新的技术正在不断挑战汽车收音机供货商,促使他们改善收音机接收能力,同时满足不同的需求和成本目标。让我们来考虑一下这些挑战,以及新的IC器件如何协助收音机供货商解决这些挑战。

汽车收音机供货商面临的问题/挑战

当代的汽车收音机与十年前相比是截然不同的。天线、显示器、车联网和新的数字广播标准的变化使得汽车收音机更加多样化,但也为汽车收音机供货商带来了一系列新的挑战。以下是新一代汽车收音机系统的一些技术趋势。

收音机系统的位置

传统设计中的整个收音机系统通常是放在驾驶员的中控台处,从天线到收音机以及收音机到功放都有专门的走线。相比之下,许多现代设计使用中控台作为控制中心(如图1所示),其与放置在其他地方(通常是更靠近汽车天线的位置,如后备箱)的收音机系统进行通信。更靠近收音机天线的位置可以降低布线成本和车辆重量,从而有助于提高车辆的里程。

Radio17101301 图1:传统收音机系统在中控台的位置。

车载影音网络

越来越多的车型部署了车载影音网络,如MOST或以太网AVB。影音网络围绕车舱运行,使得每个音频系统能够被放置在车辆中的最佳位置,如图2所示。因此,不同音频系统之间不会使用专用走线,而是让每个音频系统,例如收音机或音频放大器连接到网络,并可以通过网络向其他音频系统发送数据或从其他音频系统接收数据。

Radio17101302 图2:影音网络运行在当今车辆的整个车舱内

嵌入式收音机天线

长长的收音机天线从车里伸出来的日子已经过去了。现在的大多数汽车已经将收音机天线嵌入在后车窗、侧视镜或放置在车顶上的小鲨鱼鳍中(见图3示例)。现代化的嵌入式天线能够使汽车外观看起来更加简约,但这些天线具有较低的天线增益,对实现良好的收音机接收性能带来了新的挑战。

Radio17101303 图3:现在的汽车中,收音机天线通常嵌在后车窗、侧视镜或车顶的鲨鱼鳍结构中。

二次天线改善FM接收(天线分集)

为了改善FM接收,包括由嵌入式天线引起的接收挑战,一些车型部署了第二支收音机天线。第二支收音机天线通常放置在与主天线不同的位置,并且指向不同的方向,当主天线接收到的收音机信号受动态驾驶条件的影响而减弱时,收音机系统也能维持良好的接收。

部署数字音频广播

除了传统的模拟收音机(AM和FM)之外,数字收音机现在已在许多国家推出。不同的国家和地区采用了不同的数字收音机标准。例如,北美使用HDRadio,欧洲采用DAB,印度使用DRM,中国刚刚开始部署CDR。

数字音频电台以数字格式发送数字广播信号,其提供更好的音频质量以及向驾驶员提供额外的信息(例如歌曲名称、歌手姓名等)。通常,在数字电台发送的音乐也会在模拟电台上同时发送,这样当数字电台信号超出接收范围时,收音机可以无缝切换到模拟电台上的相同内容,以保持车内的音频播放不间断。

DAB和DRM与模拟的AM / FM在不同的频段上传输,从而需要额外的调谐器和针对数字收音机优化的第二支天线。数字收音机可能会有不同的功能,例如天线分集(改善了数字收音机的接收)或数字收音机频带的不间断扫描以为司机建立和呈现可用电台的列表。 目前,部分汽车(并非全部汽车)会部署数字收音机,迫使收音机供货商要同时开发可支持和不支持数字收音机功能的收音机。随着数字广播不同功能需求的出现,系统的变化使收音机供货商的开发和产品进一步复杂化。

改进/增强的车舱音频表现

新的和高级的数字信号处理技术可用于改善车载音频体验,丰富汽车音频以及减小来自引擎或道路的噪音。

汽车收音机分级和价格压力

汽车收音机系统按价格分为高级、中级和入门级。即使在同一车型中,通常也会有多个级别的收音机产品。此外,收音机供货商需要支持不同的数字音频广播标准,进一步使收音机产品复杂化。这些市场趋势使收音机供货商面临着开发不同高性能收音机接收系统的挑战性任务,同时还要满足汽车厂商的成本目标。

收音机供货商的研发预算有限,必须认真管理,以开发可以在尽可能多的车型中获利的收音机系统。没有一家收音机供货商有足够的资源来解决汽车收音机系统的所有细分市场。因此,收音机供货商一直在寻找缩短收音机开发周期的方法,以及尽可能重复利用其研发投入来覆盖更多细分市场。软件开发占用了越来越多的收音机开发周期,因此硬件和软件开发的重复使用至关重要。

不同的收音机系统范例

●单AM / FM接收器(入门级系统)。如图4所示,该收音机系统位于中控台的音响主机中,由微控制器控制,将音频发送到放大器。

Radio17101304 图4:入门级收音机系统位于中控台的音响主机中。
AM/FM天线;音响主机;微控制器;AM/FM接收器;扬声器/放大器

●具有FM相位分集和音频后处理的双收音机接收器。如图5所示,该收音机系统位于中控台的音响主机中。该音频系统可能包括专用音频数字信号处理器(DSP),用于高级音频后处理功能,例如舱内均衡和环绕声。

Radio17101305 图5:具有双收音机接收器的系统位于中控台的音响主机中。
FM天线(分集接收);AM/FM天线(主天线);音响主机;微控制器;AM/FM接收器;FM接收器;音频DSP 音量、重低音、环绕音效等;扬声器/放大器

●拥有两个具备FM相位分集的模拟接收器和两个DAB接收器(用于欧洲的数字广播接收)的收音机系统。两个天线接收模拟和数字电台,并为模拟和数字接收提供天线分集。当数字收音机信号变得太弱时,系统在数字收音机和模拟收音机之间无缝地连接。该收音机系统包括音频DSP,用于高级音频后处理功能,例如舱内均衡和环绕声,同时还可减轻引擎的噪音。该收音机系统可能位于后备箱或中控台外的另一个位置。音频可以通过汽车网络(使用微控制器)或专用线缆来联网。

Radio17101306 图6:多接收器远程收音机系统位于汽车后备箱或中控台外的另一个位置。
天线1;天线2;远程调谐器系统;AM/FM接收器;DAB接收器;音频DSP;音量、重低音、环绕音效等;微控制器;音频DSP;降低引擎噪音

现代收音机设计的新组件解决方案

新的收音机接收器IC帮助收音机供货商实现最佳接收性能的同时,可以在多个产品上复用其硬件和软件开发。例如,芯科科技(Silicon Labs)新一代引脚兼容的Global Eagle和Dual Eagle收音机接收器产品系列,使汽车收音机供货商能够设计出一个以尽可能低的系统成本覆盖多种不同收音机系统配置的系统。该收音机接收器产品系列包括支持单或双收音机接收器的封装和引脚兼容,使开发人员能够在任何给定的配置中扩展具有不同总体选项的收音机系统。此外,Global Eagle和Dual Eagle系列中的所有IC都具有相同的API命令,从而使收音机供货商能够在众多收音机系统中重用软件。

这些器件还包括一个强大的音频DSP,用于运行音频控制功能,如音量控制、低音控制、舱内均衡、环绕声和降噪。集成的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)则消除了对外部编解码器的需求。

总结

汽车在许多方面正发生巨大的技术变革,这种趋势已延伸至车舱内的收音机接收和音频/噪音处理。汽车收音机供货商必须处理许多新技术和车厂的不同要求,同时满足更严苛的成本目标和紧凑的开发时间表。新的IC解决方案使收音机供货商能够开发可提供良好接收性能的收音机系统,并可以尽可能低的成本从入门级系统扩展到高级系统。现在的汽车收音机系统远远超过了十年前在汽车上使用的任何收音机系统,并且有迹象表明这种趋势将持续到未来十年。

本文来自《电子工程专辑》2017年10月刊,版权所有,谢绝转载