AM/FM汽车有源天线参考设计

本应用笔记介绍了一个AM/FM汽车天线参考设计(RD)。设计采用高度集成的AM/FM低噪声放大器(LNA) MAX2180，非常适合有源天线模块。LNA在AM和FM信号通路均集成了Maxim的自动增益控制架构，用户可选择设置点。AM、FM信号通道的最大增益可以根据不同用户的需求进行调整。RD充分体现了这一集成汽车方案的灵活性。

概述

汽车天线要求更小、集成度更高的解决方案，同时还要满足现代AM/FM无线通信装置的高性能需求。有些解决方案需要自动增益控制(AGC)，有些则采用固定增益LNA，以获得最低成本。有些方案中为有源天线提供了一个稳压电源电压，但多数采用电池供电。天线方案供应商所面临的挑战是：如何避免分立方案的重复设计，避免使用昂贵的IC (仍需外部PIN二极管和稳压器)，同时还要满足各种行业要求。在资源、空间有限的情况下，天线供应商的理想方案必然是高性能、低成本且设计灵活的IC；而且在不需重复设计、重复更改BOM及电路板的条件下，即可轻松满足各种要求。

目前，只有少数厂商为有源天线提供AM/FM集成方案。但这些方案需要外部PIN二极管提供AGC，这些方案在电池供电时还需要配备一个稳压电源，或者一个外部调整管。外部元件增加了成本，扩大了方案尺寸。如果不需要AGC，解决方案通常采用分立设计，以获得最低成本。分立设计的问题是：增益、电源电压或电路板尺寸的任何变化都将导致重新设计，从而占用更多的设计资源，而设计资源在多数情况下非常匮乏。

天线优化方案和MAX2180

Maxim开发的AM/FM天线解决方案集成了所有有源器件，满足当前汽车天线的苛刻需求。天线采用MAX2180 LNA，MAX2180采用内部高压CMOS工艺，在4mm x 4mm小尺寸TQFP封装内集成了AM和FM AGC，以及高压稳压器。这种设计避免了所有PIN二极管和外部稳压电路或调整管，能够工作在电池或稳压电源下。MAX2180为AM、FM通道提供最高增益，可调整AGC设置点。器件内置天线监测功能，在故障条件下吸入15mA电流。

LNA的片上稳压器可接受7V至24V供电，为防止过热损坏，集成温度传感器通过折返限流来限制最高结温。保证放大器在任何环境条件下正常工作。

AM输入为高阻、输出为低阻，FM放大器提供50Ω输入、输出阻抗。最大AM增益可通过改变外部电阻在0dB至6dB范围内调整；最大FM增益可在5.8dB至8.5dB (R1 = 0Ω)范围内变化。为了改善噪声系数，R1应为390Ω，从而将增益范围提高至10.0dB至10.8dB。两条信号通路均采用Maxim拥有专利的AGC架构，增益控制范围为30dB。此外，可调节AGC设置点，为主机提供所要求的最大输出水平。

采用MAX2180设计时，参考数据手册中的表格选择所需要的信号通路增益和AGC设置点，以简化设计。这种自定义参数范围使得一款设计即可满足多种需求，无需重新布置电路板。如图1所示，与竞争方案相比，MAX2180提供了更高的集成度，同时又可以灵活支持不同的应用需求，图2所示为单天线解决方案的应用原理图。

图1. MAX2180高集成度解决方案(A)与AM/FM有源天线竞争方案(B)的比较。

图2. 采用MAX2180的单天线解决方案应用原理图。

设计实例

我们的测试实例为用于小型汽车的一款低增益天线。这种应用需要更大增益，但是小型汽车中的短电缆减小了从天线至主机的损耗，目标最大输入水平对AM来说为+80dBµV，FM为+95dBµV。

AM：引脚1电阻 = 0Ω，增益为6.5dB (表1)；引脚2短路至地，AM输出AGC设置点为+79dBµV (表2)。

FM：引脚10短路至地，FM增益为8.5dB (表3)；引脚12对地电阻 = 39kΩ，FM输出AGC保护点为+94dBµV (表4)。

表1. AM信号通路增益

表2. AM信号通路设置点

表3. FM信号通路增益

表4. FM信号通路设置点

输入电路

对于单天线应用，双工器必须将等效输入电容降至最小，不馈入高阻AM输入。在AM频段，天线通常为高阻，增大并联电容将衰减AM信号。电路还必须与FM输入保持匹配，在获得最佳噪声系数和频率响应的同时抑制带外信号。

在AM输入端连接一个FM "陷波器"，将耦合到AM输入的FM信号降至最校为避免馈入FM频带，陷波抑制至少为60dBc，并在天线和陷波电路之间安装一个4.7µH电感。为消除FM-AM失真，在AM输入安装一个串联电