一个完整的数位音讯广播(DAB)接收机方案

本文提出的DAB接收机方案采用三颗高度整合的IC，能进行VHF BIII接收和L频段接收，并具有良好的通道选择及出色的频率选择性。

目前，调频(FM)接收常常因多径干扰而失真或中断，特别是在使用行动接收机的时候(如在汽车中接收)。导致这种现象的主要原因是来自山峰或建筑物的反射，这些反射使主讯号的相位产生偏移并导致调频载波失真。

一项新的广播传输标准－数位音讯广播(DAB)透过以下方法可克服这些缺点，即：采用长符号时间与特殊保护间隔，在以200km/h速度行动并使用简单杆式天线的接收机上提供近似CD品质的立体声音讯。该方法导致的传输速率的减少可透过采用多载波正交频分多路传输(OFDM)技术进行补偿，而由多径传输带来的其它反射效应则可用在DAB传输技术中以增强主讯号。

有四种针对不同应用和频率而优化的DAB传输模式，其中最重要模式是用于地面单频网(SFN)的模式1与用于传输距离有限的中等规模网路的模式2。

图1：DAB接收机的原理简图
 

Atmel公司能提供完整的DAB晶片组。该晶片组具有三颗高度整合的IC用于DAB接收，其中两颗IC覆盖DAB调谐器的类比功能，第三颗则是DAB基频IC。

这个基频IC包含一个通道解码器、一个源解码器以及一个数据解码器，负责快速傅立叶变换(FFT)、维特比(Viterbi)解码、数据处理以及源解码。

此DAB接收机将DAB讯号从175MHz至240MHz频率转换成固定中频(IF)频率。IC的讯号通路包括一个可变增益输入放大器和一个带有整合表面声波(SAW)滤波器驱动电路、将讯号转换成38.912MHz固定IF的下变频器。讯号通过SAW滤波器后，在可变增益放大器(VGA)中被再一次放大以及下变频(下变频为可选)。

在这里，一个整合的自动增益控制(AGC)环路透过调整内、外部VGA或可变衰减器的增益控制SAW滤波器上的射频(RF)功率。为提供最佳中频输出功率，另一个AGC环路则调整DAB接收机IF输出端上的VGA增益。

这两个AGC环路的时序可独立调节，因而可提供良好的通道选择及出色的频率选择性(即避免受邻近通道或其它讯号源的干扰)。输入RF讯号透过两路射频输入中的一路馈入DAB接收机。

DAB接收机包括一个压控振荡器(VCO)和一个小数分频PLL电路，以便产生必需的本振(LO)讯号，该讯号被锁定在整合晶振的频率上或者外部参考频率上。参考频率讯号从一个输出接脚上获得以便连接到L频段下变频器IC。三个开关和三个类比数位转换器(DAC)用于自动调谐器排队(ATA)。DAB接收机的全部功能可透过一条来自基频晶片的二线汇流排进行控制。

为将L频段(1.452GHz至1.492GHz)DAB接收增加到调谐器中，必须使用L频段下变频器。这个IC包括一个混频器以便将输入讯号从L频段下变频到DAB接收机IC可处理的频段。L频段下变频器IC则包含一个用于产生LO讯号的PLL受控振荡器，以及一个包含在AGC环路中的VGA。这个AGC环路亦可用来控制外部LNA或衰减器。

L频段下变频器IC的功能完善，具有使AGC环路、内部VGA与混频器无效的低功率模式。振荡器与PLL环路即使在低功率模式下也能保持活动状态，以便提供从VHF BIII(175MHz至240MHz)接收向L频段接收的快速切换。

DAB调谐器使用外部LNA进行VHF BIII与L频段接收。这两个LNA均包含在由L频段下变频器或DAB接收机控制的AGC环路中。利用DAB接收机中的一个开关在VHF BIII与L频段接收之间进行切换，就是说，在VHF BIII接收时，它选择外部LNA并将L频段下变频器IC切换至低功率模式。

DAC用来控制ATA。ATA这项独特技术已应用在Atmel调谐器IC中，以实现无需进一步排序便可进行自动通道选择。ATA的主要优势是具有良好的通道选择性，可获得出色的调谐器性能。ATA利用变容二极体将可调谐带通滤波器的中心频率调整到接收频段的所需频率。由于可调谐带通滤波器的3dB频宽大约是6dB，所以在进入SAW滤波器以前，就可能获得良好的选择性。

图2：Atmel的DAB调谐器。
 

在VHF BIII接收时通过调谐器的讯号串流如下：天线讯号首先由可调谐滤波器进行带通滤波，可利用VCO电压及一个DAC调整这个滤波器。然后，讯号由外部的增益受控LNA进行放大后，由下一个可调谐滤波器再次进行带通滤波。这个滤波器利用另外两个DAC及VCO电压进行调整。此时讯号通过射频埠1进入DAB接收机，并由内部VGA进行放大。后面的混频器再将输入讯号转换到38.912MHz的固定中频，这可透过将VCO及PLL调整到所需的本振频率来完成。然后，DAB讯号进入SAW滤波器，SAW滤波器将滤除在调整过的DAB通道之外的所有讯号。最后，讯号再次进入作为额外VGA级和可选混频器级的U2731B晶片。

L频段接收的讯号串流包括一个增益可调的外部LNA与一个固定带通滤波器。讯号馈入L频段下变频器，在这里讯号再次被VGA放大并下变频到190MHz至230MHz频段内。然后，讯号由可调谐滤波器进行带通滤波，该滤波器利用DAB接收机IC的两个DAC及VCO电压进行调整。最后，讯号馈入DAB接收机RF埠2，后面的讯号串流则与上述VHF BIII接收的讯号串流一样。

由于DAB讯号是一个频宽约为1.5MHz的OFDM讯号，因此放大器与混频器拥有出色的线性度非常重要。为减少频率失真，可调谐滤波器与SAW滤波器应该在DAB讯号的1.5MHz频宽内具有较低的频率响应。

调谐器对于VHF BIII接收的噪音大约为3.5dB，对于L频段接收不到5dB，且对这两个频段都有大约100dB的动态范围。对VHF BIII及L频段来说，使用上述调谐器的DAB接收机的选择性要好于-95dBm。无需改变任何元件，这两个接收频段就都可获得+10dBm的大讯号性能。另外，建议采用EEPROM储存用于ATA机制中的DAC频率相关值。如，采用简单二线汇流排的EEPROM很容易整合到DAB调谐器中。

DAB的出色品质使其自然而然地成为FM无线电广播的替代。目前，全球有超过3亿人可接收大约600套DAB广播节目。新型DAB IC与晶片组的出现将加快人们对这个新兴广播标准的认可。

供稿：Atmel公司