一款低成本AM/FM車載收音機設計

摘要：如何設計一款既達到成本控制需求，又能達到高質量音頻享受的廣播音訊產(chǎn)品來滿足此領域對于降低成本和簡易設計的需求成為行業(yè)焦點。為了實現(xiàn)低成本AM/FM車載收音機應用，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，并以精簡硬件設計電路，同時描述了器件選擇、總體構建思路與硬件設計細節(jié)。本設計方案能滿足低功耗、低成本、高性能、高音質等要求。

關鍵詞：車載收音機;AM/FM;微控制器;MC9S08QG8;TEF6621;硬件設計

隨著汽車從代步工具轉變?yōu)榧蓍e、娛樂為一體的個性化消費品，消費者對汽車娛樂方面的要求不斷提升，汽車產(chǎn)業(yè)也正面臨強大的市場壓力，亟需在不犧牲效能的情況下降低成本，這個現(xiàn)象在入門級汽車市場尤為明顯，而消費者對于低價車輛的需求讓低端媒體娛樂市場的年成長率超過10%。AM/FM收音機以其低成本高音質等特點，尤為得到廣泛的歡迎。如何設計一款既達到成本控制需求，又能達到高質量音頻享受的廣播音訊產(chǎn)品來滿足此領域對于降低成本和簡易設計的需求成為行業(yè)焦點。我們可以想象收音機的不斷的改進和不斷創(chuàng)新，使收音機的發(fā)展空間愈來愈大。

通常的傳統(tǒng)的收音機解決方案為采用由分列集成單元構成調頻/調幅收音機，其主要組成為：天線、輸入回路、高頻放大電路、混頻電路、本機振蕩電路、中頻放大電路、鑒頻電路、低頻功率放大電路、揚聲器等。改方案的設計實現(xiàn)非常復雜，并且音質噪聲大，音頻信號失真嚴重，各方面評估都不是一種最好的解決方法。本文將設計一個新型的、低成本的、使用RFCMOS單芯片AM/FM收音機解決方案，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，實現(xiàn)元器件極少、走線極少、體積極小、成本極低的高品質AM/FM車載收音解決方案。

1 器件選擇

為了實現(xiàn)低端轎車或超應用低成本的目標，首要任務是選擇合適的微控制器(MCU)和AM/FM低中頻調諧器。Freescale半導體公司最新推出的MC9S08QG低端微控制器系列，其處理內(nèi)核、片上外圍設備、節(jié)電功能和開發(fā)工具等，構成了成本、能源、效率敏感的控制應用的理想解決方案。本無線控制器設計的核心器件即選擇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存儲器、512字節(jié)RAM、SCI/SPI/IIC接口、8位模數(shù)定時器模塊、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，包括背景調試系統(tǒng)以及可進行實時總線捕捉的內(nèi)置在線仿真(ICE)功能，具有單線的調試及仿真接口(BDM)，還包括一個可編程的16位定時器/脈沖寬度調制(PWM)模塊(TPM)，是同類產(chǎn)品中最靈活、又最經(jīng)濟的模塊之一。

另一個主要芯片為低中頻調諧器，選擇NXP半導體公司的TEF6621。TEF6621，為NXP(恩智浦)公司其極為成功的RFCMOS單芯片車載收音機解決方案系列。作為業(yè)界廣泛應用的TEF6601和TEF6606的升級版本，TEF6621調諧器能讓我們確保在汽車收音機系統(tǒng)中很小的空間里安裝更加令人激動的特色功能。調諧器的創(chuàng)新特色在于全部關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增益控制，只需要32個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，這款低中頻調諧器能很好的支持汽車收音機應用的高性能需求?；赥EF6621設計的車載收音機系統(tǒng)將因為更加完善的弱信號處理、FM噪聲消隱、對環(huán)境干擾噪聲更強的多路徑抑制能力、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，它還具有四路獨立的功放激勵端口，且可由微控器控制其輸出、平衡度和靜音關閉等功能其音量也可由微控器控制，最小步進量為1.25 dB。

采用ST半導體4×41W的四橋汽車音響放大器TDA7388，TDA7388是一種新技術AB類音頻功率放大器，使用flexiwatt 25封裝設計，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)，無需外部補償，無啟動電容器等特點，成為高端汽車收音機首選。

MC9S08QG8內(nèi)部IIC模塊實現(xiàn)通過IIC總線與調諧器TEF6621及音效處理及音量調節(jié)器PT2313進行數(shù)據(jù)通信控制，實現(xiàn)對收音頻率的選擇和音頻音量的調節(jié)。并且通過MC9S08QG8微處理器對整個音頻高功率部分進行控制，實現(xiàn)待機(standby)、關機(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，以及作為調諧使用的編碼電位器等，這部分的電路應用已是成熟技術。

2 音頻音效處理與均衡技術

隨著科學技術的不斷發(fā)展，廣播節(jié)目從采編、制作到傳播、發(fā)送，都使用了較先進的技術設備，節(jié)目的質量也大為提高。雖然如此，接收天線與網(wǎng)絡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的實現(xiàn)，這主要原因為工程師很少關心音頻處理器的工作狀態(tài)及設置問題。

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

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雜，在任一時刻t都可分解成一系列正弦波的線性疊加：