本文是汽車AM/FM有源天線的參考設計（RD）。該RD展示了MAX2180有源天線低噪聲放大器（LNA）的靈活性，并展示了如何設置AM和FM增益以及自動增益控制攻擊點。詳細介紹了單天線和雙天線原理圖，包括輸入和輸出匹配電路。將這種設計與數據手冊和器件的評估（EV）套件結合使用，可以輕松開發原型天線，以滿足各種有源天線要求。

介紹

本應用筆記介紹了AM/FM汽車天線的參考設計（RD）。該設計采用MAX2180，這是一款高度集成的AM/FM低噪聲放大器（LNA），用于有源天線模塊。LNA在AM和FM信號路徑中集成了Maxim的自動增益控制技術，具有用戶可設置的攻擊點。AM和FM信號路徑的最大增益也是可變的，以適應廣泛的客戶要求。研發將詳細介紹這種集成汽車解決方案的靈活性和性能。

概述

汽車天線需求繼續推動更小、更集成的解決方案，同時保持現代AM/FM收音機預期的高性能。一些解決方案需要自動增益控制（AGC），而其他解決方案則使用固定增益LNA以實現最低成本。一些解決方案為有源天線提供穩定的電源電壓，但大多數解決方案仍采用電池供電。天線解決方案供應商面臨的挑戰是如何滿足廣泛的行業要求，而無需不斷重新設計分立式解決方案或使用仍然需要外部PIN二極管和穩壓器的昂貴IC。由于資源和空間有限，天線供應商的理想解決方案是高性能、低成本且靈活的IC，無需重新設計、BOM更改和電路板旋轉即可輕松滿足各種要求。

目前，一些供應商為有源天線提供集成的AM/FM解決方案。不幸的是，它們需要外部PIN二極管來提供AGC。這些解決方案還需要穩壓電源或外部調整管（如果采用電池供電）。這些外部組件增加了成本并擴大了解決方案的占用空間。如果不需要AGC，則解決方案提供商通常以最低的成本使用分立器件。分立式設計的問題在于，所需增益、電源電壓或占位面積的任何變化都需要重新設計。這使得報價機會復雜化，并且需要額外的設計資源，而這些資源總是供不應求。

最佳天線方案和MAX2180

Maxim Integrated開發了一種AM/FM天線解決方案，該解決方案集成了所有有源元件，滿足當今苛刻的汽車天線要求。天線具有MAX2180 LNA。MAX2180采用內部高壓CMOS工藝，集成了AM和FM AGC以及高壓穩壓器，采用4mm x 4mm TQFP小封裝。這種設計省去了所有PIN二極管和外部穩壓器或調整管，同時采用電池或穩壓電源供電。MAX2180允許改變最大AM和FM增益以及AGC攻擊點。它還包括在故障條件下以 15mA 電流消耗進行天線監控。

LNA的片內穩壓器工作電壓范圍為7V至24V。為了防止熱損壞，集成的溫度傳感器通過折回電流來限制最大結溫。無論環境條件如何，這都能保持放大器處于活動狀態。

AM輸入為高阻抗和低輸出阻抗，而FM放大器提供50Ω輸入和輸出阻抗。最大AM增益可通過改變一個外部電阻器在0dB至6dB范圍內進行設置。當R1 = 0Ω時，最大FM增益可在5.8dB至8.5dB范圍內變化。為了改善噪聲系數，R1應為390Ω，從而將增益范圍提高到10.0dB至10.8dB。兩條信號路徑均采用Maxim專利AGC電路，增益控制范圍為30dB。此外，AGC攻擊點可以改變，為主機提供所需的最大輸出電平。

使用數據資料的表格選擇所需的信號路徑增益和AGC攻擊點，簡化了MAX2180的設計。這種自定義/值范圍允許一種設計滿足多種要求，而無需重新旋轉電路板。如圖1所示，MAX2180提供比競爭方案更高的集成度，同時保持靈活性以滿足各種要求。圖2顯示了單天線解決方案的應用原理圖。

圖1.MAX2180高度集成方案（A）與競爭的AM/FM有源天線方案（B）的對比。

圖2.單天線方案的應用原理圖采用MAX2180。

設計示例

我們的測試示例是用于小型汽車的低增益天線。這種應用需要更多的增益，但小型汽車中的短電纜減少了天線到主機的損耗，AM的目標最大輸入電平為+80dBμV，FM的最大輸入電平為+95dBμV。

AM：引腳1電阻= 0Ω，增益為6.5dB（表1），引腳17接地，AM輸出AGC攻擊點為+79dBμV（表2）。

FM：引腳10接地，FM增益為8.5dB（表3），引腳12電阻= 39kΩ接地，FM輸出AGC攻擊點為+94dBμV（表4）。

輸入電路

對于單個天線，雙工器必須最小化有效輸入電容，以免加載高阻抗AM輸入。在AM頻段，天線通常是高阻抗的，因此任何增加的分流電容都會衰減AM信號。該電路還必須為FM輸入提供良好的匹配，以實現最佳噪聲系數和頻率響應，同時抑制其他頻段的信號。

在AM輸入端，FM“陷阱”用于最小化AM輸入的FM信號電平。為了避免FM頻段的負載，陷阱的深度為60dBc，天線和陷阱之間放置了一個4.7μH的電感。為了防止FM到AM失真，AM輸入端的串聯電感器改善了FM頻段的反饋。雙工器的FM部分將50Ω天線與FM輸入相匹配，同時將AM頻段衰減超過90dB。應盡量減少電感器的數量，因為每增加一個元件，就會因Q值有限而降低噪聲系數。

雙天線解決方案（圖 3）允許簡化濾波，并以更少的組件實現稍微更好的 FM 匹配。

圖3.雙天線方案的應用原理圖采用MAX2180。

輸出電路

輸出電路需要組合AM和FM輸出，同時將幻象電源饋送到集成的高壓穩壓器。為了幫助衰減到達穩壓器的任何AM信號，幻象電源通過連接到交流耦合AM輸出的大電感到達集成穩壓器。AM輸出通過第二個但更小的電感器連接到輸出連接器，以防止FM輸出失真AM輸出級。FM 輸出與一個小阻斷電容器交流耦合，以防止任何 IM2 產品 （A-B） 使 AM 輸出失真。反饋路徑也存在。建議的解決方案是將390Ω電阻（R1）與2200pF電容（C1）串聯，以獲得最佳噪聲系數性能。輸出閉鎖電容（C2）后面的焊盤可用于根據需要調節總增益。FMOUT 的上拉電感 （L1） 的尺寸用于阻抗匹配和增益。LDO輸出（V）之間的簡單R/C濾波器（3.3Ω/10nF）線性分布器） 改進了 FM 噪聲系數。FMBYP 引腳需要 100pF 旁路電容器才能提供 30dB 的 AGC 范圍。

散熱注意事項

電路板設計需要提供從零件裸露焊盤到模塊機箱的低熱阻。為了支持此引腳，可以將引腳 20 到 23 接地，從而允許從裸露焊盤到機箱焊接點或螺釘孔的實心銅層穿過這些引腳下方（圖 4）。該器件集成了一個溫度傳感器，一旦芯片溫度達到+135°C，該傳感器將逐漸降低電流消耗。 該部件在防止熱損壞的同時保持運行。

圖4.印刷電路板（PCB）顯示了一種低熱阻解決方案。

結論

MAX2180 AM/FM天線LNA結合了設計滿足一系列高性能要求的汽車天線模塊所需的所有功能和特性。由于LNA的靈活性，天線可以根據不斷變化的應用要求進行修改，而無需完全重新設計或昂貴的BOM更改。成本敏感型方案可以使用高度集成的MAX2180，減少分立外部元件的數量，節省電路板空間，同時仍能滿足當今的低噪聲、高線性度要求。

該RD中的FM信號路徑提供+133dBμV的OIP3和+180dBμV的OIP2。 支持在7V至24V電源電壓范圍內工作，并保證8V至15V的性能。MAX2180采用4mm x 4mm TQFP封裝，ESD額定值為±4kV HBM。提供樣品和評估板。

審核編輯：郭婷