用基于CMOS技術(shù)的接收器芯片設(shè)計(jì)高性價(jià)比的汽車收音機(jī)

高增長的經(jīng)濟(jì)體如巴西、印度尼西亞、印度和中國已出現(xiàn)新興中產(chǎn)階級(jí)和快速增長的汽車市場(chǎng)。這些市場(chǎng)要求汽車零售價(jià)相對(duì)較低，因此給汽車組件帶來很大的成本壓力。此外，在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體如美國、歐洲國家和日本的汽車市場(chǎng)，自2008年全球金融危機(jī)發(fā)生后，對(duì)于成本敏感的解決方案需求也在不斷增加，而且由于幾乎所有轎車、卡車和貨車都裝有AM/FM收音機(jī)，收音機(jī)模塊制造商正積極尋求降低成本且滿足傳統(tǒng)汽車級(jí)性能要求的解決方案。

使用在汽車上的AM/FM調(diào)諧器傳統(tǒng)技術(shù)主要是10.7MHz中頻調(diào)諧器架構(gòu)的BiCMOS調(diào)諧器。這項(xiàng)技術(shù)/架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)收音機(jī)接收性能，但是成本卻極其高昂：該技術(shù)將前端RF電路與后端的數(shù)字處理引擎（例如DSP和MCU）結(jié)合，在單芯片電路中完成音頻處理、輸出，其工藝和架構(gòu)成本高的讓人望而卻步。

數(shù)字低中頻CMOS AM/FM接收器由于具有非常低的CMOS制造成本并使用數(shù)字低中頻架構(gòu)從而更加滿足成本和性能的要求。數(shù)字低中頻AM/FM接收器在手機(jī)和便攜式媒體播放器市場(chǎng)已經(jīng)使用數(shù)年。功耗和成本是這類市場(chǎng)非常關(guān)鍵的因素，而在汽車市場(chǎng)，移動(dòng)接收和更高的性能期望使調(diào)諧器要滿足更高性能要求。

下面讓我們來討論一下為汽車應(yīng)用而優(yōu)化的AM/FM廣播接收器幾個(gè)關(guān)鍵需求。

RF動(dòng)態(tài)范圍

在城市中擁擠的FM頻譜是很常見的，大量的廣播電臺(tái)能覆蓋收音機(jī)所接收的較弱電臺(tái)信號(hào)，如在圖1所示，強(qiáng)干擾信號(hào)導(dǎo)致的最嚴(yán)重和最常見的非線性失真是三階互調(diào)失真（IMD3），他由兩個(gè)臨近的強(qiáng)干擾信號(hào)疊加在弱信號(hào)頻道上導(dǎo)致。

在許多應(yīng)用中，外部跟蹤過濾器用在接收器前端，衰減干擾信號(hào)。然而，就器件和PCB成本而言這種技術(shù)是非常昂貴的。在擁擠的FM頻譜中，干擾信號(hào)過于靠近預(yù)期電臺(tái)弱信號(hào)而難以過濾。為了盡量減少IMD3失真產(chǎn)品，必須有適合的接收機(jī)前端動(dòng)態(tài)范圍。低動(dòng)態(tài)范圍調(diào)諧器需要昂貴的高Q值跟蹤濾波器來避免IMD3（他會(huì)給聽眾造成很差的收聽體驗(yàn)）。通常超過75dB動(dòng)態(tài)范圍的高線性接收器適用于大多數(shù)接收環(huán)境條件，但是考慮到成本的限制，具有內(nèi)置動(dòng)態(tài)范圍、無需外部跟蹤濾波器的接收器更值得考慮，因?yàn)樗麄兗饶芫S持性能，又能降低系統(tǒng)成本。

圖1 RF動(dòng)態(tài)范圍保護(hù)

選擇性和動(dòng)態(tài)帶寬控制

選擇性是指調(diào)諧器能極小偏差接收存在強(qiáng)電臺(tái)信號(hào)干擾的弱電臺(tái)信號(hào)的接收能力（見圖2）。這對(duì)城市環(huán)境中擁擠的FM頻譜來說非常重要。鄰道選擇性是一個(gè)重要的性能要求（尤其對(duì)于FM廣播信道間隔為100kHz的歐洲市場(chǎng)），他是指對(duì)調(diào)諧頻率±100kHz頻率范圍外信號(hào)的壓制能力，在許多低成本類型的調(diào)諧器中，這通常不超過30dB。

雖然30dB的選擇性能可滿足多數(shù)收聽環(huán)境，但實(shí)際上有許多情況是收聽者在本地存在多個(gè)電臺(tái)的情況下收聽一個(gè)來自遙遠(yuǎn)發(fā)射塔的電臺(tái)信號(hào)，而這類場(chǎng)景就需要有較高的選擇性。許多收音機(jī)接收器的解決方案是通過高動(dòng)態(tài)范圍和可以抑制臨近信道的靈活動(dòng)態(tài)信道帶寬控制引擎實(shí)現(xiàn)。采用數(shù)字低中頻集成的接收器，動(dòng)態(tài)信道帶寬控制采用功能強(qiáng)大的先進(jìn)無線電DSP邏輯實(shí)現(xiàn)，他通過測(cè)量鄰道和備用頻道環(huán)境，優(yōu)化存在強(qiáng)干擾信號(hào)的信道帶寬。

圖2 FM動(dòng)態(tài)信道選擇性

靈敏度

靈敏度是指一個(gè)調(diào)諧器接收弱電臺(tái)信號(hào)的能力。如果你住在農(nóng)村地區(qū)，遠(yuǎn)離大多數(shù)電臺(tái)的發(fā)射器，調(diào)諧器的靈敏度就十分重要了。當(dāng)今汽車收音機(jī)通常達(dá)到微伏（microvolt）級(jí)別的靈敏度，允許汽車收音機(jī)接收特別弱的電臺(tái)信號(hào)，并且可調(diào)諧出幾十英里遠(yuǎn)的電臺(tái)信號(hào)。成本壓力需要可以支持此靈敏度級(jí)別且無需低噪聲放大器（LNA）的接收器，這為集成CMOS的接收器設(shè)定了非常高的標(biāo)準(zhǔn)，其需要借助集成在同一晶圓IC上的RF前端和高速數(shù)字處理引擎來實(shí)現(xiàn)。
備用頻率（AF）檢查

在歐洲，備用頻率（AF）技術(shù)（如圖3所示）是一個(gè)最佳的選擇，他允許汽車收音機(jī)調(diào)諧器在首選信號(hào)太弱并超出接收范圍時(shí)調(diào)諧到一個(gè)提供相同電臺(tái)內(nèi)容的不同頻率上。這種技術(shù)通常用于歐洲汽車無線電系統(tǒng)，利用收音機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RDS）技術(shù)通過RDS數(shù)據(jù)發(fā)射AF列表來實(shí)現(xiàn)。

在高檔車中，專用的伴隨調(diào)諧器用來掃描AF列表，提供AF電臺(tái)參數(shù)給收音機(jī)，使主電臺(tái)接收性能下降時(shí)決定何時(shí)跳轉(zhuǎn)到AF電臺(tái)。在成本敏感的收音機(jī)中使用兩個(gè)調(diào)諧器太貴了，主音頻調(diào)諧器可先調(diào)諧到AF電臺(tái)進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，然后在不引起音頻中斷情況下返回到首選電臺(tái)。執(zhí)行AF檢查的最長時(shí)間為不超過10ms，超過這個(gè)時(shí)間將導(dǎo)致可覺察到音頻中斷。

AF切換策略取決于幾個(gè)信號(hào)質(zhì)量指標(biāo)，包括接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）和信噪比（SNR）。使用集成式數(shù)字接收器的好處在于可利用高速數(shù)字信號(hào)處理引擎進(jìn)行兩個(gè)操作：1）RDS解調(diào)和解碼，從而提供AF電臺(tái)列表；2）迅速完成信號(hào)質(zhì)量指標(biāo)評(píng)估計(jì)算，滿足快速AF檢查時(shí)間要求。

圖3 備用電臺(tái)評(píng)估檢查

綜上所述，全球汽車市場(chǎng)持續(xù)的成本壓力正在推動(dòng)高集成度和創(chuàng)新的CMOS收音機(jī)IC解決方案的開發(fā)和部署，其將顯著降低成本，從而替代汽車收音機(jī)調(diào)諧器中以傳統(tǒng)架構(gòu)和模擬為中心的半導(dǎo)體處理工藝解決方案。