用基于CMOS技術(shù)的接收器芯片設(shè)計高性價比的汽車收音機

高增長的經(jīng)濟體如巴西、印度尼西亞、印度和中國已出現(xiàn)新興中產(chǎn)階級和快速增長的汽車市場。這些市場要求汽車零售價相對較低，因此給汽車組件帶來很大的成本壓力。此外，在發(fā)達經(jīng)濟體如美國、歐洲國家和日本的汽車市場，自2008年全球金融危機發(fā)生后，對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，收音機模塊制造商正積極尋求降低成本且滿足傳統(tǒng)汽車級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。這項技術(shù)/架構(gòu)可實現(xiàn)收音機接收性能，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接收器在手機和便攜式媒體播放器市場已經(jīng)使用數(shù)年。功耗和成本是這類市場非常關(guān)鍵的因素，而在汽車市場，移動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廣播接收器幾個關(guān)鍵需求。

RF動態(tài)范圍

在城市中擁擠的FM頻譜是很常見的，大量的廣播電臺能覆蓋收音機所接收的較弱電臺信號，如在圖1所示，強干擾信號導(dǎo)致的最嚴重和最常見的非線性失真是三階互調(diào)失真（IMD3），他由兩個臨近的強干擾信號疊加在弱信號頻道上導(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。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，干擾信號過于靠近預(yù)期電臺弱信號而難以過濾。為了盡量減少IMD3失真產(chǎn)品，必須有適合的接收機前端動態(tài)范圍。低動態(tài)范圍調(diào)諧器需要昂貴的高Q值跟蹤濾波器來避免IMD3（他會給聽眾造成很差的收聽體驗）。通常超過75dB動態(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)置動態(tài)范圍、無需外部跟蹤濾波器的接收器更值得考慮，因為他們既能維持性能，又能降低系統(tǒng)成本。

                          圖1 RF動態(tài)范圍保護

選擇性和動態(tài)帶寬控制

選擇性是指調(diào)諧器能極小偏差接收存在強電臺信號干擾的弱電臺信號的接收能力（見圖2）。這對城市環(huán)境中擁擠的FM頻譜來說非常重要。鄰道選擇性是一個重要的性能要求（尤其對于FM廣播信道間隔為100kHz的歐洲市場），他是指對調(diào)諧頻率±100kHz頻率范圍外信號的壓制能力，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，但實際上有許多情況是收聽者在本地存在多個電臺的情況下收聽一個來自遙遠發(fā)射塔的電臺信號，而這類場景就需要有較高的選擇性。許多收音機接收器的解決方案是通過高動態(tài)范圍和可以抑制臨近信道的靈活動態(tài)信道帶寬控制引擎實現(xiàn)。采用數(shù)字低中頻集成的接收器，動態(tài)信道帶寬控制采用功能強大的先進無線電DSP邏輯實現(xiàn)，他通過測量鄰道和備用頻道環(huán)境，優(yōu)化存在強干擾信號的信道帶寬。

                            圖2 FM動態(tài)信道選擇性

靈敏度

靈敏度是指一個調(diào)諧器接收弱電臺信號的能力。如果你住在農(nóng)村地區(qū)，遠離大多數(shù)電臺的發(fā)射器，調(diào)諧器的靈敏度就十分重要了。當今汽車收音機通常達到微伏（microvolt）級別的靈敏度，允許汽車收音機接收特別弱的電臺信號，并且可調(diào)諧出幾十英里遠的電臺信號。成本壓力需要可以支持此靈敏度級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)定了非常高的標準，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）是一個最佳的選擇，他允許汽車收音機調(diào)諧器在首選信號太弱并超出接收范圍時調(diào)諧到一個提供相同電臺內(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電臺參數(shù)給收音機，使主電臺接收性能下降時決定何時跳轉(zhuǎn)到AF電臺。在成本敏感的收音機中使用兩個調(diào)諧器太貴了，主音頻調(diào)諧器可先調(diào)諧到AF電臺進行信號測量，然后在不引起音頻中斷情況下返回到首選電臺。執(zhí)行AF檢查的最長時間為不超過10ms，超過這個時間將導(dǎo)致可覺察到音頻中斷。

AF切換策略取決于幾個信號質(zhì)量指標，包括接收信號強度指示（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)字信號處理引擎進行兩個操作：1）RDS解調(diào)和解碼，從而提供AF電臺列表；2）迅速完成信號質(zhì)量指標評估計算，滿足快速AF檢查時間要求。

                           圖3 備用電臺評估檢查

綜上所述，全球汽車市場持續(xù)的成本壓力正在推動高集成度和創(chuàng)新的CMOS收音機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。