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柔性電路板廠之DMR之超外差和單芯片方案對比

2020-07-21 10:25

DMR 之不同射頻架構(gòu)
 

  對講機行業(yè)目前有幾百家企業(yè)在生產(chǎn)不同品質(zhì)、不同價格的產(chǎn)  品。其中高性能、高價格的產(chǎn)品以行業(yè)龍頭摩托羅拉和海能達為代表, 這兩個品牌真正自己生產(chǎn)(非貼牌)的中高端機器基本是超外差架構(gòu)。另外一部分品牌以及摩托羅拉的一些副廠產(chǎn)品,部分采用了高集成的 零中頻架構(gòu)。下面我們柔性電路板廠就討論下這兩種架構(gòu)對用戶使用帶來哪些區(qū)別, 本文只討論接收部分。

  先說說什么是超外差架構(gòu)。先搬一張某經(jīng)典機型接收機框圖:

  接收天線下來首先是收發(fā)開關(guān)(ANT SW),它負責(zé)打開和關(guān)閉收發(fā)信號。然后是 LNA 進行信號放大,LNA 前后各包含有一個帶通濾波器(BPF)。正規(guī)機器通常是用幾個變?nèi)莨芎途€圈等器件構(gòu)成電調(diào)諧帶

  通濾波器,行業(yè)內(nèi)簡稱電調(diào),會跟蹤有用信號的頻點而調(diào)節(jié)自身諧振點。它的作用是對外部接收信號做選擇,抑制干擾信號。如果缺失了電調(diào)濾波器,強干擾會直接打入 LNA 或混頻器,導(dǎo)致它們飽和,機器出現(xiàn)接收困難(實際靈敏度瞬間惡化)。

  放大器后面是第一級混頻器(MIXR),混頻后的信號變成第一中頻信號,通常是幾十兆赫茲?;祛l時,性能的一個關(guān)鍵在于本振信號(PLL)的純度(相位噪聲),這將影響接收機抗干擾性能。目前業(yè)界頻譜純度能達到專業(yè)對講機要求的(-120dbc/Hz @10k offset),一種是用分立元件做獨立 VCO,一種是用 TI 產(chǎn)LMX2571,國產(chǎn)器件還有待提高。

  第一級混頻器后面緊跟著的是晶體濾波器(MCF),這是一種非常特殊和精準的濾波器件,能夠做到 12.5KHz 這么小的帶寬,帶外干擾濾除效果非常明顯!上圖吧:

  這是日本 KDS 晶體濾波器的特性,能夠?qū)Ω蓴_衰減 60dB,也就是1000000 倍。

  晶體濾波器后面是中頻放大器,然后是中頻接收芯片。芯片里面進行第二次混頻和帶通濾波,解調(diào)出 FM 音頻供后級音頻電路發(fā)出聲音。這里的帶通濾波器再次對帶外干擾信號做濾除,保證接收穩(wěn)定。在一二十年前主要是用日本東芝的 TA31136,現(xiàn)在海能達有在用日本AKM 的AK2365A 替代。后者有個進步是把外部的第二中頻濾波器和陶瓷鑒頻器集成到 IC 中了。

  軟板廠綜合以上分析可以看到,專業(yè)對講機接收機信號經(jīng)過了至少 3 次射頻濾波,層層濾波凈化后的信號才進行解調(diào)。用幾張簡圖總結(jié)一下信號提純過程吧。

  天線接收的信號中,s 代表有用信號,i1 和 i2 是近端和遠端干擾信號,藍色曲線代表電調(diào)濾波器特性曲線:

 

經(jīng)過電調(diào)濾波器后,遠端干擾被消除,但電調(diào)濾波器帶寬較寬, 對近端干擾衰減不夠。如下信號被轉(zhuǎn)成中頻

 

中頻濾波器都是很精準的窄帶濾波器,彌補電調(diào)的不足,濾波原理如下:

 

殘留的干擾 i1’在 MCF 帶外,會被完美濾除:

  這就是超外差電路對抗干擾的整個過程,其中第二中頻濾波器的過程與 MCF 類似,不再贅述。簡單講就是 3 次濾波來消除干擾。

下面對照一款專業(yè)機主板實物看看:

  這是日本的一款經(jīng)典產(chǎn)品。最右側(cè)紅色箭頭是天線輸入焊接口, 紫色圈里 3 個線圈是低通濾波器,黃色圈里是 LNA 放大管,若干紅色小圈內(nèi)是構(gòu)成電調(diào)濾波器的電感線圈和變?nèi)荻O管,綠色圈是晶體濾波器,晶體濾波器上方格子是獨立本振,藍色圈是解調(diào)芯片 TA31136 及配套器件。

下圖是一款專業(yè)級 DMR 模塊的實物圖:

  每個顏色的器件都能和前面的專業(yè)機型對應(yīng),其中電調(diào)部分采用空心線圈獲得更好的 Q 值,晶體濾波器與前款產(chǎn)品是同一品牌(KDS),淺藍色圈里的獨立本振是 TI 的 LMX2571,深藍色圈里是解調(diào)芯片AK2365A。這兩款芯片都是近年出現(xiàn)并被摩托和海能達專業(yè)機采用的型號。

再看一看中低端機器是什么樣的:

  可以看到,兩款低端機器電路很簡潔,藍色部分用國產(chǎn)接收芯片代替了專業(yè)機里面的一大片電路。上面那一款最低端的版本在 LNA 部分的電調(diào)濾波器(BPF)也省掉了,對抗干擾就只能看國產(chǎn)芯片自己了。

  FPC廠了解,市面上的 DMR 機器從兩百多到幾千塊都有,質(zhì)量也是有幾個檔次。超外差和國產(chǎn)單芯片的方案目前都出貨很多,前者主要是性能穩(wěn)定、抗干擾性強,缺點是電路復(fù)雜、成本高,一般是大品牌專業(yè)機在用。后者簡單實用,很多消費級的中小品牌產(chǎn)品采用,但還沒有出現(xiàn)在摩托羅拉(非貼牌)和海能達的產(chǎn)品中。因為有電調(diào)濾波器在 LNA 前面,濾除干擾的同時也降低了接收機靈敏度。有電調(diào)的產(chǎn)品靈敏度未必很高,但在有干擾的環(huán)境下實際靈敏度不會下降,用戶體驗穩(wěn)定可靠。兩者從外觀也容易區(qū)分,線圈少于 8 個的很可能沒有電調(diào);有沒有晶體濾波器也一看便知。

  在有其他頻點的對講機同時工作,或在鐵路、電力等強電磁干擾環(huán)境下,都很容易出現(xiàn)突發(fā)的遠、近端干擾信號。隨著國內(nèi)汽車的普及,汽車電路干擾也經(jīng)常在我們測試中出現(xiàn)。如果接收機沒有充分處理,用戶就會感覺信號時好時壞,不穩(wěn)定。而農(nóng)村或郊外用戶所面臨的干擾情況比較少。大家應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境選擇合適的產(chǎn)品方案。

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