車載信息娛樂系統(tǒng)是時(shí)下汽車世界中的熱門話題。而處于復(fù)雜汽車信息娛樂平臺核心的是高性能汽車收音機(jī)調(diào)諧器，一個(gè)為駕駛者和乘客提供高級廣播收聽體驗(yàn)的必備組件。汽車收音機(jī)市場相當(dāng)大，并且還在隨著汽車生產(chǎn)量增加而持續(xù)增長。在2012年，全球轎車和商用車的產(chǎn)量達(dá)8，410萬臺。2013年上半年，汽車產(chǎn)量就已達(dá)4，400萬臺1。汽車后裝市場的規(guī)模更大，估計(jì)全球超過十億多臺汽車在路上行駛2。假設(shè)每輛車至少有一個(gè)收音機(jī)，考慮到如此龐大的市場規(guī)模，為什么只有少數(shù)汽車收音機(jī)調(diào)諧器供應(yīng)商能夠在這個(gè)龐大且不斷增長的市場中競爭?

汽車收音機(jī)調(diào)諧器市場的成功因素

汽車收音機(jī)調(diào)諧器領(lǐng)域是一個(gè)具有很高技術(shù)門檻的半導(dǎo)體市場，主要原因如下：

當(dāng)今復(fù)雜的、不斷變化的駕駛環(huán)境需要高性能收音機(jī)調(diào)諧技術(shù)

· 汽車通常處于移動狀態(tài)中。這種不斷移動性要求汽車收音機(jī)調(diào)諧器能夠接收各種條件下的無線電信號。調(diào)諧器必須能夠處理各種類型的信號衰減，例如由于山脈和建筑物反射廣播信號而形成的多徑干擾。所接收到信號的振幅相位隨時(shí)都在改變，從而導(dǎo)致接收到的廣播信號失真或丟失。

· 偏遠(yuǎn)地區(qū)的弱信號影響接收質(zhì)量。

· 電力線和廣播發(fā)射塔可干擾廣播無線電信號或者使得接收性能進(jìn)一步惡化。

車內(nèi)電子產(chǎn)品產(chǎn)生干擾

· 車內(nèi)較差的電機(jī)EMI防護(hù)，例如風(fēng)擋雨刷、車窗、天窗和其他車體/隔間部分，甚至發(fā)動機(jī)和喇叭都能引起干擾。不恰當(dāng)?shù)奶炀€配置也會使得接收性能惡化。其他干擾也可能來自車載收音機(jī)電路板上面安置的DC-DC轉(zhuǎn)換器、LCD屏和其他高速數(shù)字電路。

競爭壓力促使調(diào)諧器IC供應(yīng)商提供高集成度且性能毫不讓步的調(diào)諧器

· 傳統(tǒng)調(diào)諧器采用上一代的BiCMOS工藝技術(shù)制造。隨著當(dāng)今成本壓力的上升，RF調(diào)諧器設(shè)計(jì)已經(jīng)在代工廠(如臺積電)中轉(zhuǎn)換到具有成本效益的CMOS技術(shù)，以在深亞微米節(jié)點(diǎn)制程實(shí)現(xiàn)更低的混合信號集成電路生產(chǎn)成本。世界上僅有少數(shù)幾家汽車收音機(jī)調(diào)諧器供應(yīng)商能夠提供基于數(shù)字低中頻架構(gòu)的低成本RFCMOS車載調(diào)諧器方案。

· 為了滿足汽車OEM前裝客戶市場，調(diào)諧器IC供應(yīng)商通常必須是一家通過ISO/TS16949認(rèn)證的公司，可為市場提供符合AEC-Q100認(rèn)證的調(diào)諧器IC。

汽車收音機(jī)調(diào)諧器供應(yīng)商必須能夠覆蓋全球，在全球?yàn)樵O(shè)計(jì)和路測提供現(xiàn)場支持。RF PCB布局和汽車路測需要本地支持，以縮短設(shè)計(jì)周期，并幫助在路測過程中進(jìn)行適當(dāng)調(diào)諧。

這些諸多因素導(dǎo)致汽車收音機(jī)調(diào)諧器具有較高的市場進(jìn)入壁壘，以至于僅有少數(shù)半導(dǎo)體公司能夠?yàn)槿蚱囆畔蕵肥袌鎏峁└咂焚|(zhì)調(diào)諧器。

汽車收音機(jī)調(diào)諧器要求

汽車收音機(jī)調(diào)諧器運(yùn)行中所面臨的挑戰(zhàn)性環(huán)境需要一系列高要求的核心性能參數(shù)和特性。這些參數(shù)包括：

極佳的靈敏度：幫助接收弱信號

靈敏度是指調(diào)諧器接收電臺弱信號的能力。如果你居住在遠(yuǎn)離大多數(shù)無線電臺發(fā)射器的農(nóng)村地區(qū)，調(diào)諧器的靈敏度是十分重要的。一個(gè)具有-3.5dBuV靈敏度的調(diào)諧器能夠捕獲小到0.5uV的信號，這樣即使調(diào)諧器遠(yuǎn)離發(fā)射塔100英里它都有可能收到該發(fā)射塔發(fā)出的信號。

卓越的選擇性和動態(tài)帶寬控制：有利接收強(qiáng)電臺之間的弱信號

選擇性是指在小頻率偏移量處存在強(qiáng)信號電臺時(shí)調(diào)諧器接收弱信號電臺的能力和對接收當(dāng)前電臺時(shí)對左右鄰臺干擾的抑制程度，如圖1所示。在FM頻譜擁擠的城市環(huán)境中，這特性對于接收器尤其重要。鄰道選擇性是指信號對在FM廣播頻率±100kHz處鄰道信號的抑制能力，這在歐洲市場特別重要，因?yàn)樵谶吔绲貐^(qū)FM廣播的鄰道干擾接近±100kHz處。高性能的汽車收音機(jī)調(diào)諧器在±100kHz處干擾下應(yīng)該至少有65dB的選擇性。一些調(diào)諧器能夠通過強(qiáng)大的先進(jìn)無線電DSP算法獲得這種選擇性，可以通過測量多個(gè)信號參數(shù)(包括相鄰和相間信道條件)動態(tài)優(yōu)化預(yù)期的信道帶寬，在強(qiáng)干擾存在下收窄帶寬。

圖1：在接收強(qiáng)電臺之間的弱信號時(shí)，卓越的選擇性和動態(tài)帶寬控制是非常重要的 優(yōu)良的IP3：對互調(diào)失真提供最佳防護(hù)

IP3是對調(diào)諧器線性度的品質(zhì)參數(shù)度量。更高的IP3意味著更好的線性度和更少的失真度。最嚴(yán)重的失真是三階互調(diào)失真(IMD3)，它是由兩個(gè)近距離干擾信號的三次諧波失真產(chǎn)生的干擾信號，進(jìn)入有用信道引起串?dāng)_。(如圖2所示。)擁擠的FM頻譜在城市中非常普遍，太接近于有用頻道的干擾是不容易過濾掉的。為了減少三階失真的干擾結(jié)果，必須增加IP3性能。具有較低IP3的調(diào)諧器需要非常昂貴的高Q值跟蹤濾波器，來避免IMD3干擾和較差的收聽體驗(yàn)。一個(gè)優(yōu)秀汽車收音機(jī)調(diào)諧器的IP3指標(biāo)可以高達(dá)117dBuV，并且在全RF增益下具有-3.5dBμV的靈敏度。它也應(yīng)該提供很寬的IMD動態(tài)范圍，在沒有外部濾波模塊時(shí)提供IMD3干擾保護(hù)。

圖2：好的IP3提供強(qiáng)有力的互調(diào)失真保護(hù)

快速AF(備用電臺頻率)檢查：允許快速響應(yīng)時(shí)間在6ms或以下

在歐洲，當(dāng)信號太弱時(shí)或者當(dāng)超出電臺信號覆蓋范圍時(shí)，AF可允許汽車收音機(jī)調(diào)諧器調(diào)諧到一個(gè)提供相同電臺內(nèi)容的不同頻率。這常見于歐洲汽車收音機(jī)中，它通過在RDS數(shù)據(jù)中發(fā)送AF列表來啟動。在高端汽車中，常備兩個(gè)調(diào)諧器， 其中一個(gè)專用后臺從調(diào)諧器用于掃描AF列表，提供AF電臺參數(shù)給主機(jī)，以便當(dāng)主電臺信號變得不可接受時(shí)，跳轉(zhuǎn)到AF電臺。在成本敏感的收音機(jī)(前面提及的雙調(diào)諧器太貴了)中，單調(diào)諧器檢測AF電臺，然后重新調(diào)諧到主電臺，但不會引起可覺察到的音頻中斷。執(zhí)行AF檢查操作所能夠接受的最大時(shí)間為10ms。市場上大多數(shù)調(diào)諧器僅能夠監(jiān)測AF電臺的接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)。表現(xiàn)優(yōu)異的汽車收音機(jī)調(diào)諧器能夠在6ms內(nèi)完成AF檢查操作，并且監(jiān)測多達(dá)四個(gè)參數(shù)，包括RSSI、SNR、頻率偏移和多徑干擾。

FM多徑干擾處理：信道均衡器減少多徑干擾

多徑干擾是FM廣播在移動環(huán)境下(特別是在高速時(shí))接收性能衰減的主要根源。多徑失真是由于來自同一發(fā)射源的兩個(gè)或多個(gè)無線電廣播信號以不同的時(shí)間和相位到達(dá)接收器而造成的，衰減水平依賴于不同物體的信號反射。射頻信號在到達(dá)接收器之前，由于兩類多徑衰落：平坦和頻率選擇性，導(dǎo)致振幅和相位發(fā)生變化。在城市環(huán)境中，從近距離物體(例如建筑物)反射的結(jié)果導(dǎo)致短暫延遲多徑衰落，引起寬帶深度衰落。在這種情況下所有頻譜分量信號同時(shí)遭受振幅衰減(平坦衰落)，導(dǎo)致刺耳的音頻啪啪聲和斷音。反過來，較長的多徑時(shí)延(頻率選擇性衰落)來自幾公里遠(yuǎn)處物體的反射(例如山丘和高大建筑物)。在這種情況下某些頻率分量被衰減，引起信道信號較大失真，從而引起音頻失真。

傳統(tǒng)的做法是同時(shí)采用多種技術(shù)減輕多徑干擾的影響，例如從立體聲音頻退回到單聲道音頻，安裝低通音頻濾波器(hi-cut和hi-blend)，可削減高頻分量來減少由于嚴(yán)重多徑干擾而導(dǎo)致極刺耳的音頻，以及在不得已時(shí)采取軟靜音方式。汽車收音機(jī)調(diào)諧器應(yīng)具備上述基本的緩解措施，能夠通過連續(xù)檢測信號質(zhì)量參數(shù)自動的運(yùn)行、啟動和監(jiān)視。

好的汽車收音機(jī)調(diào)諧器應(yīng)當(dāng)具有FM信道均衡器以便消除頻率選擇性多徑衰落，產(chǎn)生最小失真的音頻。均衡器的適應(yīng)算法不斷尋求恢復(fù)由于頻率選擇性衰落而影響的頻率分量，即使車輛行駛在多徑干擾環(huán)境中也不斷恢復(fù)信號。其結(jié)果是減少音頻失真，降低多徑干擾緩解措施對音頻的影響(例如立體聲單聲道調(diào)節(jié)和hi-cut/hi-blend)。

FM雙天線相位分集實(shí)現(xiàn)更高清晰度

近年來，歐洲的汽車OEM廠，例如寶馬、奧迪、大眾和戴姆勒都采用玻璃/貼片有源天線系統(tǒng)，放棄被動鞭桿天線。然而，采用小型玻璃天線將導(dǎo)致FM收音性能受損。在雙天線/相位分集調(diào)諧器系統(tǒng)中，OEM廠通過采用雙天線去提供更大信號強(qiáng)度，明顯改善多徑衰落的影響，從而規(guī)避這個(gè)問題。

領(lǐng)先的汽車收音機(jī)調(diào)諧器使具有信道均衡器的雙調(diào)諧器相位分集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，克服平坦和頻率選擇性衰落。雙調(diào)諧器輸出被組合起來去減輕信號衰落，提升音頻質(zhì)量。在天線相位分集系統(tǒng)中，RF信號由兩個(gè)空間不相干天線接收，它們彼此具有優(yōu)化的間距，連接到兩個(gè)調(diào)諧到相同頻率的調(diào)諧器。信號衰落路徑在一個(gè)天線位置上可能產(chǎn)生深度衰落，然而另一信號衰落路徑在另一天線位置上就可能獲得很好的收聽體驗(yàn)。

雙調(diào)諧器天線相位分集解決方案可以結(jié)合多天線輸出令由于平坦衰落而對接收信號的影響減至最小。兩個(gè)接收器使用共同的參考時(shí)鐘，確保它們被調(diào)諧到相同的信道頻率，輪流從副接收器和主接收器上獲得IF信號和相關(guān)信號品質(zhì)參數(shù)。兩個(gè)中頻信號在主接收器采用專有相位分集邏輯進(jìn)行相位對齊和組合。組合后的IF信號隨后在主接收器中進(jìn)行信道均衡、FM解調(diào)、MPX解碼和信號調(diào)節(jié)。最后，輸出的立體聲音頻被傳送到系統(tǒng)中的音頻信號處理單元。

AM/FM HD收音機(jī)™的崛起

在美國，HD Radio數(shù)字無線電廣播正在引領(lǐng)汽車收音機(jī)的發(fā)展。為滿足市場需求，之前僅存在于高端汽車上的HD Radio現(xiàn)在已經(jīng)逐漸向中級平臺遷移。已經(jīng)采用HD Radio的汽車OEM廠包括福特、沃爾沃和寶馬(在此僅舉幾例)。在不久的將來，更多的OEM廠將加入這個(gè)列表。據(jù)估計(jì)，到2015年在美國將有超過50%的汽車配備HD Radio接收。HD Radio調(diào)諧器必須經(jīng)過iBiquity公司(http://www.ibiquity.com/automotive)認(rèn)證，該公司是HD Radio技術(shù)的開發(fā)者和認(rèn)證授權(quán)者，可為汽車OEM廠商評定AM/FM調(diào)諧器性能等級。

展望未來

車載信息娛樂系統(tǒng)開發(fā)者正在被要求在更低系統(tǒng)成本下實(shí)現(xiàn)更高的汽車性能品質(zhì)。當(dāng)今的消費(fèi)者也期望從他們的汽車收音機(jī)上獲得CD質(zhì)量的收聽體驗(yàn)。汽車OEM廠和一級供應(yīng)商了解這一趨勢并且通過設(shè)計(jì)先進(jìn)的信息娛樂系統(tǒng)順應(yīng)消費(fèi)者需求，這包含最先進(jìn)的汽車收音機(jī)調(diào)諧器、擁有出色的靈敏度和選擇性、優(yōu)秀的IP3性能和FM相位分集接收，同時(shí)支持?jǐn)?shù)字無線電標(biāo)準(zhǔn)如iBiquity的HD Radio技術(shù)。具有優(yōu)異性能和成本優(yōu)勢的汽車收音機(jī)調(diào)諧器，例如Silicon Labs的Si475x和Si476x調(diào)諧器系列產(chǎn)品，現(xiàn)在正在被汽車OEM廠和一級信息娛樂系統(tǒng)供應(yīng)商大規(guī)模應(yīng)用在生產(chǎn)項(xiàng)目中。這些先進(jìn)的汽車收音機(jī)調(diào)諧器已經(jīng)在性價(jià)比上為汽車客戶樹立了新的標(biāo)桿，同時(shí)也為消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)了卓越的車內(nèi)音頻收聽體驗(yàn)。 本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)7月《汽車電子特刊》