數(shù)字音頻廣播接收機(jī)前端設(shè)計(jì)

楊潔

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，我國(guó)廣播電視事業(yè)取得了進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)字化逐漸成為廣播發(fā)展的必然趨勢(shì)。接收機(jī)前端作為數(shù)字音頻廣播的在重要組成部分，是連接射頻與基帶的橋梁，其設(shè)計(jì)合理與否直接影響接收機(jī)性能，如何更好地設(shè)計(jì)廣播接收機(jī)前端受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文將對(duì)數(shù)字音頻廣播概念及前端接收機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和研究，并闡述數(shù)字音頻廣播接收機(jī)前端設(shè)計(jì)模式，旨在推動(dòng)我國(guó)廣播電視事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)字音頻廣播；接收機(jī)；前端設(shè)計(jì)

前言：近年來(lái)，廣播已經(jīng)成為了人們信息獲取和娛樂(lè)的重要媒介，然而，受到互聯(lián)網(wǎng)等因素的影響，傳統(tǒng)模擬廣播已經(jīng)難以滿(mǎn)足現(xiàn)代人們的需求，在很大程度上影響廣播進(jìn)一步發(fā)展。數(shù)字音頻廣播以其隨時(shí)、隨地的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛推廣和普及。為了提高數(shù)字音頻廣播質(zhì)量，加強(qiáng)對(duì)其接收機(jī)前端設(shè)計(jì)的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

一、數(shù)字音頻廣播概念及前端接收機(jī)結(jié)構(gòu)

（一）概念

數(shù)字音頻廣播實(shí)際上是調(diào)幅廣播和調(diào)頻廣播之后的第三代廣播，主要是將計(jì)算機(jī)等技術(shù)作為基礎(chǔ)，利用數(shù)字化處理方式實(shí)現(xiàn)廣播目標(biāo)和任務(wù)。數(shù)字音頻廣播具有真實(shí)、噪聲小等優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)橛脩?hù)帶來(lái)全新的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)[1]。

（二）結(jié)構(gòu)

數(shù)字音頻廣播前端接收機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括以下三種：

首先，高中頻超外差。高中頻超外差結(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用范圍比較廣泛的結(jié)構(gòu)，能夠獲得大而穩(wěn)定的增益和良好的頻率選擇，但是，其中頻濾波器多使用陶瓷等材質(zhì)，使得難以在芯片上集成，同時(shí)還存在鏡頻干擾的狀況，難以確保質(zhì)量。

其次，零中頻。零中頻概念提出較早，但是發(fā)展較慢，甚至出現(xiàn)了停止發(fā)展的情況。在發(fā)展的過(guò)程中，零中頻在很大程度上解決了高中頻的弊端，但是又出現(xiàn)了新的問(wèn)題，混頻器與放大器之間的隔離效果不盡人意，且易出現(xiàn)干擾，相對(duì)來(lái)講不適合在數(shù)字音頻廣播接收機(jī)中應(yīng)用。

最后，低中頻。低中頻介于前兩者中間，解決了零中頻的問(wèn)題，有具有較高的集成度，但是其鏡頻抑制能力較差。

綜上所述，在選擇接收機(jī)前端過(guò)程中，要綜合考慮實(shí)際情況，選擇合理的結(jié)構(gòu)。

二、數(shù)字音頻廣播接收機(jī)前端設(shè)計(jì)分析

（一）DAB設(shè)計(jì)

DAB接收機(jī)前端主要采用U2731B專(zhuān)用芯片，并圍繞著該芯片進(jìn)行外圍電路等內(nèi)容的設(shè)計(jì)。在接收機(jī)前端設(shè)計(jì)之前要確定設(shè)計(jì)方案。將天線(xiàn)接收的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)變到中頻，并將中心頻率設(shè)置到標(biāo)準(zhǔn)值；另外，還需要擴(kuò)大微弱信號(hào)，為了確保A/D變換器穩(wěn)定運(yùn)行，要保障AGC輸出信號(hào)穩(wěn)定，最后，要完成本振頻率的AFC，通過(guò)三個(gè)環(huán)節(jié)確定設(shè)計(jì)方案，為下個(gè)環(huán)節(jié)工作奠定基礎(chǔ)。

U2732B作為專(zhuān)用芯片，具有射頻前端的主要功能，并由多個(gè)模塊構(gòu)成，例如：增益可控射頻混頻器、中頻混頻器等，本文主要采用二次變頻方案，分別設(shè)置兩個(gè)頻率，由于該芯片具有良好的自動(dòng)增益控制性能，而且電路所有控制參數(shù)都由總線(xiàn)接口輸入進(jìn)去，可以人為設(shè)置信號(hào)幅度、靈敏度等，并經(jīng)由外部中頻帶通濾波器濾波，將其作為前端電路輸出[2]。

基于此種芯片下外圍電路設(shè)計(jì)的射頻和中頻濾波器設(shè)計(jì)，受到輸出信號(hào)幅度較大等因素的影響，本文采用電感、電容等無(wú)源器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，對(duì)前端射頻信號(hào)進(jìn)行濾波處理，抑制鏡像頻率信號(hào)對(duì)接收效果的影響，提高廣播質(zhì)量。其次，中頻主要通過(guò)第一、第二兩個(gè)濾波器進(jìn)行處理；最后，受到前端與基帶相互獨(dú)立的影響，需要將控制信號(hào)通過(guò)總線(xiàn)向芯片寫(xiě)入，以此來(lái)達(dá)到控制信號(hào)的目的。

通過(guò)對(duì)接收機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，接收機(jī)符合標(biāo)準(zhǔn)，且性能、指標(biāo)等良好，可以廣泛使用。

（二）DRM可編程設(shè)計(jì)

目前，DRM已經(jīng)成為了廣播領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，由于數(shù)字信號(hào)處理器運(yùn)算速度日漸提升，使得通信系統(tǒng)逐漸滲透其中，通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)將成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)字化無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)具有性能優(yōu)良、智能化處理等特點(diǎn)，且在一定程度上簡(jiǎn)化了接收機(jī)前端設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)化后的中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并進(jìn)行編程變頻器完成到基帶，以此來(lái)降低碼率輸出。

由于存在多種數(shù)字音頻廣播體制，例如：DAB、DRM等，由此，可以設(shè)計(jì)出多體兼容可行方案。另外，模擬廣播接收機(jī)將AM和FM兩個(gè)頻段接收機(jī)有機(jī)結(jié)合，而后，由于AM和DRM自身具有多模式等特征，將軟件無(wú)線(xiàn)電融入其中，便能夠設(shè)計(jì)出可編程數(shù)字下變頻器。

DAB信號(hào)的射頻載波頻率范圍是170MHz～230MHz，信號(hào)帶寬1.536MHz，需要完成的功能包括將射頻型號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l信號(hào)、將微弱信號(hào)進(jìn)行放大、完成本振頻率AFC等。DRM接收機(jī)主要由前端模擬電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等部分構(gòu)成，而外圍電路則由前端模擬電路、A/D變換電路和PDC電路組成，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，這種模式能夠?qū)崿F(xiàn)兼容模擬廣播和DAB、DRM數(shù)字廣播的接收機(jī)前端，能夠更好地提高廣播質(zhì)量，從而豐富人們的生活。就目前來(lái)看，廣播主要采用模擬和數(shù)字廣播并存的形式，吸取二者的精華，且越來(lái)越重視兼容的研究，主要是為了實(shí)現(xiàn)頻率、寬帶等之間的融合，為新技術(shù)能夠推廣奠定基礎(chǔ)，從而提高廣播質(zhì)量，為研制符合我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字廣播電視設(shè)備奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

（三）多制式兼容接收機(jī)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，世界廣播發(fā)展的狀況是模擬與數(shù)字廣播并存，多種數(shù)字廣播制式并存，同時(shí)這種狀況在短時(shí)間內(nèi)難以改變。因此，在對(duì)數(shù)字廣播接收機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該對(duì)兼容多種體制的問(wèn)題進(jìn)行充分考慮。不同的數(shù)字廣播體制中采用的激素都類(lèi)似，例如在DAB與DRM中都采用的是OFDM調(diào)制，這些都為設(shè)計(jì)兼容不同標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字廣播接收機(jī)奠定了一定的基礎(chǔ)。不同的標(biāo)準(zhǔn)采用的頻率、帶寬等都存在一定的差異，導(dǎo)致其前端處理模塊也不相同，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中重視多制式兼容接收機(jī)的設(shè)計(jì)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。前文已經(jīng)給出了DAB與DRM接收機(jī)前端的設(shè)計(jì)內(nèi)容，將其作為多制式兼容接收機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。通過(guò)多制式兼容接收機(jī)中的模擬電路對(duì)DAB與DRM進(jìn)行了整合；AD變換器一方面能夠滿(mǎn)足DRM前端采樣率的要求，另一方面能夠適應(yīng)DAB前端4倍中頻數(shù)字下變頻算法；PDC 模塊為 DRM 接收機(jī)相應(yīng)模塊增加 DAB 接收機(jī)數(shù)字正交解調(diào)的部分。

結(jié)論：根據(jù)上文所述，數(shù)字音頻廣播作為我國(guó)廣播電視的重要組成部分，在社會(huì)主義精神文明建設(shè)等方面占據(jù)不可替代的位置。面對(duì)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展新形勢(shì)，需要更好地進(jìn)行接收機(jī)前端設(shè)計(jì)，促進(jìn)廣播質(zhì)量的提高。本文主要從DRM和DAB兩種模式入手，對(duì)二者接收效果進(jìn)行分析，從而為我國(guó)廣播事業(yè)可持續(xù)、健康發(fā)展提供支持。（作者單位：貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳靜，彭安金，劉雨欣.基于余弦調(diào)制濾波器組的電力系統(tǒng)諧波分析[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，18（03）：259-261.

[2] 周永行，管華，董在望.DAB接收機(jī)中改進(jìn)的數(shù)字下變頻算法及實(shí)現(xiàn)[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2012，20（05）：12-14.

[3] 陸迎光，仇潤(rùn)鶴，孫曉靖.中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)中信號(hào)傳輸和處理技術(shù)[J].電子技術(shù)，2011，10（8）：158-159.