如何设计HD Radio？

如果要设计一个HD Radio，你必须首先和iBiquity公司取得联系以获得许可信息。

IBiquity公司拥有该技术的专利，并授权给发射器和接收器的生产商。它还有完整的测试和认证程序，用来确保符合NRSC-5A标准。这个标准由国家无线电系统委员会提供，该委员会是由美国全国广播工作者协会(NAB)和消费电子协会(CEA)共同组成的。

虽然HD Radio技术十分复杂，但是有了现在的IC技术，制作一个HD Radio也相对容易了(图3)。你需要一个前端或者调谐器将AM和FM信号转换成中频(IF)，一个模数转换器(ADC)将IF数字化，以及一个DSP芯片来处理所有剩下的广播功能。然后，数模转换器(DAC)会驱动立体声功率放大器。另外还需要一个内置的嵌入式控制器来运行各项功能，包括调谐功能和LCD显示。

现在有多种前端调谐器可供选择。例如，Atmel的T4260 biCMOS芯片就被iBiquity认证为可以用于AM/FM车用或家用桌上广播。它拥有两个RF路径，一个用于AM，另一个用于FM。从天线获得的信号会输到混频器中，这个混频器将AM波段向上转化成一个范围在10到25MHz的IF。一般情况下，它最终会设置为流行的10.7MHz，这样就有很多陶瓷IF滤波器可供选择。在FM路径下，信号被向下转化到10.7MHz。

一个锁相环(PLL)合成器为两个混频器提供局部振荡器信号。AM的增量调谐为1kHz，而FM的增量调谐则为12.5/25/50kHz。也提供用于AM和FM的独立快速自动增益控制(AGC)块。增益可以通过内部DAC来改变，RF电路的增量为1dB，而IF电路则是2dB。另外还包括了一个用于调谐和控制的三线串行总线。

Philips半导体的TEF6721HL和Atmel的芯片相似，但是它也包括了31m、41m和49m的短波波段和VHF FM天气波段。一个I2C串行接口用于调谐和控制。这两种IC都要求必需的天线、阻抗匹配和其它的前端组件。

Alps Electric的TDGA2全集成屏蔽调谐器是针对AM和FM波段中的IBOC信号而设计的。输出为10.7MHz。提供一个I2C总线用来进行调谐和增益控制及其它控制。来自调谐器的IF信号接着必须在ADC中被数字化。Texas Instruments的AFEDRI8201是广受好评的电路之一。它将10.7MHz IF信号传送给一个可编程增益放大器，然后传送给ADC。这个12 位的转换器以80 Msamples/s的速率对IF信号采样，并给外部DSP芯片提供接口。8201还包括了一个控制调谐器中AGC的DAC。

DSP执行所有的解压缩、解交错、解码和解调功能。作为用于HD收音机的DSP芯片的主要供应商，TI在其TMS320DRI300/350基带芯片上编入了所有iBiquity授权HD Radio软件。它们可以执行所有AM和FM的功能，并能够进行音频后处理，同时还支持MP3和Windows Media Audio（WMA）。它们还有用于外部嵌入式控制器、启动EEPROM或闪存以及解交错DRAM的接口。输出是针对可兼容DAC而设计的。 尽管TI是目前用于HD的DSP的主要供应商，Philips也在芯片上占有一定的份额。SAF3550 HD Radio数字基带处理芯片利用了一个带有片上高速缓存的强大的ARM946处理核。还包括了可编程基带输入及音频输出采样率转换器，能够和之前提到的TEF6721HL调谐器兼容。

Philips的SAF7730是一款灵活的带有音频DSP的双IF接收装置。它为汽车收音机应用而设计，在一块芯片上集成了大部分接收装置。它的可编程性使得设计者们可以产生不同设计。来自DSP的数字输出通常会传入由多个来源提供的外部DAC中。DAC会驱动立体声功率放大器，这些功率放大器一般是用于汽车应用的AB类线性放大器或者D类开关放大器。而这个产品的最后一个组成部分则是一个用于交流操作单元的电源或者一个用于汽车电池工作的电源管理芯片。

HD Radio进行测试时需要一个激励器，这个激励器可以从发射器生产商Broadcast Electronics或Harris公司处获得。iBiquity也会提供有关于其测试和认证程序的信息。

这些接收装置面临的一个主要问题是由DSP和嵌入式处理器引起的电磁干扰(EMI)问题。为了减少敏感的RF接受器电路受到的干扰，以及满足FCC的B类辐射测试，大多生产商不得不花费时间来设计能将EMI干扰最小化的电路板布局。虽然过滤可消除大部分干扰，但是在有些情况下还是需要屏蔽保护。

迄今为止，iBiquity已经认可了Radiosophy公司的MultiStream HD桌上广播接收器。这一产品采用了Alps的调谐器和TI的芯片。FM的信噪比是78dB，而AM的信噪比则为50dB。MultiStream的多播能力让使用者可以从FM信号中选择多个数据流。AM和FM天线是内置式的，也可以和外部天线进行连接。声音来自于带有4V扬声器的双通道8W放大器。128*64像素带背光LCD显示器可以显示HD标准中规定的时间、频率和滚动信息。

它的其它有趣特点包括一个立体声耳机迷你插口和一个USB端口，可以通过互联网和计算机将软件升级上载到DSP中。它还集成了RCA拾音插座输出，这个输出采用的是Sony/Philips数字接口(S/PDIF)数字格式。一个S/PDIF Toslink光学输出插口将数字音频直接发送到一个带有更大扬声器的外部立体声放大器中。

HD Radio的未来

HD Radio已经问世了。遗憾的是只有很少的一批人拥有这种接收装置，而更多的人甚至还从未听说过它，尽管现在大部分地方的电台里都已经有了这种设备。

正是认识到了这一现象，一些主要的广播公司已经联合起来组成了HD数字广播联盟。这个组织致力于宣传HD Radio，并竭力劝说汽车制造商在其标准汽车无线电接收装置上增加HD服务。而随着更多的家用接收装置正在普及中，使用者将很快可以尝试多种新的节目和服务了。

HD Radio从诞生之日起，就以改善广播音频质量和接收可靠性为目的，而现在这个目的已经达到了。但是随着新的多播能力(我们称为HD2)出现，电台也增加了许多新的表演和节目，比如专门的音乐频道和脱口秀。

一旦这几方面都到位了，HD Radio将会和卫星广播进行盈利竞争。HD不会取代卫星广播，因为卫星广播毕竟有数百个节目频道。但是它将提供更多的本地节目选择，却只需负担一部新接收装置的价钱。我们相信一旦高音质这个词被众人所了解，而且接收装置的价格也可以为大众所负担得起，那么HD Radio的前景将一片光明。

作者：Louis E. Frenzel