車載AM／FM收音機(jī)的精簡(jiǎn)型設(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?jiǎn)易設(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(jiǎn)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(duì)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(chǎng)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(jí)汽車市場(chǎng)尤為明顯，而消費(fèi)者對(duì)于低價(jià)車輛的需求讓低端媒體娛樂市場(chǎng)的年成長(zhǎng)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?jiǎn)易設(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(hào)失真嚴(yán)重，各方面評(píng)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(jiǎn)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(jí)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(hào)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。基于TEF6621設(shè)計(jì)的車載收音機(jī)系統(tǒng)將因?yàn)楦油晟频娜跣盘?hào)處理、FM噪聲消隱、對(duì)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(hào)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)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(hào)在處理過程中存在很大的非線性，對(duì)音頻處理設(shè)備來說，它不僅包括對(duì)信號(hào)的壓縮、限制、削波、擴(kuò)展等處理方式，而且還對(duì)音頻處理設(shè)備安裝的位置、引線長(zhǎng)短，以及在高電磁場(chǎng)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(hào)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(hào)，可用一條連續(xù)的曲線來表示，稱為聲波。模擬信號(hào)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：

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