，天線短甚至沒(méi)有天線。意法半導(dǎo)體新推出的BRITe FM IC比較好的解決了這些問(wèn)題，比較適合應(yīng)用在移動(dòng)電話中。