從今年的報章報導中得知,國內FM電台已有了SCA廣播,引起了吾人的興趣,想要一聽究竟。SCA究竟是甚麼呢?存在於FM波譜的什麼地方?這就必須從FM電台的頻寬談起了。
如眾所周知,每一FM電台的法定頻寬是200Kc,這比起AM、SW段的調幅電台足足大了20倍有餘,但和TV頻道的6Mc而言,卻又是小巫見大巫了。而在這200Kc的頻帶中,扣除上、下25Kc的電台護衛帶,有150Kc的頻寬供FM電台作頻率調變,這也就是說,再加入FM發射機的調製信號,其最大信號頻寬為75Kc。
在這75Kc的頻寬內,如只供一路信號通行,未免失之可惜,這就像從台北拉了一條電話線到高雄,卻只供一對用戶通信一樣。為了充分利用此一頻帶,現行世界各地FM電台均採用同一播送系統,通稱為Pilot-Tone System,中譯名可稱之為「指引頻率多工系統」。在此系統中,FM STEREO信號具有兩立性,也就是說,單聲道的接收與立體聲的接收可同時存在,當用手提FM收音機(MONO)所收到的節目內容,為立體聲播送的L+R信號;而對有Stereo Tuner的而言,可輕易地分離其左右聲道信號。為達到此目的,就必須對FM檢波後的75Kc頻寬作一有效的分配,見圖一。
在現行的方法中,檢波後的FM成音頻帶,也就是30Hz~15Kc,包含了L+R信號,而在19Kc的地方,有一Pilot-Tone,其頻率與相位,均同步於FM發射機中的38Kc,用以在FM接收機中還原一38KC為中心、±30Hz~15Kc的頻率,也就是從23Kc~53Kc的L-R信號作檢波。在發射機中,此L-R信號是以38Kc的載波做調幅調制,並在饋入FM發射機前,將此38Kc載波抑制,僅發射出其上、下旁波帶(23Kc~37.97Kc+38.03Kc~53Kc),因此必需附帶播出Pilot-tone,用以再生此一38Kc載波,方得做L-R信號的解碼。拉雜扯了這些題外話,目的無非是告訴讀者,75Kc的頻寬已經用了53Kc了。
那麼,75-53=22,也就是說還有22Kc的頻帶未曾利用到。這22Kc頻寬,若利用在長途電話線中,足供6路同時通話,若供AM電台使用,足供兩台同時播放;但為使此一副載波對主信號的干擾、串雜減至最小,並且希望它有足夠的頻寬容納背景音樂信號,FCC批准FM電台於67Kc附近,以67Kc±7Kc的頻率製作SCA廣播,並且限制其調變深度為總調變百分率的10%,這就是SCA廣播的由來。
介紹完SCA的廣播頻帶後,讓我們來著手進行SCA Adapter的製作。現成的SCA解碼器共有三種電路,我們均將其刊出,供讀者比較選用。並採用其中一篇最新穎、簡單而效果不俗的PLL解碼電路,作為製作實例。如果這還不足以令你動心的話,我可以透露你一點:它可以不用常令你怕怕的線圈,並且所用的PLL相鎖環IC,不難以極低廉的價格在全省各大都市的電料行購得。
除另兩篇SCA解碼電路圖二、圖三純供參考外,圖四所用的565解碼電路,亦有所屬的附加電路供選用,它們分別是推動SCA指示燈的567 PLL鑑頻器(圖五後半部),調諧於67Kc的前置放大器(圖五前半部),及一可用可不用的LM-380音頻放大器,見圖六。以下,我們從最基本的565 PLL IC功能談起。
LM565CN(NE565)為一14PIN包裝,最大供給電壓Vs:12V,各腳功能見圖七,電氣特性見圖八。
第9腳的定時電容與第8腳的定時電阻決定了內部的VCO自由振盪頻率,其計算式為fo=1/2.7RoCo;調整時只需調5K VR至PIN4為67Kc左右即可。當SCA無輸入時,第4腳出現在計頻儀的自由頻率漂移不定;反之,當此PLL IC鎖住SCA電台後,其電台之SCA頻率可由計頻儀直接讀出,以國內而言,其範圍不出66~69Kc。
輸入端之檢波後的合成信號經兩組高通濾波器(4.7K//510P+4.7K//510P)饋入PIN2,以濾除50Kc以下的大部分L+R信號和L-R信號。其輸入阻抗的5K,這對有一級低放的FM TUNER而言,並不會造成加載。解調後的音頻訊號由腳7經3組低通濾波器濾除67Kc的載波成份,及經一隔直流電容器取出,即是通稱的「背景音樂」節目。此IC的最大特點就是:當輸入為FM波或PM波時,VCO控制電壓直接成為FM/PM波的解調輸出信號;尤以在解調低頻率,與偏移較大的FM/PM信號時,更能發揮其特長。
在一般檢波二極體的電路中,此解碼信號需經一「解強調」的RC電路作去加重,其時間常數為50uS,但在此電路中似無必要。
有了這一解碼器(用萬用板不難在一小時內裝好),便可拿它來聽聽。配合一部HI-FI的FM Tuner,及一根FM專用的天線──別企圖用縮水的方法來聽SCA,只要你看到前述10%的調變率,加上67Kc的頻率響應,已是Tuner中放級臨界的極限,一般收錄音機其檢波的頻寬能否達此值,大有問題。此解碼器只消耗數mA的電流,因此可從Tuner取出12V來作為供電電壓(6~12V皆可)。用Scope 5uS/div觀察腳4是否有15uS一週的4Vp-p方波,或用計頻儀調5K VR為67Kc左右即可。至於檢波後的合成信號取出點,得先找出FM MPX IC的輸入端,而高級Tuner所具有的67Kc濾波器,因係加在MPX後,可無需考慮。而檢波後的去加重電容,製造廠商已予剔除,因此只須將此Adapter併接於MPX IC之輸入端。當然,這只是原則上的方法,在較進步的Tuner中,MPX IC多附有一合成訊號放大級,如uPC 1161,以改善其分離度和S/N比,這時就需從放大後的PIN取出合成信號。
假定你的Tuner是裝箱的,且面板上有AFC SW或MUTING(靜音)SW,可將其原內部接線逕予短路,而得一可用的FM STEREO/SCA切換開關,如此便無需為SCA的輸出放大器煩惱。
當你完成了以上步驟後,別急,有淡巴菰之好的朋友,點根烟坐下,趁著一盞熱茶的功夫,仔細再端詳一番,確認系統連接無誤,便可掀開SCA的面紗了。首先,FM置於正常收聽狀況下,找出軍中或警察電台,若在晚間,ICRT也許有,聽聽STEREO是什麼節目?按下STEREO/SCA,這邊又是什麼節目?也許一樣,但聽了一會兒就會覺得中廣那煩人的商業廣告不復再現了。假使有Hum聲,得考慮此Adapter之電源紋波、接地點、放置位置是否恰當;最大的可能是S/N低、雜音大,如果不是ANT的問題,調5K VR也無大改善的話,那表示你需要一帶通放大器。
製作一67Kc的帶通放大器並不困難,難在於1mH的電感較不易獲得,否則只有藉助於儀器的幫忙,以取得一諧振於67Kc的調諧線圈了。圖五是一簡單的一級選頻放大器,1mH電感和5100pF電容諧振於67Kc,有興趣的讀者可在C極負載上再用一組LC,它能提供你明顯的改善效果。如果這方法仍不甚靈光的話,千不該萬不該,只能怪你的Tuner中頻頻寬太差。
在此,並不建議讀者諸君嘗試著去調動FM SIF TRANS,除非你手頭上有掃描/標誌振盪器,並且知道如何去增加它的中頻頻寬,否則一經調動,夠你在那鐵粉芯上面打轉一個晚上。
如果這SCA Adapter能夠令你滿意的話,這時你會覺得需要一SCA指示燈。把565這IC研究了老半天,看不出個可以取出指示燈信號的方法。
怎辦?老套,把565的結拜兄弟567找來,這也是PLL家族的一員,不同的是,它輸出的是HI、LO的邏輯電平。資料上說,它是音調解碼專用IC,Vs:10V,最高中心頻率100Kc,其設定的選擇頻率fo,fo=1/Co Ro;其中Co、Ro接在NE567 PIN 5。以fo為中心,最大為±7%的鎖定範圍內,其輸出為LO,其他情況時為HI,鎖定的頻寬決定於腳2的CBW,惟輸入電壓需小於200mV。如此,當FM電台一有SCA載波出現,SCA指示燈即亮,其作用一如STEREO指示燈一樣。經用SG輸入100mV正弦波測試,發覺它在64~72Kc之頻率範圍內有極佳表現。
當然,若採用本電路時,前述的67Kc選頻放大器必不可少,除非你手上的Tuner已含有檢波低放級。此鑑頻指示器的調校方法亦甚簡單,最好能配合SG、計頻儀來調校。當不輸入信號時,調567腳6頻率為67Kc左右(調VR 2K),再以Scope讀取SG信號電壓為100mV輸入,並用計頻儀觀察此鑑頻器的頻率響應情形,能有67K±4Kc的頻率指示即可。筆者所用的SG為HEATHKIT IG-1272,係音技前所售的儀器套件,其用按鍵設定頻率的方便功能,於此實驗助益甚大。在本文的末尾,要特別聲明的一點是,由於此SCA廣播在國內尚未公開化,故不得將其應用於商業用途。也因此故作者不擬刊出其銅箔圖,希望經由此文的研討,能夠讓大家對PLL IC的多才多藝,及其無所不能的應用,有另一層面的認識。
轉載音響技術第86期FEB. 1983 FM SCA 解碼器之製作/黃為賢
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