汽车收音机射频电路设计指南

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汽车收音机应用环境的特殊性对电路性能具有更高的要求,而射频电路的设计是实现高性能的关键。本文介绍了TDA7513的射频电路设计方法,根据实际设计经验提出了提高射频电路EMC特性和噪声特性的设计方法和措施,并指出了射频电路性能测试的注意要点。射频电路是收音机电路设计的重点和难点,如果射频电路设计不好,收音机的噪限灵敏度和信噪比以及其它技术指标都会大大下降,甚至只能手动收到很少的几个广播电台,自动搜索电台功能失效。从收音机天线端的广播信号场强来看,信号的动态范围非常大,尤其是汽车收音机所处的环境变化快而大。

收音机射频电路通常很难集成进IC中,一般由分 离元件组成前置低噪声放大器(LNA)和谐振带通滤波器。汽车收音机射频电路的作用从时域上看是要将微弱的广播信号放大,通过自动增益控制电路(AGC) 为后级混频器提供稳定的载波信号强度;从频域上看,它要跟踪所选择的电台信号,滤除掉干扰信号如镜像频率(》60dB抑制)和本振频率,改善射频信号质量。

射频电路设计

  RF社区-电路

图1是我们设计的汽车收音机射频电路方框图,它由天线滤波器和射频低噪声放大器以及谐振带通滤波器组成。该款汽车收音机的设计目标是噪限灵敏度为 0dBu(30dB S/N)、音频信噪比64dB、自动搜索灵敏度小于10dBu,具有较强的抗邻频道干扰和其它干扰信号能力,实现MCU全自动调整功能。

  RF社区-电路

图2是汽车收音机TDA7513的FM收音机部分射频前端电原理图。C31、C32、D2(1SV172)、 C44组成调频波段天线信号调节电路,1SV172是VHF~UHF频段天线信号衰减器,它是电流控制型元件,随着电流的增大其阻抗减小。它受控于后级 FM宽带AGC和窄带AGC合成产生的FMAGC电流,起控点为天线信号电平57dBu。L5、C36、V2(KV1410)、C43、R19、C45组 成天线带通滤波器,带宽为12MHz左右。该天线滤波器可以人工用无感调批调节射频线圈L5,也可以通过MCU调节变容二极管V2,从而实现自动调整功 能。

Q2(3SK126)、C38、R15、R20、C46、R21、C47、C41、R17组成低噪声射频放大器,增益为30dB。 本设计中选用N沟道场效应管3SK126作射频放大器具有输入阻抗高、增益高和噪声低的优点,而且是电压控制型器件,设计简单。Q2受控于后级FM宽带 AGC和窄带AGC合成产生的FMAGC电压,起控点为天线信号电平78dBu。T3、C34、V1(KV1410)、C28、C35组成RF谐振带通滤 波器,带宽为8MHz左右,T3为FM RF变压器。该带通滤波器同样可以人工用无感调批调节T3,也可以通过MCU自动调节变容二极管V1。接收机的接收极限是由接收机自身噪声性能决定的,所 以在收音机的射频电路中要求尽量选用低噪声元件。

提高射频电路性能的措施

为提高收音机的EMC性能和降低收音机自身的噪声,采取下面的措施非常必要:

1. 选择正确的供电模式。当收音机工作时应关断对其它单元(如CD和DVD等)的供电,只对收音机单元供电。最好对FM和AM的射频电路分开供电,在FM模式 只对FM的射频电路供电,关断对AM的射频电路供电,在AM模式只对AM的射频电路供电,关断对FM的射频电路供电。采取这样的措施后可以使整机信噪比至 少改善10dB。

2. PCB板的布线也非常重要,应将FM射频电路、AM射频电路、OSC振荡电路、中频电路、功放电路的电源线和地线彼此隔离,并最后汇接到整机电源端。在空 间许可条件下,可将FM和AM射频电路用屏蔽盒屏蔽起来。使用屏蔽盒可使整机信噪比改善4dB左右。晶体和本地振荡电路都应用各自的地线环绕起来,元件布 局时应使输出的振荡信号线尽量短,这样有利于提高载噪比指标。

3. 应选择低EMIMCU,甚至在MCU的程序中采取EMC指令来降低MCU对收音机的干扰。采用按键中断方式来代替常见的按键扫描方式,让MCU在收音状态下关断(即MCU停此振荡)等。采取这些措施可以使收音机的接收灵敏度提高15dBu左右。

4. 为防此闪电和雷击,有必要在天线端加上瞬态电压击穿(TVS)二极管,如SA5.0CA,这是ESD静电防护措施之一。TVS可以吸收高达数千瓦的浪涌功率,在反向应用条件下,当承受一个高能量的大脉冲时,其工作阻抗立即降至极低的导通值,从而允许大电流通过,同时把电压箝制在预定水平。其响应时间仅为 10-12秒,因此可有效地保护电子线路中的精密元器件,防雷击效果明显。

5. 汽车收音机工作环境温度变化大,因此射频电路元件的选择也要考虑温度特性。

射频电路性能测试

良好的射频电路设计必须通过正确的测试验证。影响收音机测试的因素很多,首先测试电缆的正确联接十分必要,如阻抗匹配,射频信号通过BNC 或SMA插座馈入收音机比用鳄鱼夹夹住天线端馈入收音机效果好,射频信号通过鳄鱼夹馈入收音机天线端射频信号会损失6dB左右;其次,AM/FM信号发生 器的音频信号源频谱要纯净90dB信噪比左右),这一点可以从AM/FM信号发生器的用户手册中查看,也可以自己用频谱分析仪测试其性能。一般音频信号分析仪的音频信号源比较纯净,可以将它作为外部音频信号输入AM/FM信号发生器,这样一来测试信噪比和失真都比较简单。

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