一款低成本AM/FM車載收音機(jī)設(shè)計(jì)

摘要：如何設(shè)計(jì)一款既達(dá)到成本控制需求，又能達(dá)到高質(zhì)量音頻享受的廣播音訊產(chǎn)品來滿足此領(lǐng)域?qū)τ诮档统杀竞秃喴自O(shè)計(jì)的需求成為行業(yè)焦點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)低成本AM/FM車載收音機(jī)應(yīng)用，本文引入低成本微控制器MC9S08QG8、集成收音芯片TEF6621、低成本音頻處理及高保真功率輸出方案，并以精簡硬件設(shè)計(jì)電路，同時(shí)描述了器件選擇、總體構(gòu)建思路與硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。本設(shè)計(jì)方案能滿足低功耗、低成本、高性能、高音質(zhì)等要求。

關(guān)鍵詞：車載收音機(jī);AM/FM;微控制器;MC9S08QG8;TEF6621;硬件設(shè)計(jì)

隨著汽車從代步工具轉(zhuǎn)變?yōu)榧蓍e、娛樂為一體的個(gè)性化消費(fèi)品，消費(fèi)者對汽車娛樂方面的要求不斷提升，汽車產(chǎn)業(yè)也正面臨強(qiáng)大的市場壓力，亟需在不犧牲效能的情況下降低成本，這個(gè)現(xiàn)象在入門級汽車市場尤為明顯，而消費(fèi)者對于低價(jià)車輛的需求讓低端媒體娛樂市場的年成長率超過10%。AM/FM收音機(jī)以其低成本高音質(zhì)等特點(diǎn)，尤為得到廣泛的歡迎。如何設(shè)計(jì)一款既達(dá)到成本控制需求，又能達(dá)到高質(zhì)量音頻享受的廣播音訊產(chǎn)品來滿足此領(lǐng)域?qū)τ诮档统杀竞秃喴自O(shè)計(jì)的需求成為行業(yè)焦點(diǎn)。我們可以想象收音機(jī)的不斷的改進(jìn)和不斷創(chuàng)新，使收音機(jī)的發(fā)展空間愈來愈大。

通常的傳統(tǒng)的收音機(jī)解決方案為采用由分列集成單元構(gòu)成調(diào)頻/調(diào)幅收音機(jī)，其主要組成為：天線、輸入回路、高頻放大電路、混頻電路、本機(jī)振蕩電路、中頻放大電路、鑒頻電路、低頻功率放大電路、揚(yáng)聲器等。改方案的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，并且音質(zhì)噪聲大，音頻信號失真嚴(yán)重，各方面評估都不是一種最好的解決方法。本文將設(shè)計(jì)一個(gè)新型的、低成本的、使用RFCMOS單芯片AM/FM收音機(jī)解決方案，精簡型微控制器，配合超低成本音頻音效處理DSP和高保真音頻功率放大器，實(shí)現(xiàn)元器件極少、走線極少、體積極小、成本極低的高品質(zhì)AM/FM車載收音解決方案。

1 器件選擇

為了實(shí)現(xiàn)低端轎車或超應(yīng)用低成本的目標(biāo)，首要任務(wù)是選擇合適的微控制器(MCU)和AM/FM低中頻調(diào)諧器。Freescale半導(dǎo)體公司最新推出的MC9S08QG低端微控制器系列，其處理內(nèi)核、片上外圍設(shè)備、節(jié)電功能和開發(fā)工具等，構(gòu)成了成本、能源、效率敏感的控制應(yīng)用的理想解決方案。本無線控制器設(shè)計(jì)的核心器件即選擇Freescale該系列中的僅有16引腳的MC9S08QG8。MC9S08QG8是采用高性能、低功耗的HCS08內(nèi)核的飛思卡爾8位微控制器系列中具有很高的集成度的器件，內(nèi)置8K FLASH存儲(chǔ)器、512字節(jié)RAM、SCI/SPI/IIC接口、8位模數(shù)定時(shí)器模塊、A/D模塊等。MC9S08QG8 MCU集成了那些通常只有較大、較昂貴的元器件才具有的性能，包括背景調(diào)試系統(tǒng)以及可進(jìn)行實(shí)時(shí)總線捕捉的內(nèi)置在線仿真(ICE)功能，具有單線的調(diào)試及仿真接口(BDM)，還包括一個(gè)可編程的16位定時(shí)器/脈沖寬度調(diào)制(PWM)模塊(TPM)，是同類產(chǎn)品中最靈活、又最經(jīng)濟(jì)的模塊之一。

另一個(gè)主要芯片為低中頻調(diào)諧器，選擇NXP半導(dǎo)體公司的TEF6621。TEF6621，為NXP(恩智浦)公司其極為成功的RFCMOS單芯片車載收音機(jī)解決方案系列。作為業(yè)界廣泛應(yīng)用的TEF6601和TEF6606的升級版本，TEF6621調(diào)諧器能讓我們確保在汽車收音機(jī)系統(tǒng)中很小的空間里安裝更加令人激動(dòng)的特色功能。調(diào)諧器的創(chuàng)新特色在于全部關(guān)鍵射頻組件一一包括：壓控振蕩器，陶瓷濾波器，中頻變壓線圈，低噪聲放大器和自動(dòng)增益控制，只需要32個(gè)低成本的無源外圍器件(電容、電阻、電感及晶體管)。此外，通過特殊的大信號處理的功能，這款低中頻調(diào)諧器能很好的支持汽車收音機(jī)應(yīng)用的高性能需求?；赥EF6621設(shè)計(jì)的車載收音機(jī)系統(tǒng)將因?yàn)楦油晟频娜跣盘柼幚怼M噪聲消隱、對環(huán)境干擾噪聲更強(qiáng)的多路徑抑制能力、按壓噪聲抑制等功能而成為理想的收音機(jī)解決方案。

剩下就是數(shù)字音頻信號處理子系統(tǒng)和音頻音效處理放大輸出電路，本方案采用PT2313對系統(tǒng)音頻進(jìn)行處理，PT2313L音頻處理器具有高、低音控制功能和高響度(重低音)控制功能，同時(shí)具有三路立體聲輸入端口，且其增益可由微控器控制此外，它還具有四路獨(dú)立的功放激勵(lì)端口，且可由微控器控制其輸出、平衡度和靜音關(guān)閉等功能其音量也可由微控器控制，最小步進(jìn)量為1.25 dB。

采用ST半導(dǎo)體4×41W的四橋汽車音響放大器TDA7388，TDA7388是一種新技術(shù)AB類音頻功率放大器，使用flexiwatt 25封裝設(shè)計(jì)，因其高輸出功率能力，低失真低輸出噪聲，靜音功能，低外部元件數(shù)，內(nèi)部固定增益(為26 dB)，無需外部補(bǔ)償，無啟動(dòng)電容器等特點(diǎn)，成為高端汽車收音機(jī)首選。

MC9S08QG8內(nèi)部IIC模塊實(shí)現(xiàn)通過IIC總線與調(diào)諧器TEF6621及音效處理及音量調(diào)節(jié)器PT2313進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制，實(shí)現(xiàn)對收音頻率的選擇和音頻音量的調(diào)節(jié)。并且通過MC9S08QG8微處理器對整個(gè)音頻高功率部分進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)待機(jī)(standby)、關(guān)機(jī)(shut up)等控制。

至于其它外圍器件則可選用通用的，比如AM/FM天線、液晶顯示器使用16x2的字符型LCD，以及作為調(diào)諧使用的編碼電位器等，這部分的電路應(yīng)用已是成熟技術(shù)。

2 音頻音效處理與均衡技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，廣播節(jié)目從采編、制作到傳播、發(fā)送，都使用了較先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，節(jié)目的質(zhì)量也大為提高。雖然如此，接收天線與網(wǎng)絡(luò)的匹配問題和音頻信號在傳輸過程中的噪音和衰減問題仍然困擾著高保真音頻享受技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，這主要原因?yàn)楣こ處熀苌訇P(guān)心音頻處理器的工作狀態(tài)及設(shè)置問題。

廣播音頻信號在處理過程中存在很大的非線性，對音頻處理設(shè)備來說，它不僅包括對信號的壓縮、限制、削波、擴(kuò)展等處理方式，而且還對音頻處理設(shè)備安裝的位置、引線長短，以及在高電磁場強(qiáng)輻射環(huán)境下抗干擾能力等方面都有嚴(yán)格的要求。

音頻傳播媒體特征，也即聲波的物理特性，音頻的記錄和產(chǎn)生方式多種，主要包括模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)壓縮和聲音合成等。音頻數(shù)據(jù)的編輯處理方法也是多樣，總的來說音頻信號的處理方法大致可分為兩類：一種是數(shù)字音頻方式，另一種是分析一合成的方式。

規(guī)則音頻是一種連續(xù)變化的模擬信號，可用一條連續(xù)的曲線來表示，稱為聲波。模擬信號的曲線無論多復(fù)雜，在任一時(shí)刻t都可分解成一系列正弦波的線性疊加：