德生S-2000收音機電路特點及工作原理簡介

       S-2000是東莞市德生通用電器製造有限公司2008年八月份推出的一款數字鎖相調諧的高性能收音機，該機功能強大、性能優異、線路也很複雜，下面試根據其工作原理，從四個部分上作一介紹：
       A、單片計算機構成的操作控制部分；
       B、FM通道、AM通道以及鎖相環頻率合成器構成的鎖相調諧收音部分；
       C、音頻放大、輸出部分；
       D、電源部分。

圖1 S-2000的四個部分

一、單片計算機構成的操作控制部分
      S-2000的操作控制部分是由一片由德生命名為MCU－S2000的微處理器以及一些外圍器件構成(圖2)：

圖2 S-2000的處理器

       ●EEROM是電可擦只讀存儲器，用於儲存了S-2000收音機操作控制程序和用戶操作數據（如：保存的電臺頻率數據）；
       ●Encoder是編碼器，編碼器採用旋轉飛梭的形式，相位編碼，用於收音機操作和設置；
       ●RESET是ＣＵＰ復位按鈕，在單片機意外進入死循環時，按下此鍵，則ＣＵＰ強制復位，重新載入程序運行；
      ●32.768KHz石英晶體是ＣＵＰ時鐘振蕩；
      ●LED DRIVE是發光二極體驅動器，發光二極體點亮時，提供液晶屏照明；
      ●BEEP DRIVE是蜂鳴器驅動器，驅動蜂鳴器發出B音。S-2000在操作時，提供有各操作狀態的聲音提示，以在不方便看到液晶屏幕的情況下能進行操作和使用。
      ●KEY MATRIX 是鍵盤矩陣，是收音機上的按鈕組合，用戶操作控制收音機的信息輸入。
      ●LCD SCREEN 是液晶顯示屏，顯示/指示收音機的工作狀況。
      ●ＣＵＰ的控制輸出和數據通信分為兩組：
一組是由ＣＰＵ直接輸出控制電平控制收音機的各種工作，它們分別是：ATT A和ATT B、TF TV、NARR/WIDE、SSB ON。

       1、ATT A和ATT B是天線增益調節，ATT A控制10dB衰減，ATT B控制20dB衰減。
       2、TF TV是ＦＭ和AIR調諧跟蹤控制。S-2000在FM（調頻）和AIR（航空波段）時，高放調諧的諧振頻點是按每1兆的間隔儲存在存儲器中的，調諧時，調諧到相應的頻率時，由TF TV輸出相應的電壓去控制高放調諧的變容二極體，使高放調諧獲得相應的諧振頻率；
       3、NARR/WIDE是FM/AM中頻窄帶、寬帶選擇控制；輸出高電平時選通寬帶濾波器，低電平時選通窄帶濾波器。
       4、SSB ON則是單邊帶接收開關（SSB），直接控制SSB的解碼輸出。
       另外一組是數據通信，由CE、DI、DO、CLK組成，支持CCB(Computer Control Bus)格式信息，它們跟收音部分的鎖相環電路LC72137M連接， DI是LC72137M的串行數據輸入端，DO是LC72137M的串行數據輸出端，CLK是DI和DO數據傳送的同步時鐘線，而CE則是使能控制端，允許或禁止DI、DO數據傳送。

圖3：S-2000操作控制線路實物圖

二、FM通道、AM通道以及鎖相環頻率合成器構成的鎖相調諧收音部分
       S-2000收音信號通道分FM接收、AM接收、AIR航空波段接收以及SSB單邊帶接收。

       1、FM接收：

圖4：FM接收示意圖

       FM和AIR射頻通道共用，FM（AIR）天線信號來自兩個地方，一是機內拉杆天線；二是FM（AIR）外接天線。
       機內拉杆天線為FM、AIR及調幅短波共用，因此，線路上設置了由一枚二極體構成的電子開關進行FM(AIR)/SW天線信號分離，由鎖相環電路LC72137M根據MCU的串行數據信號的指令送出波段切換電壓，加至開關二極體的陽極端，二極體導通，天線信號經一耦合電容送至內接、外接天線切換開關上；而FM外接天線是阻抗50歐姆BNC型埠，外接天線信號先經過76MHz—137MHz的帶通濾波器，濾除低於76MHz和高於137MHz的信號，然後也送至內接、外接天線切換開關。經內接/外接天線開關後選擇後，天線信號輸送到FM高頻頭。
       FM高頻頭由FM天線衰減器、四聯調諧選頻迴路、FM高頻放大、FM本振、FM混頻、中頻濾波輸出、中頻預中放以及中頻帶寬選擇等幾部分線路構成，S-2000在製造時，把這些電路集中到一組件上，然後把它們全部屏蔽，以提高FM接收的穩定性和抗擾性。
       送至高頻頭的天線信號在這裡先後經過場強均衡、濾波、選頻、放大、變頻、中頻濾波/放大/帶寬選擇/輸出等處理，完成選擇、放大電臺信號，然後把電臺信號轉變成10.7MHz的中頻信號輸出。
       10.7MHz的FM中頻信號從FM高頻頭輸出後，送入TA2057的第24腳，由TA2057內部進行中頻放大、鑑頻，鑑頻後的音頻信號由TA2057的19腳輸出，經過濾波後耦合到TA2057的17腳，在TA2057內完成立體聲解調，然後經TA2057的12（R）、13（L）腳輸出右聲道、左聲道音頻信號。
       2、AM接收：
       長波/中波（100KHz—1700KHz）接收採用磁性天線或外接環形天線，為提高接收效果，天線置於機頂並可任意角度旋轉。長波/中波天線信號輸出到由一場效應管構成的LW/MW高頻放大器進行信號放大；短波有三種天線形式：機內拉杆天線/50歐外接天線/500外接天線。機內拉杆天線信號經1.6MHz—30MHz帶通濾波器後由一場效應管進行高頻放大，然後經過內接/外接天線開關後與長波/中波高頻放大後的信號進行波段切換（MW/SW），切換後的調幅信號經天線衰減器進入一30MHz的低通濾波器，濾除高於30MHz的高頻幹擾信號後進入第一次變頻。

圖5：AM接收示意圖

       S-2000調幅第一中頻採用55.845MHz的高中頻，因此：
       當接收頻率是100KHz時，本振頻率是：55.845MHz+0.1MHz=55.945MHz
       而當接收頻率是30MHz時，本振頻率是：55.845MHz+30MHz=85.845MHz
       S-2000調幅第一本振的頻率範圍是：55.945MH—85.845MHz，其覆蓋係數為：      

       K=f(max)/f(min)=85.845MHz/55.945MHz=1.53，覆蓋係數比一般收音機的中波還低一半！
       然而，選用高中頻雖然能很好地解決接收頻率覆蓋範圍寬給本振帶來的困難，但也會帶來另外的一些問題，最突出的就是第一中頻放大要如何來抑制來自第一本振頻率的幹擾！ 例如：當收音機接收100KHz頻率時，本振頻率是55.945MHz，這時，中心頻率是55.845MHz的中頻變壓器要濾除55.945MHz的本振信號的話，其Q值估算一下：
       在帶寬為100KHz時，

       Q=55.845MHz/(2×100KHz)=279
       這樣的話，濾波器Q值將要大於279！
       為抑制第一本振幹擾，S-2000調幅第一變頻採用場效應平衡混頻，平衡混頻器輸出的組合頻率可表示為(2m+1)fs±nfN，其中m、n是零和任意整數，fs為接收頻率，fN為本振頻率，因此平衡混頻後輸出的信號中不包含接收頻率fs的偶次諧波，也不包含本振頻率fN及其諧波。
       但這種平衡混頻對於線路要求也很高，混頻器線路要求對稱性要很好，包括元件的選擇和線路板的布線等，為此，S-2000將第一變頻電路做成組件，專門生產和調試，這樣大大提高了S-2000的性能。

圖6：S-2000FM高頻頭、AM一次變頻組件、FM/AIR調諧電壓升壓單元實物圖

       3、AIR航空波段接收：
       AIR航空波段的頻率範圍：118MHz—137MHz，跟FM波段一樣屬於超短波，但AIR航空波段是調幅，並且帶寬只有25KHz。
       S-2000AIR航空波段天線信號和FM共用通道，在FM高頻頭裡邊經四聯調諧選頻迴路選頻後由二極體構成的電子開關切換到S-2000的調幅（AM）通道，耦合進入調幅第一次變頻的平衡混頻器上，跟AM接收一樣，變頻為55.845MHz的第一中頻，濾波、放大後再由TA2057進行第二次變頻為455KHz的第二中頻，在TA2057內完成中頻放大、檢波，檢波後18腳輸出音頻信號，經音頻濾波後輸入TA2057的17腳進行音頻放大、靜噪等處理，最後也是由12（R聲道）、13（L聲道）腳輸出音頻線路信號。
       4、SSB單邊帶接收：
       SSB單邊帶接收是接收單邊帶調幅的短波通訊信號，S-2000 SSB單邊帶接收時，解調前高、中頻信號處理和AM接收時一樣的，在第二中頻放大後，TA2057的18腳不輸出音頻信號，這由TA2057的內部切換控制，TA2057的第2腳高電平時，18腳輸出455KHz中頻信號。由TA2057第18腳輸出的455KHz的中頻信號進入SSB解調（SSB DEMODER）組件。
       SSB解調組件包括拍頻振蕩器（BFO OSC）、由場效應管構成的SSB解碼器、音頻低通濾波、放大以及SSB解調控制等組成。拍頻振蕩器產生453KHz的下邊帶拍頻或457KHz的上邊帶拍頻，拍頻和由TA2057的18腳送來的455KHz的SSB信號一起進入SSB解碼器進行SSB解調，輸出的信號經低通濾波器濾除高頻成分後得到解調的音頻信號，經放大輸入到TA2057的17腳進行音頻處理，然後再由TA2057的12（R聲道）、13（L聲道）腳輸出音頻線路信號。
       5、鎖相環（PLL）及其附屬電路：
       S-2000鎖相環電路採用三洋的LC72137M晶片，其原理方框圖如下：

圖7：LC72137M內部方框圖

       LC72137M的第1、2、3、4、8腳與MCU-S2000單片機進行通信：
       第1腳是CE端，允許或禁止DI、DO與MCU-S2000的數據傳送；
       第2腳是DI端，接收MCU-S2000串行數據；
       第3腳是CLK端，串行數據傳送時的同步時鐘信號；
       第4腳是DO端，輸出串行數據給MCU-S2000；
       第8腳IO1端，輸入/輸出端，S-2000中是作為上邊帶（USB）、下邊帶（LSB）信號控制端。
       LC72137的16腳是LC72137內部鑑相器輸出端，輸出的鑑相結果即是調諧電壓；19、20腳接石英振子，是LC72137的75KHz基準時鐘振蕩器，產生PLL工作的基準頻率；第12腳是收音機本振信號輸入端，工作頻率範圍：10MHz—160MHz，所輸入的信號經過1/2分頻、吞除計數、可編程分頻後與基準頻率一起進入鑑相器；第11腳也屬於收音機本振輸入端，不過11腳比12腳工作頻率低，原屬於AM本振輸入端，只是S-2000採用55.845的第一高中頻，最高本振時達85.845MHz，因此沒有使用，AM和FM本振均輸入到12腳；第10腳是中頻輸入端，信號來自TA2057的第9腳，是自動調諧電臺時捕獲電臺的識別信號；其他的輸入/輸出端則用於控制收音機的一些工作狀態，如：第5腳的BO1輸出端輸出AM/FM切換電壓（AM時高電平，FM時低電平）、第5腳的BO2則是MW(中波/長波)和SW(短波)切換電壓輸出端，用於切換MW(LW)和SW的兩種不同的天線、第5腳的BO3是MO(單聲道)/ST(立體聲)控制端、第8腳的IO1是SSB接收時的上邊帶（USB）和下邊帶（LSB）切換，切換拍頻振蕩器的兩個石英振子（473KHz/453KHz）、第9腳的IO2是靜噪端。

圖8：S-2000鎖相環示意圖

       圖8是S-2000鎖相環示意圖，DC/DC UNIT是直流電壓變換單元，裡邊是一個工作於超聲波頻率的振蕩器（OSC），產生超聲交流電壓，經變壓器升壓後整流、濾波，得到一個16伏的電壓，然後經一場效應管構成的恆流輸出。DC/DC UNIT升壓的原因是因為調諧變容管工作頻率都比較高。
       LC72137M第18腳是LC72137內置的MOS管的輸出端，DC/DC UNIT輸出的恆流電壓加到這個引腳上，17腳則是其輸入端。鑑相器輸出端（PD）輸出的鑑相電壓經鎖相環低通濾波器濾波後輸入到17腳，控制18腳與地線之間的導通程度，從而獲得0V—16V變化的調諧電壓，控制收音機本機振蕩的變容二極體的容量。

圖9：S-2000收音主板實物圖

三、音頻放大、輸出部分

圖10：S-2000音頻放大、輸出示意圖

       S-2000音頻部分線路圖10所示。從收音機主板上的TA2057N的12腳（R）、13腳（L）輸出的音頻線路信號經SQUELCH線路控制後輸出左右兩個聲道的音頻信號到音頻放大板。

       SQUELCH線路其實就是靜噪控制線路，S-2000中設置了一個電位器，配合由TA2057第10腳輸出的調諧指示電平去調節靜噪線路（MUTE）的閾值，實現聲音品質控制。
       進入音頻板的兩路音頻信號，經外接線路輸入插座後分為兩路，一路經運放LM358緩衝後作為線路輸出；而另外一路則經衰減式高、低音音調控制後進入音量電位器進行音量控制。
       音量控制輸出後進入末級功率放大器，S-2000選用TDA2822做功率放大器，TDA2822有兩種工作方式，由耳機插座的聯動開關控制，推動機內揚聲器時工作於BTL模式；而當插上立體聲耳機時則聯動開關將TDA2822切換到立體聲工作模式，輸出左右兩個聲道的。
       在TDA2822輸入端，設置由兩枚型號為8050的晶體三級管做MUTE控制，8050三極體工作於開關狀態，導通時「短路」TDA2822輸入端的音頻信號，使揚聲器或耳機聽不到MCU-S2000操作瞬間的脈衝幹擾聲。
       音頻板上還包含一部分電源控制線路，包括S-2000的主電源電子開關和4V輸出的穩壓電源。電源電子開關由一隻場效應管和一枚9014構成，9014基極送入高電平時，起電源開關作用的場效應管G極接地，場效應管導通，S-2000開機；反之，則場效應管G極由一枚電阻偏置為高電平，場效應管關閉，S-2000關機；4V穩壓電源則由一枚線性穩壓電源集成電路構成。

圖11：S-2000的音頻部分實物圖

四、電源部分
       S-2000提供三種電源供電方式：
       （1）、接6V直流電源；
       （2）、機內乾電池；
       （3）、220V交流電源。

圖12：S-2000的電源線路圖

       外接輸入電源和機內電池通過直流輸入插座的聯動機械開關切換；220V交流經變壓器變壓、二極體橋式整流、濾波後得到6V左右的直流電壓，它跟外接電源/機內電池的切換則是通過一枚貼片式的場效應開關管實現的，當220伏交流插座接上電源時，變壓器次級的一枚1N4148二極體半波整流後經一個10微法的電解電容濾波後使場效應開關管的G極高電平，場效應管關閉，收音機由交流供電；而當斷開220V交流電源時，場效應管G極（柵極）經一枚33K的電阻接地而導通，收音機由機內電池或外接直流電源供電。

圖13、14：S-2000電源電路實物圖