用基于CMOS技术的接收器芯片设计高性价比的汽车收音机

高增长的经济体如巴西、印度尼西亚、印度和中国已出现新兴中产阶级和快速增长的汽车市场。这些市场要求汽车零售价相对较低，因此给汽车组件带来很大的成本压力。此外，在发达经济体如美国、欧洲国家和日本的汽车市场，自2008年全球金融危机发生后，对于成本敏感的解决方案需求也在不断增加，而且由于几乎所有轿车、卡车和货车都装有AM/FM收音机，收音机模块制造商正积极寻求降低成本且满足传统汽车级性能要求的解决方案。

使用在汽车上的AM/FM调谐器传统技术主要是10.7MHz中频调谐器架构的BiCMOS调谐器。这项技术/架构可实现收音机接收性能，但是成本却极其高昂：该技术将前端RF电路与后端的数字处理引擎（例如DSP和MCU）结合，在单芯片电路中完成音频处理、输出，其工艺和架构成本高的让人望而却步。

数字低中频CMOS AM/FM接收器由于具有非常低的CMOS制造成本并使用数字低中频架构从而更加满足成本和性能的要求。数字低中频AM/FM接收器在手机和便携式媒体播放器市场已经使用数年。功耗和成本是这类市场非常关键的因素，而在汽车市场，移动接收和更高的性能期望使调谐器要满足更高性能要求。

下面让我们来讨论一下为汽车应用而优化的AM/FM广播接收器几个关键需求。

RF动态范围

在城市中拥挤的FM频谱是很常见的，大量的广播电台能覆盖收音机所接收的较弱电台信号，如在图1所示，强干扰信号导致的最严重和最常见的非线性失真是三阶互调失真（IMD3），他由两个临近的强干扰信号叠加在弱信号频道上导致。

在许多应用中，外部跟踪过滤器用在接收器前端，衰减干扰信号。然而，就器件和PCB成本而言这种技术是非常昂贵的。在拥挤的FM频谱中，干扰信号过于靠近预期电台弱信号而难以过滤。为了尽量减少IMD3失真产品，必须有适合的接收机前端动态范围。低动态范围调谐器需要昂贵的高Q值跟踪滤波器来避免IMD3（他会给听众造成很差的收听体验）。通常超过75dB动态范围的高线性接收器适用于大多数接收环境条件，但是考虑到成本的限制，具有内置动态范围、无需外部跟踪滤波器的接收器更值得考虑，因为他们既能维持性能，又能降低系统成本。

图1 RF动态范围保护

选择性和动态带宽控制

选择性是指调谐器能极小偏差接收存在强电台信号干扰的弱电台信号的接收能力（见图2）。这对城市环境中拥挤的FM频谱来说非常重要。邻道选择性是一个重要的性能要求（尤其对于FM广播信道间隔为100kHz的欧洲市场），他是指对调谐频率±100kHz频率范围外信号的压制能力，在许多低成本类型的调谐器中，这通常不超过30dB。

虽然30dB的选择性能可满足多数收听环境，但实际上有许多情况是收听者在本地存在多个电台的情况下收听一个来自遥远发射塔的电台信号，而这类场景就需要有较高的选择性。许多收音机接收器的解决方案是通过高动态范围和可以抑制临近信道的灵活动态信道带宽控制引擎实现。采用数字低中频集成的接收器，动态信道带宽控制采用功能强大的先进无线电DSP逻辑实现，他通过测量邻道和备用频道环境，优化存在强干扰信号的信道带宽。

图2 FM动态信道选择性

灵敏度

灵敏度是指一个调谐器接收弱电台信号的能力。如果你住在农村地区，远离大多数电台的发射器，调谐器的灵敏度就十分重要了。当今汽车收音机通常达到微伏（microvolt）级别的灵敏度，允许汽车收音机接收特别弱的电台信号，并且可调谐出几十英里远的电台信号。成本压力需要可以支持此灵敏度级别且无需低噪声放大器（LNA）的接收器，这为集成CMOS的接收器设定了非常高的标准，其需要借助集成在同一晶圆IC上的RF前端和高速数字处理引擎来实现。
备用频率（AF）检查

在欧洲，备用频率（AF）技术（如图3所示）是一个最佳的选择，他允许汽车收音机调谐器在首选信号太弱并超出接收范围时调谐到一个提供相同电台内容的不同频率上。这种技术通常用于欧洲汽车无线电系统，利用收音机数据系统（RDS）技术通过RDS数据发射AF列表来实现。

在高档车中，专用的伴随调谐器用来扫描AF列表，提供AF电台参数给收音机，使主电台接收性能下降时决定何时跳转到AF电台。在成本敏感的收音机中使用两个调谐器太贵了，主音频调谐器可先调谐到AF电台进行信号测量，然后在不引起音频中断情况下返回到首选电台。执行AF检查的最长时间为不超过10ms，超过这个时间将导致可觉察到音频中断。

AF切换策略取决于几个信号质量指标，包括接收信号强度指示（RSSI）和信噪比（SNR）。使用集成式数字接收器的好处在于可利用高速数字信号处理引擎进行两个操作：1）RDS解调和解码，从而提供AF电台列表；2）迅速完成信号质量指标评估计算，满足快速AF检查时间要求。

图3 备用电台评估检查

综上所述，全球汽车市场持续的成本压力正在推动高集成度和创新的CMOS收音机IC解决方案的开发和部署，其将显著降低成本，从而替代汽车收音机调谐器中以传统架构和模拟为中心的半导体处理工艺解决方案。