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网游之王牌战士全本下载:FM調諧器架構的演進

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概要:標準直到最近都沒有太大技術進展。就算進入今日數字時代,許多便攜式調頻無線電仍需超過15顆外部元器件。無線電制造商仍以早期模擬技術為其設計基礎,這些模擬技術多半采用昂貴和低集成度的雙極性 (bipolar) 或Bi-CMOS工藝。 盡管FM調諧器 (tuner) 相關產品市場持續成長,其無線電架構卻幾乎沒有任何改變。完全集成式100% CMOS數字低中頻架構的出現是FM調諧器無線電架構過去十年來的第一次重大進步。在此之前,設計人員已將數種射頻架構用于FM調諧器,它們各有自己的優缺點。為了討論方便起見,我們將分析傳統的調頻發射機和調頻接收機架構以便了解調頻系統的共同架構。我們還將介紹FM調諧器的多種演進結果,它們最后為調頻接收器帶來全新的數字低中頻架構。另外,我們也將解釋這套架構如何實現全面性高效能整合,使得整個FM調諧器只需一顆外部旁路電容。 圖1:(a) 調頻發射機和 (b) 調頻接收機方塊圖 圖1顯示傳統的調頻發射機和接收機。調頻發射機先讓左右聲道的音頻信號通過預加重濾波器 (pre-emphasis filter),然后將信號與RDS (Radio Data System) 數據結合在一起產生復合信息信號m(t)。發射機接

FM調諧器架構的演進,//www.tabks.icu
    過去十年里,射頻通訊電路設計已有長足進展。這些進展來自于全新的射頻架構,也是我們一度因為集成度過低、耗電太高和不佳的工藝技術而認為不可能實現的架構。除此之外,高效能和高密度亞微米CMOS技術的出現還將數字技術帶入射頻領域,大幅改變射頻通訊電路的設計方式。設計人員已將這些技術用于全球定位系統 (GPS)、無線網絡和移動電話等許多無線通訊標準,同時發展出強大可靠的高集成芯片組解決方案來提高整體系統效能與可靠性。集成外部元器件以及射頻電路和數字基帶會帶來許多好處,包括減少元器件用料 (BOM)、縮小電路板面積、簡化電路板層級應用設計和提高可制造性。 

    把全部系統集成到芯片可以減少所需測試的外部元器件數目,進而提高產品的可制造性。許多現代通訊應用都能看到功能整合的例子,但調頻無線電廣播標準直到最近都沒有太大技術進展。就算進入今日數字時代,許多便攜式調頻無線電仍需超過15顆外部元器件。無線電制造商仍以早期模擬技術為其設計基礎,這些模擬技術多半采用昂貴和低集成度的雙極性 (bipolar) 或Bi-CMOS工藝。

    盡管FM調諧器 (tuner) 相關產品市場持續成長,其無線電架構卻幾乎沒有任何改變。完全集成式100% CMOS數字低中頻架構的出現是FM調諧器無線電架構過去十年來的第一次重大進步。在此之前,設計人員已將數種射頻架構用于FM調諧器,它們各有自己的優缺點。為了討論方便起見,我們將分析傳統的調頻發射機和調頻接收機架構以便了解調頻系統的共同架構。我們還將介紹FM調諧器的多種演進結果,它們最后為調頻接收器帶來全新的數字低中頻架構。另外,我們也將解釋這套架構如何實現全面性高效能整合,使得整個FM調諧器只需一顆外部旁路電容。

 
                   圖1:(a) 調頻發射機和 (b) 調頻接收機方塊圖

    圖1顯示傳統的調頻發射機和接收機。調頻發射機先讓左右聲道的音頻信號通過預加重濾波器 (pre-emphasis filter),然后將信號與RDS (Radio Data System) 數據結合在一起產生復合信息信號m(t)。發射機接著調變信息信號頻率并將結果送到射頻發射機,由它將信號升頻轉換至無線電頻率并產生輸出信號xFM(t)。設計人員可以使用電壓控制振蕩器 (VCO) 實作調頻調變器和射頻發射機功能。就理論而言,這種直接調頻調變法應能正常工作,但設計人員實際上會利用鎖相回路 (PLL) 穩定載波頻率以避免頻率漂移,同時利用功率放大器驅動天線。

    調頻接收機使用射頻接收機把射頻信號xFM(t) 降轉至基帶。在理想情形下,調頻解調器可藉由反向執行調變程序取回原始信息。接收機接著把信息信號m(t) 送給MPX解調器以便將音頻和RDS數據分離,再讓左右聲道音頻通過去加重 (de-emphasis) 電路以消除預加重濾波器引進的線性失真。預加重和去加重濾波器的串聯不會影響左右聲道音頻,但能大幅衰減高頻噪聲與干擾,理論上可將信號雜波比 (SNR) 提高13dB左右 [1, 2]。

    FM調諧器效能主要由射頻接收機與調頻解調器決定。最基本的調頻解調器架構就是一個由時域差分器和包絡檢測器組成的鑒頻器 (frequency discriminator)。采用這種解調器時,差分器會把利用相位存儲信息的調頻信號轉換成利用振幅存儲信息的調幅信號,然后由包絡檢測器從振幅中取回信息。調頻載波的振幅變動可能會破壞鑒頻器的解調輸出,因此鑒頻器的前面通?;嵩黽右患斷薹饕員慍ピ夭ǖ惱穹潿?。其它常用的調頻鑒頻器包括Foster-Seeley鑒別器和比例檢測器 [1, 2]。制造商過去大都利用分立元器件組成的鑒頻器設計調頻解調器,例如變壓器、晶體管、二極管、電阻和電容;今天,多數設計都已采用IC解決方案。 

 
圖2:典型的鎖相回路方塊圖及其線性模型

    鎖相回路是目前很受歡迎的一種調頻調變架構,圖2就是典型的鎖相回路方塊圖及其線性模型。其中PD代表相位檢測器 (Phase Detector),KPD是相位檢測器增益,HLF(s) 是回路濾波器轉移函數,KVCO/s則是壓控振蕩器轉移函數。鎖相回路是一種負反饋系統,它會根據輸入信號xFM(t) 鎖定反饋信號xVCO(t) 的相位。調頻信號xFM(t) 可表示為下列方程式: 


    其中Ac是載波振幅,fc是載波頻率,KVCO是電壓/頻率轉換常數,m(t) 則代表信息或信息信號?;羋匪ê?,相位誤差fe將保持不變。反饋信號xVCO(t) 可表示為下列方程式: 

 

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