Интегральные радиоприемные устройства
В настоящее время практически все выпускаемые радиоприемные устройства реализуются на основе интегральных схем. Нет смысла приводить все схемы приемников, выпускаемых несколькими десятками фирм за все годы своего существования. Рассмотрим наиболее характерные современные структуры приемных чипов различного назначения.
Для работы в экономичных радиовещательных и связных приемниках частотно-модулированных сигналов предназначены микросхемы К174ХА42А и К174ХА42Б. Микросхемы содержат все функциональные узлы супергетеродинного ЧМ приемника (от антенного входа до выхода ЗЧ) и требуют для его реализации минимальное число дополнительных навесных элементов. Зарубежные аналоги - микросхема TDA7000 и TDA7010.
Функциональная схема TDA7000 изображена на рис.9.105. ЧМ приемник построен по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты.
Рис.9.105
Низкая промежуточная частота (70 кГц) позволяет использовать для селекции сигнала ненастраиваемые активные RC-фильтры.
Большие значения девиации входного сигнала 50 и 75 кГц при низкой ПЧ приводят к появлению искажений сигнала ЗЧ. Для их устранения использована система обратной связи по частоте (ЧАПЧ), которая уменьшает девиацию в пять раз - до 10 и 15 кГц соответственно. Микросхема оснащена высокоэффективной корреляционной системой подавления шума (бесшумной настройки - БШН). Она подавляет звуковой сигнал при неточной настройке, при входном сигнале с уровнем, близким к уровню шума, и при настройке на зеркальный канал.
Основные электрические характеристики при Токр. ср 25±10°С
Номинальное напряжения питания, В .......................... 4,5
Потребляемый ток, мА, не более ............................... 8
Частота входного ВЧ сигнала, МГц ..................... 1,5...150
Чувствительность (входное напряжение
ограничения по уровню -3 дБ), мкВ............................. 6
Выходное напряжение ЗЧ, мВ ................................. 100
Коэффициент нелинейных искажений, %, не более .............. 0,5
Отношение сигнал/шум, дБ, не менее ......................... 50
Коэффициент подавления составляющей AM, дБ, не менее ......... 50
Для подавления внеполосных сигналов предусмотрен активный полосовой фильтр ПЧ четвертого порядка. Активный полосовой фильтр ПЧ микросхемы состоит из трех звеньев: ФВЧ второго порядка, полосового фильтра первого порядка и ФНЧ первого порядка.
Усилитель-ограничитель имеет большие коэффициент усиления (более 90 дБ) и динамический диапазон. Преобразованный сигнал ПЧ поступает на вход квадратурного частотного детектора и одновременно на вход коррелятора. Фазовращатель (фазовый фильтр на операционном усилителе) обеспечивает сдвиг фазы сигнала на π/2 на частоте fпч = 70 кГц.
Демодулированное напряжение низкой частоты поступает, во-первых, на второй усилитель-ограничитель и далее на гетеродин, замыкая в системе петлю обратной связи по частоте, и, во-вторых, на вход коммутатора системы бесшумной настройки (БШН) и затем на предусилитель ЗЧ и выход приемника.
Выходной сигнал коррелятора используют для управления коммутатором системы БШН, подавляющей межстанционные помехи.
Кроме указанных узлов, микросхема содержит внутренний стабилизатор питающего напряжения, выходной усилитель ЗЧ и генератор шума, входящий в систему БШН. Генератор шума имитирует ЧМ шум и подключается коммутатором к входу предусилителя ЗЧ при переходах от одной принимаемой станции к другой или при неточной настройке. Шумовой сигнал в этих случаях свидетельствует о работоспособности приемно-усилительного тракта. В микросхеме К174ХА42Б управление генератором шума не предусмотрено.
Работа системы БШН основана на корреляции сигнала ПЧ и того же сигнала, задержанного и инвертированного. Оба сигнала подводят к входу коррелятора. Если сигнал Uпч представляет собой последовательность когерентных импульсов постоянного периода (как это и бывает в случае приема радиовещательной станции), то задержка сигнала ПЧ равна периоду колебания. Инвертирование и задержку сигнала выполняет активный фазовый фильтр. При точной настройке на станцию формы обоих сигналов идентичны и имеют высокую степень корреляции. При расстройке и в результате действия помех или шума возникают значительные изменения периода и формы сигнала, в этих случаях корреляции практически нет. По результату сравнения этих сигналов коррелятор вырабатывает сигнал управления коммутатором, плавно включающим усилитель ЗЧ при высокой корреляции или генератор шума при слабой. Этим исключается прохождение на выход приемника различных щелчков, помех и резких звуков.
Корреляционная система БШН обеспечивает единственный канал приема и точную настройку на станцию, подавляя настройку на зеркальный канал. Выходной сигнал коррелятора может быть использован для управления индикатором настройки.
Фирма Sony представила однокристальный ЧМ супергетеродин с двойным преобразованием частоты. Первая ПЧ выбрана высокой – 30 МГц, что позволяет подавить зеркальный канал в диапазоне 80-110 МГц внешним полосовым неперестраиваемым фильтром. Вторая ПЧ равна 150 кГц. Необходимая фильтрация осуществляется активным фильтром 9-го порядка. При такой ПЧ соседний канал является зеркальным, поэтому применен преобразователь частоты с подавлением зеркального канала.
Подавление зеркального канала составляет более 40 дБ. Активные RC фазовращатели обеспечивают формирование квадратурных составляющих.
Характерным примером АМ супергетеродинного радиоприемника может служить ИС К174ХА36. Типовая схема включения для диапазона средних волн представлена на (рис.9.106)
Рис.9.106
ИС TEF6900HL представляет собой однокристальный АМ-ЧМ стерео-тюнер для автомобильных приемников с микропроцессорным управлением, обеспечивающий:
-двойное преобразование частоты (10,7 МГц и 450 кГц) в диапазонах ДВ, СВ и КВ;
-однократное преобразование частоты (10,7 МГц) в диапазонах УКВ и FM.
Типовая схема включения приведена на рисунке.
Для приема сигналов аналогового ТВ предназначены ИС MAX3550/MAX3551/MAX3553 – тюнеры с двойным преобразованием. Каждая ИС содержит все необходимые ВЧ узлы: ВЧ-ПФ, ГУНы, двойной синтезатор частоты, УПЧ с АРУ. Рабочий диапазон частот от 50 МГц до 878 МГц, суммарный диапазон регулировки усиления 60 дБ. MAX3550/MAX3551 имеют ПЧ 44 МГц, MAX3553 - 36 МГц. Коэффициент шума составляет 8 дБ. Подавление зеркального канала составляет 68 дБ.
Компания MicroTuner Inc. предлагает одночиповые тюнеры, например MT2111, для работы в каналах аналогового и цифрового кабельного телевидения в диапазоне 48 МГц - 860 МГц. Тюнер использует архитектуру с двойным преобразованием частоты. Чип содержит малошумящий входной усилитель, первый ПЧ вверх на частоту 1220 МГц, второй ПЧ с подавлением зеркального канала и стандартной промежуточной частотой, управляемый УПЧ, систему синтеза частот. Подавление зеркального канала составляет 75 дБ, коэффициент шума 7,5 дБ, диапазон регулировки усиления – 50 дБ
Чип AD608 фирмы Analog Devices содержит двойной балансный смеситель и логарифмический пятикаскадный УПЧ (110 дБ) с полосой 30 МГц (-1 дБ). Усилитель содержит высокоскоростную систему измерения уровня входного сигнала (RSSI - Received Signal Strength Indicator). Номинальный логарифмический диапазон (±1 дБ): от +0.2 V для входного сигнала –75 дБм до +1.8 V для +5 дБм. Назначение - приемники PHS, GSM, TDMA, FM или PM.
Фирма TEMIC TELEFUNKEN Semiconductors выпускает чип U4240B для автомобильных и бытовых AM приемников. Чип содержит: управляемый УРЧ, балансный смеситель-перемножитель, управляемый генератор, УПЧ с АРУ, балансный АМ детектор (kг=0,7%), НЧ-предусилитель.
Примером чипа для кассетных плееров может служить ИС BA1442A. Это АМ-ЧМ стерео-приемник. ЧМ часть содержит дифференциальный УПЧ (10,7 МГц), двойной балансный квадратурный детектор, стереодекодер. АМ часть содержит гетеродин, двойной балансный смеситель, УПЧ, детектор, и цепь АРУ.
Infineon Technologies предлагает одночиповый супергетеродин TDA5221 для приема сигналов с частотной и амплитудной манипуляцией в диапазоне частот от 300 до 340 МГц. ИС содержит малошумящий усилитель, двойной балансный смеситель, ГУН, синтезатор частоты с ФАПЧ, ограничитель, кварцевый генератор, демодулятор, фильтр.
Фирма Analog Devices предлагает универсальный чип AD61009 для приема сигналов с различными видами модуляции: n-PSK, n-QAM и AM. Обеспечивается максимальная интеграция активных элементов. Это супергетеродин до 500 МГц с частотой ПЧ до 12 МГц. ИС содержит смеситель, управляемый четырехкаскадный УПЧ (90дБ), два демодулятора, генератор, цепи ФАПЧ.
Обычно традиционные сотовые телефоны имеют классическую структуру с двойным преобразованием частоты.
Структура экспериментального чипа, разработанного в калифорнийском университете (Los Angeles) представлена на рисунке
Первая ПЧ равна 190 МГц, вторая – 140 кГц. Входной фильтр обеспечивает подавление первого зеркального канала на 55 дБ. Смесители выполнены по схеме с подавлением зеркального канала. Формирование и обработка квадратурных составляющих обеспечивается полифазными фильтрами (PPF – polyphase filter). Подавление зеркального канала после смесителей составляет 55 дБ, что обеспечивает суммарное подавление первого зеркального канала на 110 дБ.
С целью уменьшения затухания полезного сигнала на выходе второго смесителя применены активные полифазные фильтры. Подавление второго зеркального канала составляет более 35 дБ.
Суммарный коэффициент передачи составляет 100 дБ, диапазон регулировки усиления более 80 дБ. Коэффициент шума равен 5 дБ. Входная точка пересечения 3-го порядка составляет −16 дБм.
Фирма Infineon Technologies AG предлагает чипсет из трех ИС (SMARTi S D) PMB6270 (приемник-передатчик), PMB7860 и PMB6814, образующих четырехполосную (GSM850/900/1800/1900) систему связи. Применен приемник прямого преобразования с интегрированными фильтрами.
Существует вариант SMARTi DC (PMB6256) со всеми необходимыми для трехполосного GSM (GSM900/GSM1800/GSM1900) функциями. Приемник прямого преобразования, передатчик, ФАПЧ, радиочастотный ГУН, фильтры и 28 МГц опорный генератор объединены на одном кристалле. Микропроцессорное управление по трехпроводной шине и стандартным I/Q интерфейсом.
Многие фирмы в последнее время перешли к структуре прямого преобразования: Analog Devices, Alcatel Microelectronics, Ericsson, Infineon, Maxim, Micro Linear, Nokia, Philips, STMicroelectronics, Texas Instruments.
Philips Semiconductors выпускает чип UAA3535HL, в котором приемник содержит УРЧ, смеситель, гетеродин, ФАПЧ, УПЧ с управляемым коэффициентом передачи (64 дБ). Необходимая канальная избирательность обеспечивается встроенными ФНЧ и ПФ пятого порядка с центральной частотой 100 кГц и полосой 220 кГц.
Избирательность по зеркальному каналу составляет 35 дБ. Управление чипом осуществляется по трехпроводной последовательной шине.
Чип Mitel Semiconductor WL600C предназначен для совместной работы с частотным синтезатором WL800 и контроллером the WL102 в системе связи Wireless Local Area Network (WLAN) диапазона 2.4-2.5 ГГц.
Входная ступень приемника – это малошумящий усилитель. Выходной сигнал поступает на ПЧ с подавлением зеркального канала. Нагрузкой является внешний фильтр на ПАВ. Промежуточная частота 43 МГц. УПЧ содержит цепь измерения уровня сигнала (RSSI). Демодуляция осуществляется с помощью квадратурного детектора.
Чип LMX3162 National Semiconductor Corporation предназначен для приемника системы связи диапазона ISM 2.45 ГГц. Приемник содержит смеситель, УПЧ (110 МГц), усилитель-ограничитель, квадратурный детектор, цепь RSSI. Общее усиление составляет 85 дБ.
Приемник чипа CXA3355ER фирмы Sony для спутниковой системы определения местоположения GPS (Global Positioning System), содержит входной усилитель (коэффициент шума 2 дБ), смеситель с подавлением зеркального канала (40 дБ), УПЧ с общим усилением 100 дБ, встроенные ФНЧ и ПФ, ФАПЧ, АЦП. Входной сигнал 1.57542 ГГц преобразуется в промежуточную частоту 1.023 МГц или 4.092 МГц.
Для работы в качестве тюнера спутникового цифрового приемника предназначены ИС MAX2116/ MAX2118 фирмы Maxim Integrated Products Inc., представляющие собой тюнеры цифровых сигналов (QPSK/8-PSK) НТВ диапазона 925-2175 МГц с прямым преобразованием. ИС включает малошумящий входной регулируемый усилитель, два смесителя, генератор квадратурных опорных колебаний, синтезатор частоты, программируемые ФНЧ 7-го порядка. Диапазон изменения суммарного коэффициента передачи составляет 79 дБ.
Для декодирования цифровых сигналов спутниковых систем телевизионного вещания стандарта DVB-S может служить ИС L64724.
