收音機技術(shù)的產(chǎn)生已經(jīng)有100多年的歷史，全球無(wú)數的聽(tīng)眾使用傳統輪調收音機產(chǎn)品也有幾十年了。這些傳統收音機提供了非常簡(jiǎn)單的用戶(hù)界面：一個(gè)調節頻率的滾輪，一個(gè)用來(lái)指示所收聽(tīng)電臺頻率的指針。過(guò)去十年中，基于高性能DSP的收音機設計使復雜的用戶(hù)界面變得更具人性化，包括用于自動(dòng)搜索/調諧功能的按鈕和顯示頻率的液晶顯示器（LCD）。本文將探討如何設計具有LCD顯示頻率,而保持滾輪調頻的中檔收音機，探討選擇音頻IC和顯示驅動(dòng)器時(shí)要考慮的實(shí)際問(wèn)題，以及如何利用這些技術(shù)為終端用戶(hù)提供最佳的收音機調諧體驗。
 
隨著(zhù)越來(lái)越多的便攜式應用（如手機、便攜式媒體播放器）集成了FM收音機功能，市場(chǎng)上存在一種錯誤的想法：收音機已不再需要。但實(shí)際上，收音機仍廣受歡迎。這有很多原因，例如，由于干擾和尺寸的限制，要把AM和短波（SW）收音機功能集成到便攜式多媒體裝置中，在技術(shù)上仍然面臨許多挑戰。同時(shí)許多消費者仍然更喜歡通過(guò)AM和SW收音機（如外放、智能手機外設裝置以及其他便攜式收音機產(chǎn)品）收聽(tīng)體育新聞和其他音頻廣播節目。通常，這些收音機產(chǎn)品都有一個(gè)調諧滾輪和一個(gè)帶有指針的頻率指示盤(pán)用于顯示當前調諧的頻率。
 
近年來(lái)，基于DSP技術(shù)的收音機通過(guò)LCD/LED頻率顯示和自動(dòng)搜索頻率按鍵吸引了眾多消費者。然而，盡管許多收音機用戶(hù)體會(huì )到LCD或LED面板顯示頻率所帶來(lái)的便利，但是比起那些調頻的按鍵來(lái)，他們還是更喜歡使用直觀(guān)的調諧滾輪（如圖1所示）。為了簡(jiǎn)便，我們將其稱(chēng)之為“輪調數顯”收音機，即“模擬調諧、數字顯示”（ATDD）市場(chǎng)。（注：因為市場(chǎng)中數字收音機IC占主導地位，所以“模擬”一詞不再準確，但在文章中我們仍然采用行業(yè)內普遍使用的縮略詞，ATDD。）
 
設計ATDD收音機有多種方法，我們將從系統層面探討各種設計方法，包括RF性能、復雜度、特性差異以及物料（BOM）成本等。首先我們討論使用模擬IC設計ATDD收音機的傳統方法，接著(zhù)探究創(chuàng )新型設計，如使用基于DSP收音機IC設計的“虛擬輪調”收音機，最后以一款專(zhuān)門(mén)為ATDD市場(chǎng)而優(yōu)化的新型多波段收音機IC結尾。
 
 

圖1：典型的輪調數顯收音機示例

采用傳統模擬IC設計的ATDD收音機
傳統模擬收音機IC可以用于輪調數顯收音機設計。然而，由于A(yíng)M/FM接收器模擬架構的局限性，信號處理主要由芯片外的其他元件完成，因此接收器IC需要較高的BOM成本。此外，由于模擬IC并不能為顯示驅動(dòng)器提供調諧頻率信息，在這些傳統的收音機方案中，需要一個(gè)中頻（IF）計數器IC通過(guò)本地振蕩器脈沖來(lái)估算調諧頻率并傳輸給顯示驅動(dòng)器，由顯示驅動(dòng)器顯示所計算出的調諧頻率，如圖2所示。

圖2：簡(jiǎn)化的傳統模擬接收器IC系統原理圖
 
傳統收音機IC應用于輪調收音機市場(chǎng)已有幾十年了，其為收音機的發(fā)展革新做出了重要貢獻。然而，這些傳統的方案在收音機生產(chǎn)和獲得高品質(zhì)收音體驗上存在許多局限性：
由于模擬收音機IC固有的局限性，傳統方案的RF性能較差。傳統模擬方案的敏感度較低，選擇性也較差。在信號較弱的農村地區，采用這種解決方案的收音機有時(shí)候無(wú)法接收到廣播電臺。此外，在頻譜擁擠的城市中，鄰道干擾導致模擬收音機很難清楚地收聽(tīng)到想聽(tīng)的電臺。
與傳統的模擬調諧、模擬顯示（ATAD）收音機相比，數字顯示可謂是ATDD收音機的一個(gè)主要賣(mài)點(diǎn)。然而，由于模擬IC會(huì )引起調諧誤差，顯示的頻率往往不太準確。實(shí)際應用中，真正的調諧頻率可能與顯示的頻率偏差四或五個(gè)頻道，影響了用戶(hù)體驗。
由于模擬技術(shù)的局限性，基于模擬IC的系統需要大量的分立器件進(jìn)行信號處理，例如，電感器和IF過(guò)濾器。這導致收音機設計的BOM成本很高，使用多達70個(gè)分立器件數量。如此多的分立器件也僅是整個(gè)設計的一部分而已。雖然模擬IC本身成本很低，但由于傳統方案要使用很多外接器件，導致總BOM成本也相當高。為了有效制造收音機，生產(chǎn)階段需要大量的人工協(xié)助組裝、測試和調諧。盡管元器件價(jià)格穩定，但隨著(zhù)勞動(dòng)力成本的攀升，基于傳統方案的模擬收音機制造成本隨著(zhù)時(shí)間的推移持續上升。 
由于器件數量眾多以及由此導致的器件間電磁干擾（EMI），使得收音機產(chǎn)品的系統設計和電路板布局布線(xiàn)變得復雜。對于具有不同頻帶限制的收音機模塊而言，由于模擬IC不支持通用的頻率，設計人員不得不創(chuàng )建多個(gè)設計。此外，基于傳統模擬IC方案的收音機無(wú)法通過(guò)歐洲電磁輻射兼容性測試(EN55020)，這限制了產(chǎn)品銷(xiāo)往歐洲市場(chǎng)的機會(huì )。

DSP IC的“虛擬輪調”ATDD收音機設計 
現在的收音機市場(chǎng)已經(jīng)出現改進(jìn)后的輪調ATDD收音機，也稱(chēng)為“虛擬輪調”收音機。其調諧滾輪可以像傳統滾輪一樣進(jìn)行調諧，不同的是他可以無(wú)限轉動(dòng)。與傳統輪調收音機突出調諧滾輪設計不同，虛擬滾輪也可以是凹陷或嵌入的，類(lèi)似于許多便攜式模擬播放器的觸摸型輪調。虛擬輪調收音機接收器IC把RF頻率下變頻為IF頻率，然后通過(guò)模擬數字轉換器（ ADC）進(jìn)行信號數字化處理，最后使用數字模擬轉換器（DAC ）恢復信號到揚聲器輸出。虛擬輪調設計減少了傳統方案中額外的BOM器件（例如IF濾波器和變壓器），從而獲得了較低成本和較好性能。 
以上的收音機IC包括數字輸入和數字輸出，用戶(hù)所選的頻率作為數字輸入經(jīng)過(guò)數字處理轉換成數字輸出到LCD驅動(dòng)器。為了與頻率調諧滾輪協(xié)同工作，需要在前端使用MCU編碼器把滾輪調諧轉化成數字信號，并將數字信號提供給收音機接收器。然后，接收器進(jìn)行數字處理并將頻率輸出到LCD/LED驅動(dòng)器以便在屏幕上顯示。圖3是一個(gè)簡(jiǎn)化的虛擬輪調收音機系統原理圖。

 圖3：簡(jiǎn)化的虛擬輪調收音機系統原理圖
 
目前，這類(lèi)虛擬輪調系統中使用最廣泛的收音機IC是Silicon Labs公司的Si473x多波段接收器。Si473x器件所具備的數字低中頻（low-IF）架構能夠進(jìn)行所有音頻信號數字化處理，并提供卓越的RF性能。Si473x系列產(chǎn)品功能強大，支持高級特性，例如：自動(dòng)掃描、存儲用戶(hù)喜歡的電臺設置，甚至在LCD屏幕上顯示信號強度或信噪比（SNR）。 
但在采用這種解決方案設計ATDD收音機時(shí)，有兩方面需要考慮：  
由于該IC是為數字調諧收音機而設計，因此需要一個(gè)額外的前端MCU編碼器作為ADC，這將增加BOM成本。 
編碼器滾輪不同于傳統調諧滾輪。傳統調諧滾輪使用電位計或可變電容器，有最小和最大物理轉動(dòng)限制，而編碼器滾輪沒(méi)有轉動(dòng)限制。相對于有最小和最大頻率限制的傳統調諧滾輪，這種方式不太直觀(guān)。
鑒于以上兩個(gè)問(wèn)題，收音機制造商仍在探尋新方法，以便在不提高成本的前提下為ATDD收音機提供更佳性能。
 
針對ATDD市場(chǎng)而優(yōu)化的多波段收音機IC  

Silicon Labs公司最近推出Si484x AM/FM/SW接收器系列產(chǎn)品以滿(mǎn)足ATDD收音機市場(chǎng)需求。Si484x IC提供了杰出的性能、更高集成度、調諧高精度和先進(jìn)的流水線(xiàn)制造技術(shù)，將推動(dòng)ATDD 市場(chǎng)的革新。Si484x系列產(chǎn)品基于Silicon Labs公司已驗證的專(zhuān)利技術(shù)數字低中頻架構，支持從簡(jiǎn)單的天線(xiàn)接口到L/R模擬音頻輸出的完整信號處理。Si484x IC集成的ADC可直接將滾輪的模擬調諧轉化成變化的頻率，同時(shí)提供I2C兼容的2線(xiàn)控制連接MCU和LED/LCD驅動(dòng)器。
傳統模擬IC不能輸出調諧頻率，與之不同的是Si484x不僅能輸出實(shí)際調諧頻率，也支持LCD/LED上顯示的有效電臺和單聲道/多聲道信號指示。Si484x也支持數字音量控制、軟靜音和低/高音音頻增強。此外，Si484x為各種信號環(huán)境提供高級音頻調節功能，消除不同信號環(huán)境下的咔嗒、爆破噪聲和靜電噪聲等。而傳統方案不具備這些關(guān)鍵功能。

 圖4：Si484x多波段收音機IC架構
 
采用如Si484x系列產(chǎn)品解決方案的新一代ATDD收音機，把先進(jìn)的數字收音機優(yōu)點(diǎn)帶到傳統模擬收音機市場(chǎng)。主要優(yōu)點(diǎn)概括如下：  
降低BOM和勞動(dòng)力成本：與傳統模擬收音機IC相比，高集成度的單芯片Si484x解決方案僅需要極少量的外部器件，BOM成本降低70%以上。相比之下，傳統方案需要手動(dòng)調諧和測試等步驟，增加了勞動(dòng)力成本和制造時(shí)間。Si484x無(wú)需手動(dòng)調諧，從而降低生產(chǎn)成本，加快產(chǎn)品上市時(shí)間。此外，Si484x僅需要一次RF模擬測試。與虛擬輪調收音機解決方案相比，Si484x無(wú)需使用編碼器，但卻具備與虛擬輪調收音機設計相媲美的高級功能。  
卓越的RF性能：與傳統方案相比，Si484x系列產(chǎn)品先進(jìn)的數字架構使RF性能更加卓越。表1列出了Si484x系列產(chǎn)品實(shí)測下的卓越性能數據。例如，收音機的選擇性參數決定了他能否很好的在許多電臺共存的環(huán)境中鎖定目標電臺，因為這是擁擠城市中的常見(jiàn)情況。傳統模擬收音機使用FM波段為800kHz - 1MHz帶寬的寬信道濾波器，這意味著(zhù)處于此帶寬范圍的電臺會(huì )相互干擾，并降低所收聽(tīng)電臺的音質(zhì)。Si484x
器件具有卓越的數字選擇濾波器，所占帶寬較窄，即使在200kHz范圍內存在50dB的強干擾電臺，也能夠完美接收目標電臺信號。
  

表1：Si484x收音機與傳統收音機RF實(shí)測對比

 
圖5顯示了Si484x系列產(chǎn)品與傳統方案相比所具有的卓越選擇性。其選擇性數值為阻塞器干擾預期接收信號所需的最低δ值。
 

圖5：Si484x與傳統模擬IC的選擇性對比

 精確的調諧頻率顯示：傳統ATDD方案使用頻率計數器IC估算傳統模擬IC的調諧頻率。這將導致實(shí)際的調諧頻率與所顯示的頻率差距很大，而給使用者帶來(lái)不好的體驗。Si484x能夠精確調諧，通過(guò)I2C接口向顯示驅動(dòng)器提供調諧頻率，并且不會(huì )產(chǎn)生誤差。LCD/LED精確顯示了用戶(hù)所聽(tīng)電臺的頻率。 

易于設計和構建：數字解決方案比傳統模擬方案集成度更高，因此往往更容易設計到印刷電路板上。例如，Si484x系列產(chǎn)品采用已驗證的Silicon Labs架構，并建立在Silicon Labs處于業(yè)界領(lǐng)先地位的其他廣播接收器產(chǎn)品基礎上。該架構具有非常小的前端匹配網(wǎng)絡(luò )，供電隔離和功能配置可在單層電路板上實(shí)現，因而B(niǎo)OM成本低，系統管理和加工簡(jiǎn)單。Si484x的BOM中不含手動(dòng)調諧的器件，制造商無(wú)需在組裝線(xiàn)上進(jìn)行人工安裝、測試和裝配。收音機制造商可以從產(chǎn)品快速上市、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化、勞動(dòng)力成本降低這幾方面受益，而且還可以借助其先進(jìn)的功能特性使其收音機產(chǎn)品脫穎而出。
 
小結
全球收音機市場(chǎng)競爭激烈，收音機系統設計人員需要全方位的考慮輪調數顯收音機的各方面特性，包括RF性能、BOM成本以及制造流程。表2概括了ATDD收音機設計要素，以及各種解決方案的對比。通過(guò)對傳統模擬方案、虛擬輪調解決方案，以及更新型的ATDD解決方案（Silicon Labs公司新一代Si484x）的對比說(shuō)明，Si484x系列產(chǎn)品為各類(lèi)ATDD收音機提供了最佳的多波段接收器解決方案。通過(guò)使用Si484x系列的解決方案，收音機制造商可以大大降低BOM和制造成本，同時(shí)還可以設計出具有獨特功能的差異化收音機，從而在當今激烈的競爭中獲得更多市場(chǎng)份額。