专家支招:如何选取高性能车载收音机调谐器?

 车载信息娱乐系统是时下汽车世界中的热门话题。而处于复杂汽车信息娱乐平台核心的是高性能汽车收音机调谐器,一个为驾驶者和乘客提供高级广播收听体验的必备组件。汽车收音机市场相当大,并且还在随着汽车生产量增加而持续增长。在2012年,全球轿车和商用车的产量达8,410万台。2013年上半年,汽车产量就已达4,400万台1。汽车后装市场的规模更大,估计全球超过十亿多台汽车在路上行驶2。假设每辆车至少有一个收音机,考虑到如此庞大的市场规模,为什么只有少数汽车收音机调谐器供应商能够在这个庞大且不断增长的市场中竞争?

汽车收音机调谐器市场的成功因素

汽车收音机调谐器领域是一个具有很高技术门槛的半导体市场,主要原因如下:

当今复杂的、不断变化的驾驶环境需要高性能收音机调谐技术

· 汽车通常处于移动状态中。这种不断移动性要求汽车收音机调谐器能够接收各种条件下的无线电信号。调谐器必须能够处理各种类型的信号衰减,例如由于山脉和建筑物反射广播信号而形成的多径干扰。所接收到信号的振幅相位随时都在改变,从而导致接收到的广播信号失真或丢失。

· 偏远地区的弱信号影响接收质量。

· 电力线和广播发射塔可干扰广播无线电信号或者使得接收性能进一步恶化。

车内电子产品产生干扰

· 车内较差的电机EMI防护,例如风挡雨刷、车窗、天窗和其他车体/隔间部分,甚至发动机和喇叭都能引起干扰。不恰当的天线配置也会使得接收性能恶化。其他干扰也可能来自车载收音机电路板上面安置的DC-DC转换器、LCD屏和其他高速数字电路。

竞争压力促使调谐器IC供应商提供高集成度且性能毫不让步的调谐器

· 传统调谐器采用上一代的BiCMOS工艺技术制造。随着当今成本压力的上升,RF调谐器设计已经在代工厂(如台积电)中转换到具有成本效益的CMOS技术,以在深亚微米节点制程实现更低的混合信号集成电路生产成本。世界上仅有少数几家汽车收音机调谐器供应商能够提供基于数字低中频架构的低成本RFCMOS车载调谐器方案。

· 为了满足汽车OEM前装客户市场,调谐器IC供应商通常必须是一家通过ISO/TS16949认证的公司,可为市场提供符合AEC-Q100认证的调谐器IC。

汽车收音机调谐器供应商必须能够覆盖全球,在全球为设计和路测提供现场支持。RF PCB布局和汽车路测需要本地支持,以缩短设计周期,并帮助在路测过程中进行适当调谐。

这些诸多因素导致汽车收音机调谐器具有较高的市场进入壁垒,以至于仅有少数半导体公司能够为全球汽车信息娱乐市场提供高品质调谐器。

汽车收音机调谐器要求

汽车收音机调谐器运行中所面临的挑战性环境需要一系列高要求的核心性能参数和特性。这些参数包括:

极佳的灵敏度:帮助接收弱信号

灵敏度是指调谐器接收电台弱信号的能力。如果你居住在远离大多数无线电台发射器的农村地区,调谐器的灵敏度是十分重要的。一个具有-3.5dBuV灵敏度的调谐器能够捕获小到0.5uV的信号,这样即使调谐器远离发射塔100英里它都有可能收到该发射塔发出的信号。

卓越的选择性和动态带宽控制:有利接收强电台之间的弱信号

选择性是指在小频率偏移量处存在强信号电台时调谐器接收弱信号电台的能力和对接收当前电台时对左右邻台干扰的抑制程度,如图1所示。在FM频谱拥挤的城市环境中,这特性对于接收器尤其重要。邻道选择性是指信号对在FM广播频率±100kHz处邻道信号的抑制能力,这在欧洲市场特别重要,因为在边界地区FM广播的邻道干扰接近±100kHz处。高性能的汽车收音机调谐器在±100kHz处干扰下应该至少有65dB的选择性。一些调谐器能够通过强大的先进无线电DSP算法获得这种选择性,可以通过测量多个信号参数(包括相邻和相间信道条件)动态优化预期的信道带宽,在强干扰存在下收窄带宽。

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图1:在接收强电台之间的弱信号时,卓越的选择性和动态带宽控制是非常重要的 优良的IP3:对互调失真提供最佳防护

IP3是对调谐器线性度的品质参数度量。更高的IP3意味着更好的线性度和更少的失真度。最严重的失真是三阶互调失真(IMD3),它是由两个近距离干扰信号的三次谐波失真产生的干扰信号,进入有用信道引起串扰。(如图2所示。)拥挤的FM频谱在城市中非常普遍,太接近于有用频道的干扰是不容易过滤掉的。为了减少三阶失真的干扰结果,必须增加IP3性能。具有较低IP3的调谐器需要非常昂贵的高Q值跟踪滤波器,来避免IMD3干扰和较差的收听体验。一个优秀汽车收音机调谐器的IP3指标可以高达117dBuV,并且在全RF增益下具有-3.5dBμV的灵敏度。它也应该提供很宽的IMD动态范围,在没有外部滤波模块时提供IMD3干扰保护。

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图2:好的IP3提供强有力的互调失真保护

快速AF(备用电台频率)检查:允许快速响应时间在6ms或以下

在欧洲,当信号太弱时或者当超出电台信号覆盖范围时,AF可允许汽车收音机调谐器调谐到一个提供相同电台内容的不同频率。这常见于欧洲汽车收音机中,它通过在RDS数据中发送AF列表来启动。在高端汽车中,常备两个调谐器, 其中一个专用后台从调谐器用于扫描AF列表,提供AF电台参数给主机,以便当主电台信号变得不可接受时,跳转到AF电台。在成本敏感的收音机(前面提及的双调谐器太贵了)中,单调谐器检测AF电台,然后重新调谐到主电台,但不会引起可觉察到的音频中断。执行AF检查操作所能够接受的最大时间为10ms。市场上大多数调谐器仅能够监测AF电台的接收信号强度指示(RSSI)。表现优异的汽车收音机调谐器能够在6ms内完成AF检查操作,并且监测多达四个参数,包括RSSI、SNR、频率偏移和多径干扰。

FM多径干扰处理:信道均衡器减少多径干扰

多径干扰是FM广播在移动环境下(特别是在高速时)接收性能衰减的主要根源。多径失真是由于来自同一发射源的两个或多个无线电广播信号以不同的时间和相位到达接收器而造成的,衰减水平依赖于不同物体的信号反射。射频信号在到达接收器之前,由于两类多径衰落:平坦和频率选择性,导致振幅和相位发生变化。在城市环境中,从近距离物体(例如建筑物)反射的结果导致短暂延迟多径衰落,引起宽带深度衰落。在这种情况下所有频谱分量信号同时遭受振幅衰减(平坦衰落),导致刺耳的音频啪啪声和断音。反过来,较长的多径时延(频率选择性衰落)来自几公里远处物体的反射(例如山丘和高大建筑物)。在这种情况下某些频率分量被衰减,引起信道信号较大失真,从而引起音频失真。

传统的做法是同时采用多种技术减轻多径干扰的影响,例如从立体声音频退回到单声道音频,安装低通音频滤波器(hi-cut和hi-blend),可削减高频分量来减少由于严重多径干扰而导致极刺耳的音频,以及在不得已时采取软静音方式。汽车收音机调谐器应具备上述基本的缓解措施,能够通过连续检测信号质量参数自动的运行、启动和监视。

好的汽车收音机调谐器应当具有FM信道均衡器以便消除频率选择性多径衰落,产生最小失真的音频。均衡器的适应算法不断寻求恢复由于频率选择性衰落而影响的频率分量,即使车辆行驶在多径干扰环境中也不断恢复信号。其结果是减少音频失真,降低多径干扰缓解措施对音频的影响(例如立体声单声道调节和hi-cut/hi-blend)。

FM双天线相位分集实现更高清晰度

近年来,欧洲的汽车OEM厂,例如宝马、奥迪、大众和戴姆勒都采用玻璃/贴片有源天线系统,放弃被动鞭杆天线。然而,采用小型玻璃天线将导致FM收音性能受损。在双天线/相位分集调谐器系统中,OEM厂通过采用双天线去提供更大信号强度,明显改善多径衰落的影响,从而规避这个问题。

领先的汽车收音机调谐器使具有信道均衡器的双调谐器相位分集系统实现,克服平坦和频率选择性衰落。双调谐器输出被组合起来去减轻信号衰落,提升音频质量。在天线相位分集系统中,RF信号由两个空间不相干天线接收,它们彼此具有优化的间距,连接到两个调谐到相同频率的调谐器。信号衰落路径在一个天线位置上可能产生深度衰落,然而另一信号衰落路径在另一天线位置上就可能获得很好的收听体验。

双调谐器天线相位分集解决方案可以结合多天线输出令由于平坦衰落而对接收信号的影响减至最小。两个接收器使用共同的参考时钟,确保它们被调谐到相同的信道频率,轮流从副接收器和主接收器上获得IF信号和相关信号品质参数。两个中频信号在主接收器采用专有相位分集逻辑进行相位对齐和组合。组合后的IF信号随后在主接收器中进行信道均衡、FM解调、MPX解码和信号调节。最后,输出的立体声音频被传送到系统中的音频信号处理单元。

AM/FM HD收音机™的崛起

在美国,HD Radio数字无线电广播正在引领汽车收音机的发展。为满足市场需求,之前仅存在于高端汽车上的HD Radio现在已经逐渐向中级平台迁移。已经采用HD Radio的汽车OEM厂包括福特、沃尔沃和宝马(在此仅举几例)。在不久的将来,更多的OEM厂将加入这个列表。据估计,到2015年在美国将有超过50%的汽车配备HD Radio接收。HD Radio调谐器必须经过iBiquity公司(http://www.ibiquity.com/automotive)认证,该公司是HD Radio技术的开发者和认证授权者,可为汽车OEM厂商评定AM/FM调谐器性能等级。

展望未来

车载信息娱乐系统开发者正在被要求在更低系统成本下实现更高的汽车性能品质。当今的消费者也期望从他们的汽车收音机上获得CD质量的收听体验。汽车OEM厂和一级供应商了解这一趋势并且通过设计先进的信息娱乐系统顺应消费者需求,这包含最先进的汽车收音机调谐器、拥有出色的灵敏度和选择性、优秀的IP3性能和FM相位分集接收,同时支持数字无线电标准如iBiquity的HD Radio技术。具有优异性能和成本优势的汽车收音机调谐器,例如Silicon Labs的Si475x和Si476x调谐器系列产品,现在正在被汽车OEM厂和一级信息娱乐系统供应商大规模应用在生产项目中。这些先进的汽车收音机调谐器已经在性价比上为汽车客户树立了新的标杆,同时也为消费者实现了卓越的车内音频收听体验。 本文选自电子发烧友网7月《汽车电子特刊》

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发布日期:2019年03月10日  所属分类:汽车电子