Активная автоантенна: антенна активная автомобильная Автоантенна, активная антенна для авто, Автомобильные радиоантенны, радио антенна автомобильная

Введение

В данных рекомендациях по применению представлен эталонный проект (RD) автомобильной антенны AM/FM. В конструкции используется MAX2180, высокоинтегрированный малошумящий усилитель (МШУ) AM/FM, предназначенный для активных антенных модулей. МШУ объединяет технологию автоматической регулировки усиления Maxim в трактах сигналов AM и FM с настраиваемыми пользователем точками атаки. Максимальное усиление для сигнальных трактов AM и FM также варьируется, чтобы удовлетворить широкий спектр требований заказчика. RD подробно расскажет о гибкости и производительности этого интегрированного автомобильного решения.

Обзор

Требования к автомобильным антеннам продолжают подталкивать к более компактным, более интегрированным решениям, сохраняя при этом высокие характеристики, ожидаемые от современных AM/FM-радиостанций. Некоторые решения требуют автоматической регулировки усиления (АРУ), в то время как другие используют МШУ с фиксированным усилением по самой низкой цене.

Несколько поставщиков в настоящее время предлагают интегрированные решения AM/FM для активных антенн. К сожалению, для обеспечения АРУ им требуются внешние PIN-диоды. Эти решения также требуют либо регулируемого источника питания, либо внешнего проходного транзистора при работе от батареи. Эти внешние компоненты увеличивают стоимость и расширяют площадь решения. Если AGC не требуется, поставщики решений обычно используют дискретные устройства с наименьшими затратами. Проблема с дискретными конструкциями заключается в том, что любое изменение требуемого коэффициента усиления, напряжения питания или занимаемой площади требует перепроектирования. Это усложняет возможности цитирования и требует дополнительных дизайнерских ресурсов, которых всегда не хватает.

и MAX2180

Компания Maxim Integrated разработала решение для антенн AM/FM, объединяющее все активные компоненты и отвечающее современным жестким требованиям к автомобильным антеннам. Антенна оснащена МШУ MAX2180. В MAX2180 используется внутренний высоковольтный КМОП-процесс, который объединяет как АМ-, так и ЧМ-АРУ, а также высоковольтный стабилизатор в небольшом корпусе TQFP размером 4 мм x 4 мм. В этой конструкции исключаются все PIN-диоды и внешний стабилизатор или проходной транзистор при работе от батареи или регулируемого источника питания.

Встроенный регулятор МШУ работает в диапазоне от 7 В до 24 В. Для защиты от термических повреждений встроенный датчик температуры ограничивает максимальную температуру перехода, уменьшая ток. Это поддерживает работу усилителя вне зависимости от условий окружающей среды.

Вход AM имеет высокое сопротивление с низким выходным сопротивлением, в то время как FM-усилитель обеспечивает входное и выходное сопротивление 50 Ом. Максимальное усиление AM может быть запрограммировано от 0 дБ до 6 дБ путем изменения внешнего резистора. Максимальное усиление FM может варьироваться от 5,8 дБ до 8,5 дБ для R1 = 0 Ом. Для улучшения коэффициента шума R1 должен быть равен 39.0 Ом, что увеличивает диапазон усиления от 10,0 до 10,8 дБ. Оба тракта сигнала имеют диапазон регулировки усиления 30 дБ с использованием запатентованной схемы AGC компании Maxim. Кроме того, точки атаки AGC можно варьировать, чтобы обеспечить желаемый максимальный уровень выходного сигнала для головного устройства.

Проектирование с использованием MAX2180 упрощается за счет использования таблиц технических данных для выбора требуемых коэффициентов усиления тракта прохождения сигнала и точек атаки АРУ. Эта настройка/диапазон значений позволяет одному дизайну соответствовать нескольким требованиям без повторного вращения платы. Как показано на рис. 1, MAX2180 обеспечивает более высокий уровень интеграции по сравнению с конкурирующими решениями, сохраняя при этом гибкость для удовлетворения ряда требований. На рис. 2 показана схема применения решения с одной антенной.

Рис. 1. Высокоинтегрированное решение MAX2180 (A) по сравнению с конкурирующими решениями с активной антенной AM/FM (B).

Рис. 2. Схема применения решения с одной антенной на основе MAX2180.

Пример конструкции

Наш тестовый пример — антенна с низким коэффициентом усиления для небольшого автомобиля. Это приложение требует большего усиления, но короткий кабель в небольшом автомобиле уменьшает потери от антенны до головного устройства, которое имеет целевой максимальный входной уровень +80 дБмкВ для АМ и +95 дБмкВ для FM.

AM : резистор контакта 1 = 0 Ом для коэффициента усиления 6,5 дБ (таблица 1), а контакт 17 закорочен на землю для точки атаки АРУ на выходе АМ +79 дБмкВ (таблица 2).

FM : контакт 10 закорочен на землю для усиления ЧМ 8,5 дБ (таблица 3), а резистор контакта 12 = 39 кОм на землю для точки атаки АРУ на выходе ЧМ +94 дБмкВ (таблица 4).

Таблица 2. Точка атаки AM-сигнала

Штифт 2	Точка атаки выхода AM (дБмкВ, тип.)
Заземление	79
Открыть	83
В LDO	86

Таблица 4. Точка атаки FM-сигнала

Контакт 12 (кОм)	Точка атаки выхода ЧМ (дБмкВ, тип.)
0	104
10	100
18	96
27	95
39	94
47	93
56	92
68	90

Входные цепи

Для одиночной антенны дуплексер должен минимизировать эффективную входную емкость, чтобы не нагружать вход AM с высоким импедансом. В диапазоне частот AM антенна обычно имеет высокий импеданс, поэтому любая дополнительная шунтирующая емкость ослабит AM-сигнал. Схема также должна обеспечивать хорошее согласование с ЧМ-входом для оптимального коэффициента шума и частотной характеристики, а также подавлять другие диапазоны сигналов.

На входе AM используется «ловушка» FM для минимизации уровня сигнала FM на входе AM. Чтобы не загружать FM-диапазон, ловушка имеет глубину 60 дБн, а между антенной и ловушкой размещена катушка индуктивности 4,7 мкГн. Чтобы предотвратить искажение FM-AM, последовательная катушка индуктивности на входе AM улучшает обратную связь в FM-диапазоне. Секция FM диплексера согласовывает 50-омную антенну с FM-входом, а также ослабляет AM-диапазон более чем на 90 дБ. Количество катушек индуктивности должно быть сведено к минимуму, так как каждый добавленный компонент ухудшает коэффициент шума из-за ограниченной добротности.

с двумя антеннами (рис. 3) позволяют упростить фильтрацию и немного улучшить согласование ЧМ с меньшим количеством компонентов.

Рис. 3. Схема применения решения с двумя антеннами на основе MAX2180.

Выходные цепи

Выходная схема должна сочетать выходы AM и FM, одновременно подавая фантомное питание на встроенный высоковольтный стабилизатор. Чтобы помочь ослабить любые AM-сигналы, достигающие регулятора, фантомное питание поступает на встроенный регулятор через большую катушку индуктивности, подключенную к выходу AM со связью по переменному току. Выход AM подключается к выходному разъему через вторую, но меньшую катушку индуктивности, которая не дает выходу FM искажать выходной каскад AM. Выход FM связан по переменному току с небольшим блокировочным конденсатором, чтобы предотвратить искажение выходного сигнала AM любыми продуктами IM2 (A-B). Путь обратной связи также присутствует. Предлагаемое решение 39Резистор 0 Ом (R1) последовательно с конденсатором 2200 пФ (C1) для оптимального коэффициента шума. Пэд, следующий за блокирующим выходным конденсатором (C2), может использоваться для регулировки общего усиления по мере необходимости. Подтягивающая катушка индуктивности (L1) к ​​FMOUT рассчитана на согласование импеданса и усиления. Простой резистивно-емкостной фильтр (3,3 Ом/10 нФ) между выходом LDO (V _LDO ) улучшает коэффициент шума ЧМ. Для выводов FMBYP требуются обходные конденсаторы емкостью 100 пФ, чтобы обеспечить диапазон АРУ 30 дБ.

Тепловые аспекты

Конструкция печатной платы должна обеспечивать низкий тепловой импеданс от открытой пластины детали до шасси модуля. Для этого контакты с 20 по 23 можно заземлить, что позволит провести сплошную медную пластину от открытой контактной пластины до точки пайки корпуса или отверстия для винта, проходящей под этими контактами (рис. 4). Деталь включает в себя датчик температуры, который будет постепенно уменьшать потребляемый ток, когда кристалл достигает температуры +135°C. Деталь остается работоспособной, пока защищает от термических повреждений.

Рис. 4. Печатная плата (PCB) демонстрирует решение с низким тепловым сопротивлением.

Заключение

Антенный МШУ MAX2180 AM/FM сочетает в себе все возможности и функции, необходимые для разработки автомобильного антенного модуля, отвечающего ряду требований к высоким характеристикам.