如何设计数字调频收音机

关键词： 调频 , 收音机 , FM

作者：赛普拉斯半导体公司Gautam Das

我们正在目睹个人计算领域的不断发展。手机和平板电脑等移动设备即将取代传统的电脑。调频收音机（FM Radio）是发展中国家的一种常见娱乐方式，但这个事实往往被人们所忽略，外加因特网无线电的出现，可能会导致 调频收音机的消亡。OEM厂商通常不会考虑在平板电脑或移动设备上配备调频收音机。然而，许多大都市现在仍然有FM广播电台，而且近期也不会被淘汰掉。

一种微型插件在连接到手机或平板电脑后能给这些移动设备带来 调频收音机功能。这种即插即用型FM接收器采用带微控制器或SOC的FM接收器芯片。微控制器与平板电脑/移动设备上的USB主机进行通信时相当于一个USB器件，能够接收频道扫描、更换频道、输出功率设置等操作的命令。这种即插即用FM接收器配件通过总线供电，可收听本地FM频道，而且其耗电量远远低于移动宽带收音机（因特网收音机）。

调频收音机接收器

调频收音机接收器芯片工作在70 MHz到108 MHz之间，能满足全球频段要求，支持美欧的87.5到108 MHz、日本的76到90 MHz和中国的76到108 MHz标准。通常来说，调频收音机接收器能以50 kHz、100 kHz或200 kHz步进的方式调谐频率。此外，调频收音机还支持无线电数据系统(RDS)/无线电广播数据系统(RBDS)功能，能够通过主机实现完全可编程。RDS除了用于发射音频之外还能接收文本等信息。这些文本可能包括歌曲名称、广播节目名称以及flash新闻等可供显示的内容。在紧急情况下，RDS还可用来发射危急信息。

频段扫描是指FM radio芯片扫描整个FM频段并寻找可用无线电频道的过程。收音机将最强的频道频率存储在其内部存储器中，供主机微控制器或SOC读取。

存储频道后，可通过三种方法调谐到特定频道：

●预设调谐：这种方法是将FM接收器的调谐频率设置为主机定义的特定频道。
●搜索调谐：这种方法是让接收器通过频率增加（上搜）或降低（下搜）的办法自动搜索下一个可用的有效频道。
●步进调谐：这种方法是让接收器通过频率序号的增加（渐进）或降低（渐降）选择下一个频道。

当今大多数无线电接收器芯片都通过I2C和SPI等标准协议与主机进行通信。此外，无线电接收器芯片还会通过生成关键事件中断的方式提醒主机注意，这些事件包括：

●当接收信号强度指示器(RSSI)的值降到阈值水平以下时，信号质量低；
●单声道转换到立体声，或者相反；
●需要无线电数据系统 (RDS) 同步；
●RDS同步丢失；
●RDS缓冲区已满。

由于该嵌入式系统工作在由电池供电的设备上，因此高效的电源管理至关重要。无线电接收器芯片支持多种电源模式，并可由SOC控制，以延长电池使用寿命。因此，接收器芯片支持以下电源模式：

●关机：在此模式中，电源关闭，所有内部稳压器被禁用；
●断电：电源开启，但内部稳压器仍然被禁用；
●待机：稳压器可工作，保持无线电模式；
●上电：这是正常的运行模式，所有稳压器被启用且无线电全面工作。

图1给出了FM接收器的方框图。

2012-10-25 10:31:14 上传

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图1：接收器的方框图

第一阶段是模拟信号处理阶段，该阶段负责将RF天线信号转换为一个较低的中频(IF)数字信号。自动增益控制单元(AGC)将低噪声RF放大器(LNA)保持在其线性工作范围内。混频器用于将接收到的RF信号下变频为较低的中频(IF)信号。而ADC将信号转换为数字格式。在数字域内完成FM解调。此外，数字信号处理器也用于处理RDS数据。

调频收音机配件的实施

图2中的完整FM系统采用通用型FM radio芯片，其简单实施方框图如下所示：

2012-10-25 10:31:14 上传

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