近代收音機芯片與軟件無線電技術 ( DSP Radio Chips and SDR )

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                     本文原刊載於 中無通訊 第96期（2021年7月版）---- 作者    陳友祥。

       無線電訊號轉換成數碼，通過程式運算，可替代傳統收音機運作，SDR 軟件無線電( Software Defined Radio ) ，已廣泛用於通訊器材、手機、加密通訊、業餘無線電……，前人已曾試驗採用高頻頭接收無線電訊號，通過 ADC ( Analog to Digital Converter )換成數碼，經串列口( Serial Port ) 交由電腦運算，成功取得信息，証實使用電腦可替代傳統無線電接收機功能。
        過去由於受到芯片運算能力、速度限制，耗電驚人，難以實現，如今CMOS 工作於 3V 以下，耗電以毫安 計算，收音機芯片亦用上 SDR 技術，單個芯片加上少量元件就能接收 長波、中波、短波、VHF、UHF....焊好後不須調試，接收數碼電台、衛星廣播、單邊帶通訊....只要有 IC，已非難事。
DSP 芯片 ( Digital Signal Processing Chips ) 性能主要看運算能力、速度，亦決定了成本，工作頻率愈高，成本愈高，涉及 ADC、DAC 及芯片設計，早期的前級採用低中頻模擬技術，芯片內藏變容半導體、RC 濾波，振盪頻率使用晶振經運算取得，DSP 只處理音頻、MP3 播放….。近代加上 DSP 處理前半部，使用 SDR 軟件無線電技術，附加藍牙、媒體播放…. 等眾多功能。

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        圖一：為 DSP 收音機芯片常見結構，視不同設計有別，訊號從天線輸入至 LNA 低雜音高頻放大器，晶控振盪通過運算產生本振，與輸入訊號差出低中頻，經 ADC 編碼，Radio DSP 通過程式運算取出解調訊息，音頻 DSP 取出左、右聲道，經 DAC 數模轉換輸出音頻。
        芯片通過 I2C 接口連通 MCU ( Micro Control Unit ) 微控制器，MCU 發出指令，選台，轉換波段，控制音量，並通過 LCD 屏幕顯示接收電台頻率、訊號強度、時鐘….等相關資料。


圖二：AM/FM 小型收音機外觀，LCD 顯示，使用兩個 AAA 電池。


圖三：三個 IC，右邊是 DSP 收音機芯片，方型是 MCU，左邊小八腳是低放。

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圖四：Si4730 AM/FM 收音機板，14mm x 14mm，供 Arduino 愛好者學習撰寫程式，組裝數碼選台收音機。此板不需調試，加上磁棒天線，MCU 發出指令，即會收到電台，相當靈敏。


圖五：Si4730 放大照片。

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       圖七：Si4840 模擬控制 ( Analog Tuned )，使用電壓節點轉成數碼，控制波段及選台，IC 3腳 Tun 1 給出穩定基準電壓，通過電阻分壓，4、5 腳接收電壓值，ADC 轉成數碼信息，控制頻率及波段，用一個 100 K 電位器，有如過往使用 PVC 般選台，波段電阻更可以細分成多個短波波段 見圖八。
        
                 中波電台訊號空間各國有別，主要兩類，9KHz / 10KHz
   
                 歐洲規格： 522 ~ 1710KHz ，訊號空間  9KHz
                 北美規格： 520 ~ 1710KHz ，訊號空間  10KHz