FM høyfrekvent integrert krets. Moderne FM-mottaker, funksjoner og prospekter
Overgangen til VHF-båndet åpner for eksepsjonelle radiotekniske muligheter for designere: en betydelig utvidelse av delen av frekvensspekteret som er allokert til én kringkastingsstasjon; erstatte AM-modulasjon med frekvensmodulering (på engelsk, FM), og derfor en kraftig økning i støyimmuniteten til FM-radiomottakere; stereo radiomottak. Alt dette stiller naturligvis en rekke spesifikke krav, både rent kretstekniske og relatert til kvaliteten på elementbasen som faktisk er nødvendig for dette.
Faktisk, hvis vi snakker om driften av elektroniske kretser ved frekvenser opp til 100 MHz og høyere, var det på 60-tallet bare svært få innenlandske transistorer som var i stand til å "ta" denne frekvensen trygt, og selv da bare når de ble brukt i en krets. med felles base (OB). Støyparametere, så vel som stabilitet, forårsaket på den tiden bare følelser av bitterhet og skuffelse blant spesialister. Først på slutten av 70-tallet ble produksjonen av relativt rimelige transistorer mestret, hvis grensefrekvenser oversteg 1000 MHz i kombinasjon med lav støy. Det var da produksjonen av transistor FM-mottakere ble virkelig.
Men som vanligvis skjer, gir nye muligheter alltid opphav til nye problemer. Først og fremst gjelder dette demodulering av FM-signaler. De testede kretsene til enkle AM-detektorer er ikke testet her. Utviklerne måtte også forlate forsøk på å bygge miksere kombinert med en lokal oscillator. Og de lokale oscillatorkretsene i seg selv har blitt betydelig forskjellige, mer komplekse. De er "overgrodd" med alle slags kjeder av stabilisering og kompensasjon. Det var da Philips gjennomførte tester for å fastslå i hvilken grad det var nødvendig å bruke en egen lokaloscillator i FM-mottakere. Spesielt ble spørsmålet om graden av skift i lokaloscillatorfrekvensen avhengig av endringer i nivået til inngangssignalet som kommer inn i FM-banen vurdert.
Kretsløsningene til blokkene som ble sammenlignet var helt identiske opp til inngangen til blanderne, og forskjellen gjaldt kun utformingen av omformertrinnet. I det første tilfellet ble mikseren kombinert, og i det andre - separat. Det er bevist at en FM-node med egen lokaloscillator tåler betydelig høyere signalnivåer ved inngangen (opptil 1 V, mens frekvensdriften ikke var mer enn 25 kHz). Samtidig, i en kombinert mikser (med et inngangssignal på bare 0,14 V), nådde lokaloscillatorfrekvensdriften 70 kHz! Alt dette førte til at FM-mottakere, til tross for deres rene transistor (og ikke rør) "fylling", for et kvart århundre siden hadde ganske imponerende dimensjoner og vekt, kombinert med ikke veldig høye radiotekniske parametere. I mellomtiden krevde livet en rask utvikling av FM-serien.
Det kan bare være én vei ut av denne situasjonen: fremveksten av mikrokretser - analoge prosessorer som kombinerer direkte på krystallen (brikken) en rekke komponenter som UHF, mikser, lokal oscillator, frekvensdemodulator, etc. På begynnelsen av 90-tallet dukket slike mikrokretser opp i tilstrekkelige mengder. Når det gjelder kvaliteten deres, tok japanske, asiatiske og ledende europeiske firmaer ledelsen. I dag er det produktene deres, for eksempel, slike velkjente mikrokretser som SXA1691, SXA1538, SXA1238, som er de mest populære. Generelt har mottak av radiokringkastingsstasjoner i urbane miljøer, tatt i betraktning særegenhetene ved radiobølgeutbredelse, overbevisende demonstrert de betydelige fordelene med FM-kringkasting. Og spesielt mikrokretsene nevnt ovenfor gjorde det mulig å bygge ganske høykvalitets FM-mottakere i lommestørrelse!
Jeg vil imidlertid merke med en gang at i CIS-landene i dag er to FM-kringkastingsområder veldig populære: 66...74 MHz og 88...108 MHz. De kalles vanligvis "sovjetiske" og "vestlige". Men poenget her er selvfølgelig ikke bare forskjellen i kringkastingsfrekvensområder. Først av alt er frekvensnettet forskjellig: henholdsvis 30 kHz og 100 kHz. I tillegg er frekvensavviket til FM-signalet også forskjellig: 50 kHz og 75 kHz. Og til slutt, polariseringen av radiosignaler som sendes ut av sendere. I det "sovjetiske" området er det horisontalt, mens det i det "vestlige" er vertikalt! Det er kanskje verdt å nevne at de "sovjetiske" FM-signalkodingsstandardene også tok i bruk sine egne, spesielle!
I USSR ble et system med det såkalte polarmodulerte (PM) signalet legalisert. Dette systemet er også kjent som OIRT-standarden. I denne standarden modulerer lydsignalet en underbærefrekvens på 31,25 kHz slik at, i tilfelle av et stereosignal, moduleres omhyllingen til de positive halvsyklusene av signalet til venstre stereokanal, og de negative halvsyklusene ved høyre. Underbærebølgefrekvensen undertrykkes bare med rundt 14 dB.
Figur 1 viser funksjonsdiagrammet for en superheterodyne type FM-mottaker med enkeltfrekvenskonvertering. Når du sender stereoprogrammer, går signalet inn i stereodekoderen etter frekvensdetektoren.
Som kjent er et av hovedproblemene i superheterodyne-mottakere behovet for å undertrykke signalet (interferensen) langs "speilkanalen". Naturligvis bør "speilet" undertrykkes i forhåndsvelgeren, dvs. ekstra mikser. Selvfølgelig, jo høyere IF, jo lettere er det å løse dette problemet. Standard IF-verdi for moderne FM-kringkasting kan betraktes som 10,7 MHz.
Deretter overføres "DSLR" for det "sovjetiske" FM-båndet til regionen 87,2...95,4 MHz, som overlapper rekkevidden til enkelte TV-kanaler. Det er kjent at for å unngå interferens må selektiviteten i speilkanalen være minst 78 dB. Men selektivitet over den tilstøtende kanalen er en like viktig parameter!
For FM er den tillatte avstanden mellom "tilstøtende" FM-kanaler under sending 180 kHz. God selektivitet er spesielt viktig i urbane forhold, siden radiokringkasting utføres fra flere sentre og naboradiostasjoner, selv om de er adskilt i rommet, er i stand til å indusere signaler i antennen, hvis nivåer varierer hundrevis av ganger!
Livet er også komplisert av kombinasjonsinterferens assosiert med ikke-lineariteten til høyfrekvente banen. Dette stiller en rekke tilleggskrav til FM-banen. Det må gi høy linearitet og selektivitet for inngangstrinnene, noe som først og fremst oppnås ved å øke antallet avstembare forhåndsvelgerkretser. Siden moderne FM-mottakere er bygget overveldende ved hjelp av varicaps, er det ekstremt vanskelig å gi det nødvendige frekvensinnstillingsområdet til forhåndsvelgeren, og det er nesten umulig å kvalitativt dekke begge FM-områdene med én HF-enhet.
Problemene med FM-kringkasting er kjent, så spesialiserte integrerte kretser (IC-er) med en standard mellomfrekvens på 10,7 MHz, for eksempel TEA5711 stereo AM/FM-mottaker, har blitt utbredt over hele verden. Standardskjemaet for bruk er vist i fig. 2. Denne IC inneholder en stereosignaldekoder i den vestlige CCIR-standarden. Behovet for høy støyimmunitet til en miniatyr urban radiomottaker stiller økte krav til nøyaktigheten av tuning av alle kretser. Det finnes flere slike kretser, og de inneholder induktorer av høy kvalitet, som er laget som et eget element.
Opprettelsen av en FM-mottaker av tilstrekkelig høy kvalitet, som praktisk talt vil implementere de mest vellykkede kretsløsningene som allerede er tilgjengelige i dag, er uforenlig med kravene til ekstrem billighet og enkelhet. La oss ta for eksempel billige kinesiskproduserte mottakere som har en IF på 10,7 MHz og dekker områdene 65,8...74 MHz og 88...108 MHz. De utføres vanligvis i en enkeltbåndsversjon 65...108 MHz. Som et resultat havner mottatte frekvenser på kantene av hele driftsområdet.
Med en så betydelig overlapping er det ekstremt vanskelig å sikre optimal sammenkobling av inngangsforvelgeren og lokaloscillatorkretsen for frekvensinnstilling (innstilling utføres ved å justere de variable kondensatorene til LC-kretsene samtidig). Konturene har forskjellige overlappingskoeffisienter, og som regel kan god matching kun oppnås på tre punkter - ved kantene og i midten av området, noe som fører til ujevn følsomhet over hele området. Å stille inn en stasjon er også vanskelig, siden det krever å vri på innstillingsknappen en brøkdel av en grad! Med andre ord, enkle FM-mottakere er ikke utstyr, men en slags "ersatz", spesielt siden deres interne komponenter praktisk talt ikke er konfigurert.
I mellomtiden er relevansen av å lage en høykvalitets FM-mottaker åpenbar både for verdens ledende produsenter og for designere fra CIS-landene, spesielt Russland. For flere år siden annonserte ansatte i Postmarket-selskapet sammen med radiostasjonen Echo of Moscow en konkurranse om den beste løsningen for å lage en FM-mottaker for Russland. I dette tilfellet bør det bemerkes at kravene var svært alvorlige. Så spesielt ble følgende spesifisert som obligatoriske krav: drift i to FM-bånd; mulighet for digital tuning med lagring av minst 10 stasjoner; digital indikasjon av innstillingsfrekvens. Samtidig ble det spesielt fastsatt høy støyimmunitet, d.v.s. pålitelig drift i komplekse elektromagnetiske miljøer, høy produksjonsevne og relativt lave kostnader. Det er underlig at arrangørene av konkurransen ble presentert for... kun én teknisk løsning som faktisk tilfredsstilte de vanskelige startkravene. Og det kom fra en gruppe utviklere ved Research Institute of RP.
Utviklerne forlot den klassiske designen til en superheterodyne-mottaker med enkeltfrekvenskonvertering, som tidligere alltid hadde blitt brukt i design av FM-mottakere, uavhengig av produsent, så vel som produktets klasse. En metode for infraradinmottak, som tidligere hadde vist seg utmerket i høyklasse AM (kortbølge) mottakere, ble foreslått, dvs. dobbel frekvenskonvertering, der verdien av den første IF er betydelig høyere enn den øvre verdien av driftsfrekvensområdet.
For FM-serien har en slik teknisk løsning ikke tidligere vært brukt i det hele tatt. Det funksjonelle diagrammet til en infradin FM-mottaker, foreslått av utviklerne av Research Institute of Radioelectronics, er vist i fig. 3.
Som det er lett å se, brukes to bredbåndsinngangsforvalg (separate) her for områdene henholdsvis 65,8...74 MHz og 88...108 MHz. Og, selvfølgelig, dobbel frekvenskonvertering. I dette tilfellet er den første IF 250 MHz, derfor er frekvensen til den første lokale oscillatoren i området 315...360 MHz. Dermed overstiger frekvensen til "DSLR" 565 MHz, noe som betyr at det ikke oppstår alvorlige problemer for inngangsforvalgene. Situasjonen er også veldig bra med innstillingsområdet til den første lokale oscillatoren.
Selvfølgelig, som i tilfellet med dobbel frekvenskonvertering i AM-båndene, er nøkkelelementet til den lovende FM-mottakeren foreslått av NIR RP IF-filteret. Frekvensresponsen skal være praktisk talt rektangulær med en båndbredde på 250 kHz ved en senterfrekvens på 250 MHz. Kvalitetsfaktoren til et slikt filter er bare 1000, som er betydelig mindre enn kvalitetsfaktoren til smalbåndskvartsfiltre som brukes i AM (vanligvis henholdsvis 15 kHz og 45 MHz). Den andre IF er standard, den er lik 10,7 MHz. Den andre lokale oscillatoren er innstilt til en fast frekvens, og all videre signalbehandling utføres av standardnoder med en velutviklet 10,7 MHz-bane. En slik mottaker ble opprettet ved NIR RP og demonstrerte følgende parametere: frekvensinnstillingstrinn - 10 kHz (område 65,6...74 MHz) og 100 kHz (område 88...108 MHz); reell følsomhet - ikke verre enn 3 µV; to-signal selektivitet på en tilstøtende kanal er ikke dårligere enn 60 dB.
Denne utviklingen omgikk grasiøst et annet teknisk problem. Faktum er at å sette opp forhåndsvelgeren og installere eksterne høykvalitets induktorer, som er vanskelige å montere på moderne automatiserte overflatemonterte installasjoner, kompliserer og øker kostnadene ved produksjon av FM-mottakere. I dette tilfellet er dette ikke nødvendig, spesielt siden de fleste induktorene til infraradinmottakeren kan lages direkte som elementer i kretskorttopologien.
Dermed er det reserver for å lage en høykvalitets FM-mottaker i liten størrelse. I tillegg er dette også en utmerket forutsetning for utviklingen av lovende modeller av all-wave små mottakere, der både AM- og FM-baner vil bli implementert på grunnlag av dobbel frekvenskonvertering fra den "øvre" første IF.
Litteratur
- Kulsky A.L. Moderne bærbare radioer med dobbel frekvenskonvertering//Radioamator. - 2005. - Nr. 12. - S.8-11.
- Alekseev Yu.P. Moderne radiokringkastingsteknologi. - M.: Kommunikasjon, 1975.
- Fedorov P.N. Distribusjon av VHF i urbane forhold//Radioamator. - 1998. - Nr. 6. - S.58-59.
- Rød E.T. Kretsløp for radiomottakere. - M.: Mir, 1989.
- Ozerov I. VHF mottaker. Å være eller ikke være en "kjøkken"-radio.//Electronics: Science, Technology, Business. - 2002. - Nr. 4. - S.24-29.
- Den tekniske løsningen som brukes i den nye mottakeren (opp-frekvenskonvertering) er absolutt interessant og nyttig, men er det egentlig noen vits i å gjøre kretsen så komplisert? Alt oppstyret handler tross alt om å kunne motta signaler fra begge standardene samtidig, men er det så stort behov for dette? Realiteten i hjemlandet mitt er at siden sammenbruddet av forbundet, har VHF-serien sakte, men uunngåelig dø ut. Antall stasjoner som sender på den har gått ned flere ganger i løpet av de post-sovjetiske årene, og nå er det bare noen få igjen. Men i FM-området er det omvendt - flere dusin stasjoner opererer der, og programmer overføres fra de som er bevart i VHF-området (unntatt kanskje lyden fra den andre TV-kanalen - dette er det eneste "tapet" ), så det er ingen reell Det er ikke lenger behov for å supplere FM-mottakere med en VHF-rekkevidde. Eller kanskje det fortsatt er steder hvor ting er annerledes, og VHF-utvalget er i utvikling?
- Vi må anta at etterspørselen etter 66-76 MHz spektrumseksjonen i nær fremtid fortsatt vil øke; kanskje den vil bli brukt til lovende digitale typer overføringer, og da vil alle reservene som er inkludert i dette tilfellet være etterspurt. Nå er radiostasjoner i området 100 - 110 MHz trange, og tiden er inne for å pakke dem inn i nye typer overføringer, og de mest "smertefrie", etter min mening, kan dette gjøres ved å bruke området 66-76 MHz , spesielt siden det samme utstyret kan brukes, som før. Og i området 100 - 110 MHz vil den utvidede flåten av forbrukermottakere ikke tillate slik handlingsfrihet, fordi dette vil ha en negativ innvirkning på den økonomiske aktiviteten til radiostasjoner. Radiotjenester på Internett har eksistert lenge, men de aller fleste radiolyttere blant forbrukerne bruker forbrukerradioer.
- Ja, dette har allerede skjedd her også, som et resultat av at vi måtte distribuere tidligere "i reserve"-frekvenser under 100 MHz for radiokringkasting. Den opprinnelige motviljen mot å plassere radiostasjoner der ble, som kjent, forårsaket av det faktum at i henhold til den eksisterende standarden er frekvensen på opptil 100 MHz okkupert av den femte TV-kanalen, men tilfeller av dens faktiske bruk er ganske sjeldne og finnes bare i provinsene, mens i vår hovedstad, hvor og det er størst mangel på gratis frekvenser (mange storbyradiostasjoner er ikke så ivrige etter å reise til provinsene), utføres TV-kringkasting nær de aktuelle båndene på kanaler 2 og 4 (forresten, lyden fra kanal 2 faller også inn i VHF-området, og etterlater mindre ledig plass!). I praksis kan altså i det mest problematiske storbyområdet benyttes frekvenser fra ca. 93-94 MHz. Det er også interessant å merke seg at selv om borgerskapet ikke har slike konflikter mellom frekvenser for radio og TV, har samme situasjon med trangt i tildelt rekkevidde i store byer eksistert lenge, men om intensjonene om å innføre en slags av utvidelse av de eksisterende rekkeviddene på grunn av dette hørte jeg ikke noe, noe som for øvrig er bevist av det konstante innstillingsfrekvensbåndet til radiomottakere de siste årene. Eksperimentelle forsøk teller ikke her, fordi... De har ennå ikke fått reell distribusjon. Jeg tror at dette ikke er helt sant. Inntil det er gjort reelle fremskritt med å mestre nye prinsipper for radiooverføring (spesielt i regionene der VHF-båndet eksisterer), vil det meste av det eksisterende VHF-båndutstyret, både sending og mottak, bli foreldet moralsk og materielt og vil ikke være egnet for bruk , for ikke å nevne at i mange tilfeller er eksisterende enheter (spesielt mottaksenheter) ikke i stand til å arbeide med disse nye prinsippene i det hele tatt uten oppgradering eller tilleggsenheter, for eksempel digitale dekodere. Aktuelle trender i utviklingen av kommunikasjon viser at i tilfelle "mangel på plass" i eksisterende standarder og bånd, skjer utvidelse vanligvis (om ikke alltid!) ved å tiltrekke høyere frekvensbånd med større kapasitet. Tidligere ble dette ikke gjort på grunn av mangelen på "plass" og de høyere kostnadene for HF-utstyr - man kan huske i det minste mange innenlandske TV-er som var underbemannet med UHF-enheter. Men med tiden og den teknologiske fremgangen blir begge disse årsakene irrelevante, på bakgrunn av hvilke ideen om å gjenopplive et lavere frekvens- og smalbånds-VHF-område er usannsynlig å være nyttig, spesielt på lang sikt. Et annet aspekt må tas i betraktning - faktum er at for tiden i det post-sovjetiske VHF-rommet er minst 90% av mottaksutstyret utenlandsk produsert, mens den største delen av det, spesielt høykvalitets, er brukt utstyr importert fra borgerlige land og følgelig designet for å fungere i henhold til borgerlige standarder, hvorfra vi neppe kan forvente å akseptere frekvensene til «vår» VHF-serie i fremtiden. Basert på dette oppstår et annet interessant spørsmål - hvem skal produsere utstyr av høy kvalitet, for eksempel radiomottakere, som er i stand til å møte nye kringkastingsstandarder i tilstrekkelige mengder og til konkurransedyktige priser? Jeg tror at gitt den generelle lave kjøpekraften til det post-sovjetiske massemarkedet, er sannsynligheten for at seriøse produsenter av høykvalitetsutstyr er interessert i å produsere spesialutstyr for den "nye" (aka "gamle") VHF-standarden ekstremt lav. Jeg kan bokstavelig talt telle på fingrene mine antallet mottakere av høy kvalitet kjent for meg (dette begrepet er igjen relativt, siden vi i de fleste tilfeller snakker om lavere klassemodeller, om enn fra kjente selskaper), som i tillegg til de borgerlige en, har også vår VHF-serie, som nøyaktig beviser riktigheten av den forrige antagelsen om uhensiktsmessigheten av virkelig masseproduksjon.
- Var det et ønske om å presse her en artikkel av denne Russophobe Shmulsky, som trakk stykker fra Red og presenterte dem som sine nesten friske ideer?
