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《无线电》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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认识DSP收音机——《无线电》第11期

2012-11-22 16:02:54

近几年,一些收音机厂家陆续推出了DSP收音机,电子爱好者最关心的
是:什么是DSP收音机?能否自己制作DSP收音机?带着这些问题,笔者特意撰写了此文,想通过此文帮助大家了解DSP收音机,希望对大家有所帮助。
什么是DSP收音机
在介绍DSP收音机之前,我们先来看一下传统超外差式收音机的组成方框图,见图1。在方框图中各部分单元电路均是模拟电路,从天线接收到广播信号到最终还原出音频信号,都由模拟电路来处理,整个过程中信号的“性质”没有改变,“从头到尾”都是模拟信号。


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图1 传统收音机组成方框图

 

如果将传统超外差式收音机由模拟电路转变为对接收到的模拟广播信号进
行数字化转换并进行数字化处理,即采用数字信号处理(DSP)技术,那么采用这种模式的收音机就是DSP收音机了。将DSP收音机所需要的功能电路集成到一个芯片中,这种芯片就称为DSP收音机芯片。

 


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图2 DSP收音机芯片内部组成方框图

图2所示是DSP收音机接收芯片的内部组成方框图。在图中,高频低噪声放大器(LNA)、混频器(MIXER)为模拟电路。混频器输出的中频信号由模数转换器(ADC)转换为数字信号,送至数字信号处理单元,开始数字信号处理之旅。数字信号处理单元完成电台选择、FM/AM中频调制信号解调、立体声信号解码和输出数字音频信号的任务。数字音频信号经D/A转换器转换后还原出模拟音频信号。
通过上面的分析我们可以知道,DSP收音机是建立在DSP硬件平台上的,DSP硬件平台一般都需要软件编程来控制,这种软件控制硬件,实现无线电接收的技术称之为软件无线电技术(Software Defined Radio,简称SDR)。
软件无线电(SDR)

所谓软件无线电(SDR),就是在采用DSP技术的前提下,在可编程控制的DSP硬件平台上,利用软件来定义(控制)实现无线电接收机的各部分功能,包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等。即整个无线电接收机从高频、中频、基带解调直到控制协议部分全部由软件编程来完成控制。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的模拟/数字转换器,尽早地完成信号的数字化,从而使得无线电接收机的功能尽可能地用软件来定义和控制。总之,软件无线电是一种基于数字信号处理技术,以软件控制为核心的无线通信体系结构。
目前的DSP收音机只在电台选择、FM/AM中频调制信号解调、立体声信号解码和输出数字音频信号环节采用了DSP、SDR技术。


DSP收音机的优势
◆ 高度集成化,外围元件少,有利于缩小产品体积。
从图2的框图可知,DSP收音机的电路组成结构比普通模拟收音机电路复杂得多,但随着集成电路制造技术的进步和现代通信技术理论的发展,在DSP收音机中,从接收输入信号到输出音频信号的所有功能全部集成至单颗芯片。除控制电路外,芯片外围只需几个元器件和几平方厘米的电路板空间,远少于需要几十个元器件和几十平方厘米电路板面积的传统解决方案。电路板面积小自然可以缩小产品体积,图3和图4是两种方案的对比图。

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图3 传统收音机的电路板

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图4 DSP收音机的电路板
◆ 产品一致性好,免调试。
传统收音机一般需要3个阶段的人工调校,即调中频、覆盖范围调整、统
调。而DSP收音机由于采用了数字处理技术,全部信号处理工作均在芯片内部完成,外部无需中频变压器和微调电容,从而实现了免调试,提高了生产效率、可靠性,降低了制造成本。免调试也给手中缺乏仪器设备的电子爱好者带来了福音。所有使用这个芯片的收音机,其接收性能几乎没有区别,产品的一致性很好。
◆ 选择性和抗镜像干扰能力较好。
DSP收音机采用低中频架构,即把射频信号通过混频器转换为低中频信号(相对于传统收音机的中频频率)。采用混频信号镜像抑制技术,这些技术措施使得DSP收音机具有较好的选择性和抗镜像干扰能力。
◆ 软件编程控制,便于增减功能,控制灵活。
DSP收音机搜索电台、频段切换、音量控制、静音控制、读取芯片内部数据等所有功能均由软件控制实现。根据产品的需要,功能可增可减,只要修改控制软件即可。硬件电路无需改动,便于产品升级、消除Bug,延长了产品的生命周期。
在MCU允许的情况下,收音机还可以增加很多附加功能,如时钟、电子温度计、简易场强仪等,这一切只要加一些芯片、编写对应的软件即可。

 

 

未完...

 

(全文详见《无线电》11期)





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