FM调谐器架构的演进

文章摘要： 图2：典型的锁相回路方块图及其线性模型 锁相回路是目前很受欢迎的一种调频调变架构，图2就是典型的锁相回路方块图及其线性模型。其中PD代表相位检测器 (Phase Detector)，KPD是相位检测器增益，HLF(s) 是回路滤波器转移函数，KVCO/s则是压控振荡器转移函数。锁相回路是一种负反馈系统，它会根据输入信号xFM(t) 锁定反馈信号xVCO(t) 的相位。调频信号xFM(t) 可表示为下列方程式： 其中Ac是载波振幅，fc是载波频率，KVCO是电压/频率转换常数，m(t) 则代表信息或信息信号。回路锁定后，相位误差fe将保持不变。反馈信号xVCO(t) 可表示为

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图2：典型的锁相回路方块图及其线性模型

    锁相回路是目前很受欢迎的一种调频调变架构，图2就是典型的锁相回路方块图及其线性模型。其中PD代表相位检测器 (Phase Detector)，KPD是相位检测器增益，HLF(s) 是回路滤波器转移函数，KVCO/s则是压控振荡器转移函数。锁相回路是一种负反馈系统，它会根据输入信号xFM(t) 锁定反馈信号xVCO(t) 的相位。调频信号xFM(t) 可表示为下列方程式： 


    其中Ac是载波振幅，fc是载波频率，KVCO是电压/频率转换常数，m(t) 则代表信息或信息信号。回路锁定后，相位误差f_e将保持不变。反馈信号xVCO(t) 可表示为下列方程式： 

 

     在回路锁定时为常数，所以送到压控振荡器的控制电压将等于m(t)。锁相回路的负反馈动作会迫使压控振荡器频率等于输入信号频率；为了做到此点，它会调整压控振荡器的控制电压让相位误差保持不变。我们若从xFM(t) 中移除信息信号，压控振荡器频率将会锁定载波中心频率fc并随其振荡。m(t) 出现后，xFM(t) 会偏离中心频率；此时回路若已锁定，锁相回路就会调整压控振荡器的控制电压来追踪xFM(t) 的频率偏移。由于压控振荡器的输出频率与控制电压成正比 ( )，xFM(t) 的频率偏移又正比于信息信号 ( )，所以压控振荡器的控制电压将等于信息信号m(t)。

    工程师经常以锁相回路做为调频解调器，因为它们可以让调频临界值低于采用鉴频器的解调器 [1,4]。锁相回路、锁频回路 (FLL) 和带有反馈的频率解调器 (FMFB) 之间关系很密切，它们都能扩大调频解调器的临界值 [4]。虽然此外还有其它的调频解调器架构，但设计人员通常会利用模拟与数字技术在IC里实作这些解调器。 

 
图3：FM调谐器射频前端的简化方块图

    FM调谐器的无线电环境是由其目标信号频带组成，这在美国和欧洲是88-108 MHz，日本则是76-90MHz；另外，它还包括调谐器带宽内的所有其它信号。图3是FM调谐器射频前端的简化方块图。射频带通滤波器 (BPF) 不会衰减频带边缘的通道，因此它通常设计成略大于整个调频频带。高效能FM调谐器则会采用带宽较紧的射频追踪滤波器，以便衰减信号很强的调频信道所造成的频带外和频带内干扰。射频追踪滤波器需要可变带通滤波器和控制机制来改变滤波器的中心频率，所以多数的低成本调频接收机不会使用这种滤波器，这使得处理频带内与频带外信号造成的噪声就成为射频接收机的关键要求之一；其它要求还包括提供信道选择和小信号放大功能，但这不能造成信息信号的信号杂波比下降太多。

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