浅谈超外差式接收机工作原理及应用

    1902 年，随着被称为无线电广播之父美国人巴纳特.史特波斐德在肯塔基州穆雷市进行了第一次无线电广播，矿石收音机宣布诞生。 之后的 100 年间，收音机无论在生活、工作中，甚至在军事上，都成为人们获取信息不可缺少的工具。 然而随着计算机及网络技术的高速发展，许多人认为收音机终将被时代所淘汰，从我们的生活中消失。 实践证明，随着人类科技的发展，无线电收音机不但没有退出历史舞台，反而以其覆盖范围广、信号稳定、保真度好、受干扰小等优势更方便的传播公众信息。 特别在环境简陋、条件受制约的接收情况下，比如户外汽车里、偏远地区，断电灾害等突发事件后，收音机都是无法取代的可靠接受设备。    超外差原理最早是由 E.H.阿姆斯特朗于 1918 年提出的。 这种方法是为了适应远程通信对高频率、弱信号接收的需要，在外差原理的基础上发展而来的。 外差方法是将输入信号频率变换为音频，而阿姆斯特朗提出的方法是将输入信号变换为超音频，所以称之为超外差。 超外差式接收机是超外差电路的典型应用，超外差式接收机在输入调谐电路之后增加了变频电路，它把输入调谐回路选出的高频已调波的载频经变频电路变换成频率固定且低于载波的中频，然后再对中频信号进行放大、解调、低频放大等处理。 不同电台的高频信号经变频电路后变成中频信号（调幅中频为 465kHz,调频中频为 10.7 MHz）,然后进行放大。     超外差式接收方式通过调幅接收和调频接收将广播电台发送的调幅、调频信号进行加工处理，最后将处理过的音频信号经功放送给音箱还原成声音。 调幅、调频接收电路结构相似，单声道超外差式调幅收音机的方框图如图 1。

超外差式接收机电路主要由以下几部分组成： 

1）输入回路

输入回路最主要的作用就是选频，把不同频率的电磁波信号中特定频率的电台信号选择并接收下来，送入下一级电路。 输入回路一般通过 LC 串联谐振对双联可变电容的调节， 实现选频及频率同步跟踪。

2）变频电路

变频电路是超外差接收机中最重要的组成部分，主要作用是将输入电路选出的各个电台信号的载波都变成固定中频 465 kHz，同时保持中频信号与原高频信号包络完全一致。 变频电路由本机振荡器和混频器组成。 因为 465kHz 中频信号的频率是固定的，所以本机振荡信号的频率始终比接收到的外来信号频率高出 465kHz，这也是“超外差”得名的原因。

3）中频放大电路：又叫中频放大器，其作用是将变频级送来的中频信号进行放大，一般采用变压器耦合的多级放大器。 中频放大器是超外差式收音机的重要组成部分，直接影响着收音机的主要性能指标。

4）检波和自动增益控制电路：检波的作用是从中频调幅信号中取出音频信号，常利用二极管来实现。 音频信号通过音量控制电位器送往音频放大器，而直流分量与信号强弱成正比，可将其反馈至中放级实现自动增益控制（简称 AGC），从而使检波前的放大增益随输入信号的强弱变化而自动增减，以保持输出的相对稳定。超外差式接收机的中频放大电路采用了固定调谐的电路，这—特点与直放式接收机比较起来有如下优点：

1）用作放大的中频，可以选择易于控制的、有利于工作的领率(我国采用的中频频率为 465 kHz)，以便适合于管子和电路的性质，能够得到较为稳定和最大限度的放大量。

2）各个波段的输入信号都变成了固定的中频，电路将不因外来频率的差异而影响工作，这样各个频带就能够得到均匀的放大，这对于频率相差很大的高频信号(短波)来说，是特别有利的。

3）如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频，就不可能进入放大电路。 因此在接收一个需要的信号时，混进来的干扰电波首先就在变频电路被剔除掉，加之中频放大电路是一个调谐好了的带有滤波性质的电路，所以收音机的灵敏度、选择性、音量和音质等方面，都远优于简易型收音机。超外差式接收机的缺点是线路比较复杂，晶体管和元件用的较多，因而成本较贵，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。随着科技的发展，收音机从矿石收音机、电子管收音机、晶体管收音机、集成电路收音机，到使用微电脑处理器的数字调谐收音机；收音机的基本电路形式也从直接放大式到超外差式、多次变频式电路。 DTS（数字调谐系统）技术收音机的问世，标志着收音机的数字时代已经到来，但同时我们应该看到模拟技术下的超外差式接收机电路 ，依然可以用“老而不朽”来形容，还是有其存在价值的：

1）集成电路和微电子技术的发展越来越快，电子技术数字化、集成化程度越来越高，但是数字化程度再高，最终也必须转换成模拟的声音、色彩等才能被人类所感知。 模拟电子技术依然是整个电子技术的基础，通过系统了解超外差接收机各部分电路工作原理，可以帮助我们更好的将模拟电路基础知识理论结合实际，加深对模拟电子技术理论的全面理解，对电子技术初学者学习能力的提高也有较大帮助。

2）包括现代音响设备在内的各种电子产品的更新换代频率越来越快， IC 设计电路及数字技术的应用越来越广，但是数字调谐器（DTS）及其集成电路的基本原理依旧是建立在调幅、调频收音机电路基础上而实现的。

3）在我国现行中职学校电子专业教材中，音频设备课程中超外差接收机的学习及安装实训仍然占有一定的课时比重 ，通过超外差接收机的整机安装及故障维修对电子技术初学者学习能力的提高也有较大帮助。

3 总结    低功耗设计相对于普通的设计要复杂不少，而逻辑综合作为 RTL-GDSII 流程实现的第一步，是极其重要的一步，大部分的优化都是在这一步完成的。 在基于 UPF 的设计中，设计层次的划分和 UPF 中电压域的划分要综合起来考虑，不合理的设计层次和电压域划分可能导致插入多余的电平转换单元或隔离单元，或者无法插入需要的电平转换等。 同时在电压域输出端，要防止出现一条线输出同时又成为该层次内部的某个输入这种情况。 因为这种情况会导致无法插入电平转换单元。 对于时钟网络来说，也需要插入电平转换单元，可以在综合的时候插入，也可以在布局布线的某个阶段插入。 综合的时候，要注意 set_dont_touch 命令的使用，如果 net被设置成了 dont_touch 属性，则不能插入电平转换单元和隔离单元。 在综合完成后，一定要保证 check_mv_design 通过，才能认为UPF 下的综合完成。