RDA5800收音機芯片工作原理與應用

近幾年，隨著手機應用的多功能化以及MP3/MP4媒體播放器的普及，F(xiàn)M接收已經(jīng)成了必備的功能。有業(yè)內(nèi)人士曾經(jīng)樂觀表示，到2008年，F(xiàn)M手機可以占到總量的40%以上，這樣大的終端市場勢必導致對FM接收芯片(FM Tuner)的需求也越來越大。而與此同時，伴隨著集成電路設計和制造技術(shù)的快速發(fā)展，F(xiàn)M Tuner開始從模塊化時代向SoC時代演進。單芯片FM Tuner技術(shù)日臻完善，性能也相比于以前有了很大的提高，具備了高接收靈敏度，能夠支持單聲道(mono)和立體聲(stereo)切換，并且開始支持無線數(shù)據(jù)服務 (RDS)/無線廣播數(shù)據(jù)服務(RBDS)。

RDA5800芯片是銳迪科微電子(RDA Micro)公司獨立開發(fā)的一顆全集成CMOS FM Tuner芯片，具有高集成度、高性能、低成本、低功耗等方面的優(yōu)勢，是目前極具市場競爭優(yōu)勢的一款產(chǎn)品，受到業(yè)內(nèi)專家和應用工程師的普遍關注。下面就來討論一下此款芯片的功能特性及設計技巧。

RDA5800芯片基本特性

它采用中芯國際(SMIC)0.18微米 RF CMOS先進工藝，射頻部分采用了低中頻結(jié)構(gòu)，F(xiàn)M立體聲解碼則由數(shù)字DSP來實現(xiàn)，驅(qū)動部分將語音功放集成到了芯片中，這些都有效地提高了芯片性能，降低了解決成本，并具有非常好的集成度。芯片采用44mm 24腳QFN封裝，內(nèi)部集成了LDO和晶體振蕩電路，總的工作電流為16mA，具有自動搜臺，柔軟靜音，重低音，噪聲抑制，直接驅(qū)動耳塞等優(yōu)異的性能。

RDA5800芯片的主要性能指標如表1所示。

RDA5800芯片工作原理

RDA5800主要分成模擬和數(shù)字兩大部分。模擬部分包括支持所有FM頻段(76～108M Hz)的低噪聲放大器(LNA)、限幅器(Limiter)、正交鏡像抑制混頻器(MIXER)、可調(diào)增益放大器(PGA)、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、頻率合成器(Synthesizer)以及電源用的LDO。數(shù)字部分則包括了語音處理DSP以及數(shù)字接口。

表1：RDA5800芯片的主要性能指標

圖1：RDA5800系統(tǒng)原理圖

基本工作原理如下：

天線接收到空中的FM信號，首先由LNA將信號進行放大，并轉(zhuǎn)為差分輸出電壓，這可以有效抑制芯片內(nèi)部及PCB板上的噪聲，提高接收靈敏度。在RDA5800芯片中，LNA支持單端輸入工作方式，只需要將另外一個輸入端接地即可，大大簡化了普通射頻電路復雜而敏感的輸入匹配網(wǎng)絡。由于FM輸入端沒有SAW帶通濾波器，將有很多FM頻帶外的噪聲進到芯片內(nèi)部，限幅器檢測LNA輸出信號電壓幅度大小，當達到閾值后會自動恒定，防止LNA因帶外噪聲飽和而產(chǎn)生非線性失真；混頻器將LNA輸出信號下變頻到低中頻，同時實現(xiàn)對鏡頻的抑制。低中頻既可以避免零中頻結(jié)構(gòu)直流噪聲難以消除的難題，又減小了ADC的輸入信號帶寬；PGA將MIXER輸出的I、Q兩路正交中頻信號放大送給ADC，它的增益由DSP動態(tài)控制，有效地降低了對ADC輸入動態(tài)范圍的要求；ADC采用的是delta-sigma帶通過采樣結(jié)構(gòu)，它具有高精度和低功耗的特點，并且對帶外噪聲有抑制，很適合處理中、低頻信號。ADC輸出既包括低頻的有效信號，也包括調(diào)制到高頻的噪聲，信號和噪聲都同時送給后面的DSP處理；DSP完成解調(diào)后，將語音信號分別送給左右聲道高精度DAC。DAC同時也是一個低通濾波器，對語音頻帶外的噪聲進行衰減，然后將語音信號通過音量控制寄存器放大，最終通過芯片內(nèi)部集成的功放送出。

核心的FM解調(diào)和語音處理工作由語音處理DSP來完成，DSP首先對ADC送過來的數(shù)據(jù)通過數(shù)字濾波器(Digital Filter)降采樣和濾波，濾除調(diào)制高頻噪聲，恢復出低頻信號，然后將信號進行解調(diào)(MPX Decoder)，完成單聲道和立體聲的切換，之后再加載上可調(diào)重低音功能和靜音功能。

頻率合成器根據(jù)頻點設置，產(chǎn)生對應的正交本振信號送給MIXER，它的參考時鐘為32.768KHz，因為32K晶體在FM頻段內(nèi)的高次諧波能量小。頻率合成器中的主要模塊壓控振蕩器(VCO)采用片上電感LC VCO結(jié)構(gòu)，并且將環(huán)路濾波器都全集成到了芯片中；RDA5800內(nèi)部集成了晶體振蕩電路，直接支持片外晶體，這些都大大減小了芯片外圍元件數(shù)量和PCB版圖面積，提高了可靠性，使本振信號具有很好的相位噪聲和調(diào)節(jié)靈活性。

芯片內(nèi)部集成了LDO為整個芯片供電，它有較高的電源電壓抑制比，保證了芯片在2.7～5.5V的電壓范圍內(nèi)都可以正常工作。芯片支持普通電池直接供電，簡化了芯片使用條件。

RDA5800的接口支持兩線和三線，同時帶GPIO數(shù)字接口。編程簡單，只需要寫入頻點或者直接搜臺，芯片內(nèi)部會自動完成其他的換算工作。

RDA5800的應用

基于RDA5800應用系統(tǒng)原理圖，圖2為RDA5800的應用方案：

圖2：RDA5800應用方案

J1是普通的耳塞，天線就是耳塞的接地線，L3和C3構(gòu)成LC諧振腔，提供直流接地的情況下不衰減FM信號。R1為數(shù)字接口的上拉電阻；C6為電源濾波電容，實際PCB布板使用中應盡量靠近芯片，C4和C5是隔直耦合電容，同時和耳塞的特征電阻構(gòu)成了一個RC高通濾波器，有濾除低頻噪聲的效果。由于重低音可調(diào)，可以通過預加重，C4和C5電容可以用更小值電容代替，衰減掉的信號可以用可以大大節(jié)省PCB板面積。

圖3：RDA5800的評估板

圖3是RDA5800的評估板，相比較于傳統(tǒng)的FM芯片外圍需要20多個元件和1111mm的PCB板面積，RDA5800的優(yōu)勢是很明顯的：PCB面積只有66mm,外圍的元器件數(shù)量小于10。

RDA5800具有簡單易用、高性價比的特點，是FM SoC 時代的標志性產(chǎn)品，適用于各類具有收音機功能的便攜式產(chǎn)品，主要包括：移動電話、筆記本電腦、MP3/MP4媒體播放器、PDA、獨立式調(diào)頻收音機、無線耳機等。