汽車收音機射頻電路設計指南 —電路圖天天讀(131)

　　汽車收音機應用環境的特殊性對電路性能具有更高的要求，而射頻電路的設計是實現高性能的關鍵。本文介紹了TDA7513的射頻電路設計方法，根據實際設計經驗提出了提高射頻電路EMC特性和噪聲特性的設計方法和措施，並指出了射頻電路性能測試的注意要點。射頻電路是收音機電路設計的重點和難點，如果射頻電路設計不好，收音機的噪限靈敏度和信噪比以及其它技術指標都會大大下降，甚至只能手動收到很少的幾個廣播電臺，自動搜索電臺功能失效。從收音機天線端的廣播信號場強來看，信號的動態範圍非常大，尤其是汽車收音機所處的環境變化快而大。

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　　收音機射頻電路通常很難集成進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。汽車收音機射頻電路的作用從時域上看是要將微弱的廣播信號放大，通過自動增益控制電路（AGC）為後級混頻器提供穩定的載波信號強度；從頻域上看，它要跟蹤所選擇的電臺信號，濾除掉幹擾信號如鏡像頻率（》60dB抑制）和本振頻率，改善射頻信號質量。

　　射頻電路設計

　　

　　圖1是我們設計的汽車收音機射頻電路方框圖，它由天線濾波器和射頻低噪聲放大器以及諧振帶通濾波器組成。該款汽車收音機的設計目標是噪限靈敏度為 0dBu（30dB S/N）、音頻信噪比64dB、自動搜索靈敏度小於10dBu，具有較強的抗鄰頻道幹擾和其它幹擾信號能力，實現MCU全自動調整功能。

　　

　　圖2是汽車收音機TDA7513的FM收音機部分射頻前端電原理圖。C31、C32、D2（1SV172）、 C44組成調頻波段天線信號調節電路，1SV172是VHF~UHF頻段天線信號衰減器，它是電流控制型元件，隨著電流的增大其阻抗減小。它受控於後級 FM寬帶AGC和窄帶AGC合成產生的FMAGC電流，起控點為天線信號電平57dBu。L5、C36、V2（KV1410）、C43、R19、C45組成天線帶通濾波器，帶寬為12MHz左右。該天線濾波器可以人工用無感調批調節射頻線圈L5，也可以通過MCU調節變容二極體V2，從而實現自動調整功能。

　　Q2（3SK126）、C38、R15、R20、C46、R21、C47、C41、R17組成低噪聲射頻放大器，增益為30dB。本設計中選用N溝道場效應管3SK126作射頻放大器具有輸入阻抗高、增益高和噪聲低的優點，而且是電壓控制型器件，設計簡單。Q2受控於後級FM寬帶AGC和窄帶AGC合成產生的FMAGC電壓，起控點為天線信號電平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FM RF變壓器。該帶通濾波器同樣可以人工用無感調批調節T3，也可以通過MCU自動調節變容二極體V1。接收機的接收極限是由接收機自身噪聲性能決定的，所以在收音機的射頻電路中要求儘量選用低噪聲元件。

　　提高射頻電路性能的措施

　　為提高收音機的EMC性能和降低收音機自身的噪聲，採取下面的措施非常必要：

　　1. 選擇正確的供電模式。當收音機工作時應關斷對其它單元（如CD和DVD等）的供電，只對收音機單元供電。最好對FM和AM的射頻電路分開供電，在FM模式只對FM的射頻電路供電，關斷對AM的射頻電路供電，在AM模式只對AM的射頻電路供電，關斷對FM的射頻電路供電。採取這樣的措施後可以使整機信噪比至少改善10dB。

　　2. PCB板的布線也非常重要，應將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，並最後匯接到整機電源端。在空間許可條件下，可將FM和AM射頻電路用屏蔽盒屏蔽起來。使用屏蔽盒可使整機信噪比改善4dB左右。晶體和本地振蕩電路都應用各自的地線環繞起來，元件布局時應使輸出的振蕩信號線儘量短，這樣有利於提高載噪比指標。

　　3. 應選擇低EMI的MCU，甚至在MCU的程序中採取EMC指令來降低MCU對收音機的幹擾。採用按鍵中斷方式來代替常見的按鍵掃描方式，讓MCU在收音狀態下關斷（即MCU停此振蕩）等。採取這些措施可以使收音機的接收靈敏度提高15dBu左右。

　　4. 為防此閃電和雷擊，有必要在天線端加上瞬態電壓擊穿（TVS）二極體，如SA5.0CA，這是ESD靜電防護措施之一。TVS可以吸收高達數千瓦的浪湧功率，在反向應用條件下，當承受一個高能量的大脈衝時，其工作阻抗立即降至極低的導通值，從而允許大電流通過，同時把電壓箝制在預定水平。其響應時間僅為 10-12秒，因此可有效地保護電子線路中的精密元器件，防雷擊效果明顯。

　　5. 汽車收音機工作環境溫度變化大，因此射頻電路元件的選擇也要考慮溫度特性。

　　射頻電路性能測試

　　良好的射頻電路設計必須通過正確的測試驗證。影響收音機測試的因素很多，首先測試電纜的正確聯接十分必要，如阻抗匹配，射頻信號通過BNC 或SMA插座饋入收音機比用鱷魚夾夾住天線端饋入收音機效果好，射頻信號通過鱷魚夾饋入收音機天線端射頻信號會損失6dB左右；其次，AM/FM信號發生器的音頻信號源頻譜要純淨90dB信噪比左右），這一點可以從AM/FM信號發生器的用戶手冊中查看，也可以自己用頻譜分析儀測試其性能。一般音頻信號分析儀的音頻信號源比較純淨，可以將它作為外部音頻信號輸入AM/FM信號發生器，這樣一來測試信噪比和失真都比較簡單。