射頻電路EMC特性和噪聲特性的設(shè)計(jì)方法和措施

汽車收音機(jī)應(yīng)用環(huán)境的特殊性對(duì)電路性能具有更高的要求，而射頻電路的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高性能的關(guān)鍵。本文介紹了TDA7513的射頻電路設(shè)計(jì)方法，作者根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出了提高射頻電路EMC特性和噪聲特性的設(shè)計(jì)方法和措施，并指出了射頻電路性能測(cè)試的注意要點(diǎn)。

射頻電路是收音機(jī)電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn),如果射頻電路設(shè)計(jì)不好，收音機(jī)的噪限靈敏度和信噪比以及其它技術(shù)指標(biāo)都會(huì)大大下降，甚至只能手動(dòng)收到很少的幾個(gè)廣播電臺(tái)，自動(dòng)搜索電臺(tái)功能失效。從收音機(jī)天線端的廣播信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)來看，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍非常大，尤其是汽車收音機(jī)所處的環(huán)境變化快而大。

收音機(jī)射頻電路通常很難集成進(jìn)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(jī)射頻電路的作用從時(shí)域上看是要將微弱的廣播信號(hào)放大，通過自動(dòng)增益控制電路(AGC)為后級(jí)混頻器提供穩(wěn)定的載波信號(hào)強(qiáng)度；從頻域上看，它要跟蹤所選擇的電臺(tái)信號(hào)，濾除掉干擾信號(hào)如鏡像頻率(>60dB抑制)和本振頻率，改善射頻信號(hào)質(zhì)量。

射頻電路設(shè)計(jì)

圖1是我們?cè)O(shè)計(jì)的汽車收音機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是噪限靈敏度為0dBu(30dB S/N)、音頻信噪比64dB、自動(dòng)搜索靈敏度小于10dBu，具有較強(qiáng)的抗鄰頻道干擾和其它干擾信號(hào)能力，實(shí)現(xiàn)MCU全自動(dòng)調(diào)整功能。

圖2是汽車收音機(jī)TDA7513的FM收音機(jī)部分射頻前端電原理圖。C31、C32、D2(1SV172)、C44組成調(diào)頻波段天線信號(hào)調(diào)節(jié)電路，1SV172是VHF~UHF頻段天線信號(hào)衰減器，它是電流控制型元件，隨著電流的增大其阻抗減小。它受控于后級(jí)FM寬帶AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGC電流，起控點(diǎn)為天線信號(hào)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(diào)批調(diào)節(jié)射頻線圈L5，也可以通過MCU調(diào)節(jié)變?nèi)?a target="_blank">二極管V2，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)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(shè)計(jì)中選用N溝道場(chǎng)效應(yīng)管3SK126作射頻放大器具有輸入阻抗高、增益高和噪聲低的優(yōu)點(diǎn)，而且是電壓控制型器件，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。Q2受控于后級(jí)FM寬帶AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGC電壓，起控點(diǎn)為天線信號(hào)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(diào)批調(diào)節(jié)T3，也可以通過MCU自動(dòng)調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管V1。

接收機(jī)的接收極限是由接收機(jī)自身噪聲性能決定的，所以在收音機(jī)的射頻電路中要求盡量選用低噪聲元件。

提高射頻電路性能的措施

為提高收音機(jī)的EMC性能和降低收音機(jī)自身的噪聲，采取下面的措施非常必要：

1. 選擇正確的供電模式。當(dāng)收音機(jī)工作時(shí)應(yīng)關(guān)斷對(duì)其它單元(如CD和DVD等)的供電，只對(duì)收音機(jī)單元供電。最好對(duì)FM和AM的射頻電路分開供電，在FM模式只對(duì)FM的射頻電路供電，關(guān)斷對(duì)AM的射頻電路供電，在AM模式只對(duì)AM的射頻電路供電，關(guān)斷對(duì)FM的射頻電路供電。采取這樣的措施后可以使整機(jī)信噪比至少改善10dB。

2. PCB板的布線也非常重要，應(yīng)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，并最后匯接到整機(jī)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(jī)信噪比改善4dB左右。晶體和本地振蕩電路都應(yīng)用各自的地線環(huán)繞起來，元件布局時(shí)應(yīng)使輸出的振蕩信號(hào)線盡量短，這樣有利于提高載噪比指標(biāo)。

3. 應(yīng)選擇低EMI的MCU，甚至在MCU的程序中采取EMC指令來降低MCU對(duì)收音機(jī)的干擾。采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(tài)下關(guān)斷(即MCU停此振蕩)等。采取這些措施可以使收音機(jī)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(tài)電壓擊穿(TVS)二極管，如SA5.0CA，這是ESD靜電防護(hù)措施之一。TVS可以吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，在反向應(yīng)用條件下，當(dāng)承受一個(gè)高能量的大脈沖時(shí)，其工作阻抗立即降至極低的導(dǎo)通值，從而允許大電流通過，同時(shí)把電壓箝制在預(yù)定水平。其響應(yīng)時(shí)間僅為10-12秒，因此可有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，防雷擊效果明顯。

5. 汽車收音機(jī)工作環(huán)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(cè)試

良好的射頻電路設(shè)計(jì)必須通過正確的測(cè)試驗(yàn)證。影響收音機(jī)測(cè)試的因素很多，首先測(cè)試電纜的正確聯(lián)接十分必要，如阻抗匹配，射頻信號(hào)通過BNC或SMA插座饋入收音機(jī)比用鱷魚夾夾住天線端饋入收音機(jī)效果好，射頻信號(hào)通過鱷魚夾饋入收音機(jī)天線端射頻信號(hào)會(huì)損失6dB左右；其次，AM/FM信號(hào)發(fā)生器的音頻信號(hào)源頻譜要純凈90dB信噪比左右)，這一點(diǎn)可以從AM/FM信號(hào)發(fā)生器的用戶手冊(cè)中查看，也可以自己用頻譜分析儀測(cè)試其性能。一般音頻信號(hào)分析儀的音頻信號(hào)源比較純凈，可以將它作為外部音頻信號(hào)輸入AM/FM信號(hào)發(fā)生器，這樣一來測(cè)試信噪比和失真都比較簡(jiǎn)單。

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